Эволюционная патология - [4]

нт. — нуклеотид

пкг/мл — пикограммов в одном миллилитре

п. о. — пара оснований

РАМН — Российская академия медицинских наук

РНК — рибонуклеиновая кислота

СВИ — синдром восстановления иммунитета

СКС — социокультурная система

СПИД — синдром приобретенного иммунодефицита

т. п. о. — тысяча пар оснований

ГЛАВА 1 ПАРАЗИТЫ И СИМБИОНТЫ ГЕНОМА ЧЕЛОВЕКА

Основным препятствием, мешающим формированию адекватных представлений об опасности ВИЧ/СПИД-пандемии, является недостаточное внимание исследователей к тем эволюционным процессам, в которых главную роль сыграли транспозируемые элементы (ДНК-транспозоны, ретроэлементы) и другие представители так называемой «теневой части генома» (ретротранскрипты, ретропсевдогены, большие дупликации, микросателлиты и пр.).

1.1. Проретроэлементы и проретровирусы

Проретроэлементы. Интроны и экзоны. Проретровирусы. Ретровирусная эволюция

Ретроэлементы (ретротранспозируемые элементы генома) составляют почти половину генома человека, что не может быть ни случайностью, ни рудиментом генетических структур прошлого.

Проретроэлементы. По мнению многих ученых (см. обзорные работы Стила Э. с соавт., 2002; Гладилина К.Л. и Суворова А.Н., 1995), первой молекулой, способной к репликации, был полимер РНК. Репликация осуществлялась за счет каталитической активности самой РНК (рибозимы) с большим количеством ошибок. В результате древний мир РНК представлял собой «эволюционирующий хаос», в котором выживали наиболее приспособленные репликаторы (Стил Э. с соавт., 2002). Однако этот процесс можно считать одним из первых гиперциклов по Эйгену, когда составляющие его химические реакции ведут себя подобно «дарвиновским видам», т. е. обладают способностью «отбираться» и, соответственно, эволюционировать в сторону увеличения сложности организации.

РНК как носитель генетической информации имеет пределы в сложности организации. К тому же она неустойчива в агрессивной химической среде. С момента появления самореплицирующихся молекул параллельно шел процесс отбора их более стабильных форм из числа молекул ДНК, образовывавшихся случайно посредством примитивной обратной транскрипции. Роль обратных транскриптаз играли сами молекулы РНК. А так как их активность неспецифична, копии ДНК делались и с других молекул РНК. Так формировались устойчивые полимерные агломераты — предтечи будущих хромосом. Обладая выраженной полярностью и значительным электрическим зарядом за счет поляризованных фосфатных групп, крупные молекулы ДНК в слабосолевых растворах формировали вокруг себя упорядоченные двуслойные оболочки из амфипатических органических соединений — деструктивное влияние внешней среды на новые макромолекулярные структуры снижалось. Естественный отбор сохранял только наиболее прочные из них. Для удержания оболочки такой протоклетке требовалось увеличить электрический заряд ДНК, что самым простым способом можно было достичь наращивая ее массу. Преимущества в этом процессе получили молекулы РНК протяженностью до 300 п. о., ДНК-копии которых были способны образовывать устойчивые структуры за счет водородных связей и гидрофобных взаимодействий — они и стали первыми ретротранспозонами. Теперь сложность протоклеточных структур достигла того уровня, начиная с которого склонность к вырождению «перестала быть всеобщей» (см. работу Дж. Фон Неймана, 1960).

Интроны и экзоны. Проретротранспозоны сыграли основную роль в усложнении генома клетки путем формирования его интрон-экзонной организации. Первыми интронами были массивы повторяющихся последовательностей ДНК, выполняющие функцию электростатического удержания поляризованных «хвостов» амфипатических молекул оболочки протоклетки. Экзоны же формировались путем случайных мутаций проретротранспозонов во время всех процессов матричного копирования их РНК (транскрипции, трансляции и обратной транскрипции) из участков РНК, обладающих каталитической активностью. Увеличение количества и протяженности таких структур способствовало увеличению скорости неэнзиматической трансляции простых пептидов, предназначенных в первую очередь для поддержания конформации самих РНК и примитивной регуляции процессов матричного копирования. Первые пептиды были термостабильны и гидрофобны, в слабосолевых растворах приобретали положительный заряд. Благодаря этим свойствам они обладали выраженной способностью связываться с нуклеиновыми кислотами и агрегировали между собой, формируя упорядоченные структуры протоклеток.

В последующем они послужили исходным материалом для эволюции:

1) гистоновыхи прионовыхбелков;

2) белков, входящих в состав рибонуклеопротеидов эукариот;

3) нуклеотидных и матриксных белков вирусов;

4) белков, которые мы сегодня знаем под названием шапероны, т. е. способных поддерживать трехмерную структуру других сложных белков. Естественный отбор закреплял новые признаки и новые биохимические процессы за протовидом. По мнению С. Пашутина (2006), процесс формирования РНК, способной связываться со «своей» аминокислотой (сегодня они известны как транспортные РНК; тРНК), послужил толчком к созданию примитивной системы кодирования информации об отдельных пептидах и белках и их транскрипции и трансляции в протоклетках. В ходе эволюции белкам, в силу более совершенной пространственной конфигурации, удалось перехватить каталитические функции у РНК. Результатом такого «перехвата» стало формирование генов ферментов, обладающих активностями: