Elementari gyva sistema: kodėl ląstelė — gyvybės pagrindas (Video)

Antra XX amžiaus pusė buvo pažymėta biochemijos, molekulinės genetikos ir molekulinės biologijos pasiekimais. Žmonės išmoko stebėti molekules dirbtinėse sistemose. Dabar tą patį galime tyrinėti gyvoje ląstelėje, kas kardinaliai pakeitė supratimą apie jos veikimą. Tačiau tebelieka daug ko nežinomo, kas traukia tyrėjus.

Pastaraisiais metais kelios Nobelio premijos suteiktos už metodus, žymiai patobulinusius ląstelių biologiją: už krioelektroninę mikroskopiją, didelės raiškos mikroskopiją, už fluorescencinius baltymus, už indukuotas pluripotentines kamienines ląsteles. Dabar vyksta citobiologijos revoliucija, ir tai labai jaudina. Naujos Nobelio premijos šioje srityje dar tik laukia savo laureatų.

Kaip sudaryta ląstelė

Suvokimas, kad ląstelė — kažkas labai stabilaus ir struktūrizuoto, kyla tik iš žmogiško supratimo. Ląstelės lyginti su mašina ar mechanizmu negalima. Bet kokį mechanizmą kas nors projektuoja, modeliuoja, konstruoja, jis turi aiškią schemą, kur viskas savo vietoje. Mašina be žmogaus neveikia: kažkas turi ją surinkti, kontroliuoti darbą, jei kas negerai – taisyti. Todėl gamtinės sistemos nesiformuoja pagal išankstinį planą, ir ląstelės nėra išimtis. Čia ypatingo stabilumo nereikia, ir tai veikiau žalinga. Ir jokio generalinio struktūros plano irgi negali būti.

Dažnai sakoma, kad viskas surašyta DNR. Iš tiesų, genome nurodyta visų ląstelės sintetinamų baltymų sudėtis. Tačiau tuo viskas ir baigiasi. Niekur nėra aprašymo, kiek vieno ar kito baltymo reikia, kokiose ląstelėse šie baltymai bus sintetinami, o kokiose — ne. Įsivaizduokime, kad yra dokumentas, kuriame nurodoma, kad namui pastatyti reikia šimto plytų, dešimties langų ir dviejų radiatorių. Ar tiek užtektų pastatyti namą? Žinoma, kad ne. Tiek žinių pakaktų sukurti atliekų krūvą, ne daugiau. Bent kiek sudėtingesnėms sistemoms reikia daugybės papildomos informacijos: kur turi būti būti plytos, o kur langai, kokia seka reikia surinkti sistemos dalis ir taip toliau. Genome tokių dalykų nėra. Tik plytos, o kaip iš jų suręsti namą — nė žodžio.

Apie saviorganizacijos reiškinį fizikai ir chemikai žino jau seniai. Tam tikromis sąlygomis atviros sistemos — į kurias patenka medžiagos ir energija, — geba savyje didinti tvarką. Izoliuotos sistemos tvarką gali tik mažinti (didinti entropiją), o energijos srautas į atvirą sistemą gali lokaliai padidinti jos tvarką, sumažinti entropiją. Gyva ląstelė — atvira sistema, nuolat sugerianti Saulės energiją ar dar ką skanaus, ko yra Žemėje, ir taip mažinti savo entropiją. Taigi, namų statymo principai iš esmės skiriasi nuo gyvų ląstelių susidarymo principų.

Organizavimasis pasireiškia bet kuriame gyvybės lygyje. Klasikinis gyvos sistemos saviorganizavimo pavyzdys — это dirvos amebos 𝐷𝑖𝑐𝑡𝑦𝑜𝑠𝑡𝑒𝑙𝑖𝑢𝑚 𝑑𝑖𝑠𝑐𝑜𝑖𝑑𝑒𝑢𝑚. Jos egzistuoja kaip laisvai gyvenančios amebos, tačiau kažkuriuo momentu ima burtis ir sudaro vaisiakūnį, todėl anksčiau netgi laikytos grybų giminaitėmis. Šis procesas labai organizuotas: mažų amebų bangos šliaužia ir susilieja viena su kita. O toks susitelkimas prasideda, kai atskiros amebos ima sintetinti ir į aplinką išskirti specialias signalines molekules.

Organizavimosi principai realizuojasi ir visuomenėje. Atrodo, viskas surašyta konstitucijoje, tačiau visko nenumatysi. Kuo visuomenėje daugiau organizavimosi, tuo ji stabilesnė. Kodėl šiuolaikiniame pasaulyje demokratinės bendruomenės egzistuoja ilgiau už autoritarines? Vos kas nors stengiasi sukurti nelanksčią struktūrą, bent kiek pasikeitus sąlygoms, ši nustoja veikti. Sukurti galima tik kažką paprasto, o tai kas paprasta, nėra atsparu ir nemoka keistis. Savaime besiorganizuojanti sistema gali lanksčiai reaguoti į išorės veiksnius.

Kaip atsirado daugialąstiškumas

Netgi vienaląsčiai organizmai išmoko gan efektyviai bendrauti. Bakterijoms būdingas kvorumo jausmas, kai jos drauge supranta, jog joms gerai. Bendraujama į aplinką išskiriamais tam tikrais cheminiais junginiais. Dabar populiari tyrimų tema — bioplėvelės — bakterijų santalkos, pasireiškiančios savybėmis, kurių atskira bakterija neturi. Tokių bioplėvelių dažnai neveikia antibiotikai, kurie lengvai nužudo tų pačių bakterijų kultūras. Veikiausiai tai nutinka dėl to, kad bioplėvelėse ląstelės būna kitokios būsenos. Tam tikra prasme tai galima vertinti kaip pasirengimą daugialąstiškumui.

Kad atsirastų daugialąstis organizmas, ląstelės turi sąveikauti nuolatos. Taigi, reikia tarpląstelinės medžiagos. Vieno daugialąstiškumo geno, žinoma, nėra, tačiau yra visas rinkinys genų, kurių bendro veikimo rezultatu tampa naujos ypatybės.

Kitas etapas — diferenciavimas. Vienos ląstelės apsaugo organizmą nuo kenksmingų medžiagų patekimo iš aplinkos, kitos perneša deguonį organizme, ketvirtos perkelia patį organizmą. Žmogaus kūne yra šimtai ląstelių tipų, ir nuolat atrandama naujų. Tačiau stebina, kad šių ląstelių genai vienodi, skiriasi tik jų veikimas.

Gali skirtis ir kolonijinių organizmų ląstelės. Pavyzdžiui, mielių kolonijų centre ir periferijoje dažnai ląstelės skiriasi ir morfologiškai, ir fiziologiškai. Priežastys gali būti skirtingos: vienoms ląstelėms gerai, kitoms – blogai, kažkur deguonies pakanka, o kai kur negana, ir tada ląstelės ima specializuotis. Tai dar nėra daugialąstis organizmas, tačiau primena į diferenciavimo išradimo pradžią.

Daugialąsčiai organizmai išmoko iš vienodą genomą turinčių ląstelių daryti skirtingas ląsteles. Ir tai irgi absoliučiai save organizuojanti sistema, nes DNR užrašyti, kad iš pradžių pasireiškia genas №1, paskui – genas №2, neįmanoma. Vystantis embrionui, mažiausi genų ekspresijos skirtumai skirtingose ląstelėse pamažu stiprėja, taip nulemdami organizmo išsivystymą, jo vis labiau diferencijuotų organų ir audinių atsiradimą. Tai vyksta, genome keičiantis epigenetinėms žymėms. Viena iš žinomiausių žymių yra DNR metilinimas — nedidelis vieno iš nukleotidų sudėties modifikavimas. Tačiau prieš pradedant vystytis naujam organizmui, visos šios žymės ištrinamos, ir viskas prasideda nuo tuščio lapo.

Kuo ypatingos auglių ląstelės

Onkologija — gamtos vykdomas eksperimentas. Auglys — iš proto išsikrausčiusios ląstelės. Jose visi procesai vyksta netvarkingai: branduolių ir citoplazmos baltymai mainosi vietomis, gali būti ekspresuojami visiškai tam ląstelių tipui nereikalingi baltymai, labai sparčiai kaupiasi mutacijos. Visa tai vyksta dėl tam tikrų genų aktyvumo — onkogenų. Jeigu navikas ne pernelyg smarkiai įsibėgėjęs, mutacijų jame ne tiek jau daug.

Genomo stabilumo palaikymo sistemą sistemą sudaro daug komponentų. Genomą pažeisti gali įvairūs veiksniai. Nors pirma mintis – ultravioletiniai ir kosminiai spinduliai, panašu, pagrindinė mutacijų priežastis — pačių ląstelių aktyvumas. Replikuojant DNR, įvyksta klaidos. Genomo stabilumo palaikymas — itin aktyvus, daug energijos sunaudojantis procesas. Kad galėtų vystytis, vėžinei ląstelei naudinga šią sistemą išjungti ir sugadinti. Ji gi kovoja su organizmu, ir tuomet vyksta kuo tikriausia klasikinė darvinistinė evoliucija.

Bet kokia gyvybė siekia tapti kuo gausesne: ir zuikiai ir bakterijos. Daugialąsčiame sutvėrime ląsteles organizmas kontroliuoja, neleidžia joms daugintis spontaniškai. Todėl, kai kokiai nors ląstelei sistemos kontrolę pavyksta įveikti, pasireiškia teigiama šios ypatybės atranka ir formuojasi navikai. Kuo ilgiau auglys vystosi, tuo daugiau pokyčių jame prisikaupia.

Visi vienaląsčiai organizmai yra „vėžiniai“: jie siekia daugintis ir perduoti savo genus kitoms kartoms. O auglys — maištas prieš daugialąstiškumą. Žmogaus organizme yra daugybė ląstelių. Didelė jų dalis atsinaujina pašėlusiai greitai: žarnyno atsinaujinimas įvyksta kas kelias dienas, eritrocitai gyvena keturis mėnesius. Per gyvenimą namais mūsų kūnus vadina trilijonai ląstelių, tačiau visos jos pasmerktos mirti, savo genetinės informacijos jos neperduoda. Išimtis — gametos, tačiau tokia padėtis tenkina ne visas mūsų kūno ląsteles. Auglys siekia nusimesti daugialąsčio organizmo kontrolės pančius ir nori veikti savarankiškai.

Įvairūs augliai ir elgiasi skirtingai. Lipoma praktiškai niekuomet netampa žmogaus liposarkoma, o štai polipai skrandyje — visai kitas reikalas. Jie greitai persitvarko į vėžį, todėl nuo tam tikro amžiaus būtina tikrintis. Jei atsirado polipas, jį paprasčiausiai pašalina. Šuo atveju žinios apie tokio tipo auglių evoliucijos dinamiką padėjo gydytojams sukurti veikimo algoritmus, padedančius sumažinti tokio tipo auglių pavojingumą. Tas pats pasakytina apie daugelį auglių tipų, kuriuos pavyksta aptikti pradiniuose evoliucijos etapuose.

Kaip sudarytos membranos

Gyvybė — tai ląstelė, ir nuo negyvos gamtos ją skiria plonutė membrana. Membranos pagrindas — lipidinis dvisluoksnis, kuriame įsitaiso specialūs baltymai. Membrana kaip sluoksnis egzistuoti negali: jos kraštai termodinamiškai visiškai nestabilūs, ji privalo visada būti uždara.

Membranos itin dinamiškos. Ir lipidų molekulė ir baltymų molekulės membranose juda — tai vadinama lateraliniu judrumu. Membranos takumas priklauso nuo lipidų sudėties. Jei vyrauja lipidai be dvigubų jungčių uodegose, struktūra bus kieta, grubiai tariant, kaip muilas. Jei dvigubos jungtys yra, tuomet lipidas bus skystesnis, kaip aliejus. Membranos struktūra gali keistis, priklausomai nuo ląstelės tipo, ir sąlygų.

Membranos baltymai irgi gali gan laisvai plaukioti. Apie juos gali susidaryti judrūs lipidų „kailiukai“, o judėjimą gali nutraukti specialūs ląstelių komponentai. Membranos judėjimą labai lengva stebėti mikroskopu. Nudažius gyvus limfocitus kokio nors membraninio baltymo antikūnu, tai iš pradžių baltymas dengs visą ląstelės paviršių, paskui žymė ims rinktis į dėmeles, o paskui tos dėmelės gali suslinkti į vieną vietą. Tai lemia du antikūnų turimi saitai. Kai susiduria dvi membranos baltymo molekulės, jas gali susiūti su šiomis dviem molekulėmis susidūręs antikūnas. Paskui su jais gali susidurti trečia molekulė ir taip toliau.

Tačiau juda ne vien membranos molekulės. Ląstelės viduje nuolat vyksta pačių membranų apykaita. Pavyzdžiui, kasoje sintezuojami fermentai, kurie turi atsidurti žarnyne, kur virškina maistą. Jie sintezuojami endoplazminiame tinkle, paskui turi patekti į Goldžio aparatą, kuriame su jais vyksta daugybė reakcijų, o paskui jie patenka į specialias pūsleles, kur lieka, kol ką nors suvalgysime. Tada fermentai iš ląstelių išskiriami ir galiausiai patenka į žarnyną. Ir viso šio kelio fermentai patys įveikti negali — jie pernešami tik pūslelėmis. Tai yra, pūslelė turi atitrūkti nuo endoplazminio tinklo ir pernešti medžiagą į Goldžo aparatą.

Yra daugybė situacijų, kai membranų dinamiką reikia riboti: kartais skirtingose tos pačios ląstelės pusėse membranos elgiasi skirtingai. Tai būdinga žarnyno epiteliui: jis turi išorinį ir apatinį paviršių (apikalinis ir bazolateralinis paviršius). Apikalinėje membranoje vyksta medžiagų įsiurbimas. Kad gliukozė atsidurtų organizmo viduje, iš pradžių ji turi atsidurti žarnyno epitelio ląstelėse (tai aktyvus procesas), o paskui iš ląstelės išleista į organizmą (tai jau pasyvus procesas, gliukozė juda pagal koncentracijos gradientą). Šis procesas turi vykti tik viena kryptimi, jei nenorime papildomai maitinti dar ir žarnyno bakterijų. Todėl gliukozę pernešančios molekulės apikaliniame ir bazolateraliniame paviršiuje turi skirtis. Todėl yra mechanizmas, nukreipiantis vienus baltymus link bazolateralinio paviršiaus, o kitus — link apikalinio. Dar baltymai privalo nepersikėlinėti tarp tų membranų, o tiksliau, tarp dviejų vienos plazminės membranos plotelių. Tam yra speciali zona, apribojanti membranos komponentų judrumą, ir toje vietoje baltymai susimaišyti jau negali.

Kodėl skiriasi ląstelių forma

Nuo ХХ amžiaus pradžios, kai biologai pradėjo vis dažniau mąstyti fizikos ir chemijos terminais, manyta, kad ląstelė turi būti rutuliukas. Jau žinota, kad ląstelių paviršių dengia kažkas tankaus, tad, turi būti paviršiaus įtempimas, tad, turi susidaryti rutuliukas. O gyvose sistemose taip nėra.

Tuomet Nikolajus Koltsovas iškėlė gan paprastą idėją, kad turėtų būti kažkokie tvirti komponentai, kurie sudarytų karkasą ir ląstelės galėtų būti įvairių formų, ne tik apvalios. Dabar žinoma, kad tai nėra visiškai taip. Tokie komponentai yra, bet jie irgi beprotiškai dinamiški. Iš baltymo aktino sudaryti mikrofilamentai ląstelės paviršiuje formuoja įvairiausias ataugas. Jais ląstelė gali apčiuopti aplinką, įsitvirtinti, išsitempti. Priklausomai nuo to, ką ląstelė apčiuopė, ji įgauna vieną ar kitą formą. Ši ypatybė būdinga daugialąsčiam organizmui: ląstelės dažnai auga kompleksais, ir itin svarbu, kokie kaimynai aplink, ir kiek jų. Jei ląstelės auga vienu sluoksniu ir jų labai daug, jos taps stulpeliais. Jeigu ląstelių nelabai daug, jos taps kubeliais. O gali ir atvirkščiai, išsikloti plokščiu sluoksniu. Tai niekur genome neužrašyta, ir kur kas naudingiau palikti viską savieigai, o ląstelės kaip nors jau susiorganizuos pačios. Gyvojoje gamtoje labai daug tikimybinių reiškinių.

Iš ko sudarytas genomas

Nors visi žino, kad žmogaus genomas perskaitytas ir dešifruotas, iš tiesų tai teisinga tik kalbant apie genais koduojamą jo dalį. Didelė dalis genomo sudaryta iš daugybės pasikartojančių sekų, kurios jokių baltymų nekoduoja. Dalis nekoduojančių sekų gyvena savo gyvenimą: jos geba judėti ir daugintis genomo viduje. Manyta, kad nekoduojančios sekos — genetinės atliekos, tačiau dabar aišku, kad tai netiesa. Genų ekspresiją didžia dalimi reguliuoja įvairiomis nekoduojančiomis RNR. Kitos nekoduojančios RNR reikalingos formuoti branduolių struktūras, — jos vadinamos architektūrinėmis nekoduojančiomis RNR.

Nekoduojančios atkarpos gali praversti ir pačios savaime, nes padeda organizuoti trimatę branduolio erdvę. Erdvinė struktūra ypatingai svarbi DNR, nes ji branduolyje itin glaudžiai supakuota. Būna, kad normaliam darbui užtikrinti reikia, kad kartu veiktų vienas nuo kito toliau esantys genai.

Genomo dydis nevisai koreliuoja su organizmo sudėtingumu, nors visgi prokariotų genomas mažesnis, nei eukariotų. Eukariotų genuose atsirado eksonų ir intronų struktūra. Toks sudėtingumas buvo būtinas, kuriant stambesnę ir sudėtingesnę ląstelę. Tačiau vis viena nesuprantama, kam kai kuriems organizmams reikia didžiulių genomų, juk jų palaikymas ir replikavimas sunaudoja labai daug energijos. Tokie yra daugelio žemės ūkio kultūrų genomai, o tarp gyvūnų genomo dydžio rekordininkas – tritonas.

Kas buvo branduolio susidarymo varomąja jėga, nelabai aišku. Pagal vieną hipotezę, atsiradus branduoliui, tapo įmanoma sukurti sudėtingesnius baltymų sintezavimo reguliavimo Pagal vieną hipotezę, atsiradus branduoliui, tapo galima reguliuoti sudėtingesnius baltymų sintezavimo procesus ir taip valdyti sudėtingesnę ir didesnę ląstelę. Prokariotuose RNR ir baltymų sintezė vyksta toje pačioje vietoje ir praktiškai tuo pačiu metu. Eukariotų RNR sintezuojama branduolyje, sukarpoma, paskui transportuojama į citoplazmą, ir taip atsiranda laikas kokius nors procesus reguliuoti. Yra RNR, kurios laikosi specialiose branduolio struktūrose, kol jos prisireikia. Tuomet ji išeina iš branduolio ir jų pagrindu greitai sintezuojamas reikiamas baltymas.

Trumpiau tariant, procesų ir reguliavimo sudėtingėjimas sukuria prielaidas rastis sudėtingesnei ląstelei. Kas pirmiau: sistemos sudėtingėjimas ar naujų reguliavimo būdų atsiradimas — neaišku. Jeigu kokie nors pokyčiai evoliuciniu požiūriu būdavo naudingi, jie pamažu kaupdavosi ir lemdavo vienų ar kitų ląstelės struktūrų formavimąsi. Kompiuteriniai modeliai rodo, kad netgi neuždaras branduolys gali sudaryti į DNR susijungiančių baltymų gradientą. Gradientas — naudinga ir efektyvu, nes tada daug baltymo yra ten, kur jo reikia. Sintezuoti daug baltymo, kad jo užtektų visai ląstelei nėra efektyvu, todėl ląstelės su branduolį primenančiomis struktūromis turėjo evoliucinį pranašumą.

Kiekvienam baltymui sava vieta

Nemažai baltymų nuolat juda tarp branduolio ir citoplazmos. Įdomus pavyzdys — troponinas. Tai yra raumenų susitraukimui būtinas baltymas, būtinas jų susitraukimui. Įprastai jis būna citoplazmoje, tačiau tam tikromis sąlygomis jis kažkodėl persikelia į branduolį. Tai vyksta senstant arba augliuose.

Pasitaiko, kad vienas ir tas pats baltymas branduolyje atlieka vieną funkciją, o citoplazmoje – kitą. Baltymų, atliekančių tik vieną funkciją gamtoje ko gero iš viso neegzistuoja. Aišku, niekas to netikrino, o ir tikrinti būtų neįmanoma, tačiau veikiausiai toks teiginys yra teisingas. Viskas labai tarpusavyje susiję. Juokais sakoma, kad galima įrodyti bet kokio baltymo vaidmenį bet kokiame procese, viskas priklauso tik nuo naudojamų metodų jautrumo. Visi šie ryšiai itin sudėtingi, ir galiausiai bet koks baltymas bet kurį procesą per šešis ar aštuonis „rankų paspaudimus“ būtinai paveiks.

Baltymai aktyviai juda po visą ląstelę, nes baltymą sintezuoti būtent ten, kur jo reikia, dažniausiai negalima. Baltymai sintezuojami vos dviejose vietose: arba citozolyje, arba ant membranos, ir jau tuomet arba pereina į membraną, arba į endoplazminį tinklą; branduolyje veikianti sintezė kol kas nėra aptikta. Griežta lokalizacija nėra būtina: baltymai moka rasti savo vietas, nes jie dinamiški, tikslus adresas jiems netgi ne visada būtinas.

Tačiau kartais baltymuose būna nedideli ploteliai, kuriuose užrašytas adresas, — baltymo dalis, galinti sąveikauti su kokia nors ląstelės struktūrą, pavyzdžiui, su RNR branduolėliuose. Sąveika dinamiška, ir, kadangi branduolėlyje RNR daug, baltymas su ja sąveikauja ir kaupiasi.

Būna branduolio lokalizacijos signalai baltymo pernešimui į branduolį. Jie sąveikauja su specialiais citoplazmoje plaukiojančiais adapteriais. Branduolio pòros „adapterio — baltymo“ kompleksus atpažįsta ir aktyviai perneša į branduolio vidų, ir transportas vyksta tik viena kryptimi. Tokius signalus galima prognozuoti, bet tokių prognozių patikimumas kol kas labai menkas. Numanoma, kad pusėje citoplazminių baltymų yra lokalizacijos branduolyje signalai. Didžioji dalis prognozių tikriausiai — klaidingos, tačiau daliai tokių baltymų turi egzistuoti šio signalo inaktyvavimo mechanizmas. Jį galima išjungti arba paslėpti molekulės viduje.

Ląstelė privalo kurti mechanizmus, kad baltymai neatsidurtų ten, kur neturėtų būti, ypač, jei tas baltymas gali sukelti kokį nors nepageidaujamą efektą. Pavyzdžiui, baltymas gali atsitiktinai paveikti kaip transkripcijos faktorius ir sugadinti kokį nors jau suderintą procesą. Evoliucija tokius procesus eliminuoja, tačiau sukurti absoliučiai efektyvios sistemos, deja, negali.

Baltymų judrumas ląstelėje priklauso nuo jų savybių ir nuo to, su kuo sąveikauja. Histonai sąveikauja su DNR, ši sąveika gan tvirta, todėl jie ten tūno valandomis. Branduolio apvalkalo baltymai — laminai, sudaro tinklus ir taip pat sąveikauja labai stipriai, todėl pasikeičia per dešimtis valandų. Tačiau tokie atvejai ląstelėje – egzotika. Bet kuri cheminė reakcija šiaip jau vyksta labai greitai, ir baltymai vienoje vietoje neužtrunka. Jie chaotiškai juda ląstelėje ir susiduria su savo taikiniais. Įsivaizduokime, kaip RNR polimerazė sintezuoja RNR pagal kokį nors geną. Kaip jai pasiekti geno pradžią? Jai teks atsijungti, o tuomet prasideda klajoti po visą ląstelę.

Iš tiesų didelis dinamiškumas — normalu, tiesiog mes iki galo prie to nepripratome. Kai procesas itin dinamiškas, jį galima paveikti, galima lengvai reguliuoti. O kai sistema sudėtinga, reguliavimas būtinas. Visose ląstelėse yra tokie patys genai, tačiau jų prasmė skiriasi. Laboratorijose mėgsta kabinti pusę sienos užimančias kokių nors biocheminių procesų schemas. Jose įprastai būna daugybė rodyklių, sąveikų, ir vis viena tai – tik menkutė procento dalis realių ląstelėje vykstančių procesų.

Sudėtingos sistemos daug stabilesnės už paprastas. Gyvame organizme nuolat vyksta pokyčiai, tačiau tik saviroganizacija sukurti stabilias sistemas galima tik vykstant dinamiškiems procesams. Svarbiausia, kad tik toks egzistavimo būdas suteikia galimybę evoliucionuoti, o evoliucija gali vykti netgi viename atskirame organizme. Sunku įsivaizduoti koki nors kristalo evoliuciją: vienodomis sąlygomis valgomosios druskos kristalas visada formuosis taip pat — yra tvirtai apibrėžta kristalinė gardelė, kuri nekinta. Kristalą galima suardyti, o paskui vėl išauginti. Gyvybė atsirado vieną kartą, ir jeigu ją sunaikintume, tai, kad ji atsiras vėl tikimybė yra nykstamai maža, — bent jau šioje planetoje.

Norint tirti gyvą ląstelę, būtina stebėti joje vykstančius procesus molekuliniu lygiu. Dauguma šiuolaikinių ląstelių biologijos metodu paremti fluorescenciniais baltymais. Tačiau itin svarbūs ir dar du dalykai. Visų pirmą, bandymai sukurti ląstelėje kokias nors struktūras de novo. Tai yra, galima perkelti kokį nors ląstelės komponentą į lokalų tašką ir stebėti, kaip naujoje vietoje vyks komplekso kūrimas ar ardymas.

Lokalų tašką galima sukurti, į genomą įterpus tam tikrą seką, su kuria sąveikauja kažkas labai specifiško. Paprasčiausia sistema buvo sukurta bakterijų lak-operatoriaus pagrindu. Yra lak-operatorius, su kuriuo sąveikauja baltymas lak-supresorius. Taigi, tam tikrame genomo taške įmontavus lak-operatorių, lak-supresorius ten galės atitempti ten viską, ko tik pageidausite.

Jeigu struktūra priklauso nuo kokio nors geno veikimo, pavyzdžiui, surenkama su kokia nors RNR, tą seką galima kur nors nutempti ir kuo nors papildyti, kad būtų gerai matoma: prie bet kurio geno galima pridurti specialią seką, su kuria sąveikaus specifinis baltymas, o prie šio baltymo galima pridurti fluorescencinį baltymą. Tuomet matosi, kaip genas veikia.

Antra tyrimų kryptis susijusi našios sekoskaitos technologijomis. Jomis naudojantis, galima katalogizuoti ir aprašyti daug molekulių ir daug ką prognozuoti, o paskui patikrinti tai eksperimentiškai. Ten, kur pasirodo bioinformatika, pasirodo ir evoliucija. Kartais proceso sandarą galima suprasti, žinant, kaip jis evoliucionavo. Galima pastebėti, kad kai kurie komponentai labai stabilūs, o kai kurie atsirado neseniai. Tai jau suteikia mokslo paieškų kryptį.

postnauka.ru