Вечные молекулы

Москва, 24.12.2001
«Эксперт Северо-Запад» №32 (61)
Как в XX веке физика повлияла на развитие человечества и его образ жизни, так в XXI веке все изменит генетика

К 2003 году завершается крупнейший международный научный проект Human Genome Project ("Геном человека"), направленный на расшифровку генетической последовательности молекулы ДНК, механизма наследственности клетки. Наука имеет шанс получить ключ к неизлечимым болезням. Многие ученые, в том числе и петербургские генетики, участвовавшие в проекте, прогнозируют, что в XXI веке лечение человека окажется во власти молекулярной медицины. О тенденциях и перспективах этой науки нам рассказал заведующий лабораторией пренатальной (дородовой) диагностики Института акушерства и гинекологии им. Отта, главный медицинский генетик Петербурга профессор Владислав Баранов.

- Владислав Сергеевич, большинство наших читателей даже на уровне ликбеза слабо себе представляют, что такое геном человека. Поэтому, прежде чем говорить о нынешнем состоянии генетики, давайте все же дадим его определение.

- Очень долго ученые спорили: наследственность - это свойство или материя. Спор этот закончился, и сейчас можно смело говорить, что геном - это материальный носитель наследственности человека. По современным представлениям геном - это полная генетическая система, ответственная за происхождение, развитие и наследование всех характеристик клеток и всего организма. В молекулярном плане геном - это гигантская молекула ДНК (дезоксирибонуклеиновая кислота), состоящая из монотонно чередующихся последовательностей четырех компонентов - так называемых нуклеотидов. Если растянуть нить ДНК, то в длину она получится около полутора-двух метров.

Когда-то мы думали, что в человеческой клетке 100 тысяч генов, потом - что 60 тысяч, а теперь выяснилось, что всего от 31 до 35 тысяч. Каждый человек - продукт работы уникального набора своих генов, своего генома.

- Наверное, благодаря исследованиям международного проекта "Геном человека" мы стали существенно больше понимать о нашем молекулярном устройстве?

- В начале 90-х достижения мировой науки в изучении структуры и функции молекулы ДНК вылились в международную научную программу "Геном человека". Основной вклад в научном, практическом и финансовом плане, бузусловно, принадлежит США. Ее инициатором был американский генетик Джеймс Уотсон, первооткрыватель двойной спирали. Основной целью программы стало определение последовательности молекулы ДНК (секвенирование). Обратите внимание, насколько объемной была работа: для записи всего генома, если оформить это в печатном виде, потребуется более 200 томов, сопоставимых с телефонными справочниками. За 10 лет в программу было вовлечено около полутора-двух тысяч ученых мира и 150 институтов. Так что рашифровка генома человека станет итогом работы международного сообщества ученых. Но и даже после расшифровки всей последовательности ДНК клетки, идентификации всех генов, сложнейшей задачей останется понимание функций генов.

- Но участие России в этом проекте оказалось крайне незначительно: США за десять лет вложили три миллиарда долларов, Россия - едва ли больше миллиона.

- Россия начала программу чуть раньше западных стран. Во главе ее стоял академик Александр Баев. Но, увы, в итоге значение России в проекте оказалось невелико. Наш финансовый вклад в исследование генома был даже меньше, чем стоимость отдельных проектов в таких небольших странах, как Дания и Голландия. Если строго говорить о расшифровке генома, то это было возможно только благодаря созданию во многих странах автоматических фабрик по секвенированию - геномотронов. У нас ничего такого не было никогда.

- Может, такое различие было связано и с тем, что за рубежом к работе были привлечены частные компании?

- Привлечение частной компании не самоцель. Но, конечно, характеризует отношение к науке. Действительно, интенсивность расшифровки генома возросла после 1998 года, когда началась беспрецедентная гонка между тысячей ученых, участвующих в проекте, и частной американской компанией Celera Genomics. В США основные финансовые вклады в проект генома вообще делали частные компании, которые предвидели дальнейшее развитие фармакологической промышленности. Celera Genomics эффективно сконцентрировала у себя робототехнику, а применение компьютерного парка и оригинальных подходов к определению последовательностей ДНК позволило фирме несколько раз просеквенировать геном. Поэтому весной 2000 года компания первой официально заявила о получении "чернового варианта" генома человека.

Наши же фармацевтические фирмы не участвовали в проекте и не финансировали его, они просто пока не знают, что такое фармакогеномика и генная терапия. Российские фирмы к тому же имеют несопоставимо меньше возможностей для участия в таких проектах.

- Владислав Сергеевич, так осталась ли в общемировом "генетическом процессе" российская интеллектуальная составляющая?

- Безусловно. Прежде всего это относится к компьютерным программам. В Институте молекулярной биологии имени Энгельгардта РАН и в Институте цитологии и генетики СО РАН разрабатываются принципиально новые подходы и технологии к анализу генома человека. Это тоже вклад в проект. Мы также можем гордиться нашими учеными, которые уехали работать на Запад и возглавили там целые направления. Кроме того, отдельные темы выполнялись при частичном финансовом и техническом обеспечении западных институтов, но c нашими интеллектуальными возможностями. Так, с нашим участием серьезно "раздраконены" 19-я и 3-я хромосомы человека. Мы внесли несомненный вклад в исследования этногенеза народов, населяющих Россию.

- Каким будет логическое продолжение проекта "Геном человека" и, что еще важнее, как в связи с открытиями в генетике изменится медицина будущего?

- Точно так же, как в XX веке физика повлияла на развитие человечества и его образ жизни, так в XXI веке все изменит генетика. Если в геномную эру 1989-2000 годов ключевой фразой было "ДНК", то в первое десятилетие XXI века таким словом будет "белок", а основным направлением развития - функциональная геномика (протеомика). В ближайшие годы будет предпринята попытка понять функции всех генов и их контроль над биологическими системами организма, их воздействие на белки, большинство из которых не изучены или даже еще не известны.

Главным станет "генетизация" всей медицины и появление качественно нового раздела науки - молекулярной медицины, которая имеет два основных отличия от существующей медицины. Это ее профилактическая, предупреждающая болезни направленность и то, что лечение человека будет исходить из особенностей его генома. Лечение будущего будет напоминать пошив индивидуального костюма. Концептуальную основу молекулярной медицины составит биоинформатика, которая основана на компьютерном анализе генома. Сегодня уже разработаны точные и универсальные методы диагностики наследственных болезней, в том числе и до рождения. Существуют молекулярные подходы в точной идентификации личности. Заложены основы новой профилактической медицины, получившей название предиктивной медицины.

Теперь нет никаких сомнений, что чем больше известно о состоянии генов предрасположенности у человека и его семьи, тем более осмысленные меры могут быть приняты врачами, чтобы уменьшить или полностью нивелировать патологию еще до ее появления.

- Так можно ли все-таки сказать, что геном человека, то есть нить его наследственности, расшифрован полностью?

- Полностью расшифрованы пока геномы пятисот-шестисот организмов. Это микробы и вирусы. Из крупных - дрозофила, аскарида, одно из растений. В этом году должно завершиться исследование генома мыши. Геном же человека открыт только на девяносто процентов. В области, где ДНК выполняет структурную роль, ее значение тоже до конца не выяснено. Геном ведь сложен и многофункционален. Кроме этого, даже смысловая его часть имеет и "бессмысленную" область, функции которой пока неизвестны. Это эгоистическая ДНК, на долю которой приходится почти половина всего генома человека.

В результате расшифровки выяснилось, что в этой незатейливой структуре закодирована не только структура всех белков, но и программа их действий: когда и в каком количестве они должны синтезироваться, закодирована вся программа индивидуального развития человека - от клетки до зрелого организма. Зашифрована эволюция, даже информация о наших предках. Все это сегодня можно узнать, сравнивая геном современного человека с геномами его предков и современных человекообразных обезьян.

- Геном обычного червя состоит из тринадцати тысяч генов, а у человека - чуть более тридцати тысяч? Как это объяснить?

- У Человека более сложные гены. Структура наших генов более информационная. Один ген делает не один белок, а несет информацию о пяти-шести белках. Но почти все наши гены имеют предшественников на более низкоорганизованном уровне. А возникающие вновь представляют собой как бы ответвления от генов предшествующих. Вот поразительный пример. Известно, что многие гены в результате мутаций становятся крайне опасными для человека, приводят к тяжелым, зачастую смертельным заболеваниям. Взять ген хореи Гентингтона, страшного нейродегенеративного заболевания, которое обычно развивается к 30-40 годам, начинается с судорог, а заканчивается распадом личности. Это типичная генная болезнь. Но что поразительно, этот же "вредный" ген хореи есть и у червя аскариды. То есть нам ген достался от простейших организмов. Но у него он отвечает за совсем другие функции. Когда генетики посмотрели, что делает этот ген у аскариды и к чему приводит его мутация, оказалось, что к нарушению процесса откладки яиц. У человека этот же ген отвечает за работу нервных клеток, а мутации приводят к смертельной болезни.

- Уже изучено более 10 000 генов, мутации которых "вредны" для жизни, допустима ли возможность изменить их, приблизить человека к совершенству?

- Если человек болеет наследственными болезнями - это проблема мутаций генов, то есть когда ген работает неправильно или вообще не функционирует. Отсюда - около 4500 только моногенных болезней, то есть связанных с мутациями только одного гена. Но на долю таких болезней приходится не более 1% всех заболеваний. Подавляющее большинство всех остальных человеческих недугов - это результат взаимодействия неполноценных или частично неполноценных генов с вредными факторами внешней среды. По некоторым оценкам, в России величина "генетического груза", который включает хромосомные и "генетические" мутации", составляет около 5,5%. Все опухоли, психические заболевания, диабет, ишемия, атеросклероз, инфаркт миокарда в той или иной мере имеют генетический характер. И очень важно, что расшифровка генома привела к появлению предупреждающей болезни предиктивной медицины. Проанализировав геном, уже сегодня, мы можем предсказать, чем заболеет человек через много лет и принять необходимые профилактические меры сейчас, а не ждать появления симптомов.

- Действительно ли гены сильно влияют на поведенческие аспекты человека?

- Безусловно, влияют. Но есть два типа наследования: генетическое и культурное. Гены делают только белки. Дальше - как эти белки работают - другой уровень знаний. Поэтому напрямую нельзя говорить, что одна нация воюет больше и лучше, упрямее или умнее другой, потому что у нее гены такие. Это была бы уже явная вульгаризация генетики как науки. Можно ли по химическому анализу кирпичей храма судить о религии верующих, его посещавших? Очень сомневаюсь. Что касается большей или меньшей живучести нации, то и тут я не стал бы подводить все к наследственности. Здесь вступают законы популяционной генетики.

Сравнение геномов разных наций показывает, что все различия между людьми на генном уровне касаются не более 0,1% ДНК. На 99,9% мы все одинаковы. Но, с точки зрения медицины, есть генные болезни, которые характерны для определенных этнических групп. Так, существуют типично "еврейские" болезни (рак толстой кишки, болезнь Гоше и т. д.), есть "финские" болезни, бета-талассемия у жителей Средиземноморья. Удивляют и этнические различия в чувствительности к алкоголю, связанной с высоким (до 50%) уровнем мутации одного из генов у лиц желтой расы. Поэтому такое бурное развитие получила сегодня геногеография, анализирующая распространенность генных болезней по регионам и популяциям.

- Вот вы говорите о медицине будущего, но существует же мнение, что практикующие врачи, хирурги, онкологи скептически относятся к генетике, не особенно учитывают новые знания о молекулярной природе человека...

- Да, определенная недооценка генетики со стороны врачей имеется. И это не столько их вина, сколько их беда, о которой далеко не все из них догадываются. И тут не хватает популяризации новых идей генетики. Это говорит еще и о том, что за десять лет генетика сделала такой рывок, что даже люди науки не поспевают за всеми открытиями. А уж требовать глубокого или хотя бы современного уровня генетических знаний от практикующих врачей вообще сложно.

- Очень многие ученые относятся крайне негативно к экспериментам по клонированию. В Японии, например, эксперименты в этой сфере запрещены, и нарушающие закон ученые рискуют попасть в тюрьму. Каково ваше отношение к проблеме клонирования?

- Мне известно, что Госдума России планирует принять постановление, которое запретит клонирование человека. Называться оно будет "О временном запрете клонирования человека". Клонирование человека - по большому счету - это блажь, блажь вредоносная, не обеспеченная ни научно, ни социально. Это противоречит всей эволюции человека. Противоречит природе и ее законам. Ведь нет никакой гарантии, что в результате клонирования получится нормальный человек, копия того, чью клетку клонировали. Я категорически против. Единственно оправданное здесь направление - это лечебное клонирование, основанное на получении и выращивании так называемых стволовых клеток. Их использование может решить проблемы заместительной клеточной терапии любых клеток организма - мозга, почек, сердца, мышц, крови.

Санкт-Петербург

У партнеров

    Реклама