Устраивайтесь поудобнее, уважаемый читатель. Вас ждут некоторые потрясения. Не очень с руки начинать повествование тем, что автор ожидает от своего исследования эффекта разорвавшейся бомбы, но что делать, если так оно и будет?
А, собственно, отчего такая уверенность? В наше время уже ничем не удивить, не так ли?
Да так-то оно так. Но когда вопросу уже не менее трехсот лет, и постепенно сформировалось убеждение, что вопрос не имеет решения, по крайней мере «доступными средствами», и вдруг решение находится – то это, согласитесь, не столь частое явление. А вопрос этот – «Происхождение славян». Или – «Происхождение исходной славянской общности». Или, если угодно, «Поиски индоевропейской прародины».
Вообще-то за эти триста лет какие только предположения на этот счет не высказывались. Наверное, все, какие только возможны. Проблема в том, что никто не знал, какие из них верные. Вопрос был запутан донельзя. Поэтому автор не удивится, если в ответ на его выводы и заключения раздастся хор голосов – «так это было известно», «об этом и раньше писали». Такова человеческая натура. А спроси этот хор сейчас – ну так где прародина славян? Где прародина «индоевропейцев»? Откуда они появились? Так хора уже не будет, а будет разноголосица – «вопрос сложный и запутанный, ответа нет».
Но для начала – несколько определений, чтобы было понятно, о чем речь.
С помощью меток, оставленных случайными мутациями на Y-хромосоме, вы можете проследить свою родословную по мужской линии вплоть до Адама. Правда, не библейского.
Вопрос «откуда есть пошла?..» для целых племен и народов до недавнего времени решался с помощью данных истории, археологии, лингвистики и других не очень точных наук. Определить свою личную родословную любой человек мог с помощью архивов ЗАГСов, ревизских сказок, церковноприходских книг – на три, пять, хорошо если на 10–15 поколений.
Ученые обнаружили необычное и неприятное средство наночастиц — частицы металлов могут быть очень опасны для ДНК человека и могут повредить его структуру, даже не вступая в контакт с самой ДНК. Ранее считалось, что нанолекартства можно доставлять в клетки человеческого организма при помощи «нанотранспорта» на базе металлических структур. Теперь ученые уверены в необходимости пересмотра концепции и необходимости поиска новых методов доставки лекарств.
Микробиологи из Университета Бристоля замечают, что их работа носит предварительный характер, но тем не менее факт остается фактом. Для дальнейших исследований специалисты надеются экстраполировать свои выводы на более крупные масштабы, чтобы лучше понять опасные металлические свойства.
В серии опытов исследователи вырастили новый слой живых клеток и подвергли одну из них воздействию наночастиц на базе кобальта и хрома. С одной стороны клетки имели биологический барьер в виде клеток, называемых фибропластами, с другой такого барьера не было. Несмотря на то, что наночастицы по факту в структуру клетки не вторгались, они оказали воздействие на ДНК и даже на фибропласты через каскад магнитных и биологических сигналов в рассматриваемых клетках.
Патрик Кейс, руководитель исследования, говорит, что их опыт — это лишь проба пера. В случае воздействия наночастиц металлов на организм человека последствия могут быть более негативными и разрушительными. Исследователи выяснили, что наночастицы не только способствуют повреждению связей между нуклеотидами ДНК, но и оказывают влияние на общее состояние ядра клетки.
По словам ученых, прежде чем проводить реальные испытания нанопрепаратов с металлической составляющей на людях, необходимо провести еще не одну серию таких опытов. Сейчас исследователи высказывают точку зрения, согласно которой повреждения фибропласт, вызываемые наночастицами, делают первые более подверженными раковым образованиям.
Исследователи говорят, что они использовали довольно большие дозы наночастиц, которые вряд ли будут использованы в реальной клинической практике будущего для доставки лекарств, однако побочные и довольно сильные эффекты все же настораживают.
ДНК-штрихкодирование – новый метод каталогизации биологического разнообразия – основан на том, что каждый из существующих на планете видов животных и растений можно однозначно идентифицировать по сравнительно небольшому фрагменту его генома. Рисунок с сайта http://i56.photobucket.com
На сегодняшний день науке известно около 1,7 млн. видов живых организмов, в то время как по оценочным данным их существует не менее 10 млн. Таким образом, 80% видов еще не описано. Если бы изучение биоразнообразия продолжалось классическими методами, то на полную каталогизацию Природы понадобились бы многие десятилетия. Новый метод – ДНК-штрихкодирование – значительно ускоряет этот процесс. Международная программа «Штрихкод жизни» ставит своей целью создание библиотеки штрихкодов для всех видов на Земле. В идеале каждый штрихкод должен однозначно идентифицировать вид (так же, как штрихкод на упаковке товара).
Использование в биологической систематике нуклеотидных последовательностей – не новая концепция, и программа «Штрихкод Жизни» – отнюдь не первая в ряду молекулярно-биологических баз данных, созданных для решения в том числе и проблем биосистематики.
До 80-х годов ХХ века описание видов живых организмов, эволюционных взаимосвязей между ними, построение филогенетических (эволюционных) деревьев осуществлялись, как правило, на основе сравнительной эмбриологии, анатомии, морфологии и палеонтологических материалов. В 1982 г. была создана одна из первых международных открытых баз генетических данных, GenBank .
Анализ нуклеотидных последовательностей во многом меняет устоявшиеся представления о родстве видов и самой их идентичности, а иногда приводит к глобальному пересмотру крупных таксонов . Так, в результате исследования гена 16S рРНК в 1985 году американец Карл Вёзе разделил прокариотические организмы, которые ранее все назывались просто «бактериями», на два надцарства: эубактерии («настоящие» бактерии) и археи .
В обсуждаемой обзорной работе, написанной сотрудницей Ботанического института им. В.Л. Комарова В.С. Шнеер, подробно рассказывается о ДНК-штрихкодировании, его истории, области применения и перспективах.
Программа «Штрихкод Жизни» особенный упор делает на стандартизацию и координирование работы. Информация о живых организмах, чьи штрихкоды вносятся в библиотеку, обязана быть максимально четкой.
«Штрихкод Жизни» предполагает создание библиотеки ДНК-штрихкодов (ДНК-ШК) для всех видов, живущих на планете, путем прочтения одного и того же участка генома каждого из них. Основные требования к эталонному участку ДНК:
1) небольшой размер (от 500 до 600-800 нуклеотидов);
2) последовательность нуклеотидов ДНК-ШК должна быть одинаковой у особей одного вида и достоверно различаться у особей разных видов;
3) во избежание ошибок последовательность нуклеотидов должна быть прочитана в обоих направлениях (с обеих цепочек ДНК);
4) необходимо знать прямой и обратный праймеры , чтобы можно было без труда выделить нужный участок ДНК из клеток исследуемого организма;
5) количество полиморфных (т.е. различающихся у разных особей одного и того же вида) позиций (нуклеотидов) в последовательности не должно превышать 1%.
По такому ДНК-ШК можно опознать живое существо даже по крошечному фрагменту любой ткани, практически не повреждая организм. Определение по штрихкоду особенно актуально в случаях, когда классические методы «не работают». Например, если имеются внешне неотличимые виды-двойники, или, наоборот, виду присущ половой диморфизм . Важно и то, что выбранные участки ДНК будут совпадать у особей на любой стадии развития: от яиц или семян до взрослых половозрелых организмов. ДНК-ШК упрощает определение мелких и морфологически вариабельных видов. Большую роль штрихкодирование играет в исследовании редких видов, которых нежелательно убивать даже в научных целях. Оно позволяет проводить так называемый неинвазивный анализ (без проникновения, не нарушающий телесную целостность): по зубам, перьям, меху, яичной скорлупе, сброшенной коже, по выделяемой слизи и слюне. Естественно, ДНК также можно выделить из музейных образцов: гербариев, скелетов, заспиртованных препаратов.
Создатели программы «Штрихкод Жизни» предполагают возможность существования универсального для всех организмов (или по крайней мере для эукариот) ДНК-ШК и предлагают в качестве эталона использовать 5′-фрагмент первой субъединицы митохондриального гена, кодирующего белок цитохром-С-оксидазу (СО1 ).
В группу каталогизируемых живых организмов не попадают пока прокариоты (по причине отсутствия у них митохондрий как таковых). Для растений фрагмент СО1 не подходит в качестве эталона в силу низкой и очень неравномерной вариабельности этой последовательности. Поэтому штрихкодирование растений осуществляют при помощи других фрагментов ДНК (ITS , ядерная рРНК, участки хлоропластного генома). У грибов длина СО1 существенно варьирует из-за присутствия интронов , поэтому в филогенетике грибов используют различные последовательности ядерной ДНК.
Однако у животных разных видов уровни внутри- и межвидовой вариабельности фрагмента СО1 различаются в среднем в 5-20 раз, и метод ДНК-ШК в целом неплохо работает.
В статье приведены интересные примеры выявления новых видов животных с помощью ДНК (не всегда митохондриальной). Жуков рода Rivacindela и бабочек рода Dioryctria сначала разбили на кластеры на основе анализа ДНК, а затем уже нашли морфологические и поведенческие отличия между полученными группировками. В пробах мелких донных пресноводных организмов была проведена идентификация последовательностей ДНК и на ее основе выявлены виды простейших, нематод, ракообразных и т.д. Ученые назвали такой метод «обратной таксономией». В.С. Шнеер описывает также результаты масштабного исследования ДНК китообразных.
Мечта участников проекта «Штрихкод жизни» — миниатюрный ДНК-штрихкодер. Существует пока только в воображении. Рисунок с сайта http://www.barcodeoflife.org
Среди критических замечаний, высказываемых по поводу ДНК-штрихкодирования, преобладают предостережения о несводимости науки таксономии к данному методу. В.С. Шнеер подчеркивает, что ДНК-штрихкодирование – только инструмент таксономии, а вовсе не тождественное с ней понятие. Метод в данном случае не покушается на Большую Науку.
Высказываются и другие претензии к штрихкодированию (возможно, частично связанные с изначально завышенными ожиданиями). Так, в некоторых таксономических группах перекрываются интервалы внутри- и межвидовой вариабельности, молодые виды не всегда поддаются определению с помощью ДНК-ШК, внутриклеточные паразиты могут влиять на изменения митохондриальных генов. Много замечаний по неточности и неполноте исследования музейных коллекций, на базе которых строится библиотека штрихкодов.
В статье неоднократно подчеркивается принятое на сегодняшний день мнение о необходимости комплексной работы молекулярных биологов и специалистов по систематике рассматриваемых групп. Обнаружение в каком-то таксоне группы организмов, отличающихся только по ДНК-ШК, не означает автоматического присвоения этой группе нового видового статуса, а скорее подчеркивает необходимость дальнейшего изучения таксона. Безусловным преимуществом обсуждаемого метода является его демократичность. Во-первых, планируется возможность комментариев и критики внесенных данных не только самими авторами, но и третьими лицами. Во-вторых, стандартизированная библиотека штрихкодов находится в свободном сетевом доступе . В-третьих, появление миниатюрных компьютеризованных секвенаторов , разработке которых уделяется большое внимание, позволит практически на бытовом уровне определять живые организмы обыкновенным людям (не специалистам-систематикам), что значительно расширит описание биоразнообразия в местном и глобальном масштабе.
В.С. Шнеер также указывает области практического применения ДНК-штрихкодирования: экологический мониторинг, карантинные службы, медицина, ветеринария, криминалистика, судебно-медицинская экспертиза, контроль лекарственных средств и продуктов питания.
Интенсификация изучения биоразнообразия особенно актуальна в связи с тем, что по некоторым данным в результате негативного влияния хозяйственной деятельности человека каждый час с лица Земли исчезают три вида животных и четыре вида растений. Если эти данные верны, то за год биосфера нашей планеты теряет более 60 тысяч видов. Необходимость охраны природы не вызывает сомнений, но природоохранная деятельность предполагает предварительное этой природы каталогизирование.
«Золотой стандарт» криминалистики поставлен под сомнение: данные экспертизы ДНК, как оказалось, можно сфабриковать, и это под силу любому студенту-биологу.
С развитием науки и техники следственная практика также не стоит на месте. От получения доказательств путем принуждения подозреваемого к признанию правоохранительные органы перешли к отпечаткам пальцев и ДНК-тестам. До сих пор последние считались неопровержимым доказательством вины преступника, особенно при обнаружении на месте преступления его крови, волос, слюны или спермы.
