Тезаурус: Войны бактерий

Вместе со Сколковским институтом науки и технологий мы сняли курс «Войны бактерий», посвященный эволюции устойчивости бактерий и вирусов и разработке препаратов для борьбы с ними. В этом материале профессор магистерской программы «Биотехнология» Сколтеха Петр Сергиев разъясняет базовые понятия, используемые в курсе.

Прокариоты

Все живые организмы состоят из клеток. Примитивные организмы состоят из одной клетки, более сложные — из многих. Прокариоты — самые простые организмы, состоящие из одной клетки, лишенной ядра. Клетки прокариот можно представить себе как один мешок с содержимым, не разделенным на отдельные части, в отличие от клеток эукариот.

Бактерии

Прокариоты разделены на две большие группы: бактерии и археи. Эти группы различаются рядом особенностей на молекулярном уровне. Бактерии более многочисленны, и человеку приходится чаще сталкиваться именно с ними. Среди бактерий есть безвредные и полезные, но есть и патогенные, то есть вызывающие инфекционные заболевания.

Эукариоты

Организмы, состоящие из сложноустроенных клеток. В отличие от клеток прокариот, в клетках эукариот ДНК находится в ядре, которое отделено от остального содержимого клетки мембранами. В клетках эукариот, за очень редкими исключениями, кроме ядра присутствует система других окруженных мембранами структур, например митохондрий или аппарата Гольджи, играющих свою специальную роль. Все многоклеточные организмы, в том числе человек, являются эукариотами.

ДНК

ДНК — еще одна молекула, состоящая из звеньев, соединенных в цепочку. В ДНК четыре типа звеньев. В клетке ДНК состоит из двух цепочек, расположенных рядом и относящихся друг к другу как негатив и фотография, клише и отпечаток. Перед делением клетки цепи ДНК расходятся, и для каждой из цепей создается ее «отпечаток». Так идентичные копии ДНК достаются дочерним клеткам. ДНК содержит всю информацию о том, как построить организм, то есть это своеобразная книга инструкций. Отдельные инструкции, которые нужно выполнить в данный момент, переписываются с ДНК и записываются в виде РНК.

РНК

Другая молекула, состоящая из звеньев, соединенных в цепочку. Звенья РНК называются нуклеотидами. В РНК четыре разновидности звеньев, очень похожих на звенья ДНК, но сильно отличающихся от аминокислот, из которых состоят белки. Разные РНК отличаются количеством и порядком соединения звеньев. РНК интересна тем, что некоторые ее разновидности могут складываться в трехмерный инструмент, выполняющий какую-либо работу, почти как белок. Другие РНК представляют собой инструкцию, в которой сообщается, как сделать какой-либо белок.

Белок

Молекула, состоящая из аминокислот — звеньев, соединенных линейно одна за другой, как бусинки на ниточке. Большинство белков построено из двадцати разновидностей аминокислот. Разные белки отличаются друг от друга количеством и порядком соединения аминокислот, как разные слова ― количеством и порядком букв. Отдельные аминокислоты в белке, хотя и соединены в линейную цепочку, могут взаимодействовать не только с соседями по цепи, но и с аминокислотами, расположенными в других местах цепочки и даже в других цепочках. В некотором упрощении можно представить себе белок как трехмерный «пазл», отдельные элементы которого соединены ниткой. Каждый такой «пазл» складывается в миниатюрный трехмерный инструмент, используемый клеткой для какой-либо работы. Таких белок-инструментов у клетки много ― тысячи разновидностей у прокариот и десятки и сотни тысяч у эукариот.

Рибосома

Рибосома — сложноустроенная молекулярная машина, состоящая из нескольких РНК и нескольких десятков белков. Задача рибосомы ― делать белки. Рибосома считывает РНК — инструкции — и по ним создает отдельные белки. Каждые три буквы алфавита РНК соответствуют одной разновидности аминокислоты, которую нужно добавить к цепочке белка, который рибосома делает в данный момент. При считывании РНК рибосома редко ошибается ― один раз на несколько тысяч звеньев. Однако некоторые антибиотики могут заставлять рибосому ошибаться катастрофически часто.

Патоген

Патоген — причина инфекционного заболевания. Болезнь не служит самоцелью для патогена, но его основная задача — размножение и возможность заражения других организмов. Большинство патогенов представляют собой болезнетворные бактерии и вирусы, хотя среди патогенов могут встречаться более сложные, эукариоты, и более простые, например белки, называемые прионами. Антибиотики действуют только на бактерии, но не на других патогенов.

Вирус

Микроскопические частицы, способные заражать клетки и заставлять их производить многочисленные копии вирусных частиц, которые, в свою очередь, могут заражать другие клетки. Вирусы сами по себе не могут размножаться и нуждаются для размножения в каких-либо клетках, на которых они паразитируют. Тем не менее вирусы имеют много общего с живыми организмами. Например, они также содержат ДНК или РНК, в которых записаны инструкции о том, как их создать.

Ген

Вся информация о том, как создать организм, содержится в ДНК. Таким образом, ДНК можно представить себе как книгу инструкций. Отдельные инструкции — это гены. Примечательно, что гены-инструкции описывают не алгоритм работы, а последовательность звеньев РНК или в конечном итоге белка. Белок представляет собой «самособирающийся» инструмент, физически выполняющий какую-то работу, нужную для организма.

Геном

Геном — совокупность информации, содержащейся в ДНК. У большинства бактерий и архей вся информация содержится на одной молекуле ДНК. У большинства эукариот геном разделен на несколько молекул ДНК, называемых хромосомами. Можно представить себе, что бактерии имеют одну книгу инструкций, а наш геном ― это «многотомник».

Генотип

Геномы разных живых существ одного вида очень похожи, но все-таки имеют различия. За счет этих различий один человек отличается от другого, например, цветом глаз. Некоторые отличия в геноме могут быть причиной наследственных заболеваний. Генотип характеризует то, какой именно вариант генома из всех возможных для данного вида есть у данного организма.