ДНК. История генетической революции - Джеймс Д. Уотсон

Сегодня мы наблюдаем отход от крайности, приписывающей решающее влияние воспитанию. Неслучайно, что этот отход от бихевиоризма совпадает по времени с первыми попытками изучать генетические основы поведения. Как мы узнали из главы 9, долгие годы развитие генетики человека отставало от развития генетики дрозофил и других существ, однако завершение проекта «Геном человека», а также проведенный за многие годы анализ десятков тысяч человеческих геномов, дали свои преимущества, особенно в сфере диагностики и лечения наследственных заболеваний. Тем не менее определенные усилия молекулярных биологов были направлены на вопросы, не связанные с медициной. Так, Роберт Пломин применял этотподход для выявления генов, влияющих на коэффициент интеллекта (IQ), работая на ежегодных сборах самых умных школьников со всей страны в штате Айова. Учитывая, что средний показатель IQ среди этих особенно умных деток составлял 160 баллов, именно здесь стоило начинать поиск генов, которые могут отвечать за умственные способности. Роберт Пломин сравнил их ДНК с образцами «обычных» детей со средним IQ, как у нас с вами[22], и действительно обнаружил слабую связь между генетическим маркером на хромосоме 6 и запредельно высоким IQ. Это позволило предположить, что один или несколько генов на этом участке могут каким-то образом способствовать более высокому коэффициенту интеллекта.

Конечно, любой механизм, определяющий такой сложный признак, скорее всего, связан со множеством генов. Сегодня ученые, занятые поиском генов, связанных со сложными поведенческими характеристиками, располагают гораздо более мощными инструментами. В 2014 году опубликованы результаты обширного полногеномного исследования ассоциаций, в которых приняло участие более 100 тысяч человек. Выводы были неоднозначными: с одной стороны, данные указывали на три конкретных гена или участка (в хромосомах 6, 8 и 10), связанных с когнитивными способностями. С другой стороны, предполагаемое влияние этих «умных генов» невероятно мало, а вариабельный участок ДНК в хромосоме 6 находится слишком далеко от участка, который указал Роберт Пломин. Как мы видели ранее на примере с шизофренией, для более или менее точного определения сложноизмеримого влияния отдельных генов на интеллект может потребоваться проведение исследования с участием по меньшей мере одного миллиона человек.

Другой способ поиска генов, связанных с интеллектом, предполагает выявление генов, которые функционируют неправильно (или отсутствуют) у людей с умственной отсталостью или другими формами когнитивных нарушений. В последние годы этот подход начал давать результаты. Ханс-Хильгер Роперс, специалист в области медицинской генетики из Научно-исследовательского института молекулярной генетики Общества им. Макса Планка, всесторонне проанализировал геномы 136 семей из Ирана и других стран, дети в которых рождены от родителей, состоящих в кровном родстве, и выявил более 50 новых генов, связанных с умственной неполноценностью, многие из их указывают на важные биологические пути, задействованные в процессе нормального развития мозга.

Но даже генетически обусловленная предрасположенность может не проявиться, если вы воспитывались в среде, где акцент делается на обучении и интеллектуальном развитии, а не на просмотре мультфильмов. Тем не менее открытие и признание любой молекулярной подоплеки умственных способностей – это шаг вперед, который смог быть реализован только революционными генетическими открытиями.

До начала работы с маркерами ДНК специалисты по поведенческой генетике в основном занимались изучением близнецов. Близнецы бывают двух видов: разнояйцевые близнецы развиваются из разных яйцеклеток, оплодотворенных разными сперматозоидами, а однояйцевые – из одной оплодотворенной яйцеклетки, которая на раннем этапе развития (обычно на стадии восьми или шестнадцати клеток) разделяется надвое. Разнояйцевые близнецы генетически похожи друг на друга не более, чем обычные братья и сестры, в то время как однояйцевые близнецы являются генетически идентичными. Поэтому однояйцевые близнецы всегда одного пола, а разнояйцевые близнецы могут быть разнополыми. Удивительно, что это фундаментальное различие между двумя типами близнецов было осознано недавно. Фрэнсис Гальтон, который в 1876 году первым предложил использовать близнецов для определения относительного влияния наследственности и воспитания, еще не знал о данном различии (его научное обоснование было разработано всего двумя годами ранее) и ошибочно предположил, что близнецы разного пола могут развиться из одной оплодотворенной яйцеклетки. Тем не менее из его более поздних публикаций следовало, что он уже учел полученные учеными данные.

Однояйцевые близнецы рождаются по всему миру с частотой примерно четыре раза на тысячу, и это событие не может рассматриваться иначе, как случайное. С другой стороны, появление разнояйцевых близнецов может быть обусловлено наследственностью, а частота случаев их рождения может варьировать в зависимости от популяции: больше всего разнояйцевых близнецов рождается в Нигерии – сорок случаев на тысячу беременностей, тогда как в Японии таких случаев всего три на тысячу беременностей.

Стандартные исследования близнецов обычно строятся на предположении, что оба члена однополой пары разнояйцевых или однояйцевых близнецов растут в одинаковых условиях (то есть получают аналогичное «воспитание»). Предположим, нас интересует легко определяемая характеристика, например рост. Если бы разнояйцевые близнецы РБ1 и РБ2 получали одинаковое количество еды, заботы и т. д., то любую разницу в росте можно было бы объяснить некоторым совокупным влиянием генетических различий и незначительных различий в образе жизни (например, РБ1 в отличие от РБ2 всегда допивает молоко). Однако если ту же логику применить к однояйцевым близнецам ОБ1 и ОБ2, то их генетическая идентичность позволит исключить генетическую вариацию как фактор, то есть любые различия в росте можно будет объяснить небольшими различиями в окружающей среде. При прочих равных условиях среди однояйцевых близнецов будут меньшие различия в росте, чем среди разнояйцевых, и степень соблюдения этой закономерности даст представление о влиянии генетических факторов на рост. Аналогично более близкое сходство однояйцевых близнецов по коэффициенту IQ по сравнению с разнояйцевыми близнецами отражает влияние генетической изменчивости на коэффициент интеллекта.

Такой анализ аналогично работает при изучении наследования генетически детерминированных заболеваний. Близнецы называются конкордантными, если у обоих выявлена болезнь. Более высокая конкордантность в парах однояйцевых близнецов по сравнению с парами разнояйцевых должна свидетельствовать о том, что болезнь в значительной степени обусловлена генетически: например, конкордантность разнояйцевых близнецов по диабету второго типа составляет 25 % (если болен один из близнецов, то в одном случае из четырех болен и другой), тогда как конкордантность однояйцевых близнецов по данному заболеванию составляет 95 % (если болен один из близнецов, то в 19 случаях из 20 болен и второй). Отсюда делаем вывод: диабет второго типа во многом обусловлен генетической предрасположенностью. Тем не менее даже в этом случае среда играет большую роль; в противном случае у однояйцевых близнецов наблюдалась бы 100 %-ная конкордантность.