Клетки могут обладать сложным механизмом передачи информации по наследству, не зависящим от последовательности ДНК.
Наследственное влияние: Схемы и гены

Одна из самых больших тем современной биологии — вопросы передачи информации по наследству. Помимо генов, состоящих из последовательности нуклеотидов ДНК, в последние годы обнаружены и другие системы т.н. эпигенетической наследственности. К ним относится, например, присоединение метильной группы к цитозину (метилирование ДНК), или модификации работы белков, упаковывающих ДНК в хромосомы (ремоделирование хроматина). Роль и влияние этих «нетипичных» механизмов наследственности остаются предметом интенсивных дискуссий.

А недавно Георг Фритц (Georg Fritz) и его коллеги предложили еще один крайне любопытный механизм в качестве нового элемента эпигенетической наследственности. Известно, что гены никогда не функционируют независимо, они организованы в сложные цепочки: скажем, активность гена А стимулирует ген Б и подавляет В и Г; в свою очередь, подавление В стимулирует Д и так далее. Ученые рассмотрели эти цепочки взаимозависимостей по аналогии с электронными микросхемами, сама организация которых позволяет хранить информацию.

Чтобы проиллюстрировать подход, представим работу обычного «генетического переключателя», системы из двух генов, подавляющих активность друг друга. Существовать эта система может, как выключатель лампы, в двух альтернативных состояниях: ген А активен и производимый им белок ингибирует активность гена Б; либо наоборот, Б через свой белок ингибирует А. Однако то или иное состояние системе задается внешним фактором — третьим белком. Скажем, высокая концентрация этого белка (Х) ведет к активности гена А и посредством него «выключает» ген Б. В этом смысле информация о количествах белка Х сохраняется состоянии системы-генетического переключателя.

Это довольно простая схема, но она может действовать лишь в качестве одного из компонентов куда более сложной сети, способной не только к сохранению, но и даже к некоторой «обработке» входящего сигнала. «Такая память, — поясняют Фритц с коллегами, — может давать клеткам возможность манипулировать и объединять информацию, полученную при разных условиях и в разное время».

По расчетам ученых, подобная «память» может позволить клеткам отвечать на изменения окружающей среды в течение около 30 минут, а сохраненная ими информация — передаваться от материнской клетки к дочерней в течение множества поколений. К сожалению, эта оригинальная работа остается чисто теоретической, и вопрос о том, реально ли существование такого необычного механизма эпигенетической наследственности, остается открытым.

О других загадках наследственности читайте в нашей статье «Эволюция: неразумный дизайн».

По публикации physics arXiv blog