Последние результаты как никогда показывают, что люди являются продуктом генетических процессов. Но также и то, что эти процессы обладают множеством степеней свободы. Они образуют открытую систему, в которой далеко не все предопределено.
После первого кодирования генома об этом подозревали всего несколько человек. Эксперты полагали, что они поняли, как выглядит и функционирует ген, каким функциональным принципам следует человеческий или микробный геном. «Оглядываясь назад, наши предположения о том, как работает геном, были настолько наивными, что это почти смущало», - говорит Крейг Вентер, который участвовал в проекте вместе со своей компанией Celera. Ожидался сборник сложных, но понятных рецептов жизненных процессов.
Теперь становится ясно: книга жизни полна загадочной прозы.
Это был только первый апогей потрясений, когда несколько месяцев назад рухнуло убеждение в генетической однородности и, следовательно, идентичности человечества. До этого предполагалось, что генетический материал любых двух людей отличается примерно на одну промилле всех строительных блоков ДНК. Но различия в генетическом составе людей на самом деле настолько велики, что теперь наука подтверждает то, что на народном языке давно известно: «Все люди разные. Совершенно разные!
Сам Крейг Вентер внес большой вклад в это понимание. Харизматичный генетический гуру из Роквилла в американском штате Мэриленд расшифровал свой собственный генетический код. Почти одновременно эксперты из 454 Life Sciences Company расшифровали геном лауреата Нобелевской премии Джеймса Уотсона, открывшего двойную спираль ДНК и ближайшего врага Вентера. Он не хотел надеяться, поддразнил Вентер, что между ним и Ватсоном будет обнаружено слишком много общего.
После того, как знаменитости расшифровали последовательность исследовательских див, ученые из Шэньчжэня объявили, что они полностью расшифровали анонимного ханьского китайца. Несколько дней назад генетик Герт-Ян ван Оммен из Лейденского университета сообщил о первой расшифровке женщины. Это был клинический генетик Марджолейн Крик, член команды ван Оммена. Подробный анализ генетических данных показывает, что геном человека столь же разнообразен, как тело и психика.
Используя геном Вентера, впервые удалось каталогизировать различия. Геном соматических клеток человека состоит из половины хромосомного набора, унаследованного от отца, и половины от матери. Исследователи ожидали, что приданое родителей будет отличаться; давно известно, что в геноме происходят многочисленные обмены отдельными буквами (так называемые SNP - однонуклеотидные полиморфизмы).
Однако они были удивлены истинной степенью различий: почти в каждом втором гене исследователя они обнаружили различия между копиями материнского и отцовского гена. Во время сравнения эксперты также обнаружили большое количество так называемых инделей: миллионы раз целые секции были заново включены в генетические молекулы (инверсия) или просто исчезли (делеция).
Предыдущее убеждение, что каждый ген обычно существует только дважды в геноме (один раз в отцовском, один раз в материнском наборе хромосом), также неверно. В действительности большая часть генетической информации подвергается процессу дублирования и существует в ядре клетки в виде до 16 копий.
Различные группы исследователей обнаружили такие варианты числа копий (CNV) по крайней мере в 1500 генах человека; вероятно, существует намного больше этих генов Xerox, и у каждого человека свой профиль CNV. Взрывоопасность результатов усугубляется открытием, что паттерны CNV в геноме отнюдь не стабильны, количество копий генов может уменьшаться или увеличиваться, и даже соматические клетки отдельного человека отличаются друг от друга.
Идея о том, что геном представляет собой естественную константу, фиксированный исходный код человека, в настоящее время рушится под тяжестью открытий.Американский генетик Мэтью Хан уже сравнил геном с вращающейся дверью: «Гены приходят постоянно, другие уходят. Особенно это касается функций мозга: CNV являются основной причиной различных форм умственной отсталости, аутизма, шизофрении и других органических заболеваний мозга. Однако во взаимодействии с другими генетическими процессами они, вероятно, также регулируют выражение здоровых психических характеристик. «Это одна из самых интересных и плодотворных новых областей генетики человека», - говорит американский генетик Дэвид Хаусслер из Калифорнийского университета в Санта-Круз.
Полногеномный поиск таких вариаций генов уже дал поразительные результаты. Исследователь предсказывает, что медицина будущего будет характеризоваться результатами сверхбыстрого секвенирования генома и огромной вычислительной мощностью: «Мы должны следить за сотнями, может быть, тысячами генов одновременно, чтобы понимать болезни.
Однояйцевые близнецы развиваются генетически отдельно, даже будучи эмбрионами.Проект «1000 геномов» был запущен, чтобы определить истинный объем строительных работ в генофонде. В течение трех лет консорциум центров секвенирования в Соединенных Штатах, Соединенном Королевстве и Китае секвенирует геномы 1000 человек со всего мира, регистрируя отклонения генетических данных от различных популяций по всему миру.
Взаимодействие в человеческом геноме не только может объяснить индивидуальные особенности человека, но и создает генетический набор, из которого эволюция продолжает формировать людей. Это делает понятным еще одно тревожное открытие: вид Homo sapiens, по-видимому, переживает турбоэволюцию. Сотни участков генома изменились намного быстрее, чем у других приматов. Новое исследование даже пришло к выводу, что цивилизация должна была ускорить человеческую эволюцию в 100 раз с начала эпохи неолита.
Научный журнал назвал открытие этих генетических вариаций прорывом 2007 года. Не более чем годом ранее, размышлял журнал, перспектива скорого выявления факторов, отмечающих эволюционный путь к Homo sapiens, посредством точного сравнения геномов человека и шимпанзе прославились. Но даже до того, как будет дан ответ на вопрос о том, что в нашей ДНК делает нас людьми, следующий вопрос уже в комнате: «Что в моей ДНК делает меня самим собой?
Одно из первых открытий новой генетики также делает этот вопрос почти устаревшим. Все указывает на поразительный ответ: меня много. По крайней мере, физически человек больше не появляется как личность, а как ассоциация эгоистичных колоний клеток. Примерно в десяти процентах всего генетического материала - а, возможно, и в гораздо большем - активен либо материнский, либо отцовский вариант. Этот паттерн, называемый «аутосомно-моноаллельным выражением» на техническом жаргоне, уже установлен у эмбриона. И там каждая клетка принимает свое решение.
«Мы считаем, что это происходит, когда эмбрион имплантируется сам», - говорит генетик Эндрю Чесс из Гарвардского университета. В результате взрослый организм напоминает лоскутное одеяло из групп клеток, генетические сети которых связаны по-разному.
Независимо от того, исходит ли отдельная генетическая информация в этих генных каскадах от отца или матери, в противоположность предыдущим оценкам, есть серьезные последствия. Их информационное содержание может иметь тонкие различия, но они имеют глубокие последствия в очень сложных сетях, контролирующих человеческие черты.
Еще одно интересное открытие было сделано в Гарвардской лаборатории Эндрю Чесса: моноаллельная экспрессия особенно характерна для генов, которые претерпели ускоренную эволюцию в ходе человеческого развития, и генов, выполняющих важные функции в центральной нервной системе. Что это означает для функционирования мозга и построения психики, в настоящее время даже невозможно оценить.
С тех пор было принято убеждение, что, по крайней мере, здоровый организм представляет собой гармоничную систему, которая работает в гармонии с самим собой.Напротив, результаты исследования рисуют картину хрупкой головоломки, состоящей из биологически разрозненных единиц. Таким образом, здоровье будет нестабильным состоянием, в котором эгоизм кусочков мозаики сдерживается. В любом случае на карту поставлена даже биологическая идентичность человека. То, что для многих звучит пугающе, является вдохновляющей идеей американского генетика Стивена Хеникоффа: «Мне нравится идея, что мы мозаика."
По сути, это также угрожает работе тех ученых, которые хотят измерить влияние окружающей среды на человеческое развитие. На протяжении десятилетий они пытались отличить влияние окружающей среды от диктата генов при сравнении монозиготных и дизиготных близнецов. Они использовали различия между парами однояйцевых близнецов как меру влияния окружающей среды на характеристики человека - в конце концов, эти близнецы имеют полностью идентичные гены. Следовательно, все различия должны определяться культурно, а не биологически.
Однако, как теперь выясняется, об этом не может быть и речи: это факт, что однояйцевые близнецы генетически не идентичны, говорит Чесс, «это действительно захватывающий результат». Не только в паттерне исключительно материнской или отцовской активности их генов, но и в паттерне CNV есть явные различия. «Мы всегда задавались вопросом, почему существуют различия между однояйцевыми близнецами, например, в их предрасположенности к сложным заболеваниям, - говорит Чесс. - Наше открытие - одно из объяснений».
Социальные и материальные внешние факторы также могут формировать человека в обход биологии, изменяя его или ее генные функции. Через так называемые эпигенетические процессы, стресс или пытки, недостаток питания или отказ от любви, очевидно, могут оказывать влияние прямо на ядро клетки.Принимая во внимание поток этих все еще в значительной степени загадочных открытий, исследователей-генетиков ждет судьба, аналогичная судьбе космологов, которые исследовали загадочную «темную материю» во Вселенной в течение нескольких лет. Биологи теперь также ломают голову над темной материей генома.
Наш геном не определяет, какой человек из него развивается.Они могут найти темную тайну в той части генетического материала, которую они до сих пор отбрасывали как мусор, как «мусорную ДНК». Для них важны были только те несколько процентов генома, которые, как гены по общепринятому определению, содержат необходимую информацию для построения белков в клетках. Остальное считалось эволюционным мусором. В лучшем случае эту часть генома можно представить как стабилизирующий элемент, как своего рода связующее звено между действительно важной генетической информацией.
Однако теперь стало ясно, что это, прежде всего, темная материя ДНК в хромосомах, в которой происходят многие из недавно открытых процессов. По всей видимости, в «мусоре» полно неизвестных генов, заполненных контрольными модулями. В частности, так называемые микроРНК, класс генетической информации, неизвестный до недавнего времени, регулируют множество процессов развития и болезней.
Вывод из всех этих новых открытий может быть только один. Хотя характеристики человека уходят корнями в его геном, в открытой системе эмбрионального генома никоим образом не определяется, какой человек однажды вырастет из него. Даже если эмбриону, который был точно продублирован до последней молекулы, можно было позволить расти в утробе матери при идентичных обстоятельствах, «еще один человек все равно появился бы», - уверяет берлинский генетик Николаус Раевски. И это даже без влияния образования и культуры.
Ввиду сложности и неопределенности генетических процессов многие представления об оптимизированном дизайне человека, а также многие предупреждения об опасностях генетических исследований теперь разоблачаются как сильно упрощенный вульгарный биологизм.
Работа с геномом оказалась намного сложнее, чем ожидалось. И фантазия о том, что клонирование может быть использовано для воскрешения одаренных художников, блестящих исследователей или просто любимого человека в идентичной форме, вероятно, навсегда останется принятием желаемого за действительное.
Переведено с ресурса
https://telegra.ph/