Знали ли вы, что все наши предки обладали карими глазами? Или что генная инженерия вскоре сможет справиться с нашествием борщевика на наши поля? Создатели нового школьного курса по генетике от ГК «Просвещение» отвечают на «детские» вопросы о генетике. Интересно будет и взрослым!
Цвет глаз у человека формируется в результате сочетания генов, которые влияют на количество и распределение пигмента в радужной оболочке. В частности, гены OCA2 и HERC2 играют ключевую роль в определении цвета глаз. Карие глаза являются доминирующим признаком, а голубые и зеленые – рецессивными, что объясняет их редкость. Исследования показывают, что мутация в гене HERC2, произошедшая около 6-10 тысяч лет назад, позволила появиться голубым глазам, что стало настоящим эволюционным шагом в человеческой истории.
Кроме генетических факторов, на цвет глаз также могут влиять и environmental условия, такие как освещенность. Например, в условиях яркого света радужка может казаться светлее, чем она есть на самом деле. Это явление объясняется изменениями в количестве меланина, отвечающего за темный цвет глаз, и количество света, попадающего на глаза.
Современные исследования в области генетики открывают новые горизонты для понимания не только цветовых различий, но и наследственных заболеваний, предрасположенности к ним и даже возможностей для коррекции. Каждый из нас уникален благодаря сложному взаимодействию генов и факторов окружающей среды, что делает генетику крайне интересной и перспективной наукой.
Мы правда родственники обезьян?
Александр Пилипенко, кандидат биологических наук, руководитель лаборатории молекулярной палеогенетики и палеогеномики Института цитологии и генетики СО РАН
Мы, люди, находимся в родстве с обезьянами, но это родство следует понимать в контексте эволюции. Эволюционное родство подразумевает, что все живые существа имеют общего предка, от которого каждое из видов пошло своим уникальным путем развития.
На самом деле все организмы связаны эволюционным родством. Степень этого родства различна: чем позже жил наш общий предок, тем ближе подобие между видами. Например, млекопитающие являются ближе к нам, чем птицы, а тем более насекомые или растения. Тем не менее все мы когда-то имели общих предков.
Человек и разные виды обезьян принадлежат к отряду приматов. Их общий предок жил около 65-75 миллионов лет назад. Это сравнительно короткий срок в эволюционной истории. Поэтому различные виды обезьян – это наши ближайшие эволюционные родственники. Интересно, что ближайшие родственные связи человека среди млекопитающих, не относящихся к приматам, принадлежат грызунам.
Мы имеем весьма тесное эволюционное родство с высшими человекообразными обезьянами. Самые близкие из ныне существующих видов — это шимпанзе, с которыми наши эволюционные пути разошлись всего 6-7 миллионов лет назад.
Когда-то среди наших ближайших родственников были представители рода Homo (Люди). Сегодня мы являемся единственным оставшимся видом в этой группе. Однако 50-100 тысяч лет назад, помимо Homo sapiens (так мы скромно назвали себя), существовали неандертальцы и денисовцы. Наши общие предки с этими исчезнувшими видами жили менее миллиона лет назад, буквально в «эволюционном вчера». Кстати, эти утраченные виды оставили значительный генетический след в современном человечестве, что было установлено благодаря анализу древней ДНК.
Как можно увидеть свою ДНК?
Елена Воронина, кандидат биологических наук, доцент, младший научный сотрудник лаборатории фармакогеномики Института химической биологии и фундаментальной медицины
ДНК можно визуализировать, выделив ее из миллионов клеток. Для этого ученые разрушают мембраны клеток и клеточные белки, которые связывают ДНК внутри клеток. Затем добавляют спирт: молекулы ДНК стремятся «схорониться» от него и начинают сворачиваться, выпадая в осадок в виде тонких белых нитей. В этот миг ученый успевает разглядеть молекулы ДНК.
Подобный опыт можно провести самостоятельно: соберите 3-5 мл слюны (где присутствуют эпителиальные клетки) и смешайте с примерно равным количеством 1% раствора соли. Затем добавьте 2-3 капли моющего средства и 1 мл ферментативного препарата, ранее разведенного в воде (например, Панкреатина или Мезима). Нагрейте смесь в теплой воде (примерно 35°C) на протяжении 15-20 минут, а после этого аккуратно добавьте холодный спирт (чем выше его концентрация, тем лучше – это может быть изопропиловый спирт, купленный в аптеке).
На границе водной и спиртовой фазы вы увидите формирование тонких белых нитей, которые постепенно собираются в крупный клубок – это и есть молекулы ДНК. Такой метод не позволяет нам увидеть чистые молекулы ДНК, так как мы не очищаем продукт от белков и полисахаридов. Но тем не менее, мы можем с любопытством взглянуть на ДНК.
Однако наблюдать двухцепочечную спираль, модель которой представлена в сознании каждого, невозможно даже в электронный микроскоп. В самом мощном микроскопе ДНК будет видна лишь как крайне тонкая нить.
В настоящее время активно развиваются технологии создания самоорганизующихся наноструктур из молекул ДНК. Ученые синтезируют цепочки ДНК с заданной нуклеотидной последовательностью, и благодаря взаимодействию нуклеотидов эти молекулы начинают собираться в фигуры, задуманные исследователем – шары, пирамиды, звезды и даже смайлы. Такие структуры прекрасно различимы в микроскоп.
Знаменитые А, Г, Т, Ц также недоступны для визуализации в микроскопе. Для этого ученые прибегают к секвенированию, процессу, в котором шаг за шагом определяют, какой из нуклеотидов присоединён в следующем месте в цепочке ДНК. Этот процесс включает миллиарды шагов. Современные устройства могут «прочитать» всю ДНК человека (6 миллиардов нуклеотидов) всего за сутки.
ГМО есть вредно? И вообще, что это такое?
Нариман Баттулин, кандидат биологических наук, руководитель лаборатории генетики развития Института цитологии и генетики СО РАН
ГМО (генетически модифицированные организмы) — это организмы, которые были изменены целенаправленно с использованием генетической инженерии. Такие модификации могут включать добавление генов от других, не родственных видов. Новый ген приносит новые характеристики. Например, гены, повышающие устойчивость пшеницы к засушливым условиям. Современные достижения в области генетики позволяют создавать организмы с множеством уникальных свойств.
К сожалению, из-за множества мифов, окружавших ГМО, они приобрели плохую репутацию. Однако с научной точки зрения ГМО не более опасны, чем обычные продукты питания. Ни одно серьезное исследование не выявило негативного влияния на здоровье от употребления пищи, произведённой из генетически модифицированных организмов. Также проводились проверки для выявления долгосрочных последствий для последующих поколений – и также никаких признаков вредного воздействия ГМО не обнаружено.
Генетика может справиться с борщевиком, который заполонил все?
Елена Хлесткина, доктор биологических наук, профессор РАН, Директор Всероссийского института генетических ресурсов растений имени Н.И. Вавилова
Технологии генетики и растительные модификации уже используются, а в будущем они станут еще более распространенными для решения экологических задач. Сегодня мы способны выводить сорта растений, требующие меньше обработок пестицидами, что способствует переходу на экологичное сельское хозяйство.
Это направление будет более успешным, когда селекционеры начнут корректировать «неустойчивые» гены на «устойчивые» посредством генетического редактирования. Подобные исследования уже проводятся на разных растениях.
Главная задача создания нового сорта какой-либо культуры – это «настроить» его генетическую структуру так, чтобы оно выработало вещества в нужной форме, минимизируя необходимость доработки растительного сырья. Современные генетические технологии позволяют осуществлять такую «настройку» быстро и на высоком уровне.
Инвазивные виды растений и животных представляют собой серьезную экологическую угрозу. Контроль численности таких видов-агрессоров с помощью генетических технологий позволит, например, вернуть борщевик в свое прежнее скромное состояние, когда он был невысоким и не вторгался на открытые территории, подавляя луговые растения.
Кроме того, генетика помогает проводить мониторинг генетического разнообразия в природе, своевременно предупреждать об угрозе его утраты и разрабатывать эффективные меры для сохранения, а с применением генетических технологий даже направленного увеличения «генетического разнообразия» видов, находящихся под угрозой исчезновения.
А если у меня глаза зеленые, будут зеленые у моих детей?
Татьяна Шнайдер, младший научный сотрудник сектора геномных механизмов онтогенеза Института цитологии и генетики СО РАН
Краткий ответ: нет. Удивительно, но такой, казалось бы, простой признак, как цвет глаз, определяется работой около 150 генов! Каждый из них вносит свой вклад.
Наиболее значимым является ген HERC2. Мутация, произошедшая в нем несколько тысячелетий назад (по сравнению с эволюцией, это почти вчера), привела к появлению людей с голубыми глазами. По всей видимости, изначально все люди обладали карими глазами.
При данной мутации у людей со светлыми (включая голубые) и серыми глазами в радужной оболочке отсутствует основной пигмент, известный как меланин. Голубой цвет возникает благодаря рассеянию света на коллагеновых волокнах, как мы видим голубое небо из-за рассеяния света молекулами воздуха. В темных оттенках глаз, наоборот, присутствует много меланина.
Зеленые глаза у человека являются результатом смешанного цвета: с одной стороны — голубой (из-за коллагеновых структур в радужке), с другой — небольшое количество желто-коричневого пигмента липофусцина, который присущ всем клеткам человека. Вспомним уроки рисования: голубой + желтый = зеленый!
Зеленый пигмент ни люди, ни другие млекопитающие не научились производить самостоятельно, поэтому чисто зеленые глаза встречаются крайне редко. Зеленые глаза представляют собой широкую группу оттенков, формирование которых также зависит от индивидуальных характеристик каждого человека. Получить точную «копию» цвета глаз у ваших детей – практически невыполнимая задача, даже с использованием клонирования.
Но вы все же не собираетесь клонировать себя, не так ли? Тогда подумайте о том, что у каждого ребенка есть и мама, и папа. Какого цвета могут быть глаза будущей мамы (или папы) вашего ребенка? Когда решите, вы получите более четкий ответ. Но к тому времени вы, вероятно, станете гораздо более опытными в генетике, чем сейчас.
