Текст книги "100 великих загадок современной медицины"

Откровения книги генов

От «генома человека» до «тысячи геномов»

Внутри каждого из нас скрывается странная, неведомая «книга»: план, по которому наше тело устроено и обречено жить. В этой «книге» (ее название – геном) записаны все наши приметы и перечислены болезни, которыми нам, вероятно, придется заболеть.

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 новые, удивительные возможности в медицине и микробиологии.

Разумеется, проектом «Геном человека» не оканчивается исследование человеческой природы. За этим последует расшифровка всего человеческого транскриптома, протеома и метаболома, то есть совокупности всех транскриптов (молекул РНК), протеинов, синтезируемых одной клеткой или группой клеток, а также метаболитов. Нам предстоит еще многое узнать о себе.

Гены замучили или среда заела?

Так что же первично, гены или окружающая среда? Дилемма Nature (природа) и Nurture (воспитание) была сформулирована еще в конце XIX века английским антропологом Фрэнсисом Гальтоном, кузеном Дарвина, основоположником евгеники – учения о том, как, используя законы наследственности, можно было бы улучшить природу человека.

Прошло уже более ста лет, но споры о том, что именно в человеке предопределено нашим естеством (генами), а что – окружающим нас естеством («домом, в котором мы живем»), продолжаются по сей день.

Всё дело в генах, с завистью говорят одни, объясняя чей-то блестящий талант: «У них в роду все такие способные!» Всё дело в генах, с горечью говорят другие, видя, как человек страдает от наследственного недуга: «У них на роду написано болеть!»

Неужели гены определяют всё? Неужели все мы – заложники этих крохотных частиц естества? И нашу судьбу предрешают не узоры линий на ладонях, не расположение звезд, а гены? И мы с первого нашего дня, как бы нас ни лечили и ни воспитывали, обречены жить так, как единственно возможно с нашим набором генов? Против судьбы не пойдешь, а гены – формула судьбы? Или нет?!

Век биологии – век новых сражений за истину. В свое время мир уже пережил объяснение всего и вся с точки зрения механики, физики, химии… Теперь на очереди новая битва за человеческую сущность: война ведется с использованием нейронов и ДНК. Цель «последнего и решительного боя»: досконально объяснить все сокровенные тайны человека. Всему – свой биологический движитель.

Так неужели в кабинетах ученых удастся изготовить новую модель «человека прозрачного», человека, в котором не останется ни единой загадки, человека, всецело понятного, видимого насквозь? Неужели гены полностью и изначально программируют нашу жизнь? Являемся ли мы их марионетками? Неужели мы не способны измениться вообще? Или же наше поведение можно объяснить влиянием внешней среды, умением чему-то учиться? Итак, может ли человек развиваться, или всё предопределено от века?

На протяжении всего XX столетия ученые по-разному отвечали на эти важнейшие вопросы бытия. В самом начале века была популярна вульгарная теория наследственности. В 1920-х годах маятник качнулся в обратную сторону. Заговорили о теории бихевиоризма. Внезапно первопричиной всему стала окружающая среда. Самого же человека, как утверждали поклонники «новоуча» (вот оно, «время перековки»!), можно научить буквально всему. Человек есть существо перевоспитываемое. Итак, из непокорного материала он прямо на глазах превращался в пластилин, поднесенный к перстам социальных и политических ваятелей. В конце 1970-х годов империя биологов нанесла ответный удар. Преемники «теории наследственности» бросились в новую атаку. Они опирались на поразительные открытия, сделанные генетиками.

Теперь битва велась уже за первооснову человека. Поиски нематериального начала в его естестве – души, духа, сознания, эго – вылились в череду беспрерывных поражений. Новые сведения о нашей природе поступали одно за другим. В 1990-х годах, в пору работы над проектом «Геном человека», не проходило и месяца, чтобы не выявлялось: «Ген такой-то ответствен за то-то». Список казался неисчерпаемым. Среди десятков других «управделами» отрекомендовались ген авантюризма, ген обжорства, ген верности, ген робости, ген алкоголизма. Даже религиозность, политические воззрения или социальная позиция якобы передавались по наследству.

Американский генетик Дин Хэмер полемично подытожил эту позицию так: «Что касается некоторых аспектов вашей личности, то вы столь же вольны выбрать их, как и, придя в магазин, выбрать себе любую обувь. Ваша свобода обманчива. В обувном магазине у вас нет никакого выбора. У вас есть один-единственный размер ноги». То же можно сказать и о воспитании.

Однако недолгий энтузиазм сменился охлаждением. Последние десятилетия ученые-генетики не раз проводили обширные исследования, пытаясь «вырвать детей из-под родительской опеки» (читай: из-под влияния окружающей среды) и отдать во власть их собственных генов. Это не вполне удалось.

Всякий раз дети оказывались «на полпути»: на них в равной мере влияли и воспитание, и наследственность, причем некоторые черты характера родители могли выправить, некоторые не поддавались перевоспитанию ни в какую. С тем же успехом можно было левшу заставлять выводить прописи правой рукой, а «сову» будить в половине шестого утра. Как только нажим ослабевает, ребенок во всех случаях начинает вести себя по-своему.

Вот пример такого исследования. Начиная с 1979 года психолог из Миннеаполисского университета Томас Букард вел наблюдение за жизнью 127 пар однояйцевых близнецов, этих «генетических двойников», усыновленных разными людьми и воспитывавшихся в разных семьях. Причудливые, порой завораживающие параллели в их судьбах произвели фурор даже в кругах тех специалистов, что не верили в наследование душевных качеств. Согласно полученным результатам, «социально-эмоциональные качества человека определяются генетическими факторами в среднем на 46 %».

С давних времен близнецов окружает особая аура. Пары Ромул и Рем, Геракл и Ификл, Кастор и Полидевк памятны с детства – и с «детских лет человечества». С немалым интересом относятся к ним и ученые. Ведь истории близнецов – это своего рода испытательный стенд, на котором психологи и генетики пытаются понять тайны становления человеческого характера, причины жизненных удач и неудач, секретный механизм судеб. Чем обусловлены наши индивидуальные различия? Что делает нас теми, кто мы есть? Именно благодаря близнецам удается как нельзя лучше исследовать влияние на человека его собственных генов – и окружающей среды. Генетика против социал-дарвинизма – их поединок необычайно ярко проявляется, стоит только навести на них, словно увеличительное стекло, фигурки близнецов. Они будто созданы для скрупулезного анализа факторов, формирующих личность человека.

С появлением генетических тестов появляется возможность определения метода лечения конкретного человека

Психолог Дж. Лелин из Техасского университета сделал обзор всех исследований близнецов. Вывод таков: качества человека, именуемые «большой пятеркой», – экстравертность, невротизм, готовность к усвоению нового, уживчивость и добросовестность – определяются генетикой человека в среднем на 42 %.

Эти цифры – 40–50 % – повторены многими учеными, и потому им можно доверять. Очевидно, что, с одной стороны, «окружающая среда» гораздо меньше влияет на формирование личности, чем приписывали ей, например, вульгарные марксисты. Если бы личность всецело определялась средой, то никакого выдвижения талантов из низов общества и быть не могло бы. Разночинцы были бы обречены оставаться лакеями и прислугой, и о знаменитом присловье британского историка Арнольда Тойнби – «От нищеты до нищеты всего три поколения» – пришлось бы забыть.

Похоже, что гены решают многое, но, с другой стороны, решают не всё. Да, мы часто идем у них на поводу. Мы наследуем цвет глаз и волос, форму носа и оттенок кожи. Мы наследуем многие недуги. Всё, с чем мы приходим в жизнь, впрямь заложено в наших генах. Они – инструкция нашей конструкции. Именно они определяют выработку ферментов и протеинов, жизненно важных для всех клеток нашего организма. И всё же, если в генах нет какого-то уж очень серьезного изъяна, любые их вариации можно как-то компенсировать путем воспитания, влияния окружающих, подражания им.

Что могут открыть нам генетические тесты?

В 2008 году журнал «Time» возвестил: «Мы находимся в преддверии революции: пришло время появления персональных геномов». Редакция назвала тогда доступные генетические тесты «изобретением года». До этого лишь горстка ученых-генетиков имела прямой доступ к своей генетической информации.

Это и впрямь революция. Лишь с появлением генетических тестов медицина может стать наконец персональной, стать методом лечения каждого конкретного человека. Ведь наш геном – это и наш паспорт, и обширное досье на нас, и медицинская карта, где перечислены все вариации ДНК – все так называемые нуклеотидные полиморфизмы, или снипсы. Эти вариации связаны и с особенностями нашего тела (рост, цвет кожи), и с определенными болезнями.

Наличие тех или иных вариаций означает, что человек с некоторой вероятностью заболеет таким-то недугом. Допустим, риск заработать ишемическую болезнь сердца составляет 31 %, что незначительно выше, чем у среднестатистического человека. Насколько это тревожно? Это значит, что по крайней мере у 69 человек из 100, имеющих схожий «генетический паспорт», никогда не будет ишемической болезни. Зато если тест покажет, что у вас очень высоки шансы заболеть, то надо либо беречься, либо почаще проходить обследование, чтобы вовремя пресечь недуг.

Сами генетики, впрочем, подчеркивают, что толкования этой «Книги судьбы», попытки угадать, какими болезнями мы можем заболеть в будущем, на самом деле не так важны, ведь болезнь приходит к нам не только потому, что мы предрасположены к ней, но и потому, что сыграла роль окружающая среда – какие-то внешние причины подтолкнули болезнь, помогли ей развиться.

Важнее другое. Вглядываясь в ваш «генетический паспорт», специалист может понять, как на вас подействуют те или иные лекарства, каких осложнений можно ждать. Этот анализ позволит выяснить, какие наследственные заболевания вам грозят. Во всех случаях ответ придет определенный. Ведь от мутации одного конкретного гена будет зависеть и болезнь, переходящая по наследству, и эффект, приносимый лекарством. Пройдя генетическое тестирование, человек, как правило, будет знать четкое «да» – «нет», «начнется» – «не начнется», «поможет» – «не поможет».

Родители, зная, что они могут передать по наследству тяжелую болезнь будущему ребенку, могут протестировать его до рождения и, если их ждет худшее, вольны прервать беременность. Если же ребенку можно помочь, то к лечению надо приступать вскоре после его рождения, пусть даже никаких признаков заболевания еще не будет видно. Например, при врожденной фенилкетонурии, болезни, вызванной нарушением обмена веществ, ребенок быстро начнет отставать в умственном развитии, если не прописать ему с первых дней жизни особую диету.

Впрочем, даже к тому, что тест предсказал вам какое-то моногенетическое заболевание, вызванное мутацией одного-единственного гена, надо подходить осторожно, критически. Сами специалисты признаются: было бы ошибкой искать лишь характерные вариации гена вместо того, чтобы исследовать весь ген. Это – как поиск иголки в стоге сена. Даже если мы сумели отыскать «иголку» – генетическую мутацию, мы не можем знать о том, не скрываются ли в том самом «стоге» (читай: в гене) другие иголки.

Например, если у женщины есть две определенные мутации в так называемом «гене гемохроматоза» (болезнь характеризуется чрезмерным накоплением железа, что вызывает повреждения тканей и дисфункцию органов), то она может передать это заболевание детям. При тестировании и проверяют эти две позиции из 7000 возможных. Но если в этом гене найдется еще одна характерная мутация, то женщина сама может заболеть.

Понятно, что всё это очень усложняет работу. К тому же рассмотреть мутацию порой так же трудно, как ту же иголку в стоге сена, как песчинку на берегу моря. Если «иголка» не нашлась, это не всегда означает, что ее нет, – ее могли просто не заметить. Поэтому, обследуя пациента с явно выраженным наследственным заболеванием, генетики ищут мутацию до тех пор, пока не находят ее. После этого можно проводить обследование всех здоровых родственников пациента в поисках той же злополучной мутации. Вообще же очень трудно начинать поиск опасных мутаций у совершенно здоровых людей, не имея никаких подозрений и не ведая, чтобы в роду у них какие-то болезни передавались по наследству. «Стог сена» слишком велик, чтобы «иголка» в нем была выставлена на всеобщее обозрение.

Персональный геном содержит такое огромное количество генетических вариаций (счет их идет на миллионы), что люди, рассуждающие о том, как легко выявлять болезни, анализируя «персональный геном», говорят банальную нелепость. На самом деле эта задача необычайно сложна. Тут уже не столько стог сена с притаившейся в нем иголкой, тут

 
Гладь черноземная вдаль потянулась,
Копна, скирды и стога поднимаются
 

(К. Случевский),

и повсюду могут прятаться иголки, и каждая может вызвать у человека непреходящую болезнь. Найти их – работа трудна и велика.

И даже если удастся прочесть весь «генетический паспорт», досконально изучить все гены, все мутации, которые могут стать причиной заболеваний, удастся уяснить, как они взаимодействуют, «Книга судьбы» всё еще останется непонятой.

Наш геном можно сравнить с литературным произведением, которое взялся инсценировать режиссер. Листы книги мелькают у него в руках. Ту сцену он перечеркивает, ту ремарку поправляет, там вписывает пару завлекательных реплик. Что-то подобное постоянно происходит с нашей ДНК. Внешний мир – вот режиссер нашей судьбы. Он решительно, не считаясь с нашими пожеланиями, инсценирует эту книгу, которую каждый из нас таит в себе, в каждой клеточке своего тела. Влияние окружающей среды, наш образ жизни, всё пережитое нами, испытанный стресс – всё оказывает огромное влияние на ДНК. Какие-то гены вдруг перестают считываться, отключаются, какие-то, наоборот, проявляют особую активность. Поистине мы – хозяева судьбы, врученной нам по наследству. Мы и окружающий нас мир, настойчиво меняющий нас, отворачивающий от судьбы, вписанной в генах. Эту инсценировку «Книги судьбы», эту активность и бездействие генов изучает особая наука, стремительно развивающаяся в наши дни, – эпигенетика.

От таких сложностей голова идет кругом! Как объяснить всё это будущим пациентам, которые придут сдавать генетический тест, не имея ни малейшего понятия о генетике? Врачей особенно беспокоит практика «генетического тестирования по Интернету», которая непременно появится. Сколько ошибочных выводов сделают эти самозваные диагносты! Сколько судеб они сумеют поломать! Скольким людям внушат вымыслы о неизлечимой болезни! Скольких доведут до самоубийства! И, наоборот, скольким вселят ложную уверенность в том, что они здоровы, в то время как им надо находиться под наблюдением врача!

Исследователи фирмы Myriad Genetics в 1994 году первыми расшифровали последовательность букв в гене BRCA1

Наконец, большинство болезней, которые угрожают человеку, просто нельзя свести к «единому знаменателю» – выявить ген, от особенностей которого зависит, заболеет ли человек. Как правило, болезни имеют сложную генетическую природу. Развитие недуга могут обуславливать многие гены, и потому, даже заглянув в «генетический паспорт», нельзя сказать, что грозит человеку.

Тем не менее, судя по результатам социологических опросов, вера в генетические тесты, в эту «Книгу судьбы», где прописано всё, что с нами произойдет, сейчас очень широко распространена.