Сумма биотехнологии. Руководство по борьбе с мифами о генетической модификации растений, животных и людей

Панчин Александр

Помните, как актриса Анджелина Джоли решила сделать мастэктомию, чтобы предотвратить развитие рака молочной железы? От этого заболевания погибли ее мать, бабушка и тетя, поэтому опасения актрисы за собственное здоровье были небезосновательны. Генетический анализ подтвердил худшие ожидания — наличие вредной мутации в гене BRCAi. Некоторые мутации в этом гене могут приводить к очень высокому риску рака груди (вплоть до 80–90 % вероятности в течение жизни) и рака яичников (с вероятностью до 40–50 %). Это не гарантированный приговор, но, взвесив все «за» и «против» (в том числе возможность получить высококачественное протезирование груди), Джоли пошла на столь необычный шаг. В большинстве случаев носителям мутаций, чреватых склонностью к тому или иному виду рака, по результатам генетических тестов рекомендуют проходить регулярные обследования у врача, чтобы успеть обнаружить заболевание на ранних стадиях развития (если оно возникнет).

Если говорить о персонализированном подборе лекарств [280] ,

то рассмотрим роль гена, кодирующего цитохром P450 2D6. Этот важный фермент работает прежде всего в печени, где он метаболизирует многие несвойственные нашему телу вещества, в том числе и некоторые лекарства (например, галоперидол и ряд других антипсихотиков). В частности, цитохром P450 превращает кодеин в морфин. У людей встречаются разные варианты цитохрома — более активные и менее активные. Если лекарство метаболизируется в более слабое по воздействию вещество, то на пациента с активным цитохромом препарат будет действовать менее эффективно. Пациенты с менее активным цитохромом в этом случае испытают больше побочных эффектов. Если лекарство метаболизируется в более сильнодействующее вещество, то ситуация будет обратной. Врачу, назначающему лекарство, имеет смысл учесть генетические особенности пациента при подборе препарата и расчете оптимальных дозировок.

280

Chan I.S., Ginsburg G.S.: Personalized medicine: progress and promise. Annu Rev Genomics Hum Genet 2011, 12:217–44.

Но речь идет не только о медицинских препаратах, а даже и о продуктах повседневного потребления. Существует еще один цитохром CYP1A2, отвечающий за метаболизм кофеина. У некоторых людей этот ген работает плохо или выключен совсем. При употреблении четырех и более чашек кофе в день у таких людей существенно увеличивается риск возникновения сердечно-сосудистых заболеваний, в среднем на 64 % [281] . У людей с исправной копией гена потребление большого количества кофе почти не влияет на этот риск. Когда ученый Крейг Вентер прочитал свой собственный геном, он узнал, что у него целых две хороших копии этого гена, а значит, свой любимый кофе он может и дальше пить спокойно, в больших количествах, как и раньше.

281

El-Sohemy A. et al.: Coffee, CYP1A2 genotype and risk of myocardial infarction. Genes Nutr 2007, 2(1):155–6.

Похожая история с употреблением алкоголя. Фермент алкогольдегидрогеназа метаболизирует этиловый спирт. Среди людей распространены две версии этого гена: кодирующие «быстрый» и «медленный» вариант фермента. У человека с «быстрым» ферментом этиловый спирт метаболизируется эффективно, поэтому у него менее выражено опьяняющее действие алкоголя, но быстро происходит накопление токсичного продукта метаболизма этанола — ацетальдегида. Накопление ацетальдегида приводит к неприятным ощущениям, ряду признаков похмелья и, кроме того, к характерному покраснению лица вскоре после принятия алкоголя. Как следствие, люди с «быстрым» вариантом фермента алкогольдегидрогеназы получают меньше удовольствия от алкогольных напитков, в среднем пьют меньше [282] и реже страдают от алкоголизма [283] . Еще один фермент, альдегиддегидрогеназа, метаболизирует ацетальдегид до уксусной кислоты, которая легко выводится из организма. Люди с эффективной альдегиддегидрогеназой испытывают меньше негативных последствий от употребления алкоголя. То есть гены определяют безопасные для организма количества алкоголя, а также влияют на вероятность появления алкогольной зависимости.

282

Muramatsu T. et al.: Alcohol and aldehyde dehydrogenase geno types and drinking behavior of Chinese living in Shanghai. Hum Genet 1995, 96(2):151–4.

283

Bierut L.J. et al.: ADH1B is associated with alcohol dependence and alcohol consumption in populations of European and African ancestry. Mol Psychiatry 2012, 17(4):445–50.

Генетические данные человека могут использовать не только медицинские работники, но также страховые компании и кадровые агентства. Если вы хотите найти ребенка, из которого можно будет вырастить нового олимпийского чемпиона, проанализируйте гены всех школьников и найдите тех, у кого гены похожи на гены известных спортсменов. Однако на данный момент мы знаем не так много примеров надежных связей между генетическими признаками и способностями людей. Потребуется чтение сотен тысяч геномов, чтобы в этом разобраться. Ситуацию усложняет то обстоятельство, что многие признаки зависят от работы множества генов, а

сами гены могут по-разному работать в зависимости от условий. Не будем забывать и о том, что на многие признаки существенно влияют и негенетические факторы.

Бурное развитие геномики — науки, изучающей геномы живых организмов, — привело к появлению еще одного направления современных исследований — метагеномики. Существенный вклад в эту область внес все тот же Крейг Вентер, которого мы упоминаем не в последний раз. В 2004 году Вентер опубликовал статью, в которой было описано чтение «генома» Саргассового моря [284] ! Это вовсе не отсылка к живому океану из фантастического произведения Станислава Лема «Солярис». Просто исследователи брали пробы морской воды, выделяли из них ДНК, дробили ее и читали все последовательности подряд. В итоге получалась смесь прочитанных фрагментов ДНК из разных геномов, и благодаря такому подходу удалось найти последовательности генов многих ранее не описанных видов.

284

Venter J.C. et al.: Environmental genome shotgun sequencing of the Sargasso Sea. Science 2004, 304(5667):66–74.

Вскоре после того, как оказалось, что читать последовательности ДНК из сложных экосистем совсем не трудно, метагеномика обрела колоссальные масштабы. Анализ ДНК позволял находить бактерий, о существовании которых мы раньше даже не подозревали, поскольку их не удавалось культивировать в лабораторных условиях. Был запущен крупномасштабный проект по изучению микрофлоры (микробиома) человека [285] . Были исследованы метагеномы человеческой кожи, ротовой полости, уретры, половых путей и так далее.

285

Turnbaugh P.J. et al.: The human microbiome project. Nature 2007, 449(7164):804–10.

Особое внимание привлекло к себе изучение микрофлоры человеческого кишечника, в котором, как оказалось, живут сотни разных видов бактерий. Ученые даже начали сравнивать бактерий, живущих в кишечниках разных людей [286] , чтобы оценить их влияние на наш организм. Названия некоторых работ по кишечной метагеномике были прямо-таки завораживающими, например «Сравнительная фекальная метагеномика раскрывает уникальную функциональную емкость кишки свиньи» [287] . В России подобные исследования иногда в шутку называли «метаговномикой», и мне даже довелось немного поучаствовать в одном таком проекте. Поскольку копаться в таких метагеномных данных — не самый веселый труд, студентам нашего факультета в качестве учебных заданий по биоинформатике давали неопределенные фрагменты ДНК микробов из кала, и мы пытались понять, что это за последовательности и из каких бактерий они родом.

286

Arumugam M. et al.: Enterotypes of the human gut microbiome. Nature 2011, 473(7346):174–80.

287

Lamendella R. et al.: Comparative fecal metagenomics unveils unique functional capacity of the swine gut. BMC Microbiol 2011, 11:103.

Шутки шутками, а это на самом деле довольно интересная и важная тема. Российский биолог Илья Мечников первым предположил, что даже здоровый человек существенно зависит от микробов, которые в нем живут. Ученый считал, что качество микрофлоры кишечника имеет непосредственную связь с продолжительностью жизни. В своей статье «Этюды о природе человека» он писал: «Существует распространенная идея, будто микробы нашего кишечника находятся в симбиозе с нашим организмом; однако я полагаю обратное. Я думаю, что мы вскармливаем большое количество вредных микробов, укорачивающих нашу жизнь и вызывающих преждевременную и мучительную старость. […] Я воздерживаюсь от всякой сырой пищи и, сверх того, ввожу в свой обиход молочнокислые микробы, мешающие загниванию в кишках».

Пищеварительные органы Мечников считал неким неизбежным злом: «Неудивительно, что пищеварительные органы представляют нам столько примеров частей, бесполезных или вредных для внутренней организации. Животные, наши предки, могли употреблять только сырую, грубую пищу как дикорастущие растения или сырое мясо. Человек выучился разводить удобоваримые растения и так приготовлять пищу, чтобы она очень легко всасывалась организмом. Поэтому органы, приспособленные к условиям жизни животного до человека, становятся большею частью лишними для последнего. Многие животные виды, которым удалось добывать легко усвояемую пищу, в конце концов более или менее потеряли свои пищеварительные органы. Таковы паразитические животные; некоторые из них, как, например, солитер, погружены в кишечнике человека в совершенно готовую для их питания жидкость, вследствие чего окончательно утратили собственный кишечный канал.