1. ДНК (DNA) — двойная правозакрученная спираль. Один виток составляют около 10 пар нуклеотидов («букв» генетического алфавита). У человека таких пар около 3 млрд, и они образуют приблизительно 20 000 генов
2. Цепочка ДНК состоит из последовательности всего четырех нуклеотидов: аденина (А), тимина (Т), гуанина (Г) и цитозина (Ц). Нуклеотиды образуют пары, которые в норме соединены в строгом порядке: А с Т, Г с Ц
3. Последовательность из трех нуклеотидов кодирует одну аминокислоту (всего их 20). Триплет Ц-А-Т кодирует аминокислоту гистидин
4. Ген — это не просто участок ДНК, а единица наследственной информации, носителем которой являются нуклеотиды
5. Последовательности аминокислот кодируют синтез белков, являющихся неотъемлемой составляющей организма и отвечающих за его признаки и функции
На прочтение генома человека ученым потребовалось 13 лет и 3 миллиарда долларов. Современные же технологии позволяют любому, кто в состоянии выложить 50 000 долларов, узнать все или почти все о своем геноме. Но методики с каждым годом становятся совершеннее и дешевле, а вслед за умением читать придет умение до конца понимать наследственную информацию, заложенную в ДНК. Так что в скором будущем генетический анализ станет по-настоящему мощным оружием в руках медиков и столь же рутинной операцией, как анализ крови.
У двух совершенно разных людей геном отличается только на 1%. Это вызвано определенным для каждого человека нарушением последовательности нуклеотидов (однонуклеотидный полиморфизм) либо изменением числа повторяющихся фрагментов ДНК. Такие ошибки приводят к синтезу неправильного белка и изменению свойств гена, отвечающего за определенный признак организма
Предсказание по снипам
В 1953 году после долгих исследований Джеймс Уотсон и Фрэнсис Крик представили научной общественности двуспиральную модель ДНК. За это открытие в 1962 году им была присуждена Нобелевская премия в области физиологии и медицины. Они не только показали структуру ДНК, «стройматериал», из которого она состоит, но и выяснили наконец, как устроен язык, на котором природа записывает наследственную информацию. «Буквы», составляющие генетический язык, — это нуклеотидные основания. Они попарно и в определенной последовательности соединяются между собой, образуя прочные связи. Чтобы понимать «написанное», ученые во всем мире вплотную занялись тем, что в языкознании называется семантикой — наукой , изучающей значение единиц языка. Такими единицами в языке наследственности являются гены. По сути, это отдельные слова, записанные с помощью алфавита, который состоит всего из четырех букв: аденина (A), тимина (T), гуанина (Г) и цитозина (Ц). Они соединены в две цепочки длинной органической молекулы дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК), которая и является текстом, содержащим все характеристики живого организма: от фенотипа до врожденных заболеваний. Причем соединены они в строгой последовательности: против нуклеотида А в антипараллельной цепи ДНК обязательно находится Т, а напротив нуклеотида Г — Ц (это называется принципом комплементарности или соответствия). Но иногда в написание слов вкрадывается ошибка — перестановка местами букв или слогов. Такая опечатка (мутация) называется снипом — от английского слова single-nucleotide polymorphism, или однонуклеотидным полиморфизмом. Эти, условно говоря, бракованные гены далеко не всегда являются зловредными — в среднем из 250−300 снипов, присутствующих в ДНК каждого организма, лишь 50–100 отвечают за те или иные наследственные заболевания. Остальные ведут себя вполне дружелюбно и опасности для жизни не представляют. Более того, именно они делают нас столь непохожими друг на друга. Например, голубой цвет глаз — это результат мутации в гене HERC2, а кудрявые волосы — мутация гена P2RY5. То есть можно сказать, что снипы, точнее их набор, — своего рода ваш индивидуальный штрихкод, к тому же передающийся из поколения в поколение. По нему можно не только судить о здоровье, но и установить принадлежность к тому или другому этносу, родство с ныне живущими или давно умершими людьми, пути миграции далеких предков. Поэтому кроме медиков достижениями генетиков пользуются историки, антропологи, географы, криминалисты.
Четыре года назад автор этих строк прочел, что есть лаборатории, в которых «по одному плевку» (анализу молекулы ДНК, взятой из слюны) определяют родословную человека. В общих чертах методика выглядит так: набор снипов указывает определенную гаплогруппу, в которую входят носители общих полиморфизмов. Митохондриальные гаплогруппы позволяют определить происхождение по материнской линии, а гаплогруппы Y-хромосомы — по отцовской (так как Y-хромосома есть только у мужчин, этот анализ можно провести только для них). Чем больше сов падений, тем ближе родство. Обычно анализ проводят по 25 маркерам: отличие в две мутации между гаплотипами является пограничным результатом, допустимым для признания родства. Сегодня генеалогическими расчетами вручную уже никто не занимается. Для этого есть специальные программы. После введения личных данных программа найдет в базе данных не только самые близкие по совпадениям гаплотипы, но и нарисует генеалогическое древо с предполагаемым общим предком и родственными линиями, идущими из прошлого в настоящее.
Естественно, возникла идея воспользоваться такой возможностью и узнать свои корни. Отправив образец слюны в лабораторию, я, еще до того как оттуда пришел ответ, получил письмо из Италии: «Добрый день, господин Максимов, меня зовут Джойелло Тоньони. Я совпадаю с вами по генетическим маркерам, может быть, мы родственники?» Увы, итальянец оказался родней настолько дальней, что восстановить цепочку, нас связывающую, можно только, углубившись на несколько тысяч лет. Но нашелся и более близкий родич — в Мюнхене. Мы с ним связаны через общего предка, протестантского священника, приехавшего в екатерининские времена из Германии в Россию. Сказать ему кроме «привет из Москвы» мне было нечего, но все равно приятно узнать, что с кем-то у тебя есть общие корни.
Чемпион по рождению
Понятно, что путь к высшим спортивным достижениям лежит через многолетние упорные тренировки. Однако чтобы стать чемпионом, одного усердия мало, нужны еще и способности. То, что физические данные часто передаются по наследству, было известно задолго до того, как люди стали изучать законы наследственности. Дети выдающихся спортсменов в 50% случаев наследуют родительские способности. В 1990-е годы и вовсе стали говорить об этнической наследственной предрасположенности к тому или другому виду. Например, в беге нет равных кенийцам и эфиопам. Британский ученый Хью Монтгомери этот феномен связал с мутациями гена АСЕ, который он назвал «геном спорта». Позднее было обнаружено еще 28 генов, которые определяют физические способности. Сегодня более или менее точно можно судить о способности человека к тем видам спорта, где нужны сила, скорость, выносливость. Например, к плаванию, лыжным гонкам, бегу, тяжелой атлетике.
Как-то сын, ярый болельщик московского «Спартака», наслушавшись моих рассказов об успехах генетиков, задал неожиданный вопрос: «Пап, может, ты зря бросил профессионально заниматься футболом и плаванием? Вдруг в твоем генетическом коде записано, что ты прирожденный чемпион?» Мне и самому стало интересно получить ответ. Обратился к кандидату медицинских наук, старшему научному сотруднику Института медико-биологических проблем РАН и Санкт-Петербургского НИИ физической культуры Ильдусу Ахметову, и он провел «слепой» анализ ДНК трех человек: бронзового призера Олимпийских игр, прыгуна в длину Игоря Тер-Ованесяна, олимпийского чемпиона 1980 года в легкоатлетической эстафете 4 × 100 м Николая Сидорова и меня. Тест показал, что ни олимпийские чемпионы, ни я не ошиблись в выборе профессии. В отличие от обоих чемпионов мои возможности оказались более чем умеренными.
ДНК своими руками
Общая длина ДНК всех 46 хромосом одной клетки — около 2 м, а общая длина всех молекул ДНК человека — 1011 км. ДНК — гигантские полимеры. Они присутствуют в любых организмах как растительного, так и животного происхождения. Чтобы увидеть эту молекулу, микроскоп не потребуется. Для опыта нужно 100 г мяса, порезанного на кусочки, соединить с 1/8 ч. л. соли и 200 мл воды и 15 с измельчать в миксере. Процедить. В мякоть добавить 2 ст. л. средства для мытья посуды и размешать. Через пять минут налить жидкость (на 1/3) в пробирку и добавить 1–2 капли свежевыжатого ананасового сока. Слегка, чтобы не поломать молекулы ДНК, встряхнуть. Долить в пробирку равный объем этилового спирта и медленно помешать стеклянной палочкой. На нее намотается бес цветная масса. Это и есть ДНК.
В 1998 году была расшифрована первая последовательность ДНК многоклеточного организма — плоского червя Caenorhabditis elegans. Фото: SPL/EASTNEWS
Опьяняющие гены
Некоторое время назад мы с постоянным партнером по шахматам, менеджером одной из китайских фирм в Москве Лин Ваном решили сыграть необычную партию, на сей раз в шашки. Роль фишек у нас исполняли рюмки. Я играл белыми, и, соответственно, в моих рюмках была водка, а у Лина — коньяк. Затеяли мы это, чтобы проверить теорию, согласно которой русские в результате какой-то мутации приобрели способность долго не пьянеть, а вот азиаты такой способностью не обладают. Наш эксперимент эту теорию опроверг: Лин держался молодцом, меня же здорово разобрало, а наутро голова просто раскалывалась. Это, конечно, ничего не означает — Лин Ван мог оказаться одним из тех 20–30% китайцев, которые обладают «русской» мутацией, а я из тех немногих русских, ею почему-то обделенных.
Вопрос, в какой степени наследственность ответственна за склонность к алкоголизму и слабую устойчивость даже к малым дозам алкоголя, ученых интересует давно. Известно несколько генов, отвечающих за удовольствие, которое человек получает от выпивки (в частности, контролирующих выработку серотонина и дофамина), и гены, определяющие способность организма вырабатывать ферменты, непосредственно участвующие в усвоении алкоголя. Этанол, или этиловый спирт, попав в организм, превращается под действием фермента алкогольдегидрогеназы в ацетальдегид, сильнейший токсин. В свою очередь он, реагируя с другим ферментом, альдегиддегидрогеназой, превращается в безобидный ацетат. У каждого человека есть набор генов, который отвечает за то, как быстро эти два фермента вырабатываются. Например, у значительной части жителей Азии первый этап — окисление этанола — происходит крайне быстро. А второй — обезвреживание — слишком медленно. В результате даже небольшая доза оборачивается сильным отравлением. По мнению кандидата биологических наук, сотрудницы лаборатории анализа генома Института общей генетики РАН Светланы Боринской, соответствующая мутация возникла в Азии около 2000 лет назад (и закрепилась, поскольку помогала организму бороться с какой-то инфекцией), а чувствительность к алкоголю — ее побочный эффект.
Обнаружив у себя эту азиатскую особенность, я отправился в одну из крупнейших наркологических клиник Москвы, где сделал генетический анализ. Его результаты меня мало удовлетворили. Оказалось, что шансов стать алкоголиком у меня 7,21% при среднем показателе для европейцев моего возраста — 16%. Уже неплохо, хотя ответа на вопрос, почему я так быстро пьянею, получить не удалось. Но это и не так актуально, когда узнаешь, что у тебя есть предрасположенность к алкогольной печеночной энцефалопатии, циррозу печени и алкогольному миокардиту.
Болезни здорового человека
Диагностировать генетическими методами многие наследственные заболевания — задача трудная прежде всего потому, что практически все они связаны с «ошибками» не в одном, а во многих генах. Уж на что мутации в гене р53 жестко связаны с раком, а есть множество примеров, когда злокачественная опухоль развивается у человека, у которого этот ген вполне нормален. Сейчас известно более 1700 мутаций, которые связаны с сердечно-сосудистыми заболеваниям, 5700 — с онкологическими, 1400 — с обменом веществ. При этом генетические тесты позволяют определить степень предрасположенности только к 50–100 заболеваниям. В ходе исследования анализируется, понятно, не весь геном (это очень дорого), а его отдельные «горячие точки», те самые снипы. Наиболее важные из них: инфаркт миокарда, сахарный диабет, многие виды рака, болезнь Альцгеймера, а также такие зависимости, как алкоголизм, никотиновая и опиоидная.
Заведующий лабораторией молекулярной генетики человека НИИ физико-химической медицины Федерального медико-биологического агентства Эдуард Генерозов, который первым в России стал делать такие анализы восемь лет назад, когда я пришел за результатом своего теста, встретил меня строгим вопросом: «А вы точно хотите его знать?» Я не понял сначала, почему возник этот вопрос. Но, увидев, как выглядит типовой бланк с расшифровкой моего анализа, а это две страницы про рак, еще три про болезни сердца, почувствовал страх. «Пугаться не надо, — успокоил ученый, — это всего лишь оценка предрасположенности к заболеваниям, а не приговор». Степень риска определяется с помощью специальной методики, учитывающей, у скольких человек из тысячи с таким, как у вас, генетическим профилем, развился недуг. Причем данные надо брать по той стране, где вы родились, поскольку у разных народов в среднем разная склонность к одинаковым заболеваниям. Иными словами, использовать статистику, собранную иностранными учеными, нецелесообразно.
Обычный человек без специалиста не может понять, что означают те или иные цифры в анализе и что следует предпринять, чтобы вероятное не стало реальным.
«Разъяснения врача-генетика необходимы, — считает автор книги «Психологическая помощь в трудных и экстремальных ситуациях», доцент кафедры социальной психологии Московского государственного социального университета Наталия Осухова. — Да и психолог здесь будет нелишним. Это избавит от эмоционального шока и позволит принять взвешенное решение относительно лечения или изменения образа жизни. Люди начинают планировать свою жизнь и хотят управлять рисками. То есть мы медленно, но верно движемся к тому, к чему давно пришли американцы».
Получив свой многостраничный анализ, я решил для сравнения заказать такой же в известной американской фирме 23andme и российской — «Мой ген». Список болезней, к которым я предрасположен в наибольшей и наименьшей степени, в обоих анализах совпал, а вот степень риска различалась существенно. Надо сказать, что это не только российская проблема, и в других странах мира она пока не решена. Оценки абсолютного риска или вероятности развития того или иного заболевания даже в крупных лабораториях различаются довольно значительно. Пока еще не выработан единый международный механизм подсчета среднепопуляционного риска. Если относительный зависит исключительно от индивидуального генотипа, то среднепопуляционный риск — от того, каким образом определена популяция. Одни компании, например, разделяют риски для мужчин и женщин, для других критерием служит возраст. Но главной причиной, обуславливающей расхождения результатов, является набор маркеров, выбираемых компанией для вычисления относительного риска. Если бы он был един для всех, то и степень риска совпадала бы. Как бы то ни было, разброс в моем случае некоторых цифр в 20–100 раз указывает на то, что пока нужна единая система подсчета рисков.
Фото: SHUTTERSTOCK (X5)
Корректура здоровья
По прогнозам ВОЗ, заболеваемость и смертность от онкологии во всем мире за период с 1999 по 2020 год увеличится в два раза: с 10 до 20 миллионов новых случаев, то есть на 1% ежегодно. Такой пессимистический прогноз не может не волновать людей, особенно если среди их близких родственников были или есть такие больные.
Известная журналистка Маша Гессен приняла решение превентивно удалить грудь. Поскольку ее мама умерла в 49 лет от той же формы рака, то она в 2004 году пошла на операцию. Сподвиг ее на такие радикальные меры результат генетического анализа, из которого следовало, что в ее гене BRCA1 (BRCA — Breast Cancer) не хватает 187-го нуклеотида, а у носительниц мутантной формы гена риск рака груди возрастает до 60–85%. Вообще, для развития рака груди наиболее опасны мутации в двух генах — BRCA1и BRCA2. В норме они должны подавлять образование опухоли, блокируя рост клеток. Если же в их структуре происходят мутации, то начинается бесконтрольный рост раковых клеток. Хотя у 15% людей, имеющих такую мутацию, есть шанс избежать этого заболевания. Это касается и любого другого вида онкологии.
«Лечить рак малоэффективно, лучше его предотвратить, — говорит президент Противоракового общества России, член-корреспондент РАМН Давид Заридзе. — Бросьте курить, и это приведет к существенному снижению риска смерти от рака легкого, который очень сложно диагностируется, лечится и снижает продолжительность жизни в среднем на 14%». Подобные рекомендации мы слышим часто, даже читаем их на пачках сигарет, но когда в расшифровке анализа написано, что есть проблемы с легкими, то избавление от курения становится вопросом жизни и смерти. Моя борьба с никотиновой зависимостью длилась год.
В этой ситуации начинаешь радоваться тому, что из всех видов рака самый вероятный для меня, согласно анализу, — рак простаты. На ранних стадиях он успешно лечится, и даже на поздних гормональная терапия позволяет продлить жизнь мужчины на долгие годы. Кстати, в целях профилактики в медицинских центрах можно сделать достаточно дешевый (450 рублей) тест на наличие онкомаркеров.
А как быть с остальными угрозами — совершенно неясно. Я решил поставить эксперимент и пошел к кардиологу и терапевту с моими генетическими анализами. Тут-то я и понял всю глубину пропасти между передним краем науки и современной российской медициной не в самом плохом, платном исполнении. Кардиолог мне посоветовал меньше курить и не нервничать, а терапевт сказал, чтобы я не забивал себе голову глупыми страхами. Поэтому, даже получив такие анализы, будьте готовы, что использовать их по прямому практическому назначению будет непросто.
Впрочем, в базе 23andme для каждого анализа есть подробная рекомендация, к какому врачу обращаться, правда, ехать к ним на прием нужно в Америку. Из российских ученых только команда под руководством кандидата биологических наук, сотрудника лаборатории пренатальной диагностики НИИАГ им. Д.О. Отта СЗО РАМН и Медико-генетического центра «Жизнь» Олега Глотова «решилась» выдать мне подробные рекомендации. «Надо обязательно вести пациента, не оставляя его один на один с такими результатами», — говорит он. Мне, например, ученые посоветовали диету, бросить курить, заняться спортом, а главное, регулярно проверять уровень простатического специфического антигена в крови и проводить наблюдение у терапевта, уролога, кардиолога и… Всего пять страниц. Выглядит солидно, и я уже частично приступил к реализации этой программы.
В связи с этим возникает вполне закономерный вопрос: может быть, делать подобные генетические анализы сразу при рождении ребенка? Своим я пока этого не сделал, решив, что в этом нет необходимости. А вот Ильдус Ахметов полагает, что в будущем жизнь любого человека должна начинаться с ДНК-анализа: «Каждому ребенку будут даны рекомендации по индивидуальной диете, физическим и умственным нагрузкам, более того, врачи смогут составить список и указать индивидуальные дозы лекарственных препаратов, подходящих конкретному человеку».
Надеюсь, что результаты прогресса науки смогут оценить наши дети или хотя бы внуки. Ну а я, чтобы не подвести генетиков, начал заниматься спортом и бросил курить. Пока это единственное, что удалось сделать из их рекомендаций для поддержания здоровья. Тем более что, согласно результатам тестирования, продолжительность жизни оказалась у меня больше средней на четыре месяца одну неделю и два дня. То есть лет до 70 есть шанс дожить. Хотя жаль, конечно, что вероятность долгожительства до 100 лет у меня меньше средней на 42%, поэтому утреннюю зарядку и овсянку отменить никак нельзя.
Иллюстрации: СЕРГЕЙ КАЛИНИН, СТУДИЯ VISUAL SCIENCE
