Геном Фугу

...Итак, благодаря усилиям Уэйда Дэвиса тайна «порошка зомби» была, наконец, разрешена – активно воздействующей частью этого препарата является тетродотоксин, сильнейший яд, блокирующий передачу нервных импульсов путем «запирания» клеток для ионов натрия. Это вещество содержится во многих животных, в том числе в рыбе «фугу» – близком родственнике рыб, используемых для приготовления порошка. Фугу в Японии считается деликатесом – особым образом приготовленная, она вполне съедобна. Тем не менее, каждый год бывают сотни случаев смертельного отравления – а фугу продолжают готовить. Но не потому, что это крайне вкусно и дает чрезвычайно яркое и свежее воспоминание о рискованном приключении, как пишут авторы нескольких мелькнувших в отечественной печати публикаций, пробовавшие фугу в японских ресторанах. Дело в том, что в небольших концентрациях тетродотоксин действует как наркотик, вызывая эйфорию и приятные физические ощущения, и задачей повара (лицензию на право приготовления фугу получить крайне сложно) является не полное удаление тетродотоксина, а понижение его концентрации до требуемого уровня. Когда повар все же ошибается, с отравленным происходит следующее – сначала возникает ощущение покалывания в руках и ногах, затем наступает онемение всего тела и паралич, глаза приобретают стеклянный блеск. Наступает смерть – так в 1975 году погиб Мицугора Бандо VIII, артист театра Кабуки, объявленный правительством Японии живым национальным сокровищем,— или полная видимость смерти, вводящая иногда в заблуждение самых опытных врачей. Несмотря на почти полную остановку всех жизненных функций, отравленный продолжает осознавать происходящее вокруг.
Вот описание случая отравления фугу, сделанное японским специалистом:
«Один житель Ямагучи отравился фугу в Осака. Было решено, что он умер, и его тело было послано в крематорий в Сенничи. Когда тело стаскивали с тележки, человек пришел в себя, встал и пошел домой… Он помнил все, что с ним происходило».
Трудно сказать, продолжил ли пострадавший свои гастрономические изыскания в области блюд из фугу. Японцы говорят по этому поводу следующее: «Те, кто ест фугу, глупы. Но те, кто не ест фугу, тоже глупы».

В.Пелевин. «Зомбификация»

Менее года назад журнала Nature сообщил о расшифровке генома возбудителя тропической малярии Plasmodium falciparum, ставшего восьмидесятым из расшифрованных геномов микроорганизмов, простейших и растений. Приближается к десятку количество расшифрованных геномов позвоночных. Геномика набирает темп…

Количество расшифрованных геномов начинает перерастать в качество. Так, например, анализ полусотни геномов микроорганизмов, вирусов и простейших позволил выявить так называемые «островки патогенности» у болезнетворных микробов.

Функционирование генома человека имеет много общего с функционированием геномов первых прокариотических форм жизни: те же транспозоны, гомологичные рекомбинации и генетические интеграции с механизмами проверки правильности копирования геномных текстов.

Неожиданным оказался факт, что у растений при меньших средних размерах геномов количество генов чуть ли не в два раза больше, чем у животных и человека. Сейчас пока не найдено решения этого удивительного парадокса. Возможно, это связано со способностью растений синтезировать огромное количество разнообразных органических соединений. Относительно небольшое количество генов у млекопитающих иногда объясняют ограничениями иммунной системы, которая должна хранить информацию о всех белках своего организма.

Недавно журнал Science (№ 5585, т. 297) опубликовал геном знаменитой рыбки фугу (Takifugu rubripes), которая является изысканным лакомством в Японии, но при неправильном приготовлении становится страшным ядом. Над расшифровкой этого генома международный коллектив авторов работал почти 10 лет. Размер генома фугу равен 365 мегабаз (миллионов «букв» генетического кода), что составляет около 12% от генома человека (3 тыс мегабаз). Число же генов у этих двух организмов почти одинаково и примерно равно 31 тыс.

Три четверти человеческих белков имеют уверенное сходство со своими «рыбьими» ортологами (о гомологах говорят в пределах тех же таксонов, в данном случае – млекопитающих), а одна четверть вообще не имеет гомологов или характеризуются слишком большой дивергенцией. Это понятно, если учесть, что нас и рыбку разделяют 450 млн лет эволюции.

Фугу обитает в практически неизменной среде, в то время как наземные позвоночные вынуждены приспосабливаться к самым разным условиям. Следствием этого стало, в частности, то, что наш геном буквально «заселен» ретровирусами. Их метками – маркерами – являются так называемые повторяющиеся последовательности. В геномах млекопитающих таких последовательностей насчитывается от 35- до 45%, в то время как у фугу их всего 2,7%. И теперь необходимо понять, каким образом наземный образ жизни связан с проникновением ретровирусов в геномы.

Слева – эволюционное древо различных классов млекопитающих, наложенное на временной масштаб (млн лет). В середине – представители различных позвоночных: рыбы, амфибии, млекопитающие и человек. Справа – масса гаплоидного генома этих представителей в нанограммах. Удивительный факт: геном африканской шпорцевой лягушки (Xenopus laevis) сравним по размерам с геномами млекопитающих. Наибольший геном у коровы, а у слона и кита он, видимо, еще больше.

Число повторяющихся последовательностей у рыб значительно меньше, чем у человека: самый частый повтор имеет лишь 6400 копий, в то время как у человека один повторяющийся элемент А представлен более чем миллионом копий!

У фугу и человека выявляются общие закономерности в геномах и сходство в хромосомах, что позволяет «реконструировать» геном возможного предка всех позвоночных. В геноме у фугу, так же как и у человека, гены распределены неравномерно: есть участки плотной «застройки» и пустынные. Обнаружены гомологичные участки ДНК человека, мыши и рыбы. Это позволило «предсказать» до 900 ранее неизвестных генов у человека, что уже само по себе определяет целесообразность сравнительной геномики организмов.

В геномах человека и рыбы есть эволюционно консервативные участки, мутации в которых приводят к болезням. Сравнение нуклеотидных последовательностей таких участков поможет понять природу заболеваний человека, поскольку у рыбы скрещивания проводятся легко.

Гены рыбы содержат большие интроны – некодирующие участки. Их изучение помогает понять природу регуляции активности генов. Сравнение генов способствует более точному определению скорости хода «молекулярных часов».

Исторически биология и медицина имели разные цели, однако сравнительная геномика позволяет эти цели сблизить, что идет, безусловно, на пользу охраны здоровья человека, а также способствует решению теоретических проблем современной биологии.