Голодный ген - Эллен Шелл

Мыши с ob-мутацией — яркий пример тому. У них особенности пищевого поведения определяются присутствием всего лишь одного гена. Но и не имеющие мутаций грызуны давали повод думать, что вести поиски следует на уровне микробиологии. Почему некоторые породы обычных крыс активно толстеют при переводе на высококалорийную диету типа фастфуда, а другие при идентичном питании ничуть не прибавляют весе? Едва ли тут разумно было бы рассуждать об «оральной фиксации» толстушек или о влиянии на их поведение образа чересчур властной матери. Исследования все определеннее указывали на роль генетических факторов в развитии ожирения у грызунов, подтверждая, пусть пока и косвенно, существование аналогичной зависимости у человека. Исследования же усыновленных детей привели к еще более неоспоримым выводам о значимости генетики в развитии ожирения у людей.

У однояйцовых близнецов индексы массы тела (ИМТ) стремятся к полной идентичности, они ближе, чем у близнецов разнояйцовых или же сиблингов (потомства одних родителей, родных братьев и сестер). Картина не меняется даже в том случае, если однояйцовые близнецы вскоре после рождения разъединяются и воспитываются вдалеке друг от друга, в разных семьях. Их ИМТ обычно точно коррелирует с индексом массы тела не приемных, а биологических родителей. Значит, вес человека и, следовательно, склонность к худобе или ожирению зависит не от воспитания, не от привычки, а от врожденных, наследуемых особенностей. Не от психологии, а от генетики.

Когда Лейбл в конце 1970-х гг. приступил к работе в лаборатории Хирша, все это было уже известно. Но не существовало ни одного явного, фактического доказательства предполагаемой связи между генетическими факторами и развитием ожирения у людей, ибо необходимых молекулярных методов для ее обнаружения еще не разработали. Пока же, тесно, но неофициально сотрудничая с Дугом Колеманом, который часто посещал лабораторию Хирша, наведываясь в Нью-Йорк из Бар-Харбора, Лейбл приступил к кропотливым поискам неуловимого фактора насыщения в жировой ткани грызунов.

С ob-мышами он уже сталкивался во время учебы в Бостоне, а первое знакомство с органической химией состоялось за несколько десятилетий до того, в отцовской химчистке, где юный Лейбл работал в дни летних каникул. «Экстракция[23] химическим растворителем при биохимическом изучении жировой ткани до мелочей напоминает сухую чистку одежды», — смеется он.

Лейбл вслед за Колеманом предположил, что эффективность сигнала о насыщении тесно связана с глицерином, входящим в состав молекул триглицеридов. Его содержание в сыворотке крови коррелирует с количеством жировых клеток. Ученые рассуждали так: организм реагирует на повышение концентрации глицерина отказом от приема пищи. Чтобы проверить это не противоречащее здравому смыслу соображение, Лейбл ввел мышам глицерин. Грызуны на какое-то время действительно потеряли аппетит. Однако примерно через неделю он вернулся в норму. Повторенный на людях, эксперимент не принес вовсе никакого результата. Стало ясно, что глицерин не дает ключа к разгадке.

Несколько лет Лейбл продолжал опыты, оттачивал свое исследовательское мастерство. Реальность была такова: ни он, ни Колеман, ни кто-либо другой на всем белом свете не мог ответить на вопрос, что же представляет собой фактор насыщения, не говоря уже о том, чем он продуцируется. Существует некий сигнал. Неспособность принять таковой или его отсутствие вызывают у ob- и db-мышей неконтролируемое поглощение пищи — вот и все. Рабочая гипотеза предполагала, что организм мыши с мутацией в ob-гене не способен нормально вырабатывать белок, сигнализирующий о насыщении, а организм db-грызунов такой белок производит, но по каким-то причинам не способен воспринимать поступающий от него сигнал. Ученые сошлись во мнении, что лучший способ обнаружить ob-белок — сосредоточиться на изучении продуцирующего его ob-гена, мутации, которая впервые навела Колемана на мысль о наличии фактора насыщения, не дававшую ему покоя.

«Мне представлялось, что единственный способ выбраться из затягивающей феноменологической трясины, в которую превратилась проблема ожирения, — рассказывает Лейбл, — это опереться на специфический механизм, контролирующий массу тела. Другими словами, клонировать ob-ген, основываясь на его локализации в геноме».

Тем временем Джефф Фридман овладевал новейшими методами молекулярной биологии, усердно трудясь в небольшом закутке прекрасно оборудованной лаборатории Дарнелла. К своим тридцати с небольшим Джеффри стал ассистентом профессора и вел холостяцкое существование в общежитии Университета Рокфеллера. Весной 1986 г. Лейбл, по его словам, обратился к Фридману с предложением клонировать ob-ген. Джеффу помнится иначе: ему кажется, что он сам пришел к Лейблу с этой идеей сразу после того, как разработал собственную уникальную стратегию клонирования ob-гена и начал планировать ее реализацию. Годы затуманивают память. Кто знает, удастся ли когда-нибудь разрешить возникшее противоречие к взаимному удовольствию? Но несомненно, сотрудничество не было случайным: Лейбл понимал физиологию ожирения на клеточном уровне, Фридман владел тонкими инструментами молекулярной биологии.

Оба знали, что играют ва-банк. Либо они получат ob-ген и славу, либо — ничего. Для Лейбла, адъюнкт-профессора, неудача была бы чревата карьерными неприятностями. Более молодой и еще не защитившийся Фридман, стоявший на первых ступеньках иерархической научной лестницы, мог потерять куда больше. Для него речь шла о профессиональном крахе. «Он вполне осознавал, что, если затея лопнет, на диссертации можно ставить крест, — рассказывает брат Джеффа Скотт. — Мало кто стал бы так рисковать. Я бы, например, никогда».

Локализация гена в геноме млекопитающих — задача вообще непростая, а при полном отсутствии знаний о продуцируемом им белке ее решение труднопредставимо. Уж скорее можно было надеяться, что письмо с адресом: «США, моему дяде-отшельнику» дойдет до получателя. Прежде чем даже думать о клонировании гена, необходимо определить его основное местоположение, то есть отыскать хотя бы приблизительный участок ДНК, на котором ген находится. Для этого нужна карта.

Генетические карты, как и любые другие, создаются путем обозначения объектов относительно друг друга. Скажем, нанося на карту Париж, картографы позиционируют его в пространстве, учитывая существование Лиона, Южной Нормандии, Атлантического побережья и прочих географических объектов Франции. Точно так же карты генетические основываются на положении генов относительно друг друга в хромосоме.

Само существование генетических карт стало возможным благодаря размножающимся половым путем биологическим видам, каждое поколение которых передает генетический материал следующему поколению в виде точных копий. Грегор Мендель полагал, что каждый ген наследуется самостоятельно, независимо от других, но был прав только отчасти. Нередко гены передаются и в виде сцепленных цепочек ДНК.

Судьбоносный для науки принцип генетического сцепления сформулировали в начале XX столетия Томас Хант Морган, «отец американской генетики», и его блестящий девятнадцатилетний ученик Алфред Генри Стёртевант. Экспериментируя с дрозофилами, они обнаружили, что некоторые признаки передаются в неизменяемых сочетаниях. Близлежащие на хромосоме гены с большой степенью вероятности перейдут от родителей к потомкам вместе, в паре: те же, которые расположены в отдалении друг от друга или вообще на разных хромосомах, наследуются, как и предполагал Мендель, поодиночке. Морган выделил признаки, передающиеся совместно, и рассчитал вероятность такого же их наследования в дальнейшем, а Стёртевант на основе этого открытия создал первую генетическую карту. На ней были отслежены связи между формой крыла, цветом глаз и окраской тела дрозофил — признаками, переходящими от поколения к поколению, как правило, сцепленно. Маленькие мушки оказались хорошо работающей моделью: как выяснилось, принцип генетического сцепления распространяется и на мышей, и на людей, и на все другие живые существа. Труд Стёртеванта стал основой для будущих генетических картографов, поставивших своей целью создание полной карты человеческого генома.

Она сложилась в современном виде только через десять лет после того, как Лейбл и Фридман в 1986 г. приступили к поискам ob-гена. Начинали они, однако, не на пустом месте. Благодаря усилиям предшественников уже были обнаружены некоторые болезнетворные гены и даже определено их местоположение: группа ученых из Бостона выделила ген одного из типов мышечной дистрофии, а команда Нэнси Уэкслер из Колумбийского университета, с которой, кстати, сотрудничал Лейбл, вплотную подошла к открытию гена, ответственного за возникновение болезни Гентингтона (хореи Гентингтона), особо часто встречающейся среди жителей венесуэльского побережья.