Мэтт Ридли - Геном

Работая в госпитале Святого Варфоломея на Грейт Ормонд-стрит в Лондоне, Гаррод столкнулся с несколькими пациентами, страдающими редким, но неопасным заболе­ванием — алкаптонурией. Помимо ряда других неприятных симптомов, таких как артрит, для больных был характерен красноватый или чернильно-черный цвет мочи и ушной серы, который они приобретали через определенное вре­мя пребывания на воздухе в зависимости от принимаемой пищи. В 1901 году Гаррод обратил внимание на одну семью, в которой двое из пяти детей страдали алкаптонурией. Это наводило на мысль, что проблема связана именно с семьей. Он обнаружил, что родители детей были двоюродными братом и сестрой. Тогда Гаррод изучил семейные истории других пациентов. Оказалось, что в восьми из семнадцати случаев алкаптонурии родители пациентов состояли друг с другом в том или ином родстве. Но болезнь не просто пере­давалась от родителей к детям. У людей, страдающих алкап­тонурией, рождались нормальные дети, но болезнь могла проявиться в следующем поколении. К счастью, Гаррод следил за последними достижениями в биологии. Его друг Уильям Бэтсон (William Bateson) был одним из тех, кого пле­нили лишь два года назад обнаруженные в архивах и пере­изданные труды Грегора Менделя (Gregor Mendel). Бэтсон как раз писал научную работу, с тем чтобы популяризиро­вать вновь обретенную теорию менделизма о рецессивах — признаках, проявляющихся в одном поколении, скрытых в следующем и вновь возникающих в третьем поколении при близкородственном скрещивании. Он даже сохранил бота­ническую терминологию Менделя, назвав эти признаки хи­мическими мутациями.

J До этих пор под мутациями понимали только изменения ^ыЯк во внешнем виде растений.

Идеи Менделя заинтересовали Гаррода. Вполне вероят­но, думал он, что болезнь наследуется от обоих родителей и проявляется из-за того, что в организме не хватает како­го-то вещества. Будучи хорошим специалистом не только в генетике, но и в химии, он знал, что потемнение мочи и ушной серы связано с присутствием в них гомогентизино- вой кислоты. Эта кислота синтезируется в организме лю­бого человека, но быстро разрушается и выводится. Гаррод предположил, что причиной накопления гомогентизино- вой кислоты может быть то, что перестает работать катали­затор, участвующий в ее разрушении. Гаррод знал, что ката­лизаторами биохимических реакций выступают ферменты, представляющие собой белки. Следовательно, наследуемый признак (ген) связан с отсутствием всего одного соедине­ния. У больных людей этот ген производит дефектный бе­лок. Но если из двух генов дефективным является только один, болезнь не проявляется, так как одного полноценно­го гена оказывается вполне достаточно, чтобы компенсиро­вать дисфункцию другого.

Так появилась теория Гаррода о «врожденных ошиб­ках метаболизма», из которой следует гораздо более фун­даментальное предположение о том, что гены кодируют катализаторы химических реакций по принципу «один ген — один белок». Гаррод писал: «Врожденные ошибки ме­таболизма происходят в результате сбоя на одном из этапов в цепи химических реакций, вызванного отсутствием или дисфункцией определенного фермента». Поскольку фер­менты — это белки, можно сказать, что именно в белках заложена «химическая индивидуальность особи». Книга Гаррода, изданная в 1909 году, тщательно рецензировалась и была положительно воспринята, но все рецензенты упу­стили самое важное в этой работе. Они хвалили автора за выяснение причины редкого заболевания, но никто из них не обратил внимания на фундаментальное значение откры­тия. Теория Гаррода оставалась незамеченной в течение последующих 35 лет, пока не была вновь открыта. К тому времени появилось много новых подтверждающих ее фак­тов и теорий наследственности, а Гаррод уже десять лет как был мертв (Beam A. G., Miller Е. D. 1979. Archibald Garrod and the development of the concept of inborn errors of me­tabolism. Bulletin of the History of Medicine 53: 315-328; Childs B. 1970. Sir Archibald Garrod's conception of chemical individu­ality: a modern appreciation. New England Journal of Medicine 282: 71-77; Garrod A. 1909. Inborn errors of metabolism. Oxford University Press, Oxford).

Теперь нам известно, что основное назначение генов состоит в сохранении рецептов синтеза белков. Именно белки выполняют почти все химические, структурные и регуляторные функции организма. Они продуцируют энер­гию, борются с инфекцией, переваривают пищу, образуют волосы, переносят кислород и пр. Абсолютно все белки появились потому, что в организме есть гены, в каждом из которых закодирована структура определенного белка. Но обратное утверждение будет неверным. Есть гены, ко­торые не кодируют белки, например гены рибосомальных РНК, лежащие на хромосоме 1. Но даже эти гены нужны для того, чтобы создавать другие белки. Предположение Гаррода совершенно верно: от своих родителей мы насле­дуем огромный список рецептов по приготовлению раз­ных белков или по созданию устройств, необходимых для синтеза белков, и ничего больше.

Современники Гаррода упустили основную мысль его учения, но по крайней мере воздали должное его таланту. К сожалению, этого нельзя сказать о человеке, чьи идеи он наследовал, — Грегоре Менделе. Даже трудно представить себе, насколько разными были миры Гаррода и Менделя.

Мендель родился в 1822 году в маленькой деревушке Хайнцендорф (Heinzendorf), теперь Хинеице (Hynoice), в Северной Моравии и крещен по рождению Иоанном. Его отец Антон арендовал небольшой участок земли у помещи­ка, на которой трудился от зари до зари. Когда Иоанну было 16 лет и он с отличием учился в средней школе г. Троппау (Troppau), произошло несчастье. Здоровье его отца было окончательно подорвано, когда его придавило упавшее де­рево. Антону пришлось продать ферму своему зятю, чтобы дать возможность сыну окончить школу и поступить в уни­верситет Олмюце (Olmiitz). Но денег катастрофически не хватало. Чтобы получить образование, Иоанну пришлось стать монахом ордена Августинцев, взяв себе имя брат Грегор. Он без труда окончил теологический колледж в Брюнне (Briinn), теперь Брно, и стал приходским священ­ником. Этот уровень был не для пытливого ума юноши. Мендель пытался поступить в Венский университет, но провалился на экзаменах.

Менделю пришлось вернуться в Брюнн тридцатиодно­летним неудачником, годящимся только для монастырской жизни. Но ему легко давалась математика, он прекрасно играл в шахматы, не был чужд увлечению искусством и об­ладал добрым и веселым нравом. Кроме того, он, как и его отец, был очень хорошим садовником, умел прививать и разводить фруктовые деревья. Корни его таланта исходили из крестьянского опыта и многовековой практики. Законы наследственности были впервые постигнуты и использо­ваны на практике не учеными, а древними неграмотными людьми, научившимися выводить сорта растений и поро­ды животных. Но эти знания никогда не были системати­зированы. Отдавая должное народным знаниям, Мендель писал: «Никогда ранее селекционерам не доводилось раз­вить свое мастерство до такой степени, чтобы уметь про­считать все доступное разнообразие форм или вычислять вероятность появления той или иной формы». После этих слов, с которыми Мендель обращался к аудитории, слуша­тели обычно засыпали.

Итак, отец Мендель, достигнув тридцатичетырехлет­него возраста, начинает серию экспериментов с горохом в монастырском саду, которые продолжались на протяже­нии восьми лет, в течение которых было высажено 30 ООО саженцев разных растений (только в I860 году— 6 000 опытных растений). Результаты эксперимента с большим опозданием изменили научный мир. Но сам Мендель по­нимал, что он получил. Результаты были публикованы им в Verhandlungen des naturforschenden Vereins Briinn (Труды Общества естествоиспытателей города Брюнна) — журна­ла, который со временем занял место на полках всех веду­щих библиотек. Признание к Менделю не приходило, и он постепенно утратил интерес к работе в саду, став аббатом Брюнна —добрым, заботливым, но, может, не очень набож­ным священником. (Во всяком случае в его трудах доброка­чественной пище отведено больше места, чем Богу.) Его по­следние годы были посвящены затяжной позиционной вой­не за отмену нового налога, взимаемого правительством с монастырей. Мендель был последним аббатом, платившим этот налог. Если бы спросили умирающего Менделя, чем он прославился в жизни, пожалуй, он упомянул бы только Леоша Яначека (Leos Janocek) — талантливого девятнадца­тилетнего юношу из церковного хора, которого он вывел в главные хормейстеры Брюнна.

В своих экспериментах в церковном саду Мендель скре­щивал разновидности гороха. Но его занятие нельзя на­звать любительской игрой в науку. Это был масштабный, системный и хорошо продуманный эксперимент. Мендель отобрал для скрещивания растения с семью парами измен­чивых признаков (фенотипом). Он скрещивал растения с гладкими и морщинистыми, а также с зелеными и желтыми горошинами. Другие пары отличались стручками: гладкие и морщинистые, зеленые и желтые, с серыми и белыми покровными волосками. Учитывалась также морфология растений: с боковыми и концевыми цветками, с длинным и укороченным стеблем. Впрочем, какое количество разных признаков он опробовал, мы не знаем. Это лишь те из них, данные по которым были опубликованы. Все перечислен­ные признаки не только поддаются селекции, но каждый из них кодируется единственным геном. Наверное, это не случайно. Мендель отобрал именно те признаки из мно­гих, которые соответствовали ожидаемым результатам. Во всех случаях гибридные растения выглядели как одна из родительских форм. Казалось, что альтернативный при­знак исчез. Но это было не так. Мендель позволил гибрид­ным растениям самоопылиться, и, как предполагалось, утраченный признак растения-дедушки вновь проявился в первозданной форме у четверти внуков. Он считает и пересчитывает: 19 959 растений второго поколения, в ко­торых доминантный признак соотносится с рецессивным в пропорции 14 949 растений к 5 010, или 2,98:1. Только в следующем столетии сэр Рональд Фишер (Ronald Fisher) с удивлением заметит, насколько это соотношение близ­ко к 3:1. Следует помнить, что Мендель был талантливым математиком, поэтому еще до начала экспериментов он предполагал получить именно такое соотношение (Mendel G. 1865. Versuche iiber Pflanzen-Hybriden. Verbandlungen des naturforschenden Vereines in Briinn 4: 3-47).