4.2. Наследственный аппарат живых клеток

Любой живой организм, растительный или животный, одноклеточный или многоклеточный, рождается, живет и умирает. Время жизни различно для разных видов и может лежать в пределах от нескольких часов (амёбы) до нескольких тысячелетий (секвойя, баобаб). Любой организм в период активной жизни взаимодействует с окружающей средой и воспроизводит подобные себе организмы — размножается. Таким образом достигается длительное сохранение биологического вида при очень ограниченной индивидуальной продолжительности жизни. Генетический аппарат обеспечивает хранение и передачу наследственной информации.

В 70-х годах было выполнено исследование возможностей длительного хранения информации на технических носителях, таких как магнитные ленты, оптические ленты и диски и т. п. В этой работе [4.14] математическими методами (в основном с помощью аппарата теории информации) доказано1 , что длительное (миллионы лет и более) хранение информации возможно, но только при условии сочетания периодической регенерации и помехоустойчивого кодирования.

Природа давно открыла и применила на практике этот закон: рождение новых и смерть старых организмов — это и есть регенерация, а помехоустойчивое кодирование осуществляется на молекулярном уровне наследственным аппаратом, с помощью чрезвычайно сложных органических молекул дезоксирибонуклеиновой кислоты — ДНК. ДНК хранит и передаёт по наследству огромное количество информации о том, из каких типов клеток состоит сложный организм и какова его структура; как устроен и функционирует каждый специфический тип клеток (мышечные, нервные, костные клетки, кожа, клетки органов чувств и пищеварения, печени и др.) — всего несколько десятков типов клеток. Наследственный аппарат хранит и передаёт некоторые, причем довольно сложные типы поведения будущего организма, так называемые инстинкты или безусловные рефлексы, такие как сезонная миграция рыб и птиц, особенности поведения, связанные с задачами продления рода, создание сезонных (зимних) запасов пищи, строительство жилья, инстинкт опасности и многие другие.

Более того, аппарат ДНК не только обеспечивает передачу наследственной информации новым организмам (при регенерации), но на протяжении всей жизни активно участвует в процессе химического синтеза органических веществ, необходимых для жизнедеятельности клеток и всего организма (белков, жиров, углеводов, гормонов и др.), направляя и организуя этот процесс.

Ещё более того, ДНК не только передает наследственную информацию в неизменном виде, но приспособлена к «внесению изменений», к развитию. Совсем не зря Природа трудилась над отработкой клетки, в первую очередь ее наследственного аппарата, долгих 3 миллиарда лет, проделав все остальное за каких-нибудь 500 миллионов лет.

ДНК представляет собой сложную органическую молекулу или, лучше сказать, структуру, которая состоит из простых и хорошо известных органических веществ, вытянутых в длинную цепочку с помощью углеродных связей. Химические свойства атома углерода (4 электрона на внешней электронной оболочке) позволяют создавать очень длинные цепочки на основе углеродных соединений — полимеры.

Структура ДНК у всех живых организмов совершенно одинакова. И если исследователю предъявить небольшой кусочек (отрезок) цепочки ДНК, то он не сможет определить, принадлежит ли этот фрагмент бактерии, простой сине-зеленой водоросли, ничтожной водяной блохе, величественной калифорнийской секвойе, давно вымершему саблезубому тигру, современному носорогу или одному из нас с Вами, дорогой читатель. Даже «журнальная утка», родившаяся в недрах респектабельного Нью-Йоркского издательства или «развесистая клюква», выросшая на московском дворе2 , обязаны были бы иметь ДНК точно такой же структуры, как у всех.

Составными элементами ДНК являются шесть органических молекул:

Молекула сахара, фосфата и одного из оснований образуют строительный блок. Их всего 4 типа — по числу оснований:

СТФ СЦФ САФ СГФ

Эти блоки могут соединяться в длинные цепочки, например:

.СТ.ФСГФСГФСЦФСАФСАФСТФ..........

Подобная цепочка, состоящая из миллиардов звеньев, в которой последовательность оснований более или менее произвольна — это уже половина молекулы ДНК. Другая половина аналогична первой. Обе они содержат одинаковое число звеньев, в каждом звене одно из 4-х оснований соединено химической связью с молекулой сахара (дезоксирибозы) и, кроме того, основания попарно химическими связями соединены между собой. При этом химическая структура самих оснований такова, что тимин (Т) всегда соединяется только с аденином (А), а гуанин (Г) — только с цитозином (Ц). В итоге получается нечто вроде длинной лестницы с перекладинами:

 ..СТ..ФСГФСЦФСГФСАФСТФСА.Ф.......
..СА..ФСЦФСГФСЦФСТФСАФСТ.Ф.......

Если к сказанному добавить, что вся эта конструкция завита в спираль относительно продольной оси, проходящей по центру между парами оснований, что диаметр спирали и её шаг соответственно равны 20 и 34 ангстрема3 , и что эта длинная спиральная нить замотана в более или менее плотный клубок (иначе она бы не поместилась в клетке, тем более, в её ядре — все-таки миллиарды звеньев), то самое главное о структуре ДНК будет сказано. Как будто, всё очень просто, если только считать, что кристаллоподобная конструкция из нескольких миллиардов атомов, в которой каждый атом занимает строго определённое место, невидимая простым глазом и даже в обычный микроскоп, и что это сооружение умеет делать все то, о чём говорилось выше и ещё больше будет сказано далее — если считать, что это просто.

Однообразные последовательности фосфатных и сахарных молекул ... СФСФСФСФ в ДНК никакой информации не несут; это как бы основа, поддерживающая ступеньки лестницы. А вот последовательность оснований А; Т; Г; Ц, вернее пар оснований А-Т; Т-А; Г-Ц; Ц-Г, может быть самой различной: они представляют собой те буквы, которыми записан весь текст, зашифрованный в ДНК. Здесь вполне уместна аналогия с книгой или с кодовой пластинкой, на которой одними и теми же техническими средствами может быть записана в закодированной форме самая различная информация — и научная, и литературная, и музыкальное либо живописное произведение, в общем, всё, что угодно.

Аналогия с книгой удобна для пояснения структуры больших записей, содержащихся в ДНК. Из четырех букв А, Т, Г, Ц составлены трёхбуквенные сочетания — кодоны. Это — слова того языка, которым пользуется ДНК. Поскольку из 4-х букв можно составить 43 = 64 3-х буквенных сочетаний, то словарь ДНК содержит 64 слова. Однако, число понятий, которым соответствуют эти слова, меньше; их всего 22. Из них 20 соответствуют 20 типам молекул химических веществ — аминокислот, а 2 являются как бы знаками препинания и обозначают начало и конец записей. Вообще-то существует гораздо больше различных аминокислот, но Природа решила обойтись только двадцатью.

Поскольку число слов — кодонов больше числа понятий — аминокислот, то одной и той же аминокислоте может соответствовать несколько кодонов. В обычных языках такое тоже встречается — когда разные слова имеют один и тот же смысл. Это составляет генетический код, который полностью расшифрован; известны все способы кодирования каждой из 20 используемых аминокислот, обозначения символов начала записей (два кодона) и их конца (три кодона). Последовательности слов — кодонов, отдёленные знаками начала и конца, представляют собой записи — инструкции, определяющие правила функционирования клеток. Эти инструкции называются генами и могут иметь самую разную длину, в том числе могут содержать сотни и тысячи слов. Каждый такой участок — ген определяет один или, иногда, несколько признаков клетки или организма. Например, может быть указано, что данная особь, принадлежащая к лучшей половине человечества, должна иметь голубые глаза, белокурые волосы, соответствующие формы и другие признаки, вызывающие законное восхищение другой, безусловно худшей, половины человеческого рода.

Число записей и их расположение в длинной цепочке ДНК тоже может быть самым различным у разных биологических существ, а вся нить ДНК заключена в форму, которая называется хромосомой. И если хромосому можно уподобить книге, то набор таких книг уже составляет библиотеку, в которой и заключена вся генетическая информация клетки или организма. Здесь уместно подчеркнуть, что любая (почти) клетка любого многоклеточного организма содержит полный набор книг, полученных в наследство от родителей, причём в двойном количестве — один набор от отца и один от матери. Поэтому хромосомы почти во всех клетках образуют парные наборы. Число таких пар различно для разных организмов от всего одной пары у некоторых червей до 250 пар у папоротников. Человек имеет только 23 пары хромосом, и таким образом, далеко не является рекордсменом.

Вся эта библиотека заключена в ядрах клеток — мельчайших структурных образованиях, которые можно увидеть далеко не во всякий микроскоп, и представляет собой полный набор генетической информации. Именно она определяет, кем будет данный организм — «венцом творения» — человеком, или ленивым верблюдом, который сначала не хотел работать, но потом одумался и теперь позволяет себя доить, стричь, да ещё возит своего благодетеля; кошкой, которая гуляет сама по себе, или китом с узким горлом, плавающим в антарктических водах, а может быть хреном, выросшим на нашем с Вами огороде, или долгоживущим баобабом в африканской саванне. Поистине, набор хромосом — это книга жизни, написанная языком химических молекул. Природа, создавая этот язык, была очень экономна и в то же время расточительна. В самом деле, что может быть экономнее, чем буквы и слова в виде молекул, которые к тому же не только кодируют информацию, но еще и работают, как мы увидим дальше. А расточительность заключается в том, что полная генетическая библиотека помещена в каждую из многих миллиардов клеток многоклеточного организма. На первый взгляд это излишество, впрочем, мы далеко ещё не всё знаем и, как говорится, Природе виднее. А возможно, так уж получилось само собою — ведь сначала возникли одноклеточные организмы и только потом на их основе развились более сложные многоклеточные структуры. И переделывать на этом этапе было поздно или нецелесообразно.

Как же работает вся эта система, обеспечивая жизнедеятельность клеток и организмов? Уже отмечалось, что у жизни много функций и далеко не всё в этой области изучено и понято до конца, но то, что изучено — впечатляет. Однако прежде надо сказать несколько слов о типовом составе клеток, точнее о том общем, что есть у разных клеток, какую бы функцию в организме они ни выполняли в результате специализации, возникающей каждый раз при формировании нового организма из первоначальной единственной клетки.

Всякая клетка состоит из оболочки, окружающей жидкую цитоплазму. Цитоплазма — это вода с растворенными в ней солями и множеством других веществ, необходимых для жизни клетки. Эти вещества частично попадают в клетку снаружи через её оболочку, частично же синтезируются внутри клетки в результате многочисленных химических реакций. Оболочка, называемая также мембраной, удерживает цитоплазму, не позволяя ей вытекать из клетки. Она состоит из двух или трёх молекулярных слоёв, образованных из специальных белков и жироподобных молекул — липидов. Через оболочку осуществляется внешний обмен. Некоторые вещества в виде отдельных молекул (например, кислород, углекислый газ) способны проникать через мельчайшие поры оболочки путем диффузии, некоторые же более крупные частицы попадают в клетку или выводятся из неё в специальных «контейнерах». Клетка «обтекает» такие контейнеры, затем мембрана раскрывается, и содержимое попадает в цитоплазму. Примерно так же выводятся наружу отработанные продукты или вещества, вырабатываемые в клетках для нужд всего организма. Внутренность клеток часто разгорожена мембранами на отдельные помещения, сообщающиеся между собой. В этих отсеках, прикреплённые к мембранам или просто в цитоплазме, размещены различные внутренние структурные частицы клеток — органеллы, выполняющие важные функции в общей работе. К ним относятся лизосомы, рибосомы, хлоропласты (в растениях), митохондрии, ядро и некоторые другие.

Лизосомы — это разнообразной формы оболочки, внутри которых находятся пищеварительные соки. Оболочка лизосомы предохраняет материал клетки от переваривания собственными соками, но в некоторых случаях, когда это требуется (например, когда клетка голодает) и получено соответствующее указание от ядра, лизосомы могут частично использовать материал органелл, не убивая всю клетку, для временного создания дополнительных пищевых ресурсов. Иногда лизосомы способны ликвидировать и всю клетку, опять же по указанию центра — ядра.

Рибосомы — это химические фабрики клеток, способные выпускать множество разных видов белков, состоящих из наборов 20 аминокислот, закодированных в ДНК. Каждая рибосома содержит универсальное оборудование, на котором можно синтезировать любые белки. Указание приступать к работе и «техническую документацию» на синтез определенного белка рибосома каждый раз получает из центра — ядра клетки — в виде специальных сложных химических молекул — рибонуклеиновой кислоты (РНК). Множество рибосом работает «впараллель», выпуская нужные соединения для внутренних потребностей клетки или «на экспорт» — для других нужд организма (например, гормоны, молоко, пищеварительные соки, ряд других веществ).

Эндоплазматический ретикулум. Кроме белков, синтезируемых в рибосомах, клетки и организм нуждаются и в других веществах. Они синтезируются из питательных веществ на стенках набора мембран и трубочек, из которых состоит этот довольно крупный орган клетки. Часть стенок — гладкая, на них синтезируются жиры, углеводы (например, крахмал, целюлоза), гормональные вещества. Другая часть стенок содержит прикрепленные рибосомы, и потому кажется шероховатой. Здесь синтезируются белки.

Хлоропласты — это специализированные органеллы, содержащиеся в клетках зеленых растений. Они — источник энергии для всего живого и, попутно, источник кислорода в атмосфере планеты. В хлоропластах за счет солнечной энергии из молекул воды и углекислого газа при участии особого органического вещества — хлорофилла — образуется сахар — глюкоза C6H12O6, являющаяся продуктом довольно сложной цепи химических реакций, общий итог которых в химической записи выглядит так:

6 CO2+6 H2O+hν↔C6H12O6+6 O2
углекислый
 вода
кванты
 глюкоза кислород
газ
солнечной
энергии

В дальнейшем на основе глюкозы в клетках синтезируются другие типы углеводов и в том числе cахаров: крахмал, целлюлоза, фруктоза, молочный сахар, лактоза и другие необходимые живым организмам соединения. Особое значение имеет соединение АТФ.

Митохондрии — это специализированные органеллы, содержащиеся как в растительных, так и в животных клетках, иногда в очень большом числе (сотни). В них путём окисления глюкозы и присоединения к ней фосфатных групп PO4 — реакция, которая происходит чрезвычайно эффективно (т. е. с очень высоким энергетическим КПД), образуется и хранится соединение АТФ (аденизинтрифосфат — C10O13N5P3H12). Кислород, необходимый для синтеза АТФ, поступает за счет дыхания. АТФ — это источник энергии для всех видов деятельности клеток и органов — мышечной, нервной, тепловой и других. Таким образом, митохондрии можно уподобить силовым станциям и одновременно хранилищам энергоносителя (АТФ), обеспечивающего энергией всю жизнедеятельность всех организмов, как растительных, так и животных. Исходным энергетическим сырьем для синтеза АТФ является глюкоза, создаваемая в хлоропластах растений за счёт энергии Солнца. Животные организмы, поедающие растения или других животных, могут вырабатывать АТФ и из иных углеводородов, являющихся вторичными продуктами переработки глюкозы. При использовании («сгорании») АТФ в организме выделяются исходные продукты — вода, углекислый газ, фосфорные соединения.

Ядро клетки представляет собой крупную структурную часть; её можно увидеть в микроскоп. Мембрана, окружающая ядро, содержит поры, через которые органические молекулы, образующиеся в ядре, могут выходить наружу или, наоборот, молекулы из цитоплазмы могут поступать внутрь ядра. Оболочка ядра прикреплена к эндоплазматическому ретикулу. Внутри ядра находятся ядрышки (одно или несколько), которые участвуют в создании рибосом, и, по-видимому, выполняют ещё ряд функций, а также весь набор хромосом, форма которых меняется в зависимости от периода жизни клетки. Перед делением клетки хромосомы собираются в плотные, хорошо различимые палочкообразные образования. В остальное время палочки «распускаются» и хромосомы приобретают вид запутанных нитеобразных клубков, которые трудно наблюдать даже в электронный микроскоп. Рядом с ядром, хотя и вне его оболочки, всегда находится еще один орган — центриоль, который можно считать частью ядра. Центриоль выполняет важные функции при делении клеток.

Ядро является «мозговым центром», управляющим всей жизнедеятельностью клетки с помощью сигналов управления, посылаемых в цитоплазму на языке химических молекул, и таких же сигналов обратных связей, поступающих из цитоплазмы. Само собой разумеется, что программа работы клетки записана в хромосомах; этой программой и руководствуется ядро в своей деятельности.

Многообразны и очень сложны процессы, протекающие в клетках; в этой области далеко не всё ещё изучено и понято. Но и то, что изучено, потребовало бы для подробного описания тысячи статей, многотомных отчетов и монографий. Ниже, разумеется очень кратко и без деталей, будут рассмотрены только три (правда, очень важных) процедуры из числа уже известных: деление клеток и связанное с этим размножение; возникновение мутаций и их наследственное закрепление, что обеспечивает изменчивость, приспособление, развитие; синтез белков в рибосомах. Цель этого описания в данной книге — дать читателю общее представление о том, насколько всё это сложно и, тем не менее, достижимо теми материальными средствами, которыми располагает Природа.

Основная задача, возникающая при размножении, состоит в передаче потомкам (дочерним клеткам) всей наследственной информации, заключённой в родительских ДНК. Как отмечалось в начале главы, такая процедура регенерации обеспечивает длительное хранение информационного генетического фонда независимо от индивидуальной длительности жизни отдельных организмов.

Процедура регенерации, в биологической терминологии — репликации ДНК, состоит в том, что сдвоенные нити ДНК под воздействием особого фермента разделяются пополам вдоль оси. В результате из одной двойной полной нити получаются две одинарных и неполных:

П олная .СТ.ФСГФСГФСАФСЦФСТЛ..СА.ФСЦФСЦФСТФСГФСАФ............и......н.ия раздела нить Д НК

Д ве .СТ.ФСГФСГФСАФСЦФСТ.СА.ФСЦФСЦФСТФСГФСАФ................о.динарных неполных нити

После этого каждая половина, забирая материал — молекулы сахара С, фосфата Ф и оснований А, Т, Г, Ц из цитоплазмы, наращивает себе недостающую половину. Так как основания А-Т и Г-Ц попарно комплементарны, т. е. к аденину А может присоединиться только тимин Т (и наоборот), а к гуанину Г — только цитозин Ц (и тоже наоборот), то в результате вместо одной получаются две полноценные цепи ДНК, полностью подобные исходной родительской цепочке. Этот процесс происходит одновременно во всех хромосомах. На микрофотографиях можно видеть, как перед делением хромосомы уплотняются и формируются в виде палочек, как каждая из них делится на две сперва тесно прилегающие друг к другу, а затем расходящиеся. В этот момент при участии центриоли в клетке образуются два центра сбора хромосом, два ядра будущих дочерних клеток. К этим ядрам собираются новые хромосомы — строго по одной от каждой новой пары, после чего в середине клетки между двумя ядрами образуется сужающаяся горловина и наконец клетка делится на две дочерние клетки, которые начинают самостоятельную жизнь.

Такой процесс размножения путём деления и образования двух дочерних клеток, во всем подобных родительской, называется митозом. Митоз разделяют на фазы:

— препрофаза — удвоение ДНК и подготовка материалов, необходимых для митоза;

— профаза — реорганизация ядра, разрушение ядерной оболочки, конденсация хромосом, формирование специального митотического аппарата путём синтеза необходимых белков и сборки их в систему веретена деления клетки;

— метафаза — движение хромосом к экваториальной плоскости клетки (метакинез); формирование экваториальной пластины (материнской звезды), разделение хроматид (сестринских хромосом);

— анафаза — расхождение хромосом к двум полюсам (ядрам);

— телофаза — реконструкция дочерних ядер и хромосом, разделение клеточного тела итокинез), разрушение митотического аппарата, восстановление ядерных оболочек.

Продолжительность митоза невелика — З0–60 минут у животных и 2–3 часа у растительных клеток. Основное время занимают процессы, связанные с химическими реакциями (препрофаза, профаза, гелофаза). Движение хромосом к экваториальной плоскости и сбор вокруг новых ядер (метафаза, гелофаза) происходит быстро. Промежуток между двумя делениями — интерфаза имеет разную продолжительность: в зависимости от стадии развития и состояния организма, внешних условий и других факторов. В это время идёт скрытая подготовка к следующему делению.

В многоклеточных организмах митоз контролируется системой нейрогуморальной регуляции, которая осуществляется нервной системой, гормонами, вырабатываемыми железами внутренней секреции (надпочечников, гипофиза, щитовидной и половых желёз), а также местными факторами (продукты тканевого распада, функциональная активность клеток). Иногда такая регуляция нарушается, клетки начинают бесконтрольно размножаться, возникают опухоли. Нельзя сказать, что в этом процессе все ясно до конца; некоторые моменты еще требуют объяснения: как происходит раскручивание двойных спиралей ДНК? Какова природа расщепляющего фермента и почему это происходит одновременно во всех хромосомах? Как двум новым ядрам удается собрать строго по одной дочерней хромосоме каждого типа, ничего не перепутав (а ведь их может быть до 250 — пар т. е. 500 хромосом) и др. Но все же главный вопрос — как дублируется генетическая информация и как она передаётся потомкам — наукой установлен окончательно. Таким образом (в большинстве случаев) размножаются бактерии и вообще одноклеточные организмы, а также все клетки растущих или просто функционирующих многоклеточных организмов.

Но существует и другой вариант деления клеток и размножения организмов — мейоз. В этом случае клетка делится дважды, образуя не две, а четыре дочерних клетки, правда, неполных. При первом делении образуется две дочерних клетки, содержащих не парный, (диплоидный), а одиночный (гаплоидный) набор хромосом. От каждой пары хромосом в дочерние клетки попадает по одной хромосоме, например, у человека вместо 46 (23 пары) такие клетки содержат только по 23 хромосомы. На второй стадии каждая клетка первого поколения делится ещё раз; эта процедура сходна с митозом. В результате получаются 4 клетки, называемые гаметами. Они содержат только по одной хромосоме от каждой пары. Так делятся не всякие, а только половые клетки организмов. Продолжительность мейоза гораздо больше митоза: у пшеницы он занимает 24 часа, у лилии около 240 часов, а у человека — даже 580 часов (24 суток), причём, как это ни странно, основное время занимает первое, казалось бы, более простое деление.

Возникшие гаметы могут сохраняться довольно долго в родительских организмах, но затем в конце концов погибают — если не произошло оплодотворение. При оплодотворении две гаметы — одна материнская, вторая отцовская сливаются в одну клетку — зиготу, имеющую полноценный двойной набор хромосом. Но в отличие от размножения путем митоза, этот набор получен не от клетки одного организма, а от двух разных организмов, по одной хромосоме от каждого из родителей. Возникшая при оплодотворении зигота начинает делиться путем митоза; развивается новый организм. При этом происходят удивительные не вполне изученные процессы, в которых клетки нового организма, имеющие как будто одинаковый набор хромосом, тем не менее, получают специализацию, превращаясь в мышечные, костные, нервные и другие клетки и создавая всё разнообразие органов и структур нового организма.

Биологическое значение размножения путём мейоза очень велико. Оно обеспечивает, с одной стороны, поддержание общего («нерасходящегося») генофонда (кариотипа) в сменяющемся ряду поколений данного вида, и, с другой стороны, благодаря рекомбинации хромосом при половом процессе, вызывает изменчивость, приспособление вида к новым условиям и его развитие.

Никакой изменчивости, приспособления, никакого развития не было бы, а при серьезном изменении внешних условий организмы просто погибали, если бы передача наследственной информации, заключённой в ДНК, происходила абсолютно безошибочно и одинаково. Но такого в природе не бывает. Всегда, и тем более на молекулярном уровне, когда энергия даже тепловых движений атомов и молекул становится сравнимой с энергией самих процессов, могут возникать и неизбежно возникают отдельные нарушения генетического текста — мутации. Вопрос только в том, как часто, с какой вероятностью это происходит.

Можно было бы и не рассматривать конкретные причины мутаций, ограничившись замечанием, что таков неизбежный закон природы, но научное изучение этого вопроса всё же проводилось. Экспериментально установлено, что помимо нарушений генетического кода, возникающих в обычных условиях естественным путем, на частоту мутаций можно воздействовать искусственно, увеличивая её в десятки и сотни раз с помощью различных излучений: ультрафиолетового, рентгеновского, радиоактивного, а также применением химических препаратов. К химическим веществам, вызывающим мутации, относятся формалин, иприт, чужеродная для данного организма ДНК и сотни других веществ.

Различают три типа мутаций: геномные, хромосомные и генные. Геномные мутации, в свою очередь делятся на:

Хромосомными называются такие мутации, когда клетка содержит полный набор хромосомных пар, но отдельные нити ДНК (хотя бы одна) содержат значительный пораженный участок. Их тоже подразделяют на несколько типов:

Генными мутациями называются небольшие нарушения структуры ДНК внутри отдельных генов, затрагивающие всего одну или несколько соседних пар оснований. Поскольку при генных мутациях общая структура нитей ДНК сохраняется, они могут воспроизводиться уже в изменённом виде при дальнейших делениях. Таким образом, небольшие случайные изменения, возникающие в наследственном коде, могут передаваться потомству.

Первые два типа мутаций происходят от крупных нарушений в процессе деления клеток, например, когда в процессе митоза клетка вообще не делится на две и остается одна дочерняя клетка не с двумя, а четырьмя наборами хромосом, или когда клетка делится, но хромосомы не распределяются поровну между дочерними клетками: у одной из них отсутствуют некоторые хромосомы, а у другой соответствующие хромосомы оказываются в избытке. Как правило, геномные и хромосомные мутации не дают жизнеспособного потомства — оно погибает в первом же поколении, или оказывается бесплодным или, в крайнем случае, потомки с таким генофондом исчезают после смены небольшого числа поколений.

Генные мутации затрагивают очень небольшую часть наследственного аппарата, и потомство может оказаться жизнеспособным.

Все виды мутаций могут возникать как в обычных, нормальных (соматических) клетках организма, так и в половых клетках при образовании генома или, после оплодотворения, при формировании зиготы. В первом случае многоклеточный организм может состоять как из нормальных, так, частично, и из мутировавших клеток. Такие мутации у растений могут передаваться потомству при вегетативном размножении, которое иногда встречается у дикорастущих и часто у культурных растений. Размножение цветов и ягодных кустарников отростками, прививка яблонь, посадка картофеля клубнями — всё это примеры вегетативного размножения.

У одноклеточных организмов, растительных и животных, мутации всегда передаются потомству.

Основной вид размножения многоклеточных организмов — половой процесс; при этом потомство получает в наследство мутации, возникающие в родительских половых клетках — обычно в одной из парных хромосом, доставшихся от родителей. Такой набор хромосом получают все клетки нового организма, возникающие путем деления первоначальной зиготы, в том числе и будущие половые клетки. Поскольку мутация затрагивает только один ген, определяющий один признак организма (редко — два-три признака), возникает новая разновидность, имеющая иные, необычные признаки или свойства, например, пшеница более (или, наоборот, менее) устойчивая против засухи или какого-то типа вредителей, или с иным количеством зерен и т. д.

Генные мутации (в принципе — вероятно и иные типы мутаций тоже) могут быть полезны для организма и вида, например, способность переносить пониженную температуру в условиях общего похолодания климата, нейтральны, например, цвет глаз у мушки дрозофилы или у человека, и вредны, например изменение требований к окружающим условиям в то время, когда они не меняются. По-видимому, вредные мутации встречаются чаще всего. Далее вступает в силу открытый Дарвином закон естественного отбора. Особи с полезными изменениями имеют больше шансов выжить и передать свои качества потомству, особи с вредными для вида изменениями оставляют меньше потомков или даже погибают в процессе борьбы за существование. Всё это повторяется много раз, поколение за поколением. В результате все большее число особей вида приобретают полезные свойства; в конце концов, остаются только носители полезных свойств. Так происходит постепенное изменение вида, повышение его жизнестойкости, приспособление к изменяющимся условиям обитания, в общем — развитие.

Человечество, переходя на заре цивилизации от охоты и сбора диких растений к земледелию и животноводству, давно почувствовало эти законы, даже не понимая их сущности, и стало эмпирически их применять при выведении новых сельскохозяйственных растений и пород домашних животных. В результате такого, теперь уже искусственного отбора на протяжении 5–10 тысяч лет было выведено множество новых сортов и пород, обладающих нужными человеку свойствами.

Безусловно, на этом пути еще не сказано последнее слово. Один из последователей Дарвина, желая подчеркнуть возможности эволюции и естественного отбора, заметил: «Дайте мне время и я из мухи сделаю слона». В этом высказывании, конечно, есть преувеличение, но сущность изменчивости оно передаёт хорошо. Даже пользуясь только чутьем, основанном на эмпирических знаниях и наблюдениях, почти первобытный человек за короткое время смог вывести изумительные по своим качествам биологические виды. Что может осуществить наука, вооруженная глубоким пониманием происходящих процессов, современными и будущими приборами и методами за сотни тысяч, миллионы лет развития, трудно даже вообразить.

Заканчивая этот беглый обзор роли наследственного аппарата клетки в изменчивости и развитии, хотелось бы сделать несколько дополнительных замечаний.

1. Нормальные клетки нового организма содержат два набора хромосом — по одному от каждого из родителей. Генные мутации, когда они возникают, затрагивают только одну хромосому, доставшуюся потомку от одного из родителей. Каким же свойством будет наделён потомок — материнским, или отцовским, или, может быть, промежуточным? Экспериментально установлено, и это является одним из важнейших открытых Г. Менделем законов наследственности, что промежуточных свойств не бывает. В потомстве 1-го поколения проявляется, причем в полной мере, только одно свойство — либо отца, либо матери. Один из генов, находящихся в парных хромосомах, является доминантным, он подавляет другой признак, который является подчиненным, рецессивным. Но каждая из хромосом — с доминантным (обозначим её Д) и с рецессивным (Р) признаками, воспроизводится в потомстве со своим набором генов, в том числе и в половых клетках, гаметах. Предположим для определённости, что клетки исходного вида обладали доминантным признаком, например, обычным содержанием сахара в сахарной свекле, а в результате мутации возник ген, обеспечивающий повышенное содержание сахара, но этот признак является рецессивным. В этом случае в парных наборах хромосом у потомков 1-го поколения будут встречаться признаки Д и Р и, поскольку Д (нормальная сахаристость) является доминантным, то все они будут нормальными. Однако, половые клетки этих гибридных растений будут содержать только одну хромосому — либо с признаками Д, либо с Р. В результате оплодотворения таких гамет могут возникнуть любые комбинации:

ДД ДР РД РР
материнская линия
отцовская линия

Варианты ДР и РД — мутанты с нормальной сахаристостью; вариант ДД означает возврат к чистой линии, также с нормальной сахаристостью; все потомки этого варианта (если, конечно, не произойдёт новых мутаций), будут иметь набор ДД. Вариант РР не содержит доминантного гена нормальной сахаристости и все плоды этого типа будут «сладчайшими», причем эта линия — тоже чистая, все её потомки будут такими. Если селекционер это заметит и не даст ей скрещиваться с другими, худшими по свойствам растениями, то будет выведен новый сорт свеклы с высокой сахаристостью, к великому удовольствию селекционера и к нашей с Вами пользе, дорогой читатель.

Таким образом, даже рецессивные мутации, не заметные в потомках, остаются в скрытом виде в наследственном генофонде и могут проявиться в подходящих условиях.

2. Установлено, что частота возникновения мутаций одного гена за одно поколение в нормальных условиях (т. е. без применения излучений или препаратов, увеличивающих частоту мутаций) лежит в пределах 10−5–10−7. Примем промежуточное значение — 10−6. Это означает, что на миллион делений возникает одна мутация. На первый взгляд это не так много, но только на первый взгляд. В действительности генных признаков в одной клетке очень много, сотни тысяч, и все они при размножении передаются по наследству; все они более или менее независимо подвержены мутациям. Кроме того, особей каждого вида тоже сотни тысяч, миллионы, даже миллиарды и все они размножаются параллельно. И, наконец, в процессе существования и развития вида сменяется много поколений. При этом, конечно, возникает очень много мутаций, несмотря на то, что вероятность каждой из них невелика. Многие, даже большинство, из этих мутаций вредны, в значительной мере они ликвидируются естественным или искусственным отбором; полезные мутации «поощряются» и накапливаются. Так или иначе, каждый вид в природе состоит из особей не с чистым, абсолютно одинаковым набором генов, а содержит в скрытом виде значительное разнообразие, которое и является источником изменчивости и позволяет достаточно оперативно реагировать даже на сравнительно быстрые изменения условий существования.

3. Было бы, конечно, очень хорошо и удобно, если бы полезные навыки и свойства, приобретённые индивидуальными организмами при жизни в результате упражнений и приспособления к внешним условиям, могли бы закрепляться в генетическом аппарате и передаваться потомству. Но никаких примеров, подтверждающих такой вид наследственности, никаких механизмов таких обратных связей, изменяющих существующий в организме и данный ему от рождения набор наследственной информации — генотип, обнаружено не было. Видимо, Природа не создала таких обратных связей, либо потому, что это оказалось бы слишком сложным, либо даже и не требовалось. Впрочем, возможно этот вопрос нуждается в дальнейших исследованиях и подтверждении.

4. Вообще не следует думать, что наукой решен весь круг вопросов, связанных с изменчивостью, развитием, наследственностью. Значительная часть вопросов остается неясной, например, причины и способы резких изменений, приводящих к появлению совершенно новых типов (семейств, классов, даже царств) живых организмов. Решение многих таких вопросов — задача будущего развития генетики, молекулярной биологии и других связанных с этим наук.

Третий процесс, происходящий в клетках с участием ДНК, который мы собирались рассмотреть — это синтез белков. Много различных белков нужны самой клетке; некоторые нужны другим клеткам и всему организму, и тогда отдельные клетки, например, входящие в состав желез внутренней секреции, специализируются на выпуске таких соединений.

Синтез белков осуществляется в рибосомах клетки на основе информации, закодированной в ДНК. Каждый синтезируемый таким образом белок представляет собой цепочку из аминокислот. Существует большой набор аминокислот, которые могли бы быть использованы, но природа выбрала из них только 20 и только из этих 20-ти строятся белки любых организмов — бактерий, растений, животных, в том числе и человека. Сами же белки могут быть различными, это зависит от того, какие использованы аминокислоты (из набора 20-ти), сколько их и в какой последовательности они располагаются в цепочке. Таким образом, белок можно уподобить зданию, строящемуся из стандартных блоков, а план каждого здания хранится в информационном архиве клетки — в её ДНК. Каждому возможному белку соответствует один ген. Как и во всяком серьёзном архиве потребители (в данном случае — рибосомы) оригинал информационных записей не получают, а получают только копии. Это и есть та «техническая документация», на основе которой рибосомы могут синтезировать любой нужный белок. Копия участка нити ДНК — гена формируется на ДНК как на шаблоне в виде сложной молекулы рибонуклеиновой кислоты (РНК), точнее — информационной РНК (ИРНК)4 , потому, что есть и другие типы РНК. Молекула ИРНК по структуре напоминает ДНК, однако есть и отличия. Во-первых, цепочка РНК не двойная, а одинарная; во-вторых, в цепи фосфатно-сахарных молекул находится молекула рибозы, похожая на молекулу дезоксерибозы (С) в ДНК, но всё же отличающаяся от неё; в-третьих, одно из четырёх оснований, кодирующих информацию, заменено: вместо тимина (Т) в РНК находится урацил (У), сходный с тимином по структуре и химическим свойствам, и, подобно тимину, тяготеющий к аденину (А). Молекула информационной РНК может быть очень сложной, но всё же, конечно, далеко не такой, как молекула ДНК. Как и в ДНК, в РНК 20 аминокислот кодируются тремя основаниями, кодонами, только вместо тимина используется урацил. Молекулы информационных РНК непрерывно синтезируются в ядре клетки и через поры ядерной оболочки поступают в цитоплазму. У всех молекул ИРНК есть стандартный участок, с помощью которого любая молекула РНК может присоединиться к определённому месту на любой рибосоме. После этого последовательно звено за звеном (кодон за кодоном, т. е. «слово за словом») происходит расшифровка кода, и построение цепочки аминокислот в соответствии с последовательностью кодонов ИРНК. В этом процессе участвуют тоже довольно сложные и специфические молекулы транспортной РНК (ТРНК). Эти молекулы разнообразны: каждой аминокислоте соответствует свой вид ТРНК. Молекулы ТРНК играют роль вспомогательного технологического оборудования: они имеют два «посадочных места». К одному из них подсоединяется нужная аминокислота, соответствующая данной ТРНК. Другим местом ТРНК подключается сразу к трем основаниям (кодону) — именно к такому, который соответствует данной аминокислоте и данной ТРНК. В цитоплазме клетки в рассеянном виде всегда находятся («беспорядочно плавают») всевозможные аминокислоты. Молекулы ТРНК, поймав нужную из них, транспортирует её в рибосому, где идет синтез сложной белковой молекулы, и уже рибосома устанавливает эту аминокислоту в нужное место синтезируемого белка — в соответствии с инструкцией, записанной в ИРНК, под управлением которой в данный момент осуществляется работа.

Синтез белков требует затраты энергии, которая берётся от энергетических аккумуляторов клетки — митохондрий и находящихся в них молекул АТФ.

Приведенное выше общее описание значения, структуры и работы наследственного аппарата клеток, воплощённое в нитях ДНК и хромосомах, не может претендовать ни на полноту, ни на строгость. В действительности всё происходит гораздо сложнее; каждая, даже простая процедура — это результат многих взаимосвязанных химических реакций, последовательно происходящих между сложными органическими молекулами. В любой клетке одновременно идут сотни, тысячи таких химических актов; всё это вместе и составляет самую сущность жизни — в той единственной форме, которую мы имеем на Земле.

Но и это эскизное описание позволяет составить общее представление о работе клеток, о том, что живые клетки — это очень сложные, очень совершенные системы.

В заключение этого рассказа хотелось бы сделать одно важное замечание. Клетки всех без исключения живых организмов в самом своём главном существе устроены и работают одинаково, при всём разнообразии специфических форм клеток и уж совсем ошеломляющем разнообразии живых организмов. Унификация состоит не только в принципах построения и работы наследственного аппарата, но проявляется и во многих мелких деталях.

В качестве основы для построения ДНК могли бы быть использованы и другие соединения, кроме фосфата PO и дезоксерибозы С (одного из сахаров — C5O2H7). Основания, применяемые для кодирования (А, Т, Г, Ц) также могли бы быть иными — выбор достаточно велик. То же самое относится к 20 аминокислотам, из которых строятся белки. Но во всех без исключения клетках всех организмов для ДНК и белков используются именно эти соединения.

Тройные пары оснований, кодоны, с помощью которых кодируются аминокислоты, одинаковы для всех организмов: генетический код унифицирован. Две комплементарные нити ДНК образуют спираль. Такая спираль могла бы иметь две формы закрутки — правую и левую, наподобие винтов с правой и левой резьбой. Но всегда встречается только одна форма — правая.

Многие органические молекулы, входящие в состав живых тканей, могут существовать в двух (и более) формах, отличающихся взаимным расположением атомов — наподобие чистого углерода, который встречается в формах алмаза, графита и угля. При химическом синтезе таких соединений в лабораторных условиях образуется смесь разных форм. Но в живой природе всегда встречается только одна форма (так называемая «левая» форма).

Чем объяснить такую унификацию и как это могло получиться?

Одно из возможных предположений состоит в том, что когда-то в результате почти невероятного сочетания возникла всего одна клетка, способная жить и размножаться; она имела именно такие свойства. Все остальные формы живого произошли от этой клетки путём размножения и развития. Эта гипотеза приводит к мысли о том, что жизнь, быть может, редкое, даже уникальное явление во Вселенной. Так ли это в действительности, должно показать будущее развитие науки.

И ещё одно незначительное замечание. При описании аппарата ДНК упоминались некоторые химические вещества, состоящие из 5-ти элементов: углерода, кислорода, водорода, фосфора и азота. Может сложиться ложное впечатление, что живая материя состоит только из этих элементов. Это совсем не так. В тканях живых организмов, в том числе и в одноклеточных, используются почти все химические элементы, существующие на Земле, разве что за исключением химически инертных элементов VIII группы (гелий, неон, аргон, криптон, ксенон, радон) и некоторых других, крайне редких. Без многих из них (железо, калий, кальций, марганец, йод и т. д.) жизнь в современной форме была бы невозможна.

Рассмотренные выше и многие другие процессы, происходящие в клетках и организмах под воздействием и при участии ДНК, уже открытые и изученные, но в ещё большем количестве не открытые и не изученные, о которых наука пока имеет ещё только общие, недостаточно чёткие и конкретные представления, имеют, конечно, громадный интерес. Однако, в данной книге нет возможности уделить их описанию место и внимание, да это и не требуется. Есть много превосходных книг, например, [4.11], где эти вопросы описываются специалистами достаточно подробно и со знанием дела.

Но хотелось бы очень кратко остановиться на поучительной истории развития генетики и молекулярной биологии.

Стихийные, эмпирические представления о наследственности у человечества существуют давно. Уже древние люди хорошо понимали, что потомком пары волков будет обязательно волк, а не коза. Понимали, что у волка и козы вообще не может быть потомства; понимали, что скрещиваться и давать потомство могут только однотипные или очень близкие растения и животные. Зато в этом случае дети наследуют не только общий вид и свойства родителей, но часто и мельчайшие их особенности, причём замечали, что элементы удивительного сходства возникают не только в первом, но и в других, более дальних, поколениях. Например, ребёнок может оказаться «весь в бабушку» или «весь в дедушку», к большой радости и удовольствию этих почтенных леди и джентльменов, а иногда и к немалой пользе для себя.

Научное в современном понимании изучение законов наследственности было начато по существу только в середине 19 века, когда Грегор Мендель, монах, а потом настоятель августинского монастыря, живший и работавший в Брюнне (ныне Брно, Чехия), в течение 8-ми лет (1858–1865 гг.) изучал передачу наследуемых признаков (цвет, форма зерен и др.) у разных сортов гороха. Заслуга Менделя велика: он сформулировал проблему (значит у него уже были какие-то догадки, предположения), разработал методику исследований, и после восьми лет работы и обработки результатов объяснил и описал в математической форме основные законы наследственности, которые, как Мендель и предполагал, а потом это подтвердилось, имеют силу не только для гороха, а вообще для всех живых организмов. Таким образом был заложен фундамент новой важнейший науки — генетики.

Удивительное всё-таки было время. Ни планов, ни штатов, ни финансирования, ни ежегодных отчётов о проделанной работе — ничего не было. И один только человек, работая в своей келье и на огороде при ней, за 8 лет сделал столько, сколько удаётся проделать далеко не всякому современному НИИ, располагающему и штатами, и фондами, и многоэтажными зданиями со стенами из стекла и стали, лабораториями, наполненными научным оборудованием, включая, конечно, парк новейших ЭВМ и так далее.

Закончив работу, Мендель в 1865 г. сделал доклад в брюннском обществе естествоиспытателей и опубликовал статью со скромным названием «Опыты над растительными гибридами». Доклад был благосклонно выслушан, статья напечатана в записках того же общества, после чего всё это и сам Мендель были забыты на долгих 30 лет; даже легкой зыби не возникло на спокойной поверхности научного моря. Видимо, как это иногда бывает, работа Менделя опережала свое время. Но через 30 лет на рубеже 20 столетия возник интерес к вопросам наследственности. Статью Менделя разыскали в архивах библиотек и к учёному пришло, наконец, заслуженное, хотя, как это тоже часто бывает, уже посмертное мировое признание. Опыты Менделя были повторены независимо и почти одновременно Х. Де-Фризом, К. Корренсом, Э. Чермаком, результаты подтвердились.

В 1900–1950 годах генетика развивалась успешно, хотя может быть и не слишком быстро. Во всех передовых странах создавались школы учёных — генетиков, велись исследования по разным направлениям, новая наука стала обязательным предметом при изучении любого раздела биологии, даже вошла в школьные программы. К этому времени уже были открыты хромосомы в ядрах клеток и изучено их поведение при делении клеток и в процессе размножения.

Крупным успехом на новом пути были открытия американского биолога Т. Моргана, которому удалось установить, что именно хромосомы обеспечивают передачу наследственной информации и являются материальными носителями генов — многочисленных признаков, передающихся по наследству. В своих опытах Морган заменил горох на гораздо более удобный объект исследования — плодовую мушку дрозофиллу, у которой смена поколений происходит не за год, как у гороха, а всего за две недели. Это позволило резко сократить время исследований и было принято всеми учеными, работающими в области генетики. Однако, каков механизм наследования, как устроены и работают гены и хромосомы, всё-таки оставалось неясным, так же как и детали других биологических явлений, происходящих в клетках в процессе жизнедеятельности.

Такое положение сохранялось до середины 20 столетия. К этому времени в результате успехов физики и техники учёные — биологи, изучающие процессы, происходящие в клетках на молекулярном уровне, получили в свои руки новое оружие. Был освоен и усовершенствован электронный микроскоп, позволяющий наблюдать и регистрировать мелкие объекты, недоступные оптическом микроскопам, был применён в биологии метод рентгено-структурного анализа, разработанный для изучения расположения атомов в кристаллах. Научились использовать радиоактивные (меченые) атомы, а также изотопы различных элементов, которые в химическом отношении вполне эквивалентны «нормальным» атомам, но отличаются от них количеством нейтронов в ядре и, следовательно, молекулярным весом. Эти и другие физические методы и технические средства позволили биологам не только изучать общую картину процессов в клетках, но и перейти от клеточного на молекулярный уровень, прослеживать место и поведение даже отдельных атомов в сложных биологических молекулах.

Открытия на заставили себя ждать. В течение короткого промежутка времени, за каких-нибудь 30 лет уровень биологических знаний кардинально изменился. Была изучена молекулярная структура мельчайших элементов клетки, механизмы работы этих элементов были поняты гораздо детальнее. Была установлена молекулярная структура множества белков, ферментов и других органических соединений, входящих в состав клеток и участвующих в жизнедеятельности. Гораздо глубже были изучены и поняты такие процессы, как фотосинтез, дыхание, работа мышечных, нервных и других специфических клеток, процессы синтеза белков в клетках, обмена веществ, особенности и изменения в работе клеток, связанные со многими заболеваниями.

Но самыми главными достижениями на этом пути являлись расшифровка молекулярной структуры ДНК (Морис Уилкинс, Фрэнсис Крик, Джеймс Д. Уотсон, 1955–1960 годы) и расшифровка генетического кода (Маршалл, Ниренберг, 1960–1966 годы). Это дало возможность понять механизмы наследственности, мутаций и изменчивости, а также работу клеток при синтезе белков и других необходимых организму веществ.

Каждое достижение в области молекулярной биологии являлось результатом упорной и многолетней работы небольших коллективов учёных, в основном английских и американских. Вклад других стран (Франция, Германия) был скромнее.

Международным признанием научных результатов явилась целая серия нобелевских премий, за достижения в области биологии, медицины и химии в 1950–1980 годах.

Мне очень досадно, что в этом большом списке славных имен отсутствуют фамилии ученых из бывшего Советского Союза. До 1948 года в СССР много и успешно занимались генетикой и связанными с ней исследованиями. В разных вузах страны были созданы группы, даже школы превосходных ученых, однако в 1948 годы над ними неожиданно разразилась гроза. Стоявший на ошибочной, но легко доступной пониманию неспециалистов позиции, считавший, что признаки, приобретённые при жизни организма в результате упражнений и других форм воздействия, могут закрепляться в наследственном аппарате и передаваться потомкам, Т. Д. Лысенко перенес дискуссию по этому вопросу из сферы науки в сферу политики, пообещав стоявшим у власти (и прежде всего Сталину) в случае поддержки быстрое достижение важных для сельского хозяйства результатов. А стоящие у власти партийные деятели, к тому же, как правило, малообразованные, которым и в голову не приходило сомневаться в своем незыблемом и окончательном праве ставить печать «истинно» и «ложно» на любом движении духовной жизни, а уж на научных направлениях — тем более, оказали необходимую и щедрую поддержку. Все направления генетических исследований, не соответствующие взглядам Лысенко, были объявлены «идеалистическими», служащими «делу империализма» и противоречащими задачам социалистического строительства. Появился даже очередной “изм” — «менделизм-морганизм», как будто объективная и точная наука может быть социалистической или капиталистической. Была организована «общенародная поддержка» сторонников Лысенко, и этот лже-ученый, этот лже-академик, этот современный научный Иуда5 возглавил кампанию по уничтожению своих научных оппонентов и разгрому их школ. В кратчайшие сроки, под возгласы «распни их», раздававшиеся из «широких народных слоёв» — всегда ведь найдутся желающие принять участие в побоище, организованном сверху, в стране была ликвидирована передовая биологическая наука и СССР был обречён на длительный застой и отставание в этой области от общемирового движения на десятки лет.

Примерно через 10–15 лет, в значительной степени благодаря вмешательству передовых учёных совсем иных направлений (например, математика А. Н. Колмогорова, физиков И. В. Курчатова, П. Л. Капицы), положение в биологии было исправлено. Но время было упущено, а кадры в значительной мере утрачены. Вот что может произойти в тоталитарном государстве. Вот почему в списках нобелевских лауреатов по биологии в 1950–1980 годах и пока далее нет русских, советских имён.

В настоящее время генетика и молекулярная биология быстро развиваются и представляют собой одно из самых перспективных, самых важных для человечества научных направлений. По-видимому, на этом пути можно ожидать крупных результатов по борьбе с многими заболеваниями, улучшения пород и продуктивности сельскохозяйственных культур и животных, возможно, успехов в синтезе пищевых белковых и иных продуктов, и, кто знает? — может быть, создания растительных и животных организмов с совершенно новыми, необычными свойствами.