Як були відкриті стрибають гени.
Можна сказати, що історія генетики почалася з невдачі.
Коли понад сто років тому австрійський натураліст Грегор Мендель сформулював основні закони генетики, сучасні йому вчені з різних причин не зацікавилися його відкриттям.
І закони Менделя були перевідкриття лише на кілька десятиліть пізніше, тоді ж була оцінена і його роль в розвитку генетики.
Щось подібне сталося і в наш час, коли було виявлено, що деякі гени здатні змінювати своє місце розташування.
Ця історія містить все для того, щоб називатися наукової казкою,
- самотня дослідниця, благородно наполягає на своїх ідеях, перебуваючи в інтелектуальної посиланням, і навіть висміюється
багатьма, відомщена подальшим перевідкриттям її результатів іншими вченими.
У 1983 році 82-річна Барбара Мак-Клінток була удостоєна Нобелівської премії за відкриття, зроблене майже 40 років тому.
Вивчення «стрибаючих генів» - як часто тепер називають рухливі елементи в ДНК, відкриті Б. Мак-Клінток, - зараз стало великою
і інтенсивно розробляється областю молекулярної біології.
Це ділянки ДНК, здатні пересуватися з одного місця в хромосомах в інше, вбудовуючись поруч з генами і часто міняючи при цьому їх
Саме завдяки властивості багатьох стрибаючих генів змінювати роботу сусідніх з ними звичайних генів Мак-Клінток і вдалося зробити висновок про їх переміщення. Висновок цей був зроблений «на кінчику пера». Ген то працював, то замовкав, а Б. Мак-Клінток стверджувала, що у всьому винен якийсь рухливий елемент, розташований по сусідству. Ні сам ген, ні рухливий елемент при цьому ніхто не бачив. Така логіка була не відразу сприйнята навіть генетиками - представниками самої абстрактної з біологічних наук.
Справа в тому, що в 40-і роки, тобто коли було зроблено це відкриття, ще не знали, що гени складаються з ДНК, і не вміли виділяти для вивчення окремі гени або їх шматки в чистому вигляді, як це роблять тепер. Так як гени визначають зовнішні (і не тільки зовнішні) ознаки організму, про їхнє існування судили лише за цими ознаками, вірніше з їхньої поведінки при схрещуванні тварин або рослин. Предмет, вивчають генетику, не можна було побачити в мікроскоп або отримати в пробірці. Тому генетика і була абстрактною наукою, різко виділяється цим з кола інших біологічних наук.
З середини XX століття класична генетика перестала отримувати більшу частину нової інформації про механізми спадковості. Цю роль в сучасній науці зайняли молекулярна біологія і її розділ - молекулярна генетика, науки, які мають справу з конкретними молекулами ДНК, до існування яких класична генетика могла лише здогадуватися.
Роботи Мак-Клінток - один з останніх потужних сплесків чистої класичної генетики, після чого ця наука стала взаємодіяти з молекулярною біологією і в цьому своєму прояві дає зараз чудові результати. (Методи класичної генетики самі по собі в наш час використовують головним чином в прикладних науках - селекції та медицині.)
Саме тому після народження в 1953 році нової науки - молекулярної біології - не можна було розраховувати на визнання робіт Мак-Клінток нової плеядою науковців. В її роботах використовувалися методи, абсолютно незрозумілі більшості молекулярних біологів - людей, які звикли мислити вельми конкретно.
Те, що роботи Мак-Клінток не сприйняли багато генетики, пов'язано також з тим, що вона спокусилися на один з головних постулатів генетики - сталість розташування генів в хромосомах. Зараз ясно, що її відкриття не відміняє цей постулат, а лише вносить в нього цікаві доповнення.
Однак в той час Мак-Клінток мала необережність так сформулювати суть свого відкриття, що замахнулася на «догму». Це і зараз не втрачають іноді поставити їй в провину.
Треба сказати, що хоча висновки Мак-Клінток про існування мобільних контролюючих елементів і їх біологічному значенні не прийняли навіть багато генетики, саме вони вибрали її в 1943 році членом Національної академії наук США, а пізніше - президентом Американського генетичного суспільства.
Після закінчення Корнельського університету в 1923 році Мак-Клінток 20 років працювала в різних інститутах і університетах США в рамках стажувань та наукових договорів. У той час жінці в США дуже важко було знайти роботу в науці. Отримати постійну посаду їй вдалося лише в 1942 році в Інституті Карнегі у Вашингтоні - одному з кращих генетичних інститутів США, хоча оселилася і працювала вона з цього часу в селищі Колд-Спрінг-Харбор в штаті Нью-Йорк.
Тут вона самостійно розпочала роботу по вивченню природи генетичної нестабільності у кукурудзи. Вона вивчала спадкування гена, що визначає забарвлення зерен в качанах. Під час відсутності цієї гена або внаслідок його мутації зерна кукурудзи позбавлені забарвлення.
В ході роботи Мак-Клінток звернула увагу на випадки плямистої забарвлення окремих зерен і припустила можливість існування другого гена, який міг то включати, то вимикати ген забарвлення, що і призводило б до появи забарвлених ділянок на тлі безбарвного зерна.
Так, в результаті переміщень рухомого елемента виникає плямистість зерна. В ході розвитку зерна в деяких клітинах випадковим чином відбуваються переміщення рухомого елемента. Всі нащадки таких клітин будуть пофарбовані і складуться в пляма на поверхні зрілого зерна.
Чим раніше стався «стрибок» рухомого елемента, тим крупніше буде це пляма.
Хоча гени в той час побачити не могли, вже знали, що вони розташовані в один ряд на хромосомах. Якщо при схрещуванні батьків дві ознаки часто передавалися нащадку разом, робився висновок, що гени розташовані поруч, або, як кажуть генетики, зчеплені.
Чим частіше гени передаються разом, то тісніше їх розташування в хромосомі і на генетичній карті - схемі хромосоми.
В результаті схрещувань, проведених Мак-Клінток, з'ясувалося, що другий ген знаходиться зовсім поруч з геном, що визначає забарвлення (тобто дуже часто передається потомству разом з цим геном). У присутності цього другого гена, який вона назвала «хромосомний диссоциатор», ген забарвлення не працював.
Коли ж ген-диссоциатор зникав з безпосереднього сусідства (перестрибував куди-небудь ще), ген забарвлення починав працювати. Якщо це відбувалося в ході розвитку окремих зерен кукурудзи, виникала плямистість зерна.
В ході експериментів Мак-Клінток виявила, що існує ще й третій ген, розташований далеко від перших двох. Цей ген вона назвала активатором. Він був необхідний для успішних стрибків гена-диссоциатор. Ген-активатор і сам по собі був схильний стрибати. Пізніше виявилося, що ген-активатор теж може змінювати роботу сусідніх з ним генів.
Мутація гена забарвлення зерна кукурудзи виникає при встановленні в нього гена-диссоциатор. Якщо в цій же клітині є ген-активатор, то при розвитку зерна в деяких клітинах він викликає переміщення гена-диссоциатор. Коли ген-диссоциатор видаляється, ген забарвлення знову починає працювати.
Таким чином, було відкрито два типи рухомих елементів, названих диссоциатор і активаторами, які впливають на роботу сусідніх з ними генів.
Зараз висновки Мак-Клінток про існування двох типів рухомих елементів, зроблені на підставі вивчення успадкування забарвлення зерен кукурудзи, блискуче підтверджені з використанням методів генної інженерії.
У 1951 році вона виступила на щорічному симпозіумі з кількісної біології в Колд-Спрінг-Харборі з підсумками шестирічної роботи окресливши її головні результати і висновки.
Доповідь був зустрінутий аудиторією дуже холодно.
Лише деякі зрозуміли, що вона говорила, і ще більш мало хто готовий були погодитися з цим.
Деякі просто відмовлялися вірити, що одна людина (а Барбара завжди працювала одна) міг зробити всю роботу, необхідну для того, щоб обґрунтувати настільки далекосяжні висновки.
Жіночий портрет в інтер'єрі
Про завзятості і рішучості Барбари Мак-Клінток говорить те, що, незважаючи на таку реакцію колег на її роботу по рухомим генетичним елементам, вона продовжувала щодня по багато годин працювати в лабораторії. За останні 30 років вона працювала зовсім одна і публікувала більшу частину своїх статей в щорічному звіті Інституту Карнегі, уникаючи публікацій в широко відомих журналах.
Однак Барбара, за визнанням тих, хто її знав, завжди була чуйною і доброю жінкою, готової надати людську підтримку будь-якого співробітника лабораторії або уважно вислухати розповіді про їхні особисті проблеми. Її наукова ізоляція аж ніяк не означала того, що вона ігнорувала друзів і колег.
Коли їй повідомили про присудження Нобелівської премії, вона сказала: «Не знаю, чи справедливо нагороджувати людину за те, що всі ці роки він отримував задоволення, задаючи рослині кукурудзи різні питання і отримуючи відповіді». Хоча їй уже 84 роки, вона все так само «задає питання і отримує відповіді».
Зараз Барбара Мак-Клінток як і раніше живе спартанської і досить відокремленим життям в селищі співробітників Лабораторії Колд-Спрінг-Харбор.
Але вона так і не стала співробітником цієї лабораторії. Вона залишалася співробітником Інституту Карнегі аж до 1967 року, коли їй виповнилося 65 років. Після цього і до цього дня вона є почесним членом інституту.
До останнього часу вона жила в двох кімнатах будівлі, колишнього раніше стайнею. Зараз вона займає маленьку квартирку в будівлі гуртожитку для співробітників лабораторії. Як і раніше, у неї немає співробітників, лаборанта або секретаря.
Влітку 1985 року Б. Мак-Клінток побувала в Москві, на конференції Федерації європейських біохімічних товариств.
Стрибають гени - історія відкриття, це дуже цікаво!
Не тільки стрибають гени
Часто буває так, що лауреат Нобелівської премії гідний цієї нагороди не тільки за те, за що йому її присудили, але також і за щось ще. Барбара Мак-Клінток якраз приклад такого вченого. Хоча її ім'я стало відоме більшості молекулярних біологів лише завдяки відкриттю мобільних генів, будь-який студент-генетик за дві секунди вам пояснить, хто така Мак-Клінток і в чому суть її відкриття.
До вашої подив, це не буде відкриття стрибаючих генів. Відкриття Мак-Клінток, описане у всіх підручниках генетики, - доказ того, що гени знаходяться в хромосомах.
На початку нашого століття американець В. Сеттон і німець Т. Бовери звернули увагу на схожість в розподілі генів при їх передачі від батьків до дітей з поведінкою хромосом, які спостерігаються під мікроскопом при розподілі статевих клітин. Це змушувало багатьох припускати, що гени знаходяться в хромосомах, проте чітких доказів цьому до роботи Мак-Клінток отримано не було.
Суть цієї роботи в тому, що Мак-Клііток вдалося отримати лінію кукурудзи, одна з хромосом якої (хромосома №9) мала під мікроскопом незвичайний зовнішній вигляд.
На одному кінці вона мала потовщення і при цьому була довшою, ніж нормальна хромосома №9. Крім того, ця лінія кукурудзи мала два зчеплених гена, що визначають колір і крахмалистость качанів. Як ми знаємо, зчеплення пов'язано з тим, що обидва гена знаходяться поруч в одній хромосомі.
Ті поодинокі випадки, коли гени «расцепляются», пов'язані з розривом хромосом, обміном шматками між ними. І ось виявилося, що саме в тих випадках, коли зчеплені ознаки розходилися по різних рослин, під мікроскопом було видно, що помітна хромосома №9 обмінювалася своїми частинами з іншого хромосомою. Після цього не залишилося сумнівів у тому, що гени знаходяться в хромосомах.
Стрибають гени - історія відкриття, це дуже цікаво!
Дивлячись з середини 80-x років на роботу Мак-Клінток, зроблену 40 років тому, не можна не побачити ще один пророчий результат її роботи.
Хоча Нобелівську премію їй присудили за відкриття стрибаючих генів, сама вона вибрала інша назва для свого відкриття - контролюючі елементи.
Мак-Клінток надавала значно більше значення тому факту, що відкриті нею елементи змінюють роботу сусідніх з ними генів, ніж того, що вони здатні змінювати своє положення в хромосомах.
Треба сказати, що ще в 1925 році американський генетик А. Стертевант показав, що ген може змінювати свою роботу в залежності від того, які гени його оточують, і назвав цей феномен «ефектом положення».
У 30-ті роки це явище було детально досліджено радянським генетиком Б.Н. Сидоровим, з'ясувати багато важливих властивості цього ефекту.
У 1980 році ефект положення був перевідкритий на молекулярному рівні швейцарськими вченими Р. Гросшедлем і М. Бірнстілом, після чого молекулярні роботи в цьому напрямку посипалися як з рогу достатку.
Ділянки ДНК, здатні активувати роботу генів, були названі підсилювачами. Виявилося, що багато підсилювачі здатні активувати ген, перебуваючи за кілька тисяч нуклеотидів від точки початку зчитування гена або навіть будучи вбудованими в хромосому після гена.
Стрибають гени часто містять послідовності ДНК, які мають властивості підсилювачів. Цим часто і пояснюється їх вплив на сусідні гени.
(Цікаво, що в дослідах Мак-Клінток рухливі елементи вимикали ген, а не активували, так що підсилювачі можуть тут бути зовсім ні при чому.)
Незважаючи на розуміння всієї важливості підсилювачів в роботі генів, механізм їх дії поки залишається неясним.
Мак-Клінток, однак, в своїх уявленнях пішла ще далі - вона припустила, що відкриті нею контролюючі елементи пересуваються в геномі закономірно і тим самим контролюють роботу генів в ході розвитку організму з зародка.
Ці уявлення відкидаються зараз більшістю вчених.
Те, що Мак-Клінток вважала за можливе закономірне переміщення контролюючих елементів в ході розвитку організму, сильно пошкодило сприйняття її відкриття.
Попелюшка стає принцесою
Стрибають гени були відкриті ще на початку у бактерій Й. Йорданом, X. Зедлером і П. Штарлінгером (ФРН) в 1968 році, і майже одночасно вони були описані американцем Дж. Шапіро.
У 1977 році вони були виявлені у вищих організмів (у дрозофіли) в лабораторіях наших співвітчизників Г.П. Георгієва і В.А. Гвоздьова.
За це відкриття велика група вчених, що працюють в цих лабораторіях, в 1983 році була удостоєна Державної премії СРСР.
Цікаві роботи з вивчення рухливих генів ведуться в Інституті загальної генетики АН СРСР Т.А. Герасимової спільно з співробітниками лабораторії Г.П. Георгієва. Виявлено новий клас мутацій - «транспозіціонние вибухи» - масове і певною мірою спрямоване переміщення рухомих генетичних елементів (див. «Наука і життя» №11, 1984 р).
Всі ці відкриття були зроблені з використанням зовсім інших методів, ніж ті, якими користувалася Мак-Клінток.
Правда, при роботі з бактеріями теж все почалося з того, що вивчалася природа мутацій деяких генів, які, як потім з'ясувалося з допомогою молекулярних методів, виникли під дією стрибка рухомого елемента.
Думаючи про присудження Нобелівської премії Барбарі Мак-Клінток, мимоволі задаєш собі питання: хто ж все-таки створив наші сьогоднішні уявлення про рухомих генетичних елементах - Мак-Клінток в 40-і роки або вчені, знову їх відкрили в 70-е? Не будь перевідкриття, молекулярні біологи і не згадали б про Мак-Клінток.
Але не будь відкриття Мак-Клінток, нічого б не змінилося в ході розвитку науки - стрибають гени відкрили б молекулярні біологи.
Тоді за що ж дали премію?
Премію дали за то, що Мак-Клінток все-таки була першою, хоча і не визнаної довгий час.
Досить часто, і це справедливо, Нобелівську премію дають не тим, хто створив сучасні уявлення про що-небудь, а тому, хто перший в історії доторкнувся до нового, нехай людство це відразу і не оцінило.
А то, що відкриття не визнали відразу, тим гірше для не тих, хто не визнав. Визнали було теж чимало, тільки не вони робили погоду в той період розвитку науки. Присудження Нобелівської премії Барбарі Мак-Клінток і їм нагорода.
________________________________
Георгієв Г.П. Рухливі гени. «Hayка і життя» №5, 1981 г.
Георгієв Г.П. Стрибають гени. «Хімія і життя» №12, 1984 р
Федорофф Н.В. Рухливі генетичні елементи кукурудзи. «У світі науки» №8, 1984 р
Xесін Р.Б. Мінливість геному. М. «Наука». 1984.