Барри Шулер: Зачем нам геномика

Сегодня мы изучаем не отдельные гены, а целые геномы. И не только человека, а всех живых существ. Это полностью меняет наши отношения с биосферой, то есть с миром вокруг нас

+T -
Барри Шулер: Зачем нам геномика
От редакции
Поделиться:

Когда обезьяна взяла в лапу кость, было создано первое в мире орудие; приматы, бегавшие по лесу и озабоченные лишь пропитанием и продолжением рода, вдруг сообразили, что умеют создавать новые вещи. Это умение вывело их на следующий уровень эволюции. Знания порождают технологии, которые порождают новые знания и дают нам в руки новые орудия.

Человек как вид прошел целый ряд ключевых точек развития; в конце 1970-х годов созданы персональные компьютеры; связав их в сеть, мы создали Интернет. Мир быстро меняется, создаются новые мощные орудия, которые позволяют заняться одной важной вещью, общей для всех без исключения, — геномом человека.

Геном — это набор инструкций, программный код для жизни, который позволяет всем живым организмам осуществлять жизненные функции.

В биохимическом смысле геном — это описание структуры всех вариантов ДНК, которые можно найти в живом организме. ДНК — это нечто общее, что есть у всех живых существ на Земле. Расшифровка двойной спирали ДНК в 1950-е годы показала, что внутри ДНК скрыт язык, который определяет наши свойства: что мы наследуем, какими болезнями можем страдать. Позже обнаружилось, что ДНК — очень древняя молекула. Это своего рода архив, запись истории нас как вида и каждого из нас как индивидуума; в нем записаны все точки, где наши предки жили сотни тысяч лет назад.

ДНК — длинная и сложная молекула. Она состоит из четырех химических соединений, обозначаемых по первым буквам их названий — А, Т, С, G. Эти буквы составляются в так называемые базовые пары — «слова», которые ученые называют генами и хромосомами. Их можно сравнить с двузначным компьютерным кодом — последовательностью нулей и единиц. Только у нас не два знака, а целых четыре, благодаря чему достигается куда больше возможностей описывать самые разные механизмы.

В геноме три с половиной миллиарда базовых пар. Встречаются в нем и ошибки — это означает, что человек заболел. Мы не умеем лечить огромное число болезней, например рак, потому что не понимаем, как все работает на генетическом уровне. До сих пор врачи лечили людей методом, который Барри Шулер по аналогии с ковровыми бомбардировками называет «ковровой фармакологией», то есть «закидывали» организм химическими соединениями — глядишь, что-то получится. Но если мы научимся понимать, по какой причине нормальная клетка вдруг превращается в раковую, то сможем придумать технологию, которая отключит инструкции этого превращения.

В человеке скрыты двадцать четыре тысячи генов, выполняющих конкретные функции, плюс к ним существует еще сотня тысяч других, судя по всему, функционально пассивных генов, которые хранят запись нашей личной истории и истории нашего вида. У мышей, к примеру, столько же генов, сколько у нас, а в геноме винограда сорта «пино нуар» — почти тридцать тысяч генов. То есть число генов вовсе не говорит о том, насколько сложен организм, и не отражает последовательности, в которой виды возникали в процессе эволюции.

Все люди, независимо от расы, на 99,9% абсолютно одинаковы в том, что касается наших генов. Вся разница между любыми двумя людьми составляет сотую долю процента от общего числа генов: разница крошечная, но конечное материальное ее выражение — это то, что отличает людей друг от друга и ведет к изменениям в нашем коде. Как и в коде любых других живых существ.

Мы научились читать геномы. Раньше чтение генома длилось годами и стоило миллионы долларов, а в ближайшие пять лет мы будем секвенировать полный человеческий геном за 5 тыс. долларов за час-полтора. Каждый человек будет ходить с пластиковой карточкой, на которой будет записан его персональный геном, и достаточно будет показать ее в аптеке, тогда фармацевт сделает лекарство специально для этого человека, и оно подействует куда лучше, чем традиционные медикаменты, и к тому же не будет иметь побочных эффектов, свойственных таблеткам.

Геном — это длинная последовательность базовых пар — «слов». Природа постоянно «кликает мышкой» на эти буквы. Например, в геноме виноградной лозы есть буквы, означающие команды «расти корень», «расти ветку», «зацветай». Если это геном человека, то команды могут быть «размножай кровяные клетки», «превращай нормальные клетки в раковые». Ученые сейчас начинают понимать, какие команды где «лежат».

Мы научились читать геном — что делать с этим дальше? Барри Шулер приводит несколько примеров. Изучая соскоб с нёба, можно построить генеалогию на тысячи лет назад. Очень важно разобраться, какая у какого гена функция. Например, можно понять, почему образуются склеротические бляшки, отчего в зернах накапливается крахмал, как дрожжи перерабатывают сахар и вырабатывают углекислый газ. Можно разобраться, откуда берутся болезни, и найти механизмы решения этих проблем. Если мы сумеем это понять, то сможем лечить или предотвращать болезни и выращивать более совершенные организмы.

Барри Шулер показал возможности «природного конструктора» на следующем примере. Шулер и его сотрудники создали первый полностью синтетический геном примитивного организма mycoplasma genitalium; у него в геноме всего двести сорок шесть генов. У исследователя возникла мысль: что, если из одноименной бактерии вынуть природный геном и заместить его новым? Оказалось, что «программа загрузится» и существо оживет. Более того, если взять синтетический геном этой бактерии и «привить» его, например, дрожжам, то дрожжи в два счета превратятся в нашу mycoplasma genitalium. То есть если по аналогии с компьютерами считать геном программным обеспечением, то оно само создает компьютер, на котором работает. Компьютер меняется в зависимости от того, какую программу на нем запустили!

Французские и итальянские ученые секвенировали геном виноградной лозы сорта «пино нуар». Что же дальше? Можно создать более качественную лозу, «научить» ее бороться с болезнями, давать более высокий урожай; видимо, можно суметь расширить ареал, где этот сорт может вызревать. Мы можем даже разнообразить вкусы и запахи.

 

Не стоит забывать и про окружающую растения экосистему. Популяции микробов, которые живут вокруг их корней, в неменьшей степени влияют на свойства указанных растений, чем устройство этих последних. Геном микробов легко секвенировать, в нем всего тысячи две генов; затем можно установить корреляцию между ними и интересующими нас полезными характеристиками, которые мы хотим улучшить, и вредными, которые хотим устранить, составить базу данных, и на ее основании разрабатывать удобрения.

Наверняка кто-нибудь спросит: «Если мы сами создаем организмы, то воображаем себя богами?» Барри Шулер полагает, что во всех этих занятиях нет ничего противоестественного. Человек не изобретает молекулы, они уже созданы, и не им. Мы лишь меняем вещи местами, но ничего противоестественного не создаем. У нашей деятельности, конечно, могут быть невкусные последствия, мы можем отравить окружающую среду, но это значит, что мы где-то совершили ошибку. Природа дала нам в руки конструктор, из которого можно много чего построить. Но есть правила игры: мы можем создать искусственную лозу, но не сможем создать лозу, на которой вместо виноградин будут расти человеческие дети. Мы только выясняем, каков, собственно, набор этих правил! И если мы овладеем ими в полной мере, то с их помощью сможем решить все энергетические проблемы, снизим содержание углекислого газа в воздухе, очистим океаны, сможем даже делать более качественные вина. Во всяком случае, это — следующий шаг в эволюции вида homo sapiens.