Информационная половина микромира. После клетки и её границ.
Про ДНК чаще всего говорят «чертёж организма». Метафора красивая и уводит в сторону — почти всё непонимание генетики растёт из неё.
По чертежу строят целое: он показывает, где что расположено. В ДНК ничего подобного нет. Там нет ни плана тела, ни изображения органа, ни указания «печень здесь».
Что там есть на самом деле
Не чертёж дома, а поваренная книга. Причём книга, из которой каждый повар читает только свои страницы.
Ген — это рецепт одного изделия, обычно белка. Не «ген печени» и не «ген роста», а рецепт конкретной молекулы, которая потом что-то делает.
Форма органа, рост человека, цвет глаз — это результат работы множества таких изделий, а не запись в тексте. Между рецептом и признаком стоит длинная цепь, и на каждом её звене всё может пойти иначе.
Фраза «ген, отвечающий за Х» почти всегда неточна. Отвечать за рост или за характер один ген не может — признак собирают сотни генов плюс среда.
Исключения есть, и они важны: болезни одного гена — муковисцидоз, серповидноклеточная анемия. Но это меньшинство, а не правило, и именно поэтому генетический тест отвечает далеко не на все вопросы.
Размер библиотеки — и сколько в ней читают
Три миллиарда букв. Генов, кодирующих белки, — около двадцати тысяч, и занимают они примерно 1–2% всей длины. факт обзор
Двадцать тысяч — цифра сама по себе поучительная. До прочтения генома предполагали сто тысяч и больше: казалось очевидным, что сложному существу нужно много рецептов.
Оказалось, что у крошечного червя из разбора апоптоза генов лишь немногим меньше. Сложность берётся не из числа рецептов, а из того, как ими пользуются, — об этом следующая страница.
Что в остальных 98% — и почему это спор
Долго эту часть называли «мусорной ДНК». Название оказалось поспешным, но и обратный вывод — тоже.
| Что там точно есть | Чем занимается |
|---|---|
| Переключатели | решают, какой рецепт открыт в этой клетке, а какой закрыт |
| Гены некодирующих копий | копия здесь сама и есть изделие, белок из неё не делают |
| Повторы | многократно скопированные куски; часть служит структурой хромосомы |
| Следы древних вирусов | встроились в геном предков и остались — отдельная тема |
| Участки с неизвестной ролью | честный пункт: про них пока не известно |
Крупный проект объявил, что около 80% генома функционально. Возражение последовало немедленно — и суть его в определении.
Проект считал функциональным всё, что проявляет биохимическую активность: с участка что-то считывается, к нему что-то прикрепляется. Критики возразили, что активность — не функция: шум тоже активность, и признаком настоящей функции служит другое — сохраняется ли участок отбором. реконструкция обзор
Это хороший пример того, о чём страница о проверке утверждений: громкий спор в науке нередко оказывается спором об определении, а не о данных. И тогда правильный вопрос — «что вы называете этим словом?»
Библиотека одна, читатели разные
Вот следствие, которое переворачивает интуицию.
В клетке печени и в нейроне ДНК одинаковая — до буквы. Одна и та же библиотека. Различаются они тем, какие книги открыты.
В нейроне открыты рецепты нейронных белков, а рецепты печёночных закрыты, хотя лежат тут же. Механизм этого закрывания — эпигенетика, и это отдельная страница.
Если в клетке кожи лежит вся библиотека целиком, то теоретически из неё можно вырастить организм — надо лишь заново открыть закрытые книги.
Именно это и сделали: сначала с животными, потом научились возвращать взрослую клетку в исходное состояние химически. Разобрано на странице о стволовых клетках.
Текст портится — и чинится
ДНК повреждается постоянно: от излучения, от химии, от собственных побочных продуктов обмена. Счёт идёт на тысячи событий в клетке за сутки.
Существует целый набор систем починки — и вот здесь смыкается всё, о чём книга уже говорила:
- Повреждение чинится → ничего не произошло.
- Починить нельзя → приказ на самоуничтожение, который отдаёт сторож p53.
- Приказ не сработал → одна ступень к опухоли.
- Починка стала хуже с возрастом → первый признак старения в списке.
И слово, которое стоит перестать бояться: мутация — просто изменение в тексте. Большинство мутаций не меняют ничего: текст избыточен, многие замены читаются одинаково, а огромная часть приходится на участки без рецептов.
Что даёт эта страница
- Не чертёж, а книга рецептов. Ген — рецепт молекулы, а не «отвечает за признак».
- Двадцать тысяч рецептов на 1–2% длины; ожидали в пять раз больше.
- Спор о «мусорной ДНК» — спор об определении слова «функция», а не о данных.
- Библиотека у всех клеток одна, различается только то, какие книги открыты.
- Мутация — не приговор, а изменение текста; большинство изменений ничего не меняет.
Куда идти дальше
- РНК — как рецепт покидает библиотеку
- Белок — что получается на выходе
- Геном и экзом — что читает генетический тест
- Рак — что бывает, когда текст испорчен непоправимо
Страница объясняет устройство. Она не ставит диагнозов и не даёт генетических консультаций.
Источники
- RNA, the Epicenter of Genetic Information · NCBI BookshelfСколько в геноме кодирующего и что делает остальное.
- обзор Multiple evidence strands suggest that there may be as few as 19,000 human protein-coding genesEzkurdia I et al. Hum Mol Genet 2014;23(22):5866–5878 — опубликованная версияКак число генов человека падало с оценки к оценке.
- Graur D et al. Genome Biol Evol 2013;5(3):578–590 — сама критика, а не её пересказПочему спор о «мусорной ДНК» — это спор об определении слова «функция».