Синдром Паганини и другие правдивые истории о гениальности, записанные в нашем генетическом коде - Сэм Кин

Помимо самопроизвольных мутаций ДНК может быть повреждена также и внешними факторами, которые называются мутагенами. Некоторые мутагены причиняют больший урон, чем радиоактивность. Опять же, радиоактивные гамма-лучи приводят к образованию свободных радикалов, которые расщепляют фосфатно-сахарную основу ДНК. Теперь ученые знают, что если разорвется лишь одна из нитей двойной спирали, клетки способны с легкостью исправить повреждение, зачастую в течение часа. У клеток есть молекулярные «ножницы», с их помощью вырезается искалеченный участок ДНК, после чего в ход идут ферменты, которые прочесывает неповрежденную нить и добавляют в каждой точке комплементарные основания А, Ц, Г или Т. Процесс восстановления быстр, прост и точен.

Двойная спираль разрывается реже, но последствия этого более страшные. Двойные разрывы напоминают наспех ампутированные конечности: с обеих концов разорванной ДНК выступают остатки одиночной спирали. В клетках есть две практически одинаковые копии каждой хромосомы. Если в одной из них произойдет разрыв двойной спирали, клетки способны сравнить испорченные участки с другой хромосомой (будем надеяться, неповрежденной) и выполнить исправление. Но процесс этот трудоемкий, и если клетки обнаруживают, что вокруг есть повреждения, для которых необходимо быстрое восстановление, то зачастую происходит просто сцепление выступающих обрывков спирали по нескольким выровненным основаниям (даже если остальные не выровнены), а отсутствующие основания спешно заполняются. Неверно определенные основания могут вызвать ужасающую мутацию сдвига рамки считывания – и таких неверных «угадываний» предостаточно. Клетки, которые восстанавливают разрывы двойной спирали, совершают неверные действия приблизительно в 3000 раз чаще, чем при обычном копировании ДНК.

Хуже того, радиоактивность способна уничтожать фрагменты ДНК. Высокоорганизованным существам приходится сворачивать многочисленные витки ДНК, образуя маленькие ядра; человеческий рост (чуть менее двух метров) сжался бы до размеров меньше двух тысячных долей сантиметра. Такое интенсивное сдавливание часто приводит к тому, что ДНК становится похожей на запутанный телефонный шнур: спираль пересекает саму себя или многократно изгибается. Если гамма-лучи проникнут в ДНК и разорвут ее рядом с одним из таких пересечений, то появится множество свободных концов, расположенных близко друг к другу. Клетки «не знают», как были выстроены исходные спирали (у них нет памяти), и поэтому, стремясь спешно исправить повреждение, они иногда скрепляют то, что должно быть отдельными спиралями. Так вырезается и фактически уничтожается промежуточный участок ДНК.

Что же происходит в результате таких мутаций? Клетки, которые подавлены большим числом повреждений ДНК, могут почувствовать неладное и уничтожить себя, чтобы не жить с нарушениями функций. В небольших дозах такое самопожертвование щадит тело, но если одновременно умрет слишком много клеток, то могут отключиться целые системы органов. В сочетании с интенсивными ожогами такие отключения органов вызвали многочисленные случаи смертей в Японии, и некоторые из жертв, которые не умерли сразу же, вероятно, желали бы такого исхода. Те, кому удалось выжить, рассказывают о том, что ногти у людей отпадали словно высохшая скорлупа. Они вспоминают «обугленные куклы» ростом с человека, которые были свалены штабелями в проходах между домами. Кто-то вспоминает человека, ползущего на двух культях и держащего обугленного ребенка вниз головой. Кому-то из памяти появляется женщина без сорочки, с пылающими, как «плоды граната», грудями.

Ямагучи во время своих мучений в бомбоубежище – безволосый, обожженный, лихорадочный, наполовину глухой – чуть было не присоединился к этому списку погибших. И только благодаря преданному уходу со стороны семьи ему удалось выкарабкаться. Некоторым ранам все еще требовались повязки, причем на несколько лет. Но в целом его удел Иова превратился в судьбу Самсона: раны большей частью зажили, сила возвратилась, волосы отросли заново. Он снова устроился на работу, сначала в «Мицубиси», а затем в качестве учителя.

Но до полного избавления было еще далеко – теперь Ямагучи оказался лицом к лицу с более коварной и настойчивой угрозой. Если радиоактивность и не убивает клетки моментально, она может вызвать мутации, которые приведут к раку. Эта зависимость может показаться нелогичной, так как мутации обычно повреждают клетки, но клетки опухоли начинают буйно раз растаться, делясь и увеличиваясь в количестве с ужасающей быстротой. В действительности у всех здоровых клеток есть гены, которые играют роль регулятора для двигателя, снижая «обороты» и поддерживая метаболизм в норме. Если мутация выводит регулятор из строя, то клетка может не увидеть веской причины для того, чтобы убить себя, и в итоге (особенно если другие гены, например те, которые регулируют скорость деления клеток, также повреждены) она начинает поглощать ресурсы, а также своих соседей.

Многие из уцелевших жителей Хиросимы и Нагасаки получили такие дозы радиации (причем за один прием), которые в сто раз превосходят радиационный фон, поглощаемый человеком в обычных условиях за год. И чем ближе они были к эпицентру взрыва, тем больше повреждений и мутаций возникло в их ДНК. Как и ожидалось, клетки, которые быстро делятся, быстрее распространяют и повреждения в ДНК, в результате чего в Японии тут же возникла вспышка лейкемии, ракового заболевания белых кроветворных клеток. Эпидемия лейкемии пошла на убыль спустя 10 лет, но тем временем набрали силу другие заболевания: рак желудка, толстой кишки, легких, мочевого пузыря, щитовидной железы, молочных желез.

Если участь взрослых людей была незавидной, то еще не родившиеся и пребывающие в утробе оказались намного более уязвимыми: любая мутация или повреждение многократно повторялись в их клетках. Было много выкидышей, если возраст плода составлял менее четырех недель, а у тех, кто выжил и появился на свет в конце 1945 – начале 1946 года, обнаружилось множество врожденных дефектов, таких как маленькие головы или несформированный мозг. (Самый высокий коэффициент интеллекта IQ среди таких неполноценных детей был равен 68.) Но после всего этого в конце 40-х годов многие из 250 тысяч японцев-хибакуся снова стали заводить детей, передавая им свою облученную ДНК.

Специалисты по радиации мало что могли посоветовать насчет того, чтобы хибакуся имели детей. Несмотря на большое число заболеваний раком печени, груди или крови, раковые ДНК родителей не смогли бы передаться детям, поскольку дети наследуют только те ДНК, которые находятся в сперматозоидах и яйцеклетках. Конечно же, такие молекулы ДНК тоже могли мутировать, возможно, скрытым образом. Но фактически никто не измерял степень урона, приносимого радиацией в масштабах Хиросимы, и поэтому ученым пришлось строить предположения. Физик-нонконформист Эдвард Теллер, «отец» водородной бомбы (а также участник клуба галстуков РНК), высказал предположение о том, что малые дозы радиации могли бы пойти человеку на пользу: кто знает, а вдруг мутации «разглаживают» наши геномы? Но даже среди более осторожных ученых далеко не каждый предвидел сказочные уродства и двухголовых детей. Герман Мёллер опубликовал в газете «Нью-Йорк Таймс» свои пророчества о грядущих бедах Японии, но его идеологическое противостояние Теллеру и другим ученым, вероятно, придало комментарию другой тон. (В 2011 году некий токсиколог, после внимательного прочтения ныне рассекреченной переписки между Мёллером и его коллегой, обвинил их обоих в том, что они лгали правительству об угрозе малых доз радиации для ДНК, а затем подтасовывали данные и строили дальнейшие исследования так, чтобы оправдать себя. Другие историки спорят с такой интерпретацией переписки.) Когда дело дошло до высоких уровней радиоактивности, Мёллер немного отступил и смягчил свои суровые ранние предсказания. Большинство мутаций, рассуждал он, какими бы пагубными они ни были, окажутся рецессивными. А шансы на то, что у обоих родителей есть повреждения в одном и том же гене, довольно невелики. И тогда, по крайней мере у детей, здоровые гены матери «прикроют» любые недостатки, которые есть в генах отца, и наоборот.