Синдром Паганини и другие правдивые истории о гениальности, записанные в нашем генетическом коде

Конечно, можно сказать, что микробы проникают в нашу ДНК, пусть такая формулировка и справедлива только для нашего вида, но не для микробов. Некоторые ученые отмечают, что по концентрации генетического материала вирус значительно превосходит своего хозяина – подобно тому как хокку превосходит прозу по концентрации смыслов. Отдельные специалисты также приписывают вирусам создание ДНК из РНК миллионы лет назад, и они доказывают, что вирусы до сих пор внедряют в нее новые гены. Действительно, ученые, открывшие существование борнавирусной ДНК в человеческом организме, думают, что не борнавирус насильно внедрил свою ДНК нашим предкам-приматам, а наши хромосомы сами стащили эту ДНК. Где бы ни начинала расплываться наша мобильная ДНК, она часто захватывала обрывки других ДНК и тащила их за собой. Борнавирус размножается только в клеточном ядре, где и размещается наша ДНК, и велика вероятность того, что мобильная ДНК давным-давно напала на борнавирус, похитила его ДНК и поместила ее туда, где она оказалась полезной. Согласно этому выводу, можно обвинить токсоплазму в краже гена дофамина у своих хозяев-млекопитающих – более сложных организмов. И существуют исторические доказательства, что это было на самом деле. Однако токсоплазма тоже проживает преимущественно в ядре клетки, так что нет теоретических доказательств, что это не мы похитили у нее этот ген.

Сложно определить, что менее лестно для нас: то, что микробы перехитрили нашу оборону и совершенно случайным образом внедрили чудные генетические инструменты, которые помогли млекопитающим обзавестись важными преимуществами в процессе эволюции; или же то, что млекопитающим пришлось обидеть маленьких микробов и украсть у них гены. И в некоторых случаях это на самом деле были преимущества, целые скачки, которые помогли нам стать людьми. Возможно, именно вирусы сформировали млекопитающим плаценту – среду между матерью и детенышем, которая помогает нам рожать живых детей и способствует правильному их развитию. Более того, в дополнение к производству дофамина токсоплазма может увеличивать или приглушать активность сотен генов в наших нейронах, влияя на работу мозга. Борнавирус также живет и работает между наших ушей, и некоторые ученые доказывают, что это может быть важным источником внесения разнообразия в ДНК, которая формирует наш мозг и управляет им. Это разнообразие – отличное сырье для эволюции, и, передавая микробы вроде борнавируса от человека к человеку (возможно, и половым путем), мы можем увеличить чьи-нибудь шансы получить полезную ДНК. В самом деле, большинство микробов, ответственных за подобные изменения, вероятно, передаются именно половым путем. А это значит, что если микроорганизмы столь важны для эволюции, как предполагают многие специалисты, то заболевания, передающиеся половым путем, могут послужить причиной человеческой гениальности. На самом деле унаследованной от обезьяны.

Вирусолог Луис Вильярреал писал (и его мысли справедливы и по отношению к прочим микробам): «Наша неспособность всерьез воспринимать вирусы, особенно потухшие, ограничивает нам понимание всей роли, которую вирусы играют в нашей жизни. Только сейчас, в эпоху геномики, мы можем ясно увидеть следы вирусов в геномах всех живых существ». Так что, возможно, мы в конце концов поймем, что люди, заводящие все новых и новых кошек, не сумасшедшие (по крайней мере не совсем сумасшедшие). Они – это часть увлекательной и до сих пор продолжающейся истории о том, что происходит, если смешивать ДНК животных и микроорганизмов.

Глава 8. Любовь и атавизмы Какие гены делают млекопитающих млекопитающими?

Среди многих тысяч младенцев, каждый год рождающихся в Токио и его окрестностях, большинство не привлекают особого внимания. В декабре 2005 года, после сорока недель и пяти дней беременности, женщина по имени Маюми спокойно родила девочку Эмико (имена членов семьи изменены по этическим соображениям). Маюми было 28 лет, во время беременности и работа ее крови, и показания УЗИ были совершенно нормальными. Сами роды и их последствия тоже были обычными – конечно, насколько «обычным» и «стандартным» событием можно считать рождение первого ребенка в семье. Маюми и ее муж Хидео, работавший на бензоколонке, конечно, испытывали совершенно нормальный для таких случаев трепет, когда акушерка очистила ротик маленькой Эмико от слизи и добилась от нее первого крика. Медсестры взяли у Эмико кровь для стандартного анализа, и, опять-таки, все оказалось нормальным. Затем у Эмико пережали и обрезали пуповину – дорожку жизни, соединявшую младенца с материнской плацентой, и вскоре пуповина отсохла, а оставшийся маленький кусочек почернел и естественным способом отвалился, оставив на животике пупок. Через несколько дней Хидео и Маюми с Эмико на руках покинули госпиталь в Чибе, пригороде Токио. Все шло так, как следует.

Через 36 дней после родов у Маюми началось маточное кровотечение. Подобные кровотечения в послеродовой период случаются у многих женщин, но еще через три дня к этому добавилась сильная лихорадка. Чтобы нормально ухаживать за новорожденной Эмико, пара не стала сразу обращаться в больницу, и Маюми пару дней потерпела дома. Но в течение последующей недели кровотечения стали неконтролируемыми, и семья вернулась в больницу. Врачи решили, что что-то не так с кровью, так как она не хотела свертываться. Они решили дождаться результатов анализов крови Маюми.

Новости были плохи. Положительный результат дал тест на беспощадный рак крови – ОЛЛ (острый лимфобластный лейкоз). В то время как большинство раковых заболеваний обусловлены нарушениями ДНК – клетка удаляет или ошибается в копировании А, Ц, Г или Т и потом восстает против организма – рак Маюми имел более сложное происхождение. Ее ДНК претерпела транслокацию под названием «филадельфийская хромосома» (по городу, в котором она была открыта в 1960 году). Транслокация имеет место в случаях, когда непарные хромосомы по ошибке вступают в кроссинговер и обмениваются участками ДНК. И в отличие от мутационных «опечаток», которые могут произойти с любыми видами, эта ошибка, как правило, поражает высших животных со специфическими генетическими особенностями.

Участки ДНК, отвечающие за изготовление белка – гены – у высших животных занимают очень маленькую часть всей цепочки ДНК, не больше одного процента. Дрозофилисты Моргана предположили, что гены чуть ли не натыкаются друг на друга в хромосомах, будучи нанизанными на них столь же плотно, как натыканы на карте Алеутские острова у берегов Аляски. В действительности же гены – это драгоценные редкие острова Микронезии, разбросанные в пространствах хромосомного Тихого океана.

Итак, чем же занимаются все эти дополнительные участки ДНК? Ученые долго предполагали, что ничем, и пренебрежительно называли их «мусорной ДНК». Неблагозвучное название преследует эти участки до сих пор. Так называемая мусорная ДНК на самом деле содержит тысячи важных участков, которые включают, выключают гены и регулируют их иным образом – «мусор» управляет генами. К примеру, пенисы шимпанзе и других приматов покрыты короткими, размером с ноготь, бугорками (так называемыми шипами). У людей же нет таких «колючек», потому что за последние пару миллионов лет мы потеряли 60 тысяч символов регуляторной «мусорной ДНК» – ДНК, которая могла бы побудить отдельные гены (которые у нас до сих пор есть) создавать шипы. Кроме пощады влагалищам, эта потеря притупляет мужские ощущения во время секса и таким образом продлевает половой акт: это, как подозревают специалисты, способствует тому, что люди образуют пары и остаются моногамными. Другая мусорная ДНК борется с раком, то есть сохраняет нашу жизнь в каждый конкретный момент.

Ученые, к своему удивлению, нашли мусорную, или, как сейчас говорят, «некодирующую», ДНК – внутри самих генов. Клетки кодируют ДНК в РНК добуквенно точно, не пропуская ни одного символа. Но с полной РНК-рукописью в руке клетки прищуриваются, слюнявят красный карандаш и начинают редактировать – столь же беспощадно, как Гордон Лиш резал произведения Раймонда Карвера [46] . Это редактирование состоит в основном из вырезания ненужной РНК и сшивания остальных кусочков вместе, чтобы произвести матричную РНК как таковую. По непонятной причине исключаемые части называют «интронами», а оставляемые – «экзонами». Оставим это на совести ученых… К примеру, сырая РНК со всеми экзонами (прописные буквы) и интронами (строчные) может читаться как: абвгДеежзИйКлмнОпрСТуфхцчшщъыЬэюя. Отредактируем, оставив лишь экзоны, и прочтем: ДИКОСТЬ.

46

Раймонд Карвер (1938–1988) – американский писатель, мастер короткого рассказа. Гордон Лиш (род. 1934) – писатель и редактор, существенно переделывавший рассказы Карвера. При меч. пер.

В организмах низших животных вроде насекомых, червей и прочих неприятных тварей содержится лишь пара коротких интронов: если же интроны работают слишком долго или их становится слишком много, клетки запутываются и уже не могут образовывать длинную связную цепочку. Клетки млекопитающих здесь выступают более способными: мы можем просеивать целые страницы ненужных интронов и никогда не потеряем главную нить мысли, которую выражают экзоны. Но эта способность имеет и свои недостатки. Так, РНК-редактирование у млекопитающих – занятие долгое и неблагодарное: человеческий ген в среднем содержит 8 интронов, каждый состоит в среднем из 3500 символов – это в 30 раз длиннее, чем у окружающих их экзонов. Ген для производства самого большого человеческого белка, титина, содержит 178 фрагментов, всего 80 тысяч оснований, тщательно скрепленных вместе. Еще более нелепо растянувшийся ген – дистрофин, Джексонвилл [47] человеческой ДНК – содержит 14 тысяч оснований закодированной ДНК среди 2,2 миллиона оснований ненужных интронов. Лишь одна транскрипция занимает 16 часов. Сплайсинг в итоге производит невероятное количество энергии, и любая ошибка может разрушить важные белки. Одно из генетических расстройств заключается в том, что неправильное сращивание в клетках человеческой кожи стирает все канавки и завитки на кончиках пальцев, оставляя их совершенно гладкими. Ученые назвали этот дефект «болезнью иммиграционных задержек», так как люди с такой мутацией тратят много нервов при переходах границы. Другие нарушения, связанные с расщеплением, более существенны: ошибки в построении дистрофина могут вызвать дистрофию мышц.

47

Площадь города Джексонвилл в штате Флорида составляет 2264 км², что более чем вдвое превышает площадь Нью-Йорка. Джексонвилл, население которого вместе с пригородами составляет чуть больше одного миллиона жителей, лидирует среди американских городов по занимаемой территории. При меч. пер.

Животные мирятся с этой возней и опасностью, так как интроны дают клеткам разнообразие. Определенные клетки могут сейчас или потом пропустить экзон, полностью или частично оставить на месте интрон или же отредактировать РНК другим способом. Таким образом, существование интронов и экзонов дает клеткам свободу для экспериментов. Они могут производить различную РНК в разное время или же настраивать белки для всяческих изменений в организме [48] . Уже по этой причине млекопитающие научились смиряться с существованием огромного количества длинных интронов.

48

Вот яркий пример: дрозофилы выделяют из РНК гена dscam 38 016 различных веществ, что примерно втрое больше, чем общее число генов в их организме! Многовато для теории, согласно которой на каждый ген приходится ровно один белок!

Однако случай с Маюми показал, что толерантность может иметь неприятные последствия. Длинные интроны способствуют тому, что непарные хромосомы запутываются, так как между ними нет экзонов, чтобы беспокоиться по поводу прерывания. «Филадельфийская хромосома» возникает между двумя интронами – один на хромосоме 9, второй на хросомосоме 22 – которые обладают очень большой длиной, что повышает шансы этих отрезков войти в контакт друг с другом. Сначала наши толерантные клетки не рассматривают это соединение как нечто существенное, поскольку оно затрагивает «лишь» интроны, которые скоро будут удалены. Но на самом деле это очень важно. В клетках Маюми соединились два гена, которые никогда не должны были соединяться. Гены, которые в тандеме формируют чудовищный гибридный белок, который не может правильно выполнять работу ни того, ни другого гена. Результатом этого стала лейкемия.