Пташне - Переключение генов - 1988

Переключение генов. Регуляция генной активности и фаг Х ПЕРЕКЛЮЧЕНИЕ ГЕНОВ Регуляция генной активности ифаг Х Перевод с английского канд. биол. наук А.М. Колчинского под редакцией д-ра физ.-маг. наук Ы.Д. Франк-Каменецкого Москва «Мир» 1988 ББК 28.04 П87 УДК 57.023 Птануне М. П87 Переключение генов.

Регуляция генной активности и фаг Х: Пер. с англ.-М.: Мир, )989.-)б0 с.„ил. )БВ)Ч 5 — 03-000854-3 В книге, написанной одним из крупнейших американских молекучяриыл биолотов, рассмгтривжтся механизм ретузяпии гснноч акгивносги Освегггсны последние достижения в этой быстро развившошейся об,асти, нс нашедшие сше отражения в учебниках н монографиях По сгилш изложения книга бзизш к обзор,гч, публикуемым в журил и ка мире н гукил (бсгепнбс Апзетгсап1 лги биохимиков, молекулярньы биологов, генетиков, микробиологов спепиалнстов в области бкотехнолотин. лля студентов и нреполаватеаси био готических факучьтетов 20010400ОО-010 Г1- 137-88, ч.1 041(01) — 89 ББК 28.04 Редакиич гитераттры до био госин )БВХ 5 — 03-000854 — 3 (русск ) © 1986 апд 1987, угу 01асйжс118шепвас 18Вггчг 0-86542 — 3! 5- 1з ганги ) рпмшагшпх апд сей Ртечя © перевал на русский язык, «Миргн ° 1988 От редактора перевода Книга Марка Пташне «Переключение генов» принадлежит к особому жанру.

Безусловно, это монография. В ней подведен итог более чем 20-летним исследованиям автора, но сделано зто в популярной форме, доступной самому широкому кругу читателей. Это, а также чрезвычайная актуальность темы, делает предлагаемую вниманию советского читателя книгу явлением уникальным. Ведь в этой маленькой по объему книжке речь идет о центральном, узловом вопросе молекулярной биологии: как регулируется работа генов? Пташие дает ответ на этот вопрос для случая регуляции генов у бактериофага Х, которым он сам занимался. Ему удалось разобраться в этой проблеме самым исчерпывающим образом, буквально вплоть до атомного уровня. Книга в целом звучит, как патетическая симфония во славу молекулярной биологии. Но насколько пример с фагом Х типичен? Можно ли переносить полученные данные на бактерии и тем более на высшие организмы? Этот вопрос затронут и в самой книге, но особенно оживленно стал обсуждаться в научной литературе уже после выхода английского оригинала книги в 1986 г.

Надо сказать, что сама книга и опубликованный параллельно обзор в Хагпге, 322, 6081, р, 698 — 701, !986 имели очень большой резонанс в широких кругах молекулярных биологов. Концепция Пташне об обпзем принципе регуляции генов у всех живых организмов нашла очень много сторонников и, что более существенно, уже получила ряд подтверждений. Это многократно увеличивает общебиологическое значение материала, столь блестяще изложенного автором. М. Д. Франк-Камененкий Г1осяяпию лу книгу моим родителям и Мттту Мсзснсону Предисловие Эта книга посвящена одному из простейших организмов - вирусу, который размножается в бактерии.

В ней описаны результаты 25-летних исследований вопроса о том. как этот вирус-фаг лямба ГХ) — использует свои гены„т. е. свою ДНК, для роста и размножения. Уместно спросить: почему на исследование одного-единственного вируса было потрачено столько усилий? В конце концов, любое явление в биологии хотя бы отчасти случайно и уникально. Функционирование любого организма определяется его эволюционной историей, и детальное описание того илн иного процесса, протекающего в данном организме, не обязательно полностью приложимо к другому организму. Ответ на заданный вопрос следует искать в контексте основополагающего биологического процесса — развития. Вкратце, проблема состоит в следующем.

Все кле~ки индивидуально~ о организма наследуют одну и ту же информацию, закодированную в ДНК, и тем не менее в ходе развития высшего организма из оплодотворснного яйца формируется огромное разнообразие различных типов клеток. В основе этого процесса лежит выборочное использование генов — явление, когорое мы называем регуляцией генов. На разных стадиях развития клетки, руководствуясь отчасти внешними сигналами, избирательно используют тот или иной набор генов и следуют по тому или иному пути развития. Какие же молекулярные механизмы определяют выбор пути? Моделью для изучения этой проблемы служит жизненный цикл фага ?' вирус избирает определенный путь развития в зависимости от внеклеточных сигналов.

и мы достаточно подробно знаем. какие молекулярные взаимолействия определяют этн процессы. Мы полаиваем, что аналогичные взаимодействия лежат в основе многих процессов развития и что идеи, возникающие при детальном описании частного случая фаг и ).. приложимы к другим системам.

хотя. конечно. ни один другой организм не совпадает в ~очности с фагом Х. Во введении к этой книге изложены основные представления о генах н их функционировании. Его цель -сообщить читателю минимальное количество сведений по молекулярной биологии, необходимое для понимания первых трех глав. В этих главах описан процесс развития фага Х с различной с~слепые детализации: сначала дана общая картина событий, происходящих в ходе взаимодействия между вирусом и бакгсрией-хозяином; затем в общих чертах описаны взаимодействия между молекулами, определяющие ключевые этапы этого процесса; и наконец, молекулярные взаимодействия рассмотрены более детально.

Основные концепции на всех уровнях рассмотрения даны в готовом виде, без объяснения экспериментов, на основе которых они были сформулированы. Там, где это возможно, проведены параллели между имеюшимися представлениями о развитии фага х и процессах развития и регуляции генов у других организмов. Гл. 4, в отличие от первых трех глав, посвящена описанию ряда ключевых экспериментов.

Сами эти эксперименты и их интерпретацию легче воспринять, зная ответы, приведенные в первых трех главах. Читатель убедится, что в настоящее время мы вполне понимаем многие аспекты регуляции генов фага Х. Имеюшаяся целостная картина согласуется с экспериментальными наблюдениями и — что еще важнее — предсказывает результаты новых экспериментов. Такой высокой степени надежности и достоверности удалось достичь, в частности, благодаря тому, что большинство наших моделей основано на пелой системе экспериментов„проведенных как в пробирке, так и в живой клетке, а не на единичных наблюдениях.

Таким образом, книга в целом служит иллюстрацией того, как биохимические и генетические эксперименты позволяют составить предсгавление о части окружающего нас мира. Я отказался от исторического подхода; чтобы описать, как развивались наши представления, понадобилось бы совсем другое, гораздо более пространное введение. Одна из привлекательных черт молекулярной биологии состоит в том, что ответы на фундаментальные вопросы.

которые она дает. в большинстве случаев очень наглядны и их можно проиллюстрировать с помощью простых рисунков, Лишь в редких случаях приходится прибегать к абстрактным идеям. Наша цель состоит в том, чтобы понять, как осуществляется регуляция генов на основе взаимодействия между различными молекулами. Иногда достаточно просто взглянуть на эти молекулы, чтобы составить представление о том, как они работают, по их характерной форме или размерам. Отнеситесь, пожалуйста, со вниманием к рисункам, приведенным в книге, но имейте в виду, что они отражают лишь наши сегодняшние взгляды.

Я уверен, что в дальнейшем, по мере углубления наших знаний, их придется существенно изменить. Я хотел бы поблагодарить за дружеские советы студентов Гарвардского университета и коллег из моей лаборатории, а также Элисон Коуви, Ника Козарелли, Норма Дэвидсона, Хэтча Иколза, Гари Гуссина, Герхарда Хоксчайлда, Вилла Мак-Клуе, Русса Маурера, Говарда Нэша, Джеффа Робертса, Боба Шлейфа, Хэмма Смита, Джона Степлза, Джима Уотсона, Адама Уилкинса, Кейта Ямамото, Майкла Ярмолински, Патрицию Зандер и особенно Санди Джонсон. Идею написания этой книги подал мне Бернард Хирт.

Особенно важную роль в том, что эта книга увидела свет, сыграли три человека: Бен Льюин направлял всю работу по изданию книги, проявляя чувство стиля и понимание проблемы; Кэрол Морнта быстро подготовила впечатляюшие иллюстрации; Кэрол Нипперт несколько раз перепечатывала рукопись, решала организационные вопросы, и делала все это великолепно. Январь 1986 г. Марк Пташне Кембридж, Массачусетс Введение Около 40 лет назад Андре Львов и его коллеги в Пастеровском институте в Париже описали поразительное свойство одного штамма обычной кишечной бактерии Ехслег1сЫа сой: в результате облучения умеренной дозой ультрафиолетового света эти бактерии перестают расти и примерно через 90 мин лизируются гразрушаются), высвобождая в культуральную среду множество вирусных частиц, которые назвали Х-фагами.

Такие вирусы называют также бактериофагами, т.е. пожирателями бактерий, или просто фатами. Высвободившиеся Х-фаги заражают новые бактерии и таким образом размножаются. Многие зараженные бактерии вскоре тоже лизируются, высвобождая новые фаговые частицы, но некоторые из них выживают и несут фаг Х в латентной форме. Эти бактерии нормально растут н делятся, пока культуру не облучат еще раз; тогда каждая из этих бактерий, подобно исходным, лизируется и дает новый урожай фаговых частиц. На рис.

! представлены электронные микрофотографии вирусных частиц и клетки-хозяина. Львов и его коллеги Франсуа Жакоб и Жак Моно поняли, что это переключение двух состояний вируса — латентной формы в делящейся бактерии и активированной формы в облученной бактерии — простая модель одного из основных биологических процессов: включения и выключения генов.