Сумма биотехнологии. Руководство по борьбе с мифами о генетической модификации растений, животных и людей - Александр Панчин

Про некоторые влюбленные пары говорят: «вы просто созданы друг для друга». Мне ближе взгляды австралийского музыканта Тима Минчина, который посвятил своей любимой песню с ироничными словами: «если бы у меня не было тебя, наверно, у меня была бы другая». Понятно, что из сотен миллионов потенциальных партнеров или партнерш, живущих на Земле, мы выбираем не самых идеальных. Мы встречаем кого-то, кто нам нравится, а дальше привязываемся (или не привязываемся) к человеку, и уже сама привязанность делает «вторую половину» уникальной.

В 1960 году американский математик Мартин Гарднер сформулировал математическую задачу «о разборчивой невесте». Невеста ищет себе единственного жениха, причем известно число претендентов на эту роль (n). Это не количество всех возможных женихов, а максимальное количество женихов, с которыми можно успеть пообщаться до желаемого момента свадьбы. Например, если на вдумчивое общение с каждым претендентом уходит месяц, а замуж нужно выйти через пять лет, то n = 60. Невеста общается с претендентами в случайном порядке и может сказать про каждого претендента, лучше он или хуже, чем любой из предыдущих. После общения принцесса либо раз и навсегда отказывает текущему кандидату в женихи, либо принимает его руку и сердце.

Оказывается, что, если число потенциальных претендентов велико, нужно сначала отказать n/e претендентам (где e ~ 2,718 — основание натурального логарифма), а далее выбрать первого, кто будет лучше, чем все предыдущие. В этом случае вероятность того, что выбор падет на самого лучшего жениха, максимальна и примерно равна 37%.

Жизнь сильно отличается от математической модели: претенденты могут возвращаться, не все они надежны, да и наличие нескольких претендентов, «оцениваемых» одновременно, не является чем-то из области фантастики. Проблема возникает и при попытке оценить, какой партнер или партнерша нам больше подходит. И хотя современная наука не ответит за нас на этот вопрос, она может кое-что сказать про генетическую совместимость двух людей — оценить вероятность рождения ребенка с врожденным дефектом.

В качестве примера рассмотрим серповидноклеточную анемию. Это наследственное заболевание вызывается мутацией гена гемоглобина, который расположен на 11-й хромосоме. Если обе копии гена испорчены, эритроциты принимают аномальную серповидную форму. Серповидные клетки могут закупоривать капилляры, ограничивая поток крови к тканям, что систематически приводит к сильным болевым ощущениям, а в ряде случаев — к повреждению органов. Кроме того, люди с этим недугом чаще страдают от инфекционных заболеваний и имеют повышенный риск инсульта.

Человек, не страдающий серповидноклеточной анемией, сам того не зная, может быть носителем одной испорченной копии гена гемоглобина. Такие люди здоровы, но если двое носителей мутации захотят завести ребенка, то с вероятностью 25% ребенок родится с анемией. Казалось бы, носители испорченного гена имеют сниженные шансы оставить здоровое потомство. Почему же вредная мутация не была устранена из популяции силой естественного отбора?

Оказывается, что «вредность» того или иного генетического варианта нередко зависит от условий, в которых живет его носитель. Иметь два испорченных варианта гена гемоглобина плохо, но одна испорченная копия дает человеку повышенную устойчивость к возбудителю малярии[337]. В популяции, подверженной малярии, быть единственным человеком с одной нормальной и одной испорченной копией гена гемоглобина выгодно: и анемия детям не грозит (ведь для этого второй родитель тоже должен быть носителем испорченного варианта гена), и от малярийного паразита защищен. Из поколения в поколение мутация будет распространяться в популяции, пока количество людей с таким вариантом гена не станет слишком большим, а риск встретить партнера, являющегося носителем такой же мутации, — слишком высоким. Когда защита от малярии перестанет компенсировать высокий риск анемии у потомства, рост частоты испорченного аллеля гемоглобина остановится. Возникает своеобразное равновесие: там, где малярии не бывает, испорченный аллель встречается редко, а там, где малярия распространена (например, в Африке), он встречается часто, но далеко не у всех.

Сегодня с помощью генетического анализа можно узнать о наличии у человека почти любых распространенных мутаций, ведущих к наследственным заболеваниям. Кроме серповидноклеточной анемии, существуют десятки других болезней разной степени тяжести. Фенилкетонурия приводит к поражению центральной нервной системы и нарушению умственного развития. При муковисцидозе поражаются железы внешней секреции и органы дыхания. При гемофилии даже маленькая ранка может привести к серьезной кровопотере, а ушиб — к значительному внутреннему кровоизлиянию. Синдром Ретта является причиной тяжелой умственной отсталости. Наследственная мышечная дистрофия ведет к неспособности самостоятельно передвигаться и даже дышать. Список болезней можно продолжать.

Проблемы с наследственными заболеваниями часто возникают при близкородственных браках. В примере с серповидноклеточной анемией носитель испорченного варианта гена не рискует родить ребенка с тяжелым наследственным заболеванием, пока не столкнется с другим носителем той же самой болезни. Вероятность встретить такого человека среди близких родственников намного выше. Рассмотрим муковисцидоз — заболевание, которое встречается в России примерно в одном случае на 10 тысяч новорожденных. Если партнер и партнерша выбраны произвольно, то с вероятностью 0,02 каждый из них окажется носителем, а риск муковисцидоза у их ребенка будет среднестатистическим (1/10 000 = 0,02*0,02*0,25). Если партнер является родным братом партнерши, то у каждого из них вероятность оказаться носителем заболевания по-прежнему равна 0,02, но эти вероятности перестают быть независимыми, они оказываются «сцепленными». Стоит нам установить, что партнер — носитель заболевания, вероятность того, что носителем окажется и партнерша, станет 0,5, а не 0,02. Из-за этого у ребенка брата и сестры риск муковисцидоза увеличивается в 25 раз и становится равным 0,0025.

Если сестра родит от брата, у их ребенка есть дополнительные 1,25–10,5% шансов родиться с каким-нибудь наследственным заболеванием, из-за которого он утратит репродуктивную функцию или умрет до достижения совершеннолетия[338]. Если речь идет не о родных братьях и сестрах, а о двоюродных, то дополнительная вероятность наследственных заболеваний будет в два раза меньше. Возможно, с проблемами близкородственных браков связано распространенное во многих культурах табу на инцест. Похожая логика относится не только к откровенно вредным мутациям, которые могут приводить к серьезным врожденным заболеваниям, но и к мутациям чуть менее вредным, делающим нас слабее, глупее, менее устойчивыми к инфекциям, более предрасположенными к раку и так далее.

Есть и обратный эффект. Селекционеры давно обратили внимание на эффект гетерозиса — повышенной приспособленности гибридов, полученных в результате скрещивания разнородных родителей. При таком скрещивании хромосомы у потомков оказываются максимально разнообразными, присутствуют альтернативные аллели одних и тех же генов, не проявляются вредные рецессивные признаки.