Читая между строк ДНК. Второй код нашей жизни, или Книга, которую нужно прочитать всем - Петер Шпорк

Многие из этих открытий сделаны в результате опытов с дрожжевыми грибками, растениями, мухами или грызунами. Тем не менее большинство исследователей уверены в возможности перенесения результатов на человека. Частично такое перенесение уже увенчалось успехом. И ряд доселе непонятных феноменов можно теперь объяснить с помощью эпигенетики. Кроме того, речь идет о фундаментальных процессах, протекающих в клетках, а здесь мы не так уж сильно отличаемся от животных.

В этой книге я стремлюсь выполнить три задачи. Я хочу объяснить, что такое эпигеномы и как они функционируют. Представить многочисленные выдающиеся открытия, совершенные эпигенетиками на сегодняшний день. Но прежде всего мне хотелось бы обратить внимание на последствия этих открытий для нас и нашего образа жизни, высказать рекомендации по поводу возможных положительных изменений уже сегодня, чтобы осмысленно использовать власть над нашей наследственностью, которую дает нам второй код.

При этом я основываюсь исключительно на высказываниях и прогнозах признанных ученых. Таким образом, велика вероятность, что большая часть написанного в этой книге останется в силе и через несколько десятилетий.

Поймите меня правильно: несмотря на то что в свете дальнейших исследований некоторые высказывания могут оказаться неверными, эпигенетика как таковая в самом ближайшем будущем радикально изменит нашу жизнь. Политики, работающие в области здравоохранения, разработают программы, которые окажут психологическую, финансовую и диетологическую поддержку будущим родителям — ради долгой и здоровой жизни их детей. Курильщику придется искать себе гораздо больше оправданий, поскольку вредит он не только себе, но и здоровью еще не родившихся детей и внуков. Некоторые химикаты, широко используемые сегодня, будут запрещены, поскольку они модифицируют эпигеномы наших клеток.

Появятся также и новые лекарства, эффективно борющиеся с раком, депрессиями и многими другими болезнями — за счет обратимости неправильного эпигенетического программирования. Наконец, можно будет применять стволовую терапию, так как ученые научатся перепрограммировать второй код отдельных клеток. Следовательно, благодаря эпигенетике выздоровеют многие люди, которые сегодня считаются неизлечимо больными.

В 2006 году была присуждена первая Нобелевская премия за открытие в области эпигенетики. Нобелевский комитет отметил ученых из США Эндрю Файера и Крейга Мелло за работу по так называемой РНК-интерференции. Под этим обозначением подразумевается один из трех механизмов, с помощью которых клетки формируют эпигенетическую память. Я убежден, что исследование второго кода принесет еще больше революционных открытий.

Вполне вероятно, что один из многих ученых, процитированных в этой книге и беседовавших со мной в лаборатории или в кулуарах научных конгрессов, тоже однажды получит Нобелевскую премию.

Я присудил бы ее всем им.

1

От генетики к эпигенетике: почему генам нужны переключатели

Книга жизни

До конца срока на посту президента США Уильяму Джефферсону — или просто Биллу — Клинтону остается еще несколько месяцев. Он входит в церемониальный зал Белого дома. Размеренным шагом приближается к трибуне, растягивает сжатые губы, как делает всегда, если собирается сказать о чем-то важном, и объявляет многочисленным иностранным гостям и представителям средств массовой информации, а также удивленным телезрителям: «Сегодня здесь, в Восточном зале, собрались представители всего мира, чтобы посмотреть на совершенно особую карту». Речь шла «о самой важной, самой удивительной карте, которую когда-либо создавало человечество».

26 июня 2000 года. Клинтон выступает не один. Два героя стоят рядом с ним, оба именитые молекулярные биологи: справа — Фрэнсис Коллинз из Национального института здравоохранения США, представитель международного проекта «Геном человека», финансируемого из бюджета. Слева — Крейг Вентер из частной фирмы «Селера Джинетикс». Обе команды последние десять лет вели жесткую конкурентную борьбу. Речь шла не более и не менее, как о расшифровке биологической основы человека, — так, по крайней мере, представлялось.

В тот момент команда Крейга Вентера, подгоняемая честолюбием и поддерживаемая неисчерпаемым частным капиталом, заметно лидирует, однако соперники объединяются по случаю общественно важного события. Они совместно представляют, по их выражению, «рабочую версию» карты генома человека: на их диаграммах проставлены 97 % всех букв генного кода человека. «Книга жизни» — как назвали эту карту Клинтон и ученые — теперь может быть прочитана.

По спутниковой связи результаты исследования комментируют генетики из Парижа, Лондона, Пекина, Токио и Берлина. Подключается и премьер-министр Великобритании Тони Блэр. Оба политика не скупятся на высокопарные выражения. Генетическая карта, по словам президента США, несравнимо важней географической карты Америки, которую Томас Джефферсон, предшественник Клинтона в Белом доме, представлял в этом же зале 200 лет назад. Затем президент поздравляет Блэра с тем, что ожидаемая продолжительность жизни его недавно родившегося сына увеличилась на 25 лет. Такие массовые болезни, как рак, болезнь Паркинсона, болезнь Альцгеймера или диабет, в ближайшее время станут излечимыми благодаря новым данным.

Эйфория кажется оправданной, ибо ученые наконец могут почти полностью расшифровать текст из 3,3 миллиарда букв, который образуют ступени двойной спиральной лестницы наследственного вещества человека. Эта лестница — самая известная двойная спираль в мире, дезоксирибонуклеиновая кислота, сокращенно ДНК, известная также по аббревиатуре своего англоязычного названия — DNA. Все наследственное вещество человека содержится в 46 молекулах ДНК — их называют хромосомами. Существуют 22 пары одинаковых хромосом. У женщин имеется еще две Х-хромосомы, у мужчин одна X- и одна Y-хромосома. В каждой паре одна хромосома наследуется от отца и одна — от матери.

Молекулы ДНК — невероятно длинные, но толщиной всего в десяток атомов — есть в ядре каждой клетки. Секрет их наследуемости кроется в особой форме, которая легко репродуцируется. Когда клетка делится, чтобы образовать две дочерние, ее двойная спираль раскрывается подобно замку-молнии. Затем она синтезирует недостающую цепь, так что из одной молекулы ДНК получается две идентичные дочерние молекулы. Каждая дочерняя клетка получает в наследство одну из этих молекул, а с ней — полный геном материнской клетки.

Для продолжения рода у людей сначала образуются яйцеклетки или сперматозоиды, в которых каждая хромосома определенного типа существует в единственном числе. Только случай решает, какой ген будет унаследован от дедушки или бабушки. Поэтому братья и сестры, если они не однояйцевые близнецы, генетически отличаются друг от друга. Пол ребенка также зависит от случая: если он унаследует от отца Х-хромосому, родится девочка, если Y-хромосому — мальчик.

При оплодотворении яйцеклетка и сперматозоид сливаются, и новая клетка опять приобретает полный набор из 46 хромосом. Эта невероятно малая первоначальная единица жизни содержит почти всю информацию, которая обеспечивает ее биологическое развитие и последующую жизнеспособность. Через много лет, в соответствии с очень сложной программой, записанной большей частью также в ДНК, из нее разовьется новый взрослый человек со своими совершенно особыми свойствами, сохраненными в индивидуальной книге жизни.

Как молекулярная биология высадилась на Луну

Передавая свой геном по наследству, человек тем самым вручает потомству сохраненные в ДНК тексты, которые определяют большую часть структуры и свойств его жизни. Это обстоятельство объясняет, почему в июне 2000 года генетики Коллинз и Винтер находились в центре внимания. Они стали первыми учеными, прочитавшими генетический код человека — текст, состоящий всего из четырех букв: А, Ц, Т и Г (А, С, Т, G, лат.).

Это первые буквы названий нуклеотидов — аденина, цитозина, тимина и гуанина, которые всегда попарно образуют ступеньки лестницы ДНК. В их последовательности и кроется в конечном счете план строения всякой жизни. Ибо она кодирует структуру бесчисленных и разнообразных белков человеческого организма.

Каждая часть клетки, каждый фермент, каждое сигнальное вещество, каждая комплементарная реципиентная молекула — это, в сущности, специализированный белок. И все эти элементы постоянно одним и тем же образом синтезируются каждой нашей клеткой с помощью соответствующего только ему участка ДНК. Именно в небольших нюансах кодов ДНК кроется причина генетически фиксированных различий между людьми — например, в том, что касается цвета глаз или волос. Эти различия и приводят к тому, что клетки одного человека синтезируют белки немного иначе, чем клетки другого. А несколько иные белки — это и есть небольшое отличие от других.