ГЕНОМ, КАК ИСТОРИЧЕСКИЙ ДОКУМЕНТГде 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 3040 тысяч, хотя раньше считалось, что их около 7080 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. |