Katya Kalashnikova (ketiiiiiiii) wrote,
Katya Kalashnikova
ketiiiiiiii

Геном человека расшифрован — что дальше?

Источник

В детстве, я помню, газеты постоянно трубили: когда расшифруют геном человека начнется что то грандиозное

И вот геном человека расшифрован — что дальше?

В геноме три миллиарда букв. Нам известен код — что мы можем сделать с этим кодом? Это некая поваренная книга жизни, мы теперь можем приготовить человека, гомункула из пробирки?




Однако, расшифровка предполагает понимание, а мы пока понимаем довольно мало. Ту молекулу наследственности ДНК, которая была в живой клетке, а потом в пробирке, мы научились воспроизводить в компьютере, мы знаем, в каком порядке сочетаются эти буквы в этой молекуле. Но понимание смысла — это немножко другая вещь.

Биология постепенно начала превращаться из науки, работающей с отдельными объектами, в науку, в которой очень много данных. В этот момент появляется необходимость хранить, осмыслять, анализировать эти данные и что-то с ними делать. Так зародилась биоинформатика.


В 1977 году были разработаны методы определения последовательности ДНК. Методы в ней математические. Но, теперь думать надо. Там в каких-то местах есть красивые алгоритмы, красивая статистика, но, мы пока не можем многое осмыслить.

Сейчас, когда записан геном, определена последовательность мы можем, например, взять какую-то цепочку генов и починить ее, вставить вместо нее хорошую.

CRISPR — это техника генной инженерии, которая позволяет делать весьма эти точные и конкретные манипуляции.

В принципе, вставлять и вынимать гены люди умели и раньше, просто это было тяжелее экспериментально, не любые манипуляции были технически осуществимы. Сейчас расширился набор инструментов. Можно было строить дома, как в Спарте, только топором, а теперь есть еще пила и даже лобзик, вы можете выпиливать какие-то красивые наличники.

В этом смысле технологическое продвижение очень большое, но пока что не очень содержательное. Какие-то вещи мы понимаем: что есть простая моногенная болезнь, в которой сломан один-единственный ген, — понятно, что если его починить, то будет нормальный эмбрион.

Однако, нельзя манипулировать с человеческими эмбрионами — это законодательно запрещено. В Англии разрешили — с эмбрионами до 11 дней… В Китае даже спрашивать никого не будут.

Но ведь, это действительно серьезная вещь, которая требует осмысления.

Она не первая. Когда в середине 70-х годов только началась генная инженерия, когда стало ясно, что геномами можно манипулировать (тогда еще бактериальными), то уже была серьезная проблема: например, боялись, что случайно сделают какую-нибудь супербактерию, и она всех съест. Были специальные конференции, где вырабатывались правила, что мы делаем, а что не делаем. Всякий новый набор инструментов расширяет возможности, увеличивает ответственность, и он должен быть осмыслен.


Вторая вещь, которая появилась (и это, опять-таки, связано с технологическим развитием в экспериментальной биологии) и требует осмысления в биоинформатике, — это то, что мы можем смотреть на клетку целиком. Классическая вещь: аспирант изучает какой-то белок, он знает партнеров этого белка, знает, как этот белок взаимодействует с ДНК, если он с ней взаимодействует, знает, когда включается и когда выключается ген этого белка. Это такая полноценная диссертация, несколько научных статей про один белок. А потом появляются методы, которые позволяют отвечать на те же самые вопросы для всех белков сразу. У нас впервые появляется интегральная картина того, как устроена клетка; она сейчас очень несовершенна.

Мы умеем предсказывать функции белков, не делая с ними никаких экспериментов. Это красивая биоинформатика, основанная на всяких эволюционных соображениях. Технически — можно посмотреть на геном какого-то человека на эмбриональном уровне и сказать: вырастет гений или наоборот.


Оказалось, что у нас очень много разнородной информации по поводу того, как устроена клетка. Информация очень несовершенная, каждый отдельный маленький фактик легко может оказаться неверным, но в совокупности они все-таки правильные.


Молекулярную биологию очень долго ругали философы за то, что это редукционистская наука. Вот вы смотрите слона по частям: кто-то изучает ногу, кто-то — хвост, кто-то — хобот, и никакой целостной картинки не складывается. Теперь она впервые начинает складываться. Одним из парадоксальных результатов этого является то, что наши знания и понимание увеличиваются очень быстро. В биологии прогресс потрясающий: мы знаем намного больше, чем знали 10 или 20 лет назад, даже не в разы, а на порядки больше.


Но еще быстрее увеличивается область незнания. То есть относительное наше знание на самом деле, по-моему, убывает, так как становится понятно, что есть такие просторы, про которые десять лет назад нам просто в голову не приходило, что такое бывает. А теперь мы видим, что это есть, но не знаем, что с этим делать. Вот это страшно



Например, в какой-то момент клетка понимает, что она должна стать предшественником эпителия или нервной системы, или печенки, или чего-то еще. После первых делений все клетки одинаковые, гены в них работают одинаково, а потом начинают работать по-разному. Ключевая вещь на самом деле — не сами гены: у меня и у шимпанзе 50% белков одинаковые, а те, что разные, отличаются на одну букву.

Где та программа, которая в какой-то момент говорит клетке, что она должна развиться в человека или в шимпанзе, а в человеке — в мозг или в печень.То есть ключевая вещь — не сами гены, а то, как они включаются и выключаются. И вот это — самое интересное, что сейчас происходит в биологии.

Есть программа, которая включается и выключается. У дрозофил это хорошо известно. Дрозофила простая, зародыш у нее тоже простой… Например, можно предсказывать результаты мутаций. Есть мутации, когда у дрозофил вместо усика вырастает нога. При этом известно, в каком гене мутация, что сломано, и это можно смоделировать — как ошибаются клетки-предшественники. Можно это починить с новыми технологиями, но только у зародыша. Когда выросла нога или лишняя пара крыльев, уже не починишь.


C помощью этой потрясающей технологии китайцы, кажется, пытаются бороться с раком легких. Бактерия, когда видит у себя фрагмент сломанной ДНК, берет кусочек у здоровой бактерии и замещает сломанную цепочку здоровой.

Однако, это можно делать для лечения генетических дефектов на стадии эмбриона, когда там одна клетка.



Так применяются совершенно практические вещи, потому что, например, ясно, что какие-то раки, которые считали одной болезнью, надо лечить по-разному. И наоборот, если у вас внешне разные раки, но у них одна и та же молекулярная поломка, то вы можете лекарство, эффективное против одного, пытаться использовать против другого.


Всегда есть баланс между успехами в науке и практическим вопросом — для тех, кому завтра идти лечиться. Это экспериментальные вещи. Есть единичный пример, когда это работало. Но ясно, что именно в этом направлении все и будет происходить.

Кроме этого, мы можем откатиться назад и посмотреть ген древнего человека. Это самое интересное. Наши отличия от мышки начинаются на первых стадиях эмбриона. Одни и те же гены работали немножко в разных комбинациях. Эта мечта описать разнообразие животных с пониманием того, как они возникали, идет еще от Геккеля. Геккель многое подтасовывал, за что его и ругают, но сама по себе идея очень правильная. Чтобы понять отличие человека от мыши, надо смотреть не взрослого человека и взрослую мышь, а эмбрионы на первых стадиях. Это сейчас становится реальным.


Вторая вещь: мы понимаем, кто кому родственник, просто сравнивая геномы. Понятно: чем меньше отличий, тем ближе родство. Это очень простая идея, ее можно алгоритмизировать. Наши представления об эволюции живых существ вообще довольно сильно поменялись. Традиционно грибы всегда изучали на кафедре низших растений, а на самом деле грибы никакие не низшие растения, а наши ближайшие родственники. Нам с грибами цветочки — двоюродные. Из этого следует, что многоклеточность возникала много раз независимо, а это уже очень принципиальный вопрос. Когда мы с вами учились в школе, были бактерии, потом были простейшие, а потом простейшие начали слипаться и получились многоклеточные, а потом многоклеточные разделились на растения и животных. Были какие-то низшие растения, грибы и высшие растения — розы и лютики. А на самом деле не так: было много разных одноклеточных, и в этих разных линиях одноклеточных несколько раз независимо возникала многоклеточность.

Если смотреть по сложности нервной системы, то нас надо сравнивать с осьминогами. Но если кому-то приятно быть антропоцентристом, то на здоровье, я не возражаю.

Наше представление о происхождении человека очень сильно поменялось. В каждом из нас 2% неандертальца, а еще были денисовцы (денисовский человек), про которых вообще никто не подозревал. На самом деле в Евразии 40 тысяч лет назад было три независимых ветки человечества, они скрещивались во всех сочетаниях, и остатки этих скрещиваний мы видим в геноме.

Действительно, здесь идет речь о кубиках, из которых устроена жизнь...
Subscribe
  • Post a new comment

    Error

    Anonymous comments are disabled in this journal

    default userpic

    Your IP address will be recorded 

  • 2 comments