Хаусман К., Хюльсман H., Радек Р. Протистология

Подождите немного. Документ загружается.

388 Избранные главы общей протистологии

Stylonychia pustulata

Styionychia lemnae

Stylonychia mytilus

3'-6*Ти6ьТь

Oxytricha fallax &

Oxytricha nova *

Paraurostyla weissei

Pleurotricha Mica

Keronopsis rubra

6>-

3'+ .J*

Первичный транскрипт

-с»

Рис. 333. Обобщенная схема структуры коротких молекул ДНК макронуклеуса размером

в один ген у гипотрих. Каждая такая молекула содержит единственную кодирующую об-

ласть, с обеих сторон от которой расположены короткие некодирующие последователь-

ности, содержащие цис-регупяторные элементы. На концах всех молекул обнаружены

идентичные теломеры с выступающими З'-одноцепочечными концами.

такого типа — это ген актина Oxytri-

cha

. К настоящему времени детально

охарактеризованы участки ДНК, кото-

рые обеспечивают элиминацию IES-cer-

ментов и правильную сшивку MDS-cer-

ментов. Это специфичные короткие по-

вторы, расположенные в каждом проме-

жутке между MDS- и IES-сегментами;

именно они отвечают за элиминацию

IES и корректный сплайсинг

Когда выяснилось, что геном макро-

нуклеуса у Hymenostomatia, Stichotrichia

и брюхоресничных инфузорий пред-

ставлен короткими цепочками ДНК,

стали изучать макронуклеусы и других

инфузорий. В некоторых группах — ряд

из них не является близкими родствен-

никами гипотрих — обнаружена очень

похожая организация макронуклеарно-

го генома, где ДНК представлена фраг-

ментами длиною в один ген или чуть

больше. У всех исследованных цилиат

в составе макронуклеарного генома

были найдены молекулы ДНК, суще-

ственно уступающие по размеру нор-

мальным хромосомам. Можно предпо-

ложить, что фрагментация ДНК при

развитии макронуклеуса характерна для

большинства, если не для всех, инфузо-

рий.

Функциональное значение этих

странных процессов реорганизации не-

понятно. В дополнение к ним, в ряде

случаев обнаружен альтернативный

процессинг. Это означает, что из одно-

го исходного гена, содержащегося в

микронуклеусе, созревают две или бо-

лее разновидности молекул ДНК (каж-

Английский термин «scramled gene» пока не имеет устоявшегося соответствия в русском язы-

ке. Выражение «перетасованный ген» подошло бы. — Прим. ред.

Имеет место сплайсинг на уровне ДНК. Каждая разграничительная последовательность меж-

ду MDS- и IES-сегментами гомологична одной и только одной разграничительной последова-

тельности, расположенной в другом участке того же перетасованного гена. Вся цепь ДНК, со-

ставляющая перетасованный ген, сворачивается в трехмерную фигуру так, что каждая разгра-

ничительная последовательность находит свой гомолог. По месту контакта гомологов возника-

ют хиазмы, каждый IES замыкается в кольцо и вышепляется, а MDS-сегменты сшиваются в

осмысленную последовательность дефинитивного гена, работающего в зрелом макронуклеусе. —

Прим. ред.

Молекулярная биология 389

дая размером приблизительно в один

ген), обнаруживаемых в макронуклеусе.

Остается выяснить, ведут ли эти про-

цессы реорганизации к большей генети-

ческой вариабельности видов и, соот-

ветственно, лучшей адаптации к изме-

нениям условий среды.

Теломеры и теломеразы

Уникальный по своей организации

геном макронуклеуса цилиат, состоя-

щий из тысяч несвязанных линейных

молекул ДНК, стал удобным объектом

для изучения структуры и механизма

формирования теломер — концевых

участков эукариотных хромосом, кото-

рые выполняют стабилизирующую

функцию и предотвращают потерю ко-

дирующих последовательностей при

репликации. Еще одна фундаменталь-

ная функция теломер, вероятно, состо-

ит в том, что они фиксируют концы

хромосом на ядерной оболочке в про-

фазе мейоза. Хромосомы, лишенные

теломер, часто слипаются концами, что

приводит к образованию аберрантных

хромосомных конструкций.

Обеспечивая полное удвоение кон-

цов хромосом, теломеры играют ключе-

вую роль в репликации ДНК эукариот.

ДНК-полимеразы работают только в

направлении 5'—3' и требуют праймер

для начала синтеза. Поэтому при каж-

дом цикле удвоения 5'-конец реплика-

тивной вилки укорачивается на длину

праймера. В последовательных циклах

репликации длина хромосом постоянно

уменьшается. После того как теломер-

ные концы, содержащие интроны, ис-

черпаны, клетка становится неспособ-

ной к дальнейшему делению. У агамно

размножающихся протистов 5'-конец

восстанавливается при помощи фер-

мента теломеразы.

Изучение синтеза и функций тело-

мер у высших эукариот было крайне

затруднительно из-за их малого количе-

ства в геноме. Фрагментированный и

сильно амплифицированный геном ци-

лиат содержит, в зависимости от вида,

от десятков тысяч до миллионов тело-

мер в одном макронуклеусе. Именно

поэтому структура и механизмы синте-

за теломер были впервые раскрыты на

инфузориях. Поскольку структура тело-

мер очень похожа у всех организмов,

выводы, полученные при изучении ин-

фузорий, правомочны для большинства

эукариот.

Первыми были изучены теломеры,

фланкирующие молекулу гена рибосом-

ной РНК в макронуклеусе Tetrahymena

thermophila. Затем они были детально

изучены у нескольких видов гипотрих.

Все эти теломеры состоят из коротких

тандемных повторов (3'-G4T4-5')

у ги-

потрих и (3'-G2T4-5')

50 70

у Tetrahymena.

У инфузорий и некоторых других про-

тистов теломеры заканчиваются одно-

цепочечным З'-выступом (рис. 333).

Обогащенная гуанином нить синтезиру-

ется ферментом теломеразой (теломер-

ной терминальной трансферазой) — ри-

бонуклеопротеином с обратной транс-

криптазной активностью.

Теломеразная активность впервые

была обнаружена в клеточном экстрак-

те Tetrahymena, а позднее и у гипотрих.

Активность этого фермента сейчас по-

казана для многих организмов, включая

человека. У цилиат теломераза восста-

навливает теломеры на концах фрагмен-

тов ДНК, которые формируются при

390 Избранные главы общей протистологии

созревании макронуклеуса. Эти теломе-

ры затем предотвращают потерю коди-

рующих последовательностей при мно-

гократных циклах репликации коротких

молекул ДНК, составляющих геном

макронуклеуса.

Неотъемлемый компонент теломе-

разы — молекула РНК — служит мат-

рицей при синтезе теломерных повторов

(табл. 17). Теломеразная РНК была кло-

нирована из Tetrahymena и Euplotes.

У Tetrahymena она содержит последова-

тельность СААССССАА, которая ком-

плементарна TTGGGG-повтору в тело-

мере Tetrahymena. Сходным образом, те-

ломерная РНК Euplotes содержит после-

довательность СААААССССААААСС,

которая комплементарна TTTTGGGG-

повтору в теломере Euplotes.

Доказательство того, что теломераз-

ная РНК служит матрицей при удлине-

нии серии теломерных повторов, было

Таблица 17. Теломерные повторы

у протистов

Группа

Организм

Теломерный

повтор

Ciliophora

Tetrahymena TTGGGG

Glaucoma TTGGGG

Paramecium

TT(T/G)GGG

Stylonychia I I I IGGGG

Oxytricha TTTTGGGG

Paraurostyla I I I I GGGG

Onychodromus

I I I IGGGG

Urostyla I I I I GGGG

Keronopsis

I I I IGGGG

Pleurotricha

I I I I GGGG

Euplotes

I I I IGGGG

Kinetoplastidea Trypanosoma

TTGGGA

Crithidia

TTGGGA

Apicomplexa

Plasmodium

(C/T)TTGGGA

Myxogastrea

Physarum TTGGGA

Didymium TTGGGA

Dictyostelia

Dictyostelium

AG,.,

Chlorophyta

Chlamydomonas I I I IGGGA

получено в изящном эксперименте с

использованием мутаций. В клониро-

ванных генах теломеразной РНК произ-

водили замену одного основания. Затем

клетки Tetrahymena трансформировали

этими мутантными генами. Последую-

щее секвенирование ДНК показало, что

в трансформированных клетках Tetra-

hymena теломеры были синтезированы

на концах молекул макронуклеарной

ДНК, и они содержали измененные

последовательности, соответствующие

точечной мутации гена теломеразной

РНК. Этот эксперимент убедительно

показал, что теломераза участвует в

нормальном синтезе теломеры, а тело-

меразная РНК служит матрицей этого

синтеза. Клетки Tetrahymena с мутант-

ными теломеразными РНК проявляют

морфологические аберрации, и скорость

старения клонов резко возрастает.

Одноцепочечные выступы 3'-концов

теломер являются странной и непонят-

ной особенностью инфузорий. Похожие

одноцепочечные хвосты обнаружены у

теломер слизевика Didymium и дрож-

жей, поэтому наличие таких выступов

вполне может оказаться обычной чер-

той строения теломер. Такой обогащен-

ный гуанином одноцепочечный выступ

формирует шпильку. Две шпильки спо-

собны взаимодействовать друг с дру-

гом, образуя необычную структуру из 4

нитей, которые удерживаются вместе

неканоническим спариванием кварте-

тов гуаниновых оснований. Благодаря

этому притяжению молекулы ДНК in

vitro смыкаются своими концами, фор-

мируя длинные агрегаты. Делаются по-

пытки выяснить, играют ли подобные

сшивки, удерживаемые слипанием

G-квартетов (или Г-тетрад), существен-

Молекулярная биология 391

ную роль в организации хроматина in

vivo. Было показано, что в агрегации

теломер in vivo участвуют теломеросвя-

зывающие белки (telomere binding pro-

tein — ТВР). Такие белки обнаружены

у некоторых видов брюхоресничных

инфузорий.

В то время как инфузории и другие

низшие эукариоты проявляют постоян-

ную теломеразную активность, у чело-

века она выявлена только в клетках за-

родышевого пути и отсутствует в сома-

тических. Как следствие, длина тело-

мер уменьшается с каждым делением

клетки. Однако было показано, что те-

ломераза реактивируется в клетках

карциномы яичника человека, что по-

зволяет этим клеткам восстанавливать

теломеры и делиться бесконечно.

Соответственно, предполагают, что ин-

гибиторы теломеразы могут стать эф-

фективными антиопухолевыми препа-

ратами. У инфузорий теломераза всегда

активна, и поэтому они могли бы стать

удобными тест-объектами при поиске

подходящих ингибиторов. Аналогич-

ным образом, ингибиторы теломеразы

могли бы стать препаратами, направ-

ленными против патогенных протес-

тов. Поскольку теломеразная актив-

ность отсутствует в соматических клет-

ках млекопитающего-хозяина, инакти-

вирующее теломеразу лекарство будет

избирательно действовать на протиста-

паразита. Таким образом, изучение

структуры теломер и функций теломе-

разы, которое началось на инфузориях,

неожиданно оказалось весьма перспек-

тивным. Поэтому сейчас идут масштаб-

ные исследования компонентов теломе-

раз, и уже началось производство их

рекомбинантов.

Аутосплайсинг интронов

Особенности организации генома

цилиат таковы, что они являются пре-

красными объектами для изучения экс-

прессии генов. Неожиданное открытие

были сделано в результате изучения

процессинга рибосомной РНК у Tetra-

hymena.

Гены рРНК Tetrahymena представле-

ны линейными палиндромными диме-

рами и амплифицированы примерно до

10 ООО копий на макронуклеус. Каждая

половинка димера содержит кодирую-

щие последовательности для 17S, 5.8S

и 26S рРНК и считывается как 35S пер-

вичный транскрипт (35S пре-рРНК). У

Т. thermophila кодирующая 26S рРНК

область прервана вставкой в 414 пар

оснований длиной. Многие эукариотные

и единичные прокариотные гены преры-

ваются некодирующими последователь-

ностями, которые называются нитрона-

ми. Для формирования зрелой функци-

ональной формы РНК транскрипты та-

ких генов подвергаются сплайсингу

При исследовании механизма сплайсин-

га, который удаляет интрон в 414 пар

оснований из пре-рРНК у Tetrahymena,

было показано, что он вырезается без

участия белков-ферментов. Тщательней-

шим образом поставленный контроль

отсекал возможность присутствия мало-

заметного белка, плотно пришитого к

нуклеиновой кислоте. Все эксперимен-

ты приводили к одному и тому же выво-

ду: интрон должен обладать автокатали-

тическими свойствами. Эти интроны

были названы нитронами аутосплайсин-

га или рибозимами.

Реакция аутосплайсинга состоит из

двух стадий формирования сложных

392 Избранные главы общей протистологии

Рис. 334. Схема аутосплайсинга при созре-

вании рибосомной РНК Tetrahymena

thermophila. Первичный транскрипт состо-

ит из двух экзонов, разделенных интроном.

Гуанозин или гуанозиновый нуклеотид (G)

присоединяется к РНК на границе между

интроном и экзоном и отщепляет экзон 2.

На следующем этапе интрон отделяется, а

два экзона соединяются друг с другом. За-

тем интрон замыкается в кольцо; входе

этого процесса отщепляется короткий уча-

сток РНК, который уносит G-остаток. Нако-

нец, кольцо интрона разворачивается в ли-

нейную молекулу. Все эти сложные реакции

идут без участия белковых ферментов (по

Чеху).

эфиров и требует в качестве кофактора

гуанозиновый нуклеотид или сам гуано-

зин (рис. 334). Интрон вырезается как

линейная молекула и позднее конверти-

руется в кольцо, которое в конце снова

расшивается в линейную молекулу. Ин-

троны этого типа, теперь называемые

нитронами группы I, позднее были най-

дены в митохондриальных генах гри-

бов, в гене рРНК слизевика Physarum и

в генах хлоропласта растений. Помимо

этого было установлено, что РНК инт-

рона способна действовать как настоя-

щий фермент по отношению к другим

полинуклеотидам, выступающим в ка-

честве субстрата. Таким образом, была

разрушена догма, согласно которой

только белки бывают ферментами. РНК

также проявляет каталитические свой-

ства, причем она как участвует в авто-

каталитических реакциях, так и дей-

ствует в качестве настоящего фермента.

Это открытие дает ответ на вопрос, что

первично — белок или нуклеиновая

кислота, и позволяет по-новому пред-

ставить ранние ступени пребиотиче-

ской эволюции.

Генетический код

инфузорий

Еще одна нетривиальная черта мо-

лекулярной организации инфузорий —

это своеобразие их генетического кода.

Из учебников известно, что генетичес-

кий код универсален, т.е. каждый из 64

возможных кодонов обозначает одну и

ту же аминокислоту у всех организмов.

Однако при анализе генов у различных

видов инфузорий было обнаружено, что

они являются исключением из этого

правила. Несколько групп исследовате-

лей почти одновременно установили,

что у Tetrahymena, Paramecium, Stylo-

nichia и Oxytricha два кодона — ТАА и

TAG, — которые являются универсаль-

ными стоп-кодонами в ядерных генах

Молекулярная биология 393

Таблица 18. Особенности кодонов TGA,

TAG и ТАА у цилиат. В ядерных генах

всех других организмов эти триплеты

служат стоп-кодонами.

Организм

TGA

TAG

ТАА

Tetrahymena

стоп

Gin Gin

Paramecium

стоп

Gin Gin

Stylonychia

стоп

Gin Gin

Oxytricha

стоп

Gin Gin

Paraurostyla

стоп

Gin Gin

Euplotes

Cys

стоп стоп

Blepharisma

? ?

стоп

всех других организмов, кодируют глу-

тамин (табл. 18). Единственный стоп-

кодон, обнаруженный в генах этих орга-

низмов, — TGA. Для Tetrahymena ther-

mophila было показано, что она имеет

три тРНК для глутамина, две из кото-

рых распознают кодоны ТАА и TGA.

Сравнение сиквенсов тРНК привело к

выводу, что необычная тРНК эволюци-

онировала из нормальной глутаминовой

тРНК за счет мутации антикодона. Од-

нако эта история оказалась еще более

запутанной. Euplotes и Blepharisma ис-

пользуют кодон ТАА, кодирующий глу-

тамин у других цилиат, в качестве стоп-

кодона, то есть так же, как все осталь-

ные эукариоты и прокариоты. Более

того, кодон TGA (единственный стоп-

кодон у других инфузорий) кодирует

цистеин в разных генах нескольких ви-

дов Euplotes. Поскольку Euplotes отно-

сится к Hypotrichia и филогенетически

связан со стиготрихами Stylonichia и

Oxytricha, должно было произойти об-

ратное мутационное переключение к

оригинальному значению ТАА-кодона,

так же как и второе переключение в

случае TGA-кодона. Причины, которые

могли привести к таким изменениям

генетического кода у цилиат, неизвест-

ны. Было высказано предположение,

что, поскольку у инфузорий до сих пор

настоящие вирусы не обнаружены, осо-

бое использование кодонов стало барь-

ером на пути вирусов.

Малярийный

плазмодий: избегание

иммунного ответа

хозяина

Малярия — одно из наиболее тяже-

лых инфекционных заболеваний; она

массово поражает население тропичес-

ких и субтропических районов земного

шара. Возбудителями малярии челове-

ка являются четыре вида Apicomplexa:

Plasmodium falciparum, P. vivax, P. ovale

и P. malariae. В настоящее время интен-

сивно изучаются различные аспекты

молекулярной биологии Plasmodium, в

частности структура антигенов и их

локализация. Применение методов ре-

комбинантной ДНК и моноклональных

антител позволило получить необходи-

мые сведения об антигенах, а также о

структуре и изменчивости соответству-

ющих генов. Это дает возможность ис-

пользовать антигены в качестве мише-

ней для вакцин.

В некоторых странах систематиче-

ская борьба с малярией (применение

антималярийных препаратов и мощных

пестицидов против насекомых-хозяев)

дала положительные результаты и даже

привела к ее искоренению в отдельных

регионах. Однако в большинстве тропи-

ческих регионов малярию не удалось

подавить, напротив, ситуация ухудшает-

ся, так как появились устойчивые к пре-

394 Избранные главы общей протистологии

паратам штаммы паразитов и невоспри-

имчивые к пестицидам комары. Да и

само по себе массированное использо-

вание пестицидов наносит ущерб как

состоянию окружающей среды, так и

здоровью населения. Таким образом,

создание эффективной вакцины стало

бы колоссальным научным прорывом,

имеющим огромное значение для мно-

гих миллионов людей по всему миру.

Путь к разработке вакцины лежит через

изучение антигенов малярийного плаз-

модия.

Малярийный плазмодий имеет

сложный жизненный цикл, состоящий

из половой и бесполой фазы (см. рис.

96). Значительную часть времени, в те-

чение которого осуществляется цикл,

паразит проводит внутри эритроцита,

заключенный в паразитофорную ваку-

оль (см. рис. 97, 98). Поэтому интере-

сующие нас антигены, вероятно, распо-

ложены на поверхности внеклеточных

стадий паразита. За последние годы при

помощи иммунологических и молеку-

лярных методов у видов рода Plasmo-

dium было обнаружено более 20 повер-

хностных антигенов (S-антигены

). В

большинстве таких исследований ген

соответствующего белка клонировали и

затем экспрессировали в подходящей

системе трансляции. Оказалось, что у

многих из этих антигенов и пептид, и

ген имеют повторы (рис. 335).

S-антиген P. falciparum был первым

малярийным антигеном, в котором были

обнаружены тандемные повторы олиго-

пептидных последовательностей. Его

ген состоит из единственного экзона с

центральным блоком тандемных повто-

Э !

ШШКШШШ

т^ИИДш^!

г пшшшшшшшшшшшшшшшт

Д I —••

Рис. 335. Вариабельность сиквенсов генов

поверхностных антигенов Plasmodium falci-

parum. Различная штриховка указывает

различные сиквенсы (по Кемпу).

ров. Клоны P. falciparum обладают раз-

личными наборами поверхностных ан-

тигенов. Аллели различаются по разме-

ру повтора, последовательности основа-

ний в нем, количеству повторов и поло-

жению рамки считывания. Все эти

источники изменчивости обеспечивают

высокое серологическое разнообразие.

Аминокислотные последовательно-

сти ряда эукариотных белков, в частно-

сти шелка, кератина и коллагена, содер-

жат многочисленные повторы опреде-

ленного мотива. У плазмодия же мотив

различен в разных аллелях, и поверхно-

стные протеины обеспечивают защиту

от иммунной атаки хозяина. Эта стра-

тегия напоминает систему переключе-

ния VSG трипаносом, но задействует

иные молекулярные механизмы.

Геномные проекты

протистов: от геномики

к протеомике

В последние годы стремительно

накапливается информация по последо-

S-антиген впервые был выделен из Plasmodium falciparum в 1983 году. — Прим. пер.

Молекулярная биология 395

вательностям нуклеотидов различных

генов животных и растений. Полностью

или почти полностью секвенированы

геномы нескольких эукариотных орга-

низмов: человека, дрозофилы, немато-

ды Caenorhabditis, пивных дрожжей

Saccharomyces, аскомицета Neurospora,

крестоцветного Arabidopsis, риса. Наи-

более резонансным был проект «Геном

человека» (HUGO). До протистов оче-

редь дошла недавно, но ряд геномных

проектов уже идет полным ходом, а еще

несколько планируется запустить в бли-

жайшее время. Понятно, что большин-

ство текущих проектов посвящено наи-

более важным с медицинской точки зре-

ния паразитическим протистам: Plas-

modium, Toxoplasma, Cryptosporidium,

Eimeria, Entamoeba, африканские три-

паносомы, Trypanosoma cruzi, Leishma-

nia и Giardia lamblia. Однако уже нача-

ты или находятся в стадии планирова-

ния несколько геномных проектов по

свободноживущим протистам, ставшим

важнейшими модельными объектами

молекулярно-биологических исследова-

ний (Dictyostelium, Tetrahymena и Para-

mecium).

Не следует забывать, что помимо

ядерного генома клетки протистов по-

чти всегда несут митохондриальный и

часто пластидный, а иногда и остатки

ядерного генома бывших эндосимбион-

тов (см. рис. 29). Изучение этих гено-

мов привело к неожиданным открыти-

ям в филогении протистов. Так, у не-

скольких споровиков (в частности,

Plasmodium falciparum и Toxoplasma

gondii) был обнаружен внехромосом-

ный геном размером от 27 до 35 т.п.н.,

расположенный внутри оболочки из

нескольких мембран. Анализ сиквенса

показал, что это остаток пластидного

генома, поэтому органелла была назва-

на апикопластом (см. рис. 16); ее функ-

ция поныне неизвестна. Сравнение

ядерных генов фермента глицеральде-

гид-3-фосфат-дегидрогеназы (GAPDH),

который локализован в пластидах, под-

тверждает гомологию апикопласта и

пластид динофлагеллат. Пластиды ди-

нофлагеллат ведут происхождение от

красных водорослей. Еще более удиви-

тельно, что ген GAPDH близок по

последовательности нуклеотидов гомо-

логичным генам гетероконтов и крипто-

монад — двух других групп, которые

также прибрели пластиды в результате

симбиоза с красными водорослями. Эти

исследования привели к переосмысле-

нию филогенетических взаимоотноше-

ний среди протистов и абсолютно ново-

му взгляду на ранние события симбио-

генеза в эволюции эукариот.

Вероятно, наибольший эффект этих

масштабных исследований будет полу-

чен на следующем этапе, когда резуль-

таты различных геномных проектов

будут осмыслены и обобщены. Напри-

мер, взгляды на роль цитоскелета в та-

ких важных клеточных процессах, как

фагоцитоз и формирование псевдопо-

дий, принципиально обновились после

исследований ранее неизвестных тубу-

линов и благодаря изучению генов мо-

торных белков. До недавнего времени

надсемейство тубулиновых генов состо-

яло только из двух семейств: альфа-ту-

булинов и бета-тубулинов. Как извест-

но, молекулы альфа- и бета-тубулина

являются основными строительными

блоками микротрубочек. Недавно были

открыты еще по меньшей мере четыре

семейства тубулинов. Постоянно увели-

396 Избранные главы общей протистологии

чивается список эукариот, у которых

обнаружен гамма-тубулин; он запуска-

ет самосборку микротрубочки. Дельта-

и эпсилон-тубулины обнаружены у не-

скольких эукариотных организмов, в

том числе протистов, но их распростра-

нение явно ограниченно. Дельта-тубу-

лин, по-видимому, участвует в сборке

жгутика Chlamydomonas. Дзета-тубулин

пока найден только у кинетопластид.

Функции дельта- и эпсилон-тубулинов

пока не изучены.

Сходная ситуация складывается и с

семействами моторных белков. По ре-

зультатам геномных проектов описыва-

ются все новые и новые гены миозина,

кинезина и динеина. От сложнейшего

взаимодействия этого обширного спект-

ра белковых компонентов зависят мемб-

ранный транспорт и функционирование

цитоскелета. Для изучения этих меха-

низмов уже развернута целая серия спе-

циальных исследовательских проектов.

В качестве объектов задействованы Dic-

tyostelium и Entamoeba и в меньшей сте-

пени некоторые другие протисты.

Таким образом, начаты и продолжа-

ются многие проекты полного секве-

нирования геномов протистов. Однако,

несмотря на это, акцент в молекулярной

биологии протистов все же начинает

смещаться от генома к протеому

Протеом — это полный набор белков организма. Его изучением теперь занимается специаль-

ная наука протеомика (а не биохимия), поскольку в качестве основных методов используются

молекулярно-генетические. — Прим. пер.

Поведение протистов 397

Поведение протистов

(Ганс Махемер)

Реакция организма на любой вне-

шний или внутренний стимул является

поведенческим актом (рис. 336). Пове-

дение протистов, равно как и высших

организмов, подразделяют на два типа:

один регулируется внутренне и его по-

этому можно называть спонтанным, а

другой индуцируется стимулами внеш-

него мира. Исследователи предпочита-

ют изучать двигательные реакции, по-

скольку подвижность клеток легко ре-

гистрировать, но поведение может про-

являться и в менее заметных или даже

дотоле неизвестных реакциях клетки.

Примеры внутренне регулируемого

поведения — попятное движение и по-

вороты у стихотрих и гипотрих (Stylo-

Рис. 336. «Брачные игры» перед конъюга-

цией Stylonichia mytilus: а — круговое вра-

щение обоих партнеров резкими толчками;

б — касание перистомами; в — конъюгация

(по Грелю).

nychia или Euplotes) в отсутствие сти-

мулов. Этими быстрыми перемещения-

ми управляет трансмембранный потен-

циал, величина которого у этих инфузо-

рий сильно флуктуирует. Величина по-

тенциала иногда проскакивает порог

возбуждения, что вызывает вброс Са

В ответ на повышение концентрации

кальция реснички синхронно меняют

направление эффективного удара.

В отсутствие внешних стимулов

клетка перемещается в случайном на-

правлении. Плавающие протисты (как,

впрочем, и бактерии) обычно двигают-

ся по пологой спирали, вращаясь при

этом вокруг воображаемой оси. Это

происходит благодаря постоянно возни-

кающей при движении локальной асим-

метрии движущих сил. В то время как

силы, возникающие из круговых со-

ставляющих перемещения, взаимно

нейтрализуются, различные возникаю-

щие здесь дополнительные векторы сил

складываются, и результирующий век-

тор придает плаванию единое направле-

ние. Если одноклеточный организм пла-

вает по более или менее прямолиней-

ной траектории, то имеющееся в нача-

ле эксперимента скопление клеток

будет рассеиваться в толще воды; рав-

номерность рассеивания будет зависеть

от начальных векторов перемещения

отдельных клеток. Неподвижные и ма-

лоподвижные организмы образуют

скопления. Равномерное разбегание

клеток, обеспечивающее эффективное

освоение среды, является результатом