Мальчик, который не переставал расти… и другие истории про гены и людей - Эдвин Кёрк

Некоторые заболевания считались чрезвычайно редкими, но оказалось, что они встречаются гораздо чаще, чем было принято думать, и вместе с тем их проявления гораздо разнообразнее, так что в большинстве случаев их трудно распознать. А некоторые действительно встречаются необычайно редко; ни один врач не в состоянии знать обо всех редких заболеваниях — их тысячи, а диагностические базы данных, которыми мы пользуемся, неполны и несовершенны.

В настоящее время мы используем новую технологию либо для секвенирования экзомов, либо для исследования более узкого, целевого списка генов, который называется панелью генов. Если известно, что всего десяток генов связан с определенным заболеванием, возможно, не стоит тратить время и секвенировать более 20 000 генов. Иногда мы так и поступаем: секвенируем каждый ген, а затем отбрасываем почти все данные и анализируем только интересующие нас участки (в главе 10 я расскажу об одном случае, когда мы это проделали). Уже очевидно, что в ближайшие годы, когда затраты снизятся еще больше, мы перестанем возиться с секвенированием экзомов, а может быть, и панели выйдут из обихода. Мы будем попросту проводить полногеномное секвенирование, которое уже в наше время дает несколько более точные ответы, чем экзомное, и, скорее всего, будет совершенствоваться в дальнейшем. Тогда мы, вероятно, упраздним и многие хромосомные анализы, которые проводятся в настоящее время, ведь ту же самую информацию — и в более подробном виде — мы сможем получать из всего генома.

Итак, складывается просто идиллическая картина. Но — вы же догадывались, что непременно будет «но»? — нам приходится преодолевать кое-какие трудности. И главная из них состоит в том, мы имеем дело с неизвестностью.

Статья с описанием генома Джеймса Уотсона, опубликованная в журнале Nature в 2008 г., ясно давала понять, что не все так однозначно. Исследователи, занимавшиеся геномом Уотсона, обнаружили в нем видимую аномалию и попытались ее объяснить. Благодаря чудесному «инструменту», который можно было бы назвать ретроспектроскопом, позволяющему сделать выводы «задним числом», я могу сказать вам, что их объяснение оказалось совершенно неверным.

Дело обстояло так. Уотсон был носителем десяти различных мутаций, которые, как считалось, вызывают аутосомно-рецессивные наследственные заболевания. Это название означает, что у больного человека мутации имеются в обеих копиях гена, расположенного на одной из аутосом (т. е. всех хромосом, кроме половых). Человек, у которого есть одна нормальная копия гена при одной поломанной, сам не заболевает — он только носитель заболевания. Казалось, что если Уотсон был носителем десятка мутаций, уже известных медицинской генетике, то он с немалой вероятностью окажется носителем как минимум нескольких еще неизвестных. Проблема с этим открытием состояла в том, что изучение близкородственных браков, в частности между двоюродными братьями и сестрами, сформировало в науке стойкие представления, согласно которым каждый из нас должен быть носителем одной-двух таких рецессивных мутаций. Любопытно, что опыты на рыбках приводили к сходным выводам[60]. Так почему же у Уотсона рецессивных мутаций оказалось чуть ли не в десять раз больше ожидаемого? Сказать, что авторы статьи попытались объяснить это, будет натяжкой — по сути, они заявили: «У него просто их много… и возможно, у других людей тоже».

Иное — верное — объяснение стало очевидным лишь несколько лет спустя. Уотсон был носителем десяти различных генетических вариаций, которые в научных публикациях объявлялись причинами заболеваний. В настоящее время только одна из них все еще считается вызывающей болезнь[61]. Остальные — безвредные варианты, ошибочно считавшиеся опасными.

Как такое могло произойти? Коренная причина проблемы — огромная изменчивость человеческого генома. Если сравнить ваш геном с моим, между нами найдется около 3 млн отличий, и точно так же у каждого из нас будут миллионы отличий от «эталонного» генома. Не бывает «нормального» человеческого генома — если на данный момент в мире 7,7 млрд человек[62], то существует примерно 7,65 млрд различных человеческих геномов (с поправкой на однояйцевых близнецов, у которых геномы одинаковы). Хотя «эталонный» геном служит своего рода стандартом, отличия от эталона не обязательно являются патологиями — на самом деле почти все варианты, которые несет каждый из нас, безвредны. Некоторые из них в какой-то степени полезны для нас, иные слегка вредны, и лишь небольшая часть их способна стать причиной известных наследственных заболеваний. Большинство этих вариаций располагается в промежутках между генами или даже в самих генах, но не на тех участках, которые кодируют белки. Секвенируя экзом пациента, мы обычно находим около 40 000 вариаций, дающих отличия в последовательностях, кодирующих белки. Некоторые из них очень распространены, некоторые встречаются редко, а некоторые явно уникальны. Даже теперь, если мы секвенируем ваш геном, можно наверняка ожидать, что в нем обнаружится множество генетических вариантов, неизвестных ранее. Этого не произойдет только в том случае, если ваши родственники, особенно родители, уже воспользовались услугой геномного секвенирования.

Допустим, вы проводите секвенирование экзома пациента, заболевание которого, как вы предполагаете, имеет наследственную природу и вызвано мутацией единственного гена. Для начала вам придется перебрать 40 000 вариантов, влияющих на кодирование белков, чтобы найти один или два искомых. Вы ищете иголку в целом стоге… иголок.

Геном Джеймса Уотсона был прочитан до эры массового секвенирования экзомов и задолго до того, как появились обширные базы данных по геномам и экзомам. Все десять рецессивных мутаций Уотсона ранее находили у людей с наследственными заболеваниями, и они были описаны в публикациях предыдущего десятилетия. По тем или иным причинам все эти сообщения оказались, если отбросить излишнюю деликатность, ошибочными. Так, у Уотсона нашли мутацию в гене RPGRIP1, связанном с тяжелым глазным заболеванием. У него была одна копия гена с типичной аминокислотой в позиции 547 — аланином, а во второй копии была другая аминокислота — серин.

В 2003 г. пакистанские ученые сообщили о большой семье, восемь членов которой страдали дегенеративным глазным заболеванием, и у всех было по две копии мутации, обнаруженной у Уотсона; такая же мутация была выявлена еще в двух не столь многочисленных семьях. В то время стандартной процедурой проверки, позволяющей определить, нормален ли обнаруженный вариант, было обследование выборки в 100 человек из той же самой популяции («контрольная выборка») с целью установить, встречается ли у них этот вариант. Секвенируете геномы 100 человек, получаете 200 копий нужного гена, и, если данный вариант безвреден и типичен для данной группы людей, можно ожидать, что он, скорее всего, найдется в контрольной выборке. Ради экономии средств исследователи воспользовались дешевым методом скрининга, не прочитав последовательность данного гена — и задним числом понятно, что скрининг потерпел неудачу, так как они не обнаружили в контрольной выборке этот вариант.