Жанр: Наука
Диалоги 12. декабрь 2003 г
...ромного количества бактерий. Мы разделяем текст на
отрезки, на инструкции - гены. И мы можем сравнить эти гены, по крайней мере,
переведя текст ДНК в текст белка, который более устойчив. Немножечко разные
сочетания букв в ДНК могут соответствовать одному и тому же белку. Поэтому
сравнивают белки, и оказывается, что мы видим по белкам сходство организмов,
которые разошлись, скажем, 3 миллиарда лет назад - мы и бактерии. И это до сих
пор видно в последовательности букв уже аминокислотного кода в белке.
Что же это за белки, которые являются общими у человека и у бактерий?
Оказывается, что мы во многих случаях не знаем функций этих белков, и по ним
пока не известны даже мутации, чтобы определить их функцию. А это белок, который
3 миллиарда лет остается у всех живых одинаковым - у нас, у бактерий, у
растений. Поразительное обстоятельство - как природа до сих пор сохранила свое
единство, видимое и сегодня. За 3 миллиарда лет - это расчетное время
возникновения жизни по генетическим данным. Археологические данные показывают,
что 2,7 миллиарда лет назад существовали, по-видимому, уже клеточные формы
жизни. Земля существует 4,5 миллиарда лет, а примерно 3 миллиарда лет назад уже
были клеточные формы.
На самом деле все, что предшествовало клеточной форме, требовало гораздо больше
времени, с моей точки зрения, для того чтобы оно возникло. Ведь то, что
составляет клетку - это клеточные циклы, которые взаимодействуют друг с другом.
Они не существовали вместе, когда-то они жили отдельно. Правда, можно ли назвать
это жизнью? Но мы до сих пор видим этот этап эволюции отпечатанным в
генетическом тексте ныне живущих организмов. Поэтому генетический текст - это
основа основ наших знаний о жизни.
В.Б. И действительно, возникновение клетки - это столь замечательное событие и
столь непонятное сейчас. Мы совершенно не приблизились, расшифровав геном, к
этому. Возможно, верна гипотеза панспермии - зарождения жизни вне Земли, и ее
представленности в других местах во Вселенной, которая когда-то была выдвинута
Сванте Арениусом, а потом поддержана Криком. Он тоже обратил на это внимание,
это была его следующая гипотеза после гипотезы "двойной спирали ДНК". Гипотеза
как будто предлагает решение, но оно просто отдаляет событие возникновения жизни
в глубь времен, не описывая события и не указывая на ее причину.
А.Г. То есть, это скорее не решение, а вынос решения за скобки.
В.Б. Выносит за пределы Земли, по крайней мере.
А.Г. И все-таки, об этой программе поподробнее. Начали ее физики, если я не
ошибаюсь?
Н.Я. Вообще программа родилась как следствие прекращения "холодной войны". Это
действительно так. Средства, которые шли на военные разработки, быстро стали
сворачиваться. И огромные массы очень высококвалифицированных людей, прежде
всего в области создания инструментов исследования, решили предложить что-то
новое для реализации своего огромного научного потенциала.
В Америке это был департамент энергетики - наш Средмаш, который отвечал за
создание атомной и водородной бомбы. Лаборатория Лос-Аламос и Ливермор, отвечали
за то, как влияет радиация на человека, что будет, если случится атомная война.
Они сказали, что мы будем это знать лучше всего, если определим структуру генома
человека и тогда поймем, на что действует радиация и что получится при
облучении.
А.Г. Хитрые ребята...
Н.Я. Это всех устроило - и там, и здесь. Поднятый новый флаг был уверенно
поддержан власть предержащими, эти программы были отфинансированы. И, кстати
сказать, тогда, когда программа началась - в конце 80-х годов, она
финансировалась и у нас на очень высоком уровне. Если в Америке первое
финансирование было 30 миллионов долларов, то у нас это было 10 миллионов
долларов. Замечу, что когда программа закончилась пару лет назад - у нас это
было 300 тысяч долларов, а в Америке это было 300 миллионов долларов. Такое вот
развитие событий...
Но действительно, тогда эта программа началась. Как определить структуру генома,
тогда было совершенно не ясно, не было методов, не было инструментов. Знание
принципиальной структуры не позволяло помыслить о том, какими методами можно
взять такой объем, за какое время она будет сделана как химическая работа, как
все это собрать и как со всем этим манипулировать, потому что тогда не было
компьютеров, таких как сейчас.
А.Г. 3 миллиарда пар оснований...
Н.Я. Да, это число позиций для букв генетического текста. Это в общем как
несколько шкафов с книгами, размещенными в каждой клетке нашего тела. А клетокто
у нас 10 в тринадцатой степени. То есть это все безумная по объему
информация, с которой нужно работать. Кстати сказать, суммарная длина ДНК в
одной клетке - примерно два метра. А во всех ваших клетках, если их вытянуть,
эта длина в тысячи раз превышает расстояние до Солнца. Вы в каждый данный момент
всем этим манипулируете, и не видно напряжения на вашем лице. Все это делает ваш
организм. Вот этот текст нужно было определить.
В.Б. Но все-таки в данный момент, я думаю, нельзя не обратить внимания, что было
одно принципиальное открытие. В 1975 году тогда уже лауреат Нобелевской премии
Фрэд Сенгер предложил метод секвенирования ДНК, который можно автоматизировать,
как сразу же стало понятно специалистам. И это действительно явилось решающей
методической предпосылкой, которая говорила, что, в принципе, текст можно будет
прочесть.
Н.Я. Да, здесь существенны и другие исследования, которые были в последующем
отмечены нобелевскими премиями. Это размножение фрагмента ДНК в пробирке, и
выделение этого фрагмента как химически чистого вещества. Метод называется
полимеразная цепная реакция, сокращенно - ПЦР. Другой метод, отмеченный
Нобелевской, это клонирование, метод рекомбинантных молекул ДНК. Все эти
Нобелевские премии со временем стали процедурами лаборантского уровня, а потом и
вовсе стали выполняться роботами. Современная схема определения
последовательности нуклеотидов, секвенирование, подразумевает 15 минут труда
оператора в сутки при машине, которая работает непрерывно. И эта машина выдает
за несколько минут то, что, сделанное вручную, составляет кандидатскую
диссертацию у нас в стране.
Геном человека был секвенирован международным консорциумом академических
лабораторий и, независимо, в фирме "Селера". Она использовала все технологии,
накопленные к тому времени, и наиболее компактно сделала эту работу по времени.
Сиквенс был сделан за характерное время - девять месяцев, ну и еще десять дней.
И стоило это "Селере" 200 миллионов долларов. Был сделан геном одного человека
полностью, а еще четверых - частично. Теперь остались остальные три или сколько
миллиардов людей, но, тем не менее, геном одного человека уже сделан целиком.
Международный консорциум использовал для секвенирования ДНК от многих разных
людей, а не от одного человека.
Воссозданный генетический текст, сиквенс генома человека, был представлен фирмой
"Селера" в качестве результата собственных усилий, результата приоритетного. Но
сама "Селера" признает, что использовала данные мирового сообщества.
Воссозданный ею текст был получен на основе очень подробной работы, которую
провело все мировое сообщество для того, чтобы разобраться в огромном количестве
очень сходных фрагментов текстов, которые у каждого из нас есть. Ведь каждый ген
от гена. И все эти тексты внутри каждого из нас производны один от другого.
Тесты в разных участках генома часто сходны. Глубина этого сходства различна в
разных местах. Воссоздание реальной последовательности нуклеотидов на протяжении
всех трех миллиардов позиций - это очень сложная задача.
Просто "в лоб", определением структуры коротких отрезков и их прикладыванием
друг к другу, нельзя сложить полный геном. Для этого нужно использовать многие
дополнительные методы. Эти методы применяло мировое сообщество, данные были
доступны "Селере", и фирма их использовала. Справедливости ради надо сказать,
что фирма действительно выдала в пять раз больше "руды", чем все мировое
сообщество. "Руда" - это те самые короткие отрезки генетического текста, меньше
тысячи позиций, которые являются первичным материалом последующего воссоздания
текста целиком. Но "Селера" не делала многих других этапов работы, которые
гораздо более дороги и позволили все короткие отрезки текста расставить. Это
была драматическая ситуация, когда один человек фактически - Вентер,
руководитель "Селеры" - привлек внимание всего мира, и на него вылился почти
весь успех от завершения проекта по секвенированию генома человека. Правда, у
него было около 500 человек в фирме, кроме него. Кстати сказать, когда проект по
секвенированию был завершен, он ушел с этой фирмы, и ее акции упали раз в десять
по цене. Кстати сказать, данные "Селера" до сих пор недоступны мировому
сообществу. Поэтому недавний лауреат Нобелевской премии, Коулсон, говорит, что
можно считать, что и нет этих данных, потому что они не доступны. Что,
действительно, правда.
Но, впрочем, мы на самом деле никак не перейдем к тому, зачем все это было
нужно. А ведь кроме того, что нам интересно, конечно, исследовать природу за
государственный счет...
А.Г. Что от этого нашему колхозу?...
Н.Я. Зачем-то все это было людям нужно. Сейчас на экране появилась картинка.
Можно сказать, что в первую очередь это нужно для того, чтобы делать какие-то
заключения о нашем здоровье или возможных проблемах со здоровьем, которые
возникнут в будущем.
Здесь хочется упомянуть два типа наших болезней, связанных с генетической
предрасположенностью. Одни болезни, так сказать, простые. Есть генетический
текст, есть в нем одно повреждение. Оно будет приводить к болезни, и связь этого
повреждения с болезнью стопроцентная. Таких болезней на сегодня известно
примерно тысячи полторы. На этой картинке изображен ребенок, который уже
выглядит как старик. Такая болезнь называется прогерия. Это один из примеров
генетически "простых" болезней. Мы можем в этом случае посмотреть на элемент
генетического текста и сказать что да, вот оно - повреждение. Еще до рождения.
Даже до того, как зародыш имплантируется в матку. И, в общем, если ребенок будет
обречен на смерть или тяжелейшую инвалидность, то такая информация дает
возможность семье принять решение о непродолжении беременности. Это даже и не
аборт в традиционном понимании, потому что еще не произошла имплантация. Эти все
"простые" болезни теоретически могут быть выведены из круга проблем для
человечества. Другое дело, нужно это делать или нет. Таких "простых" болезней
меньше 10% во всем списке болезней человека. Среди новорожденных менее одного
процента будут такими болезнями поражены, но общее число пораженных в мире
составляет многие миллионы...
А есть ли практический успех в защите от таких болезней? Да, есть. Наиболее
яркий, следующий пример. На Сардинии была очень широко распространена болезнь
крови, которая называется бэта-талассемия. Человек от нее становится практически
полным инвалидом и нередко гибнет ко времени полового созревания. На Сардинии за
последние двадцать лет в двадцать пять раз сократилось частота рождения больных
этой болезнью. Почему? Потому что врачи и биологи, зная ее механизм,
информировали население о том, что они могут предсказать, что появится больной
ребенок. Соответственно, можно принять решение о непродолжении беременности или
сделать следующую попытку, что практически то же самое, чтобы появился ребенок
здоровый. И люди стали принимать такое решение. В 25 раз частота упала. Я
спросил у специалистов, почему остались пять процентов больных детей и сейчас?
Ведь можно все предсказать. Они говорят да, пять процентов супружеских пар,
зная, что у них родится больной ребенок, тем не менее, решают продолжать
беременность. Это их право.
Искоренение бета-талассемии на Сардинии - это наглядный пример того, как
болезнь, которая выключала множество семей из нормальной жизни, исчезла как
наиболее частая медицинская проблема семьи и проблема данной территории. И это
может быть сделано для большинства болезней такого "простого" генетического
типа. Но, к сожалению, они составляют малую часть от всех болезней человека. А
другая часть болезней - и они гораздо более распространенные - это те, для
возникновения которых важны много специфических генов и много факторов внешней
среды. Ведущий специалист в нашей стране в этой области - это Владислав
Сергеевич Баранов. И он, наверное, споет эту песнь лучше, чем я.
А.Г. Запевайте.
В.Б. Я хотел бы сказать, что действительно, практически любая болезнь, которую
Вы можете сразу вспомнить - и сердечно-сосудистые заболевания, и психические
заболевания - все это болезни, связанные с действием целого ряда факторов. Это,
как правило, результат действия патологии или изменений нескольких генов на фоне
действия повреждающей среды. То есть, сочетания каких-то факторов внешней среды
и генов дают такой эффект. На этой картинке изображено, что действительно будь
то нормальная жизнь, будь то какое-то болезненное состояние, все равно в их
формировании остаются две составляющие. Это геном, составляющий основу
наследственности человека, и внешняя среда. Эти две составляющие действуют от
самых ранних стадий развития - от первой оплодотворенной клетки, зиготы, когда
начинается развитие индивидуума. И до его, так сказать, последней черты. Каждый
наш признак это, по сути говоря, взаимодействие этих двух стихий. Значительное
число болезней, конечно, связано именно с действием многих генов.
Н.Я. Вообще в этом печальном списке болезней, насколько я помню, около тридцати
тысяч строк. В каждой строке стоит название какой-то болезни. Меньше пяти тысяч
- это те, которые возникают по схеме - "один ген, одно повреждение и одна
болезнь". А остальные все - это действие многих генов и плюс факторы внешней
среды. Основные болезни среди причин смертности здесь - сердечно-сосудистые,
потом раковые и ряд других болезней.
Но я хотел обратить внимание на ту картинку, которая сейчас показалась. Все это,
правда, про болезни в их качестве естественных причин смертности. Но реальной
"неестественной" причиной, как правило, в развитых странах, в США, например, по
оценке, является то, что лекарства пациенту прописали не то или не так. Это 20
процентов всех смертей. И это, по существу, одна из ведущих причин смертности.
Хотя причина очень гетерогенная, лекарств ведь куча разных.
Здесь с точки зрения генетики очень интересная оказалась ситуация. Люди, на
которых данное лекарство оказывало побочный эффект, оказывались генетически
довольно однородными. То есть, они все имели какую-то особенность в своей
генетической информации, которая делала их уязвимыми для данного лекарства. Они
были специфической уязвимой мишенью для действия именно данного лекарства. И
вообще когда фирма создает какие-то лекарства, насколько оно эффективно? Фирма
считает, что если оно действует на 30-40 процентов больных клинически одинаково,
это хорошо. Почему? Потому что у них на самом деле могут быть повреждены разные
этапы обмена веществ, каждый из которых необходим для здоровья. И если лекарство
действует на этот этап, а у пациента поврежден другой этап, то принимать его
вовсе не надо, ничего, кроме разве что плохого, пациенту от лекарства не будет.
То есть, лекарство может быть эффективно лишь для 30-40 процентов пациентов с
данной болезнью, это нормально. Но побочные эффекты от приема лекарства должны
наблюдаться не чаще, чем у одного процента пациентов. Иначе пойдет слишком много
судов и потерь экономических, и фирма заботится, чтобы этого не было. Поэтому
столь тщательно выясняют, каковы побочные эффекты лекарства, как часто и у кого
они наблюдаются. И выясняется, что пациенты с побочными эффектами от данного
лекарства - это часто генетически однородная группа. Это должна в будущем
медицина все предсказывать. Причем, предсказание можно будет сделать еще до
рождения во многих случаях. С тем чтобы сказать: ага, тебе такое-то лекарство
применять нельзя. Ты в рисковой группе относительно него.
А.Г. Генная аллергия получается.
В.Б. Это направление, которое называется фармакогенетика. И действительно по
статистике около ста тысяч человек погибают ежегодно в мире из-за того, что не
учитываются эти генетические способности.
Н.Я. Индивидуальные.
В.Б. Индивидуальные особенности. Отсюда, действительно, у фирм была большая
заинтересованность в программе "Геном человека" именно в двух направлениях. В
направлении выяснения особенностей этой индивидуальной чувствительности к
фармпрепаратам. А, во-вторых, к разработке направленного действия лекарств.
И я хотел бы обратить внимание на этом слайде на то, каким образом, почему люди
по-разному реагируют на разные препараты. И из чего, собственно, складывается
большинство заболеваний? Оказывается, большинство процессов, практически все
процессы, которые происходят в организме, не контролируются каким-то одним
геном. Они контролируются какой-то группой взаимосвязанных генов. И эти группы
уже получили название "генные сети". Такая генная сеть показана на верхнем
рисунке.
Но когда мы посмотрим на отдельных индивидов, а на нижнем рисунке показаны
отдельные индивиды, у которых протекает тот же самый процесс, то оказывается,
что нормы реакции у всех индивидов по данному процессу различны. И здесь есть
риск, что, скажем, когда переходится пороговая какая-то граница, индивидуумы с
повышенной чувствительностью подпадают в группу людей, которые заболевают. А
другие, их большинство, не заболевают, как вы видите. Но ведь внешние факторы
могут меняться. И как раз показано, что в случае усиления прессингового действия
внешних фактов даже те, которые в норме не должны были болеть, у них порог так
снижается, что они становятся чувствительными и заболевают.
Вот эти генные сети сейчас привлекают серьезное внимание генетиков.
Биоинформатика ими особенно интересуется. Если мы сейчас посмотрим на следующий
слайд, то увидим, как сложно представляется генная сеть такого заболевания, как
бронхиальная астма, которым поражено почти четыре процента населения. Здесь
различные группы генов. Здесь и гены, которые отвечают за иммунный ответ, здесь
и гены, которые отвечают за реакцию бронхов на различные воздействия, здесь,
конечно, эндокринные факторы. Особый интерес вызывает означенная розовым цветом
группа генов, которая привлекла наш интерес. Это так называемые гены
метаболизма, раньше они еще назывались гены детоксикации или гены системы
детоксикации. Потому что логично было предположить, что внешние факторы,
особенно химические вредные факторы, которые поступают в организм, они на всех
будут действовать по-разному в зависимости от того, прежде всего, как эффективно
они разлагаются и выводятся из организма.
И в случае бронхиальной астмы действительно нам удалось впервые показать, что
целая система этих генов определяет чувствительность. И это позволяет нам сейчас
реально тестировать детей. Особенно в семьях, где уже есть больной ребенок.
Тестировать, чтобы выявить тех еще не заболевших детей, которые имеют явную
предрасположенность к этому заболеванию. Эта область чрезвычайно интересна и
важна. Мы назвали эту область предиктивная или предсказательная медицина. То
есть, выяснение предрасположенности человека к тому или иному заболеванию в
зависимости от особенностей его генов.
Н.Я. Индивидуальные особенности, безусловно, важны, но, вообще говоря, для
каждого нашего признака, болезнь - один из них, существует определенный процент
вероятности его проявления. Это особенно четко видно при исследовании идентичных
близнецов по сравнению их с парами неидентичных близнецов. Здесь, например,
показано, что при таких признаках, как, скажем, шизофрения, около 80 процентов
пар, если болен один из идентичных близнецов, то болен и другой.
А.Г. Вне зависимости от среды.
Н.Я. Да, часто оба больны, даже если среда, в которой они росли, различалась.
Однако важно подчеркнуть, что даже если среда одинакова, то 20 процентов пар не
будут одинаковыми. Один из близнецов останется здоровым. И тут очень важный
момент, который следует уяснить. Генетическая конституция у близнецов одинакова.
Но это не приговор к болезни. Мы лишь знаем вероятность ее появления. Но ведь
каждый человек эту вероятность либо реализует, либо нет. И, в случае, скажем,
шизофрении, все же двадцать процентов вероятность того, что предрасположенность
к болезни не реализуется, человек не заболеет. Вот это важный момент. Когда-то
мы сможем все предрасположенности диагностировать по ДНК. Хотя мы вряд ли
достигнем такой точности, которую реализует природа, делая близнецов
идентичными. Но и при полной идентичности генетического текста близнецов, у них,
тем не менее, не будет полного совпадения признаков. И поэтому, что бы вам не
сказали про результаты ДНК-диагностики, не надо никогда считать, что это
приговор к какой либо болезни. Всегда есть шанс, что болезнь не проявится.
Чтобы понять, насколько этот шанс велик или нет, давайте посмотрим на строку IQ,
в которой есть синяя, желтая и белая часть. Совпадение IQ у близнецов даже при
не общей среде составило, по-моему, около 50 процентов обследованных пар. Это
темно-синяя часть. А если среда была общая (синяя плюс желтая часть строки), то
совпадение увеличивалось, уже 75 процентов. Но даже если среда была общая, то у
25 процентов пар генетически идентичных близнецов IQ не совпадал.
Из этого примера ясно, что для проявления признака действительно важна и
наследственность, и среда. Но если понятие "генотип", то есть сочетание генов и
их конкретных формул, мы можем формализовать, то понятие "среда" мы
формализовать вообще не можем. И когда это будет возможно, не ясно.
В том году, когда мы впервые "выписали" весь генетический текст человека, мы
создали базу для понимания механизмов формирования признаков у человека. На этой
базе все начинает работать. С фрагмента генетического текста, гена, делается
отпечаток, на основе которого делается определенный белок. Белки формируют
структуры клетки и организма, превращают одни вещества в другие. Но будет ли с
данного гена сделан отпечаток или нет, будет ли с этого отпечатка сделан белок,
и так далее, зависит от внешней среды. И даже идентичные близнецы могут немного
отличаться друг от друга по профилю этих отпечатков генов, по профилю белков, а
затем и по внешне наблюдаемым признакам.
В конце концов, признак формируется или нет. Мы пока знаем только генетический
текст и можем его определить. И больше ничего. Сейчас появляются технологии для
того, чтобы посмотреть, как он работает. Какие с него получаются отпечатки?
Какие из них получаются белки? Совокупность всех белков, их вариантов, уже
назвали "протеом", и его предполагается экспериментально описать. Такие
амбициозные задачи поставлены на десять лет вперед, по крайней мере,
американской программой. Тогда, приближаясь постепенно от описания генетического
текста к описанию всех белков, вероятность предсказания формирования признака
будет становиться все больше и больше. И эта желтая часть будет уходить вправо.
Неопределенность в предсказании будет становиться все меньше и меньше. Но она
никогда не станет нулевой. То есть, мы, несомненно, никогда не сможем
предсказать однозначно появление сложного признака даже при полном знании
генетической конституции конкретного человека.
В.Б. Мне кажется, что совершенно справедливые вещи говорит Николай Казимирович.
Тем не менее, я хотел бы обратить внимание, что при всей той сложности, которая
существует, при том, что мы вообще едва-едва закончили расшифровывать геном, и
протеомика буквально делает первые шаги, все-таки уже сейчас те данные, которые
накоплены о геноме, достаточны для того, чтобы говорить, что мы переходим в
новую эру, по крайней мере, в медицине.
Я бы очень хотел остановиться на этом. Эта эра открывает совершенно новые
возможности. И, более того, я совершенно уверен, что под флагом генома человека,
знаний, которые уже достигнуты, медицина должна быть перестроена радикально. Уже
имеются данные о том, что действительно много что дала молекулярная медицина
человеку. Во-первых, что такое молекулярная медицина? Я бы ее назвал медициной,
которая зиждется на сведениях о геноме человека. И я уверен, что образование,
медицинское образование прежде всего, преподавание в медицинских и, наверное, на
биологических факультетах должно претерпеть в ближайшее время самые серьезные
изменения. Скажем, в молекулярной медицине, как и в медицине вообще, основные
направления - это диагностика, лечение, профилактика. Все это строится теперь,
исходя из методов молекулярной биологии. Ну не исключительно, естественно, но
основу этого всего должны составлять молекулярные методы.
А.Г. Но я так понимаю, что диагностика и профилактика пока впереди идут, нежели...
В.Б. Я хотел бы обратить внимание на две замечательные черты, которые
характеризуют молекулярную медицину, и которых не было у предыдущей стадии. То,
что она должна быть персонифицирована, ибо только знание генома позволяет то, о
чем сейчас мы говорили - выразить индивидуальность человека в конкретных
формулах. И второе - это, конечно, профилактический его характер. Поскольку
геном в течение жизни почти не меняется, то, конечно, можно на любой стадии
посмотреть, что делается с геномом, и, зная уже какие-то предрасположенности или
зная, скажем, какие-то закономерности, можно сказать, что угрожает этому
человеку.
Есть одно замечательное совершенно направление, которое мне очень импонирует.
Моя дочь, которая работает во Франции, как раз занимается именно этим
направлением. Мы до сих пор говорим о том, что нужно как-то предотвратить
действие, скажем так, не совсем хороших генов, которые у нас существуют.
Н.Я. Американцы говорят, что пока мы довольно много времени уделяли изучению
"плохих" генов и пора, вообще говоря, заняться теми, которые нам помогают.
В.Б. А это должно звучать немножко иначе - надо научиться жить в союзе со свои
...Закладка в соц.сетях
