Эпигенетика. Как современная биология переписывает наши представления о генетике, заболеваниях и наследственности

Еще в далеких 1970-х ученые пытались сравнивать простые одноклеточные организмы и такие сложные творения как человек. Количество ДНК в их клетках оказалось, как это ни удивительно, сопоставимым, особенно если учесть их несхожесть. Это подразумевало, что некоторые геномы должны содержать множество незадействованных ДНК, что, в свою очередь, позволило сформировать идею «бесполезной ДНК»[124] — последовательностей хромосом, не выполняющих никаких значимых функций, поскольку они не кодируют белки. Приблизительно в то же время в нескольких лабораториях были получены доказательства того, что многие геномы млекопитающих содержат в себе последовательности ДНК, которые повторяются снова и снова и не кодируют белки (повторяющаяся ДНК). Поскольку эти ДНК не кодируют белки, был сделан вывод, что никакой роли они в клетках и не играют. Выглядело это так, как будто они существуют сами по себе[125][126]. Френсис Крик и группа исследователей для описания этих областей придумали неологизм «эгоистичная ДНК». Эти две структуры, «бесполезная ДНК» и «эгоистичная ДНК», недавно с легкой иронией были охарактеризованы, как «неожиданное подтверждение того, что геном является структурой, сильно перенасыщенной всевозможным генетическим хламом и эволюционным мусором»[127].

Мы, люди, удивительные создания, обладающие триллионами клеток, сотнями типов клеток, многообразием тканей и органов. Давайте сравним себя (возможно, несколько самодовольно) с нашим дальним родственником, микроскопическим круглым червем, нематодой Caenorhabditis elegans. С. elegans, как его обычно принято называть, достигает в длину всего лишь около одного миллиметра и живет в почве. Этот червь обладает многими органами, присущими высшим животным, такими как кишечник, рот и гонады, но его организм состоит где-то из 1000 клеток, примечателен тем, что благодаря ему ученые получили возможность точно узнать, как развивается каждая из его клеток.

Крошечный червь представляет собой прекрасный экспериментальный инструмент, поскольку может служить дорожной картой клеточного и тканевого развития. Исследователи могут менять экспрессию какого-либо гена, а затем с предельной точностью изучать последствия, к которым при нормальном развитии приводит мутация этого гена. Более того, С. elegans заложил базу для такого числа открытий и научных прорывов в биологии развития, что в 2002 году Нобелевский комитет присудил свою премию в области физиологии и медицины Сиднею Бреннеру, Роберту Хорвицу и Джону Салстону именно за работы, проведенные с этим организмом.

И хотя трудно переоценить пользу, которую С. elegans принес науке, мы все же должны признать, что он представляет собой значительно менее сложный организм, чем мы с вами. Но зачем в нас столько сложностей? Учитывая важность белков для функционирования клеток, исходное допущение было таковым, что такие сложные организмы как млекопитающие обладают большим количеством кодирующих белки генов, нежели такие простые существа как С. elegans. Это была абсолютно разумная гипотеза, но ей суждено было разбиться о феномен, описанный Томасом Генри Хаксли. Яростный сторонник Дарвина, Хаксли еще в XIX веке заявил, что «вечная трагедия науки в том, что уродливые факты убивают красивые гипотезы».

По мере того как технологии секвенирования становились все дешевле и эффективнее, многочисленные лаборатории по всему миру начали исследовать последовательность геномов у самых разнообразных организмов. Ученые пользовались самыми современными компьютерными программами, стремясь определить способных к кодировке белков гены в этих разных геномах. Но то, что они узнали, оказалось поистине удивительным. Выяснилось, что кодирующих белки генов значительно меньше, чем предполагалось. Прежде, чем был расшифрован геном человека, ученые полагали, что таких генов должно насчитываться свыше 100000. Теперь нам известно, что их реальное количество колеблется между 20000 и 25000[128]. Еще более странным выглядит то, что у С. elegans около 20200 генов[129] — разница между ним и нами не слишком бросается в глаза.

И дело не только в том, что у нас и С. elegans приблизительно одинаковое число генов; значительно любопытнее то, что эти гены кодируют практически те же самые белки. Под этим мы подразумеваем, что, если мы будем анализировать последовательность какого-либо гена в человеческих клетках, то сможем найти ген с приблизительно подобной последовательностью и у червя нематоды. Получается, что фенотипические различия между червями и людьми вызваны не тем, что у Homo sapiens больше генов, или эти гены другие, или они чем-то «лучше».