100 великих загадок современной медицины - Александр Викторович Волков
Ученые давно мечтали прочесть этот тайный план, обрекающий нас на жизнь и на смерть. Зная его, мы, может быть, поймем, – говорилось перед тем, как началось его изучение, – в какой строке надо внести поправку, чтобы избавиться от грозящего рака, подрасти до двух метров или изменить цвет кожи.
В 1990 году стартовал важнейший научный проект по расшифровке генома человека. В нем приняли участие около тысячи ученых из десятков стран, в том числе России. Это был один из самых крупных, честолюбивых и дорогих проектов в истории науки. Для его выполнения потребовалось около 3 миллиардов долларов. Объем работ был очень велик.
Каждый человек состоит примерно из 100 триллионов клеток (это число с 14 нулями!). Каждая клетка содержит весь геном, всю наследственную информацию. В ядре каждой клетки имеются 23 пары хромосом. Они определяют наследуемые свойства организмов. Фактически каждая хромосома – это одна непрерывная молекула ДНК (дезоксирибонуклеиновой кислоты), хранящая генетический код.
Молекула ДНК свернута в клубок. Если бы удалось его размотать, его длина достигла бы двух метров. Состоит молекула ДНК из двух спирально закрученных нитей (каждая толщиной 20 нанометров). В этой двойной спирали – элемент за элементом – записана вся схема нашего организма. Ее алфавит – так называемые азотистые основания: аденин (А), гуанин (Г), цитозин (Ц) и тимин (Т). Азотистые основания обеих нитей ДНК образуют комплементарные пары, причем аденин одной нити неизменно соединен с тимином другой, а гуанин – с цитозином. Всего двойная спираль ДНК содержит около 3,3 миллиарда азотистых оснований. Их комбинации бесконечно разнообразны.
На двойной спирали ДНК выделяются отдельные значимые участки – гены. В них заложена информация о том, как изготавливать те или иные протеины (белки) и ферменты – вещества, которые руководят химическими процессами, протекающими в организме. От комбинации «букв» в том или ином гене зависит, какой протеин или фермент будет «построен» или с какой частотой будут повторяться соответствующие химические процессы.
Много или мало информации содержит геном человека? Если бы мы вздумали перечислить на бумаге – «буква за буквой» – всю последовательность элементов, составивших ДНК, то нам потребовалась бы тысяча книг, в каждой из которых была бы тысяча страниц. Если выписать все «буквы» в ряд, отведя каждому значку всего один миллиметр, то надпись вытянулась бы длиннее Дуная.
На практике же вся эта «Книга книг» умещается в самых крохотных ячейках организма – в клетках. И именно она управляет почти всеми процессами, протекающими внутри нас, влияет на них, регулирует их. Эти таинственные письмена, как и предполагалось, определяют почти всё в нашей жизни: кем мы станем, мужчиной или женщиной? Какой будет наша внешность? Какими заболеваниями, недугами тела и души, мы будем страдать?
В 2001 году было объявлено о полном секвенировании генома человека (в прессе упорно говорилось о «полной его расшифровке»). Геном был секвенирован – можно сказать, записан. Однако многое в этих «записях» всё еще оставалось непонятным. Поэтому завершение проекта «Геном человека» могло означать лишь одно: начинается ряд новых проектов, участники которых занялись расшифровкой отдельных «слов» в этой «записи», то есть отдельных генов.
Ведь сделанное открытие, несмотря на всю эйфорию вокруг него, не дало представления о том, как устроен человек. В руки ученых – вновь вернемся к этому сравнению – попала книга на неведомом языке: книга, в которой не только нет ни одного знака препинания, но и все слова слиты друг с другом в единое целое.
Используя самые мощные компьютеры, ученые взялись разделять эту бесконечную строку на отдельные гены, затерянные среди всякого мусора (его в ДНК оказалось 95–97 %). Конечно, этот мусор тоже играют какую-то роль в нашем организме, но предстояло еще понять какую.
Между тем число генов у человека к концу проекта «сократилось» в разы. Ведь, приступая к работе, ученые полагали, что в нашем геноме должно быть не менее 100 тысяч генов, чтобы кодировать все особенности и функции организма. Однако оказалось, что геном человека содержит от 20 до 30 тысяч генов.
Проект «Геном человека» призван был подтвердить гипотезу о «генетическом детерминизме», о том, что всё в нашей жизни определяется генами. Однако ученые быстро убедились в том, что чрезвычайно трудно объяснить те или иные качества человека влиянием конкретных генов. Между генотипом и особенностями нашей личности нет строгой причинно-следственной связи. В нашем геноме нет «кнопочек», которые звались бы «геном храбрости» и «геном трусости», «геном жадности» и «геном щедрости»…
В 2008 году уже без особой шумихи стартовал новый крупный международный проект: «1000 геномов». Он призван был ответить на ряд вопросов: что отличает геномы разных людей? Какие гены придают неповторимую особенность человеку? Какие именно гены могут вызывать у нас определенные заболевания?
Всего к окончанию проекта были секвенированы геномы 2500 человек, представляющих разные народы, проживающие на четырех континентах.
Собранный банк данных очень важен для научного сообщества. Анализируя эти геномы, исследователи будут искать корни многих болезней. Ведь всё, что постепенно разрушит наше тело, обычно уже прописано в геноме с той или иной степенью вероятности: внесена ли эта «черная метка» еще перед нашим появлением на свет – по классическим законам наследственности, или сама жизнь (окружающая среда, наши вредные привычки) что-то изменила у нас в геноме – уже по правилам эпигенетики.
По большому счету, геномы всех людей одинаковы. И все-таки, если тщательно, по каждому знаку, сверять геномы двух конкретных людей, можно найти несколько миллионов отличий. Чаще всего они незначительны, но именно они и придают нам неповторимый облик и – свои индивидуальные медицинские показатели.
Неужели гены полностью и изначально программируют нашу жизнь?
Но есть и «большая разница». Самые заметные генетические отличия исследователи обнаружили у людей африканского происхождения, что и следовало ожидать. Ведь несколько десятков миллионов лет назад часть популяции Homo sapiens, анатомически современных людей, покинула свою прародину – Африку. Две ветви человечества очень давно разделились. За это время неминуемо должны были накопиться отличия в геноме.
…Итак, прошло полтора десятилетия с тех пор, как завершился проект «Геном человека». Сегодня процедуру «расшифровки» генома, поглотившую десять лет труда многих сотен ученых и стоившую миллиардных сумм, можно выполнить за считаные минуты, и обойдется это в какую-то тысячу долларов. Новые методы секвенирования помогают врачам, экологам и полицейским. Быстрый и дешевый метод исследования ДНК открывает
