Гены и ферменты

 По мнению многих ученых, именно эти работы положили начало представлениям о том, что гены оказывают свое действие через ферменты. На самом же деле впервые подобная точка зрения была высказана генетиками, изучавшими наследственность человека. Еще в 1908 году, как раз в то время, когда законы наследственности завоевывали признание, английский врач А. Гаррод опубликовал книгу под названием «Врожденные нарушения обмена веществ». 

В этой книге он описал различные аномалии обмена, которые, по его мнению, являются наследственными. Он высказал мнение, что некоторые из этих аномалий вызваны отсутствием определенных ферментов, имеющихся у здоровых людей. Далее он предположил, что ферменты, без которых невозможны процессы обмена, вырабатываются генами, а мутантные формы генов не способны к образованию этих ферментов. Судьба работы Гаррода очень напоминает судьбу трудов Менделя: научный мир не был подготовлен для восприятия его теории. Генетики того времени занимались в основном изучением генетических соотношений и определением местоположения отдельных генов на хромосомах; работа, посвященная механизму действия генов, не произвела на них никакого впечатления. Лишь работы Бидла и Татума оживили интерес к проблеме взаимосвязи между генами и ферментами. 

Neurospora crassa — вид плесневых грибов, широко используемых в работах по биохимической генетике. Из одной споры этого гриба, помещенной на подходящую среду, быстро вырастает пушистая как вата колония, состоящая из отдельных нитей. В нитях нет поперечных перегородок, и многочисленные ядра свободно плавают в цитоплазме, ограниченной лишь наружной стенкой нити. Все ядра содержат гаплоидный набор хромосом (7 хромосом). Следовательно, в фенотипе проявляются все гены. 

Гриб размножается при помощи вегетативных (образующихся бесполым путем) спор, формирующихся на концах некоторых нитей и служащих для распространения гриба в новые для него области. Помимо бесполого размножения, у нейроспоры изредка происходит и половой процесс. При этом две растущие рядом плесени, относящиеся к двум различным типам скрещиваемости, А и а, производят специальные репродуктивные нити. Гаплоидное ядро нити одного типа переходит в нить другого типа и там сливается с каким-либо гаплоидным ядром. Образовавшаяся зигота представляет собой кратковременную диплоидную фазу; именно в это время может происходить кроссинговер между спаренными хромосомами. 

Затем начинается редукционное деление (мейоз) зиготы, и в результате двух последовательных делений образуются четыре гаплоидных ядра. Каждое из четырех ядер претерпевает в свою очередь одно митотическое деление, и получившиеся восемь ядер вместе с окружающей их оболочкой образуют сумку (аску). Каждое ядро с окружающей его частью цитоплазмы превращается в аскоспору, которая может переноситься ветром. Внутри аска восемь ядер лежат в том порядке, в каком они возникали в процессе деления. Перенося аскоспоры по очереди на соответствующую питательную среду и выращивая их по отдельности, можно продемонстрировать процесс расщепления генов. 

Нейроспора обычно растет в виде комочка переплетающихся нитей. В результате мутации одного из генов, контролирующих рост, появляются колонии, имеющие вид пуговицы. Такой мутант можно скрестить с исходной формой и перенести развивающиеся аскоспоры поодиночке в пробирки с питательной средой. При этом из первых четырех спор разовьются колонии, имеющие форму пуговицы, а из следующих четырех — колонии, напоминающие кусочек ваты. Такое же распределение генов можно наблюдать при скрещивании грибов, характеризующихся нормальным и замедленным созреванием аскоспор. По виду некоторых асков нетрудно будет определить, что при скрещивании произошел кроссинговер.