Життєво важливі гени дріжджів майже наполовину можна замінити близькими їм генами людини.
У біології є кілька організмів, які служать модельними об'єктами - на них виконується величезне число експериментів у генетиці, біотехнології тощо. Дріжджі, нематода Caenorhabditis elegans, муха дрозофіла, рослина Arabidopsis thaliana - ось одні з найпопулярніших «робочих конячок» сучасної науки. Часто буває так, що результати, отримані на дріжджах або дрозофілах, поширюються на всіх інших еукаріот, включаючи нас з вами. І зазвичай тут же виникає заперечення - між нами і дріжджами лежить величезна еволюційна прірва (наш останній загальний предок з цими грибами жив близько мільярда років тому); різниця між багатоклітинною твариною з розвиненою нервовою системою і одноклітинним грибом видно, що називається, неозброєним оком. Чи можна за процесами, які відбуваються в дріжджовій клітці, судити про те, що відбувається в клітинах людини?
На рідкість переконливу відповідь тут дали співробітники Техаського університету в Остіні, які просто пересадили кілька сотень людських генів у дріжджі. Відомо, що при порівнянні дріжджового і людського геномів можна знайти багато схожих один на одного послідовностей. Але чи слід звідси, що вони взаємозамінні? Едвард Маркотт (Edward Marcotte) і його колеги вибрали ряд генів, які, по-перше, були присутні в геномі дріжджів в одній копії, по-друге, були абсолютно необхідні для клітини. Якщо такий ген вимкнути, то дріжджі гинуть - але чи можна врятувати їх від загибелі за допомогою людської ДНК?
Всього генетичних пересадок було зроблено понад 400, і в 43% людські гени дійсно рятували клітини грибів, дозволяючи їм далі жити і розмножуватися. Подібні експерименти робили і раніше (хоча не в такому масштабі), і, з урахуванням даних, отриманих в більш ранніх дослідженнях, частка замінюваних генів збільшується до 47%. Пересадці піддавалися тільки ті послідовності, які кодували якісь білки, і автори роботи спробували порівняти їх за послідовностями амінокислот. Як і очікувалося, серед взаємозамінних пар виявилися ті, які наполовину і більше були схожі своїми амінокислотними послідовностями. З іншого боку, в проміжку схожості від 20% до 50% частка цієї самої схожості ніяк не збігалася з імовірністю того, що ген (білок) людини зможе успішно замінити свого «колегу» в дріжджах. Іншими словами, 25-відсоткова схожість була невідлична від 35-відсоткового.
Однак був інший критерій, який з більшою надійністю дозволяв судити про ймовірність успішної заміни. Якщо білок мав відношення до синтезу стеролів або, наприклад, входив у протеасомний комплекс, який займається утилізацією білкового сміття в клітці - то в такому випадку людський ген міг легко замінити дріжджовий. Якщо ж мова йшла про реплікацію або репарацію ДНК, то тут заміни бути не могло. Іншими словами, велику роль грало те, наскільки еволюційно розійшлися власне молекулярні процеси в цілому, так що відмінності в послідовності амінокислот слід співвідносити з відмінностями, що виникли у всьому комплексі міжмолекулярних реакцій і взаємодій. Стаття з результатами опублікована в журналі Science.
З практичної точки зору нові дані можуть мати велике значення для медицини. У наших генах є індивідуальні особливості, які загалом називаються однонуклеотидним поліморфізмом: наприклад, в одному і тому ж положенні в одному і тому ж гені у вас може стояти генетична літера А (азотисте підґрунтя аденін), а у вашого друга - буква G (азотисте підґрунтя гуанін). Такі розбіжності не обов'язково призводять до повного відключення білка, кодованого геном, але можуть вплинути на деякі його функції. Але відстежити всі молекулярні наслідки всіх варіантів поліморфізму в людському організмі неможливо - зате це можна зробити в клітинах дріжджів, забезпечивши їх поліморфними генами і простеживши, як їх білки будуть взаємодіяти, наприклад, з якоюсь лікарською молекулою.