«Каждый из нас — переписанная копия наших родителей»

Катя: Что такое гены, зачем они нам нужны и что они при изучении нам самим о нас же могут рассказать?

Константин Северинов: Почему у родителей рождаются дети, похожие на родителей, а не на кого-нибудь еще? Причина этого в том, что родители передают детям генетическую информацию, которая позволяет построить тело из клеток. В каждой клетке содержится генетическая информация, ее материальным носителем является молекула ДНК — дезоксирибонуклеиновая кислота. Это такая длинная молекула, состоящая из простых атомов, из азота, кислорода, фосфора и водорода. Но удивительным свойством этой молекулы является знаменитая двойная спираль — в ней записана некоторая информация. Таким образом, когда клетка делится, когда мы зачинаем ребенка, эти две цепи расходятся, и по каждой из разошедшихся цепочек восстанавливается одна недостающая — была одна молекула, а стало две.

Генетическая информация о том, как сделать наше с вами тело, записана в ДНК в виде линейной последовательности. Сама структура этой молекулы позволяет эту информацию дублировать. Геном человека составляет 6 млрд букв. Эти буквы ДНК слагаются в условные предложения или главы — кусочки информации, которую можно прочесть и на основании этой информации создать белки, которые в нашем теле делают всякую работу: например, переносят какие-то химические молекулы из одного места в другое. В общем, в клетке белки — это такие рабочие лошадки, но закодированы они в ДНК. Так вот участок ДНК, который кодирует какой-то белок, называется геном. В нашем геноме, в нашей ДНК содержится около 25 тысяч генов.

Надя: Сейчас стало модно узнавать информацию о себе с помощью генетических тестов. Говорят, что с помощью них можно узнать практически все — от происхождения до рекомендаций по питанию. Так ли это на самом деле?

Константин Северинов: Нет, конечно, это не так. Генетическая информация, которая содержится в каждом из нас, отлична. В среднем у каждого человека есть в этом генетическом тексте одно отличие, одна «опечатка» на тысячу букв. Представьте себе, что вы читаете книжку, тысяча букв — это приблизительно страничка, и в каждой страничке вашего генетического текста есть одна опечатка, так как ваши геномы довольно большие. Это означает, что каждый из нас отличается по приблизительно 6 млн «опечаток», которые разбросаны по всему нашему геному. Эти отличия влияют на наши внешние свойства, медицинские предрасположенности и так далее. Но предсказательная сила большинства современных методов генетического анализа такова, что, за исключением совсем очевидных генетических болезней, давать какие-то медицинские рекомендации на основании наличия или отсутствия этих «опечаток» нельзя.

Есть некоторые «опечатки», которые почти что гарантированно приводят к так называемым простым генетическим моногенным болезням. Одна из них — муковисцидоз. У нас же все гены дублированы, мы получаем один набор генов от папы, другой от мамы. Вот если вы от папы или от мамы получили ген, состояние которого ответственно за болезнь под названием муковисцидоз, и у вас одна копия гена нормальная, а другая плохая, вы будете носителем этой болезни. Самой болезни не будет, но носить копию нехорошего гена вы будете. Если ваш партнер тоже является носителем, то по закону Менделя каждый четвертый ребенок, который у вас родится в паре, будет иметь две испорченные копии гена и будет больным. Половина детей будут носителями, то есть они будут такими же, как родители, — один ген плохой, один хороший, и один из четырех детей статистически будет здоровым. Так вот генетические тесты могут выявлять носительство таких простых болезней, их сейчас известно почти 10 тысяч. Это полезно, в частности, для планирования семьи.

Катя: Многим с помощью этих тестов интересно узнать что-то о своем происхождении. Владимир Жириновский в свое время сдал такой тест и заявил, что у него общие корни с Наполеоном и с Эйнштейном. Можно ли как-то факт такого родства подтвердить?

Константин Северинов: Можно разобраться, как в принципе делаются тесты на родство. Давайте оперировать терминами книг. Представьте себе, что есть некая большая книга — оригинал, и каждую из вас просят ее переписать. Вы, отвлекаясь, делаете опечатки. В итоге книга, которую переписала одна из вас, будет содержать одни опечатки, а книга, которую переписала другая, будет содержать другие, потому что маловероятно, что в большой книжке вы сделаете одни и те же опечатки. А теперь пусть те книжки, которые переписали каждая из вас, переписывает кто-то еще. Они будут ляпать новые опечатки, но то, что было в самом первом варианте, сохранится. Таким образом, вы можете проследить, как опечатки распространяются в копиях книги, которая возникла в результате длинного переписывания. При этом набор опечаток будет тем меньше, чем ближе от нас во времени был процесс переписывания книжки. И важно, конечно, чтобы источник, который переписывался, был один и тот же, получается такое ветвистое дерево.

В этом смысле каждый из нас — переписанная копия наших родителей, наши родители — переписанные копиеи наших дедушек и бабушек и так далее. Двигаясь от двух теперешних людей вниз и находя общие опечатки, можно сказать, когда, скорее всего, их предки разошлись.

Надя: Мы часто в обычной жизни используем выражение «это гены». Так говорят, когда у ребенка, например, сложный характер или он растет вундеркиндом, а в семье кто-то был ученым. Можно ли какие-то качества приписать генам — стрессоустойчивость, склонность к изучению языков и так далее?

Константин Северинов: Это бессмысленно. Единственный способ изучить это — взять родителей, скрестить их и посмотреть на потомство, а потом взять потомство и еще раз скрестить его, например, с собой и посмотреть, что будет со следующим поколением. Изучая распределение признаков, вы можете потом сделать вывод о том, наследуется признак или нет. С людьми такого рода опыты затруднены, потому что вы тогда должны по своему желанию людей скрещивать, как экспериментаторы.

К тому же нужно определить, что такое «плохой характер». Наверное, моя жена думает, что у меня плохой характер, а кто-нибудь другой считает, что это не так. Этот признак нечеткий, он во взгляде смотрящего. С гениальностью то же самое.

Катя: Возможно ли предметнее разговаривать про негативные привычки человека? Например, о том, что склонность к алкоголизму бывает наследственной.

Константин Северинов: Проблема в том, что у дедушки и папы алкоголиков сын, скорее всего, воспитывался этими же индивидуумами, и различить влияние генов и окружающей среды здесь очень сложно. Поэтому для того, чтобы показать, что есть четкая генетическая предрасположенность к алкоголизму или шизофрении, нужно проводить массовые эксперименты. Но мы не можем скрещивать людей так, как мы хотим. Все, что мы можем делать, — проводить какие-то подробные исследования на десяти, а лучше 100 тысячах семей, собирать медицинскую информацию и смотреть, правда ли, что если была в каких-то семьях повышенная частота алкоголизма, то и в следующих поколениях это тоже так. Очевидно, что не у всех алкоголиков дети-алкоголики, более того, очевидно, что у людей, которые не страдают алкоголизмом, тоже иногда вырастают дети-алкоголики, но правда также и то, что в семьях алкоголиков могут быть алкоголики.

В результате вы собираете некоторую статистику. Ответ, который вы можете получить, например, такой: в пять раз по отношению к обычной семье увеличена вероятность того, что ребенок в семье алкоголика тоже станет алкоголиком. Таким образом, мы пришли не к какому-то генетическому приговору, а к такому странному статистическому утверждению, что если ваши папа и мама беспробудно пили, то ваш шанс стать алкоголиком в пять раз выше, чем у вашего соседа, у которого они были трезвенниками. Но это ничего не означает.

Надя: Сегодня много говорят о том, что рак — это отчасти наследственное заболевание. Так ли это на самом деле?

Константин Северинов: Рак — это не отдельная болезнь. Мы туда скидываем огромное количество самых разных заболеваний. Очевидно, что клетки опухоли отличаются от обычных клеток генетически, в них появились новые опечатки. Чем дольше мы живем, тем больше наши клетки делятся от того исходного состояния, когда нас зачали, и тем больше там накапливается ошибок. Кроме того, мы постоянно сталкиваемся с какой-то агрессивной внешней средой, которая тоже меняет нашу ДНК. И потихонечку у нас возникает рак неизбежно. То есть мы бы все от рака умерли, если бы могли до него дожить, потому что рак — это в некотором смысле повреждение клетки. С одной стороны, рак имеет генетическую природу, потому что для того, чтобы клетка стала раковой, нужно, чтобы в ее ДНК произошли какие-то изменения. Но также справедливо и то, что у некоторых людей предрасположенность к определенным типам рака может быть более высокая, чем у других людей.

Катя: Широкий резонанс имела система CRISPR/Cas — технология редактирования генома. Мы знаем, что с помощью этих условных ножниц можно вырезать плохой ген. В 2018 году таким образом в Китае родились девочки-близнецы, которые благодаря такому редактированию оказались устойчивыми к ВИЧ-инфекции. Что это за технология, насколько она безопасна и будет ли использоваться массово?

Константин Северинов: Действительно, «молекулярные ножницы» могут в определенных программируемых местах ДНК сделать разрыв. На самом деле ДНК рвется всегда, когда клетки делятся. Клетки умеют чинить разрывы в ДНК, но иногда они делают в месте разрыва некоторые ошибки. Технология CRISPR/Cas позволяет вносить не случайный разрыв в ДНК человека, а в определенное место. Это программируемые ножницы, довольно точные. Клетка, в которую внесен такой разрыв, должна или умереть, потому что она свою ДНК не залечит, или все же как-то ее залечить. А залечивает она обычно стык в стык, сшивая разрыв. При этом в том месте, где она это делает, будут возникать изменения. В ряде случаев это полезно. Например, если у вас есть две копии гена и одна из них не очень хорошая, вы можете эти генетические ножницы направить на неудачную копию гена, в то место, где эта копия отличается от нормальной, и раскусить. А дальше этот раскус залечится, и вы можете при хорошем стечении обстоятельств вернуть ген в свое нормальное состояние.

В том опыте Хэ Цзянькуя был проведен следующий эксперимент: взяли оплодотвореннную яйцеклетку, по-видимому, добровольцев, и провели в них с помощью CRISPR/Cas редактирование, допустив эту кусалку-ножницы на то самое место, изменение в котором приводит к устойчивости к СПИДу. После этого яйцеклетку посадили обратно матери, и она выносила ребеночка. Было показано, что, по крайней мере, у одной из этих девочек действительно произошло редактирование. Вопрос о том, будут ли эти девочки устойчивы к СПИДу, совершенно отдельный. Чтобы ответить на этот вопрос, надо их СПИДом заразить, но, опять же, люди не очень хороший объект для генетических изысканий. Более того, непонятно, зачем вообще надо было это делать. Может быть, они даже без этой операции СПИДом бы никогда не заразились. Так что это скорее была демонстрация возможностей технологий, к сожалению, на живых людях, причем этих людей не спрашивали, согласны они или нет.

Надя: Как, на ваш взгляд, информация о генах может применяться в будущем с высоким развитием технологий? Какие последние исследования ведутся в этой области?

Константин Северинов: При достаточном развитии CRISPR/Cas-технологии ее можно использовать для того, чтобы выводить полезных сельскохозяйственных животных или растения. Наверное, когда-то можно будет действительно направленно изменять какие-то версии генов не на уровне эмбрионов, а на уровне взрослых людей, чтобы излечивать какие-то дегенеративные состояния, вызванные возрастом. Например, возрастную атрофию сетчатки глаза или мышечную дистрофию. С большинством форм рака все обстоит не так просто, потому что рак вызван не одной мутацией, а десятками или сотнями мутаций. Что именно там менять, не всегда понятно. Кроме того, проблема рака в том, что нужно поменять все клетки в опухоли, все равно придется вырезать хирургическими методами, а до оставшихся перерожденных клеток нужно будет как-то добраться и попытаться их отредактировать. К сожалению, это очень сложно, потому что на уровне огромного организма сложно направленно менять какие-то типы клеток. Будущее будет за разработкой методов направленной доставки генетических редакторов к интересующим нас клеткам и высокоэффективным изменением этих клеток, а пока что мы далеко не там.