Спрятавшиеся фразы

Конец XX века был ознаменован двумя научными штурмами, которые объединили в одну команду коллективы ученых многих стран мира. Первый рывок связан с выходом человека в космос. Второй — с началом проекта по расшифровке генома человека, то есть, по определению всех его нуклеотидных последовательностей в ДНК. Оба эти проекта имеют много общего. С одной стороны, они впечатляют своей масштабностью. С другой стороны, и глобальные космические исследования, и тотальное молекулярно-генетическое препарирование ДНК человека вызывают немало критики. Окупает ли себя картинка, которая открывается человечеству с покоряемых им научных вершин, те расходы, которые тратятся специалистами на ее получение?

Ученые, непосредственно вовлеченные в реализацию подобных проектов, всегда найдут аргументы «за» поддерживание своих исследований, а для того, чтобы найти аргументы «против», надо быть экспертом. Например, руководитель геномной программы США Ф. Коллинз выступает с впечатляющими прогнозами, что дадут на протяжении первых десятилетий XXI века исследования генома человека. Речь идет и о генной терапии, и о профилактических мерах, снижающих риск многих опасных заболеваний, об успешном лечении многих форм рака, и о генной коррекции на стадии всего лишь нескольких зародышевых клеток эмбрионов человека. Более того, по его оценкам, уже в первой половине XXI века станет возможным расшифровка генотипа отдельного индивида, и эта процедура будет относительно недорогой, не превышающей одну тысячу долларов США.

Подобным утверждениям вполне можно поверить, коль скоро в ведущем научном журнале Nature уже публикуется информация о полной расшифровке нуклеотидных последовательностей отдельных хромосом человека.

Что в подобных заявлениях соответствует реальным ожиданиям, а что является лишь рекламным трюком, направленным на привлечение внимания общественности к соответствующим научным разработкам? Для того чтобы оценить долю реальных результатов в подобных декларациях, надо снова вспомнить школьные азы биологии и проследить историю рождения проекта «геном человека».

В 1953 г. два молодых исследователя — Джеймс Уотсон и Френсис Крик выяснили, как устроена «самая главная молекула» нашего организма, которую образно можно уподобить таинственной кощеевой игле, хранившейся в яйце, спрятанном за семью печатями в ларце. Так же глубоко и надежно оказались запрятаны в клетке молекулы ДНК. Свитые в тугие спирали хромосом, они хранятся в ядре каждой клетки тела. В молекулах ДНК, которые писатель Ю. Чирков образно сравнил с магнитофонной лентой, на которой записана величественная симфония жизни, зашифрована информация об устройстве всех белков организма. Неудивительно, что во второй половине XX века биологи с энтузиазмом взялись за изучение этой информации.

Наш соотечественник биолог Владимир Яковлевич Александров как-то остроумно заметил, что для биологических исследований нужно выбирать «наиболее болтливые объекты». Так оно и происходит на практике. Не случайно основы генетики были получены при изучении мух дрозофил, а не африканских слонов. С быстро размножающимися двукрылыми удобно работать, а «рассказать» о законах наследственности они могут не меньше, чем любое другое существо. Именно поэтому биологи в первую очередь взялись за изучение ДНК, выделенной из наиболее просто устроенных объектов — вирусов и бактерий. Вскоре эта работа увенчалась полной расшифровкой генома некоторых столь просто устроенных объектов.

Например, полная запись нуклеотидной последовательности генома вируса фХ174 укладывается всего в 180 строк, в каждой из которой по 30 знаков. Иначе говоря, ее можно напечатать всего лишь на трех стандартных листах машинописи. Геном человека, представленный в таком виде, занял бы невообразимо толстый том толщиной более чем в полмиллиона страниц!

Ясно, что работа по его расшифровке в 60-х и 70-х годах XX века была не по силу ни одной самой современной биологической лаборатории. Более того, до конца 80-х годов XX века никто из биологов и не ставил перед собой такой задачи. Дело в том, что нуклеотидные последовательности ДНК человека — отнюдь не сплошь информационные «откровения», прочитав которые можно получить ценную информацию о множестве новых неизвестных белков с интригующими функциями. В геноме человека примерно 30–50 % этих последовательностей представляют собой унылые и ничего не значащие повторы нуклеотидов, напоминающие бормотание умственно отсталого пациента. Это означает, что, решая задачу «в лоб» — то есть, расшифровывая все последовательности нуклеотидов человеческой ДНК подряд, около половины времени и средств придется потратить практически впустую!

Более того, вскоре выяснилось, что гены, кодирующие белки высших организмов и человека в частности, бывают нередко буквально разорванными на несколько частей, между которыми находятся согни ничего не значащих нуклеотидных последовательностей. Такие «бессмысленные» участки ДНК называют нитронами. Если сравнить ДНК с литературным текстом, то ситуация выглядит при этом следующим образом. Сначала идет осмысленная фраза. За ней следует несколько страниц полной буквенной белиберды, которую можно получить, случайно ударяя по клавишам пишущей машинки. И лишь далее попадается второй осмысленный кусочек текста. К примеру, строка из всем известного стиха «Идет бычок, качается…», будет выглядеть при этом так:

Идеткпсрстьывлвагфыпвсбычокпнешщрьвспнкачаетсяиамргул

Попробуйте-ка выделить из этой последовательности букв полезную информацию! Примерно с такой задачей и сталкиваются молекулярные биологи, расшифровывающее последовательности ДНК «буква за буквой».

Почему гены человека устроены именно так — вопрос сложный, и здесь останавливаться на нем не стоит. Важно другое — читая текст, знакомые строки вычленить из массива случайного сочетания букв все-таки удается. В случае с ДНК сделать это неизмеримо труднее, поскольку не известно, кодирует данное сочетание нуклеотидов какой-либо белок или нет.

Существует и еще одна трудность. Даже выделив последовательность нуклеотидов, точно соответствующую одному гену, пока очень сложно предсказать, как будет выглядеть пространственная конфигурация соответствующего белка. А ведь именно от нее зависит биологическая активность каждого белка. Аналогия тут проста. Если половинки кусачек соединить как-нибудь иначе, то успешно работать таким инструментом будет невозможно. Примерно такая же ситуация и с белками. Вспомните процесс варки яиц. Под воздействием температуры происходит денатурация белка. Он меняет свою пространственную форму и полностью утрачивает биологическую роль, а ведь последовательность его аминокислот осталась прежней!

Поэтому биологи до последнего времени шли другим путем. Они сначала изучали клеточные белки, в первую очередь те, которые играют важную биологическую роль, а потом уже искали в ДНК соответствующие этим белкам гены. Данная стратегия прекрасно себя оправдала, поскольку именно таким способом к сегодняшнему дню было выделено и изучено множество важнейших генов человека.