Генетика и эпигенетика

Заключение

Куда делись гены? Язык и методология науки

Эволюция языка науки может быть связана с двумя тенденциями:

1) Изменение содержания понятий вследствие их уточнения по мере накопления знаний в рамках «нормальной науки» (см. стр…)

2) Изменение системы понятий вследствие смены парадигмы, вследствие научных революций (см. стр…).

Первое периодически порождает второе, из-за невозможности втиснуть новые факты в старые понятия, в старую систему понятий.

По мере конкретизации представлений о природе генетического материала как молекулах ДНК, выяснении механизмов реализации генетической информации стала «размываться» система понятий, сформированных преимущественно в период классической, или формальной генетики. Это коснулось, прежде всего, представлений о гене. Развитие геномики, тотальное секвенирование геномов многих объектов привели к расшифровке нуклеотидных последовательностей, ответственных за регуляцию экспрессии генов в классическом понимании этого термина. Возникли вопосы: Являются ли операторы и промоторы частью генов? Можно ли считать операторы и акцепторные зоны перед генами самостоятельными генами? А как быть с т.н. внутренними промоторами (как в генах, кодирующих тРНК)? К какой категории структур относить энхансеры, сайленсеры и инсуляторы? Все эти и подобные им вопросы, а также обнаружение огромных по протяженности повторяющихся нуклеотидных последовательностей, не кодирующих каких-либо генных продуктов и первоначально отнесенных к «эгоистической» ДНК, заставили думать, что, кроме «классических» генов в геномной ДНК есть многочисленные и разнообразные «генетические элементы», среди которых гены представляют лишь часть, и часто небольшую часть генетического материала. Попытка называть генами все, что есть в ДНК, приводит к противоречиям, и порой, затрудняет взаимопонимание между исследователями.

С углублением в молекулярный уровень, все меньше и меньше опирающийся на методологию генетического анализа, стали относительными границы генов, не говоря уже об изменчивости стартовых точек транскрипции и трансляции, также как и сигналов терминации. Молекулярный редукционизм, образно говоря, уничтожил гены, оставив одни нуклеотидные последовательности. В действительности это не так, если помнить об уровне организации живых систем, на котором концентрируется конкретное исследование.

Не меньшие проблемы возникли и в теории изменчивости (о «ненужности» которой писал, как мы помним еще К.А.Тимирязев в 1890 г). Движение от мутационной теории к теории мутационного процесса происходило на фоне отсутствия удовлетворительного определения самого понятия «мутация». Его нет и сегодня, а о механизмах изменчивости известно довольно много.

Можно принять, что мутация – это наследуемое изменение генетического материала, возникшее de novo по сравнению с родительскими формами. Тогда все перестройки генетического материала, начиная с хромосомных аберраций и до полиплоидизации, не относятся к мутациям вопреки общепринятой классификации (см. любой учебник). Тогда все они, кроме полиплоидии – область комбинативной изменчивости. Вспомним гипотезу (а теперь – теорию) А.С.Серебровского о рекомбинационном механизме возникновения хромосомных перестроек (Serebrovsky, 1929).

Если быть последовательными, то тем, кто привык связывать мутации с изменениями ДНК, должно быть трудно относить полиплоидизацию к этой категории изменений, поскольку полиплоидия есть следствие нарушения работы белкового аппарата веретена деления клетки и, строго говоря, представляет собой следствие модификационного изменения белков, но влекущего за собой наследуемый результат в виде изменения числа хромосом.

Что такое онтогенетическая изменчивость, включающая в себя и регуляцию действия генов, и перестройки генетического материала, и то, что принято теперь называть эпигенетическими изменениями?

Постепенное выяснение механизмов модификационной изменчивости и утверждение представлений об эпигенетической наследственности-изменчивости порой стирают границы между наследственной и не наследственной изменчивостью. Достаточно напомнить прионный (белковый) механизм наследственности и изменчивости у низших грибов. В таком случае белок-прион у дрожжей следует рассматривать как генетический материал, но подобные рассуждения никак не применимы к высшим эукариотам, у которых механизм прионизации белка выступает в качестве механизма модификации. Страшно сказать, но с этих позиций само деление изменчивости на наследственную и не наследственную рискованно, поскольку одни и те же мехенизмы у разных объектов и на разных стадиях жизненного цикла могут лежать в основе того и другого типа изменчивости (биологический принцип неопределенности).

Пример «белковой наследственности» служит прекрасной иллюстрацией того, что методы генетического анализа далеко не исчерпали себя в сегодняшней методологии генетики. Никакие успехи геномики, секвенирования ДНК не могли предсказать существования конформационных, воспризводимых перестроек белковой молекулы. Здесь было необходимо гармоническое сочетание методов генетического анализа и молекулярно-биологических подходов. Потребовалось около 30 лет, чтобы понять, что нехромосомный (цитоплазматический) детерминант [ PSI ], открытый Б.Коксом в 1965 г у дрожжей (Cox, 1965), представляет собой молекулярные агрегаты прионов, за исследование которых у млекопитающих, С.Прусинер получил Нобелевскую премию в 1997 г. (Prusiner, 1997; Wickner, 1994).

Попытки подменить генетический анализ секвенированием ДНК, используя при этом систему понятий классической генетики, заставляют специалистов в области геномики создавать специальные компьютерные программы для «распознавания» генов, промоторов и др. генетических элементов. Само по себе это занятие полезное. Тем не менее, трудности неизбежно возникают, когда выясняется, что программа не учла чего-то, что опубликовано в последнем номере PNAS, Nature или «Генетики».

Наблюдаемый кризис системы понятий в генетике (в биологии) не представляет собой трагедии и является естественным следствием развития знания. Поэтому представления об истории возникновения и эволюции понятий весьма полезны, как для работы исследователей, так и для передачи знаний, для образования следующих поколений, что еще важнее. В последнем случае существен не перечислитальный, а концептуальный подход, опирающийся на парадигму как систему непртиворечивых концепций, учитывающих консервативную составляющую Науки. Последнее очень существенно, поскольку эта консервативная составляющая есть (еще и) следствие традиционного использования понятий, которые исторически медленно меняют свое содержание. Тут-то история науки и небесполезна.

Здесь мы не будем возвращаться к откровенно псевдонаучным построениям (см. гл. 1). Приведем лишь несколько примеров неудачных формулировок, которые часто встречаются даже в учебниках. [При этом не будем ссылаться на конкретных авторов, поскольку они делали это без злого умысла и исходили из добрых намерений.] Появление этих ошибок основано именно на игнорировании исторического развития системы понятий, а также на невнимании к контексту использования термна.

Так, например «транслокация» - это и хромосомная перестройка (для генетиков) и движение рибосомы вдоль матрицы мРНК (для биохимиков и молекулярных биологов).

Гибридизация это не только «процесс образования двунитевой структуры» вследствие комплементарного взаимодействие молекул ДНК-ДНК или ДНК-РНК, но и (!) скрещивание двух организмов, различающихся генотипически.

Определение гена как «транскрибируемого участка ДНК, способного транслироваться с образованием функционального продукта», по меньшей мере, рискованно, поскольку есть еще гены, кодирующие тРНК и другие виды РНК, которые далее не транслируются.

Рискованным представляется также всеобщее увлечение представлением о геноме, как о полной нуклеотидной последовательности ДНК вида. При этом теряется содержание понятия, заложенное предложившим его Х.Винклером. Не случайно один из последних съездов Всемирной организации по исследованию генома человека (HUGO) открылся докладом «Давайте повернемся опять к генетике от геномики» (Янковский, личное сообщение).

«Экспрессия белка», еще хуже «трансляция белка» или «транскрипция РНК». Об этих ошибках мы уже говорили. Плохо то, что их часто делаю авторы статей. Еще хуже то, что они (ошибки) становятся «нормой». Так, мол все говорят….

Нет нужды умножать такие примеры. Вы можете найти их сами в конце любого учебника, если в нем есть справочный отдел со словарем и разъяснением основных понятий. Важнее другой вопрос, а именно: какие неизбежные изменения системы понятий генетики нас ждут в ближайшем будущем. Изменения неизбежны, и кое-что мы обсуждаем в курсе «Механизмы модификаций», предлагаемым магистрантам кафедры генетики и селекции в СПбГУ.

Симптоматично, что ряд видных молекулярных генетиков, находясь на вершине успеха, в конце жизни переключились на исследование генетики высшей нервной деятельности. Среди них были: С.Бензер, Ф.Крик, С.Бреннер, М.Ниренберг и др. Изменилось ли что-нибудь в этой области с приходом корифеев. Рискну утверждать, что принципиально не изменилось ничего. Эти люди были плохими исследователями? Конечно, нет! Скорее генетика с ее нынешней методологической базой (а, следовательно, системой понятий) не была готова к применению в данной области. На наших глазах ситуация меняется. Эту тенденцию отражает «всеобщее увлечение» эпигенетикой. Об этом мы тоже говорили в «Механизмах модификаций». Формирование новой системы понятий требует внимательного к ней отношения. Сейчас, увы, многое валят в эпигенетику, забывая дать определение самого понятия и забывая ограничить область его применения. Ситуация напоминает проблему определения мутации. Вот здесь-то и полезен исторический подход, - вычленение твердо установленных фактов, отделение их от заблуждений (может быть и добросовестных), с которыми нужно расстаться. Итогом может и должно стать формирование новой парадигмы, т.е. системы внутренне-непротиворечивых понятий.

Другой пример – экологическая генетика, о предмете которой все еще идут споры.

Постоянное уточнение и согласование понятий между собой и с их рациональным историческим смыслом – неизбежный процесс развития любой науки. Именно эту динамику мы и пытались показать в этом курсе (история идей), неизбежно отвлекаясь на истрию людей, с удовольствием рассказывая о жизни классиков генетики (Менделя, Иоганнсена, Гальтона, Моргана и др.), и без всякого удовольствия, представляя трагические страницы истории отечественной генетики.

Дата добавления: 2015-07-20