Безглузді ділянки всередині генів роблять дріжджі стійкими до нестачі поживних речовин.
Ми часто чуємо, що в нашому геномі крім генів є ще некодуюча, або «сміттєва», ДНК. Якщо ДНК в генах кодує білки, то сміттєва ніяких білків не кодує, і довгий час було незрозуміло, навіщо вона взагалі потрібна. Потім у ній почали відкривати ділянки, які керують активністю генів, проте в сміттєвій ДНК є і справжнє генетичне сміття - наприклад, старі копії генів, що вийшли з ладу. Однак сміття є не тільки крім генів - воно є і всередині самих генів.
Якщо взяти послідовність ДНК якогось гена, ми побачимо, що в ньому кодуючі ділянки перемежаються некодуючими. Це схоже на те, як якби ми виявили, що в книзі осмислений текст перемежається сторінками з безглуздим, випадковим набором літер. Кодуючі ділянки гена називаються екзонами, безглузді - інтронами; майже всі гени еукаріот (тобто звірів, птахів, грибів, рослин тощо) складаються з екзонів та інтронів.
Ми знаємо, що генетична інформація копіюється спеціальними ферментами з ДНК в молекулу РНК, а на РНК потім вже синтезуються молекули білків відповідно до генетичного коду. Але оскільки ферменти, що працюють з ДНК, копіюють в РНК і екзони, і інтрони, РНК потім доводиться перемонтувати - вирізати всі інтрони і зшивати екзони в єдиний осмислений текст. Ця процедура називається сплайсинг, і для неї в клітинах знову ж таки є свої спеціальні ферменти.
Біологи досить давно сперечаються, в чому сенс інтронів. У деяких випадках вони допомагають керувати активністю гена, оскільки уповільнюють роботу білків, які зчитують інформацію з ДНК, або якимось іншим способом. Крім того, інтрони допомагають зробити так, щоб один ген кодував кілька варіантів білка. Під час сплайсингу кодуючі фрагменти гена (тобто екзони) можна з'єднувати тим чи іншим способом - це називається альтернативний сплайсинг, і в результаті виходять різні РНК. Однак всі подібні пояснення передбачають, що самі по собі інтрони ні для чого не потрібні.
І ось зараз в Nature вийшло відразу дві роботи, в яких говориться, що сміттєва інтронна ДНК може бути потрібна саме сама по собі. Одну статтю опублікували дослідники з Інституту Вайтхеда: підраховуючи кількість РНК у дріжджах, вони виявили, що в дріжджових клітинах накопичуються вирізані з РНК інтронні шматки, хоча по ідеї ці непотрібні шматки РНК повинні швидко розщеплюватися. Серед дріжджових інтронів особливо стабільними виявилися 34, тобто приблизно 11% від загальної кількості інтронних послідовностей у дріжджовому геномі. Причому накопичувалися вони в той час, коли зростання дріжджів сповільнювалося.
Коли за допомогою методів генної інженерії у дріжджів інтрони вирізали, то виявилося, що безінтронні клітини гірше переносять голод. Якщо ж поживних речовин було вдосталь, то у дріжджів без інтронів, навпаки, з'являлася перевага перед нормальними: безінтронні росли і розмножувалися краще.
Дослідники з Шербрукського університету, які опублікували іншу статтю, створили без малого триста штамів дріжджів, у кожного з яких був видалений з геному якийсь один інтрон. Ефект був схожим: безінтронні дріжджі гірше витримували голод, хоча коли їжі було вдосталь, вони не так вже сильно вигравали у нормальних дріжджів, у яких всі інтрони були при собі. За словами авторів роботи, пережити голод дріжджам допомагають близько 90% їх інтронних послідовностей.
Як саме тут працюють інтрони, поки неясно, хоча, як пише портал The Scientist, автори обох робіт пропонують подібне пояснення. Ми говорили, що інтрони вирізають особливі білкові машини - вони називаються сплайсосомами. Стабільні інтрони залишаються біля тих сплайсосом, які їх вирізали. Можна припустити, що вони просто не дають ферментам працювати, так що вони не можуть взятися за нові РНК, щоб зробити їх придатними до синтезу білка.
Синтез білка слабшає, а значить, клітина економить енергію - а значить, їй вистачить ресурсів пережити брак поживних речовин. Вдалося показати, що накопичувані інтрони дійсно зменшують активність одного з генів рибосомних білків. Рибосоми якраз займаються синтезом білка на РНК-матрицах, але й самі рибосоми складаються зі спеціальних білків, і якщо для рибосом не вистачає молекулярних запчастин, загальний синтез білка сповільниться.
З іншого боку, той же механізм, які допомагає не розбазарювати ресурси в голодний час, може абсолютно даремно гальмувати зростання дріжджів, коли ресурсів достатньо. Очевидно, інтрони повинні орієнтуватися на якийсь датчик - молекулу або комплекс молекул, які відповідно до наявності поживних речовин повинні дозволяти нейронам довше пожити. Не виключено, що у інтронів знайдуться в перспективі і безпосередні інші функції, і не тільки у дріжджів, але і у нас - але для цього потрібно дочекатися нових досліджень нашої «сміттєвої» ДНК.