«Наука в Сибири»
№ 2 (2338)
18 января 2002 г.

ГЕНОМ, КАК ИСТОРИЧЕСКИЙ ДОКУМЕНТ

Где находится "колыбель человечества" на Земле? Этот вопрос всегда волновал научное сообщество. Сегодня к поискам археологов, историков, этнографов и антропологов присоединились молекулярные биологи и генетики. Возможно, что геном человека — это своего рода учебник истории вида "хомо сапиенс".

Ольга Ушакова, "НВС"

Науки о жизни в последние несколько лет обрели весьма высокий рейтинг в правительствах большинства стран, вследствие чего мощные финансовые струи потекли в эту область научных интересов. А сами биологи, втягивая при этом в свой круг массу "технарей", формируют современные концепции исследований, выходящие на уровень международного сотрудничества. Речь идет о разработке единых подходов к изучению и сохранению биоразнообразия крупных природных систем планетарной значимости и распространяется сегодня уже на все уровни: генетический, видовой и экосистемный.

Инициирован интерес научной элитой, осознающей свою ответственность за судьбу планеты. В последние два года прошло несколько крупных научных международных конференций, в том числе, в новосибирском Академгородке, и обсуждавших основные проблемы изучения структуры, функциональных связей и эволюции биоразнообразия, в том числе, относительно к человеку. Проблематика изменчивости генома человека, обобщающая эволюционные, популяционные и экологические аспекты темы, волнует многих ученых. В чем суть интереса? На вопросы корреспондента "НВС" отвечает постоянный участник этих встреч профессор Н.ЯНКОВСКИЙ из московского Института общей генетики РАН.

— Николай Казимирович, вы сейчас возглавляете вместе с французским профессором Канном международный проект "Геном человека". Скажите, какова сегодня целевая задача программы? Первоначальной была расшифровка генома, являющаяся фактически портретом или фотографией...

— Прежде всего, завершен очень важный этап в программе "Геном человека" — определена первичная структура генетического текста, то есть та последовательность "буковок" — их всего четыре в этом алфавите — которая и составляет нашу наследственную информацию. Но эти четыре буковки стоят в трех миллиардах позиций, что сравнимо с объемом в виде двух громадных шкафов с книгами... И представьте, что в молекулярном варианте эта информация записана у нас в каждой клетке. Но сам по себе текст для нас пока не является осмысленным, он не дает понимания того, что и как в геноме функционирует, как влияет на наше здоровье. Тем более, не содержит ответа на вопросы, касающиеся формирования человека в эволюции, формирования историй рас.

— То есть, фактически зафиксирована только полная знаковая запись информационного содержимого?

— Можно и так сказать... Наступает следующий этап: на основе проделанной работы проведена разбивка этого текста на отрезки, называющиеся генами, которые по сути являются инструкциями для формирования тех или иных признаков. Их число реально оценивается в 30–40 тысяч, хотя раньше считалось, что их около 70–80 тыс. Разбивка производилась также компьютерными методами. Первоочередная задача — экспериментально подтвердить наличие различных генов в человеке, доказать, что эти куски действительно являются теми единицами, с которыми надо дальше работать. Другая задача — выяснить то, как все это работает. Как этот текст, в чем-то мертвый, превращается в программу управления, как функционирует живая клетка на основе этого текста, и как она превращается в целого человека.

Перспективный же интерес — как люди превращаются в целое сообщество, как оно, в свою очередь, проявляется в виде части всего живого на Земле? Наша планета — это же непрерывная биологическая система, в которой человек является только частью. А в основе всего лежит эта самая молекула ДНК, которая и является основой развития нас самих и так далее... Структура этой молекулы, последовательность ее текста и расшифрованы для человека, как вида.

— Что подразумевается под словами "экспериментально подтвердить"?

— Нужно будет подтвердить, что это гены, а не просто какие-то компьютерные фантазии, и что они действительно работают. Посмотреть, какие в каких тканях, как выглядят, когда работают в норме. Следующий этап — выяснить, как меняется работа всех этих генов при наличии какой-то патологии. Сейчас исследования основаны на неком индустриальном подходе, то есть, проверяются не только какие-то единичные кусочки... Параллельно проверяется все — что именно в конкретных условиях работает "не так" по сравнению с нормой. Далее делаются выводы в целом на структуру, которая кодируется соответствующими фрагментами генетической информации. Этот этап получил свое название — функциональный анализ генома.

Можно говорить еще об одном начинающемся этапе — о компьютерном эволюционном анализе. Начнем с того, что появляются точные генетические тексты различных бактерий, эукариотических организмов — дрозофилы, например. Скоро будут расшифрованы геном риса, геном нематоды. Предполагается, что в ближайшие год--два "появится" геном первого позвоночного — рыбы. И наберется эволюционный ряд. Его анализ компьютерными методами позволит представить, или хотя бы предположить, как все это формировалось, скажем, три-четыре миллиарда лет, со времен существования клеточных форм жизни. Возможности компьютерного подхода к обработке этой информации очень ценны, и сам он является совершенно самостоятельной ветвью геномных исследований.

— Проследить эволюционный ряд от генома бактерий до генома человека — это звучит! Наконец-то "царю природы" доступен и собственный геном ...

— Да, действительно, на прошедших за последнее время научных форумах докладывались и обсуждались работы по исследованию разнообразия геномов людей. Все мы отличаемся друг от друга. Но, то, что у одного нос, скажем, курносый, а у другого горбатый, ни на что не влияет, кроме личностной оценки. Другого рода различия связаны с тем, что один человек здоров, другой — болен. Или — один человек здоров в этих условиях, но болен в других. И вот связь вариаций в генетическом тексте с нашим здоровьем или нездоровьем — это еще один новый этап, ориентированный на медицинские аспекты.

— А если обратиться к фундаментальной стороне этих исследований?

— Фундаментальные аспекты начинаются с того, что изменения, то есть, мутации, происходившие с человеком на геномном уровне, происходят всегда. Одно поколение отличается от другого на уровне примерно двухсот изменений по тем самым трем миллиардам позиций в геноме. Эти нейтральные изменения — если они существуют — никуда не деваются. Обратных мутаций назад не происходит, вероятность этого исключительно мала. Последовательное накопление мутаций на основе базового текста позволяет воссоздать некую молекулярную историю людей, а она связана с носителями, с людьми, в которых содержится эта генетическая информация. Они и являются первичным объектом нашего изучения. Если взять у них образцы крови, то можно сказать, каковы молекулярные характеристики их ДНК. А эти характеристики увязаны друг с другом в рамках фундаментальных исследований.

Таким образом, мы привязываем молекулярную историю развития человечества к его реальной истории — к тому, как формировались народы. По распределению частоты различных изменений и уровеню разнообразия человека можем сделать предположение о том, как происходило распространение человека на Земле и даже дать абсолютные оценки ориентировки этих процессов. На последней конференции по биоразнообразию были высказаны предположения по поводу таких процессов в Сибири. При этом такое понятие, как исторический процесс, здесь даже и не применимо. Основные процессы, которые привели к формированию структуры населения, начались задолго до тех 10 тыс. лет, когда появилась письменность, и остались свидетельством того, что и когда происходило. Именно они повлияли на формирование местного населения, и начались, по крайней мере, 60 тыс. лет назад. Это предположительная дата прохождения волны расселения через Азию.

— То есть, работы по изучению генома получают выход на исторические процессы?

— Мы, собственно, создаем определенную молекулярную основу для последующей работы историков, этнографов с тем, чтобы новыми подходами изучать формирование новейшего населения Сибири и вообще России. В частности, именно в силу распространения по все новым и новым территориям весь поток "нормальных" генов у людей содержит в себе также струйки и тех генов, которые повреждены, что проявляется в специфике различных болезней. Болезни-то у всего человечества одинаковые, но конкретные проявления зависят от того, какую мутацию несет данный народ и нужно изучать эту конкретику. Например, не почему человек глухой, а в чем коренная причина его глухоты — в каком гене, в каком участке наследственной информации, какого типа изменения произошли.

Фактически данный этап — это создание фундаментальной основы для последующих медицинских приложений и революционных исследований по происхождению и расселению человека.

— Николай Казимирович, а вот занимаются ли сегодня специалисты в области нейронаук исследованиями, относящимися к управлению молекулярными процессами?

— Да, занимаются. И расшифровка генома человека, именно первичного генетического текста, имеет прямое отношение и к этой проблеме. Потому что то, как организована архитектура нейронов в сети, определяет базовую, общую для вида, специфику наших возможностей. Эта структура формируется еще до рождения человека. На ее основе появляется все остальное после рождения, в зависимости от опыта человека. Но эта исходная структура различна у человека и, допустим, у приматов или других млекопитающих. И это, безусловно, характеризуется наследственной компонентой. Мы пока не знаем, как это происходит, но знаем, что происходит.

Вообще ваш вопрос сам по себе интересен многим исследователям. Поиск ответа — а подходы и исследования только начинаются — по сути сводится к тому, чтобы понять, в какой степени наследственность влияет на последующие этапы развития человека, на то, что отличает разных людей друг от друга, а не на то, что отличает их, например, от обезьян. Мы пока не знаем, какие гены определяют структуру нейронных сетей конкретно, и какие из них влияют на ее последующее формирование после рождения, потому что дальше у каждого человека формируется индивидуальный опыт.

— Первичным все-таки является геном?

— Формирование структуры идет до рождения — опыта-то никакого еще тут нет — и наследственная информация работает на создание такой базы. Но последующая структура связи нейронов определяется индивидуальным опытом, и у каждого этот опыт свой. Поэтому даже близнецы не будут идентичны полностью, потому что у них по-разному сложится их нейронная сеть.

Тут появляется вопрос — почему одни люди отличаются от других по типу своего поведения? Особенно, когда это касается патологии, а не нормы. Например, известна повышенная агрессивность, но она не всегда задана наследственностью — может оказаться следствием мутаций. Исследовался случай в Голландии — в одной семье практически все мужчины отличались агрессивным поведением, насилием разного рода, в том числе и сексуальным, по отношению к окружающим и к семье. Оказалось, что все дело было в повреждении одного из генов. Вот пример, который четко демонстрирует — есть генетическая компонента в формировании наших поведенческих особенностей.

По существу, расшифровка структуры генома создает основу для проведения более широких исследований. Предположим, мы узнаем о том, какие из генов вовлечены в формирование нашего поведения, но то, как это происходит, каков механизм, нам надо понять, как это может влиять на формирование того же самого поведения. И далее — какое нужно оказать влияние, чтобы этот процесс происходил нормально.

— Значит биоразнообразие человека начинается с генома? А в чем ценность первых результатов работ по изменчивости генома человека?

— Прежде всего, в самом факте исследования разнообразия наследственной информации человека. Конференция, прошедшая осенью 2001 года, была уникальным событием не только для нашей страны, но и для мира, потому что на ней впервые были представлены данные о генетическом разнообразии населения России и прилежащих территорий на молекулярно-генетическом уровне. Впервые так цельно и на очень современном уровне прозвучала информация о результатах исследований, которые были проведены буквально в последний год. Это следствие складывающейся кооперации руководителей ведущих групп нашей страны по исследованию биоразнообразия генома человека с зарубежными коллегами, которые предоставили нам свои материальные ресурсы: лаборатории, оборудование, реактивы.

Я думаю, что тематика должна привлечь и ведущих специалистов по американскому континенту, потому что он был заселен через Азию, и, стало быть, хранит "свои" следы генетических процессов. Они явились основой для формирования населения Америки и будут обнаружены при исследовании американского населения... Поэтому для понимания того, как сформировалось коренное, аборигенное население тех территорий, специалистам нужно будет знать генетическую историю человека в Азии.

— Вы придерживаетесь концепции происхождения и расселения человека из Африки. Как это могло выглядеть?

— Человек двигался из Африки в Азию, потому что собственно, только туда и можно было пройти, так как лишь один сухой перешеек соединял Африку с Азией. Этот вопрос достаточно хорошо проработан исследователями сегодняшнего дня. На конференции был доклад на тему, как конкретно потоки, вышедшие из Азии, проходили через Сибирь и территорию России. А в Америку — через Берингов пролив. Пройти можно было только через Сибирь. Вот мы и изучаем эти волны расселения и генетические следы, сохранившиеся в нынешнем населении.

— Николай Казимирович, а занимаются ли ученые вопросами возникновения рас, отличающихся цветом кожи?

— Это проблема комплексная. Здесь сходятся приоритеты не только генетиков. В ее рассмотрении должны принимать участие антропологи и историки, этнографы и лингвисты. Хотя в Москве недавно инициировано и успешно реализовано создание формы общения между специалистами разных профилей, которых интересует формирование рас, народов... Это семинар, но он пока только площадка для формирования сообщества, мультидисциплинарно рассматривающего эту проблему в нашей стране.

— Значит, исследования эволюции рас — очередной, только что начинающийся этап?

— Исследования начались — и в нашей стране, и в мире, это определяется логикой развития науки. Предстоит рассмотреть массу разнообразных точек зрения, и, соответственно, разных, как и удивлений, так и несогласий. Это процесс тяжелый, и он, конечно, будет очень бурно протекать.

Источник: sbras.ru