ГЕНОМ, КАК ИСТОРИЧЕСКИЙ ДОКУМЕНТ
Где находится "колыбель человечества" на Земле? Этот вопрос
всегда волновал научное сообщество. Сегодня к поискам археологов,
историков, этнографов и антропологов присоединились молекулярные
биологи и генетики. Возможно, что геном человека — это своего
рода учебник истории вида "хомо сапиенс".
Ольга Ушакова, "НВС"
Науки о жизни в последние несколько лет обрели весьма высокий
рейтинг в правительствах большинства стран, вследствие чего
мощные финансовые струи потекли в эту область научных интересов.
А сами биологи, втягивая при этом в свой круг массу "технарей",
формируют современные концепции исследований, выходящие на
уровень международного сотрудничества. Речь идет о разработке
единых подходов к изучению и сохранению биоразнообразия крупных
природных систем планетарной значимости и распространяется
сегодня уже на все уровни: генетический, видовой и экосистемный. Инициирован интерес научной элитой, осознающей свою
ответственность за судьбу планеты. В последние два года прошло
несколько крупных научных международных конференций, в том числе,
в новосибирском Академгородке, и обсуждавших основные проблемы
изучения структуры, функциональных связей и эволюции
биоразнообразия, в том числе, относительно к человеку.
Проблематика изменчивости генома человека, обобщающая
эволюционные, популяционные и экологические аспекты темы, волнует
многих ученых. В чем суть интереса? На вопросы корреспондента
"НВС" отвечает постоянный участник этих встреч профессор
Н.ЯНКОВСКИЙ из московского Института общей генетики РАН.
— Николай Казимирович, вы сейчас возглавляете вместе с
французским профессором Канном международный проект "Геном
человека". Скажите, какова сегодня целевая задача программы?
Первоначальной была расшифровка генома, являющаяся фактически
портретом или фотографией... — Прежде всего, завершен очень важный этап в программе "Геном
человека" — определена первичная структура генетического текста,
то есть та последовательность "буковок" — их всего четыре в этом
алфавите — которая и составляет нашу наследственную информацию.
Но эти четыре буковки стоят в трех миллиардах позиций, что
сравнимо с объемом в виде двух громадных шкафов с книгами... И
представьте, что в молекулярном варианте эта информация записана
у нас в каждой клетке. Но сам по себе текст для нас пока не
является осмысленным, он не дает понимания того, что и как в
геноме функционирует, как влияет на наше здоровье. Тем более, не
содержит ответа на вопросы, касающиеся формирования человека в
эволюции, формирования историй рас.
— То есть, фактически зафиксирована только полная знаковая
запись информационного содержимого? — Можно и так сказать... Наступает следующий этап: на основе
проделанной работы проведена разбивка этого текста на отрезки,
называющиеся генами, которые по сути являются инструкциями для
формирования тех или иных признаков. Их число реально оценивается
в 30–40 тысяч, хотя раньше считалось, что их около 70–80 тыс.
Разбивка производилась также компьютерными методами.
Первоочередная задача — экспериментально подтвердить наличие
различных генов в человеке, доказать, что эти куски действительно
являются теми единицами, с которыми надо дальше работать. Другая
задача — выяснить то, как все это работает. Как этот текст, в
чем-то мертвый, превращается в программу управления, как
функционирует живая клетка на основе этого текста, и как она
превращается в целого человека. Перспективный же интерес — как люди превращаются в целое
сообщество, как оно, в свою очередь, проявляется в виде части
всего живого на Земле? Наша планета — это же непрерывная
биологическая система, в которой человек является только частью.
А в основе всего лежит эта самая молекула ДНК, которая и является
основой развития нас самих и так далее... Структура этой
молекулы, последовательность ее текста и расшифрованы для
человека, как вида.
— Что подразумевается под словами "экспериментально
подтвердить"? — Нужно будет подтвердить, что это гены, а не просто какие-то
компьютерные фантазии, и что они действительно работают.
Посмотреть, какие в каких тканях, как выглядят, когда работают в
норме. Следующий этап — выяснить, как меняется работа всех этих
генов при наличии какой-то патологии. Сейчас исследования
основаны на неком индустриальном подходе, то есть, проверяются не
только какие-то единичные кусочки... Параллельно проверяется
все — что именно в конкретных условиях работает "не так" по
сравнению с нормой. Далее делаются выводы в целом на структуру,
которая кодируется соответствующими фрагментами генетической
информации. Этот этап получил свое название — функциональный
анализ генома. Можно говорить еще об одном начинающемся этапе — о компьютерном
эволюционном анализе. Начнем с того, что появляются точные
генетические тексты различных бактерий, эукариотических
организмов — дрозофилы, например. Скоро будут расшифрованы геном
риса, геном нематоды. Предполагается, что в ближайшие год--два
"появится" геном первого позвоночного — рыбы. И наберется
эволюционный ряд. Его анализ компьютерными методами позволит
представить, или хотя бы предположить, как все это формировалось,
скажем, три-четыре миллиарда лет, со времен существования
клеточных форм жизни. Возможности компьютерного подхода к
обработке этой информации очень ценны, и сам он является
совершенно самостоятельной ветвью геномных исследований.
— Проследить эволюционный ряд от генома бактерий до генома
человека — это звучит! Наконец-то "царю природы" доступен и
собственный геном ... — Да, действительно, на прошедших за последнее время научных
форумах докладывались и обсуждались работы по исследованию
разнообразия геномов людей. Все мы отличаемся друг от друга. Но,
то, что у одного нос, скажем, курносый, а у другого горбатый, ни
на что не влияет, кроме личностной оценки. Другого рода различия
связаны с тем, что один человек здоров, другой — болен. Или —
один человек здоров в этих условиях, но болен в других. И вот
связь вариаций в генетическом тексте с нашим здоровьем или
нездоровьем — это еще один новый этап, ориентированный на
медицинские аспекты.
— А если обратиться к фундаментальной стороне этих исследований? — Фундаментальные аспекты начинаются с того, что изменения, то
есть, мутации, происходившие с человеком на геномном уровне,
происходят всегда. Одно поколение отличается от другого на уровне
примерно двухсот изменений по тем самым трем миллиардам позиций в
геноме. Эти нейтральные изменения — если они существуют —
никуда не деваются. Обратных мутаций назад не происходит,
вероятность этого исключительно мала. Последовательное накопление
мутаций на основе базового текста позволяет воссоздать некую
молекулярную историю людей, а она связана с носителями, с людьми,
в которых содержится эта генетическая информация. Они и являются
первичным объектом нашего изучения. Если взять у них образцы
крови, то можно сказать, каковы молекулярные характеристики их
ДНК. А эти характеристики увязаны друг с другом в рамках
фундаментальных исследований. Таким образом, мы привязываем молекулярную историю развития
человечества к его реальной истории — к тому, как формировались
народы. По распределению частоты различных изменений и уровеню
разнообразия человека можем сделать предположение о том, как
происходило распространение человека на Земле и даже дать
абсолютные оценки ориентировки этих процессов. На последней
конференции по биоразнообразию были высказаны предположения по
поводу таких процессов в Сибири. При этом такое понятие, как
исторический процесс, здесь даже и не применимо. Основные
процессы, которые привели к формированию структуры населения,
начались задолго до тех 10 тыс. лет, когда появилась
письменность, и остались свидетельством того, что и когда
происходило. Именно они повлияли на формирование местного
населения, и начались, по крайней мере, 60 тыс. лет назад. Это
предположительная дата прохождения волны расселения через Азию. — То есть, работы по изучению генома получают выход на
исторические процессы? — Мы, собственно, создаем определенную молекулярную основу для
последующей работы историков, этнографов с тем, чтобы новыми
подходами изучать формирование новейшего населения Сибири и
вообще России. В частности, именно в силу распространения по все
новым и новым территориям весь поток "нормальных" генов у людей
содержит в себе также струйки и тех генов, которые повреждены,
что проявляется в специфике различных болезней. Болезни-то у
всего человечества одинаковые, но конкретные проявления зависят
от того, какую мутацию несет данный народ и нужно изучать эту
конкретику. Например, не почему человек глухой, а в чем коренная
причина его глухоты — в каком гене, в каком участке
наследственной информации, какого типа изменения произошли. Фактически данный этап — это создание фундаментальной основы для
последующих медицинских приложений и революционных исследований
по происхождению и расселению человека.
— Николай Казимирович, а вот занимаются ли сегодня специалисты в
области нейронаук исследованиями, относящимися к управлению
молекулярными процессами? — Да, занимаются. И расшифровка генома человека, именно
первичного генетического текста, имеет прямое отношение и к этой
проблеме. Потому что то, как организована архитектура нейронов в
сети, определяет базовую, общую для вида, специфику наших
возможностей. Эта структура формируется еще до рождения человека.
На ее основе появляется все остальное после рождения, в
зависимости от опыта человека. Но эта исходная структура различна
у человека и, допустим, у приматов или других млекопитающих. И
это, безусловно, характеризуется наследственной компонентой. Мы
пока не знаем, как это происходит, но знаем, что происходит. Вообще ваш вопрос сам по себе интересен многим исследователям.
Поиск ответа — а подходы и исследования только начинаются — по
сути сводится к тому, чтобы понять, в какой степени
наследственность влияет на последующие этапы развития человека,
на то, что отличает разных людей друг от друга, а не на то, что
отличает их, например, от обезьян. Мы пока не знаем, какие гены
определяют структуру нейронных сетей конкретно, и какие из них
влияют на ее последующее формирование после рождения, потому что
дальше у каждого человека формируется индивидуальный опыт.
— Первичным все-таки является геном? — Формирование структуры идет до рождения — опыта-то никакого
еще тут нет — и наследственная информация работает на создание
такой базы. Но последующая структура связи нейронов определяется
индивидуальным опытом, и у каждого этот опыт свой. Поэтому даже
близнецы не будут идентичны полностью, потому что у них
по-разному сложится их нейронная сеть. Тут появляется вопрос — почему одни люди отличаются от других по
типу своего поведения? Особенно, когда это касается патологии, а
не нормы. Например, известна повышенная агрессивность, но она не
всегда задана наследственностью — может оказаться следствием
мутаций. Исследовался случай в Голландии — в одной семье
практически все мужчины отличались агрессивным поведением,
насилием разного рода, в том числе и сексуальным, по отношению к
окружающим и к семье. Оказалось, что все дело было в повреждении
одного из генов. Вот пример, который четко демонстрирует — есть
генетическая компонента в формировании наших поведенческих
особенностей. По существу, расшифровка структуры генома создает основу для
проведения более широких исследований. Предположим, мы узнаем о
том, какие из генов вовлечены в формирование нашего поведения, но
то, как это происходит, каков механизм, нам надо понять, как это
может влиять на формирование того же самого поведения. И далее —
какое нужно оказать влияние, чтобы этот процесс происходил
нормально.
— Значит биоразнообразие человека начинается с генома? А в чем
ценность первых результатов работ по изменчивости генома
человека? — Прежде всего, в самом факте исследования разнообразия
наследственной информации человека. Конференция, прошедшая осенью
2001 года, была уникальным событием не только для нашей страны,
но и для мира, потому что на ней впервые были представлены данные
о генетическом разнообразии населения России и прилежащих
территорий на молекулярно-генетическом уровне. Впервые так цельно
и на очень современном уровне прозвучала информация о результатах
исследований, которые были проведены буквально в последний год.
Это следствие складывающейся кооперации руководителей ведущих
групп нашей страны по исследованию биоразнообразия генома
человека с зарубежными коллегами, которые предоставили нам свои
материальные ресурсы: лаборатории, оборудование, реактивы. Я думаю, что тематика должна привлечь и ведущих специалистов по
американскому континенту, потому что он был заселен через Азию,
и, стало быть, хранит "свои" следы генетических процессов. Они
явились основой для формирования населения Америки и будут
обнаружены при исследовании американского населения... Поэтому
для понимания того, как сформировалось коренное, аборигенное
население тех территорий, специалистам нужно будет знать
генетическую историю человека в Азии.
— Вы придерживаетесь концепции происхождения и расселения
человека из Африки. Как это могло выглядеть? — Человек двигался из Африки в Азию, потому что собственно,
только туда и можно было пройти, так как лишь один сухой перешеек
соединял Африку с Азией. Этот вопрос достаточно хорошо проработан
исследователями сегодняшнего дня. На конференции был доклад на
тему, как конкретно потоки, вышедшие из Азии, проходили через
Сибирь и территорию России. А в Америку — через Берингов пролив.
Пройти можно было только через Сибирь. Вот мы и изучаем эти волны
расселения и генетические следы, сохранившиеся в нынешнем
населении.
— Николай Казимирович, а занимаются ли ученые вопросами
возникновения рас, отличающихся цветом кожи? — Это проблема комплексная. Здесь сходятся приоритеты не только
генетиков. В ее рассмотрении должны принимать участие антропологи
и историки, этнографы и лингвисты. Хотя в Москве недавно
инициировано и успешно реализовано создание формы общения между
специалистами разных профилей, которых интересует формирование
рас, народов... Это семинар, но он пока только площадка для
формирования сообщества, мультидисциплинарно рассматривающего эту
проблему в нашей стране.
— Значит, исследования эволюции рас — очередной, только что
начинающийся этап? — Исследования начались — и в нашей стране, и в мире, это
определяется логикой развития науки. Предстоит рассмотреть массу
разнообразных точек зрения, и, соответственно, разных, как и
удивлений, так и несогласий. Это процесс тяжелый, и он, конечно,
будет очень бурно протекать.
стр.
|
