Открыт осенний преднабор стартапов. Участвуй в конкурсе, чтобы получить грант на менторскую поддержку
Close
Лекции Y Combinator.
На русском и украинском.
Как это было весной-летом 2017: http://russol.info/startupinit
Я присоединяюсь
Я помогу с
Имя
Емейл
Телефон
Профиль в соцсетях
Почему вам это нужно
Присоединиться к команде RUSSOL
Готов помогать
Я помогу с
Имя
Емейл
Телефон
Профиль в соцсетях
Почему вам это нужно
Предзапись на просмотр или посещение лекций потока осень 2018
По вторникам и четвергам. C 19 до 21
Лекции будут доступны в формате трансляций, записей и конспектов.
Имя
Телефон
Емейл
О вас
Какой тип участия интересен?
Другой тип участия
образовательный цикл для стартапов и предпринимателей "биология поведения человека"
Самые интересные эволюционные изменения происходит не в генах, а в элементах, регулирующих ДНК
профессор Сапольски рассказывает, как с помощью одного изменения в отрезке ДНК создать новые гены, и почему множественные копии одного и того же гена позволяют ему свободнее эволюционировать
Это экспериментальная публикация одного из конспектов курса лекций Роберта Сапольского о биологии поведения человека. Хотим рассказать стартапам, предпринимателям, бизнесменам, маркетологам и другим о том, как думает человек, чем руководствуется и почему поступает так или иначе. Каждая лекция, а всего их 20+, это около двух часов просмотра. Конспект же помогает получить важное за 5-10 минут чтения.

Станьте спонсором публикаций, поддержите инициативу!
Ищем науч. сотрудников факультетов биологии для рецензирования
Напишите Юрию, чтобы обсудить детали.


Инициатор
: школа стартапов RUSSOL
Проверка: Юрий Ярцев
Редактура: Анна Глот
Контент-менеджмент: аноним
О последствиях мутаций ферментов сплайсинга и промоторов

Мы подошли к тому, чтобы понять, как микроэволюционные изменения на уровне факторов транскрипции и промоторов могут вызывать значительные макроэволюционные изменения. Первый пример. Представим ген, кодированный тремя экзонами, и РНК, которая его окружает. Появляется определенный фермент сплайсинга, который собирает всё это в единый белок. Но если некое условие вне организма вызвало мутацию фермента сплайсинга, и он соединит части гена по-другому, получатся два совершенно новых белка, никогда не существовавших ранее ни в этой клетке, ни в организме. Это значительное изменение со значительными последствиями.

Следующая сфера, в которой возможны серьёзные последствия - это появление мутации в промоторе. Возьмите другой промотор, и он начнет взаимодействовать с другим фактором транскрипции. Внесите изменения в этот промотор в нескольких местах - и вы создадите абсолютно новую сеть, которая будет содержать только часть тех белков, которые вы могли бы создать в версии без мутаций. Измените каждую копию промотора и, возможно, совершенно другой фактор транскрипции будет взаимодействовать с этим промотором. Таким образом, могут возникнуть новые гены, новые сети, новые условия.

Подписаться на рассылку конспектов
Роберта Сапольского
Нажимая на кнопку, вы даете согласие на обработку персональных данных и соглашаетесь c политикой конфиденциальности: мы будем отправлять вам письма с конспектами лекций школы, новостями школы, а также анонсами проводимых событий
Почему промоторы и мутации в промоторах интересны для нас? Возьмём полевых мышей. Некоторые их виды моногамны, другие полигамны. Основное различие этих видов в том, что у них разные промоторы вверх по течению от гена рецептора гормона вазопрессина. Используйте генные технологии, чтобы изменить промотор - и вы превратите полигамного самца полёвки в верного семьянина. Смену поведения вызвало изменение даже не в гене, а всего лишь в промоторе. Другие исследования показали, что по версии промотора вазопрессина у мужчин можно достаточно точно предсказать стабильность их брачных отношений. Люди с разными типами этого промотора имеют разные шансы долго жить в браке или развестись.

О последствиях мутаций факторов транскрипции

Следующий этап, на котором возможны макроэволюционные изменения - это мутация в гене фактора транскрипции. Эти мутации в итоге также приводят к появлению совершенно других сетей. Вспомним, что мы имеем 98% сходства между ДНК человека и шимпанзе. Так вот, огромное количество эволюционных различий, которые отделяют нас от шимпанзе, это изменения в факторах транскрипции. Первыми об этом заявили генетики Мэри-Клэр Кинг и Аллан Уилсон – именно они установили процент сходства между ДНК человека и шимпанзе. И они же заявили, что самые интересные эволюционные изменения происходит не в генах, кодирующих белок, а в регулирующих элементах ДНК. Последующие исследования подтвердили это предположение.

О количестве факторов транскрипции

На сегодняшний день ученые секвенировали (определили аминокислотную или нуклеотидную последовательность) около сотни разных видов генома. Выяснилось, что чем больше генов можно найти в одном виде, тем больший процент этих генов составляют факторы транскрипции. С одним геном понадобится всего один фактор транскрипции. Для трех генов необходимо семь факторов, для пяти - уже тридцать один. Чтобы воспользоваться всеми возможными комбинациями сетей генной экспрессии, нужно огромное количество факторов транскрипции.

О «прыгающих генах» Барбары Мак-Клинток

В начале 50-х годов известный учёный, член Национальной академии наук США Барбара Мак-Клинток в ходе исследований вариаций окраски зерна и листьев кукурузы пришла к невероятному для того времени выводу. Она заявила о существовании мобильных генов, способных перемещаться по ДНК. Позже их назвали транспозонами. В 50-х эта работа почти разрушила блестящую научную карьеру Мак-Клинток. Её работы были встречены весьма прохладно, противники её теории издевательски окрестили открытие «прыгающими генами», а ей самой пришлось фактически удалиться из научного сообщества. Но Мак-Клинток продолжила исследования, и в конце 60-х скептик признали её правоту. В 1983 году Барбара Мак-Клинток получила за свое открытие Нобелевскую премию.

Для открытия мобильных генетических элементов растения оказались максимально подходящим объектом. Простейшая реакция животного на неприятность – бегство. Растениям такие «скучные» методы борьбы с климатическими изменениями или патогенами недоступны. Вместо этого у них перемещаются участки ДНК.

О мобильных генах у животных и человека

Позже ученые обратили внимание на похожие процессы у позвоночных животных и млекопитающих. Исследования показали - если группе людей ввести новый, никогда ранее не встречавшийся токсин, через некоторое время их организмы выработают антитела к нему. Но откуда у иммунной системы такие невероятные возможности создания защитных систем? Оказалось, что одна из «хитростей» организма - сплайсинг генов, ответственных за антитела, и перемещение генов для создания новых видов антител. В иммунной системе происходит удивительный процесс фильтрования и подбора антител, способных справиться с появившейся угрозой. Но подобные процессы происходят и в других организмах. Как пример – тропический паразит трипаносома. Поражённый организм вырабатывает защитные антитела, однако у трипаносом тоже происходит перемещение генетических элементов по ДНК. Так что когда антитела человека или животного готовы, они уже не могут распознать паразита, и весь процесс запускается заново.

О создании новых условий при перемещении генетических элементов

Перемещая один экзон и прикрепляя его к другому, можно создать совершенно новое условие. Появляется возможность изобретать абсолютно новые белки - через изменение в ферментах сплайсинга и через перемещение. Можно создавать целые новые сети, определяя значительные изменения организмов.

Возьмем процесс обезвоживания и предположим, что некоторые промоторы при этом перемещаются и попадают против хода транскрипции в гены, отвечающие за овуляцию. Теперь у нас есть промотор реакции на обезвоживание, который активирует связанные с овуляцией гены. Это механизм видов животных с сезонной периодичностью спаривания. Перемещение промоторов создало новое условие.

Существование мобильных генетических элементов также предполагает существование мобильных частей генов. Фермент транспозаза создает и передвигает копию участка. Таким способом передвигаются копии частей гена, возникают новые гены и новые условия. Возьмём стероидные гормоны глюкокортикоиды, которые, помимо прочего, подавляют иммунную систему. При перемещении добавим гормонсвязывающий домен рецептора прогестерона. Возникло новое условие. Теперь именно прогестерон частично подавляет иммунную систему, чтобы организм матери не отторгал плод. Однако возможны неожиданные последствия. После родов иммунная система начинает работать активнее, чем до беременности. Повышается риск аутоиммунных заболеваний. Существует целый ряд болезней, которые возникают или обостряются у женщин в послеродовой период.

О дублировании генов

Иногда ген дублируется - возникает лишние копии гена, которые будут идти друг за другом. В некоторых случаях второй ген служит как запасной. Если с первым что-то случится, второй продолжит его работу. Предполагают, что подобное происходит при некоторых видах болезни Альцгеймера. Вторая копия или множественные копии позволяют одному и тому же гену свободнее эволюционировать – это важнейший механизм. Одна из копий выполняет критически важную функцию, в то время как вторая передвигается свободнее и быстрее. У этой копии больше шансов найти себе новое применение, не нарушая выполнения первоначальной задачи. Этот факт весьма важен, поскольку демонстрирует: не обязательно происходит резкий переход от одного состояния к другому.

О выживании в период резкого сокращения генофонда

Всего одно изменение фактора транскрипции дает абсолютно новую сеть экспрессии генов. Однако вероятность изменения, которое потом проявится во всей популяции, крайне мала. Это своего рода стабилизирующий механизм для равновесия, в котором существуют длительные периоды покоя. Когда же начнутся изменения? Например, при появлении параметра, который обеспечит выживание. Если при так называемом «эффекте бутылочного горлышка» возникает невероятно жёсткая селекция очень узкой группы параметров, то если вы обладаете этим параметром, вы выживете, а остальные погибнут. В истории эволюции немало примеров сокращений генофонда, при которых выживало всего несколько процентов популяции. Зато выжившие обладают уникальной чертой, которая позволяет переносить последствия макроизменений. Это произошло, например, с гепардами около двух тысяч лет назад. Все гепарды сейчас так генетически похожи, что можно пересадить ткань одной особи другой без угрозы отторжения. Предполагают, что и в истории гоминидов «эффект бутылочного горлышка» встречался несколько раз. В итоге выжила небольшая группа особей с особенностями, которые до этого были нейтральными или не слишком полезными.

О примирении градуализма и прерывистого равновесия

Таким образом, возникают условия для резких изменений, что возвращает нас к предложенной Гулдом модели прерывистого равновесия. Как же примирить градуализм и прерывистое равновесие? Основная сложность в том, что градуализм сложно зафиксировать, в то время как существуют свежие отличные примеры быстрых изменений. Возьмем диабет, который во многом связан с переходом на западный тип питания. Ученые исследовали индейцев пима - половина из них живет в штате Аризона, вторая половина в Мексике. На стороне США в связи с переходом на западный тип питания доля тех, кто к 30 годам заработал диабет, выросла до 90 процентов. То же самое произошло с населением на исследуемых тихоокеанских островах Науру и Самоа. В результате часть населения просто погибла в раннем репродуктивном возрасте, не успев передать копии своих генов. Последние исследования показали, что процент диабетиков у индейцев и жителей Океании начал уменьшаться, то есть произошла селекция по эффективности метаболизма, которую население Западной Европы прошло около века назад.

Еще один пример – разведение в неволе чернобурых лис, которым занимались советские генетики. Они отбирали из диких животных тех, которые спокойнее вели себя в присутствии человека, и скрещивали их между собой. Спустя тридцать пять поколений они получили совершенно ручных зверей, которые внешне выглядели…как щенки диких чернобурок. В них преобладали инфантильные черты, и по иронии судьбы, окрас их шкурок тоже изменился и перестал представлять какую-либо ценность для меховой промышленности.

Возвращаясь к градуализму и прерывистому равновесию, мы приходим к выводу о том, что, скорее всего, происходят оба вида эволюции. Изменения могут происходить одновременно. На уровне популяции при достаточном количестве точечных событий у вас получается градуализм. Не обязательно выбирать между вариантами эволюции, можно получить сразу всё.

Молекулярная генетика, часть II.

Как мутации фермента сплайсинга могут создать совершенно новые белки? Почему изменение всего в одном промоторе превращает полигамного самца полёвки в примерного семьянина? Как примирить наконец градуалистическую модель эволюции и теорию прерывистого равновесия? И почему важнейшее открытие мобильных элементов гена едва не стоило первооткрывательнице научной карьеры? Об этом во второй лекции профессора Роберта Сапольски по молекулярной генетике.

Подписаться на рассылку конспектов
Роберта Сапольского
Нажимая на кнопку, вы даете согласие на обработку персональных данных и соглашаетесь c политикой конфиденциальности: мы будем отправлять вам письма с конспектами лекций школы, новостями школы, а также анонсами проводимых событий
Made on
Tilda