Лабільний геном

Традиційні уявлення про стабільність генів, що склалися в рамках класичної генетики, сильно похитнулися після відкриття мобільних (мігруючих) генетичних елементів (МГЕ). МГЕ – це структури, які можуть переміщатися в межах геному або переходити з генома в геном. Вони можуть вбудовуватися в різні області генетичного апарату еукаріотів та прокаріотів. Процес переміщення МГЕ отримав назву транспозиції.
МГЕ були відкриті Б. Мак-Клінток (1902-1992) у кукурудзи (Zea mays) ще в 1940-і рр., Проте її повідомлення було зустрінуте генетиками з великою недовірою. Розвиток молекулярної генетики підтвердило наявність подібних структур спочатку у прокаріотів, а потім і у еукаріотичних організмів. Тільки в 1983 р Б. Мак-Клінток була удостоєна Нобелівської премії за своє видатне відкриття.
В даний час до всіх МГЕ зазвичай застосовують термін транспозони.
Транспозони були виявлені у бактерій, дріжджів, кукурудзи, дрозофіли та інших еукаріотичних організмів. Типові ознаки транспозонов – інвертовані повтори на кінцях і дуплікація сайт-мішені (місця впровадження). Розвиток методів молекулярної генетики показало широке поширення транспозонов в геномах вищих тварин, у тому числі і в людини. Їх частка в геномах виявилася значно вищою, ніж передбачалося раніше. Так, в геномі людини транспозони складають до 45% генетичного матеріалу (Смирнов А. Ф., 2009).
У своїй більшості транспозони є еволюційним спадщиною і обумовлені впровадженням вірусного або бактеріального генома в клітини еукаріот мільйони років тому. Особливий інтерес представляють ретровіруси, які реалізують шлях, альтернативний «центральної догмі». Це феномен зворотної транскрипції – здатність будувати на своїй РНК комплементарную ДНК. Така ДНК-копія, вбудована в чужій геном, отримала назву провируса.
Переважна більшість провірусів не функціонують (Не експресуються), але за певних впливах деякі з них здатні активуватися, що може являти собою небезпеку для макроорганізму. Однак деякі процеси розвитку, наприклад розвиток нейронів, закономірно супроводжуються підвищеною активністю транспозонов. Ймовірно, явище ретротранспозіціі зіграло важливу роль в еволюції еукаріот. У людини Ретротранспозон складають більше 90% мобільної частини генома (Попов В. В., 2008).
Феномен транспозиції представляє великий теоретичний інтерес, незалежно від конкретної функції МГЕ. Їх важлива роль в еволюції вже не підлягає сумніву: показана близькість сайтів впровадження МГЕ і хромосомних перебудов. Оскільки МГЕ можуть створювати дифузні області гомології, їх копії в різних місцях геному забезпечують можливість реципрокной сайт-специфічною рекомбінації. Такі обміни можуть призводити до різних хромосомним перебудовам (ділок, інверсія, транслокаціях), можуть змінювати систему регуляції генів. Стимулюючи хромосомні перебудови, транспозони могли змінювати експресію сусідніх генів. Така реорганізація відіграє істотну роль в еволюції геномів.
Показаний різке зростання числа транспозицій в популяціях дрозофіли при стресових впливах, що можна розглядати як модель швидкої регуляції активності геному при зміні умов існування (Ратнер В. А., 2002).
В даний час намітилася тенденція залишити поняття «мутація» тільки для генних мутацій, а хромосомні і геномні мутації розглядати як варіанти природної генетичної рекомбінації. Термінологічна проблема виникла через традиційного розуміння мутації як відхилення від норми. Однак дуплікації, інверсії, транслокації, центричні злиття, поліплоїдія нерозривно пов’язані з еволюцією геномів. З еволюційної точки зору, хромосома – це непостійна структура, а лабільність – природний стан генома (Хесин Р. Б., 1984).
Всі віруси являють собою «мобільні гени». Віруси, плазміди (дрібні кільцеві ДНК у бактерій), транспозони можна розглядати в руслі єдиного явища в еволюції генетичної системи. Всі ці структури не тільки самі здатні переміщатися по геному або з генома в геном, але і можуть «перетягувати» сусідні ділянки геному клітини-хазяїна. Таке явище отримало назву трансдукції. Його відкриття зіграло вирішальну роль в народженні генної інженерії.
Різноманіття мобільних генетичних структур послужило основою для формування гіпотези горизонтального переносу генів в еволюції. Цим терміном стали називати обмін генетичною інформацією між неспорідненими організмами нестатевим шляхом. Хоча участь транспозонов в процесі еволюції не заперечує ніхто, їх значення досі викликає бурхливі суперечки. Одні генетики, допускаючи можливість горизонтального переносу в природі, не вважають, що він відігравав помітну роль в еволюції. Інші, навпаки, надають йому вирішальне значення.
Ми не можемо поки адекватно оцінити еволюційні масштаби горизонтального переносу, але генетичні дослідження все частіше показують його поширеність в природі. Вже зараз ясно, що роль горизонтального переносу важливіше, ніж передбачалося раніше. Особливо значимо це було на перших етапах еволюції, коли відбувалося формування основних груп живих істот.
У високоорганізованих організмів генетичну рекомбінацію забезпечує статевий процес, що дає необхідну їм стабільність. Але не можна ігнорувати роль горизонтального переносу і для вищих організмів. Так, багато важливих явища, пов’язані з імунітетом зародків ссавців, ймовірно, знаходяться під контролем генів, отриманих від вірусного генома шляхом трансдукції. Видають своє походження від транспозонов і багато регуляторні послідовності геномів хребетних (Марков А., 2010).

Посилання на основну публікацію