Генная инженерия

Дикая уссурийская соя Glycine soja считается ближайшей родственницей культурной сои G.max – но это разные виды, и в природных условиях опылить дикую родственницу не может ни обычная соя, ни трансгенная. Садовая земляника (ее привычно, хоть и ошибочно, называют клубникой), табак, слива – все это межвидовые гибриды.
Культурные растения настолько отличаются от своих ближних и дальних диких родственников, что многие любомудрствующие энтузиасты всерьез считают, что нашим предкам их привезли на летающей тарелке добрые палеоконтактеры – идея не более бредовая, чем многое из того, что пишут о ГМО их недоброжелатели. А те культурные растения, которые формально относятся к тому же виду, что и их дикие предки, за тысячи лет неосознанного отбора превратились (с точки зрения выживания в природных условиях) в отвратительных нежизнеспособных уродов.
Около ста лет назад селекционеры стали заниматься отбором не наугад, а по законам генетики, и перестали дожидаться случайных мутаций. Для создания новых, еще более урожайных и устойчивых к болезням монстров они стали плодить мутантов, полученных в результате действия на клетки растений ядовитых веществ (например, хорошим мутагеном оказался иприт) и радиации. В результате таких воздействий хромосомы ломаются и перестраиваются чудовищным образом.
Виды, не желающие заниматься противоестественным межвидовым опылением, стали скрещивать путем прямого слияния клеток.
Традиционные методы скрещивания разных видов и сортов с разными свойствами и ударов мутагенами по хромосомам приводят к непредсказуемым последствиям. Хромосомы при этом ломаются и перестраиваются наобум, вместе с желательным признаком у мутантного или гибридного растения проявляются вредные.
Варварские методы воздействия на геном, которыми селекционеры пользовались сто лет назад и продолжают пользоваться и сейчас, противники ГМО считают естественными, а «обычными растениями» – тысячи гибридных сортов, в том числе отвратительных карликов, которые вместе с химией и агротехникой стали основой «зеленой революции» шестидесятых годов ХХ века.
Генная инженерия безопаснее традиционных методов выведения новых сортов. При создании ГМО в хромосому вводится только один перспективный ген, кодирующий определенный белок, и несколько точно известных вспомогательных генов. Из множества обработанных клеток отбирают только те, в которых нужный ген встроился в нужное место. После этого у растений, полученных из выбранных клеток, проверяют, как белок, кодируемый новым геном, взаимодействует с остальными белками, что меняется в метаболизме растений, не проявляется ли вдруг у белка по отдельности и у всего растения в целом канцерогенные, мутагенные, аллергенные, токсические свойства (на мушках, мышках и только потом – на людях).
После всех испытаний за разрешенными к применению сортами приглядывают и сами разработчики, и, еще внимательней, многочисленные «зеленые», но ни одно из сотен разрешенных трансгенных растений так и не проявило никаких нежелательных свойств.

Обычные растения вредны для здоровья.

Обычная картошка – ядовитое растение, содержащее токсичные гликоалкалоиды соланин и хаконин. Особенно много ядовитых веществ содержат поврежденные или позеленевшие клубни. Если бы какой-нибудь Колумб решил выращивать картофель и кормить им европейцев сейчас, а не пятьсот лет назад, разрешения на это он бы ни за что не получил.
Многие обычные культурные растения содержат столько токсинов, что их следовало бы продавать только по рецепту и употреблять в гомеопатических дозах. К сожалению, до сих пор никому не пришло в голову поставить несложный эксперимент: посадить крыс на диету из кофейных зерен и предъявить независимым экспертам результаты вскрытия. Да что там кофе – подержите крыс на диете из обычной свеклы, и посмотрите, что выйдет (вернее, вытечет).
Устойчивость обычных растений к вредителям и болезням обеспечивают токсичные вещества, в том числе лектины и ингибиторы протеаз. Последних особенно много в бобовых. Когда после Первой мировой войны в Германию под видом гуманитарной помощи завезли аргентинскую фасолевую муку, даже у немцев, привыкших за четыре года к суррогатам, продукты с ее добавкой подавили действие пищеварительного фермента трипсина и вызвали диспепсию, дистрофию и другие нежелательные последствия. В тех же бобовых в больших количествах содержатся и лектины, и олигосахариды рафиноза и стахиоза, действие которых на организм отражено, в частности, в народной мудрости «если ты поел горошка, не забудь открыть окошко». Несмотря на заведомую токсичность, бобовые составляют заметную часть рациона Гомо сапиенса.
Полмиллиарда человек регулярно и в больших количествах едят маниок, в котором содержатся – держитесь за стул – цианогенные гликозиды, от 20-40 мг до 0,5 г чистого цианида на килограмм! Блюда из маниока, приготовленные с отклонениями от выработанной методом проб и трагических ошибок технологии, вызывают истощение и даже приводят к инвалидности.
При хранении арахиса в нем часто развивается плесневый грибок Aspergillus flavus. Повышенная частота заболеваний раком печени в Африке по сравнению с другими ареалами обитания Гомо сапиенса объясняется именно канцерогенным и гепатотоксическим действием выделяемого этим грибком афлатоксина. И так далее.
О вреде обычных растений можно написать том толщиной с «Книгу о вкусной и здоровой пище». Особенно если включить в список табак, алкогольные напитки, маргарин, колбасно-сосисочные изделия и другие продукты растительного происхождения.
К сожалению (не иначе как под давлением производителей традиционной сельхозпродукции) информация о токсическом действии обычных растений замалчивается. Потребители блюд из рыбы фугу хотя бы знают, на что идут ради гастрономического удовольствия, а потребители пищевых продуктов, приготовленных из обычных растений, не имеют информации о содержащихся в них ядовитых веществах.
Если проверить обычные сельхозкультуры на опасность для человека так же внимательно, как проверяют ГМО, не меньше половины культурных растений пришлось бы немедленно запретить или как минимум обязать производителей продукции, содержащей любые растения, печатать на упаковке длинный перечень содержащихся в них веществ, опасных для здоровья.
Кроме того, все культурные растения, от Апельсинов до Ячменя, следовало бы запретить из-за их аллергенного действия. В некоторых случаях аллергику достаточно исключить ряд продуктов из своего рациона. Но что делать европейцам, у которых часто встречается целиакия, наследственное заболевание, вызванное непереносимостью глиадина – белка, который содержится практически во всех злаках, кроме риса, кукурузы и гречи? В тяжелых случаях от целиакии умирали еще полвека назад, пока аллергологи не выяснили причину болезни, а пищевики (буквально через пару лет) не научились производить безглютеновые продукты. Легкая непереносимость белка злаковых часто остается невыявленной – ее принимают за колит и другие заболевания кишечника. По осторожным оценкам, умеренной целиакией болеет один европеец из тысячи. Есть даже мнение (и об этом тоже пишут товарищи с учеными степенями), что переход на питание злаками был трагической ошибкой человечества. Но Гомо сапиенсы потому и перешли на злаки, что бананов на всех не хватало, а мамонты кончились…
А как быть азиатам, у которых основной продукт питания – рис – часто вызывает диффузный нейродермит? А африканцам, для которых аллергичный (даже без афлатоксина) арахис является одним из основных источников какого ни есть, а белка? Разве что ждать, когда безбожные экспериментаторы выведут генетически модифицированные неаллергичные сорта самых аллергичных и широко распространенных культурных растений. Хлеб и макароны из пшеницы без глиадина будет не дороже нынешних безглютеновых продуктов – может быть, человечество с помощью генной инженерии сумеет исправить ошибку своих неолитических предков?
Единственный случай, когда у ГМО (еще на стадии испытаний) было выявлено вредное влияние на здоровье Гомо сапиенса – сорт сои, аллергичный из-за гена бразильского ореха. Редкая страшилка обходится без этого доказательства опасности трансгенных растений, хотя доказывает эта история только то, что производители ГМО соблюдают строжайшие правила техники безопасности. Среди прочих проверок трансгенные растения обязательно проверяют на аллергичность, особенно если встраиваемый ген берут из очень аллергенного источника.
Для улучшения состава белка очередного трансгенного сорта кормовой сои исследователи решили ввести в нее ген бразильского ореха, который свободно продается на корм Гомо сапиенсам, хотя у некоторых из них вызывает аллергическую реакцию вплоть до анафилактического шока.
А поскольку вполне вероятно, что кормовую сою нечестные гомо сапиенсы когда-нибудь скормят другим гомо сапиенсам под видом пищевой, товарищи решили перестраховаться и – в соответствии с методикой – нашли девять человек со справками о сильной аллергии на бразильский орех и взяли у них пробы крови.
Методом твердофазного иммуноанализа в восьми пробах была выявлена положительная реакция на белок проверяемого сорта, и в производство его не пустили. Аллергия на обычный белок обычной сои встречается чаще, чем аллергия на бразильский орех.
Если подойти к обычным растениям с той же меркой, как и к трансгенным, сою, как и все остальные культурные растения, следовало бы запретить.

Обычные растения опасны для экономики

Выращивая обычные растения, производители сельхозпродукции попадают в зависимость от производителей удобрений, герби-, фунги-, инсекти- и прочих -цидов, от поставщиков сельхозтехники, колебаний цен на бирже, погодных условий и множества других факторов.
Самое главное – крестьяне вынуждены платить производителям семян обычных сортов. Владельцы фазенд площадью в шесть соток спокон веку сажают F1-гибриды огурцов и каждую весну покупают новые пакетики семян у производителей, которые с помощью достижений науки, выдуманной монахом с подозрительной фамилией Мендель, злонамеренно лишают крестьянина священного права оставлять семена на посадку: потомки исходных сортов (F2, F3 и так далее) расщепляются на растения с признаками родителей, бабушек и дедушек, похожих друг на друга, как суданцы, немцы и китайцы.
К тому же любой сорт любого растения рано или поздно вырождается из-за пыльцы с соседних полей, засеянных другими сортами, и из-за расщепления признаков при самоопылении. Раз в несколько лет, а то и ежегодно, крестьянам приходится платить производителям семян обычных сортов за свежий посевной материал.
В отличие от обычных растений, ГМО уменьшают зависимость производителей сельхозпродукции от монополистов. Показательный пример – недавняя (напомню: статья написана тогда, когда многих из вас и на свете не было) претензия «Монсанто» к правительству Аргентины. Аргентинские власти так и не допустили того, чтобы монополисты-гринго запатентовали в их стране свои сорта трансгенной сои. Контрабандной монсантовской продукцией, тем не менее, засеяна большая часть полей аргентинщины. Весной 2005, после смягчения запретов ЕС, аргентинцы стали ввозить трансгенную сою в Европу, а платить патентовладельцу положенные по закону роялти и не думают. А в ответ на протест владельца авторских прав свободолюбивое аргентинское правительство в дипломатических выражениях послало его далеко-далеко.
Сторонники ГМО подсчитали, что чистый доход фермеров только за счет внедрения инсектицидных трансгенных растений вырастет на треть. Можно представить себе, что производители трансгенных растений подкупили все правительственные организации и 99% ученых – но неужели они смогли подкупить крестьян во всем мире, которые долларом (рандом, юанем и т.д.) голосуют за ГМО?
Окончание следует.

Человеческие клоны уже существуют и ходят среди нас — это однояйцевые близнецы. Да-да, вы не ослышались: однояйцевые близнецы — генетически одинаковые организмы — технически являются клонами. Правда, тут я немного жульничаю: ведь обычно, говоря о клонах, мы имеем в виду организмы, созданные в лабораторных условиях. Но и для лабораторного клонирования у нас уже готовы все необходимые технологии. И в сегодняшней статье я расскажу, реально ли клонировать человека, насколько клоны на самом деле идентичны, что будет, если клонировать выдающегося ученого, мыслителя или диктатора, может ли женщина стать мамой без участия мужчины, а мужчина — папой без помощи женщины, почему так сложно воскресить мамонтов и динозавров и почему Долли прожила меньше, чем другие овечки.

Все мы знаем историю овечки Долли. Напомню её вкратце: учёные взяли клетку молочной железы из взрослой овечки. Из неё специалисты достали ядро, в котором находится генетический материал, — и поместили это ядро в яйцеклетку другой овечки. Что важно: из яйцеклетки второй овечки учёные предварительно убрали генетический материал. В итоге получилась новая яйцеклетка с двойным набором хромосом, как у взрослого организма. Затем яйцеклетку поместили внутрь суррогатной мамы — третьей овечки — которая родила нашу Долли. Теоретически всё то же самое можно «провернуть» и с человеком.

Как не родить циклопа

Мы привыкли думать, что клоны — это, по сути, генетически одинаковые организмы. Но на самом деле все не совсем так просто. Во-первых, при клонировании в яйцеклетке, куда помещают ядро с генетическим материалом, сохраняются «старые» митохондрии. Митохондрии — это, говоря простым языком, такие внутриклеточные органеллы со своей собственной ДНК. Когда-то митохондрии были независимыми одноклеточными существами, которые поселились в клетках наших очень далёких одноклеточных предков. И, в общем, у них сохраняется своя ДНК и свои гены, которые кодируют некоторые белки. Митохондрии очень важны — и у нашего клона в его собственных митохондриях будет не ДНК того, кому принадлежит ядро, а ДНК того, у кого мы взяли яйцеклетку. Получается, по митохондриальной ДНК наш клон будет отличаться от «оригинала». У клона, например, может проявиться заболевание, связанное с мутацией в митохондриях. При этом «оригинал» будет совершенно здоров. Или наоборот — клон получится здоровым, в то время как «оригинал» будет страдать от какой-нибудь неприятной болячки.

Во-вторых, если мы берём ядро из взрослого организма, то следует понимать: в этом организме могли произойти соматические мутации в ДНК клеток тела. Когда клетки делятся, они могут мутировать (большинство таких мутаций ни к чему не приводят, но определённые сочетания мутаций могут получиться проблемными — и вызвать, например, онкологические заболевания). ДНК не копируется безупречно — поэтому ядро донора мы получаем с некоторым количеством генетических изменений. И клон на выходе будет всё же чуть-чуть отличаться от оригинала.

Третий нюанс: даже генетически идентичные организмы могут развиваться по-разному. И клон может родиться с вполне существенными врождёнными биологическими отличиями. Вообще генетическое — не то же самое, что врождённое. Вот занятный пример: есть такое состояние, которое называется Situs inversus — это когда сердце у человека расположено не слева, а справа. Это врождённый признак, но мутация, которая вызывает такое состояние, не приводит к тому, что сердце оказывается справа. Она приводит к тому, что организм как бы не знает, в какой стороне расположить сердце. Поэтому с вероятностью примерно 50/50 сердце окажется или справа, или слева. То есть у одного однояйцевого близнеца сердце может быть справа, у другого — слева. А, может, у обоих будет справа. Или у обоих слева. К чему я всё это пишу? Да к тому, что даже генетически одинаковые организмы могут обладать весьма существенными отличиями.

Четвёртый нюанс: на развитие клона влияют ещё и факторы среды. Представим ситуацию: две суррогатные мамы-овечки вынашивают клонов одного и того же организма. Даже если эти мамы сами — клоны и генетически идентичны друг другу, беременность у них может проходить по-разному. Например, одна овечка пойдёт и поест кукурузную лилию. Самую натуральную, органическую, био, эко, без ГМО и всяких там добавок, в общем, придуманную природой. Эта лилия выделяет циклопамин — вещество, вызывающее нарушения развития. И у овечки клон родится одноглазым! А вторая овечка окажется равнодушной к лилиям — и у неё ребёнок-циклоп не родится. К слову, то нарушение, которое вызывается циклопамином, может случиться и из-за генетической мутации, поэтому и люди иногда рождаются с похожим нарушением, но это отдельная история.

А если говорить о факторах, которые могут влиять на развитие плода у человека, то здесь можно перечислить и курение, и употребление алкоголя, и нехватку фолиевой кислоты.

Существует ли «ген воина»?

Допустим, мы клонировали взрослого человека (или, может быть, даже уже умершего, если от него остались клетки). Помимо врождённых — как генетических, так и негенетических — отличий, у клона будеь свой собственный жизненный опыт. Перенесённые инфекции и прививки повлияют на его устойчивость к тем или иным заболеваниям в будущем. Ещё клон будет отличаться от «оригинала» тем, что он, скорее всего, получит иное образование, будет общаться с другими людьми, читать другие книги — и вообще его по-другому могут воспитывать. Может, у него вообще будет другой родной язык.

Разумеется, клоны всё равно будут больше походить друг на друга, чем случайные люди. Близнецовые исследования показывают, что генетическая компонента очень важна: она влияет и на интеллект, и на физические способности. Кстати, интересный момент: с возрастом однояйцевые близнецы становятся всё ближе в интеллектуальном плане — генетика со временем берёт своё. Но при этом те же однояйцевые близнецы могут иметь разные представления о морали и разные цели в жизни. Если мы вдруг зачем-то клонируем Гитлера, не факт, что копия захочет аннексировать Австрию или напасть на Польшу. Может, подросший Гитлер 2.0 займётся садоводством — ну или станет известным художником, который будет рисовать цветы. А если мы клонируем Эйнштейна, может, копия ни о какой физике и слышать не захочет и будет писать фантастические романы. Но при этом стоит признать, что клон Эйнштейна с большей вероятностью станет учёным, чем клон рандомного человека.

Даже некоторые признаки, вроде определяемые генами, поддаются модификациям со стороны культуры. Например, есть ген, который кодирует фермент моноаминоксидазу. В этом гене есть мутации, которые обнаружили в семьях людей, особо склонных к плохо контролируемой агрессии (в том числе различным преступлениям, например, поджогам). Этот ген даже прозвали «геном воина», хотя это и не совсем корректно. Моноаминоксидаза влияет на метаболизм нейромедиаторов в мозге — и, согласно исследованиям, действительно, есть агрессивные семьи, у всех членов которых поломан вышеназванный ген. Но при этом другие исследования показывают, что для проявления избыточной агрессии одной лишь мутации недостаточно, нужна ещё неблагоприятная, небезопасная среда. Иными словами, если человека научили держать себя в руках, он даже при «агрессивной» генетике не станет бросаться с кулаками на обидчика. Кстати, между интеллектом и склонностью драться учёные стабильно находят отрицательную корреляцию. Но и это отдельная история для другого поста и видео.

Тот, кого нельзя клонировать

Любого ли человека можно клонировать? Оказывается, что не любого. Существуют «неклонируемые» люди. Я говорю о химерах — мужчинах и женщинах, в организмах которых есть клетки с разным генетическим материалом. Случается, что во время зачатия образуется две яйцеклетки, они соединяются вместе — и из них получается один человек. У этого человека в разных частях тела могут быть клетки с разным генетическим материалом. У людей-химер один глаз может быть карим, а другой — голубым. Или часть волос может быть светлой, часть — тёмной. Клонировать химеру очень сложно: если взять ядро из одной части тела, то получится клон одной половины человека, а если взять ядро другой части — то получится клон другой половины. Можно, конечно, взять ядро из двух разных клеток, сделать клонирование дважды, соединить полученные эмбрионы... Но такое ещё не делали — и вряд ли распределение клеток получится таким же, как у исходной химеры.

Иногда химеризм приводит к не очень приятным ситуациям. Так, однажды американка по имени Лидия Фэрчайлд решила развестись с мужем. После развода она обратилась в государственные службы своего штата за социальным пособием. Для этого Лидии и её мужу — Джейми Таунсенду — пришлось подтверждать материнство и отцовство анализом ДНК, который, к удивлению, показал, что Лидия не является матерью их троих общих детей. В итоге ДНК-анализ показал: кожа и волосы Лидии содержат один геном, а шейка матки — другой, соответствующий материнскому геному её детей (кстати, ДНК её детей доказывала лишь родство с их бабушкой, матерью Лидии).

Клонироване — фейк

Есть мнение, что на самом деле клонирование — это миф. И история с овечкой Долли — это фейк и заговор учёных. Эту легенду активно распространяет доктор биологических наук Сергей Савельев. Савельев считает, что саму Долли специально сожгли — чтобы никто не мог доказать, была она клоном или нет. Но на самом деле сохранилось даже чучело этой овечки, которое выставлено в Королевском музее Шотландии. И любой желающий может прочитать научные публикации, авторы которых независимо перепроверяли подлинность Долли — они делали анализ маркеров ДНК овечки и доказывали, что животное действительно являлось клоном.

Кстати, учёные клонировали не только овечку, но и мышей, собак, лягушек, мулов, коров, лошадей, свиней, верблюдов, коз, лошадей, быков, кошек, обезьян, ГМО-обезьян и других животных. Уже много лет существует коммерческое клонирование питомцев — в некоторых странах вам запросто «воспроизведут» умершую кошку или собаку. Так, американская певица и актриса Барбара Стрейзанд — мои подписчики наверняка слышали об эффекте, названном в её честь — дважды клонировала свою собачку Саманту. Можно клонировать породистых скакунов, которые выигрывают в соревнованиях. Можно клонировать животных из Красной книги, а в будущем, возможно, мы сумеем клонировать дронта или даже мамонта. А одна команда учёных провела такой эксперимент: клонировала мышку, потом клонировала её клона, затем — клона клона и так 25 раз. И в итоге получилась целая популяция грызунов — клонов одного-единственного «оригинала».

Люди, которые не верят, что клонирование возможно, ссылаются на предел Хейфлика. Этот предел — граница количества делений соматических клеток, которую открыл в далёком 1961 году профессор анатомии Леонард Хейфлик. Он выяснил, что клетки человека, делящиеся в клеточной культуре, умирают приблизительно после 40-60 делений и проявляют признаки старения при приближении к этой границе. Почему это происходит? Потому что так устроен механизм копирования ДНК. Когда ДНК копируется, концевые участки хромосом — теломеры — укорачиваются. У старых организмов теломеры короче, чем у молодых.

В общем, логика клоно-диссидентов такая: если вы копируете взрослую особь, чьи теломеры укорочены, то возраст вашего клона будет соответствовать возрасту «оригинала». Но полезно знать, что существует такой фермент — теломераза — который умеет теломеры «достраивать». Этот фермент очень активен в эмбрионах. А именно в эмбрион «превращается» яйцеклетка с ядром взрослой клетки. Получается, при клонировании у нас активизируется теломераза — и предел Хейфлика теряет актуальность. Клон рождается молодым, а его теломеры ничуть не меньше теломер других новорождённых, не являющихся клонами. И вообще, мы же не удивляемся, что у возрастных пар появляется на свет ребёнок с нормальными, а не укороченными теломерами! С клонированием — та же самая история.

От чего умерла овечка Долли

Долли умерла в шесть лет — хотя обычно овечки её породы живут чуть дольше. Но умерла она от инфекционного заболевания, которое часто поражает овечек, а не от преждевременной старости. Кстати, из таких же клеток молочной железы, что дали жизнь овечке Долли, в 2007 году появились на свет другие овечки — Дэбби, Дениз, Диана и Дейзи. Они прожили примерно по 9 лет — столько и живут среднестатистические овечки. Не повезло только Долли. Так что нельзя сказать, что клоны живут меньше обычных животных — более того, учёные выяснили: их теломеры укорачиваются не быстрее, чем теломеры «оригиналов».

Вообще Долли — это не первое клонированное животное. Ещё в 1950-х гг. учёные проводили первые опыты по клонированию лягушек, а в 1962 году биолог из Великобритании Джон Гёрдон впервые вырастил из клона лягушки взрослую особь. В 1987 году в СССР клонировали мышку Машку! Но и с лягушками, и с мышками клонирование происходило с переносом ядра из эмбриональной клетки в яйцеклетку. А вот овечку Долли, как мы помним, клонировали путём переноса ядра из клетки взрослого организма. Так что овечка Долли, так или иначе, — это прорыв в биологии.

А когда учёные клонируют человека? На самом деле человека уже клонировали, правда, пока не взрослого. Но технология переноса ядра на людях работает. Доказательством этому служат дети от трёх родителей. Объясню на пальцах: у некоторых женщин, мечтающих стать мамами, есть мутации в митохондриях, которые приводят к генетическим заболеваниям. Митохондрии передаются ребёнку от мамы — а значит у мамы с больными митохондриями родится, скорее всего, ребёнок с заболеванием. Что делать? Мама с папой в лаборатории создают эмбриончик. У этого эмбриончика специалисты забирают ядро и помещают его в яйцеклетку второй мамы, чьи митохондрии в полном порядке. И в итоге «усовершенствованный» эмбрион подсаживают первой маме — и на свет рождается здоровый малыш. У ребёнка большая часть генетического материала — от папы и мамы номер один. Таких детей «от трёх родителей» сейчас довольно много, они ходят среди нас и ничем не отличаются от своих сверстников.

Дети от одной матери или от двух отцов

А теперь представим, что женщина хочет родить ребёнка, но без участия мужчины. В этом случае она может взять свою взрослую клетку, вынуть оттуда ядро, поместить в свою же яйцеклетку, вырастить клон-эмбриончик самой себя. И забеременеть! В общем, репродуктивный процесс с участием одного-единственного человека технически возможен. Это очень интересно! А вот могут ли мужчины завести ребёнка без участия женщин? Мужчина может взять свою взрослую клетку с двойным набором хромосом, с помощью факторов Яманаки — набора генов, способных перевоплотить взрослые клетки в универсальные стволовые — «откатить» её в эмбриональное состояние. Дальше эту клетку надо специализировать в разные типы клеток, в том числе в предшественники половых. Получить предшественников смерматозоидов несложно, а вот получение предшественников яйцеклеток — задача не из лёгких: надо избавиться от Y-хромосом и удвоить X-хромосому, которая присутствует лишь в одном экземпляре (такой эксперимент успешно провели на мышах). На выходе мы получаем и яйцеклетку, и сперматозоид, которые надо соединить вместе. Правда, потом на помощь придётся всё равно звать женщину, которая должна будет выносить и родить малыша. Есть мыши — как самцы, так и самки — которых получили из эмбриончиков, созданных путём соединения яйцеклетки и сперматозоида из генетического материала двух самцов.

Если мужчина вдруг захочет получить клона самого себя, то предлагаю такой вариант. Нужно из мужчины получить яйцеклетку так, как я описал выше, а затем из этой яйцеклетки необходимо вынуть ядро — и поместить туда ядро из взрослой клетки будущего папы. Но и в этом случае без женщины никак не обойтись, разработка искусственной утробы (крайне желательное изобретение, которое могли бы избавить женщин от негативных аспектов беременности) пока ещё только на начальных этапах разработки.

Сейчас людей не клонируют — тут, думаю, дело в юридических и этических ограничениях. Кстати, некоторые мои коллеги считают, что есть учёные, которые наверняка себя уже клонировали — и просто молчат об этом. Я в эти байки не верю — хотя, повторюсь, для клонирования человека нет никаких биологических преград.

Этическая (не)проблема клонирования

Как биолог я не вижу ничего ужасного в том, чтобы клонировать человека. И меня удивляет то, насколько серьёзную оппозицию вызывают подобные идеи в обществе. Сопротивления можно разделить на два класса. Во-первых, есть чисто религиозные возражения в духе того, что «человек не должен играть в Бога». Подобные идеи могут сильно тормозить прогресс не только в вопросах клонирования, но также в вопросах генной инженерии. Некоторые религиозные ораторы особенно отличились в критике клонирования. Вот, например, что писал в 2001 году Виктор Коломиец:

«Чтобы вырастить клон, требуется женщина. И не просто женщина, а беременная женщина, так как только её подготовленный к деторождению организм пригоден, чтобы выносить ребенка. Из организма беременной женщины извлекается её собственный, ещё очень слаборазвитый, младенец, который подменяется другим — нужным для целей клонирования. При этом извлечённый таким образом плод, конечно, погибает. Для таких женщин придумали специальное название — суррогатная мать».

Из этого текста понятно, что автор вещает с религиозной колокольни о том, чего не понимает. Для клонирования не нужно извлекать плод из беременных женщин. Нужна лишь неоплодотворённая яйцеклетка. Но это лишь начало страшилки:

«Конечно, Бен Ладен действует не один. И, конечно, не он придумал и изготовил автоматы и пулемёты, которыми воюют его бандиты. Но где гарантия, что подобный безумец не воспользуется разработками по клонированию и не начнет копировать собственную личность, десятками, сотнями и тысячами. За деньги он купит укромное место, необходимых специалистов, оборудование, организует охрану, наймёт тысячи безграмотных женщин, которые будут вынашивать ему „потомство“... Он будет размножаться как монстр из фильма ужасов. Он будет плодить гениев — высшую расу людей. Это мы уже „проходили“ у Гитлера».

Но всё же есть один аргумент, который производит на меня впечатление. Его приводит лауреат Нобелевской премии по литературе Кадзуо Исигуро в книге «Не отпускай меня». В этой книге описывается мир, где клонов считают людьми второго сорта и специально выращивают на органы. Это объясняется тем, что у обычных людей душа есть, а у клонов души якобы нет. Доказать обратное оказывается проблематичным.

И ведь действительно — многие религии считают, что душа появляется у человека в момент зачатия, а у клонов технически зачатия нет. Вот, например, цитата из энциклики Священного Синода Элладской православной церкви на тему клонирования:

«Церковь и христианская совесть с самого момента зачатия признают человека личностью, наделённой вечной бессмертной участью. <...> Проникновение души в утробу матери относится именно к моменту зачатия, а никак не к более позднему времени. Без этого проникновения души семя осталось бы мёртвым и не дало бы жизни».

Разумеется, у такого представления есть масса внутренних противоречий. Получается, что у однояйцевых близнецов одна душа на двоих, а у химер две души на одного человека? Это при всей спорности самой концепции бессмертной души, которую я как биолог не принимаю. Но даже я не могу отрицать, что многие люди верят в душу и верят, что она появляется в момент зачатия. Да, без доказательств, но лучше нам от этого не становится. А значит, можно представить себе нездоровое общество, где клон действительно будет считаться человеком второго сорта вопреки любым заявлениям биологов.

Я не думаю, что мы живём в настолько ужасном мире, но история не раз меня удивляла самыми невообразимыми формами зла. Поэтому гарантировать безопасность клонам я не могу. И это единственный весомый довод против клонирования, который я лично понимаю.

Клонирование мамонтов и неандертальцев

Наверняка вы все смотрели «Парк Юрского периода» — там учёные воскресили динозавров. По сюжету учёные брали ДНК этих существ из комара, который пил кровь динозавров, а затем застыл в янтаре. Потом специалисты исправляли в ДНК ошибки с помощью ДНК лягушки, переносили полученный материал в яйцеклетку и получали маленького динозаврика, который вырастал и съедал учёных.

В реальности ДНК тиранозавров или бронтозавров у нас нет. Она не сохранилась — эти гигантские животные вымерли слишком давно. Зато есть виды, которые вымерли недавно — так, в 2000 году скончался последний представитель подвида пиренейского горного козла букардо. А уже в 2003 году в Испании родился клонированный детёныш буркадо. Правда, малыш быстро умер — и подвид сохранить всё же не удалось. Тем не менее, учёные активно работают над de-extinction — попыткой воскресить вымершие виды (или создать организмы, генетически близкие к вымершим). В планах у исследователей — воскресить странствующих голубей, шерстистого носорога, уже упомянутую птицу додо и, конечно же, мамонтов. Про мамонтов сейчас говорят больше всего. Есть такой известный генетик из США — Джордж Чёрч — который очень хочет этих родственников современных слонов возродить. Увы, у нас нет нормальной функционирующей клетки мамонта — зато мы полностью прочитали геном этого животного. А это значит, что мы можем взять клетку слона — и превратить её в пробирке с помощью генной инженерии в клетку мамонта. Затем из полученной взрослой клетки мамонта надо забрать ядро и перенести его в яйцеклетку слонихи. Всё просто! Но и тут есть нюанс: репродуктивная биология у каждого вида индивидуальна. Если мы умеем клонировать благородного оленя — это не значит, что мы с таким же успехом клонируем мамонта. Мы даже слонов ещё не клонировали!

Ещё можно клонировать неандертальцев — наших вымерших кузенов. У неандертальцев мозг был больше нашего. И было бы интересно понять — могли бы неандертальцы освоить нашу культуру? Выучить какой-нибудь язык — французский, например? Научиться математике? Думаю, если бы мы клонировали неандертальчика и воспитали его в нашей «сапиентной» среде, мы бы узнали, насколько наши вымершие двоюродные братья от нас отличались. А ещё мы могли бы осчастливить всех антропологов мира! Шведский биолог и лауреат Нобелевской премии Сванте Паабо полностью прочитал геном неандертальца — а это значит, мы можем взять клетку человека, внести в неё все «неандертальские» мутации и подсадить, например, читательнице этого поста. И на свет появится маленький милый неандертальчик!

И глобальное потепление!

Во многих странах клонировать человека запрещено. Многие религиозные люди выступают категорически против клонирования — но религиозные люди вообще много против чего, включая аборты, выступают. Тем не менее, я считаю, клонирование человека — это здорово. Во-первых, мы узнаем, можем ли мы это сделать. Во-вторых, в процессе клонирования мы наверняка разовьём разные интересные технологии, которые, например, помогут бесплодным парам обзавестись потомством, а может даже помогут решить проблему старения (в этом направлении очень важны технологии отката клеток из взрослого в эмбриональное состояние).

Однажды Джордж Чёрча спросили, зачем он хочет воскресить мамонтов. Он сказал примерно следующее: «Есть такая проблема — глобальное потепление. Мамонты жили в Сибири — и там они втаптывали вечную мерзлоту. Через щели, которые образуются в вечной мерзлоте, может выходить парниковый газ — метан. В общем, если мы воскресим мамонтов, мы остановим глобальное потепление!» Если честно мне кажется, что это было скорее шуткой и этой фразой Чёрч хотел сказать журналисту: «Отвалите от нас, мы делаем крутые вещи!» Ведь, действительно, вопрос о том, зачем клонировать мамонта, для учёного выглядит странным. Ещё раз: «Мы хотим клонировать мамонта!» Вдумайтесь в эти слова! Какое ещё объяснение вам нужно?!

Все хотят от учёных классного результата и незамедлительной пользы. Но не забывайте, что многими специалистами движет в первую очередь любопытство. И, думаю, именно любопытство — достойная причина, чтобы клонировать человека. Или Стеллерову корову. Или... А кого бы хотели клонировать вы? Пишите ваши предложения в комментариях — кто знает, может, их прочитает какой-нибудь крутой генетик и через пару лет клонирует то млекопитающее (или, может, рыбку), которое вы хотели бы погладить. Или завести у себя дома. А может вы бы хотели клонированием «воскресить» конкретного человека?

Индуцированный бред – явление, хорошо известное в психологии. «Индуцированные бредовые идеи появляются обычно на определенной почве, т.е. у личностей с психопатическими особенностями (повышенная внушаемость, застреваемость, ригидность, тревожность, склонность к сверхценным образованиям), умственным недоразвитием, низким культурным уровнем» (Медицинский справочник. Ред. В.Ф. Тулянкин, Т.И. Тулянкина).
Вопли о вреде ГМО не только запугивают мирных граждан с
повышенными тревожностью и внушаемостью и низким культурным уровнем. Они формируют у экологов, селекционеров и генных инженеров комплекс вины, заставляя их не верить глазам своим, еще и еще раз искать в темной комнате кошку, зная, что ее там нет, и оправдываться в злодеяниях, которых никто не совершал.
Кидайтесь грязью – что-нибудь да останется

…причем вся статья была построена на глупости, ничего, кроме глупости, не содержала и рассчитана была на глупцов…
Дядюшка Каан

Младенцы в Израиле заболели из-за того, что в детское питание на основе соевого белка подсыпали трансгенной сои – хотя на самом деле производители то ли от вредительства, то ли, скорее, из простого человеческого идиотизма просто перестали добавлять туда витамин В1, которого нет ни в какой сое.
Убийцы в белых халатах разрабатывают бактерий и вирусов, которых можно незаметно подсыпать в йогурт, и от него вымрут все рыжие (славяне, арабы или представители других популяций Гомо сапиенса) – мало того, что это бред, так еще и непонятно, при чем здесь растения.
Недоочищенная примесь к триптофану, полученному с помощью трансгенной бактерии, оказалась опасной для носителей редкой мутации (единственный пример, когда опасным оказалось лекарство, полученное с помощью генной инженерии, а не химическим синтезом и не из растительного сырья) – за неимением лучшего и эта история двадцать лет используется как доказательство вреда трансгенных растений. Хотя триптофан (и множество других пищевых и лекарственных веществ) во всем мире продолжают получать методом микробиологического синтеза – с учетом ошибок. Сам метод эта печальная история не дискредитировала.
И почти обязательно в страшилках о ГМО пересказываются
пробравшиеся в научные журналы глупости – об отравленных лектином крысах, о бабочках, которых насильно кормили нектаром с лошадиными дозами пыльцы с Bt-токсина, о невинных божьих коровках, объевшихся тлями, которых поселили на трансгенных растениях...
Первая статья раскритикована несчетное число раз, в том числе в том же «Ланцете», который её напечатал и вскоре отозвал, а ее автор был уволен за слабоумие, несовместимое с занимаемой должностью. О бабочках и коровках зеленые и ученые доспорились аж до суда: «Гринпис» и еще несколько «зеленых» организаций пытались доказать, что американское Агентство по Охране Окружающей Среды (ЕРА) ничего не понимает в охране природы, разрешая применение Bt-растений.
Пояснение:
Самый распространенный метод получения ГМ растений, устойчивых к насекомым-вредителям, − введение в их геном гена Bt (по названию его продуцента, почвенной бактерии Bacillus thuringiensis). Он отвечает за продукцию белка, токсичного для насекомых. Им поливают растения в т.ч. и на экофермах и продают в экомагазинах, но это экозащитников не волнует.
Суд – не лучшее место для решения научных споров, но и сторонники, и противники ГМО давно признали, что их спор перестал быть научным. На самом деле научным он никогда и не был. Об опасности ГМО спорят ученые с одной стороны и шарлатаны, в том числе с научными степенями, – с другой. Пример – цитата из типичной статьи о смертельных опасностях ГМО:
«Cторонники ГМО утверждают, что ГМ-вставки полностью разрушаются в желудочно-кишечном тракте человека... Однако в книге под редакцией известного генетика Л.И.Корочкина профессором Института молекулярной генетики РАН В.А.Гвоздевым написано: "…поедание организмов друг другом может лежать в основе горизонтального переноса, поскольку показано, что ДНК переваривается не до конца и отдельные молекулы могут попадать из кишечника в клетку и в ядро, а затем интегрироваться в хромосому"».

То, что другие профессора тысячу раз показали, что это бред – неважно. Пишет же академик (!) Фоменко, что Александр Невский и Батый – один и тот же человек, и жил он в XIX веке. Может быть, и это − научная гипотеза, а то и теория? Большинство аргументов против ГМО имеют к науке примерно такое же отношение, но с ними приходится спорить, опровергая нелепости и разъясняя банальности, очевидные на уровне школьного учебника по биологии.
Умные и объективные статьи плохо слышны за воплями безграмотных и бессовестных обличителей. Агрессивные дураки всегда уверены в своей правоте, демагоги не стесняются в средствах, авторы заказух удовлетворяют желания клиента – и все они громко кричат простые и понятные профанам лозунги. А умные и образованные люди поправляют пенсне, говорят тихо, употребляют непонятные слова, и главное – представляют себе сложность проблемы и стесняются сказать просто и понятно:
генетически модифицированные растения безопасны для человека и природы настолько, насколько могут быть безопасными культурные растения.
Любая научная статья, в том числе и о ГМО, строится примерно так: «предполагается, что это так, но в то же время ряд авторов рассуждает совсем по-другому… нельзя не отметить это, но следует признать обоснованность и прямо перпендикулярного мнения» – и так далее, особенно в проблемах экологии, где всё со всем переплетено множеством прямых и обратных связей.
Любой ученый заинтересован в продолжении своей работы – и в результате типичное окончание научной статьи, в которой обсуждаются опасности, связанные с ГМО, выглядит так: «несмотря на то, что отсутствие данного явления, показанное сотней процитированных нами авторов, подтвердилось и в наших опытах, вопрос представляет большой интерес и требует дальнейших исследований» – что означает всего лишь «дайте нам еще один грант», а не «мы в своих результатах не уверены».
Перед этим обычно перечисляется комплекс мер, позволяющих снизить теоретически возможные риски использования трансгенных растений – но пересказы «зеленых» обрываются на постановке проблемы в начале статьи.
Противники ГМО замалчивают то, что большинство опасностей, связанных с их применением, на самом деле вообще не являются опасностями и представляют интерес только для специалистов, в первую очередь – для самих разработчиков трансгенных растений. Ни крестьян, ни потребителей эти проблемы не касаются.
В рассуждениях об умозрительных опасностях ГМО никогда не рассматривается их вероятность (часто – практически нулевая). Величину, учитывающую одновременно размер опасности и ее вероятность, называют риском. Например, переход улицы на зеленый свет намного менее рискован, чем на красный: последствия одинаковы, вплоть до смерти самого пешехода и еще нескольких человек, а вероятность неприятностей сильно различается.
Если бы внедрение каждой новой технологии происходило только после того, как любые связанные с ней риски были навсегда и полностью исключены, мы до сих пор сидели бы в холодных пещерах и ели сырое мясо.
Когда-то в Англии перед локомобилем должен был идти специальный человек с флажком, предупреждая окружающих об опасности. Связанные с самобеглыми колясками риски с тех пор выросли во столько раз, что и сосчитать невозможно – но отказываться от них человечество не собирается. В случае с ГМО все возможные последствия предусмотрены настолько, насколько это вообще возможно, меры по предупреждению и нейтрализации этих последствий применяются и постоянно совершенствуются, а преимущества применения генной инженерии в сельском хозяйстве очевидны и полностью оправдывают небольшую вероятность не слишком опасных последствий.
Любая новая технология – палка о двух концах. Любое
новшество можно критиковать до бесконечности. Особенно если подпускать в критику побольше эмоций и поменьше думать о здравом смысле.
Например, японские исследователи ухитрились вывести рис, устойчивый не к одному, а как минимум к четырнадцати разным гербицидам, заставив его синтезировать цитохром CYP2B6, полученный из хромосом самого ядоустойчивого в мире животного – Гомо сапиенса. Статьи об этом появились под душераздирающими названиями вроде «Ужасы генной модификации: ген человеческой печени добавляют в рис». И какой смысл объяснять агитаторам, что цитохромы – это «…сложные железосодержащие белки... широко распространены в растительных и животных клетках и микроорганизмах…» и далее по статье из энциклопедии? Спасайтесь, люди, вас насильно делают людоедами!
Экология вида Гомо сапиенс

Вы спросите меня: чем велик человек? Что создал вторую природу? Что привел в движение силы, почти космические?.. Нет! Тем, что несмотря на все это уцелел и намерен уцелеть и далее.
Валентин Пильман, лауреат Нобелевской премии

В зеленом шуме вокруг ГМО особенно ярко проявилось доведенное до абсурда представление о том, что природа имеет самостоятельную, не зависящую от человека ценность, что интересы природы важнее интересов человечества. Я инстинктивно люблю природу и поддерживаю любые меры по ее сохранению и восстановлению – но интересы вида Гомо сапиенс для меня важнее интересов любого другого вида и всех видов в целом. А необузданный экологизм может идти вразрез с интересами нынешнего и будущих поколений человечества.
Пример этого – Киотский протокол. В ближайшее время наш вид намерен тратить на выполнение его принципов сотни миллиардов долларов в год. К середине века – триллион долларов ежегодно (2% мирового ВВП) В 2100 году потомки ныне живущих особей нашего вида, если они не отменят эту борьбу с ветряными мельницами, будут тратить 4% своих сил и средств на снижение выбросов углекислого газа в атмосферу (см. статью В.Н.Лысцова "Угрожающее потепление", Наука и жизнь, №2-2005). И все это – ради того, чтобы на считанные проценты замедлить скорость неизбежного глобального потепления? При этом популяция (лат. populus – народ), живущая в ареале США, которая производит выбросов углекислого газа на душу населения больше любой другой страны в мире, заморозила свое участие в этом протоколе. Янки поняли, что их в очередной раз пытаются заставить заплатить за всех, − и им это почему-то не понравилось. Но их расходы на сокращение выбросов вполне сопоставимы с расходами Евросоюза. Зато эта популяция больше всех остальных использует ГМО.
И в этом, и во многих других ареалах, в том числе в тех, где пищевые ресурсы ограничены, особи, относящиеся к виду Гомо сапиенс, протестуют против ГМО, действуя против интересов вида в целом и большинства населяющих эти ареалы популяций.
В отличие от других паразитических видов, Гомо сапиенс паразитирует не на определенном виде или группе видов, а на биосфере в целом. Как и любой другой паразит, он потребляет ресурсы хозяина и отравляет его продуктами своей жизнедеятельности.
Когда Гомо сапиенс доел последних мамонтов, он приручил коров и других домашних животных (и безжалостно уничтожил их свободных родственников) и начал выжигать леса, осушать болота, поливать степи и сеять на освобожденных от дикой природы местах съедобные растения. В результате тело Земли покрылось обширными эрозиями (самая большая из них – пустыня Сахара), а впоследствии – язвами городов и участками некроза на местах добычи руды, пыльными шрамами дорог и другими болезненными проявлениями.
Когда Гомо сапиенс научился эффективнее использовать свою кормовую базу, его численность начала экспоненциально расти, а воздействие на природу дошло до уровня, при котором когда-то вымерли динозавры.
Стеллеровых коров, тасманийских волков, дронтов и других животных покрупнее и посимпатичнее Гомо успел описать. А множество других видов, в подавляющем большинстве маленьких и неброских, но изо всех сил подпирающих лапками и жгутиками равновесие в природе, вымирают в полном составе, не дождавшись даже латинского названия. Это – неизбежная плата за процветание нашего с вами вида.
К счастью, Гомо сапиенс, как и многие другие паразиты, выработал стратегию выживания, при которой жизненные ресурсы хозяина потребляются не полностью. Он призывает плодовитые популяции ограничить рождаемость, а популяции с избыточной кормовой базой – внедрять ресурсо- и энергосберегающие технологии. Он отгородил некоторые участки суши с не слишком загаженной природой под заповедники и национальные парки, а популяцию промышленников заставляет очищать отходы их жизнедеятельности. И вообще Гомо сапиенс решил перейти от бесконтрольного роста потребления ресурсов к устойчивому развитию – и рыбку съесть, и биосферу по возможности сохранить.
Придумал он это не от хорошей жизни. Конец всему, предсказанный Мальтусом, Римским клубом и другими умными людьми, в назначенные сроки все не наступает, но, если продолжать в том же духе, в конце концов наступит. Да и расширяться уже стало некуда.
Мы распахали почти все, что могли, и продолжаем распахивать по 11 миллионов гектар в год, а два миллиона га, распаханных раньше, съедает эрозия. А только из-за болезней сельскохозяйственных растений человечество каждый год теряет 50 триллионов долларов.
Для своего выживания Гомо сапиенс придумал многое, в том числе генную инженерию. С помощью нее мы сможем прокормиться еще некоторое время, пока не снизим свою численность до золотого миллиарда, которому, говорят, хватит ресурсов биосферы – если от нее к тому времени еще что-нибудь останется. И тут-то и началось!
Если верить безграмотным статьям в Средствах Массовой Дезинформации, генная инженерия – это не новый, более совершенный, чем раньше, метод создания новых сортов растений (животных, микроорганизмов), а еще один способ злонамеренного уничтожения и человечества, и биосферы со всем ее биоразнообразием.
С трансгенными микроорганизмами почти никто не борется, хотя из полутора сотен микробных ферментов, используемых в пищевой промышленности, каждый третий – трансгенный. Трансгенные растения как биофабрики лекарств и вакцин тоже критикуются скорее за компанию с применением ГМО в сельском хозяйстве.
Причина очевидна: генетически модифицированные микроорганизмы выгодны производителям лекарств и пищевых продуктов, трансгенные растения (а в скором будущем – и животные) как источники лекарственного сырья тоже не угрожают ничьим доходам, а генетически модифицированные сельскохозяйственные растения угрожают прибылям производителей пестицидов и тех фермеров, которым их правительства приплачивают за то, чтобы они поменьше сеяли.

Продолжение следует.

Многие люди считают, что человек — венец творения, а наша ДНК чиста и совершенна. Многие люди ошибаются. Сложно представить более кривой и несовершенный геном, чем геном человека. Мало того, что мы являемся носителями самых разных вредных мутаций, потенциально ведущих к тяжёлым наследственным заболеваниям, мало того, что генов у нас как у маленького круглого червяка с тремя сотнями нейронов вместо мозга, но, как показывает ряд исследований, 90% нашей ДНК — самый настоящий мусор.

Разумеется, такая точка зрения вызывает подгорание пятой точки и ожесточённые споры, причём недовольны и креационисты, и радикальные эволюционисты. Первым подавай безупречный замысел Божий, а вторым мудрость природы, исправляющей любые дефекты. Мусорная ДНК — одна из редких тем, где на личности переходят даже уважаемые учёные. Давайте разбираться, что именно в нашем наследственном материале нарекают мусором, правда ли он существует и насколько он бесполезен на самом деле.

Призраки на кладбище генома

Напомню, что в основе передачи наследственной информации лежит двухцепочечная молекула ДНК. Она представляет собой полимер из четырёх типов нуклеотидов: аденина (A), тимина (T), цитозина © и гуанина (G) — и уложена в хромосомы. Вспомним уроки биологии: у человека 23 пары хромосом — 22 пары неполовых и одна пара половых, расположенных в ядре, они и составляют основу нашего генома. Если бы мы взяли одну клетку человека, сшили все хромосомы вместе и вытянули в нить, то получили бы молекулу длиной в два метра, состоящую из шести миллиардов пар нуклеотидов. Три миллиарда нам досталось от папы и три миллиарда — от мамы.

Получается, что люди действительно ужасно сложны: наш геном состоит из 3 млрд пар нуклеотидов (то есть в генетическом «тексте» человека в 1000 раз больше символов, чем в «Войне и мире»). Но есть нюанс: у какой-то двоякодышащей рыбки по имени протоптер геном в 44 раза длиннее, чем у нас. Как так? Почему у какой-то рыбы, которая у многих европейцев и американцев живёт дома в аквариуме и крайне неприхотлива в еде, геном длиннее, чем у «венца творения»? Этот вопрос ужасно мучает и биологов и не только. Давайте разберемся, как устроен геном.

В нашем геноме есть — сюрприз — гены. Говоря простыми словами, ген — это узнаваемая последовательность букв-нуклеотидов. Это как очень-очень длинное предложение (обычно в гене тысячи и даже десятки тысяч букв). Представьте, что геном — это большая книга рецептов, а гены — отдельные рецепты блюд. У человека есть очень много — десятки тысяч — разных белков, и они делают кучу полезных вещей внутри нашего организма (мой любимый — алкоголь дегидрогеназа). Белки — это сами блюда, которые готовятся по рецептам из генома. Самые важные участки ДНК — это гены, кодирующие белки. С таких генов считываются молекулы РНК (многочисленные копии отдельных рецептов), которые затем играют роль инструкции для синтеза белков и определяет их аминокислотную последовательность.

Было время, когда учёные полагали, что у столь сложного организма как человек должно быть очень много генов. До того, как был прочитан геном человека, учёные даже устраивали тотализаторы: сколько генов будет обнаружено? Назывались цифры вплоть до сотен тысяч. Выиграли тотализатор трое ученых, один из которых назвал цифру 27462 (дата его рождения). Позже он пояснил логику так: «Дело было в баре, глубокой ночью. Наблюдая за поведением пьющих людей, я подумал, что оно мало отличается от поведения мух-дрозофил, у которых 13500 генов, а потому мне показалось, что удвоенного числа мушиных генов людям вполне достаточно»

Многие биологи удивились, когда оказалось, что количество генов у человека и маленького круглого червя Caenorhabditis elegans примерно одинаковое. У червяка около 20 000 генов, а у нас — 20–25 тысяч, что для «венца творения» факт довольно сомнительный. Особенно если учесть, что полно организмов как с бóльшим по размеру геномом (как я уже упомянул, у рыбы протоптера геном в 44 раза больше, чем у нас с вами), так и с бóльшим количеством генов (у риса Oryza sativa 32 000 — 50 000 генов).

Но на самом деле у человека менее 2% генома кодируют какие-либо белки. Для чего же нужны остальные 98%? Может, в них скрывается секрет нашей уникальности? Или сложности? Оказалось, всё намного банальнее: существуют важные некодирующие участки ДНК. Например, это участки промоторов, на которые садится фермент РНК-полимераза и откуда начинается синтез молекулы РНК. Это участки связывания транскрипционных факторов — белков, регулирующих работу генов. Это теломеры, защищающие концы хромосом, и центромеры, необходимые для правильного расхождения хромосом по разным полюсам клеток при делении. Известны некоторые регуляторные молекулы РНК, а также молекулы РНК, входящие в состав важных ферментативных комплексов, например, рибосомальные РНК. Есть и другие примеры важных некодирующих участков ДНК.

Но, увы, оказалось, что большая часть нашего генома напоминает пустыню: повторяющиеся последовательности, останки «мёртвых» вирусов, которые когда-то давно встраивались в геномы наших предков, так называемые «эгоистичные мобильные элементы» — последовательности ДНК, способные перескакивать из одного участка генома в другой, различные псевдогены — нуклеотидные последовательности, утратившие способность кодировать белки в результате мутаций, но всё ещё сохранившие некоторые признаки генов. Это далеко не полный список «призраков», обитающих на «кладбище генома».

Столько мусорной ДНК в нашем геноме?

Есть точка зрения, согласно которой большая часть генома человека не функциональна. В 2004 году на страницах журнала Nature появилась статья, описывающая мышей, из генома которых вырезали значительные фрагменты некодирующей ДНК размером в 1,5 миллиона и 0,8 миллионов нуклеотидов. Авторы публикации показали, что эти мыши не отличаются от обычных строением тела, развитием, продолжительностью жизни или способностью оставлять потомство. Разумеется, какие-то отличия могли остаться незамеченными в лаборатории, но в целом это был серьёзный аргумент в пользу существования «мусорной ДНК», от которой можно избавиться без особых последствий. Конечно, было бы интересно вырезать не пару миллионов нуклеотидов, а миллиард, оставив только предсказанные последовательности генов и известные функциональные элементы. Удастся ли вывести подобную «минимальную мышь»? И сможет ли она нормально существовать? Может ли человека обойтись геномом «длиной лишь в половину метра»? Возможно, когда-нибудь мы об этом узнаем.

Тем временем ещё одним важным аргументом в пользу существования мусорной ДНК является наличие достаточно близких организмов с очень разными размерами геномов. Геном рыбы фугу примерно в 8 раз меньше, чем геном человека — хотя генов в нём примерно столько же — и в 330 раз меньше, чем геном рыбы протоптера. Если бы каждый нуклеотид в геноме был функционален, то был бы уместен и такой вопрос: зачем луку геном в пять раз больший, чем нам с вами?

Однажды на колоссальные различия в размерах геномов сходных организмов обратил внимание эволюционный биолог Сусуму Оно. Считается, что именно Оно ввёл термин «мусорная ДНК». Оказывается, что ещё в 1972 году, задолго до того, как был прочитан геном человека, Оно имел правдоподобные представления как о количестве генов в геноме человека, так и о количестве «мусора» в нём. В своей статье «Столько мусорной ДНК в нашем геноме» он отмечает, что в геноме человека должно быть около 30 000 генов. Это было число, близкое к правде, как мы узнали десятки лет спустя, но на тот момент совсем не очевидное. Кроме того, Оно приводит оценку функциональной доли генома (6%), объявляя более 90% генома человека мусором.

Свои выводы Оно обосновывал исходя из оценки числа мутаций, случающихся в геноме человека в каждом поколении. Если бы весь геном был функционален, то в каждом поколении случалось бы слишком большое число вредных мутаций, с которыми естественный отбор просто не справился бы. Если у вас даже десять детей и на каждого в среднем по 50 вредных мутаций, скорее всего не один не окажется здоровым. Эволюция будет проблематична.

«Даже университетский комитет не смог бы выполнить что-то настолько плохо»

Вызов представлению о существовании мусорной ДНК бросил проект ENCODE (Энциклопедия элементов ДНК). Получив многочисленные экспериментальные данные о том, какие части генома человека взаимодействуют с различными белками, участвуют в транскрипции или других биохимических процессах, авторы пришли к выводу, что более 80% генома человека так или иначе функциональны. Разумеется, данный тезис вызвал бурное обсуждение в научном сообществе.

Одна из наиболее ироничных статей, критикующая данный вывод консорциума ENCODE, называется «О бессмертии телевизоров: „функция“ в геноме человека по лишённому эволюции Евангелию от ENCODE». Статья начинается с эпиграфа эволюционного биолога Дэвида Пенни:

«Я был бы весьма горд служить в комитете, который разработал геном кишечной палочки. Однако я бы никогда не признался, что служил в комитете, который спроектировал геном человека. Даже университетский комитет не смог бы выполнить что-то настолько плохо».

Авторы статьи отмечают, что отдельные члены консорциума ENCODE расходятся в том, какая часть генома функциональна. Так, один из них впоследствии уточнил, что речь идет не о 80% функциональных последовательностей в геноме, а о 40%, а другой и вовсе снизил показатель до 20%, но при этом продолжал настаивать, что термин «мусорная ДНК» нужно «устранить из лексикона». Так появилась шутка о том, что была изобретена новая арифметика, согласно которой 20% больше, чем 80%.

По мнению авторов статьи, члены консорциума ENCODE довольно вольно интерпретируют термин «функция». Например, существуют белки, которые называют гистонами. Они могут связывать молекулу ДНК и помогают ей компактно укладываться. Гистоны могут подвергаться определённым химическим модификациям. Согласно ENCODE, предположительной функцией одной из таких модификаций гистонов является «предпочтение находиться в 5′-конце генов» (5′-конец — это конец гена, от которого движутся ферменты ДНК- и РНК-полимеразы при копировании ДНК или при транскрипции). «Это примерно как сказать, что функция Белого Дома — занимать площадь земли по адресу 1600, Пенсильвания Авеню, Вашингтон, Округ Колумбия», — отмечают учёные.

Возникает проблема и с приписыванием функции участкам ДНК. Предположим, что некоторый участок ДНК связывает важный белок, и поэтому ENCODE приписывает этому участку «функцию». Известно, что некоторый белок (транскрипционный фактор) связывается со следующей последовательностью нуклеотидов: TATAAA. Рассмотрим две идентичные последовательности TATAAA в разных частях генома. После того как транскрипционный фактор связывается с первой последовательностью, начинается синтез молекулы РНК, служащей матрицей для синтеза некоторого важного белка. Мутации в этой последовательности приведут к тому, что РНК будет считываться плохо, белок не будет синтезирован, и это, скорее всего, негативно скажется на выживании организма. Поэтому такая последовательность TATAAA будет поддерживаться в геноме с помощью естественного отбора, и в этом случае уместно говорить о наличии у неё функции.

Вторая последовательность TATAAA возникла в геноме по случайным причинам. Поскольку она идентична первой, с ней тоже связывается транскрипционный фактор. Но никакого гена рядом нет, поэтому связывание ни к чему не приводит. Если в этом участке возникнет мутация, ничего не изменится, организм не пострадает. В данном случае говорить о функции TATAAA-участка нет смысла. Впрочем, может оказаться, что наличие в геноме большого количества последовательностей TATAAA вдали от генов нужно просто для того, чтобы связывать транскрипционный фактор и уменьшать его эффективную концентрацию. В таком случае под отбором будет находиться число таких последовательностей в геноме.

Чтобы доказать, что некоторый участок ДНК функционален, недостаточно показать, что в этом участке происходит некий биологический процесс (например, связывание ДНК). Члены консорциума ENCODE пишут, что функцией обладают участки ДНК, которые вовлечены в транскрипцию. «Но почему нужно акцентировать внимание на том, что 74,7% генома транскрибируется, в то время как можно сказать, что 100% генома принимает участие в воспроизводимом биохимическом процессе — репликации!», — снова шутят над учёными их коллеги по цеху.

Хорошим критерием функциональности участка ДНК является то, что мутации в нём достаточно вредны и значительные изменения этого участка не наблюдаются из поколения в поколение. Как определить такие участки? Здесь на помощь приходит биоинформатика. Мы можем взять геном человека и мыши и найти все участки ДНК, похожие между ними. Окажется, что у этих двух видов какие-то участки последовательностей нуклеотидов очень похожи. Например, гены, необходимые для синтеза рибосомальных белков, довольно консервативны, то есть мутации в них достаточно вредны, чтобы носители новых мутаций вымирали, не оставляя потомства. Про такие гены говорят, что они находятся под отрицательным отбором, очищающим от вредных мутаций. Другие участки геномов будут иметь значительные расхождения между видами, что указывает на то, что мутации в этих участках, скорее всего, безвредны, а значит, их функциональная роль как минимум не велика или не определяется конкретной последовательностью нуклеотидов.

Это напоминает историю про математика Абрахама Вальда и самолёты. Во время Второй мировой войны Вальду поручили анализировать статистику отверстий от пуль в вернувшихся с заданий самолётах с целью оптимизации брони. Наивная логика генералов была такая: надо укреплять места, где больше дыр. Но Вальд пояснял, что, наоборот, укреплять надо места, где дырок не видно. Ведь мы наблюдаем смещённую выборку самолётов. Самолёты с дырками в других местах просто не вернулись. Та же логика применима к мутациями (дыркам от пуль) и геномам (самолётам).

В ряде работ оценили долю участков ДНК человека, находящихся под давлением отрицательного отбора. Оказалось, что только около 6,5–10% генома человека находятся под этим эффектом, причём некодирующие участки, в отличие от кодирующих, в значительно меньшей степени подвержены отрицательному отбору. Получается, что с точки зрения эволюционных критериев менее 10% генома человека функциональна. Обратите внимание, как близок был Оно в 1972 году!

Время от времени появляются сенсации, что ученые расшифровали функцию каких-то участков ДНК, раньше считавшихся мусором. Но чаще всего здесь имеются ввиду не функции мусора, а функции некодирующих ДНК. Как было сказано выше, примерно 1% генома человека кодирует белки. Выходит, что где-то 5,5% — 9% генома и мусором не являются и белки не кодируют. Функции такой важной, но некодирующей ДНК, действительно, до сих пор изучаются (местами остается загадкой), но не надо путать некодирующую ДНК и мусорную.

О преимуществах большого генома

Означает ли это, что остальные 90% генома человека — совсем уж мусор, от которого лучше избавиться? Не совсем так. И вообще есть идея, что правильней использовать термин барахло, а не мусор. Мусор — это что-то вредное, а барахло, это, например, старый слегка ржавый велосипед, который лежит в гараже, никем не используется, но и никому не мешает. Кроме того есть соображения, что большой размер генома может быть полезен сам по себе. Например, вирусы и различные эгоистичные самокопирующиеся элементы ДНК могут встраиваться в разные участки на хромосомах человека. Если такое встраивание произойдет в важном гене будет беда, а если в «барахляной» ДНК, то ничего страшного.

У бактерий репликация генома является серьезным лимитирующим фактором, препятствующим эффективному размножению. Поэтому их геномы, как правило, маленькие, а от всего лишнего они избавляются. У крупных организмов, как правило, репликация ДНК делящихся клеток вносит не столь большой вклад в общее количество энергетических затрат организма на фоне затрат на работу мозга, мышц, органов выделения, поддержания температуры тела и так далее. В то же время большой геном может являться важным источником генетического разнообразия, увеличивая шансы на появление новых функциональных участков из нефункциональных за счет мутаций в них в процессе эволюции. Мобильные элементы могут переносить регуляторные элементы, создавая генетическое разнообразие в регуляции работы генов. Таким образом, организмы с крупными геномами теоретически могут быстрее адаптироваться к условиям среды, расплачиваясь сравнительно небольшими дополнительными затратами на репликацию более крупного генома. Подобный эффект мы не обнаружим на отдельном организме, но он может играть важную роль на уровне популяции.

Стоит дать адекватную оценку работы консорциума ENCODE. Да, идея, что 80% или даже 20% генома человека функциональна — спорна, но это вовсе не значит, что критике подлежит весь проект ENCODE. В рамках ENCODE было получено огромное количество данных о том, как разные белки связываются с ДНК, информации о регуляции генов и так далее. Но едва ли в ближайшее время удастся избавиться от «мусора» в геноме — как от концепции, так и от самих ненужных последовательностей.

Список литературы ↗