3 дрозофилы = 1 Достоевский

Человеку давно не давал покоя вопрос “Кто я?”, и в поисках ответа на него он на всякий случай торопился улучшить себя прикладной генетикой: древние греки убивали нездоровых детей, чтобы “очищать” популяцию. Выяснилось — абсолютно напрасно. Генетические дефекты внешне не видны, и какой-нибудь спартанский задохлик, если бы ему не свернули шею, мог бы наплодить олимпийских чемпионов. Перенесемся в год 2016. Вашему пышащему здоровьем годовалому младенцу составляют генетический паспорт, по которому видно, что у него есть 3 “больных” гена, свидетельствующие о предрасположенности к сердечно-сосудистым заболеваниям. Ему подбирается индивидуальная медикаментозная программа и диета, и он преспокойно доживает до 22 века благодаря открытиям, сделанным в рамках проекта “Геном человека”. Фантастика? Да нет, геномика.

ДНК, генетическая предрасположенность

Начало XXI века ознаменовалось серьезной биологической шумихой. В июне 2000 года на церемонии в Белом доме президент Клинтон торжественно замирил две соперничающие группы — компанию “Селера”, возглавляемую Крэгом Вентером, и межгосударственный проект HUGO под руководством директора национального Института генома Фрэнсиса Коллинза, и объявил, что после многих лет работы обе они, независимо друг от друга, вплотную подошли к расшифровке генома человека, то есть к составлению полной последовательности всех человеческих дезоксирибонуклеиновых кислот (ДНК).

Основной рабочей единицей любой живой системы является клетка. Вся информация, необходимая для жизнедеятельности клеток, хранится в ДНК. Геном — это полный набор ДНК организма. В человеческом геноме ДНК содержатся в 23 хромосомных парах. Хромосомы — это отдельные молекулы длиной от 50 млн до 250 млн базовых пар ДНК. Каждая хромосома несет в себе различные гены, которые представляют собой определенные последовательности базовых пар ДНК с закодированной информацией о порядке воспроизводства белков. Если информация не та — нормальные биологические функции будут нарушены, и возникнет болезнь.

В 1986 году американское министерство энергетики (а оно в США по указу Конгресса занимается широким разбросом технологий и, например, стояло у истоков создания ядерной бомбы) в партнерстве с Национальным Институтом здоровья объявило о запуске амбициозного проекта “Геном человека”, к участию в котором был приглашен ряд научных учреждений Японии, Англии, Франции, Германии и Китая. Целью проекта было создать базу данных, содержащую последовательность всех базовых пар ДНК и идентифицировать все человеческие гены. Попутно проект совершенствовал вычислительные механизмы для обеспечения будущих изысканий в биогенетике, определял коммерческие перспективы исследований и служил хорошей школой следующему поколению ученых-генетиков. В 1990 году Конгресс США начал финансировать работу проекта, рассчитанного на 15 лет.

Было немало скептиков, которые ставили под сомнение осуществление столь грандиозного проекта и его целесообразность. Первые несколько лет были потрачены на разработку методик и создание технологий, позволяющих подсчитывать и обрабатывать такое огромное количество данных. Поначалу идентификация одной базовой пары обходилась в $10, и специалист высокой квалификации мог просканировать до 10000 базовых пар в день. К моменту завершения проекта появились роботы, которые в состоянии обрабатывать 10000 пар в секунду, снизив стоимость идентификации до 5 центов.

Работа над проектом закипела намного энергичнее, когда в 1999 году биологический концерн “Селера Джиномикс” объявил о своем намерении самому вычленить все человеческие ДНК и начать продавать информацию о них фармацевтическим компаниям. Вооруженная обнародованными к тому времени наработками группы Коллинза, “Селера” собиралась провернуть всю работу за 3 года и утереть нос государственным бюрократам. Потенциальный позор вызвал усиленное вливание денег налогоплательщиков (проект к тому времени “кушал” по 1 млн долларов в день) и нелестную критику “Селеры”, рвущуюся к сверхприбылям, приторговывая достоянием всего человечества. Проект “Геном человека” заработал с такой скоростью, что черновой портрет человеческих ДНК был обнародован на 2 года раньше срока. Ученые из “Селеры” тут же отыскали в нем массу огрехов. Вмешательство администрации президента положило конец этим распрям, и в 2000 году Клинтон соединил руки Вентера и Коллинза сказав, что и государственный, и частный сектор разными путями пришли к похожим выводам, что успех второго был бы невозможен без наработок первого, и что благодаря участию “Селеры” результаты исследования быстрее преобразуются в конкретные плюсы для потребителей.

В апреле 2003 года проект, обошедшийся американской казне в 2,7 млрд долларов, был формально завершен на 2 года раньше срока. Президенты всех стран-участников проекта поздравили генетиков с победой. В распоряжение ученых всего мира поступил источник информации беспрецендентного объема, предопределяющий ход дальнейших изысканий на много лет вперед. Параллельно с человеческой были расшифрованы нуклеотидные последовательности многих других организмов, что дало толчок в развитии сравнительной генетики. Были быстро идентифицированы десятки тысяч генов, отвечающих за врожденные глухоту и слепоту, заболевания почек, рак груди, болезни костной ткани, инсульта, диабета и других заболеваний. Если раньше ученым потребовалось 9 лет работы, чтобы открыть ген, вызывающий фиброзно-кистозную дегенерацию, то, на основании опыта, полученного в ходе исследований генома, ген болезни Паркинсона был найден всего за 9 дней.

Правда, когда все протрезвели от выпитого по случаю шампанского, выяснилось, что около 1% генома расшифровке не поддалось, что вероятность ошибок хоть и снизилась в 10 раз, но остановилась на уровне одной на 100.000 базовых пар ДНК и что пробелы в последовательности все-таки попадаются каждые 27 млн базовых пар. По-прежнему остался вопрос, сколько же генов делают человека человеком. В настоящее время предположительное количество колеблется на уровне 30 тысяч. Ожидается, что со временем оно вырастет до 40.000, но уж точно не до 100 тысяч, как предполагали многие. Таким образом, у человека лишь в 3 раза больше генов, чем у мухи дрозофилы, и лишь на пару сотен больше, чем у мыши.

Еще ученые узнали, что:

  • В человеческом геноме 3 млрд нуклеотидных базовых пар.
  • Наш ген состоит в среднем из 3 тысяч базовых пар; самый большой ген — дистрофин — состоит из 2,4 млн пар.
  • Люди очень похожи — последовательность ДНК на 99,9% одинаковая у всех.
  • Больше всего генов (2968) в самой большой человеческой хромосоме — 1, меньше всего (231) в самой маленькой хромосоме — Y.
  • Около 2% генома содержит информацию по синтезу белков.
  • Белки, а не гены, отвечают за выполнение жизненно-важных функций.
  • В геноме насчитывается 30 тысяч генов и 400 тысяч белков.

Из последнего наблюдения делается вывод, что многообразие белков не объясняется результатами генетических исследований. Если геном остается сравнительно неизменяемым, то протеом находится в постоянном движении в зависимости от сигналов, поступающих как снаружи, так и изнутри клетки. Поведение каждого отдельно взятого белка определяется не только последовательностью генов, но и его взаимодействием с другими белками клетки. А про это нам известно совсем немного, и протеомика (изучение строения белка), похоже, будет орешек покрепче геномики (изучения строения генов).

Вооружившись шекспировской цитатой, “что в прошлом — лишь пролог”, руководители проекта заговорили о следующей, прикладной стадии исследований. Генетическое тестирование стало одним из первых коммерческих применений открытий в области генетики. Получив доступ к последовательности нуклеотидов, медики оказались в состоянии предсказывать предрасположенность к той или иной болезни и ее этапы, ставить правильный диагноз с максимально эффективным курсом лечения и минимальными побочными эффектами, разрабатывать новые лекарства на молекулярном уровне не столько для лечения, сколько для предотвращения заболеваний.

Естественно, что легче лечить болезни достаточно редкие, связанные с повреждением одного гена, а не многих. Но тут оказалось, что генотерапия в целом отстает от научных открытий, и далеко не все достижения могут быть успешно претворены в жизнь. Например, когда был выделен ген мышечной дистрофии Дюшена (смертельная болезнь, когда в клетках не вырабатывается дистрофин, без которого не сокращаются мышцы), стало очевидно, что нет эффективных способов доставки здорового гена во все клетки, и нет механизма, способного предотвратить его отторжение клетками.

Общество также оказалось неподготовленным к этическим и психологическим последствиям информационного взрыва. Когда стало известно, что в планы ученых входит исследование генов, определяющих этническую принадлежность, индивидуальные черты и форму поведения, присущие конкретному индивиду, и другая политически заряженная проблематика, возникли опасения, что генетическая информация может попасть в “чужие” руки, что страховые компании будут использовать ее в дискриминационных целях, и что люди не готовы узнать о себе всю генетическую правду. Завязался спор, насколько гены обуславливают наше поведение, и можем ли мы, изменяя их, изменить себя. Подняла новую голову старая гидра евгеники, проснулся генетический детерминизм.

Как часто бывает с важными открытиями, обнародование последовательности ДНК вызвало чуть ли не больше вопросов, чем дало ответов. Ведь если у нас всего в 3 раза больше генов, чем у фруктовой мушки, то что же тогда означает быть человеком? С трепетом будем ждать момента, когда раскодируют последовательность нуклеотидов шимпанзе, потому что вполне вероятно, что у людей с ними будет полное совпадение. А как же тогда гений Леонардо, Шопена и Достоевского? Неужели человек — это лишь сумма генов? Не слишком ли просто?

“Повода для беспокойства нет”, — в один голос говорят бывшие соперники Вентер и Коллинз, — “не следует впадать в крайности”. Геном человека был “человеческим” лишь 10 млн из 3 млрд лет эволюции. Поэтому 10% наших генов очень древние, и их мы делим с каждым живущим под солнцем живым организмом. Еще больше общих генов у нас с позвоночными, у млекопитающих с человеком еще больше сходства, а с шимпанзе мы почти идентичны. Если бы проект вычленял гены шимпанзе, то результаты бы получились почти такие же: к тому времени, когда мы слезли с деревьев, все наши гены уже были на своих местах.

То, что случилось с нами тогда, не было какой-то “генетической революцией”, потому что наш геном не несет в себе никаких ее следов. Во время палеолита сэволюционировал человеческий мозг и возникло человеческое сознание, без которого невозможны чисто человеческие замашки, вроде любви, духовности и способности помножить 2 на 2. Но если сознание тихо и без генетических сдвигов пришло к нам на такой поздней стадии эволюции, то что же вызвало его появление? Каков бы ни был этот механизм, а по поводу него ведется много споров, можно предположить, что наш разум развился в сложном взаимодействии генов с окружающей средой. Гены набросали план-схему, а наши родители, соплеменники и приобретаемый опыт дали ей плоть. Поэтому искать гены разума или интеллекта — это все равно, что искать второй концерт Рахманинова среди рояльных струн.

Ни в коем случае не умаляя важность проекта по воссозданию генома человека, я подозреваю, что геном не дает нам полную панораму того, из чего сделаны мальчики и девочки. Меня, например, очень веселит высокое содержание генетического мусора в геноме, попавшего туда с пола эволюционной мастерской. Все эти выродившиеся бактерии, почившие вирусы и другие паразиты, которые запрыгивали в наши хромосомы на протяжении многих эонов, плотно затыкают рот сторонникам теории расовой чистоты. Ибо, о какой чистой расе может идти речь, если человечество оказалось не в состоянии соблюсти чистоту своего генетического вида?

А в каком беспорядке природа содержит наш геном? Сравнивая наши хромосомы с хромосомами других живых существ, мы замечаем, что природа не только добавляла новые гены, но переставляла местами, удваивала, а то и просто выкидывала большие сегменты хромосом, проводя нечто вроде капитальной уборки каждый миллион лет. Дарвин в “Происхождении видов” писал о величии воплощения жизни. По результатам исследования человеческого генома, это воплощение носило довольно произвольный характер: природа по-своему понимала генетическое строительство, но кто первый бросит в нее камень, сказав, что конечный продукт не соответствует первоначальному замыслу?

Геном предоставил невероятно ценный резерв информации для науки и медицины, но он не объяснил человека. Своей уникальностью мы обязаны не генам, а богатству нашего разума. А посему, в ожидании новых генетических открытий, я бы советовал не убирать далеко “Братьев Карамазовых”.

Алексей Дмитриев


Метки: бактерии, вирус, вирусы, ген, генетическая, ДНК, интеллект, клетка, клетки, отторжение, хромосома

Comments are closed.