Генетика на завтрак
(Научные лайфхаки для повседневной жизни) - Модер Мартин - Страница 13

Это делает наших жужжащих спутников отличными подопытными организмами для молекулярных биологов. В 1933 году генетик Томас Хант Морган благодаря мушкам даже получил Нобелевскую премию в области медицины. Он первым сумел доказать, что отдельные гены в клетке последовательно распределены по хромосомам. Фундаментальное знание, без которого сегодня сложно представить медицинское исследование. Так что мушки заложили основы современной генетики.

В процессе подготовки диссертации на степень магистра я тоже имел удовольствие целый год работать с плодовыми мушками. Насекомые обитают в небольших бутылочках, наполовину заполненных богатой питательными веществами почвой. В них личинки живут припеваючи и чувствуют себя превосходно. Примерно через девять дней после вылупления они окукливаются и превращаются в замечательных плодовых мушек. Непрерывно наблюдать за животными, кажущимися настолько отличными от нас, людей, в течение длительного периода времени очень увлекательно. Начинаешь замечать многочисленные сходства. Впрочем, спустя какое-то время я сделал то же, что и большинство молекулярных биологов: я вытащил их мозги. Вам когда-нибудь приходилось делать это? Извлекать мозг плодовой мушки? Это чертовски мелкая вещица. Некоторые физики, занимающиеся исследованием элементарных частиц, обзавидуются. Но было бы несправедливо по отношению к мушкам вытворять такое, не имея на то уважительной причины. Хотя созданные для них условия были по возможности приближены к человеческим и мух перед операцией усыпляли. В данной ситуации меня интересовала не столько сама плодовая мушка, сколько совершенно другой заложник человечества: рак.

У плодовых мушек есть ген, носящий название Brain Tumor, или «опухоль головного мозга». Угадайте, что произойдет, если этот ген будет поврежден? Ученые — прагматики до мозга костей, поэтому они часто называют гены по обозначению того, что случится, если ген выйдет из строя. Следовательно, у мушек есть гены и с такими легко запоминающимися названиями, как «инвалид» или «косолапость». К сожалению, политкорректность в выборе слов среди мушек пока что не получила распространение. Если ген опухоли головного мозга дефектный, у мушки, соответственно, развивается опухоль головного мозга. Для мушек это не очень хорошо, но ученому может показаться довольно занимательным. Ген опухоли головного мозга присутствует и у людей, но под менее броским названием TRIM3. В настоящее время известно, что у пациентов с опухолью головного мозга часто встречается мутация в этом гене. Причина развития этого вида онкологического заболевания у мушек и у людей общая. Значит, можно попробовать вылечить опухоль головного мозга у мушки в надежде найти способ лечения для людей. Именно такую цель я преследовал во время нашей с коллегами работы в рамках написания магистерской диссертации на поприще генетики. Другими словами, мы разрушали еще больше генов мушки и смотрели, что будет. Звучит не очень продуманно, но, пожалуй, именно поэтому такой подход пользуется успехом среди исследователей.

У мушек, с которыми я работал, уже был поврежден ген опухоли головного мозга и на стадии личинки развилась опухоль. Мы брали этих мух и у каждой из них дополнительно нарушали другой ген, но у каждой свой. Если в распоряжении есть достаточное количество мух, то в конечном итоге в дополнение к гену опухоли будет поврежден каждый ген из всех, что имеются у мушки. При этом наблюдение ведется также за мушками, у которых опухоль не развивается, но присутствует мутация со склонностью к ее образованию. Второй, добавленный генетический дефект в этом случае компенсировал бы мутацию. Для этого нужно было отыскать ген, действующий на опухоли, но не на здоровые клетки мушки. Такой ген или белок, являющийся производным результатом этого гена, стал бы потенциальным объектом воздействия для будущих лекарств от рака.

Отключение такого большого количества генов кажется ужасно утомительным. В конце концов, у мушки их насчитывается более 15 000. К счастью, существуют библиотеки, которые всегда помогут в работе: мушиные библиотеки. Речь идет не о библиотеках с книгами о плодовых мушках и читальных залах, где насекомые увлеченно листают страницы, устроившись среди пыльных полок. Фактически это коллекция плодовых мушек, имеющих генетические различия. Мушиная библиотека, которой мы пользовались, состоит из мушек с мутациями в разных генах. Если их всех собрать вместе, то практически для каждого существующего гена найдется мушка, у которой соответствующий ген поврежден. Если мушки с поврежденным геном опухоли головного мозга спарятся с насекомыми, имеющими другую мутацию, у некоторых из их потомков оба гена будут повреждены. То есть нужно скрещивать мушек до тех пор, пока каждый ген, имеющийся у плодовой мушки, не будет однажды поврежден наряду с геном опухоли головного мозга. При этом необходимо выбирать здоровых особей, у которых, несмотря на дефект в виде опухоли головного мозга, рак не развивается. Таким образом, дополнительно мутировавший ген предотвращает рост опухоли. Эврика, нам даже удалось обнаружить парочку таких генов!

Получится ли однажды применить это знание для лечения людей? Никто не знает. Но по крайней мере путешествие в мир плодовых мушек определенно меня изменило. Каждый раз, когда во время пробежки по Донауинзель мне в нос залетает мошка, во мне просыпается надежда на прорывные результаты.

Мушки важны не только для медицины: в работе продуктовых ларьков они играют решающую роль. Во-первых, потому что мух нужно отгонять, тем самым мешая им поедать печеночный паштет, а во-вторых, потому что пиво, которым запивают бутерброды, без мушек было бы совсем невкусным. Когда в следующий раз соберетесь выпить кружечку золотистого Hopfen-Smoothie, подумайте о том, что его сладкий аромат так бесподобен только благодаря тысячелетней совместной эволюции дрожжей и плодовой мушки.

Исследования подтверждают, что насекомые имеют косвенное отношение к созданию фруктового аромата у некоторых сортов пива.

Хоть этот аромат и производят дрожжи, это делается не для удовольствия, а в надежде привлечь плодовых мушек [42]. С пивом у них ничего не вышло, потому что оно привлекает в основном мужчин среднего возраста. У колонии дрожжей, живущих в условиях дикой природы, гораздо больше шансов добиться успеха. Когда муха садится на нее, к волоскам на ее лапках прикрепляются дрожжевые клетки, которые, таким образом, благодаря насекомым эффективно распространяются. Чтобы привлечь мух, дрожжи выработали фруктовый аромат, который мы так ценим у некоторых сортов пива.

Впервые эта взаимосвязь была замечена случайно. Бельгийский генетик работал с двумя разными штаммами дрожжей. Один был нормальным, у второго была генная мутация, которая снижала его аромат. После долгого рабочего дня (каким бывает каждый рабочий день исследователя) ученый ушел из лаборатории, поленившись убрать дрожжевые культуры. В то же время его коллега из соседней лаборатории оказался настолько неаккуратен, что несколько мух умудрились улизнуть. На следующее утро исследователи дрожжей обнаружили, что плодовые мушки забрались в ароматную, а не в мутировавшую дрожжевую культуру. Еще одно подтверждение того, что быть ленивым и неряшливым — это не всегда плохо.

Якоб и Мария, две влюбленные личинки рыбки данио-рерио, плывут по течению. Оба полностью прозрачные и всего лишь несколько миллиметров в длину. Якоб собирает букет водорослей для своей возлюбленной. С сияющими глазами Мария восклицает: «О боже, Якоб, это же мои любимые водоросли! Ты умеешь читать мысли?» В своем гормональном безумии Мария забыла, что оба они — личинки рыбки данио-рерио, излюбленные подопытные животные, у которых можно наблюдать работу мозга. Данио-рерио знакомы всем по стандартному набору начинающего любителя аквариумов. Животные выглядят довольно неприметно и, кажется, ведут себя скучно большую часть времени. И только опытный биолог сразу разглядит потенциал этих рыбок — они как Чак Норрис пресных вод. Если отщипнуть у них хвостовой плавник, новый сформируется всего за две недели. Кости, кожа, кровеносные сосуды и нервы — все вырастет там, где и должно быть. Потрясающая способность к регенерации! Быть может, именно по этой причине пластические операции не особо популярны среди рыбок данио-рерио — много денег, боли, а через две недели нос опять такой же кривой, как и прежде. Можно удалить 20 % сердечной камеры рыбки, не сильно ее потревожив. Спустя короткий промежуток времени ткань снова вырастет, практически не образовав рубцов. Для регенерации рыбка активирует клетки сердечной мышцы, которые начнут делиться и заменят отсутствующую часть сердца. Людям было бы особенно полезно овладеть этим трюком, поскольку сердечно-сосудистые заболевания являются у нас причиной смерти номер один. В процессе развития наше сердце также обладает высокой регенеративной способностью, которая в значительной степени утрачивается в течение жизни. Возможно, мы научимся у данио-рерио сохранять эту способность.