А что, если они нам не враги? Как болезни спасают людей от вымирания - Шарон Моалем

Оставим историю про человека, виновного лишь в том, что повторял общепринятые в его время теории, и обратим внимание на женщину, которая выдвигала теории, отвергаемые научным сообществом в ее время. Барбара Мак-Клинток была Эмили Дикинсон генетики – гениальным, влиятельным, революционным мыслителем, большую часть жизни не признаваемым своими современниками. Она получила докторскую степень в 1927 году, когда ей было двадцать пять лет. Следующие пятьдесят лет своей жизни она потратила на дальнейшее изучение своих выдающихся теорий, совершенно не нуждаясь в признании и поддержке, которыми ее, собственно, никто и не собирался баловать.

Большая часть исследований Барбары Мак-Клинток была посвящена генетике кукурузы – ее ДНК, мутаций и эволюции. Практически каждый генетик двадцатого века был убежден, что генетические мутации происходят случайно, редко и приводят лишь к относительно небольшим изменениям. Но уже в пятидесятых годах двадцатого века Мак-Клинток представила убедительные доказательства того, что в определенных обстоятельствах отдельные участки генома могут активно стимулировать куда более серьезные изменения. Речь шла не о мелких мутациях, когда небольшие изменения в одном гене просачивались через систему коррекции, – это были просто ураганные изменения на генетическом уровне. Мак-Клинток обнаружила, как целые участки ДНК перескакивали из одного места в другое, порой оказываясь прямо посреди активных генов – для этого было достаточно лишь подвергнуть растение внешнему воздействию. Когда эти гены перемещались по ДНК кукурузы, они оказывали воздействие и на соседние гены – меняя последовательность ДНК, они иногда включали или выключали отдельные гены. Более того, Мак-Клинток удалось обнаружить, что все эти блуждающие гены двигались не совсем в произвольном порядке – в их перемещениях была определенная закономерность. Во-первых, в определенные участки генома эти гены перестраивались чаще, чем в другие. Во-вторых, эти активные мутации, казалось, были вызваны внешним воздействием, изменениями в условиях окружающей среды, угрожающими выживанию кукурузы, – такими, как сильнейшая жара или засуха. Другими словами, складывалось такое впечатление, будто кукуруза занималась целенаправленными мутациями – они не были ни случайными, ни редкими.

В наши дни этих генетических кочевников, открытых Мак-Клинток, называют прыгающими генами, которые, кстати, в корне изменили представление ученых и исследователей о мутации и эволюции в целом. Тем не менее ее теория далеко не сразу получила всеобщее признание. Мак-Клинток доложила о своих открытиях в 1951 году на знаменитом ежегодном симпозиуме в Колд-Спринг-Харбор, на Лонг-Айленде, где она работала, но аудитория отнеслась к ее докладу крайне неуважительно. Вместо похвалы Мак-Клинток получила ту горькую смесь скептицизма и пренебрежения, которой слишком часто встречают любые новые идеи представители науки.

На протяжении следующих тридцати лет, по мере развития молекулярной биологии и генетики, другие ученые постепенно начали признавать работы Мак-Клинток. Прыгающие гены, помимо кукурузы, были найдены в геномах и других организмов. Именно с этого момента понимание мутации начало меняться.

В 1983 году, в возрасте восьмидесяти одного года, Барбара Мак-Клинток стала лауреатом Нобелевской премии. С характерной для нее целеустремленностью она продолжала заглядывать за границы общепринятого мировоззрения и в своей речи завела разговор о будущем, в котором, по ее видению, всеобщее внимание ученых и исследователей будет, несомненно, уделено геному [114], и все будут относиться к нему как к важнейшему органу, способному реагировать на необычные и неожиданные события, зачастую изменяя собственную структуру.

Открытие Мак-Клинток прыгающих генов дало понимание о возможности куда более серьезных мутаций, чем те случайные и редкие мутации, которые вплоть до этого момента только и существовали в теории. Это, в свою очередь, наталкивает нас на мысль о том, что эволюция может происходить гораздо быстрее и внезапнее, чем мы когда-либо могли себе это представить. Оказалось, что возможны не только отдельные ошибки в отдельных словах песенника ДНК – целые строчки могут меняться местами и переставляться по всему геному. Подобно талантливому рэперу, геном умеет создавать собственные «сэмплы», придумывая новые, но похожие на предыдущие, риффы. Устойчивый, пронизанный сложной сетью геном – а именно так он теперь представляется ученым, – способный справляться с различными проблемами, такими как удаление отдельных генов, зачастую оказывается способен пережить подобные импровизации, а иногда и вовсе извлекает из них для себя пользу.

Ученые только начинают понимать, как именно прыгающие гены – они же транспозоны – работают на самом деле. Иногда они следуют алгоритму «копировать и вставить» – то есть копируют сами себя, после чего вставляют получившийся генетический материал в другом месте, сохраняя при этом свое изначальное расположение. Нередко гены работают по принципу «вырезать и вставить» – удаляют себя из своего первоначального места и вставляют куда-то еще. Случается, что получившийся в результате генетический элемент остается на месте, а бывает – удаляется системой коррекции либо подавляется другими генетическими манипуляциями.

На данный момент достоверно известно следующее: иногда эти перемещенные генетические элементы оказываются в активном гене, что может вообще все поменять. Не так давно проведенное исследование показало, насколько значительное изменение может повлечь за собой прыгающий ген при определенных условиях. Так, прыгающий ген смог наделить целый выводок плодовых мушек чуть ли не суперспособностями (ученые назвали получившуюся у них разновидность мушек «Мафусаил» [115]). Так вот, эти мушки оказались способны противостоять голоду и переносить высокие температуры, а продолжительность их жизни увеличилась в среднем на тридцать пять процентов.

Главный вопрос, на который пытаются получить ответ ученые, заключается в том, почему эти транспозоны начинают скакать по геному. Мак-Клинток полагала, что эти прыжки являлись реакцией генома на какой-то внутренний или внешний стресс, который клетки были не в состоянии перенести со своими прежними характеристиками.

По сути, необходимость найти способ выжить заставляет организм бросать кубик в надежде, что у него выпадет именно та мутация, которая окажется для него полезной.

Именно это, по мнению Мак-Клинток, и происходило с изучаемой ею кукурузой – избыток тепла или недостаток влаги заставлял кукурузу идти на риск в надежде заполучить мутацию, которая поможет ей устоять. Когда такая мутация действительно обнаруживается, действие коррекционного механизма подавляется и мутация начинает распространяться, после чего естественный отбор отдает предпочтение наиболее способствующим адаптации мутациям – вот вам и эволюция!

Мак-Клинток не только заметила, что эти прыгающие гены совершали свои прыжки именно в ответ на внешнее воздействие, она также обратила внимание, что в одни гены они прыгали чаще, чем в другие. Она полагала, что это происходило намеренно – если бы прыжки происходили случайно, то эти гены с одинаковой частотой попадали бы в различные участки генома. Вместо этого, как считала Мак-Клинток, геном направлял прыгающие гены в те участки, где вероятность пользы от них была максимальна. Другими словами, рулетка, в которую играла кукуруза, была подкручена в пользу растения – пускай и совсем чуть-чуть.