химического анализа четко установлено, что специализированные клетки содержат нормальное количество ДНК, т. е. полный набор генов, но 90% этого количества не функционирует.

Хотя в химических основах механизма дифференцировки клеток еще много неясного, все же известно, что в этом процессе исключительно важную роль играют химические сигналы, поступающие из внешней среды и от прилегающих клеток. Эти сигналы запускают внутреннюю, генетически детерминированную программу развития, определяющую путь дифференцировки отдельных клеток. С какой точностью выполняется программа развития, можно показать на примере коловраток и кольчатых червей (рис. 1-10), отдельные виды которых характеризуются почти непогрешимым постоянством числа клеток. Так, у нематоды Oxyuris equi имеются точно 251 нервная клетка, одна экстреторная клетка, 18 клеток средней кишки и 64 мышечные клетки [140].

1. Физиологическая модуляция и различные программы развития

Прежде чем обсуждать вопрос о дифференцировке сложных многоклеточных организмов, полезно рассмотреть более примитивные формы— одноклеточные и колониальные. В благоприятных условиях клетки бактерий и эукариот одинаковым образом вступают в фазу «роста и деления» (рис. 15-25), которая составляет основу экспоненциального роста [уравнение (6-60)]. Однако изменение внешних условий быстро меняет характер жизнедеятельности клеток. Так, недостаточность питательного субстрата не только уменьшает скорость роста, но и влияет на транскрипцию генов. У Е. coli это происходит в результате увели

чения концентрации в клетке сАМР. Наличие дополнительного источника энергии, например лактозы, также может индуцировать специфические изменения в транскрипции генов (гл. 15, разд. Б, 1). Можно привести множество других примеров, свидетельствующих о влиянии физиологических факторов на генетический аппарат (так называемое явление «физиологической модуляции»).

Еще более удивителен тот факт, что под влиянием факторов внешней среды в клетке может быть запущена иная программа развития, связанная с активацией дополнительных генов и существенной перестройкой всей клетки. Примером может служить образование спор у некоторых бактерий (гл. 1, разд. А,8), происходящее при неблагоприятных для вегетативного роста условиях внешней среды.

Целый ряд химических сдвигов происходит при споруляции [141 — 143]. Вначале полностью прекращается синтез рРНК, далее начинается транскрипция новых классов мРНК и образуется несколько новых белков. Обращает на себя внимание образование в больших количествах дипиколиновой кислоты (рис. 14-7), что требует появления по крайней мере одного нового фермента. Кроме того, в процессе образования спор бактерии потребляют много Са2+, значительные количества Мп2+ и ионов других металлов. У многих бактерий образуется также З-Ь-сульфо-молочная кислота.

Ноос—С—ОН

\

CH2SO33-1.-сильфамолочная кислота

В спорах Bacillus subtilis указанные вещества содержатся в следующих количествах (в расчете на сухой вес): дипиколиновая кислота — 10%, сульфомасляная кислота —3—6%, Са2+—3%, Мп2+—0,3%. Споры бактерий удивительно устойчивы к нагреванию и не теряют жизнеспособности при длительном выдерживании в кипящей воде. Распространено мнение, что именно дипиколиновая кислота и другие ионы придают белкам устойчивость к денатурации. Устойчивость к нагреванию может быть связана также с высокой степенью обезвоженности спор [144]. В условиях, благоприятных для роста, споры прорастают и бактериальные клетки снова переходят на программу, обеспечивающую рост и деление.

Переключения на более сложные программы развития наблюдаются у колониальных форм бактерий, например у миксобактерий, но химические сигналы, вызывающие переключение, еще неизвестны [145]. Выявлено, однако, что у относящихся к эукариотам миксомицетов типа Dictyostelium (гл. 6, разд. Е, 5), имеющих такую же программу развития, сигналом субстратного голодания служит выброс сАМР1). Повышение концентрации сАМР воспринимается другими клетками, у которых в ответ так изменяются процессы биосинтеза, что происходят диффереицировка и образование плодовых тел \[135, 136, 146]. Отдельные клетки начинают вырабатывать целлюлозу, а также мукополисаха-риды; образуется трегалоза, которая накапливается в спорах. Синтезу этих продуктов предшествует образование новых ферментов.

Нельзя исключить, что чувствительность к сАМР возникает как вторичный ответ иа выделение какого-то макромолекуЛяркого фактора, стимулирующего дйфференцй-ровку [144а].

У ©одной j^ecemiWastocladiella^OTKocnm^^ к фикомнцетам, обрат зование тонкостенного или же толстостенного устойчивого к нагреванию спорангия определяется анионом НСОз, т. е. более простым химическим фактором, чем сАМР. С другой стороны, у примитивных эукариот роль химических сигналов могут играть макромолекулярные соединения, по всей вероятности белки. Так, некоторые штаммы Dictyo-stelium переходят на другую генетическую программу, а именно начинают образовывать макроцисты путем конъюгации двух различных типов клеток под влиянием