Если предложить бактериям (в данном случае кишечным бактериям Escherichia coli – любимцам молекулярных биологов) питательный раствор с виноградным сахаром (глюкозой) и молочным сахаром (лактозой), то сначала перерабатывается весь виноградный сахар, поскольку он питательнее и легче усваивается. Только после этого бактерии принимаются за молочный сахар.
На генном уровне это выглядит следующим образом: лактозный оперон содержит план по синтезу белка, который отвечает за усвоение бактериями молочного сахара. Контроль за запуском этого плана и его интенсивностью осуществляется так называемым промотором – участком ДНК, который находится в непосредственной близости от места сборки белков. Он берет на себя функции центра управления. Если в клетке нет молочного сахара, центр управления заблокирован. За это отвечает лактозный репрессор – белок, который присоединяется к ДНК и мешает считывать инструкции. Это можно сравнить с ситуацией, когда вы в какой-то день решили ответить на все послания по электронной почте, но, как назло, постоянно звонит телефон и мешает вам. На одно-два письма вы еще как-то сможете ответить, но об эффективной работе можно забыть.
То же самое происходит и с лактозным опероном. Несмотря на помехи репрессора, он все же производит небольшое количество белков, но до тех пор, пока имеется виноградный сахар, эти белки не активизируются. И только когда вся глюкоза заканчивается, в клетку начинает поступать молочный сахар. Там он присоединяется к репрессору, который после этого отделяется от ДНК. Теперь лактозный оперон активизируется и начинает полным ходом производить белки до тех пор, пока не закончится весь молочный сахар. Затем репрессор вновь присоединяется к промотору и отключает его.
Если процесс переработки молочного сахара показался вам слишком скучным, у нас есть еще один пример генного регулирования. Это ген под названием Супермен, играющий важную роль в развитии мужских половых признаков цветка Arabidopsis thaliana (еще одного любимого объекта для биологических экспериментов). Небиологи пренебрежительно называют его сорняком. Активность Супермена сдерживается белком, за кодирование которого отвечает ген Криптонит. Кстати, существует и ген, обладающий очень большим сходством с Суперменом, но не столь сильный. Его название – Кларк Кент[1].
Вырисовывается такая картина: фрагмент ДНК производит короткую РНК (матричную, или мРНК), которая, в свою очередь, кодирует синтез белка. А белок отвечает за какой-то признак (возможно, малосущественный). Все очень точно и целенаправленно… Но жизнь совсем не так проста. Наша биология отличается креативностью и изобретательностью. Если что-то вообще способно функционировать, то оно обязательно будет воплощено в жизнь. Может ли существовать функция, которая возлагается не на белок, а непосредственно на РНК? А почему бы и нет? А что, если слегка видоизменить мРНК, чтобы она производила другой вариант белка? Так тому и быть! И перечень подобных возможностей можно продолжать до бесконечности.
