Секреты наследственности человека

Афонькин Сергей Юрьевич

Во-вторых, наоборот, увеличение активности теломеразы может увеличить способность к делению обычных, смертных клеток, и, тем самым, продлить срок их нормальней работы. Например, недавно с помощью методов молекулярной инженерии в клетки эпителия сетчатки глаза был введен кусочек ДНК, кодирующий человеческую теломеразу. В результате их хромосомы начали наращивать свои теломеры, а количество делений этих эпителиальных клеток превысило обычный лимит минимум на 20 удвоений! А что если ввести такой ген теломеразы в клетки зародыша человека? Предположим, он встроится в одну из 46 хромосом и будет постоянно воспроизводиться при каждом делении. Тогда мы получим младенца, все соматические клетки которого будут игнорировать лимит Хайфлика! Это означает, что срок его жизни по сравнению с естественными пределами будет существенно увеличен. На горизонте научных достижений начинает брезжить заря потенциального человеческого бессмертия, о котором мечтали

десятки поколений мыслителей и естествоиспытателей! Разумеется, такая возможность является пока чисто теоретической, и путь к ее реализации наверняка окажется не таким простым, как здесь изложено. Более того, этичность проведения подобных экспериментов на людях наверняка вызовет не менее бурную дискуссию, чем спор о возможности и допустимости клонирования отдельных личностей. Однако мечта о бессмертии столь привлекательна, что наверняка вызовет попытки ее реализовать на практике. Вот тут-то и возникает вопрос, не приведет ли «взламывание печати Хайфлика» (запрет на бесконечное деление соматических клеток) к непредвиденным и нежелательным последствиям, на которые природа мудро наложила запрет).

Одним из неизбежных зол, с которыми сталкиваются любые клетки, является возникновение случайных мутаций. Частота их появления у единичного гена оценивается как один случай на миллион клеток и на одно ее деление. Вроде бы немного. Однако число клеток в теле человека оценивается десятками, если не сотнями, миллиардов, а общее количество делений, которые они совершают в нашем теле, достигает 10¹⁶ (часть отработавших клеток постоянно гибнет и выводится из организма). Следовательно, при таких порядках величин даже столь редкие события, коммутации, должны постоянно накапливаться в клетках тела в изрядных количествах. Считается, что для превращения обычной клетки я раковую в среднем она должна приобрести от трех до семи независимых мутаций. При таком раскладе для неизбежного возникновения опухоли требуется в среднем от 60 до 140 клеточных делений. Лимит же Хайфлика для клеток человека, как вы помните, составляет около 50 делений! Это означает, что он является просто заслоном лавинообразному появлению опухолей в суперпожилом возрасте.

В истории науки уже не раз применение того или иного открытия оборачивалось совсем нежелательными последствиями. Возможность значительного продления жизни человека за счет манипуляций с его клетками и теломеразами грозит еще большим всплеском онкологических заболеваний и еще более существенным накоплением груза генетических мутаций, который и так уже несет на себе людской род благодаря успехам биологии и медицины. Не надо, впрочем, впадать в пессимизм и думать, что этот груз, в конечном счете, раздавит вкусившее от древа познания человечество. Просто надо разрабатывать методы генетической терапии, способные противостоять всем этим негативным явлениям. А это серьезное испытание для науки XXI века.

Откуда берется генетическое разнообразие?

Экономична мудрость бытия, Все новое в нем шьется из старья В. Шекспир

— Хотите разнообразия? Комбинируйте!

— Слоги генов и беков

— Как природа играет в карты?

— Гены переносятся!

— Инсулин у бактерий

— Гидры обладают характером

Когда речь идет о врожденных заболеваниях человека, обычно дело, в конечном счете, сводится к повреждению или недостаче в организме определенных белков. В одних случаях эти белки и соответствующие им гены уже найдены и охарактеризованы. В других случаях не вызывает сомнения, что они будут в обозримом будущем обнаружены. Возникает четкая картина: дефект в структуре белка ведет к нарушению функции. Если провести аналогию с миром техники, то все предельно ясно: выход из строя детали автомобиля приводит к тем или иным перебоям в его работе.

Когда мы имеем дело с очень сложными приборами, сбои в их функционировании не всегда сводятся к поломке деталей, из которых они состоят. Вспомните — телевизор можно настроить, не меняя в нем ни одной детали. Другой пример — «зависание» компьютера чаще всего никак не связано с физическими дефектами в его материнской плате. То есть, чем сложнее прибор, тем с большей вероятностью какие-то недочеты в его действии будут связаны просто с несогласованностью работы отдельных его частей, с плохой «настройкой» этого прибора.

Примерно такая же ситуация с поведением живых организмов. Изучая просто организованные существа, иногда бывает совсем несложно указать, как изменение их поведения связано с белками. Хороший пример — одноклеточная водоросль хламидомонада. Она двигается к свету с помощью всего двух жгутиков, каждый из которых состоит

из нескольких типов белков. Мутации в соответствующих генах приводят к различным изменениям в этих белках. В результате появляются «поведенческие мутанты» — клетки хламидомонад, которые плавают не так, как следует. Или вообще не плавают. Этакие клетки-инвалиды получаются! В такой ситуации можно изучать генетику поведения: выделять новых поведенческих мутантов и пытаться понять, почему они ведут себя несколько иначе, чем большинство других одноклеточных этого вида.

Не надо, кстати, думать, что этот пример не имеет отношения к людям. Клетки ресничного эпителия в носу или в легких человека, а также мужские сперматозоиды обладают практически такими же жгутиками, как и многие одноклеточные организмы. Ясно, что мутации в генах, кодирующих белки этих жгутиков, будут приводить к тяжелым последствиям. Например, к мужскому бесплодию, которое порой вызвано неспособностью сперматозоидов нормально двигаться.

С изучением генетики поведения многоклеточных существ, обладающих нервной системой, особенно таких высокоорганизованных, как млекопитающие и человек, дело обстоит сложнее. Это поведение представляется чрезвычайно, разнообразным, гибким. На первый взгляд, говорить тут о генетическом наследовании определенных черт трудно, особенно когда речь идет не о заведомой патологии вроде шизофрении или эпилепсии, а о поведении достаточно обыденном, не выходящем с точки зрения обывателя за рамки принятых норм. Тем не менее, подступиться к такому интересному вопросу, как наследование определенных программ поведения можно.

Для этого для начала надо разобраться, откуда вообще в эволюции берется это ошеломляющее разнообразие жизни, как оно создается? Тогда, быть может, удастся подступиться и к разнообразию в поведении животных и человека? Давайте посмотрим, как возникает многообразие форм в природе. Для этого надо ненадолго отступить от основной темы — генетики человека — и снова вспомнить школьные уроки биологии.

Блочное строительство

Уилки Коллинз в романе «Женщина в белом» писал: «У природы столько дел в этом мире, ей приходится создавать такую массу разнообразнейших творений, что по временам она и сама не в силах разобраться во всех тех различных процессах, которыми она постоянно занимается». Попробуем прийти ей на помощь. Биологи предыдущих поколений — зоологи, ботаники, систематики — потратили немало времени на то, чтобы хотя бы вчерне описать и инвентаризировать все добро, все буйство форм и красок, доставшееся им в качестве материала для исследований. Их последователи, углубившись в недра клетки, познали законы наследования признаков и расшифровали код ДНК. Только после этого им удалось начать приближаться к решению вопроса о происхождении поистине фантастического разнообразия живой материи. Лишь в последние десятилетия, обогащенные данными молекулярной биологии и генетики, мы начинаем постепенно понимать, каким образом работает тот поистине неисчерпаемый на комбинации калейдоскоп, который природа неустанно вертит перед нашим удивленным взором.

Житейская практика подсказывает, что в основе разнообразия нередко лежит комбинирование ограниченного числа относительно несложных элементов. Комбинация из шести-семи цифр соединит вас по телефону с нужным абонентом многомиллионного города. Цвет, марка и номер делают автомашину почти уникальной. Для того чтобы написать прекрасное стихотворение, необходимо всего лишь нужным образом скомбинировать тридцать три буквы алфавита и добавить немного знаков препинания.

На последнем примере можно наглядно проиллюстрировать укрупнение подверженных комбинированию блоков при переходе с одного уровня сложности на другой, более высокий. Буквы слагаются в слоги, слоги — в слова. Из слов составляются фразы. Количество букв в алфавите любой страны совсем невелико, все значимые слова можно поместить в словарь, количество же фраз, которые из этих слов можно составить, явно не поддается никакому учету. Рассказы, повести и романы, составленные из отдельных предложений, где и как проявляется способность к комбинированию в биологии?

Практически безграничное множество органических молекул определяется способностью атома углерода и немногих, чрезвычайно распространенных в клетках элементов — водорода, азота, кислорода, серы и фосфора — соединяться в различных комбинациях. Некоторые из таких комбинаций играют ключевую роль «строительных кирпичиков» в клетках. Всего лишь двадцать аминокислот из полутора сотен известных образуют бесчисленное множество белков. Различные моносахара — глюкоза, галактоза, манноза, ксилоза — соединяясь вместе, образуют самые разнообразные полисахариды: крахмал, гликоген, целлюлозу, хитин, пектин и множество им подобных органических молекул. Всего четырех нуклеотидов («букв») оказывается достаточно, чтобы с помощью их сочетаний зашифровать в ДНК всю информацию об устройстве и функционировании любого организма.