Текст книги "Мальчик, который не переставал расти… и другие истории про гены и людей"

Вовсе не очевидно, что нам делать в подобных случаях[62]62
  Неочевидно для генетиков. У кардиологов, как правило, совершенно однозначное мнение по этому вопросу: они хотят, чтобы мы сделали свою работу и им не пришлось обследовать людей, которые не нуждаются в обследовании.


[Закрыть], и разные генетики придерживаются разных соображений. Моя собственная позиция с годами менялась; теперь я объясняю все проблемы родителям, желающим проверить своих детей, убеждаюсь, что они понимают возможные последствия решения, а затем, если они все еще не отказались, провожу анализ. Если ребенок достаточно взрослый, он должен иметь право голоса, когда принимается решение. Подростки часто не соглашаются.

В случае с пороком сердца последствия результатов несколько иные, чем в случае с раковыми заболеваниями или поражениями мозга. Социальная стигматизация пациенту, скорее всего, не грозит, но возникают другие проблемы. Хочешь стать летчиком, когда вырастешь? А как отнесется врач авиакомпании к тому, что у тебя на руках имеются результаты генетического тестирования, согласно которым у тебя может произойти внезапная остановка сердца? Неважно, что тебе, возможно, суждено здоровье и долголетие, что симптомы могут вообще не проявиться: авиация – отрасль, которая не терпит рисков, поэтому будет нисколько не удивительно, если подобного рода информация ограничит свободу выбора профессии.

В таких случаях, как хорея Хантингтона, семейный аденоматомный полипоз и наследственные пороки сердца, неопределенность зачастую состоит в том, проходить ли тестирование в принципе. Но порой неопределенность не предшествует тесту, а обусловлена его результатами.

Ли-Энн и Дерек, по-видимому, очень долго пытались зачать ребенка. Ни один анализ не мог выявить причин их бесплодия, кроме той, что была очевидна с самого начала: они были уже немолоды. Когда они впервые обратились к врачу по поводу трудностей с зачатием, Ли-Энн было 37 лет, а Дереку 40; к тому времени, когда они пришли ко мне, ей был уже 41 год и она, наконец, забеременела естественным путем после того, как несколько лет безуспешно пыталась сделать ЭКО. Они сказали мне, что чрезвычайно рады этой беременности, но беспокоятся о том, что у ребенка может оказаться хромосомное нарушение. Ранее УЗИ показало избыток жидкости в задней части шейки ребенка (воротниковом пространстве). Такая картина среди прочего может объясняться хромосомными нарушениями[63]63
  Существует множество других вероятных причин, но если кариотип и результаты УЗИ на сроке в 18–20 недель нормальны, то, как правило, ребенок рождается здоровым.


[Закрыть], поэтому они решили сделать биопсию ворсин хориона (БВХ). При этой процедуре на генетический анализ берут крошечный кусочек плаценты; идея состоит в том, что поскольку генетический состав плаценты тот же, что и у ребенка, то, если у плода хромосомное нарушение, оно будет наблюдаться и в ткани плаценты[64]64
  Бывают мутации, наблюдающиеся только в плаценте, но не у младенца. Подробнее об этом читайте в главе 11.


[Закрыть].

Биопсия Ли-Энн показала, что вместо нормального набора из 46 хромосом у ребенка всего 45; вместо пары XX или XY – единственная X-хромосома. Тогда мне поручили проконсультировать будущих родителей и обсудить с ними, что мог означать этот результат для их ребенка.

Как правило, – исключения, разумеется, всегда есть, – если у вас две X-хромосомы, вы становитесь девочкой[65]65
  Здесь и далее в этой книге, употребляя слова «мальчики и девочки», «мужской и женский», я имею в виду биологический пол, а не гендерное самоопределение.


[Закрыть], а если одна X и одна Y-хромосома, вы становитесь мальчиком. Поэтому X и Y называются половыми хромосомами.

В начале своего развития каждый эмбрион потенциально может стать как мужчиной, так и женщиной. У каждого эмбриона имеются первичные структуры – Вольфов канал, способный развиться в мужские половые органы, и Мюллеров проток, способный развиться в женские половые органы. Если примерно через шесть недель после зачатия активируется ген SRY[66]66
  От английского Sex-determining Region on the Y chromosome (полоопределяющий участок на Y-хромосоме).


[Закрыть], то Мюллеров проток рассосется, а Вольфов станет развиваться дальше. Вуаля, мальчик! Как ясно из названия, ген SRY расположен на Y-хромосоме. Если сигнала от SRY не поступает (например, потому, что Y-хромосомы нет), срабатывает другой набор сигналов. Вольфов проток рассасывается, Мюллеров продолжает развиваться. Вот вам девочка!

Но так бывает не всегда.

Процесс сложен и, как все сложные процессы, имеет слабые места – что-то может пойти неправильно. Так называемые расстройства определения пола[67]67
  Их также называют «нарушения полового развития» и «вариации полового развития».


[Закрыть] включают в себя целый спектр вариаций на эту тему, от мальчика с двумя X-хромосомами до девочки с парой XY. Часто этому сопутствует бесплодие, а иногда и другие осложнения, потому что некоторые из участвующих в процессе генов важны для развития не только половых органов, но и других частей тела. Иногда при таких отклонениях половые органы ребенка могут выглядеть «неопределенно» – когда акушерка извлекает младенца, лучшим ответом на вопрос «мальчик или девочка?» может оказаться «не знаю».

Как ни удивительно, аномалии половых хромосом редко заставляют сомневаться в поле ребенка[68]68
  Основной сценарий, при котором это может произойти, – мозаичность, когда одни клетки ребенка содержат Y-хромосому, а другие – нет. Чаще всего это сочетание клеток с 46 хромосомами, в том числе X и Y, и других, утративших Y-хромосому, в которых лишь 45 хромосом с единственной X. Даже в такой ситуации чаще всего получается мальчик, хотя в принципе возможно все (среди прочего девочка с синдромом Тёрнера или ребенок с неопределенными половыми органами).


[Закрыть], хотя могут вызывать и вызывают проблемы, связанные с особым статусом X и Y. Как уже говорилось в главе 1, все ваши хромосомы, за исключением этой пары, обязательно должны присутствовать в двух, и только двух, экземплярах.

Но хромосомы X и Y необычны. Или, может быть, необычна X, а Y лишь греется в лучах ее славы. X-хромосома крупная и набита важными генами, многие из которых, например, играют существенную роль в развитии мозга, а значит, и интеллекта. Y-хромосома в основном мусорная. На ней расположены SRY, горстка генов, необходимых для развития семенников и производства спермы, – и это, можно сказать, все.

Что порождает своего рода загадку. Почему мужчины не страдают от того, что у них всего одна копия такой крупной и значимой хромосомы, если отсутствие второй копии куда меньшей и не столь важной 21-й хромосомы всегда и для всех летально? И наоборот, почему женщины не страдают при двух копиях X-хромосомы, если для мужчин единственная копия ее – норма? Почему лишняя хромосома не вызывает проблем у женщин?

Ответ на этот вопрос предложила Мэри Лайон, занимавшаяся генетикой мышей. В 1940-е гг. под руководством Рональда Фишера она защитила в Кембридже диссертацию по генетическому картированию мыши[69]69
  С Фишером мы еще встретимся в главе 9. В воспоминаниях, записанных в 2004 г., Лайон ясно дала понять, что Фишер, будучи знаменитым теоретиком, как генетик-экспериментатор не блистал. Так или иначе, научное руководство диссертацией Мэри Лайон можно считать крупным вкладом Фишера в эту область, так что его труды в лаборатории не пропали даром.


[Закрыть]. После Второй мировой войны стала изучать хромосомы мышей, подвергшихся воздействию радиации, в рамках проекта по исследованию возможных последствий применения ядерного оружия для хромосом. В своем письме, опубликованном в журнале Nature в 1961 г., Лайон свела воедино ряд предыдущих наблюдений, в том числе закономерности окраса мышей с мутациями в X-хромосоме[70]70
  Бывают черепаховые кошки, а бывают и черепаховые мыши, и причина этого, так называемая лайонизация, одинакова у обоих видов. Жаль, что черепаховых людей не бывает.


[Закрыть] и тот факт, что мыши, обладавшие только одной X-хромосомой, были явно нормальными самками. Она пришла к заключению, что на ранней стадии эмбрионального развития одна из двух копий X-хромосомы в каждой клетке у самки млекопитающего отключается – инактивируется, а вторая остается активной. Если у самки мыши на одной из двух копий X-хромосомы мутантный ген окраски шерсти, а на другой – нормальный[71]71
  Разумеется, цвет шерсти не бывает «ненормальным», но этот принцип действует и в отношении генетических заболеваний, связанных с X-хромосомой.


[Закрыть], то есть «дикого типа», можно ожидать в точности того, что уже наблюдали как минимум у шести разных типов мышей: пятнистую расцветку – комбинацию нормального и мутантного окраса. Волосяные луковицы, в которых активен нормальный ген, дают шерсть одного цвета, а те, в которых мутантный ген, – другого.

Идея Лайон стала «гипотезой Лайон», а процесс получил название «лайонизация»[72]72
  Слово «лайонизация» не имеет отношения к светским львам, да и у современных журналистов последнее выражение уже не в ходу. Но из-за Мэри Лайон всякий раз, натыкаясь на него, я испытываю кратковременное замешательство, и порой мне представляется странный образ – знаменитость черепаховой расцветки.


[Закрыть] (хотя ныне он чаще упоминается под прозаическим названием «инактивация X-хромосомы»). Абсолютно все предсказания Лайон в отношении биологических механизмов, лежащих в его основе, оказались верными. Лайон догадывалась, что ее гипотеза может иметь значение и для генетики человека, но в то время о человеческих заболеваниях, связанных с X-хромосомой, мало что знали. Теперь таких заболеваний известно множество. Хотя у мужчин они часто проявляются в тяжелой форме, на женщинах иногда не сказываются вовсе; или же их проявления могут быть мозаичными, будь то кожа или другие ткани. Одна из крайностей – столь тяжелые дефекты, что мальчики с ними рождаются крайне редко или даже вообще не рождаются, ведь для выживания нужна одна работающая копия X-хромосомы.

На X-хромосоме есть два участка, не подверженных инактивации, они включаются в обеих копиях X-хромосомы у женщины и имеют точные соответствия на Y-хромосоме. Эти псевдоаутосомные участки (название связано с тем, что они ведут себя так, словно располагаются на аутосомах, то есть неполовых хромосомах) находятся на концах хромосом и необходимы для нормального поведения половых хромосом при клеточном делении в ходе образования мужской спермы. Они не так уж велики: PAR1 на конце короткого плеча X и Y-хромосом содержит 16 генов, а PAR2[73]73
  Есть данные, что у некоторых людей имеется и PAR3! Но, так как у большинства из нас его нет, он, вероятно, особой роли не играет.


[Закрыть] на противоположном конце хромосом – вообще всего три. Но это не значит, что они не имеют значения.

Если бы гены PAR всего лишь заполняли концы хромосом, вероятно, не имело бы большого значения, сколько у вас X-хромосом, потому что лишние копии отключались бы. Также не имело бы значения, будь у вас всего одна X-хромосома. Вероятно, ни на что особо не повлияли бы и лишние копии Y-хромосомы.

Однако, как выясняется, наличие лишней половой хромосомы не совсем безобидно. Женщины с дополнительной X-хромосомой, у которых кариотип 47, XXX, обычно выделяются среди своей родни высоким ростом, но в остальном здоровы, без каких-либо медицинских отклонений. Можно запросто прожить всю жизнь с XXX, не зная об этом да и не нуждаясь в таком знании. В то же время сейчас известно, что по сравнению с обладательницами двух X-хромосом женщины с ХХХ обычно испытывают трудности с учебой, у них чаще бывают проблемы с поведением в детстве и даже аутизм. Лишняя Y-хромосома (XYY), по-видимому, вызывает те же последствия: большинство таких мужчин ведут нормальный образ жизни, не зная о своей лишней хромосоме. Вариант XXY с большей вероятностью вызовет заметные проблемы – с этим кариотипом связан синдром Клайнфельтера, при котором у мальчиков и мужчин вырабатывается недостаточно тестостерона, они хуже учатся и не способны иметь детей. Часть проблем снимает терапия тестостероном. Чем больше в этой мешанине лишних хромосом (скажем, 48, XXXY, или 49, XXXXY), тем хуже обстоят дела, как вы, наверное, уже догадались.

Хотя все эти заболевания были описаны еще несколько десятилетий назад, мы не располагаем достаточно надежной информацией о них, и главная причина здесь то, каким образом у людей диагностируют хромосомные нарушения. Если вы отлично себя чувствуете, никто и не подумает пересчитывать ваши хромосомы. А значит, выборка людей, которые обследуются, не отражает эту группу в целом – она сдвинута в сторону более тяжелых проявлений симптомов. Этот так называемый эффект смещенной выборки – бич всех исследователей, изучающих заболевания, которые могут иметь как легкую, так и тяжелую форму.

В 1960–1970-е гг. несколько раз проводились исследования в тюрьмах, в результате которых, казалось, было выявлено, что у мужчин с кариотипом XYY больше вероятность получить реальный срок; гипотеза, что лишняя хромосома повышает агрессивность, а с ней и вероятность оказаться в тюрьме, поддерживалась десятилетиями. Еще в 2006 г. вопрос оставался настолько неоднозначным, что группа датских ученых провела обширное исследование. Результатом его стал вывод, что у мужчин с кариотипом XYY или XXY действительно чаще встречаются судимости за уголовные преступления, но… этот эффект практически полностью исчезает, если сделать поправку на бедность, которая сама по себе коррелирует с большей вероятностью оказаться на скамье подсудимых. А поскольку они изучали только тех мужчин, о которых было известно, что у них имеется лишняя половая хромосома, и поскольку эти люди проходили генетическое тестирование по определенным причинам, то, скорее всего, ошибки выборки достаточно, чтобы объяснить повышенную вероятность судимости, которая все еще оставалось после поправки на бедность.

Было проведено несколько исследований, в ходе которых большое число детей обследовалось на наличие дополнительных хромосом, а затем отслеживалась дальнейшая судьба тех, у кого оказалось нестандартное количество половых хромосом – поистине героическое предприятие, учитывая, сколько лет надо ждать, чтобы достоверно выяснить, что произойдет с этими людьми. Как и следовало ожидать, проблемы у этих групп в среднем оказались гораздо менее серьезными, чем у тех людей, которые узнали свой диагноз лишь потому, что врач заподозрил у них проблему, обусловленную хромосомным нарушением.

Ли-Энн и Дереку не требовались сведения о том, что бывает при лишней хромосоме, потому что у их ребенка одной не хватало. Обычно недостаток хромосомного материала вреднее, чем избыток, и эта ситуация не стала исключением. Считается, что 99 % всех зачатий с единственной X-хромосомой заканчиваются выкидышем, нередко даже до того, как женщина поймет, что беременна. Типичная проблема при беременности – скопление жидкости в тканях развивающегося плода, которое само по себе может привести к выкидышу. У тех девочек с единственной X-хромосомой, которые все же родятся, будет так называемый синдром Тёрнера. Проявляется он, конечно, очень неодинаково. Девочка с синдромом Тёрнера почти наверняка окажется низкорослой[74]74
  Это можно исправить с помощью гормона роста.


[Закрыть] и, скорее всего, бесплодной, но в остальном заболевание развивается непредсказуемо.

Насколько непредсказуемо? Например, такая девочка может родиться с врожденным пороком сердца и патологиями почек. У нее могут быть кожные складки в области шеи и характерная внешность. Возможны также значительные трудности с обучением: интеллект у нее, скорее всего, будет развит нормально, но в некоторых областях она станет испытывать затруднения и ей понадобится коррекция. Она может оказаться робкой, замкнутой, отличаться повышенной тревожностью. У нее вероятны затруднения при планировании и принятии решений.

Но, возможно, у нее будет только часть из этого набора проблем или она вообще окажется вполне здоровой, разве что невысокого роста. Может быть, она вырастет, даже не подозревая о том, что у нее есть какие-то медицинские проблемы, а диагноз узнает только тогда, когда захочет выяснить причины своего бесплодия.

Все это я объяснил на приеме Ли-Энн и Дереку, в том числе статистическую вероятность различных проявлений заболевания у ребенка с таким диагнозом и недостатки метода сбора этих статистических данных. Я объяснил также, что единственное, в чем можно удостовериться более надежно, – это патологии сердца и почек, которые обычно видны на УЗИ. Прочее было непредсказуемо; их ожидала неопределенность, которая по многим пунктам могла разрешиться лишь годы спустя.

Для Ли-Энн и Дерека решение вопроса, что делать с этой информацией, оказалось достаточно простым. Они сказали мне, что если бы плод оказался нежизнеспособным, то сделали бы аборт, а если бы ребенку предстояло родиться с заболеванием наподобие синдрома Дауна, им было бы трудно принять решение и они не знают, как бы поступили в таком случае. Однако синдром Тёрнера для них – даже в самом тяжелом варианте – представлялся не столь угрожающей перспективой. Их огорчало, что их дочь столкнется с серьезными проблемами в жизни, и особенно печальной для Ли-Энн оказалась новость о том, что для этого синдрома характерно бесплодие. Однако они твердо решили сохранить беременность.

Для большинства моих пациентов, оказавшихся в подобных ситуациях, решение было не столь очевидно. Многим непросто принять такую информацию, и в конце концов большинство пар, узнав, что у ребенка будет синдром Тёрнера или Клайнфельтера, настаивают на аборте[75]75
  Обзор 19 исследований, посвященных решениям, принимаемым после пренатального диагноза аномалий половых хромосом, показывает, что при синдроме Тёрнера (45,X) беременность прерывалась в среднем в 76 % случаев; при кариотипе XXY эта доля составила 61 %, при XXX и XYY – 32 %. В исследованиях были задействованы данные из 13 различных стран, в основном развитых. См.: Чон К. Ч., Чен Л. С., Гудсон П. Решение об аборте после пренатального диагноза аномалий половых хромосом (Jeon, K.C., Chen, L-S, and Goodson, P. ‘Decision to Abort After a Prenatal Diagnosis of Sex Chromosome Abnormality’. Genetics in Medicine 2012;14:27–38).


[Закрыть]. Даже при выявлении кариотипа XXX или XYY беременность нередко решают прервать.

Когда имеешь дело с подобными сведениями, неопределенность в отношении будущего – одно из самых трудных испытаний.

Всем нам приходится принимать решения в ситуациях, исход которых неизвестен, – в любви, в выборе образования и профессии. Существует целое направление литературы по личностному росту, которая учит справляться с неопределенностью и рассказывает, как это непросто. Конечно, никому из будущих родителей заранее неизвестно, каким получится их ребенок и как они справятся с родительскими обязанностями. Но лишь немногие сталкиваются со столь специфическим набором вариантов и столь трудным выбором, зная, что любое решение будет иметь серьезные последствия для всей их жизни. Дело усложняется еще и тем, что, после того как диагноз поставлен, решение приходится принимать срочно: если с этим затянуть, срок беременности окажется слишком большим и выбора уже не будет.

С неопределенностью в медицинской генетике приходится сталкиваться постоянно, и она проявляется в самых разных формах. Наиболее часто в нашей практике встречаются ситуации как у Джейсона, когда возможные сценарии известны и неопределенность заключается в том, нужно ли вообще проводить тестирование, или как у Ли-Энн и Дерека, когда исследование уже проведено, диагноз известен, но прогноз остается неопределенным.

Однако нам все чаще приходится иметь дело с неопределенностью другого типа. Бывает так, что исследование мы провели, но имеют ли его результаты вообще какое-либо значение, неясно.

5
Иголки в стоге… иголок

… Как мы знаем, есть известные известные – есть вещи, о которых мы знаем, что знаем их. Мы также знаем, что есть известные неизвестные, то есть мы знаем, что есть вещи, которых мы не знаем. Но есть также неизвестные неизвестные – те, о которых мы не знаем, что мы их не знаем.

ДОНАЛЬД РАМСФЕЛЬД[76]76
  Министр обороны США в 1975–1977 гг. и 2001–2006 гг. – Прим. пер.


[Закрыть]

Мне всегда казалось, что Рамсфельда совершенно зря освистали за процитированное выше высказывание, поскольку оно вполне достоверно описывает суть устройства мира, в особенности мира медицины. Я мог бы подразделить последнюю из названных Рамсфельдом категорий, «неизвестные неизвестные», еще на два класса: вещи, о которых мы не знаем вообще, и вещи, о которых мы думаем, будто знаем, тогда как на самом деле заблуждаемся насчет них. Последние среди прочего и не дают мне уснуть по ночам, вселяя тревогу.

В 2011 г., когда я уже более десятка лет работал в медицинской генетике, неформальный разговор с моим другом и учителем Майклом Бакли неожиданно привел к одной из тех развилок на жизненном пути, с которыми мы все порой сталкиваемся.

Майкл, один из ведущих австралийских специалистов по патогенетике, занимается контролем лабораторных аспектов генетического анализа. Его лаборатория, где я сейчас работаю, – крупный центр диагностики редких наследственных заболеваний. Я заговорил с Майклом о том, что иногда мне тоже хочется быть патогенетиком, и он, вовсе не рассчитывая, что я восприму это всерьез, ответил, что, собственно, почему бы и нет. Однако я по-настоящему загорелся этой идеей, так что в результате потратил несколько лет на переподготовку в области лабораторной медицины, в свободное от основной работы время, и выдержал ряд экзаменов по специальности «патогенетика». Теперь я работаю одновременно в клинике и лаборатории – и выписываю направления на генетическое тестирование собственным пациентам, а также пишу отчеты об анализах, назначенных другими врачами и проведенных у нас в лаборатории[77]77
  Считается нежелательным самому составлять отчеты о результатах сложных анализов собственных пациентов, поскольку это может помешать объективности диагноза: врач может пропустить непредвиденные данные или преувеличить значение результатов, которые отвечают его ожиданиям в данном случае.


[Закрыть].

Пусть это и произошло по воле случая, но момент оказался чрезвычайно удачным. Когда я начал переподготовку, было уже известно о разработке нового метода генетического тестирования. Через каких-то несколько лет наши чаяния сбылись и в этой области наступил переворот. По чистому везению я оказался в самой гуще событий.

Вспомним фантастическое падение стоимости полного секвенирования человеческого генома – от миллиардов долларов до тысячи с небольшим. На этом пути от казавшегося фантастическим проекта до рутинной процедуры было несколько знаменательных вех. Первыми известными по имени людьми, чей геном был прочитан полностью, были Крейг Вентер и Джеймс Уотсон. Третьим стал бизнесмен Дэн Стойческу[78]78
  Хармон А. Генетическая карта становится предметом роскоши (Harmon, A. ‘Gene Map Becomes a Luxury Item’) // The New York Times, 4 March 2008. Адрес: www.nytimes.com/2008/03/04/health/research/04geno.html.


[Закрыть]. Доктор Стойческу, сколотивший капитал на биотехнологиях, потратил часть его на полное секвенирование собственного генома, которое осуществила компания Knome. За это удовольствие с него взяли $350 000, что по тем временам, должно быть, казалось божеской ценой, учитывая, что всего годом ранее секвенирование генома Уотсона обошлось втрое дороже. На следующий год Knome запрашивала за секвенирование уже всего $100 000 – к тому времени нужно было либо быть совсем безбашенным, либо наплевательски относиться к своим деньгам, чтобы выбросить столько за технологию, дешевевшую на глазах.

Не столь эффектной, но куда более важной услугой, предложенной Knome, стало секвенирование экзома. Экзом – это те 1–2 % генома, которые кодируют белки: каждый экзон каждого гена плюс небольшие отрезки, прилегающие к их концам. Преимущество экзомного секвенирования в том, что прочитать последовательность 2 % генома намного дешевле, чем всего генома, и, так как почти вся значимая информация содержится в экзоме, возможности диагностики не особенно сужаются, если секвенировать только экзом.

Пятого октября 2009 г. ученый по имени Дэниел Мак-Артур в статье, опубликованной в журнале Wired, объявил о том, что компания Knome запускает услугу секвенирования экзома за $24 500[79]79
  Мак-Артур Д. Knome предлагает секвенировать все ваши белок-кодирующие гены за $24 500 (MacArthur, D. ‘Knome Offers Sequencing of All of Your Protein-Coding Genes for $24,500’) // Портал Wired, 10 may 2009 г. Адрес: http://www.wired.com/2009/05/knome-offers-sequencing-of-all-of-your-protein-coding-genes-for-24500/.


[Закрыть]. Всего через пять лет Мак-Артур получил известность в мире генетики как руководитель проекта ExAC – базы данных по экзомам свыше 60 000 человек. Проект ExAC, впоследствии переросший в еще более обширную базу данных gnomAD, стал, пожалуй, важнейшим инструментом интерпретации результатов генетических анализов.

Однако в 2009 г. казалось, что секвенирование экзома еще не скоро придет в медицинскую практику. При таких расценках оно оставалось уделом богатых частных лиц и исследовательских лабораторий с основательным финансированием. Хотя и было очевидно, что рано или поздно его начнут применять для диагностики, никто и представить себе не мог, насколько быстро это произойдет.

Двигателем прогресса стали технологии. В проекте «Геном человека» использовался метод секвенирования по Сэнгеру, при котором клонируют короткие фрагменты ДНК и затем расшифровывают их – обычно по несколько сотен нуклеотидов за раз. Это успешно работает, если задача небольшого масштаба. Средний ген содержит 10–20 экзонов. Размножить от 10 до 20 коротких отрезков ДНК, секвенировать их и сравнить выявленную последовательность с ожидаемой – достаточно большой объем работы, но все же вполне осуществимый. Это как если бы корректору дали толстую книгу, но вычитать велели только оглавление. Таким способом можно даже секвенировать весь геном, то есть вычитать всю книгу. Именно так и поступили в первый раз – но понадобились миллиарды долларов и многолетний труд. И в наши дни будет так же, если у кого-нибудь хватит безумия повторить эту попытку. Даже подступиться к секвенированию экзома конкретного человека – неподъемная задача, если использовать старую технологию: понадобилось бы клонировать, секвенировать и прочесть 300 000 отдельных отрезков ДНК.

Таким образом, очевидно, что, если мы хотим сделать широкомасштабное секвенирование доступным видом анализа, нужен другой подход к проблеме. Уже сейчас существуют как минимум пять-шесть различных технологий, позволяющих это осуществить с помощью разнообразных химических хитростей. В их основе лежит одна общая идея – одновременно прочитывать очень много отдельных кусочков ДНК. Этот метод называется массивно-параллельным секвенированием[80]80
  Его также называют секвенированием нового поколения (англ. next generation sequencing, NGS). – Прим. науч. ред.


[Закрыть], и впервые его предложила компания 454 Life Sciences (ныне прекратившая существование). Название ее довольно загадочно; по слухам, это был номер дома, в котором первоначально располагалась компания, но также предполагали, что это температура горения денежной купюры (по Фаренгейту).

Компанию основал Джонатан Ротберг, один из великих изобретателей и предпринимателей современной эры генетики. Еще в студенческие годы Ротберг создал одну из первых компаний, занимающихся геномикой, – CuraGen, дочерней компанией которой затем стала 454 Life Sciences. Позже он основал, помимо многих других, еще две крупные компании по геномике – RainDance (с куда более удачным названием) и Ion Torrent.

Изначально ускорить процесс генетического секвенирования Ротберга побудил личный опыт: один из его детей родился тяжелобольным. Ротберг решил, что лечащие врачи должны располагать возможностями оперативно провести генетический анализ и убедиться, что у таких детей нет наследственных заболеваний. Надо отдать ему должное, этой цели он достиг: в нашей лаборатории используется секвенатор Proton производства Ion Torrent для срочного экзомного секвенирования в целях диагностики наследственных заболеваний у младенцев.

Компания 454 Life Sciences добилась ряда заметных успехов до того, как появление более новых, быстрых и дешевых секвенаторов списало их аппараты в утиль. Геном Джеймса Уотсона[81]81
  Статья из Nature, где об этом рассказывается, находится в бесплатном открытом доступе онлайн: Уилер Д. А. и др. Полный геном отдельной личности, прочитанный методом массивно-параллельного секвенирования ДНК (Wheeler, D.A. et al. ‘The Complete Genome of an Individual by Massively Parallel DNA Sequencing’. Nature 2008;452:872–6). Основным автором этой статьи был Джонатан Ротберг. Она доступна по адресу: www.nature.com/articles/nature06884.


[Закрыть] был секвенирован усилиями 454 Life Sciences, а эволюционный генетик Сванте Паабо использовал технологию секвенирования этой компании при предварительной расшифровке генома неандертальца. В результате этого исследования он обнаружил, что неандертальцы в некотором роде не вымерли: благодаря межвидовому скрещиванию у большинства людей в геноме есть несколько процентов примеси неандертальских генов, а суммарно в геномах современного человечества сохраняется примерно одна пятая неандертальского генома[82]82
  С тех пор мы узнали, что в наших геномах имеются следы и других древних человеческих популяций, например денисовцев, получивших название от Денисовой пещеры в России, где в 2008 г. были обнаружены фаланга пальца и зуб.


[Закрыть].

Чтобы секвенировать геном неандертальца, необходима возможность работать с очень малыми количествами ДНК – за тысячелетия ее сохранилось немного. Эта ДНК фрагментарная, разложившаяся, и даже микроскопические следы ДНК современных людей могут ее загрязнить. Секвенировать такой геном – совсем не то, что работать с геномом ныне здравствующего существа, от которого можно постоянно получать дополнительные образцы ДНК.

И здесь на сцену выходит один из великих невоспетых героев современной генетики – я имею в виду NA12878. Звучит не очень героически, но в лабораторной генетике данная аббревиатура пользуется заслуженной славой – это кодовое обозначение так называемого «Генома в бутылке» (Genome In A Bottle[83]83
  Вероятно, название проекта основано на игре слов по созвучию англ. genome (геном) и genie (джинн), которого как раз можно найти в бутылке. – Прим. науч. ред.


[Закрыть]). На самом деле «Геномов в бутылке» не один, а множество, но NA12878, безусловно, самый знаменитый и широко используемый. Этим шифром обозначена ДНК женщины, жившей в 1980 г. в штате Юта. Известно, что на тот момент ее родители были живы и что у нее было 11 детей (6 сыновей и 5 дочерей). Она и ее родители дали согласие на использование их ДНК в самых широких научных целях; было также получено согласие от имени ее детей (неизвестно, насколько взрослыми они были на тот момент и могли ли дать согласие сами). Ее клетки размножили в лаборатории по методу, которым получают, по сути, бессмертные клеточные линии, и добыли из них огромное количество ДНК.

Эту ДНК секвенировали множество раз. Практически все, что известно о геноме отдельного человека, – это данные клеточной линии NA12878. Поэтому она стала золотым стандартом. Как прежде все метрические измерения было принято сверять с эталоном килограмма и эталоном метра, которые хранились под герметичными стеклянными колпаками в сейфах Международного бюро мер и весов в предместье Парижа, так сейчас практически все лаборатории геномики в мире используют в качестве эталона геном этой женщины. Можно купить пробирку с ДНК линии NA12878, – поэтому проект и называется «Геном в бутылке»[84]84
  О консорциуме проекта см: www.nist.gov/programs-projects/genome-bottle.


[Закрыть], – чтобы использовать ее как образец для сравнения. В нашей лаборатории геном секвенируют дважды в месяц для определения качества работы – чтобы убедиться, что точность секвенирования у нас не снижается. Секвенируя NA12878, мы знаем наверняка, чего ожидать на каждом участке генома; любые отличия от известной последовательности следует считать ошибками. Пусть Уотсон, Вентер и Стойческу составили первую в истории тройку людей, чьи геномы были секвенированы, но женщина, обозначенная как NA12878, безусловно, обладательница самого секвенируемого человеческого генома в мире, она опережает всех остальных с огромным отрывом. Видя ее «имя», я часто задаюсь вопросом, жива ли еще эта женщина. Прошло 40 лет со времени ее простого бескорыстного поступка, когда она подарила образец своей крови исследовательскому проекту. И если жива, то известно ли ей, какую важную роль в науке она играет?

За последнее десятилетие применение новой технологии секвенирования перешло из области фантастики в реальность, а затем и в рутинные клинические исследования. Она изменила лицо генетики – это настоящее чудо, что мы до нее дожили. За долгие годы работы врачом я видел слишком много детей с умственной отсталостью или другими комплексными проблемами здоровья, которые, возможно, объяснялись генетическими причинами. Иногда нам удавалось поставить диагноз по совокупности внешних признаков. Однако чаще всего мы проводили доступные нам анализы, заглядывали в базы данных или даже обращались в Тератологический клуб (глава 7) – и все-таки оставались ни с чем.

В связи с этим существовало целое направление литературы по медицинской генетике, посвященное эмпирической оценке рисков заболеваемости. Идея состояла в том, чтобы обследовать семьи, в которых родился ребенок с данным заболеванием, а затем смотреть, что происходит с другими детьми, рожденными в той же семье, – попросту пересчитать количество больных и здоровых детей и определить процентное соотношение. Тогда, если нам попадется ребенок с тем же заболеванием, можно использовать эти цифры, чтобы оценить вероятность заболевания у его будущих братьев и сестер. Так, для умственной отсталости этот риск оценивался разными авторами по-разному, но чаще всего в пределах 5–10 %. 10 %-ная вероятность, что у следующего ребенка будет серьезная проблема, ставит в сложнейшую ситуацию большинство семей, которым предстоит решить, стоит ли рожать еще: это не очень высокая вероятность, но не такая уж и низкая. Так нужно ли испытывать судьбу? Возможно, пройдет немало времени, прежде чем вы узнаете, появятся ли признаки умственной отсталости у следующего ребенка.

Теперь наши возможности ставить правильные диагнозы значительно выросли – не потому, что мы стали лучше выполнять свою работу, а потому, что теперь у нас есть новые, куда более совершенные инструменты. Если взять, например, детей, которым уже был сделан хромосомный анализ, то старыми методами удавалось поставить верный диагноз лишь у одного ребенка из 20 детей с умственной отсталостью. Теперь (по крайней мере в наиболее тяжелых случаях) эта доля приближается к 50 %, а для некоторых групп она даже выше. Что еще лучше, достаточно распространены случаи, когда мы можем сказать, что заболевание ребенка вызвано мутацией, возникшей de novo, то есть отсутствующей у обоих родителей. Это добрая весть для семьи, так как означает, что вероятность возникновения того же заболевания у других детей невелика.

Однако она все же не равна нулю, потому что существует такое явление, как мозаицизм. Мозаика на полу – это сочетание разноцветных плиток; по аналогии мозаичным носителем мутации называется тот, у кого присутствует сочетание разных видов клеток – одни из них с мутацией, другие – без. Как мы убедились в главе 3, в некотором смысле мы все представляем собой мозаику, потому что во время клеточных делений часто происходят ошибки. Обычно это не влечет за собой ощутимых последствий, если не считать крошечной доли ошибок, ведущих к развитию рака. Однако если мутация происходит при одном из первых клеточных делений после зачатия, то у человека может оказаться заметная доля мутантных клеток, способных вызвать симптомы наследственного заболевания. Обычно эти симптомы не столь тяжелые, как если бы мутация присутствовала в каждой клетке, и могут распространяться только на одну часть тела. Если заболевание поражает кожу, то мозаичность можно определить просто на глаз. В подобных случаях на коже часто наблюдаются выделяющиеся полосы, которые образуют характерный закрученный узор вдоль линий Блашко, то есть линий, вдоль которых мигрируют делящиеся клетки в ходе развитии эмбриона[85]85
  В принципе, мозаичным можно считать каждого обладателя двух X-хромосом (в том числе большинство женщин), поскольку любой вариант гена на одной из двух X-хромосом будет экспрессироваться только в тех клетках, где эта копия хромосомы активна. Поэтому бывают сцепленные с X-хромосомами заболевания, при которых у женщин появляются видоизмененные участки кожи, расположенные вдоль линий Блашко. Одно из таких заболеваний – синдром Гольца, второе носит красноречивое название incontinentia pigmenti (лат. «нарушение пигментации»).


[Закрыть].