Открытия, которые изменили мир - Джон Кейжу

Сегодня очевидно, что ответы на эти вопросы объясняются не ДНК и связаны с многообразием огромного мира вокруг нас. Люди давно предполагали, что наследственность сама по себе не может отвечать за наши уникальные характеристики или предрасположенность к тем или иным болезням. Новые открытия сегодня проливают свет на одну из величайших загадок всех времен: как именно гены и окружающий мир взаимодействуют друг с другом, делая нас теми, кто мы есть?

Тайная жизнь ОНП и надежды, возлагаемые на генетическое тестирование

Большинству из нас сложно представить 3,1 млрд пар чего бы то ни было, а уж тем более химических оснований, которые составляют ДНК любой клетки. Попробуйте представить 3,1 млрд пар обуви, ряды которых простираются в открытый космос. Теперь умножьте это число на два — и вы увидите более 6 млрд ботинок, уходящих в пространство Вселенной. Это число отдельных оснований в ДНК человека, которые ученые называют нуклеотидами. Каким бы несущественным ни казался один нуклеотид, стоит его изменить (это называется однонуклеотидным полиморфизмом, или ОНП) — и изменятся особенности человека. Возможно даже, у него возникнет болезнь. Если вы сомневаетесь в том, что всего один ОНП среди миллиардов может иметь такое значение, вспомните о том, что серповидноклеточная анемия развивается из-за одного ОНП. К 2008 г. исследователям удалось определить около 1,4 млн ОНП в геноме человека. В чем причина этих ничтожных изменений в наших ДНК? В числе главных подозреваемых — токсины из окружающей среды, вирусы, радиация и ошибки в копировании ДНК.

Хорошая новость: сегодняшние попытки идентифицировать ОНП не только помогают раскрыть причины заболеваний, но и приводят к знаковым открытиям, связанным с хромосомами, которые можно применить в самых разных ситуациях. В 2005 г. исследователи завершили первую фазу «HapMap Project», в рамках которого анализировали ДНК людей по всему миру и создали карту таких знаковых открытий, основанную на 500 тыс. или более ОНП. Эта информация сегодня демонстрирует связи между крошечными генетическими отклонениями и конкретными заболеваниями, что, в свою очередь, ведет к новым подходам к диагностике (например, генетическому тестированию) и лечению. Например, в развивающейся сфере фармакогеномики врачи могут использовать такую информацию для принятия решений о персонализированном лечении, основываясь на генетическом профиле человека. Недавние примеры включают генетические тесты, способные выявить различные формы рака груди, которые можно вылечить с помощью лекарств, а также пациентов, которые могут быть подвержены опасным побочным эффектам в связи с приемом лекарственного препарата от тромбоза под названием варфарин.

Кроме того, открытия, связанные с ОНП, дают новые ответы на вечные вопросы: например, о том, насколько сильно на нас влияют гены и окружающая среда. Все более очевидно, что многие распространенные болезни (включая диабет, рак и сердечные заболевания) вызваны, скорее всего, сложным взаимодействием обоих факторов. В относительно новой сфере медицины — эпигенетике — исследователи изучают «нейтральный мир», где может произойти встреча этих двух факторов. Они стараются выяснить, как «внешние» факторы, например подверженность влиянию токсинов внешней среды, могут воздействовать на ОНП человека и, соответственно, его предрасположенность к тому или иному заболеванию.

К сожалению, ученые также обнаружили, что определить роль ОНП и заболевания — задача весьма сложная. К счастью, исследователи проекта HapMap («Карта гаплотипов») уже обнаружили генетические варианты, связанные с риском таких болезней, как диабет II типа, болезнь Крона, ревматоидный артрит и рассеянный склероз. Но, увы, многие болезни и особенности связаны с таким большим количеством ОНП, что значение любой отдельной вариации оценить сложно. В соответствии с одной недавно проведенной оценкой, на 80 % вариаций населения по росту могут влиять 93 тыс. ОНП. Как написал Дэвид Гольдштейн в выпуске New England Medical Journal в 2009 г., если риск заболевания связан со многими ОНП и при этом каждый оказывает малый эффект, «то это не даст никакой полезной информации: указывая на все, генетика не указывает ни на что».

Многие из нас жаждут применить на практике самые современные генетические тестирования и узнать о нашей предрасположенности к тому или иному заболеванию. Но Питер Крафт и Дэвид Хантер в том же выпуске журнала предупреждают: «Мы все еще в самом начале цикла для большинства случаев… чтобы предоставить стабильные оценки генетических рисков для многих болезней». Но они добавили, что прогресс стремителен и «ситуация уже через два или три года может быть совсем иной». Однако, как только будут доступны более качественные тесты, «появится необходимость в руководствах по их использованию, чтобы врачи могли консультировать пациентов… о том, как интерпретировать результаты и что предпринимать».

«Мы с этим разберемся»: заветы генной терапии

Для некоторых из нас 1990 г. был годом прорыва в генетике и медицине. В этом году Френч Андерсон и его коллеги из Национального института здоровья впервые успешно провели генотерапию четырехлетней девочке, страдавшей от иммунодефицита, вызванного дефектным геном, который обычно производит фермент под названием ADA. Лечение включало трансфузию белых кровяных телец с откорректированной версией гена. Но хотя результаты были многообещающими и стали поводом для сотен аналогичных клинических испытаний, спустя десять лет стало ясно, что очень немногие испытания генотерапии результативны. Еще одна неудача в этой сфере произошла в 1999 г., когда восемнадцатилетнему Джесси Джелсинджеру, страдающему от нетяжелой формы генетического заболевания печени, была проведена генная терапия. Юноша умер через несколько дней после начала лечения. И многие решили, что многообещающим перспективам генотерапии пришел сокрушительный конец. Однако, как сказал трясущийся доктор на смертном одре Джелсинджера в момент его смерти: «Прощай, Джесси… Мы с этим разберемся».

Десять лет спустя ученые действительно начали с этим разбираться. Генотерапия подразумевает множество вызовов, но два главных вопроса таковы: как безопасно доставить исправленные гены в организм и как удостовериться в том, что тело пациента их принимает и использует. Многие убеждены, что эта техника вскоре будет использоваться для лечения многих генетических заболеваний, включая болезни крови, мышечную дистрофию и нейродегенеративные заболевания. Достигнутый в последние годы прогресс включает скромные успехи в лечении наследственной слепоты, ВИЧ и ревматоидного артрита. А в 2009 г. исследователи сообщили о проведении обобщающего исследования, в рамках которого 8 из 10 пациентов, прошедших терапию по поводу дефектного гена ADA, продемонстрировали «превосходный и стабильный» ответ. Как написали Дональд Кон и Фабио Кандотти в 2009 г. в New England Journal of Medicine, «перспективы непрерывных открытий в генной терапии и более широких ее применений остаются многообещающими» и могут вскоре «выполнить заветы генной терапии двухлетней давности».

Иными словами, прорыв продолжается. Благодаря тому, что двойная спираль раскручивается в многочисленных направлениях и помогает делать открытия, которые влияют на многие аспекты науки, общества и медицины, мы умеем быть терпеливыми. Подобно Гиппократу, проявившему снисходительность к женщине, которая слишком долго любовалась висевшим на стене портретом эфиопа; подобно Менделю, долгие годы подсчитывавшему тысячи гибридов гороховых ростков; и подобно бесчисленным ученым, проложившим знаковые вехи в развитии науки за последние 150 лет, — мы умеем быть терпеливыми. Это долгий путь, но мы уже продвинулись очень далеко.

Вплоть до начала 1800-х многие ученые верили — как и Гиппократ 2500 лет назад, — что впечатления матери могут серьезно повлиять на то, как она передает те или иные черты еще не родившемуся ребенку, и шок от увиденного беременной женщиной передается плоду через какие-нибудь крохотные соединения в нервной системе. Но к началу 1900-х, благодаря достижениям в анатомии, физиологии и генетике, предлагающим другие объяснения, большинство врачей от теории материнских впечатлений отказались.

Большинство, но не все…

В начале 1900-х сын беременной женщины был сбит повозкой. Его поспешно отвезли в больницу, где мать не могла отвести испуганный взгляд от врача, зашивавшего окровавленную голову мальчика. Через 7 месяцев она родила девочку с любопытной особенностью. На ее голове был безволосый участок — точь-в-точь в том же месте, куда был ранен ее брат. Эта история, вместе с другими 50 рассказами о материнском впечатлении, была пересказана в статье, опубликованной в Journal of Scientific Exploration в 1992 г. Автор, Йен Стивенсон, врач и сотрудник Медицинской школы Виргинского университета, не упоминал о генетике, не пытался дать научного объяснения этому случаю и отметил: «Я не сомневаюсь, что многие женщины испытывают страх во время беременности, не причиняя тем самым никакого вреда своим малышам». Однако, основываясь на своем анализе, Стивенсон заключил: «В редких случаях материнские впечатления действительно могут повлиять на младенцев в утробе и стать причиной врожденных дефектов».