Антон Павлович Чехов однажды заметил: «Тогда человеку станет лучше, когда вы покажете ему, каков он...» Эта мысль удивительно перекликается с недавним исследованием, опубликованным в журнале PloS Biology. Учёные заглянули в самую глубину человеческой природы — в механизмы восстановления ДНК — и показали нам, насколько несовершенен этот, казалось бы, отлаженный процесс. Оказалось, что стремительный «ремонт» наших генов часто оборачивается небрежностью и ошибками, которые могут изменить саму нашу суть.

Когда ДНК ломается: цена быстрого восстановления

Каждый день в клетках нашего тела происходит нечто грандиозное: ДНК удваивается перед делением, и в этом сложнейшем процессе неизбежно возникают ошибки. Природа предусмотрела механизмы репарации — естественного исправления таких дефектов. Но, как выяснилось, эта система далека от идеала. Когда восстановление даёт сбой, в генетическом коде закрепляются мутации — искажения, которые могут быть как вредными, так и полезными, а порой и вовсе нейтральными.

Особый интерес у исследователей из Индианапольского университета (США) и шведского Университета Умео вызвал процесс, запускаемый при серьёзных двухцепочных повреждениях ДНК. Речь идёт о репликации, спровоцированной разрывом цепи — так называемой BIR (break-induced replication). Учёные во главе с Анной Малковой доказали, что этот аварийный метод восстановления более чем в 2800 раз чаще приводит к мутациям, чем обычное копирование ДНК при делении клетки.

Слепой копир: как работает BIR

При двухцепочном разрыве клетка использует хитрый, но рискованный алгоритм. В качестве шаблона для заполнения повреждённого участка она берёт фрагмент гомологичной хромосомы — копии ДНК, полученной от одного из родителей. Проблема в том, что выбор нужного участка происходит далеко не всегда точно. Исследователи отмечают: даже когда участок выбран верно, на всём протяжении реконструируемой области ДНК сохраняется высокий шанс возникновения дефектов.

Почему же этот механизм столь ненадёжен? Разгадка кроется в молекулах-«ремонтниках» — ферменте полимераза-дельта. Именно он застраивает брешь в ДНК, но делает это с поразительной скоростью. Спешка оборачивается небрежностью: фермент часто пропускает нуклеотиды — те самые «буквы» генетического кода, из которых состоит цепочка ДНК. В результате структура гомологичной хромосомы не воспроизводится в точности, и в новую нить вкрадываются ошибки.

Любопытно, что в клетке есть и другие ферменты-строители, которые работают медленнее, но гораздо аккуратнее. Они тщательно копируют матрицу, проверяя каждое звено. Однако пока такой медлительный «мастер» отстроит и проверит одну цепочку, полимераза-дельта успевает сформировать не одну новую. Клетка, по-видимому, делает ставку на скорость, жертвуя точностью.

Природа ошибок: источник генетического разнообразия

Исследование показало, что BIR — один из важнейших источников мутаций в клетках. Это открытие заставляет по-новому взглянуть на природу генетических изменений. С одной стороны, мутации — двигатель эволюции, источник разнообразия, без которого жизнь не смогла бы адаптироваться к меняющимся условиям. С другой — многие болезни, включая рак, напрямую связаны с накоплением генетических ошибок.

Учёные подчёркивают: наличие большого числа незадействованных нуклеотидов в клетке дополнительно повышает вероятность ошибок при BIR-репарации. Понимание этих тонкостей открывает перспективы для дальнейшего изучения мутагенеза и, возможно, для разработки методов коррекции патологических процессов.

Так что же показал нам этот взгляд в молекулярное зеркало? Что даже на самом фундаментальном уровне — в святая святых нашей биологии — мы далеки от совершенства. И, возможно, осознание этой хрупкости и есть первый шаг к тому, чтобы стать лучше — как и предвидел Чехов.