Мусорная ДНК. Путешествие в темную материю генома - Несса Кэри

Еще одна трудность состоит в том, что нам нужно убить все клетки, чтобы проанализировать их молекулы РНК. А значит, мы получаем лишь «моментальные снимки» экспрессии РНК, хотя в идеальном случае нам хотелось бы получить что-то вроде фильма, чтобы мы могли увидеть, как протекает экспрессия РНК в режиме реального времени. Эта проблема схематически показана на рис. 14.5.

Разумеется, в идеальном случае мы должны бы иметь возможность проверить находки ENCODE при помощи прямых экспериментов. Но этих находок так много! Как решить, какие именно области или молекулы РНК подвергнуть более пристальному рассмотрению? Еще одна трудность состоит в том, что многие из свойств, выявленных участниками проекта (и описанных ими в статьях), являются частью обширных и сложных сетей взаимодействий. Возможно, каждый компонент оказывает лишь ограниченное влияние на общую картину. В конце концов, если вы разрежете один узел рыболовной сети, вы не нарушите работу сети в целом. Появившаяся дырка, может быть, и позволит случайно ускользнуть какой-то рыбешке, но потеря одной маленькой рыбки не окажет большого влияния на общий размер вашего улова. Однако это не значит, что отдельные узлы не играют важной роли. Все они важны, поскольку действуют сообща.

Рис. 14.5. Экспрессия определенной РНК в клетке может проходить циклически. Квадратики на кривой показывают те моменты, когда экспериментатор отбирает пробы клеток, чтобы измерить экспрессию данной РНК. Результаты могут очень отличаться при сравнении разных наборов клеток (скажем, взятых из разных тканей), но это может отражать лишь колебания во времени (темпоральные флуктуации), а не ка-кие-то биологически значимые вариации.

Авторы работ, проведенных в рамках проекта ENCODE, и авторы сопутствующих комментариев использовали полученные данные и для новых теорий эволюции человеческого генома. Итак, если 80% человеческого генома обладает какими-то функциями, можно ожидать значительного сходства между геномом человека и, по крайней мере, геномами других млекопитающих. Проблема в том, что лишь около 5% человеческого генома — общие для всего класса млекопитающих, причем в основном эти области кодируют белки12. Чтобы преодолеть эту явную нестыковку, ученые предположили, что регуляторные области возникли, по эволюционным меркам, очень недавно, причем главным образом лишь у приматов. Используя данные широкомасштабного исследования вариаций ДНК-последовательности у различных человеческих популяций, исследователи пришли к выводу, что у людей регуляторные области отличаются сравнительно небольшим разнообразием, тогда как у областей, где вообще нет никакой активности, разнообразие гораздо выше. В одном из комментариев дается по этому поводу такое рассуждение. Последовательности, кодирующие белки, в ходе эволюции сохранялись почти неизменными, поскольку тот или иной белок часто используется более чем в одном типе тканей или клеток. Если изменить последовательность, кодирующую белок, изменится и сам белок. Возможно, такой измененный белок будет лучше функционировать в определенной ткани. Однако та же самая трансформация может оказать разрушительное действие на другую ткань, которая также связана с работой данного белка. Поэтому эволюция не трогает последовательность, кодирующую белки.

Но регуляторные РНК не кодируют белки, и их специфичность по отношению к конкретным тканям обычно выше. А значит, они находятся под меньшим эволюционным давлением, поскольку, как правило, лишь один тип ткани основан на работе той или иной регуляторной РНК, к тому же, вероятно, лишь в течение определенных периодов жизни или в ответ на определенные изменения в окружающей среде. Это устранило эволюционные тормоза для регуляторных РНК и позволило нам (в том, что касается этих областей генома) отделиться на эволюционном древе от наших родичей-млекопитающих. Но в человеческих популяциях эволюционное давление заставляет поддерживать оптимальную нуклеотидную последовательность этих регуляторных РНК13.

Биологи, когда дело доходит до научных разногласий, как правило, ведут себя довольно сдержанно. Иногда на какой-нибудь конференции случается агрессивный обмен вопросами и ответами после какого-нибудь доклада, но обычно публичные заявления формулируются аккуратно. Особенно это относится к тому, что публикуется (а не только произносится в ходе выступлений или научных прений). Конечно, все мы владеем искусством читать между строк (см. рис. 14.6), но тексты, предназначенные для печати, обычно характеризуются взвешенным тоном. Вот почему споры вокруг результатов, полученных командой ENCODE, оказались необычайно занимательными для научного сообщества.

Рис. 14.6. В публичных выступлениях ученые часто вежливы (высказывания слева), но иногда их слова — лишь плохо замаскированное неприятие (мысли справа)...

Наиболее откровенные и решительные отклики последовали главным образом от специалистов по эволюционной биологии. И неудивительно. Эволюционные исследования — та часть биологии, где эмоции обычно бурлят сильнее всего. Чаще всего огонь ведется по креационистам, но некоторые пулеметы могут поворачиваться и в сторону других ученых. Эпигенетики, изучающие передачу приобретенных характеристик от родителей потомству, наверняка испытали облегчение, когда ENCODE на некоторое время вывел их из-под обстрела главными силами противника14.

Самый сердитый критический отзыв об ENCODE включал в себя такие милые выражения, как «логическая несостоятельность», «абсурдное умозаключение», «слишком поспешная игра, окончившаяся закономерным проигрышем» и «неправильное использование неправильного определения». На случай, если у читателя все-таки остаются сомнения насчет того, к чему клонят авторы, они завершают статью следующим сокрушительным ударом: «Один из участников проекта предсказал, что результаты, полученные ENCODE, заставят переписать учебники. Что ж, мы согласны. Многие учебники по маркетингу, рекламе в СМИ и пиару, возможно, и в самом деле придется переработать»15.

Основная критика в этом яростном отзыве сосредоточилась на определении того, что такое функция, на том, как участники ENCODE анализировали свои данные, и на выводах насчет эволюционного давления. Первая группа замечаний касается проблем, которые мы уже описывали, используя аналогии с творениями Джексона Поллока. В каком-то смысле эти проблемы во многом вытекают из трудностей, связанных с отделением математики от биологии. Данные ENCODE по большей части интерпретировали сами же участники проекта, используя статистические и чисто математические методы. Скептики утверждают, что это заводит нас в тупик, поскольку при такой интерпретации не учитываются биологические взаимосвязи, а ведь они играют здесь определяющую роль. Приводится очень удачная аналогия. Почему сердце имеет такое важное значение? Потому что это насос, качающий кровь и тем самым разносящий ее по телу. Вот вам биологически важная взаимосвязь. Но если мы проанализируем действия сердца, исходя лишь из полученной математическими методами карты его взаимосвязей с другими компонентами организма, мы придем к смехотворным выводам. В частности, можно решить, что сердце требуется для добавления телу дополнительной массы и для издавания глухого «тук-тук». Нет никаких сомнений, что сердце проделывает и то и другое, но это, честно говоря, не его функция. Это лишь сопутствующие факторы, дополнения к его основной роли.