ДНК. История генетической революции - Джеймс Д. Уотсон

В июле 2000 года вандалы, протестующие против ГМ-продуктов, разнесли делянку опытной кукурузы в лаборатории Колд-Спринг-Харбор. В действительности на этом поле не было никаких генно-модифицированных растений; они просто перечеркнули двухлетний труд двух молодых сотрудников лаборатории. Однако история весьма показательная. Во времена, когда по всей Европе по-прежнему вспыхивают новости об уничтожении ГМ-культур и когда даже за научный поиск можно попасть под удар политических партий, те, кто действует на переднем крае этой проблемы, должны задаться вопросом: за что мы боремся?

Тем не менее все факты говорят за то, что приходит время, о котором мы говорим «ветер перемен». В Европе одобрены первые генно-модифицированные сорта кукурузы – появляется надежда, что рациональное мышление победит. Возможно, оно победит и в США, ведь уже сейчас там под серьезной угрозой оказывается одна из старинных национальных традиций. Вскоре можно лишиться того освежающего стакана апельсинового сока, который американцы привыкли выпивать по утрам, поскольку по миру стремительно распространяется «желтый дракон» – опаснейшая болезнь, также известная под названием «позеленение цитрусовых». Болезнь вызывает бактерия Candidatus liberibacter, переносчиком которой является сокососущее насекомое азиатская листоблошка. Болезнь появилась в Китае более ста лет тому назад и с тех пор постепенно перемещалась на запад – в Африку, Южную Америку, а в 2005 году была обнаружена во Флориде. По ежегодному производству апельсинового сока Флорида уступает лишь Бразилии. Всего за десять лет ситуация оказалась на грани катастрофы: количество насаждений цитрусовых сократилось на 30 %, продажи упали на 40 %, а оптовые цены на апельсины утроились. Позеленение цитрусовых не удается победить ни повышенными дозами пестицидов, ни поисками путей повышения естественной резистентности растений: по-видимому, культурные цитрусовые не обладают иммунитетом к этой болезни. Сейчас испытываются новые бактерицидные химикаты, в том числе аэрозоль Zinkicide на растительной основе, но фермеры из Флориды, выращивающие цитрусовые, все охотнее присматриваются к трансгенным апельсинам – пусть даже переход на них потребует полностью пересмотреть само понятие «100 % натуральный продукт». Один перспективный вариант, одобренный EPA, связан с внедрением в апельсины гена шпината, который кодирует белок против этой бактерии. Один читатель, прокомментировавший статью об этом в New York Times, выразился так: «По-видимому, у нас всего три альтернативы: больше никакого апельсинового сока из Флориды, апельсиновый сок, напичканный пестицидами, или апельсиновый сок со шпинатом. Я бы выбрал апельсиновый сок со шпинатом».

На фото: полный набор человеческих хромосом, окрашенных специфичными флуоресцентными красителями. В каждой клетке содержится сорок шесть хромосом – два полных набора, по одному от каждого из родителей. Геном – это полный хромосомный набор. Двадцать три хромосомы – это двадцать три очень длинные молекулы ДНК

Человеческий организм очень сложен. Традиционно биологи сосредоточивались на изучении какого-то отдельного органа и старались понять, как он устроен. Такой подход не изменился и в эру молекулярной биологии. Как правило, ученый специализируется на одном гене либо на группе генов, образующих какой-либо биохимический путь. Однако не существует машины, детали которой работали бы независимо друг от друга. Если бы я собрался изучить карбюратор в моторе моего автомобиля, даже в мельчайших деталях, мне все равно нужно представлять себе, как работает весь двигатель, не говоря уже обо всей машине. Чтобы понять, для чего нужен мотор и как он функционирует, мне нужно изучить весь механизм: рассмотреть карбюратор в контексте, рабочий элемент среди множества других. Это же касается и генов. Чтобы понять генетические процессы, лежащие в основе жизни, нужно не просто детально представлять себе, как именно работают те или иные гены в биохимических путях; нужно рассматривать эту информацию в контексте целостной системы – генома.

Геном – это полный набор генетических инструкций, содержащийся в ядре каждой клетки (фактически любая клетка содержит два генома, по одному от каждого родителя; две копии каждой хромосомы, которые мы наследуем, каждая хромосома содержит свою копию гена, как раз поэтому – у нас две копии генома). Размер генома у разных видов различается. Измерив, сколько ДНК содержится в каждой клетке, можно понять, что геном человека включает примерно 3,2 миллиарда пар оснований, или 3 200 000 000 А, Т, Г и Ц.

От генов зависят все наши успехи и горести, включая смерть. В некоторой степени генетически обусловлены все причины смерти, не считая несчастных случаев. Наиболее очевидные примеры – болезни, возникающие непосредственно из-за мутаций, например муковисцидоз или болезнь Тея – Сакса. Многие другие гены действуют столь же смертельно, хоть и менее явно; от них зависит, насколько мы подвержены распространенным смертельным болезням, например насколько велики наши шансы заболеть раком или сердечно-сосудистыми заболеваниями. В обоих случаях прослеживается семейная предрасположенность. Даже реакция на инфекционные заболевания, такие, например, как корь или обычная простуда, часто имеет генетическую составляющую, состояние факторов антимикробной защиты также находится под контролем генов. Старение – также генетически детерминированный феномен; внешние признаки, которые мы ассоциируем со старением, в некоторой степени отражают многолетнее накопление мутаций в наших генах. Следовательно, если мы желаем полностью понять генетические факторы, от которых зависит жизнь и смерть, а затем и научиться справляться с ними, нам нужна полноценная опись всех генетических «игроков» человеческого организма, то есть описание генома.

В человеческом геноме содержится ключ к вопросу, что означает «быть человеком». Свежеоплодотворенные яйцеклетки человека и шимпанзе (по меньшей мере, на первый взгляд) неотличимы друг от друга, но в одной из них содержится геном человека, а в другой – геном шимпанзе. В каждой клетке макроорганизма заложена ДНК, контролирующая онтогенетическое развитие, причем геном шимпанзе приведет к развитию шимпанзе, а геном человека породит человека. Данный процесс невероятно сложен, поскольку в организме взрослого человека примерно 30 триллионов клеток. Геном человека – великолепный свод сборочных инструкций, управляющий развитием каждого из нас. В этих инструкциях записана сама природа человека.

Несмотря на высокие ставки и степень ответственности специалистов по молекулярной биологии, продвижение проекта по секвенированию генома человека – дело бесспорно нужное для всего человечества. Тут даже не о чем спорить, поскольку истина лежит на поверхности. Тем не менее в середине 1980-х годов, когда возможность секвенирования генома только обсуждалась, такая идея многим казалась сомнительной, причем среди скептиков были некоторые выдающиеся ученые. Кому-то она казалась до нелепости амбициозной, например как предложение воздухоплавателю времен королевы Виктории попытаться доставить человека на Луну на воздушном шаре.