Из сказанного становится ясным смысл двухцепочечности ДНК. Биологи, занимающиеся проблемой возникновения жизни, утверждают, что первыми соединениями, возникшими на заре молекулярной эволюции и способными строить свои копии, были одноцепочечные рибонуклеиновые кислоты — РНК. А связанные с ними уже закодированные в РНК белки способствовали процессу их воспроизводства. Понятно, что в случае любых нарушений структуры таких первичных РНК они уже не могли быть восстановлены, поэтому цепочки нуклеотидов с возникающими существенными нарушениями постепенно элиминировались из кругооборота воспроизводства. Появление двухцепочечных молекул ДНК позволило эффективно восстанавливать поврежденные участки, достраивая их по неповрежденным половинкам. Это была настоящая революция в борьбе с неизбежными «типографскими опечатками» нуклеотидных текстов. Революция, которая наверняка ускорила на много порядков эволюцию клеток два с половиной миллиарда лет назад!
Ложка дегтя и SOS-репарация
Теперь в нарисованную картинку бочки меда пора добавлять деготь. Все было бы прекрасно, если бы любые точечные мутации могли вырезаться и ликвидироваться столь же точно, как это происходит с тиминовыми димерами. К сожалению порой клетка не в состоянии правильно определить, какую нить ДНК брать в качестве эталона, а какую следует чинить. Именно так дело обстоит в случае неправильного спаривания нуклеотидов. Действительно, какой нуклеотид в данном случае является «неправильным»? На какой цепи произошел сбой? Репарационная система клетки ответить на такой вопрос не в состоянии. В результате, лишь в половине случаев (когда в качестве оригинала случайно выбирается правильная половинка ДНК) исходная структура ДНК полностью восстанавливается. Во всех остальных случаях в качестве образца будет взята половинка с «неправильным» нуклеотидом и по нему на противоположной цепи будет достроен комплементарный ему нуклеотид. Так вместо пары А-Т может возникнуть пара Г-Ц со всеми неприятными последствиями, которые могут отсюда проистекать. Такое изменение будет точковой мутацией, которая «проскочит» через «систему ОТК» репарационных механизмов клетки. С этой точки зрения, частота точечных мутаций в ДНК является результатом равновесия между ее повреждениями и исправлениями.
Продемонстрированный пример работы репарационной системы — лишь один в целом ряду защитных механизмов клетки, оберегающей свою ДНК от возможных повреждений. В частности, существуют механизмы репарации, основанные на обменах поврежденных участков ДНК на неповрежденные. Такую репарацию называют рекомбинационной. Не будем, впрочем, сейчас углубляться во все эти тонкости, тем более, что даже у относительно просто устроенной бактерии — кишечной палочки — уже открыты не менее пятнадцати генов, оказывающих влияние на репарацию ДНК. Важно другое: повреждение многих из этих генов приводит к повышению частоты мутирования, поскольку в клетке начинает хуже работать система репарации ДНК. Следовательно, образно говоря, клетка может менять «толщину фильтра», через которую проходят изменения в ДНК. Не исключен и противоположный эффект, основанный на повышении эффективности работы репарационных систем в результате отбора.
Такой отбор может происходить, к примеру, при повышении уровня УФ-облучения или радиационного фона. Любопытно было бы в этой связи исследовать работу репарационных систем организмов, волею случая оказавшихся на территории, зараженной выбросами из Чернобыльской АС. Не исключено, что в такой ситуации клетки будут прибегать к каким-то экстренным мерам защиты своей ДНК. Подобные механизмы не являются фантазией и неплохо изучены у бактерий. Речь идет о так называемой SOS-репарации. Она может вызываться интенсивным УФ-облучением или подавлением синтеза ДНК в результате нехватки строительного материала, воздействия ядов или мутаций в ключевых генах, ответственных за клеточное деление.