Научный журналист Елена Клещенко: «Генетическая предрасположенность к одной болезни дает преимущество в другой сфере»

В июне в Казани прошел Летний книжный фестиваль «Смены». На нем научный журналист Елена Клещенко представила свою книгу «ДНК и ее человек», в которой она рассказывает, как ученые и криминалисты работают с генетическими данными и кто стоял у истоков исследования ДНК. «Инде» встретился с Клещенко и узнал, как ученые признали в ДНК «главную молекулу в организме», можно ли отредактировать геном так, чтобы избавиться от наследственных заболеваний, и стоит ли бояться генетической паспортизации.

Как я понимаю, идея наследственности появилась в умах исследователей задолго до появления генетики как науки. Что из себя представляла эта идея в догенетическую эпоху?

Смотря что мы называем догенетической эпохой. Еще Гиппократ отмечал, что ребенок рождается похожим на своих родителей. Конечно, люди, занятые сельским хозяйством, издавна занимались тем, что мы сейчас называем селекцией: скрещивали породы и замечали, что от двух белых лошадей ни при каких обстоятельствах не может появиться черный жеребенок.

Впервые законы наследственности сформулировал в середине ХIX века Грегор Мендель на примере гороха. Он изучал, как у гороха наследуются различные признаки: зеленый или желтый цвет горошин, шершавая или гладкая поверхность. Мендель заметил, что численные соотношения потомков с желтыми и зелеными горошинами подчиняются определенным закономерностям и что разные признаки — например цвет и текстура поверхности — передаются независимо. Из этого он сделал вывод, что в организмах должны быть какие-то наследственные задатки (это то, что позже назвали генами). Он опубликовал свои наблюдения, но они остались незамеченными. Даже сам Мендель несколько разочаровался в результатах исследования: в опытах с другими растениями такой красивой и внятной картинки наследуемых признаков, как в случае с горохом, не получилось.

В начале ХХ века законы Менделя были переоткрыты, и началась классическая генетика, которую мы проходим в школах, — с мухами-дрозофилами и другими модельными организмами. Или же можно сказать, что современная генетика началась в 1953 году с открытием двойной спирали ДНК Уотсона и Крика.

Сразу ли ДНК была назначена на роль «главной молекулы в организме» или изначально ученые предполагали, что за хранение и передачу наследственной информации отвечали другие соединения?

Далеко не сразу. Собственно ДНК была обнаружена Иоганном Мишером еще в 1869 году. Позже американский биохимик Фибус Левен описал структуру ДНК: каждый ее нуклеотид состоит из сахара дезоксирибозы, фосфатной группы и азотистого основания. Позже ученые узнают, что именно азотистое основание обеспечивает комплементарность ДНК (то есть явление, при котором каждый нуклеотид в спирали стоит с собственной парой). Но сам Левен не дошел до этого, хотя был в шаге от важного открытия. Тогда он парадоксально записал, что «все, что нужно знать о химии нуклеиновых кислот, можно уместить на один листок бумаги». Тогда все думали, что наследственная информация содержится в белках, они казались более сложными и интересными веществами.

Кто в итоге понял, что ДНК не только содержит наследственную информацию, но и передает ее?

Нужно назвать как минимум пять имен: Альфред Херши и Марта Чейз, Освальд Эвери, Колин Маклеод и Маклин Маккарти. Херши и Чейз экспериментально показали, что когда бактерию заражает бактериальный вирус — фаг, в клетку проникает только ДНК фага, а белок остается снаружи. Эвери, Маклеод и Маккарти показали, что безвредные штаммы бактерий приобретают способность убивать подопытных мышей, когда поглощают ДНК опасных бактерий. Никакие другие вещества, в том числе и белки, такого эффекта не имели, информацию о свойствах организма передавала только ДНК. Теперь известно, что у бактерий передача ДНК не по наследству, а от одной клетки к другой широко распространена; это называется горизонтальным переносом.

Заслуга же Уотсона и Крика в том, что они описали явление комплементарности ДНК, то есть в этой двойной спирали каждый нуклеотид стоит со своей парой, А с Т, Г с Ц. Уже тогда они отметили, что открытое им явление объясняет, как ДНК копируется при делении клетки, а это и есть ответ на вопрос о механизме передачи наследственной информации.

Верно ли бытовое представление о ДНК как о молекуле, которая содержит всю информацию об организме?

Это, безусловно, верное представление, но есть нюансы, которыми занимается эпигенетика — наука об изменениях в ДНК, не связанных с изменением ее нуклеотидной последовательности. Гены в ДНК могут быть активными и неактивными. Если ген активен, то с него считывается РНК, а с РНК — белок. Все, что происходит в нашем организме, обеспечивается работой белков — они производят жиры и сахара, все ферменты — это белки, и белки же — основной строительный материал. Последовательность аминокислот каждого из белков записана в генах.

Но мало иметь программный код, нужна еще команда «Пуск». На этот случай в ДНК есть участки, отвечающие за активность генов. А активность самих этих участков обеспечивается процессом метилирования-деметилирования. Сейчас выяснилось, что на этот процесс влияют внешние факторы (например, стресс) и что изменения метилирования могут передаваться по наследству — например, у потомков узников концлагерей находят одинаковые изменения метилирования в участках генома, связанных со стрессом. Но такие примеры нужно приводить с осторожностью, так как после каждого подобного доклада другие ученые начинают расспрашивать: «А все ли факторы были учтены?»

В 2003 году был расшифрован геном человека. Расскажите, какая работа ученых стоит за заголовками?

За громкими заголовками — больше десяти лет работы международного проекта. Он начался в 1990 году, черновой вариант генома был опубликован в 2000-м, окончательный — в 2003-м. Фрагменты генома человека — не какого-то одного человека, а нескольких анонимных доноров — последовательно клонировали и секвенировали, то есть выделяли определенный участок, получали его копии в достаточном количестве и читали нуклеотидную последовательность.

Стоимость проекта оценивают в три миллиарда долларов — как шутят, «по доллару за букву», поскольку в человеческом геноме три миллиарда букв-нуклеотидов. Но уже в то время международному проекту бросили вызов Крейг Вентер и его компания Celera Genomics, которые выполнили аналогичную задачу за сумму, примерно в десять раз меньшую, и за меньшее время. Сейчас стоимость секвенирования человеческого генома снизилась до 1000 долларов и будет снижаться еще. Понятно, что важность проекта была огромной — и для фундаментальной науки, и для медицины, и для каждого из нас.

Существует распространенный мем про то, что геном человека на 50 процентов совпадает с геномом банана, на 99 процентов — с шимпанзе и только один процент делает нас человеком. Верно ли это?

Не знаю, как насчет процентов, но в общих чертах — да. ДНК человека хранит память о нашем общем предке с бананом. Но сейчас все чаще говорят про индивидуальные различия между геномами разных людей — про геномику человека и персонализированную медицину. Мечта врачей — знать геном пациента и видеть индивидуальный список болезней, к которым он предрасположен. Но тут надо помнить, что, как правило, генетическая предрасположенность к одной болезни дает преимущество в другой сфере. Тот же самый рецептор CCR5, который редактировал китайский генетик Хэ Цзянькуй, сделавший генномодифицированных девочек, в мутантной форме предотвращает заражение определенным подтипом ВИЧ, но в то же самое время повышает уязвимость к лихорадке Западного Нила. В недавнем исследовании выяснилось, что такая мутация также незначительно сокращает продолжительность жизни. Эта мутация достаточно распространена в человеческой популяции, Хэ только повторил природу, так что можно сравнивать людей с этой мутацией и без нее. То есть если эти результаты верны, возможно, эта девочка и так бы не заразилась ВИЧ, но жизнь ей уже сократили.

Каковы в этой связи перспективы технологии редактирования генома CRISPR? Можно ли предполагать, что в будущем ученые смогут менять геном эмбриона таким образом, чтобы он не болел или приобрел желаемые качества?

Системы на основе CRISPR — молекулярные машины для редактирования генома, заимствованные у бактерий, которые с их помощью борются с вирусами. В геномах вирусов, поражающих бактерии, CRISPR-система находит определенные участки и разрушает эти геномы. Оказалось, что ее можно перепрограммировать так, чтобы она находила определенный участок в геноме, например, человека и делала в этом участке разрез. В результате CRISPR-системы — их сейчас существует много, с разными свойствами — удалось приспособить для редактирования геномов. Перспективы у них очень хорошие, по-видимому, за ними будущее. Но прежде чем мы захотим отредактировать геном эмбриона так, чтобы из него выросла красивая голубоглазая девушка со светлыми волосами, мы должны быть уверены, что эта девушка не умрет в 20 лет от какой-то непредсказуемой генетической болезни. Необходимо снизить количество ошибок редактирования до безопасного уровня. В принципе тут нет ничего невозможного, но сначала надо убедиться, что безопасность обеспечена. Это что касается редактирования клеток зародышевой линии, тех, из которых может развиться человек. С редактированием неполовых клеток человека, например лимфоцитов, все несколько проще. А в экспериментальной биологии CRISPR-системы уже сейчас используются очень широко.

Если у человека есть генетическая предрасположенность к болезни, значит ли, что он непременно ею заболеет?

Смотря какая болезнь и какая предрасположенность, одного общего ответа нет. Обычно свой вклад вносят и генетические, и средовые факторы. Но есть признаки, которые очень сильно повышают вероятность заболевания, — к примеру, предрасположенность к онкологическим или сердечно-сосудистым заболеваниям. Мутации в генах BRCA1 и BRCA2 (breast cancer) указывают на возможность рака груди у женщин. Сейчас маммологи в США стали тестировать женщин именно на эти мутации. Анджелина Джоли, к примеру, обнаружив их у себя, решила не рисковать и удалила молочные железы. Да, вероятность заболевания высока, но не все мутации в этих генах одинаково опасны и не каждый рак молочной железы — это обязательно результат мутации BRCA. Из этого возникает этический вопрос к коммерческим службам, которые проверяют ДНК людей на предрасположенность к заболеваниям и отдают результаты напрямую потребителю-заказчику без консультации с врачом.

Сейчас специалисты борются за то, чтобы такие анализы в обязательном порядке включали в себя консультацию с медиком, чтобы человек не гуглил свои заболевания и не принимал спонтанные решения о своем здоровье. Существует мнение, что порой подобные знания в принципе избыточны и человеку нужно проходить такие исследования только в определенных случаях и по показанию врачей.

Очевидно, что услуга секвенирования генома со временем станет еще более доступной и массовой. К чему это приведет?

Это, конечно же, поменяет медицину, но не только. Люди, увлекающиеся ботаникой, будут секвенировать свои пальмы и орхидеи и исходя из этого заниматься селекцией у себя дома. Зоозащитники начнут топить за то, чтобы люди не редактировали геномы своих собак и кошек. Но желающих делать это меньше не станет и, думаю, появится подпольная генетика. Как справедливо заметил выдающийся генетик и эмбриолог из Орегона Шухрат Миталипов (он выходец из СССР), если мы запретим сейчас редактирование генов, то появится черный рынок, который будет бесконтрольно заниматься всем тем, что мы делать пока боимся. Его с соавторами статья в журнале Nature была посвящена редактированию клеток человека, но это верно и для других сфер. Вместо безоговорочного моратория правильнее разрешить эксперименты под контролем специалистов.

Что значит подписанный Владимиром Путиным указ о генетической паспортизации населения?

За такими комментариями правильнее обращаться к специалистам, а не к журналистам, пусть даже научным. Как я поняла, тревогу вызывает пункт в разделе о приоритетных направлениях обеспечения химической и биологической безопасности: «Осуществление генетической паспортизации населения с учетом правовых основ защиты данных о персональном геноме человека и формирование генетического профиля населения». Формирование генетического профиля — вполне здравая идея, изучение генетического разнообразия россиян полезно и для науки, и для криминалистики, и для медицины. Такие исследования действительно ведутся, и это хорошо.

Что касается «паспортизации с учетом правовых основ защиты данных» — пока никто не отменял статью 11 закона «О персональных данных». А в ней сказано, что данные, на основании которых можно установить личность, должны обрабатываться только с письменного согласия человека — теперь в перечне этих данных особо упомянуты генетические (согласие не спрашивают только у человека, совершившего тяжкое преступление). То есть паника по поводу того, что Большой брат получит наши геномы и будет держать нас на мушке, преждевременна. В любом случае тут речь идет не о целых геномах, а о небольших участках. В российском законодательстве есть другие темные места, связанные с биоматериалами и защитой генетических данных, но с этим уж точно не ко мне, а к тем, кто работает в области медицинской генетики.

Какие проблемы, по-вашему, влечет массовое секвенирование генома?

Массовый генетический анализ, с одной стороны, кажется хорошей идеей, с другой — некоторые люди говорят, что это нарушает права человека. Проблема в том, что в неправильных руках такая важная и всеобъемлющая информация о вас может быть использована самым непредсказуемым образом. Вдруг кто-то захочет фальсифицировать ваш генетический след на месте преступления? Недавно в китайском автономном районе Синьцзян, где живет много мусульман-уйгуров, правительство под видом простого медосмотра решило секвенировать данные населения и занести их в базу. Когда фирма Thermo Fisher Scientific, поставлявшая в Китай аппараты для чтения ДНК — секвенаторы, узнала об этом, то под давлением общественности была вынуждена прекратить поставки. Или кейс с «Убийцей из Золотого штата» Джозефом Джеанджело, которого не могли поймать 40 лет. Там дело было так: генетический материал преступника сравнили с данными из генеалогической базы данных. Общественность подняла шум: вроде бы ты сдал анализ, чтобы узнать о своем происхождении, а потом эти данные используют без твоего согласия в следственных действиях. Эти разговоры шли на фоне желания ФБР получить доступ к этим данным и для расследования не уголовных дел. Но пока окончательных решений по этому поводу нет. И мы видим, что в мире идея поголовной генетической паспортизации пока не пользуется популярностью.

В книге вы упоминаете принятый в США декрет о недопущении дискриминации в трудовой сфере на основе генетических данных. Можете привести примеры такой дискриминации со стороны работодателя?

К примеру, работодатель видит, что вы предрасположены к каким-то заболеваниям, и не берет вас на работу, думая, что в будущем вы часто будете брать больничный. Или страховые компании не будут страховать вас, потому что у вас повышенный риск инфаркта. Это уже действующий нормативный акт, и мы видим, как генетические данные входят в человеческие отношения, далекие от науки и медицины.

Несколько лет назад появилась новость, что ученые расшифровали геном мамонта. Можно ли ожидать, что ученые смогут возродить популяцию этих животных, имея на руках только их генетические данные?

Есть наука палеогенетика: ученые расшифровывают геномы вымерших животных, чтобы строить эволюционные деревья живых организмов. Можно понять, какой ген от какого произошел, — это как игра в испорченный телефон, где на каждом новом этапе видишь, как меняется первоначальное слово. Когда этим методом стали массово пользоваться зоологи и палеонтологи, о древних и современных видах узнали много нового. К примеру, когда на Беломорской биостанции МГУ появился секвенатор, оказалось, что в Белом море обитают два вида медуз цианей, хотя ученые всегда были уверены, что там водится только один вид. С мамонтом примерно такая же история, ученые исследуют его степень близости с современными слонами.

Что касается возрождения популяции мамонта и других видов вымерших животных по их ДНК, то принципиальная возможность есть. Уже были попытки клонировать тасманийского волка. Клонирование — это, по определению, получение копий. Можно клонировать какой-то ген, а можно клонировать организм из его соматической (не половой) клетки (это пример овечки Долли). В этом смысле черенкование растения — это тоже клонирование. Теоретически это можно сделать и с вымершим видом. Идея такая: берут ДНК вымершего животного и помещают ее в яйцеклетку современного вида, его ближайшего родственника (в случае с мамонтом это яйцеклетка индийского слона), затем слониха пытается выносить плод. Но успеха в этом методе ученые не добились. Не получилось возродить даже вид лягушки рода Rheobatrachus, вымерший в середине 1980-х: головастик в икринке до взрослой особи так и не дорос.

То есть ждать мамонтов в зоопарках пока не стоит?

Скорее всего, да. Но есть и другой способ. Замечательный ученый Джордж Черч из Гарварда, известный, конечно, не только этим проектом, предлагал отредактировать геном современного слона так, чтобы он стал похожим на геном мамонта. И дать выносить зародыш с отредактированным геномом современной слонихе. Но, как я понимаю, Черчу не удается найти слонов в нужном количестве. Межвидовое клонирование млекопитающих низкоэффективно, поэтому придется ставить много опытов (а значит, понадобится много слоних). Непонятно, как к плоду с измененным геномом отнесется организм матери. В общем, да, мамонта клонируют еще не скоро.

Фото: Даша Cамойлова