Секреты наследственности человека
Шрифт:
Например, полная запись нуклеотидной последовательности генома вируса фХ174 укладывается всего в 180 строк, в каждой из которой по 30 знаков. Иначе говоря, ее можно напечатать всего лишь на трех стандартных листах машинописи. Геном человека, представленный в таком виде, занял бы невообразимо толстый том толщиной более чем в полмиллиона страниц!
Ясно, что работа по его расшифровке в 60-х и 70-х годах XX века была не по силу ни одной самой современной биологической лаборатории. Более того, до конца 80-х годов XX века никто из биологов и не ставил перед собой такой задачи. Дело в том, что нуклеотидные последовательности ДНК человека — отнюдь не сплошь информационные «откровения», прочитав которые можно получить ценную информацию о множестве новых неизвестных белков
Более того, вскоре выяснилось, что гены, кодирующие белки высших организмов и человека в частности, бывают нередко буквально разорванными на несколько частей, между которыми находятся согни ничего не значащих нуклеотидных последовательностей. Такие «бессмысленные» участки ДНК называют нитронами. Если сравнить ДНК с литературным текстом, то ситуация выглядит при этом следующим образом. Сначала идет осмысленная фраза. За ней следует несколько страниц полной буквенной белиберды, которую можно получить, случайно ударяя по клавишам пишущей машинки. И лишь далее попадается второй осмысленный кусочек текста. К примеру, строка из всем известного стиха «Идет бычок, качается…», будет выглядеть при этом так:
Попробуйте-ка выделить из этой последовательности букв полезную информацию! Примерно с такой задачей и сталкиваются молекулярные биологи, расшифровывающее последовательности ДНК «буква за буквой».
Почему гены человека устроены именно так — вопрос сложный, и здесь останавливаться на нем не стоит. Важно другое — читая текст, знакомые строки вычленить из массива случайного сочетания букв все-таки удается. В случае с ДНК сделать это неизмеримо труднее, поскольку не известно, кодирует данное сочетание нуклеотидов какой-либо белок или нет.
Существует и еще одна трудность. Даже выделив последовательность нуклеотидов, точно соответствующую одному гену, пока очень сложно предсказать, как будет выглядеть пространственная конфигурация соответствующего белка. А ведь именно от нее зависит биологическая активность каждого белка. Аналогия тут проста. Если половинки кусачек соединить как-нибудь иначе, то успешно работать таким инструментом будет невозможно. Примерно такая же ситуация и с белками. Вспомните процесс варки яиц. Под воздействием температуры происходит денатурация белка. Он меняет свою пространственную форму и полностью утрачивает биологическую роль, а ведь последовательность его аминокислот осталась прежней!
Поэтому биологи до последнего времени шли другим путем. Они сначала изучали клеточные белки, в первую очередь те, которые играют важную биологическую роль, а потом уже искали в ДНК соответствующие этим белкам гены. Данная стратегия прекрасно себя оправдала, поскольку именно таким способом к сегодняшнему дню было выделено и изучено множество важнейших генов человека.
Завещание сумасшедшего миллиардера
Так и шел бы дальше естественным образом процесс постепенного накопления сведений о человеческих генах, если бы в дела ученых не вмешалась смерть одного-единственного человека. Речь идет об американском миллиардере Говарде Хьюзе, основателе игровой империи Лас-Вегаса. Создававший и воплощавший в жизнь глобальные проекты, он окончил свои дни сумасшедшим затворником, патологически опасавшимся микробов, и поэтому запрещавший убирать комнату отеля, в которой провел последние годы своей жизни. В завещании Хьюз выделил астрономическую сумму в 4 миллиарда долларов для генных исследований. Денежный поток, который был ютов влиться в финансирование генетических экспериментов в США, казался настолько
мощным, что его представлялось трудным разделить на тысячи мелких ручейков, способных вертеть научные колеса отдельных лабораторий. Большим деньгам надо было найти масштабное применение! Необходимо было придумать нечто глобальное, способное поглотить этот финансовый Монблан.Так родился глобальный проект «Геном человека», задача которого — определить все нуклеотидные последовательности человеческой ДНК, в которых, по современным оценкам ученых, спрятана информация примерно о тридцати тысячах генов. В США авторитетная комиссия специалистов сочла такую грандиозную задачу вполне выполнимой. Отказываться от такой кучи денег в силу любых соображений было явно глупо. Стоимость реализации проекта была оценена в 3 миллиарда долларов, а время его выполнения должно было уложиться в 15 лет. К работе над столь грандиозной задачей были привлечены не только американские ученые, но и сот рудники молекулярно-биологических лабораторий многих стран мира, в том числе и в России.
Неудивительно, что среди ученых нашлось немало специалистов, выразивших горячее желание поучаствовать в щедро оплачиваемых разработках. Оппонентов, которые решались бы при этом публично подвергать острой критике проект, находилось немного. Тем не менее, они были. Например, лауреат Нобелевской премии Дэвид Балтимор прямо утверждал, что проект «Геном человека» не имеет научной ценности и является лишь «уловкой для добывания денег», хотя на общественность он может производить благоприятное впечатление, благодаря своей масштабности.
Ему вторил наш соотечественник, директор Института белка, академик РАН Александр Сергеевич Спирин, который был ярым противником реализации проекта. Он утверждал, что расшифровка всей нуклеотидной последовательности ДНК человека — задача скорее техническая, чем научная. «Сосредоточение больших интеллектуальных сил и материальных средств на подобной проблеме обескровит науку и может затормозить ее развитие в других, оригинальных областях. Целое поколение научной молодежи будет фактически выведено из сферы творчества», — так комментировал Спирин в конце XX века сложившуюся ситуацию корреспондентам «Известий».
Не вызывает сомнений, что возникающие в процессе реализации проекта технические проблемы удается решать. Уже во второй половине 80-х годов японская фирма «Сейко инструменты и электроника» создала секвенатор — прибор, способный практически без вмешательства человека определять нуклеотидные последовательности кусков ДНК. Вначале скорость его работы была сравнима со скоростью работы квалифицированного сотрудника лаборатории, однако со временем интенсивность работы новых вариантов подобных автоматических дешифраторов начала возрастать.
Деньги и нуклеотиды
Несмотря на технический прогресс, ускоряющий работу над проектом «геном человека», сама целесообразность подобного проекта, рожденного колоссальными деньгами далекого от биологических исследований человека, по-прежнему вызывает сомнение. В самом конце XX в. биологи уже определили нуклеотидные последовательности ДНК 21-й хромосомы человека. Была проделана титаническая работа по выяснению взаимного положения более чем 33,5 миллионов азотистых оснований. И каков же результат? Они обнаружили 127 уже известных науке генов (смысла в повторном определении их локализации нет никакого) и более согни участков ДНК, которые теоретически могут быть генами, кодирующие неизвестные белки. Ни о строении, ни о функции этих гипотетических белков пока ничего не известно.
Тем не менее, когда подобные результаты обсуждаются в прессе, произносится много умных фраз о важности именно 21-й хромосомы, поскольку еще с 1959 г. известно, что ее лишняя копия приводит к синдрому Дауна. Это безусловно так, только расшифровка всех ее нуклеотидных последовательностей не дает ровным счетом ничего для понимания, почему ее удвоение приводит к тяжел мм порокам в развитии ребенка. Гораздо выгоднее работать с отдельными генами, кодирующими уже известные науке белки.