Эпоха открытий. Возможности и угрозы второго Ренессанса - Крис Кутарна

Успехи просвещения и профилактики, хотя они и не становятся темой броских газетных заголовков, не менее значительны. Антитабачная пропаганда сделала для сокращения распространения рака легких больше, чем все лекарства и операции вместе взятые [8]. Внушив людям мысль о необходимости мыть руки перед едой, мы одержали одну из самых больших побед в борьбе с распространением инфекции, от ресторанов Токио до фавел Рио-де-Жанейро.

Пределы

Но, несмотря на все успехи, возможности лечения не беспредельны. И главный предел – старение. Даже при самом заботливом уходе тело стареет, разрушается и умирает. Второй предел – генетика. Несмотря на все усилия, наша собственная природа может обернуться против нас, помешать функциональности организма или сделать нас более уязвимыми. Третий предел – хронические заболевания, которые успешно сопротивляются лечению главным образом потому, что причина их возникновения часто обусловлена сочетанием первых двух факторов. Например рак. Мы знаем, что, если в семье были случаи заболевания раком, вероятность того, что мы тоже заболеем, возрастает. Это генетика. Но, кроме того, многое зависит от возраста. ДНК, с которой мы рождаемся, несколько отличается от ДНК, с которой мы умираем. В течение жизни клетки делятся, отмирают и восстанавливаются снова и снова, при этом в них накапливаются небольшие мутации. Чем старше мы становимся, тем больше мутаций накапливают наши клетки. Если среди них окажутся неправильные, клетки могут начать бесконтрольно размножаться – это и есть рак. Другие хронические болезни – диабет, болезнь Альцгеймера, рассеянный склероз – также упорно сопротивляются современной медицине.

Чтобы преодолеть эти ограничения, мы должны выйти за пределы существующей модели лечения. Именно этим сейчас занимается медицинская наука. Ученые уже не стараются максимально повысить качество жизни в отведенных природой границах, они научились разбираться в человеке достаточно глубоко (по их мнению) и теперь ставят перед собой намного более смелые цели: преобразовать организм человека таким образом, чтобы этих ограничений оставалось все меньше и меньше.

Книга жизни

Изучение генетики началось в 1860-е гг. с монаха-августинца Грегора Иоганна Менделя, который терпеливо выращивал 30 тысяч побегов гороха и в результате наблюдений пришел к выводу, что природу «детского» растения определяет сочетание доминантных и рецессивных признаков, унаследованных от обоих «родителей». Около 1900 г. ученые выяснили, что эти унаследованные, или наследственные, признаки переносятся хромосомами внутри ядра клетки. А в 1950-х гг. они обнаружили внутри хромосом главное хранилище генетической наследственности: умную молекулу в виде двойной спирали, получившую название ДНК.

ДНК – язык природы, с помощью которого осуществляется хранение и копирование генетической информации. Это цифровой код. Но вместо нулей и единиц каждая цепочка состоит из длинной последовательности простых молекул A, C, G и Т (аденин, цитозин, гуанин и тимин), присутствующих во всех клетках живых организмов. Эти четыре молекулы имеют особое свойство: А может соединяться только с Т, а С – с G. Если фрагмент одной цепочки состоит из C-G-A, противоположный фрагмент другой цепочки в этом месте должен состоять из G-С-Т.

Один этот факт обеспечивает генетические данные всех форм жизни на Земле. Эту простую химию (А = Т, С = G) природа использует, чтобы точно копировать генетическую информацию каждый раз, когда клетка делится.

Но ДНК – не просто резервуар, где генетическая информация хранится до того момента, когда придет время произвести потомство. Другие молекулы, РНК, постоянно проходят сквозь это хранилище, записывая короткий фрагмент кода ДНК (ген), а затем перенося эту информацию в один из заводских цехов клетки: рибосомы. Рибосома с полученным фрагментом в руке, сверяясь с тем же цифровым декодером, собирает соответствующую цепочку аминокислот. После сборки эти двумерные цепочки складываются в сложные трехмерные формы. Мы называем эти разнообразные 3D-формы белками. Белки, отвечающие за строительство мышц и костей, представляют собой небольшую и хорошо изученную группу. Белки участвуют во всем: от переработки пищи в топливо до производства и ликвидации химических веществ, борьбы с инфекциями и транспортировки кислорода. Исследователи считают, что в человеческом организме имеется около 100 тысяч видов различных белков – все вместе они составляют примерно 75 % сухой массы тела. ДНК – язык, на котором кодируется каждая из этих разновидностей.

ДНК отвечает на вопрос о том, что делает меня мной, а вас – вами, а также объясняет, как работает человеческое тело начиная с молекулярного уровня и далее. С момента открытия этого генетического кода мы прикладывали все усилия, чтобы разобраться в нем. К сожалению, он а) слишком длинный и б) написан на языке, которого мы не знаем. Представьте обычный лист бумаги, заполненный от края до края сверху донизу строчками, набранными двенадцатым кеглем, сплошь из букв А, C, G и T, – что-то вроде:

Геном человека заполнил бы 1 миллион таких листов (площадь примерно десяти футбольных полей). При этом код не прерывается никакими пробелами или знаками препинания, которые помогли бы нам уловить его смысл.

Поскольку мы не можем прочитать ДНК непосредственно как текст, единственным способом отыскать смысл в этом коде является сравнение. Ученые сравнивают ДНК человека, который страдает, например, муковисцидозом, с ДНК здорового человека и выявляют различия. Затем они изучают ДНК других людей, страдающих муковисцидозом, чтобы определить, какими из этих отличий обладают все больные. В 1989 г. муковисцидоз стал первым генетическим расстройством, первопричину которого, лежащую в ДНК, удалось выявить таким способом. (Приведенный выше фрагмент кода – всего лишь 230 из >230 тысяч символов, с помощью которых болезнь записана в генах.) Сравнение оказалось мощным инструментом для превращения ДНК в осмысленный текст. Но это был медленный процесс. К 1990 г. все мировые «библиотеки» расшифрованных фрагментов ДНК вместе взятые составляли менее 1 % общего объема генетического кода [9]. Многие биологи считали, что изоляция всех генов – задача, лежащая за пределами человеческих возможностей.

Гений

Сегодня никто уже так не считает. Область и перспективы исследования выглядят совершенно по-другому.

В 1990 г. генетики всего мира были разбросаны по сотне лабораторий, в основном расположенных внутри университетов. По большей части они проводили исследования независимо друг от друга, а совместные работы не выходили за пределы одного государства. Сегодня они работают в тысячах общественных и частных лабораторий и научно-испытательских учреждений, а количество и сложность их научных связей, преодолевающих как экономические, так и национальные границы, превратили генетику в по-настоящему транснациональный научно-исследовательский проект. Проект «Геном человека», запущенный в начале 1990-х гг. с целью составить полную схему генома, проходил под руководством американских ученых. Следующая ступень, проект «Протеом человека», был запущен в 2010 г., его цель – описать все виды человеческих белков; в этом глобальном начинании участвуют 25 исследовательских групп из 19 разных стран.