ДНК та гени

 Навіть сьогодні нам ледь зрозуміло дуже багато з того, що стосується ДНК. Наприклад, те, чому значна її частина, як видається, залишається не при справах: 97% нашої ДНК не містять нічого, крім довгих послідовностей безглуздого біохімічного «сміття», або «некодуючих фрагментів», як вважають за краще виражатися біохіміки. Тільки окремих місцях кожної нитки то тут, то там перебувають ділянки, управляючі життєвими функціями і організують їх. Це і є дивовижні гени. Саме тому вони так довго вислизали від виявлення.

По суті, гени - це не більше і не менше, ніж інструкції щодо синтезу білків. І цю функцію вони здійснюють у постійній цифровій точністю. Гени досить схожі на кнопки або лади музичного інструменту: кожна кнопка, кожен лад видає одну ноту і тільки її - бом, бом, бом. Але комбінуйте гени, як клавіші, і ви отримаєте нескінченну різноманітність мелодій. Поєднайте всі ці гени, і отримайте гарну симфонію під назвою «геном». Геном добре порівняти із програмним протоколом — набором програмних інструкцій для комп'ютера.

Як усім відомо, молекула ДНК формою схожа на гвинтові сходи або на скручені мотузкові драбинки - знаменита подвійна спіраль: вертикальні "нитки" і горизонтальні "перекладини". Вертикальні елементи цієї структури складаються з різновиду цукру, дезоксирибози, а вся спіраль є нуклеїновою кислотою — звідси і її назва. Поперечини утворюються сполуками нуклеотидів: гуанін (Г) завжди з'єднується в цитозині (Ц), тіамін (Т) - завжди з аденіном (А). Послідовність, коли ці літери з'являються, якщо рухатися вгору чи вниз сходами, становить генетичний код. Саме його точним зчитуванням зайнятий міжнародний проект «Геном людини».

Найяскравіша особливість ДНК полягає у способі її самовідтворення. Коли приходить час створювати нову молекулу ДНК, обидві нитки розходяться, подібно до блискавки на куртці, і половинки поділяються, щоб утворити нову компанію. Здебільшого наша ДНК самовідтворюється із найсуворішою точністю, але зрідка — приблизно один раз з мільйона — літера стає не на те місце. Ці явища відомі як однонуклеотидний поліморфізм або SNР. Біохіміки трохи фамільярно називають їх сніпами. Вони зазвичай губляться в некодирующих ланках ДНК і викликають помітних наслідків для організму, але часом виявляються важливими. Вони можуть зробити нас схильними до якогось захворювання, але однаково можуть дарувати якусь невелику перевагу, наприклад, більш ефективну захисну пігментацію або здатність виробляти більше червоних кров'яних тілець, еритроцитів — у когось, що живе на високогір'ї. Згодом ці невеликі зміни накопичуються і в індивідуумах, і в популяціях, сприяючи відзнакам тих та інших.

Кожен четвертий житель Землі веде життя, характерне для людського роду 6 тис. років тому. Таких людей 1,5 млрд — більше, ніж усе разом узяте населення заможних країн.

Рівновага між точністю та помилками при самовідтворенні дуже делікатне. Занадто багато помилок - і організм не може функціонувати, занадто мало - і він поступається пристосовністю. Подібна рівновага має бути в організмі між стійкістю і мінливістю. Воно також допомагає пояснити, чому ми всі такі схожі. Еволюція просто не дасть вам занадто сильно змінитись — у всякому разі, без того, щоб стати новим виглядом. Тож неправильно говорити не лише про якийсь певний, єдиний для всіх геном людини, але, у певному сенсі, навіть взагалі — про геном людини. Всі ми на 99,9% однакові, але однаково можна стверджувати, що між усіма представниками роду людського немає нічого спільного, і це було б теж вірно.

Усі організми у певному сенсі раби своїх генів. Тому лососі, павуки і, можна сказати, безліч інших істот готові померти при спарюванні. Пристрасне бажання плодитися, розсіювати свої гени - наймогутніший імпульс у природі. З еволюційної точки зору радості сексу — це лише нагорода, яка заохочує нас до передачі свого генетичного матеріалу. Вчені тільки-но освоїлися з дивовижною звісткою, що більшість наших ДНК нічого не робить, як отримали ще більш несподівані результати. Дослідники провели низку досить дивних експериментів, які дали несподівані результати. В одному з них взяли ген, який керує розвитком ока миші, і ввели його в личинку плодової мушки. Думали, що в результаті вийде щось гротескне. Насправді ж ген мишачого ока не тільки створив у мухи життєздатне око, але це було мушине око. В наявності були дві істоти, які не мали спільного предка 500 млн років, і проте здатні обмінюватися генетичним матеріалом, немов рідні. Те саме спостерігалося всюди, куди заглядали дослідники. Вони виявили, що можна ввести ДНК людини у певні клітини мух – і мухи приймуть її як свою власну. Виявляється, більше 60% людських генів в основному ті ж, що знайдені у плодових мушок. Щонайменше принаймні 90% на тому чи іншому рівні співвідносяться з генами мишей. (У нас навіть є гени для створення хвоста, але вони не включаються в роботу.) В одній області за іншою дослідники виявляли, що з яким би організмом вони не працювали, чи то черв'яки-нематоди або люди, вони часто вивчали одні і ті ж гени. Життя, здавалося, було створено за одним набором креслень. Подальші дослідження сприяли відкриттю існування групи майстер-генів, кожен із яких керує розвитком частини тіла; їх охрестили гомеотичними (від грецької, що означає «подібний»). Ці гени дали відповідь на питання, що давно ставило в глухий кут: яким чином мільярди ембріональних клітин, що з'являються з однієї заплідненої яйцеклітини і містять однакову ДНК, «знають», куди прямувати і чим займатися: тією стати клітиною печінки, цією витягнутися в нервову клітину, цієї статті часткою крові, а цією — часткою блискучого в крилі пір'їнка. Ось ці гени дають їм вказівки — і роблять це багато в чому однаково в усіх живих організмах.

Цікаво, що кількість генетичного матеріалу та його організація не обов'язково відображають, навіть, як правило, не відображають, ступінь складності живої істоти, що містить його. У нас 46 хромосом, а деякі папороті налічують понад шістсот. У подвійної риби, одного з найменш еволюціонували серед складних тварин, у сорок разів більше ДНК, ніж у нас. Навіть звичайний тритон генетично набагато багатший за нас — приблизно вп'ятеро. Щоправда, важливо, здається, не кількість генів, а те, що ви з ними робите. Це дуже добре, тому що останнім часом із кількістю генів у людей відбулися зміни. Донедавна вважалося, що у нас принаймні 100 тис. генів, а можливо, значно більше, проте ця оцінка сильно уточнена після перших результатів програми «Геном людини»: близько 35—40 тис. генів — стільки ж, скільки «знайшли» в траві". Це стало цілковитою несподіванкою і викликало розчарування.

Гени причетні до низки людських слабкостей. Вчені в різний час з радістю проголошували, що знайшли гени, відповідальні за ожиріння, шизофренію, гомосексуалізм, схильність до злочинів та насильства, алкоголізм, навіть за крадіжку в магазинах та бродяжництво. Була робота, опублікована в 1980 році в журналі Science, в якій стверджувалося, що жінки генетично менш здатні до математики. Насправді, як тепер зрозуміло, майже нічого щодо людини не можна визначити так легко і просто. Звичайно, якби у нас були окремі гени, що визначають зростання, схильність до діабету або до облисіння або будь-яку іншу відмінну властивість, було б легко — принаймні порівняно легко — виділити їх і спробувати відремонтувати. На жаль, 35 тис. функціонуючих незалежно генів навіть із великою натяжкою недостатньо для створення такої складної істоти, як людина. Деякі хвороби – наприклад, гемофілія, хвороба Паркінсона, хвороба Хантінгтона та кістозний фіброз (муковісцидоз) – викликаються одиночними порушеними генами. Але, як правило, шкідливі гени випалюють природним відбором задовго до того, як вони почнуть завдавати систематичної шкоди виду або популяції. Здебільшого наша доля і наше благополуччя — і навіть колір очей — визначаються не окремими генами, а групами генів, які об'єднані зусиллями. Тому так важко розібратися, як все це стикується, і тому ми ще не скоро будемо виробляти на світ немовлят на замовлення.

По суті, що більше ми дізнаємося останніми роками, то складніші виникають питання. Виявляється, навіть роздуми впливають характер роботи генів. Швидкість, з якою росте борода у чоловіка, наприклад, частково залежить від того, як багато він думає про секс (бо думки про секс викликають викид тестостерону). На початку 1990-х років вчені зробили ще більш значне відкриття, коли виявили, що можуть вилучити з ембріонів миші гени, які імовірно вважалися життєво важливими, проте миші часто народжувалися не тільки здоровими, але часом більш здоровими, ніж їхні брати і сестри, яких не чіпали. Виявилося, що коли знищувалися окремі важливі гени, їхнє місце посідали інші, закриваючи пролом.

Волосся та нігті не продовжують рости після смерті. Це легенда. Негайно після смерті поділ всіх клітин організму припиняється.

Це чудова новина для нас як живих організмів, але не така хороша для розуміння того, як же все-таки працюють клітини, оскільки вона додає ще один рівень складності до явища, в якому ми тільки-но почали розбиратися. Значною мірою через ці ускладнюючі фактори раптом виявилося, що ми тільки починаємо розуміти геном людини. Геном, за словами одного вченого, це на кшталт складального аркуша людського тіла: у ньому говориться, з чого ми зроблено, але нічого немає про те, як ми функціонуємо. Тепер нам потрібний посібник з експлуатації — вказівки, як його запустити. Нам до цього потрібно пройти довгий шлях! А ще постає завдання розшифрувати протеом людини. Самого терміну «протеом» десяток років тому ще не було: це бібліотека, яка містить інформацію, за якою будуються білки? «На жаль, — зазначав журнал Scientific American навесні 2002 року, — протеом набагато складніший за геному». Білки – це робочі конячки всіх живих організмів. Вони перекручуються, згортаються в петлі та спіралі, змінюються, приймаючи хитромудрі складні форми. Вони скоріше схожі на сильно зім'яті дротяні плічка для одягу, ніж на складені рушники. Але за всім цим ховається простота, в основі якої є єдиний характер життєдіяльності. Всі ці непомітні вправні хімічні процеси, що дають життя клітинам (спільні зусилля нуклеотидів, транскрипція ДНК в РНК), розвинулися лише один раз і з тих пір залишалися досить стійкими у всій природі. Як напівжартома помітив один генетик: «Все, що вірно щодо кишкової палички, вірно і щодо слонів, хіба що більшою мірою». Усі живі істоти – це реалізації одного первісного плану. Як людські істоти ми всього лише надбудова: кожен з нас є запліснявілим архівом пристосованостей, адаптації, модифікацій і вдалих переробок, що сягають глибини часів на 3,8 млрд років. Як не дивно, ми досить близькі родичі фруктів та овочів. Близько половини хімічних процесів, що протікають у бананах, принципово ті самі, що протікають всередині вас. Не зайвим частіше повторювати: все живе єдине. Це є, і, ймовірно, завжди буде найглибшою з існуючих істин.