Верховенство ДНК

Вы, вероятно, заметили, что в двух предыдущих параграфах я ни слова не сказал о ДНК. Почему? Потому что источником движения, обусловливающего различные формы жизнедеятельности клетки, является вовсе не ДНК, а изменение электрической заряженности белков. Откуда же взялось широко распространенное представление о том, что гены «управляют» всем живым? Дарвин в «Происхождении видов» предположил, что наследственные факторы, передающиеся из поколения в поколение, определяют, какие именно признаки будут наблюдаться у потомков. Авторитет Дарвина был столь велик, что ученые сломя голову бросились на поиски этих самых «управляющих ж изнью» наследственных факторов.

В 19J 0 году путем тщательных микроскопических исследований удалось установить, что передаюшдяся из поколения в поколение наследственная информация заключена в хромосомах — нитевидных структурах, которые становятся видны в клетке непосредственно перед тем, как она разделится на две «дочерние» клетки. Хромосомы входят в состав самой большой из органелл клетки — ядра. Изолировав ядро, ученые забрались внутрь хромосом и обнаружили, что они состоят всего из двух типов молекул — белка и ДНК.

В 1944 году ученые определили, что наследственная информация содержится в ДНК хромосом [Avery, et al, 1944; Lederberg 1994]. Эксперименты, позволившие сделать этот вывод, были чрезвычайно изящными. Исследователи выделили ДНК одного вида б актерий — назовем его видом А — и добавили к культуре, содержащей только бактерии вида Б. Очень скоро у бактерий вида Б стали проявляться наследственные признаки, ранее свойственные виду А. Когда стало известно, что для передачи наследственных признаков не нужно ничего, кроме ДНК, эта молекула заняла в науке поистине выдающееся место.

Оставалось определить структуру нашей «выдающейся» молекулы. С этой задачей справились Джеймс Уотсон и Френсис Крик. Молекулы ДНК оказались длинными нитевидными цепочками, составленными из азотсодержащих химических соединений четырех видов — так называемых оснований (аденина, тимина, цитозина и гуанина; А, Т, С и G).

Уотсон и Крик сделали вывод, что последовательность аминокислот в остове белковой молекулы определяется последовательностью оснований в молеку­ле ДНК [Watson and Crick 1953]. Длинная цепочка молекулы ДНК подразделяется на отдельные гены — участки, служащие шаблонами для синтеза конкретных белков. Так были обнаружены коды воспроизводства белковых «машин» клетки!

Уотсон и Крик объяснили, почему ДНК идеально подходит для передачи наследственной информации. В обычном состоянии каждая нить ДНК переплетается с еще одной нитью ДНК, образуя свободно свернутую конфигурацию — так называемую двойную спираль. Характерная особенность этой двойной спирали в том, что последовательности оснований в обеих нитях ДНК являются зеркальными отражениями друг друга. Когда нити ДНК расплетаются, каждая из них содержит информацию, необходимую для воспроизводства ее точной комплементарной копии. То есть путем разъединения нитей двойной спирали молекулы ДНК становятся самокопирующимися. Это наблюдение позволило предположить, что ДНК самостоятельно управляет своим воспроизводством — что она как бы сама себе «хозяйка».

Исходя из догадки, что ДНК управляет собственным воспроизводством и несет в себе программу выработки белков, Френсис Крик сформулировал Главную догму биологии: положение о главенствующей роли ДНК. Это положение красной нитью пронизывает все научные тексты и, можно сказать, высечено на скрижалях науки, подобно библейским заповедям.

Согласно вышеуказанной догме, ступенькой ниже восседающей на царском троне ДНК располагается ее короткоживущая «ксерокопия» — РНК (рибонуклеиновая кислота). Именно она служит физическим шаблоном для кодирования аминокислотной последовательности, составляющей остов белковой молекулы.

Главная догма биологии определяет образ мышления эпохи генетического детерминизма. Коль скоро облик живого организма определяется характером его белков, а белки кодируются ДНК, последнюю вполне логично считать «первопричиной» тех или иных черт организма.

Проект «Геном человека»

После того как ДНК получила статус Царицы небесной, вполне закономерным стало решение составить каталог всех генетических звезд человеческого небосклона. И в 1980־х годах был начат глобальный научный проект «Геном человека», участники которого поставили перед собой чрезвычайно амбициозную задачу — каталогизировать все имеющиеся у человека гены. Предполагалось, что человеческому организму для программирования синтеза более чем 100 тысяч составляющих его белков необходимо по одному гену на белок; к их числу следовало доба־ вить по меньшей мере 20 тысяч регуляторных генов, потребных для согласования деятельности кодирующих генов. Итого, нехитрые подсчеты показывали, что 23 пары человеческих хромосом должны содержать как минимум 120 тысяч генов.

Но это только присказка, сказка впереди. С теми, кто начинает держаться запанибрата с тайнами Вселенной, природа любит шутить злые шутки поистине космического масштаба.

Давайте вспомним, к чему привело заявление Николая Коперника, что Земля, вопреки представлениям тогдашних полу-ученых полубогословов, отнюдь не Центр мира. Его революционное открытие, опубликованное в 1543 году, подорвало основы учения Церкви, лишило ее непререкаемого авторитета и ознаменовало собой начало современной науки.

Нынешним догматикам от биологии довелось испытать сравнимый по силе шок. Выяснилось, что человеческий геном содержит не 120 тысяч генов, а всего лишь примерно 25 тысяч [Pennisi 2003а, 2003b; Pearson 2003; Goodman 2003]. Иными словами, ученые не досчитались 80% необходимых, как они полагали, человеку генов. Эти куда-то девшиеся гены наделали больше шума, чем восемнадцать минут аудиозаписей, пропавшие на никсоновских пленках*. Ведь концепция «один ген — один белок» была краеугольным камнем генетического детерминизма. И коль скоро проект «Геном человека» опроверг эту концепцию, всем высокоумным теориям генетиков о том, как функционирует жизнь, прямая дорога на свалку! Теперь уже невозможно веровать в то, что генные инженеры сравнительно легко сумеют разрешить наши проблемы. Столь малое количество генов (всего лишь 25 тысяч) попросту не в состоянии нести всю полноту ответственности за такие сложные явления, как человеческая жизнь и человеческие болезни!

Допускаю, вы прочли эти слова с усмешкой. Если я кажусь вам цыпленком Цыпой, заявляющим, что небо генетики упало ему на голову*, погодите с окончательными выводами. Большие Сильные Звери науки говорят то же самое, что и я. Бот как прокомментировал удивительные результаты проекта «Геном человека» один из ведущих генетиков мира, лауреат Нобелевской премии Дэвид Балтимор:

* Цыпленок Цыпа (Chicken Little) — персонаж старинной сказки, принявший желудь, упавший ему на голову, за кусочек неба. Этот сюжет впоследствии использовался во множестве произведений, в частности в вышедшем в 2005 г. мультфильме студии Уолта Диснея «Цыпленок Цыпа».

«Если только человеческий геном не содержит множества генов, недоступных нашим компьютерам, несомненная сложность человека по сравнению с растениями и червями достигается отнюдь не за счет задействования большего числа генов.

Понимание того, откуда все-таки берется наша сложность — колоссальное разнообразие нашего поведения, способность к сознательным поступкам, великолепная физическая координация, точно выверенная подстройка к изменениям внешней среды, обучаемость, память... можно не продолжать, верно? — остается делом будущего» [Baltimore 2001].

По словам Балтимора, результаты проекта «Геном человека» побуждают нас рассматривать альтернативные идеи по поводу того, чем управляется жизнь. «Понимание того, откуда все-таки берется наша сложность... остается делом будущего». Небо все-таки упало!

* Речь идет о лакуне на одной из магнитофонных пленок, предоставленных суду в связи с так называемым Уотергейтским делом о незаконном прослушивании политических конкурентов, которое повлекло за собой отставку президента США Р. Никсона в 1974 г.

Помимо всего прочего, результаты проекта «Геном человека» побуждают нас пересмотреть наши взаимоотношения с биосферой. Мы больше не имеем права доказывать свое эволюционное превосходство над другими живыми существами ссылками на свои гены, — если судить по их количеству, человек не так уж и отличается от гораздо более примитивных организмов. Возьмем для примера три наиболее изученных объекта генетических исследований: микроскопического червя-нематоду Caenorhabditis elegans, плодовую мушку-дрозофилу и обычную лабораторную мышь.

Червь Caenorhabditis — идеальный объект для изучения роли генов в развитии и поведении особи, он хорошо поддается генетическим манипуляциям. Тело этого быстро растущего и хорошо размножающегося создания состоит из 969 клеток; в его незамысловатом мозге насчитывается примерно 302 клетки. Несмотря на это, Caenorhabditis обладает уникальным поведенческим репертуаром. Его геном состоит примерно из 24 ООО генов [Blaxter 2003]. В человеческом теле, состоящем из более чем пятидесяти триллионов клеток, лишь на 1500 генов больше.

У еще одного излюбленного объекта научных исследований — плодовой мушкидрозофилы — насчитывается 15 000 генов [Blaxter 2003; Celniker, et al, 2002]. Иными словами, гораздо более сложный, по сравнению с примитивным Caenorhabditis, организм этой плодовой мушки содержит на 9000 генов меньше, чем у него.

Что касается мышей, нам стоило бы смирить собственную гордыню. Исследования генома мыши проводились параллельно с исследованиями проекта «Геном человека». Так вот, у человека и грызунов количество генов приблизительно одинаково!