Текст книги "100 великих загадок современной медицины"

Вернется ли евгеника?

Итак, можно ли раз и навсегда избавиться от вредных генов, пресечь их распространение? Для этого надо вмешаться в сам процесс зарождения ребенка, чтобы изменить набор генов, которыми снабдят его родители.

Сделать это должен новый метод «починки» генов – зародышевая терапия. Он предполагает, что дефектные гены будут ремонтироваться еще в клетках – предшественницах сперматозоидов и яйцеклеток, то есть в тех клетках, из которых формируется будущий ребенок.

Идея заманчивая. Почему одни дети появляются на свет совершенно здоровыми, а родители других вынуждены тратить огромные деньги на то, чтобы поддержать жизнь у своих несчастных детей, страдающих из-за редкого генетического дефекта?

«Трудно представить себе, что какое-нибудь правительство захотело бы помешать тому, чтобы родители дали своим детям то, что другие дети получают просто по праву рождения», – пишет Ли Сильвер, генетик из Принстонского университета, автор книги «Клонированный рай».

Но это всё полуправда. Вопрос прежде всего в том, для чего будет использована зародышевая терапия. Ведь можно не ограничиваться выключением и заменой опасных генов. Можно и «подключить» ребенку некоторые новые гены – например, те, что защитят его от некоторых инфекционных заболеваний.

Родители могут заранее позаботиться о том, чтобы будущий ребенок родился голубоглазым, чтобы он вырос высоким и широкоплечим, чтобы жил подольше, – и даже приготовят его к некоторым природным изменениям, происходящим вокруг нас: например, на генетическом уровне снабдят защитой от вредных ультрафиолетовых лучей. Ведь, если озоновый слой в атмосфере когда-нибудь превратится в дырявый экран, эти лучи станут беспрепятственно проникать к Земле (после появления над полярными областями планеты «озоновых дыр», об этой мрачной перспективе много говорилось).

Сильвер уверен, что в недалеком будущем «на рынке» появятся «улучшенные варианты человека». По аналогии с компьютерными программами их будут называть «человек 2.0» или «человек 3.0».

Нобелевский лауреат Джеймс Уотсон считает, что ученые должны взять эволюцию под свой контроль: «Если мы можем улучшить человека, оснастив его новыми генами, то почему бы нам этого не сделать? Если мы не будем использовать наши знания во благо человеку, наше промедление тоже станет этической проблемой».

Итак, люди неминуемо начнут вмешиваться в геном человека, латая и починяя его, словно примус. Однако даже эти уверенные манипуляции не гарантируют нам выживание в яростном и катастрофически меняющемся мире. Каков бы ни был наш опыт, нам не дано предугадать содрогание грядущего неба. Эволюция слепа. Она тасует варианты, ошибается, и ее ошибки часто многозначительнее наших рассуждений. Подчас случайный генетический дефект спасает куда надежнее, чем нацеленный поиск ученых. Всего не предусмотришь.

Так, появление дефектных генов, вызывающих серповидноклеточную анемию – редкое заболевание крови, в то же время защищает человека от малярии. И, наоборот, если внедрить ген, оберегающий от ультрафиолетовых лучей, это доброе дело может обернуться очередным поражением науки «перед лицом Природы», или прок в одном – повлечь убыток в другом. Так, спасенный «от озоновой дыры» может внезапно стать восприимчивым к каким-то редкостным недугам или даже не существующим пока болезням – этим будущим «ВИЧ-инфекциям», которые назовут «чумой XXV или XXVIII века». Любая манипуляция над генами, пусть самая осторожная, может принести больше вреда, чем пользы. Однако даже это соображение вряд ли остановит тех, кто будет добиваться всех мыслимых преимуществ для собственных отпрысков.

В конце концов люди начнут наделять своих будущих детей феноменальными физическими и интеллектуальными возможностями. В перспективе можно даже создать методами генетической терапии новую элиту. Тогда общество непременно расслоится на тех, кто имеет доступ к этим дорогостоящим медицинским практикам, и тех, кто обречен оставаться «второсортным человеком», «устаревшей моделью человека». Нечто подобное описал в своем романе «О дивный новый мир» британский писатель Олдос Хаксли.

Что это, страшная утопия? Может быть. Во многих странах мира зародышевая терапия пока запрещена. Считается, что она нарушает законы этики. Но, по мнению ряда исследователей, со временем строгие запреты будут отменены.

«Если эта терапия действительно окажется полезной, то почти наверняка появятся люди, которые захотят ее применять. Вслед за ними и многие другие тоже наверняка решат ей воспользоваться, это произойдет неизбежно», – полагает американский генетик Грегори Сток.

Рано или поздно отвергнутая всеми евгеника вернется – теперь уже с применением самых высоких технологий. Единственный вопрос, когда это случится, когда в наш обиход войдет «евгеника 2.0».

Ведь первая версия «евгеники» с позором была изгнана из приличного общества. Слишком тяжелые воспоминания остались от того беспримерного ража, с каким ее энтузиасты и поборники пытались улучшить природу человека каких-то сто лет назад, в первой половине XX века.

Основоположник евгеники, британский ученый Фрэнсис Гальтон, был уверен, что эволюцию человека можно ускорить. Однако в то время, как одни его последователи размышляли над тем, как увеличить число одаренных людей, другие придумывали, как избавить человечество от «балласта».

В медицине эпигенетика ставится в один ряд с эпохальными научными достижениями человечества в области естествознания

Рождение нового человека должно было сопровождаться отмиранием старого. Вершиной селекционной деятельности стали «перековка» людей в сталинском Союзе и «окончательное решение» в гитлеровской Германии. Пример же европейцам подали ученые и законодатели, жившие в другой части света, отмечает на страницах книги «Война против слабых» американский историк Эдвин Блейк.

«Война против слабых» велась ради «создания нордической расы, превосходящей все другие». Целый ряд влиятельных американских политиков и интеллектуалов в начале прошлого века думал о том, как улучшить «качество нации», как очистить ее от вредных примесей – от бедных, слабоумных, преступных, наследственно больных и, наконец, цветных людей.

«Наша страна населена людьми нордической расы, она построена ими», – писал один из ведущих специалистов по евгенике того времени Лотроп Стоддард (впоследствии он лично познакомится с Гитлером). Теперь же происходит «вторжение целых орд из альпийских и средиземноморских стран»; вместе с ними в страну устремляются «азиатские элементы – левантийцы (арабы. – А.В.) и евреи» (в качестве комментария отметим, что всего за три десятилетия, с 1890 по 1920 год, в США переселились около 17 миллионов одних только европейцев).

Мания евгеники овладела американцами. Даже элитные университеты подпали под обаяние «совершенно расистской идеологии». «Самые светлые и умные головы» в Гарвардском, Принстонском и Йельском университетах, продолжает Блейк, разработали «способ измерения интеллектуальных способностей, следуя которому можно было объявить тупицами и идиотами от 70 до 80 % всех афроамериканцев и евреев».

В стране развернулась кампания по принудительной стерилизации. Ее жертвами стали более 60 тысяч человек, в основном бедняков и людей с темным цветом кожи. Отношение к евгенике и в США, и во всем мире резко изменилось лишь в годы Второй мировой войны, когда люди увидели евгеническую практику нацистов во всей ее зловещей красе.

В каком же обличье предстанет перед нами «евгеника 2.0»? Что она принесет, зло или добро?

Эпигенетика – больше чем генетика?

После того как в середине XX века была открыта структура ДНК, долгое время считалось, что лишь генетический код организма, то есть последовательность «букв» в молекуле ДНК, определяет важнейшие особенности нашего организма, в том числе здоровье.

Однако после успешного завершения в 2001 году проекта «Геном человека» выяснилось, что вся информация о нашем организме заключена лишь в 20–30 тысячах генов, а не 100–150 тысячах, как предполагалось ранее (тогда была популярна теория «один ген – один протеин»).

Расчеты показали, что геном человека содержит всего около 8—10 мегабайт информации (!), что недостаточно даже для кодирования структуры головного мозга. Что уж говорить о нормальной работе этого сложнейшего органа, этого «персонального компьютера», спрятанного у нас в голове?

Постепенно стало ясно, что геном – это не раз и навсегда определенная схема, а очень пластичная, «подвижная» структура. С геномом как с нотной грамотой. Одно и то же произведение может прозвучать по-разному – всё зависит от акцента. Какие-то гены активизируются, какие-то выключаются, «нокаутируются», как говорят ученые. На протяжении всей нашей жизни уровень активности генов меняется.

Эти процессы исследуют представители особой научной дисциплины – эпигенетики. Всё дело в том, что активностью генов управляют внешние молекулярные механизмы, расположенные не в самой ДНК, а снаружи («эпи» по-гречески – это «над» или «сверх»). В результате за счет присоединения функциональных химических групп к определенным участкам ДНК, экспрессия отдельных генов подавляется или, наоборот, возрастает, то есть уменьшается или увеличивается выработка кодируемых ими протеинов. Например, метилирование ДНК приводит к блокировке генов, а ацетилирование включают «дремавший» прежде отрезок ДНК.

ДНК словно магнитофонная лента, пишет генетик Брайан Тернер из Бирмингемского университета: «Однако любая аудиозапись бесполезна, если ее нельзя прослушать на проигрывателе. Эпигенетика как раз и занимается такого рода воспроизводящими устройствами». Различие между генетикой и эпигенетикой, замечают специалисты, заключается также в том, что одна изучает изменения, накапливающиеся за миллионы лет, а другая – за несколько поколений.

Сегодня эпигенетика считается одной из самых перспективных дисциплин в биологии. «По значимости совершаемых в данной области открытий и масштабу разворачивающихся при этом перспектив как в фундаментальной науке, так и в практической медицине эпигенетика ставится в один ряд с такими эпохальными научными достижениями человечества в области естествознания, как теория эволюции Дарвина, открытие Менделя (основоположника учения о наследственности. – А.В.) и установление структуры ДНК, – отмечают член-корреспондент РАН В. И. Киселев и академик М. А. Пальцев. – Становится очевидно, что эпигеном высокоразвитых многоклеточных организмов является полноценной “второй информационной системой”, которая обеспечивает дополнительный мощный информационный ресурс для сложной многоуровневой регуляции их жизнеобеспечения и функционирования».

Влияние эпигенетических факторов особенно наглядно проявляется при исследовании близнецов. Так, группа ученых из Национального онкологического центра в Мадриде, проанализировав ДНК 40 пар однояйцевых близнецов в возрасте от 3 до 74 лет, убедилась, что примерно у каждой третьей пары их эпигенетический профиль – перечень включенных и блокированных генов – заметно разнился. Особенно велики различия были у пожилых близнецов, а также у тех, кто длительное время жил порознь. Похоже, что эти подспудные различия накапливались в течение всей их жизни. Со временем это всё более разводило близнецов, делало их судьбы не похожими одна на другую. В раннем же возрасте их эпигенетические профили, наоборот, были практически одинаковы. Внешние факторы только начинали совершать свою работу, тасовать «карты», сданные нам от рождения. Так что гены управляют нами, а окружающая среда все-таки находит способы дирижировать нашими генами.

Изучив факты биографии обследованных близнецов, испанские ученые убедились в следующем: чем заметнее различались их привычки, их образ жизни – питание, занятия спортом, потребление табака и алкоголя, – тем ощутимее менялся их эпигенетический профиль.

Несомненно, природа человека обусловлена как его врожденными задатками, так и внешними факторами. Эпигенетика – это своего рода мост между ними. Организм приспосабливается к среде, в которой живет, к ее условиям за счет того, что активизирует или блокирует определенные гены.

Итак, ДНК – это куда более открытая система, чем считалось прежде. Все эти генетические колесики и рычажки поворачиваются легче, чем принято считать. В какой-то мере мы и впрямь оказываемся «кузнецами своей судьбы». Приобретая те или иные привычки – опыт близнецов тому порукой, – мы сами определяем, что может с нами случиться, какими мы можем стать. Касается это в первую очередь нашего здоровья. Образно говоря, любой поступок, любой сделанный шаг может неожиданно отразиться на генетике человека. Что-то активизируется, что-то нокаутируется – и так всю жизнь. Сплошные удары судьбы!

Для биологов и медиков знание всех протеинов, содержащихся в организме, важнее, чем знание генома

Однако эпигенетические изменения нестабильны. Они быстро накапливаются, но могут и легко исчезнуть. Они регулируются процессами, протекающими в организме, а также внешней средой. Тут можно назвать и процессы, связанные со старением организма, и особенности питания, и пережитый нами стресс, и лекарства, которые мы вынуждены постоянно принимать, и даже эмоции, испытываемые нами. Научно доказано, что эпигенетические изменения, вызванные, например, стрессом, могут при определенных условиях передаваться трем-четырем следующим поколениям (этот факт вызвал в кругах ученых бурные споры, виделся многим ошибкой, каким-то лженаучным утверждением). Для нашего организма, отмечают исследователи, чрезвычайно важно, что он может так гибко реагировать на вызовы, которые бросает нам окружающая среда.

На сегодняшний день установлено, что нарушение метилирования ДНК и другие эпигенетические сигналы приводят к преждевременному старению, способствуют развитию таких патологий, как диабет, астма, псориаз, вызывают хронические заболевания и тяжелые психические расстройства (болезнь Альцгеймера, болезнь Паркинсона, аутизм, шизофрения), оказывают влияние даже на то, как мы переносим инфекционные болезни. Известно, что многочисленные микроорганизмы, обитающие внутри нас, в том числе вирусы и грибы, способны менять метилирование ДНК и тем самым они заставляют наши гены выполнять то, что выгодно им.

В медицине сформировалось даже отдельное научное направление – эпигенетика рака. Ведь характерные эпигенетические нарушения известны сегодня почти для всех видов злокачественных новообразований. Они возникают уже на самой ранней стадии рака и обуславливают, как будет протекать болезнь. Эти выявленные эпигенетические маркеры должны служить своего рода мишенями для новых противоопухолевых препаратов, которые будут лечить не «рак вообще», а онкологическое заболевание вполне конкретного человека.

В каком-то смысле эпигенетика и впрямь больше чем генетика. Она может решительно менять живой организм, не затрагивая принципиальной схемы, по которой тот создан. В ближайшие десятилетия ученым предстоит досконально понять, как эти изменения влияют на наше здоровье.

Тысячи… тысячи протеинов

Итак, в 2001 году удалось составить точную карту генома человека – получить бесконечный ряд «букв», в котором среди биологического мусора затеряны отдельные «слова», то бишь гены. После этого пришло время заняться «биогерменевтикой» – истолковать добытую запись, отыскивая среди непонятицы знаков все новые гены.

Но в поисках случайных «слов» не утратим ли мы общий смысл сказанного? Гены – всего лишь «инструкция», «схема», по которой создана подлинная загадка природы: протеины, то есть белки. Говоря языком, понятным всем, гены – поваренная книга, испещренная тысячами рецептов; протеины – угощение, выставленное на стол.

Без протеинов не было бы жизни. Из них состоят бесчисленные клетки и ткани, слагающие наше тело. Они в обличье ферментов, медиаторов и других биологически активных элементов вдыхают в него жизнь. Они определяют всю нашу жизнь – наше здоровье и судьбу.

В процессах, протекающих внутри организма, участвует невероятное множество белковых молекул. Для ученых всё более понятно, что разнообразие жизненных процессов нельзя сводить исключительно к генам. Его надо искать на других уровнях – уровнях клеток и протеинов.

Именно поэтому для биологов и медиков знание всех протеинов, содержащихся в организме, представление о том, как они работают, еще важнее, чем знание генома. Однако изучить всю совокупность протеинов, понять, для чего они нужны, что за обязанности выполняют, как влияют на здоровье, гораздо труднее, чем расшифровать геном. Структура протеинов очень разнообразна. В каждой ткани, в каждой клетке нашего тела имеется бесчисленное множество протеинов.

В начале XX века они уже пребывали в центре внимания ученых. Именно тогда стало ясно, что белковые молекулы являются основными участниками жизненных процессов. Поэтому их назвали «протеинами» (от греческого слова protos, «первый», «важнейший»).

Однако в середине XX века, когда была открыта структура ДНК, всё внимание ученых переключилось на генетический код живых организмов. Протеины казались теперь чем-то второстепенным. Примерный механизм их возникновения стал понятен. Гены представляют собой, в частности, инструкцию по сборке протеинов. Еще в конце XX века считалось, что у каждого гена имеется схема всего одного протеина с одной-единственной функцией. Однако это оказалось не так, выяснилось, что всё гораздо сложнее.

Да, выработка протеинов кодируется генами; они отвечают за то, сколько жизненно важных элементов будет произведено в различных клетках – на этих бесчисленных «заводиках», из которых состоит наш организм. Все эти поставки протеинов, казалось бы, жестко распланированы от рождения, но «генеральный план нашего организма» из года в год меняется. Активность одних генов со временем может нарастать либо уменьшаться. Нарушается тогда и обмен веществ. Все эти важные события – как и образование пространственной структуры белка – никак не отмечены в каких-либо схемах (генах).

Ученые часто сравнивают наш организм с гигантской библиотекой, где каждый протеин соответствует отдельной книге. Проблема в том, что до сих пор нет полного каталога, в котором перечислены названия всех этих книг и указаны «места их хранения». Трудно вести опись в библиотеке, где книги живут своей особой жизнью, откуда-то появляются, меняются местами, регулярно обновляют названия, как статус в социальной сети.

И все же над составлением такого каталога давно работают исследователи. По аналогии с геномом – совокупностью всех человеческих генов – сумму всех протеиновых молекул, сформированных будь то в клетке, будь то в организме, называют протеомом. Геном говорит, какие процессы могут теоретически протекать внутри клетки, а протеом – судя по имеющимся протеинам – подсказывает, что в самом деле происходит здесь.

Процессы, протекающие в клетках нашего тела, во многом пока непонятны ученым. Наше незнание тем очевиднее, что мы еще плохо понимаем, за выработку каких именно протеинов отвечают многие из наших генов и от чего зависит уровень этой выработки, то есть активность генов. А ведь знание всего этого помогает понять, как развиваются различные заболевания и как добиться того, чтобы в борьбе с ними лекарства были особенно полезны. Ученые уверены, что знание протеинов, их кропотливая опись, помогут в этом лучше, чем расшифровка генома.

Анализировать протеины труднее, чем подсчитывать и оприходовать гены. Ведь иметь с ними дело хлопотно: они подчас изменчивы, как Протей; они меняют свою структуру вслед за изменением химической среды, да и, в отличие от ДНК, их вряд ли размножишь в пробирке. Если расшифровка генома была автоматизирована так, что «с ней справилась бы любая обезьяна», как едко заметил нобелевский лауреат Джеймс Уотсон, то методы анализа протеинов гораздо сложнее.

Первые обширные версии каталога всех протеинов были представлены в 2014 году учеными из США и Германии. Они выявили в изученных ими тканях тела соответственно 84 и 92 % протеома, обнаружив около 18 тысяч протеинов.

Как отмечает журнал «Nature», около 10 тысяч протеинов составляют, можно сказать, основу нашего протеома. Они встречаются едва ли не в каждой клетке и каждой ткани тела. Очевидно, они поддерживают нормальную работу клеток и контролируют их состояние. В то же время множество других протеинов присутствуют лишь в определенных органах и тканях. Они придают этим частям тела их неповторимый облик, определяют их нормальную работу.

Подобные исследования являют собой важный шаг на пути к полной расшифровке протеома человека. Эта работа займет еще много времени, потребует немалых усилий, но первые каталоги протеинов уже составлены.

Пока ученые еще очень далеки от того, чтобы досконально описать структуру всех имеющихся у нас протеинов – «исчислить» их до последней аминокислоты. Но эту работу надо выполнить, чтобы выяснить, например, все мутации, дефекты и разновидности протеинов, присутствующих в нашем организме. Ведь те же мутации очень заметно влияют на работу протеинов. Многие из этих изменений могут оказаться вредными – они порождают различные болезни, от которых страдает человек.

Каталог протеинов нужен прежде всего для выбора молекул-мишеней – тех молекул, на которые должны воздействовать лекарства, чтобы победить недуг. В будущем, зная протеом конкретного пациента, можно будет подобрать ему персональные лекарства. Болезни будут лечить применительно к анатомии и физиологии человека, выбирая препараты, которые нужны именно ему.

Важно, что протеом очень чувствителен к нашему образу жизни. Активность генов, а значит, и выработка протеинов меняются не только с возрастом, но и под влиянием окружающей среды, а также в зависимости от нашего здоровья. Вот почему одни и те же лекарства хорошо помогают одним больным, страдающим от такого-то недуга, и ни на йоту не улучшают состояние других. Это касается, например, противораковых препаратов.

Лишь учитывая влияние протеинов, зная их состав и количество, можно подобрать пациенту индивидуальный курс лечения, прописать лекарства, которые помогут именно ему. Кроме того, у ученых появляется возможность досконально узнать, как меняется состав протеинов при том или ином заболеваний. Всё это приближает время персональной медицины, нужной каждому отдельному человеку, по-настоящему спасительной медицины. Так закладываются основы медицины завтрашнего дня.

По мнению некоторых ученых, наш мозг – это особая железа, которая выделяет мысли