Ген. Очень личная история - Сиддхартха Мукерджи
Теперь благодаря трудам главных регуляторных белков добавляется второй слой информации, который дает каждой клетке возможность обрести и зафиксировать свою идентичность. Химические метки избирательно присоединяются к одним генам и снимаются с других, преобразуя профиль экспрессии в отдельной клетке. Метильные группы нашиваются на ДНК и удаляются, гистоны модифицируются.
Эмбрион развертывается шаг за шагом. Оформляются первичные сегменты, и клетки занимают свои места в разных частях эмбриона. Активируются новые гены, которые командуют программами роста конечностей и органов, и на геномы отдельных клеток навешивается еще больше химических меток. Прибавляются клетки, которые формируют органы и структуры – передние конечности, задние конечности, мышцы, почки, кости, глаза. Часть клеток выкашивается программируемой смертью. Включаются гены поддержания всевозможных функций и метаболизма, а с ними и гены ремонтных работ. Из клетки появляется организм.
Но пусть вас не убаюкивает это описание. Не поддавайтесь, дорогие читатели, соблазну подумать: «Боже, какой сложный рецепт!» – и успокоиться железобетонным выводом, что никому не удастся эту систему понять, взломать и тем более научиться целенаправленно манипулировать ею.
Когда ученые недооценивают степень сложности, они становятся жертвами опасных незапланированных последствий. Назидательные примеры таких научных фиаско широко известны: чужеземные животные, завезенные, чтобы контролировать вредителей, сами становились вредителями; высокие дымовые трубы, призванные уменьшить загрязнение городов, выбрасывали твердые частицы высоко в воздух и лишь усугубляли проблему; стимуляция кроветворения, задуманная для предотвращения сердечных приступов, сгущала кровь и повышала риск тромбозов.
Но когда не-ученые переоценивают степень сложности – «никому не под силу взломать такой код», – они попадают в ловушку неожиданных последствий. В начале 1950-х часть биологов разделяла представление о том, что генетический код окажется столь зависимым от контекста – так сильно определяемым конкретной клеткой конкретного организма и так ужасно запутанным, – что расшифровать его будет невозможно. Истина, как выяснилось, была диаметрально противоположной: код несет всего одна молекула, и этот код един для всего биологического мира. Если мы знаем код, то можем намеренно изменять ДНК в разных организмах, вплоть до людей. Подобным образом в 1960-х многие сомневались, что технологии молекулярного клонирования позволят с легкостью переносить гены между разными видами. К 1980-м производство белка млекопитающих в бактериальных клетках или бактериального белка в клетках млекопитающих было уже не просто осуществимым, а, как сказал Берг, «до смешного простым». Виды оказались «лишь видимостью». «Быть естественным» часто означало «просто позу».
Создание человека по генетическим инструкциям – это, несомненно, сложно, но ничто в этом процессе не запрещает и не ограничивает манипуляции или искажения. Когда социолог подчеркивает, что именно взаимодействия генов и среды – а не одни гены – определяют строение, функции и судьбу, то он недооценивает силу главных регуляторных генов, которые, работая совершенно автономно, без оглядки на условия определяют сложные физиологические и анатомические состояния. Когда специалист по генетике человека говорит, что «посредством генетики нельзя манипулировать сложными состояниями и поведением, потому что их обычно контролируют десятки генов», то он недооценивает способность одного гена – вроде какого-нибудь мастер-регулятора – полностью «переустанавливать» состояние существа. Если активация четырех генов может превратить клетку кожи в плюрипотентную стволовую клетку, если один препарат может изменить идентичность мозга, если мутация в единственном гене может перекроить половую и гендерную идентичность, значит, наши геномы и даже самости гораздо податливее, чем мы себе представляли.
Как я уже говорил, самые мощные технологии – это те, что обеспечивают переходы – от линейного движения к вращательному (колесо), от реального пространства к виртуальному (интернет). Самая мощная наука – та, что проливает свет на правила организации – законы, служащие линзами, через которые мы можем смотреть на мир и постигать его. Технологи стремятся освободить нас от ограничений актуальной реальности с помощью упомянутых переходов. Ученые определяют эти ограничения, очерчивая внешние рубежи возможного. Потому величайшие технологические достижения носят имена, заявляющие о нашем мастерстве обращения с миром: двигатель (от лат. ingenium, «изобретательность»), компьютер (от лат. computare, «вычислять»). И напротив, названия глубочайших научных законов часто отражают пределы человеческого знания: неопределенность, относительность, неполнота, невероятность.
Из всех наук биология – самая беззаконная: в ней есть всего несколько базовых правил и еще меньше правил универсальных. Все живые существа, конечно, подчиняются фундаментальным физическим и химическим законам, но жизнь часто существует на периферии и в расщелинах этих законов, изгибая их до самого предела. Вселенная стремится к равновесию; она предпочитает рассеивать энергию, разрушать структуры и максимизировать хаос. Жизнь создана так, чтобы противодействовать этим силам. Мы замедляем реакции, концентрируем материю и распределяем химические вещества по отсекам; мы сортируем грязное белье по средам. «Порой кажется, что обуздание энтропии[1057] – это наша донкихотская цель во Вселенной», – писал Джеймс Глик[1058]. Мы населяем лазейки в законах природы, выискивая расширения, исключения и оправдания. Законы природы, конечно, обозначают границы дозволенного – но жизнь со всем ее своеобразием и безумной странностью процветает, читая между строк. Даже слон не может попирать законы термодинамики – хотя его хобот, конечно, должен считаться одним из самых эксцентричных средств перемещения материи посредством энергии.
Круговорот биологической информации, видимо, представляет собой одно из немногочисленных организующих, обобщающих правил в биологии.
Безусловно, из направленности этого потока информации есть исключения (ретровирусы способны «крутить педали назад», от РНК к ДНК). И есть еще нераскрытые механизмы в биологическом мире, способные поменять порядок или компоненты информационного потока в живых системах (теперь известно, к примеру, что РНК может влиять на генную регуляцию). Но концептуально круговорот биологической информации уже неизменен.
Из всего нам доступного этот информационный поток более всего приближается к биологическому закону. Когда будет освоена технология управления этим законом, мы совершим один из важнейших переходов за всю историю. Мы научимся читать и писать себя – сами.
Но перед тем как мы перенесемся в геномное будущее, позвольте мне слегка отвлечься на прошлое. Мы не знаем, откуда и как возникли гены. Не знаем мы и того, почему именно этот способ передачи информации и хранения данных выиграл у всех остальных возможных в биологии способов. Но мы можем попробовать воспроизвести в пробирке первичное происхождение генов. В Гарварде биохимик Джек Шостак[1059], обладатель мягчайшего голоса, целых два десятилетия бился над созданием самовоспроизводящейся генетической системы в пробирке – чтобы реконструировать возникновение генов.
Эксперимент Шостака наследовал работам Стэнли Миллера, химика-визионера[1060], который пытался приготовить «первичный бульон» из основных химических компонентов, предположительно существовавших в древней атмосфере. Работая в 1950-х в Чикагском университете, Миллер собрал систему из двух стеклянных колб, соединенных стеклянными
