Генетика человека с основами общей генетики - [21]

Среди нарушений структуры ДНК, создающих препятствия для процессов репликации и транскрипции, наиболее хорошо изучен вариант образования тиминовых димеров (Т-Т) под действием УФ-облучения. Тиминовый димер образуется в результате возникновения ковалентных связей между смежными основаниями. Именно такие нарушения конформации служат мишенью для большинства систем репарации.

Выделяют три основных механизма репарации ДНК.

Фотореактивация – восстановление молекул ДНК под действием фермента фотолиазы, индуцируемого видимым светом после появления димеров. С неповрежденной ДНК фотолиаза не связывается.

Эксцизионная репарация – многоэтапный процесс удаления поврежденных нуклеотидов и синтеза новой последовательности ДНК. «Узнает» место повреждения фермент эндонуклеаза. Последующие этапы вырезания, удаления (эксцизии), ресинтеза ДНК, сшивания цепи осуществляют специальные ферменты. Различные виды эксцизионной репарации широко распространены как у прокариот, так и у эукариот.

Пострепликационная репарация – использование материала одной молекулы ДНК для восстановления другой. Этот механизм наименее специфичен, так как здесь отсутствует этап узнавания повреждения. Он также является наиболее быстрым способом репарации. Правда, повреждения остаются в исходной родительской ДНК, а исправляются только дочерние молекулы.

У человека известно наследственное заболевание – пигментная ксеродерма, – проявляющееся в гиперчувствительности к солнечным лучам, особенно к ультрафиолету. Причиной заболевания является нарушение системы репарации клетки, неспособность ликвидировать тиминовые димеры. Нередко этот дефект приводит к развитию рака кожи.

В рамках трех названных механизмов у прокариот и эукариот встречаются разнообразные системы репарации. Эволюция этих систем обусловлена особым значением сохранности генетической информации.

5.5. Модификации и проблема наследования приобретенных признаков

Модификации – это варианты фенотипа в пределах нормы реакции генотипа. Они обеспечивают приспособляемость организма в течение его жизни к факторам внешней среды и представляют собой изменения, приобретаемые в ходе онтогенеза.

Выделяют два основных типа модификаций, хотя всегда надо помнить о сложности проведения четких границ в любых природных явлениях.

Адаптивные модификации – ненаследуемые изменения, способствующие адаптации организма. Их можно рассматривать как реакции организма на условия внешней среды, в которой проходила его эволюция.

Морфозы – случайные неадаптивные изменения под воздействием определенных факторов. Степень выраженности морфоза усиливается при увеличении дозы действующего агента. Чаще всего морфозы выражаются в виде уродств – отклонений от нормы реакции. Иногда они фенотипически напоминают известные мутации – тогда их называют фенокопиями этих мутаций. Явление фенокопий представляет большой теоретический интерес для генетики. Если адаптивные модификации могут исчезнуть после прекращения действия агента, то морфозы сохраняются в течение всей жизни организма. Это определяется действием порождающих их факторов на критических стадиях онтогенеза. Необратимость морфозов объясняется необратимостью онтогенеза, что важно понимать при дискуссиях о роли генотипа и среды в развитии.

Возможность модификаций определяется генотипом. Поэтому неправомерно противопоставлять ненаследственную изменчивость наследственной. Способность к модификациям наследуется и характеризуется генетически заданной нормой реакции. Это положение особенно актуально в спорах относительно биологической природы человека, когда необходимо четко понимать, что значит «генетически детерминированное», а что значит «влияние среды».

В механизме возникновения модификаций еще много неясного. Это наименее разработанный раздел генетики. Одной из причин модификационных изменений могут являться вариации трансляции при некоторых внешних воздействиях. Причиной морфозов могут быть временные повреждения генетического аппарата, устраняемые далее системой репарации, но проявленные в критические периоды детерминации клеток. Одни и те же факторы могут быть причиной и мутаций, и модификаций. Взаимосвязь и взаимозависимость этих понятий, сложность некоторых механизмов породили немало проблем. Одна из них прошла через всю историю биологии, вызывая острые диспуты и конфронтации. Это проблема наследования приобретенных признаков.

Большую часть времени в истории биологии господствовала концепция наследования приобретенных признаков. Эту концепцию обычно связывают с именем Ж.-Б. Ламарка (в биологии она получила название ламаркизма), но ее истоки можно найти еще в трудах Гиппократа. Разделял ее и Ч. Дарвин. Аргументированную противоположную точку зрения впервые высказал А. Вейсман в книге «Очерки о наследственности», вышедшей в 1892 г. С тех пор вопрос о том, наследуются или не наследуются приобретенные признаки, надолго стал одним из основных предметов дискуссий в биологии.

С началом эры молекулярной биологии концепция ненаследования приобретенных признаков становится общепринятой. Однако ламаркизм не исчез с научного горизонта. Неоднократно предпринимались попытки реанимировать его, используя последние открытия генетики. Так было с феноменами обратной транскрипции, горизонтального переноса генов, генетической интеграции при эндопаразитизме и др. Особо благодатной почвой для ламаркизма являются нерешенные вопросы генетики, в частности некоторые примеры индукции.