Познакомьтесь с историей генетической революции, рассказанной Джеймсом Д. Уотсоном, лауреатом Нобелевской премии. Гениальный ученый отправляет нас в величайшее научное путешествие, охватывающее все вехи генетической революции, — от открытия двойной спирали до открытий последнего десятилетия.Открытие человечеством двойной спирали ДНК по значимости можно сравнить только со свершениями эпохи Просвещения. Естественный отбор все еще действует, но генная терапия уже стала реальностью. Что ждет нас дальше?
Практически не осталось областей науки и деятельности, которые в той или иной степени не были бы связаны с генетикой: редактирование генов, эпигенетика, агрохимия, геномика и исследования рака — только вершина айсберга.
Глава 11
Человеку свойственно интересоваться собственными предками: кто они и откуда пришли. США — это нация, сформировавшаяся из многих поколений иммигрантов, поэтому у американцев такая информационная тяга особенно сильна. В последние годы генеалогический ажиотаж подогревается в интернете, который также позволяет условно оценивать популярность того или иного феномена. Так, Google выдает по поисковому запросу «генеалогия» более миллиона соответствий. ДНК позволяет сравнивать генетические фингерпринты индивидов и тем самым позволяет проводить прицельные генеалогические расследования; так, один из подобных проектов позволил Джиллу и Иванову уточнить, была ли Анна Андерсон родственницей Романовых (нет, не была). Но генеалогию можно выяснять и в более широком контексте, находить связи, сравнивая ДНК-фингерпринт индивида и целых популяций.
Брайан Сайкс из Оксфорда погрузился в собственную историю, проанализировав свою ДНК. Зная, что и фамилия, и Y-хромосома передаются по мужской линии, он предположил, что у всех мужчин-однофамильцев также должна быть одна и та же Y-хромосома — та, что принадлежала самому первому мужчине, носившему эту фамилию. Разумеется, такая связь между Y-хромосомой и фамилией разрывается, если имя дается произвольно, если мужчина по какой-либо причине меняет фамилию, а также (что бывает со многими мальчиками) если мальчик берет фамилию не биологического отца, а другого человека. Например, если мать тайно забеременела от молочника, то ее сын, с большой долей вероятности, будет носить ту же фамилию, что и ее муж.
Профессор Сайкс связался с 269 своими однофамильцами и смог добыть сорок восемь образцов для анализа. Оказалось, что 50 % их Y-хромосом действительно идентичны его «сайксовской» хромосоме, в остальных нашлись признаки адюльтера со стороны одной или более миссис Сайкс. Поскольку происхождение этой фамилии задокументировано и ее историю можно проследить как минимум на семь веков, есть возможность вычислить «коэффициент неверности» на каждое поколение. В среднем получается совершенно благопристойный 1 % на поколение — это означает, что 99 % сайксовских жен в каждом поколении успешно противостояли соблазну прелюбодеяния.
Когда Сайкс основал собственную компанию Oxford Ancestors, оказывающую услуги по генетической дактилоскопии, среди его клиентов оказалось Генеалогическое общество Джона Клофа, члены которого прослеживают свою генеалогию вплоть до британца с такой фамилией, иммигрировавшего в Массачусетс в 1635 году. Общество даже выяснило, что его предок по имени Ричард (из валлийской линии) был произведен в рыцари за свои подвиги в Святой Земле, совершенные во время крестового похода. Однако им не хватало исторических доказательств, которые позволили бы связать их семьи с однофамильцами по ту сторону Атлантики. Компания Сайкса проанализировала Y-хромосому массачусетских Клофов, а также генеалогию от прямого предка по мужской линии сэра Ричарда. Две линии действительно оказались идентичны — факт в пользу массачусетской ветви. Тем не менее не у всех американских Клофов нашелся повод для радости. Выяснилось, что члены общества из Алабамы и Северной Каролины не родственники не только сэру Ричарду, но и массачусетским Клофам.
Сегодня сайты современных компаний, занимающихся персонализированной генетической генеалогией, таких как 23andMe и Ancestry.com, изобилуют примечательными историями о том, как люди находят своих давно потерянных родственников — братьев и сестер, родителей, кузенов и детей. Ancestry.com предлагает услугу, позволяющую восстановить родословную клиента вплоть до 1700-х годов просто по образцу ДНК.
В типичном американском дневном ток-шоу с такими ведущими, как Мори Пович или Джерри Спрингер, часто выступают нервозного вида молодые женщины и мужчины. Ведущий открывает конверт, многозначительно смотрит на пару, а потом зачитывает карточку. Женщина закрывает лицо руками и начинает истерически рыдать, а мужчина просто подпрыгивает от восторга и триумфально вскидывает кулаки. Либо женщина начинает прыгать, победоносно указывая на мужчину, а тот сидит, ссутулившись, в своем кресле. В обоих случаях вашему вниманию предлагается еще более экзотический вариант применения генетической дактилоскопии — исключительно развлекательное.
Да, возможно, все дневные шоу постановочные, но анализ отцовства — серьезное дело с давними традициями. Со времен зарождения человечества жизнь каждого, его социальное, психологическое и юридическое бытие во многом зависели от того, кто его отец. Поэтому, естественно, под анализ отцовства стали подводить научную основу с тех самых пор, как начали развиваться генетические методы идентификации личности. До появления молекулярной генетики наиболее авторитетным маркером отцовства с научной точки зрения была кровь. Принципы наследования были хорошо изучены и вполне понятны, но с учетом того, что групп крови всего раз, два и обчелся, разрешающая способность такого метода была невелика. На практике анализ крови более или менее успешно выявлял случаи ложного обвинения в отцовстве, но не позволял узнать, кто же настоящий отец. Если наши с вами группы крови несовместимы, то я точно не ваш отец, а если совместимы — то это еще не доказывает, что я ваш отец; то же касается всех остальных мужчин, у которых, как и у меня, первая группа крови. При использовании других маркеров наряду с известной классификацией по группам крови (ABO) разрешающая способность подобного метода повышается, но по статистическим меркам он все равно не может тягаться со STR-типированием; генетическая дактилоскопия по методу STR достаточно легко позволяет дать положительный анализ отцовства.
Технология генотипирования развивается так быстро, что компании, в которых можно заказать анализ отцовства по почте, буквально процветают. На улицах некоторых городов встречаются гигантские билборды с рекламой местной службы таких анализов с совершенно беззастенчивым слоганом: «А папа кто?». Вы платите, и такая компания присылает вам набор для анализа ДНК, в котором есть тампон для взятия клеточного образца изо рта. По почте отправляете клеточный материал в лабораторию, и там из него извлекают ДНК. Фингерпринт ребенка сравнивается с материнским; любые STR-повторы, имеющиеся у ребенка и отсутствующие у матери, определенно получены от отца, кем бы он ни был. Если в фингерпринте предполагаемого отца ни одного из этих повторов нет, то он не отец. Если присутствуют все, то число повторов позволяет количественно выразить вероятность совпадения по так называемому индексу отцовства (PI). Таким образом оценивается, с какой вероятностью в этих STR-повторах могут быть и те, что получены не от отца, причем показатель варьируется в зависимости от того, насколько данный STR распространен в популяции. PI всех коротких тандемных повторов перемножаются и дают общий индекс отцовства.
Разумеется, большинство анализов отцовства выполняется в условиях максимальной конфиденциальности (если конечно вы не участник ток-шоу), но один из недавних анализов попал во все заголовки, учитывая, какой огромный исторический интерес представляет личность предполагаемого отца. Давно существовали подозрения, что Томас Джефферсон, третий президент Соединенных Штатов и основной автор Декларации Независимости, был не только одним из отцов-основателей; еще он якобы имел одного или более детей от своей рабыни Салли Хемингс. Впервые такое обвинение было выдвинуто в 1802 году, спустя всего двенадцать лет после рождения ее первого сына Тома, который впоследствии взял фамилию одного из своих господ — Вудсона. Кроме того, сильным сходством с Джефферсоном отличался последний сын Хемингс, Эстон. Решить этот вопрос удалось при помощи анализа ДНК.
У Джефферсона не было законных наследников по мужской линии, поэтому выявить маркеры его Y-хромосомы невозможно. Однако исследователи взяли образцы ДНК от мужчин, происходящих от Филда Джефферсона, приходившегося Томасу Джефферсону дядей по отцу (а значит, Y-хромосомы у них с президентом были идентичны), и сравнили их с образцами ДНК мужчин — потомков Тома и Эстона. Анализ показал четкий фингерпринт Джефферсона в Y-хромосоме, но его фингерпринт не нашли у потомков Тома Вудсона. На первый раз репутация Джефферсона устояла. Однако у потомков Эстона Хемингса сигнатура Y-хромосомы была однозначно джефферсоновской. Правда, анализ ДНК не может с бесспорной достоверностью показать, каков источник этой хромосомы. Неизвестно, на самом ли деле отцом Эстона был Томас Джефферсон, либо какие-то другие мужчины из рода Джефферсонов, которые также могли иметь связь с Салли Хемингс. На самом деле определенные подозрения пали на Ишема Джефферсона, племянника президента.
Даже если нация веками тебя почитает, тебе все равно не укрыться от суровой реальности, которую открывает анализ ДНК. Не помогут ни знатность, ни любые деньги. Когда бразильская модель Лусиана Морад заявила, что отцом ее сына является Мик Джаггер, вокалист Rolling Stones этого не признал и потребовал сделать анализ ДНК. Возможно, Джаггер блефовал, надеясь, что угроза криминалистического завершения дела ослабит решимость сеньориты Морад, и она отзовет претензию. Но она этого не сделала. Анализы оказались положительными, и Джаггера юридически обязали участвовать в воспитании сына. Борис Беккер также сдавал анализ на отцовство по поводу девочки, родившейся у русской модели Анжелы Ермаковой. Таблоиды отлично заработали на истории о том, как звездный теннисист посчитал, что его оклеветала русская мафия. Детали схемы, по которой якобы был осуществлен этот заговор, лучше оставить на страницах таблоидов. Достаточно сказать, что анализ ДНК оказался положительным, Беккер признал отцовство и обязался поддерживать свою биологическую дочь.
Глава 12
Идеология любого рода и наука — далеко не лучшие товарищи. Наука действительно может раскрыть неприятные истины, однако принципиально важно, что это именно истины. Любые усилия, как злонамеренные, так и благие — разрушительны, если они направлены на утаивание правды или препятствование ее раскрытию. Слишком часто в нашем свободном обществе ученые, желающие заниматься вопросами с политическим подтекстом, вынуждены платить за это слишком высокую цену. Когда в 1975 году Э. О. Уилсон (E.O. Wilson) из Гарварда опубликовал свой труд «Социобиология: новый синтез», представляющий собой подробный анализ эволюционных факторов, лежащих в основе поведения животных, начиная от муравьев, на изучении которых специализировался ученый, и заканчивая людьми, он подвергся нападкам со стороны профессионального сообщества и средств массовой информации. В 1984 году в ответ на работу Уилсона была опубликована книга, название которой говорило само за себя: «Not in Our Genes» («Не в наших генах»). Э.О. Уилсон подвергся даже физическому нападению, когда протестующие против генетического детерминизма, усмотренного в его работе, облили его водой из кувшина во время публичного собрания. Аналогично, работа Роберта Пломина (Robert Plomin), посвященная влиянию генетики на человеческий интеллект, к которой мы обратимся далее, вызвала такую враждебную реакцию среди американских ученых, что автору пришлось покинуть Пенсильванский университет и уехать в Англию.
Страсти неизбежно закипают, когда наука угрожает разрушить или изменить наши представления о человеческом обществе и о себе — нашу видовую и личностную идентичность. Можно ли представить себе вопрос более радикальный, чем вопрос о том, что определяет меня сильнее: последовательность нуклеотидов А, Т, Г и Ц, унаследованная от моих родителей, или опыт, который я приобрел с тех пор, как сперматозоид моего отца слился с яйцеклеткой моей матери много лет тому назад? Родоначальник евгеники Френсис Гальтон первым сформулировал вопрос о том, что важнее — наследственность или воспитание. Следствия этого вопроса затрагивают в меньшей степени философские и в большей практические сферы. Например, все ли студенты-математики рождаются с равными способностями? Если нет, то, может быть, не стоит тратить время и деньги на преподавание дифференциального исчисления таким людям, как я, которые просто не способны усвоить эту информацию? В обществе, основанном на идеалах эгалитаризма, предположение о том, что люди не рождаются равными, для многих является недопустимым. Дело не только в том, что на карту поставлено очень многое, но и в трудности решения соответствующих проблем. На человека влияют как гены, так и окружающая среда. Как разделить эти два фактора, чтобы определить степень влияния каждого из них? Если бы мы имели дело с лабораторными крысами, мы могли бы провести ряд экспериментов, обеспечив их размножение и выращивание в определенных унифицированных условиях. Но, к счастью, люди — не крысы, поэтому в нашем случае ответ найти гораздо труднее. Сочетание важности вопроса и крайней сложности поиска адекватного ответа подогревает этот многовековой неутихающий спор. Тем не менее свободное общество не должно уклоняться от честной постановки честных вопросов. Предельно важно, чтобы обнаруженные истины использовались только во благо человека.
Из-за отсутствия достоверных данных споры о приоритете наследственности или воспитания были полностью подчинены переменчивым ветрам социальных изменений. В начале двадцатого века, во времена расцвета евгенического движения, ведущей считалась наследственность. Однако когда стали очевидны заблуждения евгеники, вылившиеся в ужасающие опыты нацистов, воспитание начало отвоевывать позиции. В 1924 году Джон Уотсон (John Watson) (мы с ним просто однофамильцы), основатель такого влиятельного направления американской психологии, как бихевиоризм, изложил свою точку зрения на воспитание следующим образом:
Дайте мне дюжину здоровых, нормально развитых младенцев и мой собственный особый мир, в котором я буду их растить, и я… выбрав наугад ребенка, смогу сделать его по собственному усмотрению специалистом любого профиля — врачом, адвокатом, торговцем и даже попрошайкой или вором — вне зависимости от его талантов, наклонностей, профессиональных способностей и расовой принадлежности его предков.
Восприятие ребенка в качестве «табула раса» — чистой доски, на которой с помощью опыта и образования можно начертать любое будущее, хорошо сочеталось с либеральной конъюнктурой, сложившейся в 1960-х годах. Гены (и обусловленный ими детерминизм) не учитывались. Сбросив со счетов наследственность, психиатры заявляли о том, что психические заболевания обусловлены разнообразными стрессами, вызванными факторами окружающей среды. Подобное утверждение сеяло чувство вины и паранойю среди родителей, чьи дети страдали подобными расстройствами. «Что мы сделали не так?» — спрашивали они. Парадигма «табула раса» остается популярной среди политически ангажированных защитников некоторых наиболее несостоятельных взглядов на человеческое развитие. Например, некоторым непоколебимым участницам женского движения предположение о биологически или генетически обусловленных половых различиях и умственных способностях кажется просто немыслимым: мужчины и женщины одинаково способны к решению любой задачи, точка. Тот факт, что мужчины сильнее в одних областях, а женщины — в других, по мнению этих теоретиков, является результатом разнонаправленного социального давления: мужчине уготована одна судьба, а женщине — другая, а начинается все с укутывания девочки в розовое одеялко, а мальчика — в голубое.
Сегодня мы наблюдаем отход от крайности, приписывающей решающее влияние воспитанию. Неслучайно, что этот отход от бихевиоризма совпадает по времени с первыми попытками изучать генетические основы поведения. Как мы узнали из главы 9, долгие годы развитие генетики человека отставало от развития генетики дрозофил и других существ, однако завершение проекта «Геном человека», а также проведенный за многие годы анализ десятков тысяч человеческих геномов, особенно в сфере диагностики и лечения наследственных заболеваний. Тем не менее, определенные усилия молекулярных биологов были направлены на вопросы, не связанные с медициной. Так, Роберт Пломин, применял этот подход для выявления генов, влияющих на коэффициент интеллекта (IQ), работая на ежегодных сборах самых умных школьников со всей страны в штате Айова. Учитывая, что средний показатель IQ среди этих особенно умных деток составлял 160 баллов, именно здесь стоило начинать поиск генов, которые могут отвечать за умственные способности. Роберт Пломин сравнил их ДНК с образцами «обычных» детей со средним IQ, как у нас с вами, и действительно обнаружил слабую связь между генетическим маркером на хромосоме 6 и запредельно высоким IQ. Это позволило предположить, что один или несколько генов на этом участке могут каким-то образом способствовать более высокому коэффициенту интеллекта.
Конечно, любой механизм, определяющий такой сложный признак, скорее всего, связан со множеством генов. Сегодня ученые, занятые поиском генов, связанных со сложными поведенческими характеристиками, располагают гораздо более мощными инструментами. В 2014 году опубликованы результаты обширного полногеномного исследования ассоциаций, в которых приняло участие более 100 000 человек. Выводы были неоднозначными: с одной стороны, данные указывали на три конкретных гена или участка (в хромосомах 6, 8 и 10), связанных с когнитивными способностями. С другой стороны, предполагаемое влияние этих «умных генов» невероятно мало, а вариабельный участок ДНК в хромосоме 6 находится слишком далеко от участка, который указал Роберт Пломин. Как мы видели ранее на примере с шизофренией, для более или менее точного определения сложноизмеримого влияния отдельных генов на интеллект может потребоваться проведение исследования с участием по меньшей мере одного миллиона человек.
Другой способ поиска генов, связанных с интеллектом, предполагает выявление генов, которые функционируют неправильно (или отсутствуют) у людей с умственной отсталостью или другими формами когнитивных нарушений. В последние годы этот подход начал давать результаты. Ханс-Хильгер Роперс (Hans-Hilger Ropers), специалист в области медицинской генетики из Научно-исследовательского института молекулярной генетики Общества им. Макса Планка, всесторонне проанализировал геномы 136 семей из Ирана и других стран, дети в которых рождены от родителей, состоящих в кровном родстве, и выявил более пятидесяти новых генов, связанных с умственной неполноценностью, многие из которых указывают на важные биологические пути, задействованные в процессе нормального развития мозга.
Но даже генетически обусловленная предрасположенность может не проявиться, если вы воспитывались в среде, где акцент делается не на обучении и интеллектуальном развитии, а не на просмотре мультфильмов. Тем не менее открытие и признание любой молекулярной подоплеки умственных способностей это шаг вперед, который смог быть реализован только революционными генетическими открытиями.
До начала работы с маркерами ДНК специалисты по поведенческой генетике в основном занимались изучением близнецов. Близнецы бывают двух видов: разнояйцовые близнецы развиваются из разных яйцеклеток, оплодотворенных разными сперматозоидами, а однояйцевые — из одной оплодотворенной яйцеклетки, которая на раннем этапе развития (обычно на стадии восьми или шестнадцати клеток) разделяется надвое. Разнояйцовые близнецы генетически похожи друг на друга не более, чем обычные братья и сестры, в то время как однояйцевые близнецы являются генетически идентичными. Поэтому однояйцевые близнецы всегда одного пола, а разнояйцовые близнецы могут быть разнополыми. Удивительно, что это фундаментальное различие между двумя типами близнецов было осознано недавно. Фрэнсис Гальтон, который в 1876 году первым предложил использовать близнецов для определения относительного влияния наследственности и воспитания, еще не знал о данном различии (научное обоснование которого было разработано всего двумя годами ранее) и ошибочно предположил, что близнецы разного пола могут развиться из одной оплодотворенной яйцеклетки. Тем не менее из его более поздних публикаций следовало, что он уже учел полученные учеными данные.
Однояйцевые близнецы рождаются по всему миру с частотой примерно четыре раза на тысячу, и это событие не может рассматриваться иначе, как случайное. С другой стороны, появление разнояйцовых близнецов может быть обусловлено наследственностью, а частота случаев их рождения может варьировать в зависимости от популяции: больше всего разнояйцовых близнецов рождается в Нигерии — сорок случаев на тысячу беременностей, тогда как в Японии таких случаев всего три на тысячу беременностей.
Стандартные исследования близнецов обычно строятся на предположении о том, что оба члена однополой пары разнояйцовых или однояйцевых близнецов растут в одинаковых условиях (то есть получают аналогичное «воспитание»). Предположим, нас интересует легко определяемая характеристика, например рост. Если бы разнояйцовые близнецы РБ1 и РБ2 получали одинаковое количество еды, заботы и т.д., то любую разницу в росте можно было бы объяснить некоторым совокупным влиянием генетических различий и незначительных различий в образе жизни (например, РБ1 в отличие от РБ2 всегда допивает молоко). Однако если ту же логику применить к однояйцевым близнецам ОБ1 и ОБ2, то их генетическая идентичность позволит исключить генетическую вариацию как фактор, то есть любые различия в росте можно будет объяснить небольшими различиями в окружающей среде. При прочих равных условиях среди однояйцевых близнецов будут меньшие различия в росте, чем среди разнояйцовых, и степень соблюдения этой закономерности даст представление о влиянии генетических факторов на рост. Аналогично, более близкое сходство однояйцевых близнецов по коэффициенту IQ по сравнению с разнояйцовыми близнецами отражает влияние генетической изменчивости на коэффициент интеллекта.
Такой анализ аналогично работает при изучении наследования генетически детерминированных заболеваний. Близнецы называются конкордатными, если у обоих выявлена болезнь. Более высокая конкордантность в парах однояйцевых близнецов по сравнению с парами разнояйцовых должна свидетельствовать о том, что болезнь в значительной степени обусловлена генетически: например, конкордантность разнояйцовых близнецов по диабету 2-го типа составляет 25 % (если болен один из близнецов, то в одном случае из четырех болен и другой), тогда как конкордантность однояйцевых близнецов по данному заболеванию составляет 95 % (если болен один из близнецов, то в 19 случаях из 20 болен и второй). Отсюда делаем вывод: диабет 2-го типа во многом обусловлен генетической предрасположенностью. Тем не менее даже в этом случае среда играет большую роль; в противном случае у однояйцевых близнецов наблюдалась бы 100 % конкордантность.
» Более подробно с книгой можно ознакомиться на сайте издательства
» Оглавление
» Отрывок
Для Хаброжителей скидка 20% по купону — ДНК
