– Большинство наших десантных капсул будут сбиты почти сразу
– Отправим миллионы капсул. Несколько долетят

Зерги – инопланетная раса из серии игр в жанре RTS-стратегий StarCraft, славящаяся своим ненасытным аппетитом в пожирании всех состоящих из мяса существ. По отдельности они не более чем животные. Но подчиненные общим разумом и умеющие с помощью бионики воспроизводить все: от оружия до высокотехнологичного транспорта, зерги представляют огромную угрозу всему живому в секторе Копрулу (прим. часть космоса, в которой происходит действие серии игр).

И о том, каким образом данная раса смогла превратить в орудие самих себя, мы сейчас и поговорим. Причем не только с точки зрения лора, но и обсудив, какие биологические явления из известных нам на Земле лежат в основе описанного в игре.

Одна из особенностей расы – способность превратить свое тело буквально во что угодно. Из маленькой личинки может вырасти как огромная бронированная машина, сметающая своими огромными клешнями все на своём пути, так и подвижная пушка, плюющаяся заостренными шипами.

Биотехнологии в StarCraft: как зерги пожирали биоразнообразие

Более того, даже здания у них живые: рабочий эволюционирует в новый улей (да-да, вначале в hatchery, потом он мутирует в lair, а потом уже в hive. Но улей звучит прикольнее) или в технологичное здание, открывающее новые возможности для роя.

Биотехнологии в StarCraft: как зерги пожирали биоразнообразие
Рабочий зергов. Он может как добывать полезные ресурсы, так и мутировать в здание, требующееся для процветания колонии.
Биотехнологии в StarCraft: как зерги пожирали биоразнообразие
Улей зергов, скриншот из игры
Биотехнологии в StarCraft: как зерги пожирали биоразнообразие
Морпехи под руководством Рейнора прочесывают улей зергов во время миссии на Чаре в кампании StarCraft II: Wings of Liberty. Неожиданно выглядят стены из живой плоти?

Все это возможно благодаря очень длинному генетическому коду: он у зергов включает всех существ, в которых они могут превратиться. Но часть информации обычно инактивирована и начинает читаться только при определенных условиях. Если данную статью читают люди, знакомые с программированием, то им было бы проще представить спящие гены как закомментированную часть кода: она есть, но не используется. Пока.

В природе часть генетической информации тоже не участвует в формировании организмов, что имеет важное значение в их развитии. То, какие гены должны “работать”, а какие находиться в “спящем” состоянии, определяют сложные молекулярные механизмы. Эти механизмы изучает наука эпигенетика. Интересно, что эпигенетические модификации могут передаваться дочерним клеткам (хотя могут и быть “отменены”).

Самым изученным эпигенетическим процессом является метилирование ДНК, которое заключается в добавлении метильной группы (CH3-) к цитозину  (цитозин — это азотистое основание, 1 из 4 составных частей молекулы ДНК). Метилирование ДНК является универсальным механизмом контроля работы генов, характерным и для бактерий, и для растений, и для животных.

Обычно метилирование ДНК останавливает “работу” гена (хотя бывает и наоборот), изменяя эффективность связывания факторов транскрипции (процесс синтеза РНК с матрицы молекулы ДНК) с регуляторными участками.

Метилирование участвует в инактивации Х-хромосомы самок млекопитающих. Этот процесс необходим для компенсации дозы генов, расположенных на Х-хромосоме, и называется дозовой компенсацией. Считается, что механизмы дозовой компенсации появились из-за необходимости устранить различия в дозе генов между полами, возникающие в ходе эволюции половых хромосом.

Метилирование участвует и в дифференцировке клеток (процесса формирования “специализации” клетки), и в репликации ДНК, и в защите клеток от чужеродной ДНК (у прокариот), и защите генома от мобильных генетических элементов (фрагментов ДНК, имеющих непостоянную локализацию в геноме и способных к транспозиции, т.е. перемещению из одного участка хромосомы в другой).

Эпигенетические изменения могут быть запущены внешними условиями и являются, таким образом, одним из вариантов ответа организма на постоянно меняющиеся факторы окружающей среды.

Сложно сказать, по какому именно принципу активируется генетический код зергов. Судя по тому, что для мутации одного организма в другой необходима команда из улья, присутствует какой-то механизм дистанционного влияния.

В мире StarCraft введена некая пси-энергия, некий аналог маны из других игр. Организмы, умеющие контролировать этот вид взаимодействия, замечены как в дистанционном воздействии на разум, так и в способности телекинеза (например, передвигать/ломать/сжимать/бросать предметы не касаясь их).

В реальности такие силы в природе не открывались: открыты электромагнитные, слабые, сильные и гравитационные фундаментальные силы. И передача сил на большие расстояния свойственна прежде всего электромагнитному и гравитационному взаимодействию.

Но гравитационная сила воздействует только по прямой и только притяжением (т.е. притянуть с её помощью предмет можно, но двинуть в другом направлении или что-то кинуть не получится). А электромагнитная сила действует в основном на заряженные частицы и проводники (хотя при больших электромагнитных силах и диамагнетик может воспарить). 

Довольно давно ходит idea fix о том, что все виды сил – частные случаи одного явления. И как электрические и магнитные силы оказались неразрывно связанными друг с другом, могут оказаться связаны и все остальные силы.

Биотехнологии в StarCraft: как зерги пожирали биоразнообразие

Если пофантазировать, то можно предположить, что в рамках игровой вселенной “теория всего” действительно существует. И именно с помощью этой всеобщей силы могут передаваться команды из улья организмам колонии мутировать. 

Тем не менее, было бы расточительно использовать такой инструмент для контроля за экспрессией всех генов. Так что, скорее всего такие команды активировали бы какой-то блок генетической информации для адаптации в конкретном организме. А дальнейшее развитие бы уже запускалось стандартными, очень похожими на наши биохимическими системами.

Но чтобы было во что-то превращаться, для начала необходимо иметь генетический код каких-нибудь существ. И тут зергам присуща уникальная способность: они не просто поедают нерасторопных бедолаг, они присваивают их генокод, который в дальнейшем может использоваться для создания новых мутаций и адаптации к экстремальным условиям. Представьте себе, вот съели вы морозостойкую ягоду. И все, ваш ребёнок будет снежным человеком.

Биотехнологии в StarCraft: как зерги пожирали биоразнообразие

Благодаря этой особенности зерги пополнили свой генокод всякими разными зверушками, которых после смогли приспособить, чтобы есть больше зверушек. Из, наверное, тысяч (если не больше) поглощенных в пищу видов живых существ, общим разумом зергов были отобраны самые подходящие для поставленных им целей. 

В нашем мире многоклеточных живых существ, в том числе млекопитающих, это невозможно: при переваривании пищи никакие ДНК никуда не в ваш код не встраиваются (хотя бывают и исключения, у некоторых эукариот встречается перенос генов). Но среди микроорганизмов существует явление горизонтального переноса генов.

У безъядерных одноклеточных (прокариот) возможен как перенос генов внутри популяций одного вида, так и между организмами разных видов, родов и более крупных таксонов.

Тем не менее, горизонтальный перенос обычно рассматривают на второй группе случаев, когда организмы донора и реципиента ДНК генетически отдалены друг от друга. Этот процесс обеспечивает приобретение организмами новых генов, что увеличивает их возможность приспособиться к новой или изменившейся экологической нише.

Перенос генетической информации может осуществляться тремя способами: трансформацией (поглощением чужеродной ДНК извне), конъюгацией (физическим контактом клеток донора и реципиента), трансдукцией (с помощью вирусов).

Не все гены, переданные реципиенту, будут включаться в его геном и экспрессироваться. Однако, в определенных условиях, вспомогательные гены, полученные в результате горизонтального переноса, могут стать жизненно необходимыми — стать основными генами.

Многоклеточные организмы, обладающие ядром (эукариоты), выработали специальные адаптации для ограничения горизонтального переноса генов — половое размножение и репродуктивную изоляцию (механизмы, препятствующие скрещиванию организмов разных видов). Но они все равно способны заимствовать чужие гены. 

Недавно ученые доказали это, поместив электрических угрей, личинок рыбки данио-рерио и свободноплавающую ДНК гена GFP — белка, выделенного из медузы Aequorea victoria, флуоресцирующего в зелёном диапазоне при освещении его синим светом, — в один аквариум. При воздействии электрических зарядов угря некоторые личинки смогли мозаично и временно светиться зеленым, а значит приняли и смогли экспрессировать ДНК гена GFP.

Судя по всему, подобной способностью заимствования чужой ДНК обладают и зерги, но пользуются этим гораздо активнее и с большим мастерством. В ходе миссий StarCraft II: Hearth of the Swarm можно было наблюдать как приобретение Роем отдельных полезных свойств (в том числе морозостойкость, перенятая у местной фауны на ледяной луне Калдир), так и основы для развития новых видов живых существ (скрытни, способные мутировать из гидралисков).

Но зерги не только используют готовый генетический код других существ. Они ещё и сами проводят определённые манипуляции для улучшения генетического материала. 

При выведении новых видов овощей и фруктов человек может воспользоваться двумя инструментами: селекцией и  редактированием генома. Зерги, как бы странно это не звучало, также используют оба метода.

Например, чтобы плоды фрукта имели маленькую косточку, а мякоти было больше, человечество раз за разом отбирало самые большие плоды с самыми маленькими семечками.

У зергов же генетический код довольно нестабилен, что приводит к частым мутациям. Благодаря этому процесс накопления изменений более активен и происходит быстрее. Ну а, так как гуманностью зерги не блещут, процесс отсеивания вредных и отбора полезных мутаций проходит довольно быстро. 

Но зерги не дураки без ручного вмешательства. В StarCraft II: Hearth of the Swarm нам представили уникального зерга,отвечающего за развитие роя — Абатура.

Биотехнологии в StarCraft: как зерги пожирали биоразнообразие

Вот такой красавец – Абатур, наблюдает за развитием личинки. Позже этот маленький червячок эволюционирует в кровожадную машину истребления, которая убьёт и съест вас и всю вашу семью. Если вы не убьёте его первым. Но это вряд-ли.

В ходе эволюционных миссий он комбинировал разные участки генокода разных живых существ, благодаря чему наши юниты обзаводились новыми способностями.

Какими именно средствами Абатуру удавалось редактировать геном – нам не ведомо. Но мы можем рассказать о том как человек манипулирует ДНК с помощью технологии CRISPR-Cas.

CRISPR/Cas — система адаптивного иммунитета бактерий и архей (одноклеточные микроорганизмы без ядра и мембранных органелл). В системе есть два основных компонента: короткие молекулы РНК, закодированные в геноме, CRISPR-локусы, и фермент, вносящий разрыв в нуклеиновых кислотах, Cas.

Модификация одной из систем CRISPR/Cas из Streptococcus pyogenes привела к созданию технологии редактирования генома CRISPR/Cas 9. Система состоит из фермента Cas9, осуществляющей двухцепочечный разрез ДНК, и молекулы гидовой РНК, направляющей комплекс с Cas9 в необходимый участок генома. 

Тут не мешало бы вспомнить принцип комплементарности. ДНК строится из четырёх азотистых оснований: аденина, тимина, гуанина и цитозина. Они соединяются в пары, которые и образуют двойную спираль, так хорошо нам известную. Причем, напротив аденина обязательно должен стоять тимин, а напротив гуанина — цитозин.

Биотехнологии в StarCraft: как зерги пожирали биоразнообразие
Цепочка ДНК.
Можно заметить, что азотистое основание образует пару только с одним, комплементарным ей, партнёром

По этому же принципу комплементарности гидовая РНК связывается с нужной нам последовательностью ДНК и направляет фермент Cas9, чтобы он произвел двуцепочечный разрыв.

После объединения гидовой РНК и Cas9 их комплекс находит в геноме целевой участок ДНК, Cas9 расщепляет две цепи ДНК рядом с ним.После разреза начинает работать система репарации клетки, которую можно воспринимать как систему починки ДНК клетки. Она может соединить концы получившегося разреза, вставляя и убирая нуклеотиды. Это может приводить к нарушениям в структуре и работе генома, но может быть полезно для “вырезания” участка генома. Или система репарации может достроить ДНК по “образцу” — матрице с двумя участками по краям, комплементарными участкам ДНК с двух сторон от разрыва. Таким образом можно осуществить вставку необходимой исследователю последовательности ДНК.

Королева Клинков. StarCraft II: Wings of Liberty. Схватка с Зератулом
Один из самых ярких генетических экспериментов Абатура – превращение Сары Керриган в Королеву клинков – будущего предводителя зергов

StarCraft – это игра с очень богатым лором. И как и многая другая фантастика, обладает определённой опорой на реальность, благодаря чему её действительно интересно изучать. Особенно обладая хорошим кругозором)

Читайте книги и играйте в игры. Всем хорошей Стройки!

Авторы: Овчинников Кирилл, Анастасия Пашинцева, Маслов Андрей
Эксперт: Михаил Фофонов
Корректор: Шлыков Михаил

Источники:

  1. https://www.nature.com/articles/s41576-023-00688-5
  2. https://www.genome.gov/genetics-glossary/Epigenetics
  3. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC1392256/
  4. https://biomolecula.ru/articles/epigenetika-nevidimyi-komandir-genoma
  5. https://cyberleninka.ru/article/n/metilirovanie-dnk-universalnyy-mehanizm-regulyatsii-aktivnosti-genov
  6. https://old.bigenc.ru/biology/text/2221235
  7. https://cyberleninka.ru/article/n/dnk-metilirovanie-i-regulyatsiya-ekspressii-genov/viewer
  8. https://dic.academic.ru/dic.nsf/ruwiki/203891
  9. https://dic.academic.ru/dic.nsf/ruwiki/35488
  10. https://vavilov.elpub.ru/jour/article/view/89?locale=ru_RU
  11. https://elementy.ru/genbio/synopsis/38/Genomnyy_imprinting_sluchay_nasledovaniya_gematokrita_radiochuvstvitelnosti_i_antioksidantnogo_statusa_cheloveka_a_takzhe_vesa_novorozhdennykh_mlekopitayushchikh#:~:text=%D0%A1%D0%BE%D0%B3%D0%BB%D0%B0%D1%81%D0%BD%D0%BE%20%D1%8D%D1%82%D0%BE%D0%B9%20%D0%B3%D0%B8%D0%BF%D0%BE%D1%82%D0%B5%D0%B7%D0%B5%2C%20%D0%BE%D1%81%D0%BD%D0%BE%D0%B2%D0%BD%D0%BE%D0%B9%20%D1%81%D0%BC%D1%8B%D1%81%D0%BB,%D0%BC%D0%B0%D1%82%D0%B5%D1%80%D0%B8%20%D0%B8%20%D1%8D%D0%BC%D0%B1%D1%80%D0%B8%D0%BE%D0%BD%D0%B0%2C%20%D0%B0%20%D0%BA%D0%BE%D0%BE%D0%BF%D0%B5%D1%80%D0%B0%D1%82%D0%B8%D0%B2%D0%BD%D1%8B%D0%B5.
  12. https://cyberleninka.ru/article/n/kak-proishodit-i-chem-limitiruetsya-gorizontalnyy-perenos-genov-u-bakteriy/viewer
  13. https://www.science.org/content/article/jolts-electric-eels-cause-fish-absorb-free-floating-dna
  14. https://biomolecula.ru/articles/prosto-o-slozhnom-crispr-cas
  15. https://helicon.ru/media/inf_art/sistema-crispr-cas-ot-idei-k-praktike/
  16. [Хроники StarCraft] СУП из ГИБЛИНГОВ. Ист.: https://youtu.be/YDIxvTmdPRE?si=gK_7mY9lPEJSu9C7

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *