Один ген — один полипептид

Альтернативный сплайсинг предоставляет эволюции практически безграничные возможности. Материал эволюции — генетическое разнообразие, а двигатель — естественный отбор. А ведь альтернативный сплайсинг приводит к такому разнообразию белков, что… Посудите сами. Комбинация только из трёх генов, каждый из которых может кодировать только 1 000 вариантов белков, даёт 1 000 000 000 возможностей для естественного отбора (1 млрд изоформ трёх белков). А если таких генов 1000? А если 10000?

Каковы молекулярные механизмы эволюции? Как происходит видообразование? Поисками ответов на эти вопросы занимаются такие новые научные направления, как молекулярная генетика развития и эволюционная биология развития (по-английски сокращённое название этой волнующей науки звучит очень романтично — evodevo, от evolutionary developmental biology). Большие успехи в выяснении молекулярных механизмов эволюции делает сравнительная геномика. которая с помощью мощнейших методов компьютерного анализа анализирует и сравнивает гены и геномы разных организмов.

Итак, открытие принципов организации и экспрессии эукариотных генов поставило перед наукой новые проблемы и новые задачи. Это нормально. А что дали эти открытия для практики?

Не приведёт ли альтернативный сплайсинг к банкротству геномных фирм?

Проект „Геном человека“ — секвенирование генома Homo sapiens, содержащего около 3 млрд нуклеотидов, по свой научной значимости и амбициозности сравнивают с программой пилотируемых полётов на Луну „Аполлон“. Стоимость этих программ соизмерима. Миллиарды долларов. Но инициаторы проекта „Геном человека“, кроме научных целей имели ещё и грандиозные планы практического использования генетической информации, которая должна быть получена в результате его выполнения. А там, где практическое использование — там и коммерческий интерес. Предполагалось, что информация о строении генома человека будет полезна для ранней молекулярной диагностики наследственных заболевания и для их лечения путём, так называемой, заместительной генетической терапии (дефектный ген замещается на нормальный). Планировалась, что информация о геноме человека приведёт к революции в разработке нового поколения лекарственных препаратов, создаваемых на основе знаний о нарушениях функционирования определённых белков. Если знать, как кодируется и экспрессируется конкретный белок, приводящий к первопричине заболевания, то будет возможным, как полагалось, создать такие искусственные молекулы, которые будут направленно, а не в слепую, исправлять патологические процессы уже на молекулярном уровне. А это, как прогнозировалось, может принести многомиллиардные прибыли. Но сначала были необходимы многомиллионные инвестиции. И они были сделаны. Были созданы коммерческие фирмы, которые проводили секвенирование генома человека. Информация о нуклеотидных последовательностях генов, которая, как полагалась, может привести к разработке новых методов диагностики и терапии, патентовалась.

Но разве нуклеотидная последовательность эукариотного гена даёт однозначную информацию о том, какой именно белок он кодирует? Нет. Всё зависит от пути альтернативного сплайсинга. А этих путей для одного гена может быть почти 40000. Выделить и охарактеризовать все 40000 белков и установить, из-за какой именно изоформы белка происходит патология задача практически не решаемая. По крайней мере, пока. И знаменитый дешифровальщик генома человека Крейг Вентер, бывший директор геномной фирмы Celera Genomics, круто меняет направление своего бизнеса. Теперь он занимается массовой дешифровкой геномов бактерий. Его научный корабль бороздит волны Саргассова моря (в районе Бермудского треугольника), научные сотрудники отлавливают морских микробов и секвенируют их геномы прямо на корабле. Суммарная длина всех уже просеквенированных нуклеотидных последовательностей — более 1 млрд нуклеотидов, она относится к 1800 видам бактерий, из которых 148 видов ранее известными не были. Цель проекта — поиск новых генов, имеющих прикладное значение. Разумеется, работать с прокариотными генами несоизмеримо проще: один ген — один белок. Если Крэйг Вентер уже подал в отставку с должности директора, то директор другой крупнейшей геномной фирмы Human Genome Science — Уильям Хэзелтайн пока только объявил, что собирается „перейти на другую работу“.

Разумеется, совершенно непредвиденная сложность эукариотных генов и механизмов их экспрессии не должны приводить нас в отчаяние и разочарование. Наоборот, чем сложнее задачи, тем более интересными и неожиданными будут их решения. А они обязательно будут.

Что ж, изобретя мозаичный ген и альтернативный сплайсинг, эволюция преподнесла своему результату — Человеку разумному ошеломляющий сюрприз.