Эпигенетика. Как современная биология переписывает наши представления о генетике, заболеваниях и наследственности - Несса Кэри

Не только у людей встречается трисомия половых хромосом. Возможно, однажды вы поразите своих друзей уверенным заявлением, что их черепаховой масти кошка — девочка, но они будут активно возражать вам, настаивая, что это мальчик, и приводя в качестве доказательства то, что их любимца осматривал ветеринар и заверил их, что это кот. Тогда дождитесь паузы и, самодовольно усмехнувшись, скажите: «А, ну в таком случае он кариотипически аномален. У него кариотип XXY, а не XY». А если захотите произвести на друзей совсем уж неизгладимое впечатление, то можете сообщить, что их кот бесплоден. Это научит их больше никогда с вами не спорить.

Одним из наиболее фундаментальных трудов по философии науки считается книга Томаса Куна «Структура научных революций», опубликованная в 1962 году. В этой работе, среди прочего, Кун утверждает, что наука не развивается по упорядоченному, линейному и спокойному пути, на котором все открытия сопровождаются громом восторженных оваций. Напротив, в науке всегда господствует превалирующая теория. Когда накапливаются противоречащие ей сведения, эта теория отнюдь не сразу рушится. Она может лишь чуть поколебаться, но ученые слишком часто продолжают верить в ее незыблемость и следовать ей даже после появления достаточного количества доказательств ее несовершенства.

Если образно представить себе теорию как какое-то здание, то новые, противоречащие ей данные можно сравнить с обломками строительного камня самой причудливой формы, зацементированные на его крыше. Мы можем добавлять новые камни на крышу, и некоторое время она будет справляться с их весом, но рано или поздно наступит такой момент, когда все это сооружение просто рухнет под непомерной тяжестью. Именно так происходит и в науке, когда выдвигается новая теория, когда все многочисленные обломки камней используются для строительства фундамента нового здания.

Этот процесс ломки старого и возведения нового Кун назвал сменой парадигмы, введя термин, ставший речевым штампом для пишущих на темы науки журналистов. Смена парадигмы не основывается исключительно на рационализме. Она невозможна без эмоциональных и социологических изменений в умах приверженцев доминирующей теории. За много лет до появления книги Томаса Куна великий немецкий ученый Макс Планк, обладатель Нобелевской премии по физике за 1918 год, высказался на эту тему более категорично, когда заявил, что «научные теории не меняются вследствие того, что старые ученые меняют свои убеждения; они меняются, так как старые ученые умирают[122]».

Сейчас мы находимся как раз в середине такой смены парадигмы в биологии.

В 1965 году Нобелевская премия в области физиологии и медицины была присуждена Франсуа Жакобу, Андре Львову и Жаку Моно «за открытия, касающиеся генетического контроля синтеза ферментов и вирусов». Эта формулировка включала в себя и открытие матричной РНК (мРНК), с которой мы уже познакомились в Главе 3. мРНК является относительно недолговечной молекулой, которая переносит информацию с нашей хромосомной ДНК и действует как промежуточная матрица для продукции белков.

Уже многие годы известно, что в наших клетках присутствуют и другие разновидности РНК, специфические молекулы, которые называются транспортными РНК (тРНК) и рибосомными РНК (рРНК). тРНК представляют собой маленькие молекулы РНК, способные удерживать на одном своем конце определенную аминокислоту. Когда молекула мРНК «прочитывается» для продукции белка, тРНК доставляет свою аминокислоту в нужное место на растущей белковой цепочке. Все это происходит в крупных структурах клеточной цитоплазмы, которые называются рибосомами. Рибосомная РНК является главным компонентов рибосом, где она играет роль огромных строительных лесов, удерживающих на своих местах различные другие молекулы РНК и белков. Мир РНК, таким образом, представляется вполне простым и понятным. В нем есть структурные РНК (тРНК и рРНК) и есть матричная РНК.

На протяжении десятилетий главными звездами подиума молекулярной биологии были ДНК (основной код) и белки (функциональные и трудолюбивые молекулы клетки). РНК отводилась второстепенная роль относительно безынтересной молекулы-посредника, курьера, доставляющего информацию от конструкторов и инженеров в рабочие цеха.

Все, кто сколько-нибудь серьезно занимается молекулярной биологией, признают, что белки чрезвычайно важны. Они осуществляют огромный объем функций, благодаря которым становится возможной сама жизнь. Следовательно, гены, кодирующие белки, также невероятно важны. Даже самые незначительные изменения в этих кодирующих белки генах могут привести к катастрофическим последствиям, таким как мутации, вызывающие гемофилию или муковисцидоз.

Но эта общепринятая точка зрения делает видение ситуации научным сообществом несколько ограниченным. Тот факт, что белки и, как следствие, кодирующие белки гены жизненно важны, не подразумевает, что все остальное в геноме не имеет никакого значения. Тем не менее, именно такая теоретическая концепция главенствует вот уже в течение десятилетий. И это весьма странно, учитывая, что уже многие годы мы располагаем данными, подтверждающими, что одними только белками дело далеко не ограничивается.

Почему мы не избавляемся от лишнего

Пару десятилетий тому назад ученые установили, что программа развития «редактируются» клетками перед тем, как она будет передана «исполнителям». Происходит это благодаря интронам, с которыми мы познакомились в Главе 3. Они представляют собой последовательности, копирующиеся из ДНК в мРНК, а затем сплайсирующиеся, прежде чем матрица будет переведена в последовательность белка рибосомами. Интроны были обнаружены в 1975 году[123], и Нобелевская премия за их открытие была присуждена в 1993 году Ричарду Робертсу и Филлипу Шарпу.

Еще в далеких 1970-х ученые пытались сравнивать простые одноклеточные организмы и такие сложные творения как человек. Количество ДНК в их клетках оказалось, как это ни удивительно, сопоставимым, особенно если учесть их несхожесть. Это подразумевало, что некоторые геномы должны содержать множество незадействованных ДНК, что, в свою очередь, позволило сформировать идею «бесполезной ДНК»[124] — последовательностей хромосом, не выполняющих никаких значимых функций, поскольку они не кодируют белки. Приблизительно в то же время в нескольких лабораториях были получены доказательства того, что многие геномы млекопитающих содержат в себе последовательности ДНК, которые повторяются снова и снова и не кодируют белки (повторяющаяся ДНК). Поскольку эти ДНК не кодируют белки, был сделан вывод, что никакой роли они в клетках и не играют. Выглядело это так, как будто они существуют сами по себе[125][126]. Френсис Крик и группа исследователей для описания этих областей придумали неологизм «эгоистичная ДНК». Эти две структуры, «бесполезная ДНК» и «эгоистичная ДНК», недавно с легкой иронией были охарактеризованы, как «неожиданное подтверждение того, что геном является структурой, сильно перенасыщенной всевозможным генетическим хламом и эволюционным мусором»[127].