Проект «Геном человека»

После того как ДНК получила статус Царицы небесной, вполне закономерным стало решение составить каталог всех генетических звезд человеческого небосклона. И в 1980-х годах был начат глобальный научный проект «Геном человека», участники которого поставили перед собой чрезвычайно амбициозную задачу — каталогизировать все имеющиеся у человека гены. Предполагалось, что человеческому организму для программирования синтеза более чем 100 тысяч составляющих его белков необходимо по одному гену на белок; к их числу следовало добавить по меньшей мере 20 тысяч регуляторных генов, потребных для согласования деятельности кодирующих генов. Итого, нехитрые подсчеты показывали, что 23 пары человеческих хромосом должны содержать как минимум 120 тысяч генов.

Но это только присказка, сказка впереди. С теми, кто начинает держаться запанибрата с тайнами Вселенной, природа любит шутить злые шутки поистине космического масштаба.

Давайте вспомним, к чему привело заявление Николая Коперника, что Земля, вопреки представлениям тогдашних полуученых-полубогословов, отнюдь не Центр мира. Его революционное открытие, опубликованное в 1543 году, подорвало основы учения Церкви, лишило ее непререкаемого авторитета и ознаменовало собой начало современной науки.

Нынешним догматикам от биологии довелось испытать сравнимый по силе шок. Выяснилось, что человеческий геном содержит не 120 тысяч генов, а всего лишь примерно 25 тысяч [Pennisi 2003а, 2003b; Pearson 2003; Goodman 2003]. Иными словами, ученые не досчитались 80% необходимых, как они полагали, человеку генов. Эти куда-то девшиеся гены наделали больше шума, чем восемнадцать минут аудиозаписей, пропавшие на никсоновских пленках¹⁰. Ведь концепция «один ген — один белок» была краеугольным камнем генетического детерминизма. И коль скоро проект «Геном человека» опроверг эту концепцию, всем высокоумным теориям генетиков о том, как функционирует жизнь, прямая дорога на свалку! Теперь уже невозможно веровать в то, что генные инженеры сравнительно легко сумеют разрешить наши проблемы. Столь малое количество генов (всего лишь 25 тысяч) попросту не в состоянии нести всю полноту ответственности за такие сложные явления, как человеческая жизнь и человеческие болезни!

Допускаю, вы прочли эти слова с усмешкой. Если я кажусь вам цыпленком Цыпой, заявляющим, что небо генетики упало ему на голову^†, погодите с окончательными выводами. Большие Сильные Звери науки говорят то же самое, что и я. Бот как прокомментировал удивительные результаты проекта «Геном человека» один из ведущих генетиков мира, лауреат Нобелевской премии Дэвид Балтимор:

«Если только человеческий геном не содержит множества генов, недоступных нашим компьютерам, несомненная сложность человека по сравнению с растениями и червями достигается отнюдь не за счет задействования большего числа генов.

Понимание того, откуда все-таки берется наша сложность — колоссальное разнообразие нашего поведения, способность к сознательным поступкам, великолепная физическая координация, точно выверенная подстройка к изменениям внешней среды, обучаемость, память... можно не продолжать, верно? — остается делом будущего» [Baltimore 2001].

По словам Балтимора, результаты проекта «Геном человека» побуждают нас рассматривать альтернативные идеи по поводу того, чем управляется жизнь. «Понимание того, откуда все-таки берется наша сложность... остается делом будущего». Небо все-таки упало!

Помимо всего прочего, результаты проекта «Геном человека» побуждают нас пересмотреть наши взаимоотношения с биосферой. Мы больше не имеем права доказывать свое эволюционное превосходство над другими живыми существами ссылками на свои гены, — если судить по их количеству, человек не так уж и отличается от гораздо более примитивных организмов. Возьмем для примера три наиболее изученных объекта генетических исследований: микроскопического червя-нематоду Caenorhabditis elegans, плодовую мушку-дрозофилу и обычную лабораторную мышь.

Червь Caenorhabditis — идеальный объект для изучения роли генов в развитии и поведении особи, он хорошо поддается генетическим манипуляциям. Тело этого быстро растущего и хорошо размножающегося создания состоит из 969 клеток; в его незамысловатом мозге насчитывается примерно 302 клетки. Несмотря на это, Caenorhabditis обладает уникальным поведенческим репертуаром. Его геном состоит примерно из 24 000 генов [Blaxter 2003]. В человеческом теле, состоящем из более чем пятидесяти триллионов клеток, лишь на 1 500 генов больше.

У еще одного излюбленного объекта научных исследований — плодовой мушки-дрозофилы — насчитывается 15 000 генов [Blaxter 2003; Celniker, et al, 2002]. Иными словами, гораздо более сложный, по сравнению с примитивным Caenorhabditis, организм этой плодовой мушки содержит на 9 000 генов меньше, чем у него.

Что касается мышей, нам стоило бы смирить собственную гордыню. Исследования генома мыши проводились параллельно с исследованиями проекта «Геном человека». Так вот, у человека и грызунов количество генов приблизительно одинаково!

Кое-что из азов клеточной биологии

Задним числом можно заметить: то, что гены не в состоянии управлять нашей жизнью, ученые должны были знать без всяких глобальных проектов. Как называется орган, управляющий жизнедеятельностью и поведением организма? Правильно, этот орган называется мозгом. Но можем ли мы считать мозгом клетки ее ядро, в котором содержится ДНК? Если да, тогда удаление клеточного ядра (такая процедура называется энуклеацией) должно приводить к немедленной смерти клетки.

Итак, настало время ключевого эксперимента! Маэстро, барабанную дробь...

Укладываем нашу упрямую клетку на микроскопический операционный стол. При помощи манипулятора ловким движением вводим в ее заполненное цитоплазмой нутро похожую на иголку микропипетку. Ядро клетки аккуратно всасывается в микропипетку... Все, дело сделано. Последнее движение манипулятора, и «мозг» нашей несчастной жертвы извлечен.

Но позвольте! Клетка движется! Господи, она по-прежнему жива!

«Рана» в клеточной стенке затянулась, и клетка, как настоящий пациент после операции, понемно­гу приходит в себя. Вот она уже снова на ногах... ну хорошо, хорошо — на ложноножках... и бодро покидает поле зрения микроскопа, в надежде никогда больше не встречаться с такими врачами.

Подвергнутые энуклеации клетки способны прожить до двух и более месяцев без всяких генов. Причем эти клетки вовсе не напоминают беспомощные комки цитоплазмы — нет, они активно поглощают и переваривают пищу, поддерживают согласованное функционирование своих физиологических систем (дыхательной, пищеварительной, выделительной, двигательной и т. д.), сохраняют способность общаться с другими клетками и должным образом реагируют на внешние раздражения.

Конечно, энуклеация не остается совсем без последствий. Лишенные генов клетки не могут ни делиться, ни воспроизводить свои белковые составляющие, которые они теряют вследствие обычного старения и износа цитоплазмы. Неспособность заменить дефектные цитоплазматические белки приводит к механическим расстройствам, из-за которых клетка в конце концов гибнет.

Но вспомним, для чего был задуман наш эксперимент. Мы решили проверить, действительно ли ядро клетки является ее «мозгом». Если бы клетка погибала после энуклеации, мы могли бы сказать, что наши наблюдения свидетельствуют в пользу этой идеи. Но результаты эксперимента однозначны: лишенная ядра клетка демонстрирует сложное координированное поведение, характерное для живого организма. Отсюда следует, что ее «мозг» остался в целости и сохранности.

Тот факт, что энуклеированные клетки сохраняют свои биологические функции и при отсутствии генов, давно известен. Опыты по извлечению ядер из делящихся яйцеклеток стали классикой эмбриологии еще более ста лет назад. Эти опыты показали: изолированная энуклеированная яйцеклетка способна достичь даже уровня бластулы — стадии развития, на которой зародыш состоит из сорока или более клеток. Сегодня энуклеированные клетки используются в промышленных целях в качестве питающего слоя для выращиваемых противовирусных вакцин.

Но если ядро с его генами не является клеточным «мозгом», тогда какова же роль ДНК в жизни клетки? Ответ прост: энуклеированные клетки гибнут не потому, что они лишились мозга, а потому, что их лишили репродуктивных способностей. Ядро клетки — ее орган размножения! Будучи не в состоянии воспроизводить необходимые им компоненты, энуклеированные клетки не могут ни заменить свои дефектные белковые «кирпичи», ни создать собственные копии.

Какой конфуз — перепутать орган размножения с мозгом! Что ж, это вполне понятная ошибка, если принять во внимание традиционно царящий в науке патриархат. Мужчин частенько обвиняют в том, что они думают не головой, а... в общем, понятно чем. Так стоит ли удивляться аналогичной оплошности со стороны мужской, по сути, науки?