0

Следующий предел генетики

В 1974 г. я издал работу под названием "Генетика Caenorhabditis elegans ", известной также как нематода. Она начиналась так: "Главной нерешенной проблемой биологии является вопрос о том, как гены могли бы определить сложные структуры, найденные в более высоких организмах." Это остается актуальным и в настоящее время. Как гены строят органы, кости или кожу и определяют их функции? Являются ли трудности, с которыми мы сталкиваемся при выборе правильного организма для изучений, причиной нашей медлительности в выяснении этого вопроса?

До начала 60-х гг. самый важный оставшийся без ответа вопрос биологии был гораздо более скромным: как ДНК определяет самый простой из белков? Но тогда стало ясно, что все, что было необходимо сделать - это взять ген и получить его секвенцию, взять белок и получить его секвенцию и просто перевести один в другой. В принципе, мы могли изучать то, что делают гены, просто читая их химический язык.

Chicago Pollution

Climate Change in the Trumpocene Age

Bo Lidegaard argues that the US president-elect’s ability to derail global progress toward a green economy is more limited than many believe.

Конечно, в то время у нас не было необходимых инструментов. У нас были примитивные инструменты для получения секвенции белков, с помощью которых мы могли понять их химию. Но мы не могли взяться за химию генов. Все, что мы могли сделать, это следовать за стандартной - мучительно медлительной - процедурой, установленной Грегором Менделем, основателем генетики XIX века. Согласно Менделу, присутствие гена в организме подтверждается только тогда, когда мы находим его альтернативную форму, называемую allele . Например, Мендел не мог сказать, что в каком-то виде растения присутствовал ген высоты до тех пор, пока он не обнаружил карликовых мутантов того же самого вида.

Этот подход определяет гены по заметным характерным чертам организма. К счастью, технологический прогресс позволяет нам определить гены намного быстрее, чем мог это сделать Мендел. С открытием генетической перекомбинации в вирусах, которые быстро распространяются, воспроизводя бактерии, стало возможным измерить мутацию в потомстве гораздо более скурпулезно и, таким образом, разобрать тонкую структуру гена.

Таким образом, естественно, что к этому моменту у биологов возник вопрос о том, разгадает ли подобный подход генетику более сложных многоклеточных организмов. Правилом проведения более ранних исследований бактерий было достать мутанты и изучить их как можно глубже. Организм с быстрым уровнем роста, подобный бактериям, - вот что было нужно. Это предоставило бы нам множество генетических изменений, позволив полностью проанализировать гены.

Я интересовался нервной системой и считал, что важно изучать ее таким образом, чтобы можно было подвести итог в форме схемы соединений. План состоял не в том, чтобы проследить непосредственно поведение генов, а в том, чтобы разделить проблему на два вопроса: вопрос, связанный с развитием ("как гены строят нервные системы?"), и физиологический вопрос ("как нервные системы или мозг порождают поведение?").

Идея состояла в том, чтобы изучить мутанты C . elegans в надежде найти мутанты генов, которые регулируют поведение. Но даже в организме столь же простом, как C . elegans , наши технологические пределы сделали чрезвычайно трудным процесс точного определения функции генов. Мы начали с изучения мускулов просто потому, что это дало нам большое количество белков.

Изобретение в середине 70-х гг. технологии клонирования и построения секвенции ДНК открыло новые перспективы для проведения исследований, и ее применение к людям и другим млекопитающим было чрезвычайно успешным в плане научного открытия. Но развитие генетики все еще зависит от способности изучать организмы - модели, такие как C . elegans и Drosophila (фруктовая муха).

В действительности, большой риск в настоящее время состоит в том, что с таким большим потоком генетических описаний организмов, мы тонем в море данных, но только отдаляемся от понимания биологической сложности. Основными функциональными единицами всех сложных живых организмов, это необходимо помнить, являются клетки, а не гены. Карты клеток и карты, показывающие, как клетки взаимодействуют друг с другом - вот что нам нужно в настоящее время.

Наше первое задание - установить, сколько разных клеток в сложном организме. Я думаю, что теперь мы можем ответить на этот вопрос в отношении C . elegans . Но что касается позвоночных организмов, таких, как мы сами, мы все еще очень далеки от ответа.

Это приводит нас к необходимости задуматься о людях - не просто о человеческом геноме - как об объектах биологических исследований. Мне пришло это в голову недавно, когда я присутствовал на собрании по поводу мышей, которые являются моделью человека. На собрании было предложено создать генетически смешанный бассейн с 30000 мышами. Мы бы научили людей обследовать этих мышей и диагностировать высокое кровяное давление, диабет, жадность и т.д. Тогда мы бы изучили генотипы этих мышей - особые варианты их генов.

Fake news or real views Learn More

Проблема состоит в том, что технологически мы неспособны создать карты 30000 генотипов. Но мне пришло в голову, что даже если можно было бы создать карты 30000 генотипов, почему работа проводилась бы с мышами? В конце концов, у нас уже есть много высоко образованных людей для обследования объектов, а именно, это врачи. Таким образом, когда технология позволяет (а я думаю, что она может позволить и позволит), почему бы нам не проводить работу непосредственно с людьми?

Правильный способ сделать это состоял бы в том, чтобы работать с населением, где каждый был бы анонимным. Мы можем доказать, что мы понимаем генетическую структуру человеческой болезни, синтезируя ту же самую болезнь в мышах. Но сама цель использования организмов - моделей состоит в том, чтобы подтвердить то, что мы видим в реальном объекте.