Сиддхартха Мукерджи – Ген. Очень личная история (страница 68)

Причина этого странного молекулярного «заикания» – изменения числа повторов – до сих пор остается загадкой. Возможно, совершается ошибка при копировании генов. Например, фермент, реплицирующий ДНК, добавляет лишние ЦАГ к уже существующим вереницам повторов, как ребенок вставляет лишние «с» в слово «Миссисипи». Вообще у наследования болезни Хантингтона есть примечательная особенность[797], которую называют феноменом антиципации: в семьях, отягощенных этим недугом, число ЦАГ-повторов из поколения в поколение растет, превышая в итоге 50 или даже 60 (ребенок, однажды неверно написавший «Миссиссипи», продолжает добавлять в это слово лишние «с»). По мере увеличения числа повторов болезнь становится тяжелее и проявляется раньше, поражая все более молодых членов семьи. В Венесуэле порой болеют уже 12-летние мальчики и девочки, при этом в гене хантингтина у них встречаются вереницы из 70–80 повторов.

Предложенный Дэвисом и Ботштейном метод картирования генов, позднее названный позиционным клонированием, ознаменовал переломный момент в генетике человека. В 1989-м методику использовали для определения гена, ответственного за муковисцидоз – разрушительное заболевание, поражающее легкие, поджелудочную железу, желчные протоки и кишечник. В отличие от мутации, вызывающей болезнь Хантингтона, которая в большинстве человеческих популяций (кроме необычного скопления больных в Венесуэле) встречается крайне редко, мутантный ген, вызывающий муковисцидоз, очень распространен: его несет 1 из 25 человек европейского происхождения. У людей с одной мутантной копией симптомов обычно не бывает. Если у двух таких бессимптомных носителей рождается ребенок, с вероятностью одна четвертая ему достанутся две мутантные копии. Последствия такого стечения обстоятельств могут быть фатальными. У некоторых мутаций пенетрантность приближается к 100 %. До 1980-х средняя продолжительность жизни ребенка, несущего два таких мутантных аллеля, составляла 20 лет.

То, что муковисцидоз как-то связан с солью и секрецией, подозревали столетиями. В 1857 году швейцарский альманах[798] с детскими песнями и играми беспокоился о здоровье ребенка, чей «лоб солен, когда его целуешь». Было известно, что дети с этой патологией выделяют с секретом потовых желез такие невероятные количества соли, что их пропитанная потом одежда, если ее повесить на проволоку сушиться, разъедает металл подобно морской воде. Секрет их легких был столь вязким, что закупоривал слизистыми сгустками воздухоносные пути, и те превращались в инкубаторы для бактерий, вызывавших частые пневмонии – они-то и были одной из типичных причин смерти. Жизнь больных была ужасной – тело тонуло в собственных выделениях, – и порой не менее ужасно она заканчивалась. В 1595 году профессор анатомии из Лейдена так описал гибель ребенка: «Внутри перикарда сердце плавало[799] в ядовитой жидкости цвета морской волны. Смерть наступила от повреждения поджелудочной железы, которая странным образом распухла. <…> Девочка была очень худой, измученной гектической лихорадкой – то резко спадающей, то резко нарастающей, но никогда не прекращающейся». Практически нет сомнений в том, что это описание случая муковисцидоза.

В 1985-м Цуй Лапчи[800], специалист по человеческой генетике из Торонто, обнаружил в геноме «безымянный маркер», один из ботштейновских вариантов ДНК, связанный с детерминантой муковисцидоза. Маркер быстро локализовали на 7-й хромосоме, однако ген муковисцидоза по-прежнему скрывался в ее хроматиновых дебрях. Цуй начал охоту за этим геном, постепенно сужая предполагаемую область его нахождения. К поискам присоединились Джек Риордан, тоже работавший в Торонто, и Фрэнсис Коллинз, генетик из Мичиганского университета.

Коллинз разработал остроумную модификацию стандартной технологии поиска генов. При картировании обычно приходилось «гулять» по хромосоме – клонировать сначала один ее кусочек, потом соседний, перекрывающийся с предыдущим, и так далее. Это была жутко кропотливая и трудоемкая задача, подобная карабканью по канату с перехватами «впритык», когда человек вынужден ставить одну руку прямо над другой. Метод Коллинза позволил двигаться вверх-вниз по хромосоме «с перехватом на вытянутую руку». Он назвал это «прыжками по хромосоме».

К весне 1989-го Коллинз, Цуй и Риордан[801] «прыжками» по 7-й хромосоме сузили рамки поиска до нескольких генов-кандидатов. Теперь нужно было секвенировать эти гены, подтвердить причастность к муковисцидозу какого-то из них и определить, что за мутация нарушала его работу у больных. Одним дождливым вечером в конце того же лета пребывавшие в Бетесде на симпозиуме по картированию генов Цуй и Коллинз стояли, сгорбившись, над факсом: постдок из лаборатории Коллинза должен был отправить им нуклеотидные последовательности «прочитанных» генов. По мере того как машина выплевывала пачки бумаг, испещренных строчками букв «АТГЦЦГГТЦ…», Коллинз осознавал, что наблюдает за материализацией откровения: у больных детей обе копии только одного гена всегда содержали мутации, а их здоровые родители несли всего по одной его мутантной копии.

Выяснилось, что этот связанный с муковисцидозом ген[802] кодирует молекулу, переносящую соль, хлорид натрия, через клеточные мембраны. Самая распространенная его мутация – делеция трех нуклеотидов ДНК, приводящая к выпадению всего одной аминокислоты из белка-переносчика. В результате белок теряет способность транспортировать хлорид-ионы – одну из составляющих поваренной соли – через мембраны. Из-за этого соль, содержащаяся в секрете потовых желез, не может всасываться обратно в тело, и пот становится необычно соленым. Кроме того, организм не может выделять соль и воду в просвет кишечника, что приводит к появлению абдоминальных симптомов[803].

Клонирование гена муковисцидоза стало одной из вех в развитии генетики человека. Всего через несколько месяцев появился диагностический тест для выявления мутантного аллеля. В начале 1990-х уже можно было в рутинном порядке и проводить скрининг на носительство, и выявлять болезнь в утробе, что давало родителям возможность решать, абортировать ли пораженный плод или отслеживать ранние проявления недуга у ребенка. Пары-носители, в которых оба партнера имели хотя бы по одной копии мутантного гена, могли принять решение не заводить детей или взять приемных. За прошедшее десятилетие сочетание прицельного скрининга[804] потенциальных родителей и пренатальной диагностики позволило снизить количество новорожденных с муковисцидозом на 30–40 % в популяциях с максимально высокой встречаемостью мутантного аллеля. В 1993-м одна нью-йоркская больница[805] запустила агрессивную кампанию по проверке евреев-ашкеназов на носительство детерминант трех генетических заболеваний: муковисцидоза, болезни Гоше и болезни Тея – Сакса (просто потому, что соответствующие мутации чаще встречаются именно у ашкеназов). Будущие родители могли свободно выбирать, проходить ли им скрининг, проводить ли амниоцентез для пренатальной диагностики и прерывать ли беременность, если обнаружится, что плод поражен. С момента запуска программы в этой больнице не появилось на свет ни одного ребенка с какой-либо из этих генетических патологий.

Важно очертить единым контуром трансформацию, произошедшую в генетике между 1971-м – годом, когда Берг и Джексон создали первую молекулу рекомбинантной ДНК, – и 1993-м, годом, когда окончательно идентифицировали ген болезни Хантингтона. Хотя уже к концу 1950-х ДНК признали главной молекулой генетики, тогда еще не было возможности секвенировать, синтезировать, изменять ее или как-то манипулировать ею. Если отбросить несколько примечательных исключений, генетическая подоплека человеческих заболеваний была по большей части неизвестна. Тогда удалось надежно связать с конкретными генами разве что серповидноклеточную анемию, талассемию и гемофилию B. Единственными клинически доступными для людей генетическими вмешательствами были амниоцентез и аборт; инсулин и факторы свертывания получали из органов свиней и человеческой крови; ни одно лекарство еще не создали с помощью генной инженерии; гены человека еще целенаправленно не экспрессировали вне его клеток. Перспектива изменять геном организма путем внедрения чужеродных генов или направленного мутагенеза собственных оставалась далеко за пределами технологических возможностей того времени. Даже слова «биотехнология» еще не было в Оксфордском словаре.

Спустя два десятилетия ландшафт генетики существенно изменился: человеческие гены картировали, выделяли, секвенировали, синтезировали, клонировали, перекраивали и сшивали, вводили в бактериальные клетки, перемещали в вирусные геномы и использовали для создания лекарств. Физик и историк Эвелин Фокс Келлер[806] отобразила эту трансформацию так: как только «молекулярные биологи [разработали] методы, с помощью которых они могли манипулировать [ДНК]», тут же «возникли технологические ноу-хау, которые решительно изменили наше историческое ощущение неизменяемости „природы“. Если традиционный взгляд предполагал, что „природа“ означает „судьбу“, а „воспитание“ – „свободу“, роли теперь, кажется, сменились. <…> У нас лучше получалось контролировать первое [то есть гены], чем второе [то есть среду] – не только в качестве долгосрочной цели, но и в ближайшей перспективе».