НОВАЯ БИОЛОГИЯ НАЧАЛАСЬ В ФЕВРАЛЕ 2001 ГОДА
Л. КИСЕЛЕВ, акад.
- Лев Львович, что послужило стимулом к началу работы по международной программе "Геном человека"? - Создание в середине 70-х годов теперь уже прошлого века двух различных методов расшифровки нуклеотидной последовательности ДНК. Хронологически первым был метод Максама - Гилберта. В его разработке большую роль сыграл нынешний директор Института молекулярной биологии РАН академик Андрей Дарьевич Мирзабеков, до этого работавший в лаборатории Гилберта в Гарвардском университете (США). Английский ученый Фред Сэнгер предложил другой способ расшифровки структуры ДНК. За разработку этих методов Гилберт и Сэнгер получили Нобелевскую премию. Интересно, что для Сэнгера эта премия уже вторая, первую он получил за расшифровку аминокислотной последовательности белка инсулина. Случай в науке уникальный - один и тот же человек первым расшифровал структуру и белка и ДНК!
- Нельзя ли объяснить, в чем состоит суть этих методов?
- Объяснить суть методов не так-то просто, но я все же попытаюсь. Метод Максама - Гилберта состоит в том, что молекулу ДНК разбивают на кусочки, затем эти кусочки подвергают химическим воздействиям, потом специальным образом обрабатывают. Ученые смотрят, что при этом происходит с нуклеотидной последовательностью, и на основании этого делают вывод о порядке расположения нуклеотидов друг за другом в каждом фрагменте ДНК.
Согласно методу Сэнгера молекулу ДНК с помощью специальной обработки ферментами не только расщепляют на фрагменты, но и "расплетают" ее двойную спираль на две нити. Потом по каждому из полученных обрывков, состоящих из отдельных нуклеотидных "нитей", с помощью специальных химических "затравок" восстанавливается недостающая вторая нить нуклеотидов. Но не полностью - ее синтез обрывают на разных нуклеотидах. При этом получался набор цепей ДНК с непрерывно изменяющейся длиной - "лесенка". Фрагменты разной длины помечены на концах флуоресцентной меткой, чтобы их было легко обнаружить.
Надо сказать, что российские биологи внесли существенный вклад в разработку и этого метода. Новосибирский ученый профессор Станислав Константинович Василенко предлагал принцип "лесенки" еще до публикации работ Сэнгера, этот же принцип развивал и академик Евгений Давыдович Свердлов, директор Института молекулярной генетики РАН. То, что Василенко и Свердлов - предтечи Сэнгеровского метода, забывать не стоит.
- Какой метод имеется в виду, когда говорят о расшифровке нуклеотидной последова тельности ДНК или, по-научному, секвенировании ДНК?
- Все автоматы-секвенаторы построены по принципу метода Сэнгера, поскольку он оказался более удобным для автоматизации и комьютерной регистрации. Выпущено огромное количество автоматов и стандартных наборов реактивов для анализа. По сути, секвениро вание (то есть определение нуклеотидной последовательности ДНК) стало рутинной лаборантской работой. А метод Максама-Гилбера имеет скорее историческое, чем практическое значение.
Еще 15-20 лет назад расшифровка нуклеотидной последовательности в 1000 нуклеотидов считалась почти научным подвигом, за это можно было сразу получить степень доктора наук. Но уже к 1990 году секвенирование ДНК стало массовой технологией. А сейчас квалифицированный лаборант проделывает такую работу меньше, чем за один день.
- Когда же ученые решились взяться за геном человека?
- В 80-е годы ученые брались за расшифровку только коротких молекул ДНК: вирусных, митохондриальных или плазмидных. (Плазмида - кольцевая молекула ДНК, находящаяся в цитоплазме бактерий и состоящяя из небольшого количества генов. - Прим. ред.) Но первые шаги были сделаны. И вот тогда в 1988 году наиболее отчаянные исследователи выступили с предложением - расшифровать геном человека.
В Америке таким пионером стал Джеймс Уотсон - один из двух "отцов" двойной спирали ДНК, а в России - академик Александр Александрович Баев, известный специалист в области генной инженерии. В обеих странах реакция ученых на эти предложения была неоднозначной.
Оппоненты расшифровки генома считали поставленную задачу нереальной, ведь ДНК человека в десятки тысяч раз длиннее молекул ДНК вирусов или плазмид. Второй аргумент против: проект потребует миллиарды долларов, которых недосчитаются другие области науки, поэтому геномный проект затормозит развитие науки в целом. И наконец, если все-таки деньги найдутся и геном человека будет расшифрован, то полученная в результате информация не оправдает затрат.
Например, можно назвать имя блестящего ученого, президента Национальной академии наук США Брюса Олбертса. В 1988 году он выступил с разгромной статьей, приводя в ней все перечисленные выше аргументы. В России тогда многие исследователи тоже не одобряли проект. Один очень уважаемый мною ученый выступил в популярной газете с уничтожающей критикой идеи расшифровки генома человека.
- Как же все-таки удалось начать грандиозный научный проект, который столько уважаемых людей подвергли критике?
- Видимо, здесь сыграли роль научный авторитет и неутомимая энергия Уотсона. В науке он считается полубогом и был и остается очень яркой личностью. Он объехал пол-Америки, выступая в научных коллективах, написал много статей в газетах, полемизировал с противниками. После того как Уотсон встретился с президентом США, проблему генома вынесли на обсуждение в конгресс, и была принята национальная программа США "Геном человека".
Тем временем в России академик Баев тоже много писал, выступал и в конце концов написал служебную записку, которую удалось передать непосредственно Горбачеву. Михаил Сергеевич вызвал своего советника по науке. Тот, к счастью, с проблемой расшифровки генома был знаком и дал положительный отзыв. Вопрос немедленно поставили на Политбюро. Горбачев лично доложил об этом на очередном заседании, и тут же было дано задание правительству подготовить постановление. Вот так уже через два месяца после того, как записка Баева легла на стол Горбачеву, вышло постановление о создании российской программы "Геном человека".
Баев стал председателем научного совета по этой программе. В первые два года нам выделили около 20 миллионов долларов для базового оснащения лабораторий, создания единой информационной сети. Это было немногим меньше финансирования американского проекта. Так что российская программа начиналась очень активно. А в начале 90-х годов произошел экономический обвал. Американцы постепенно удесятерили финансирование своей программы, а мы откатились в обратную сторону, между российским и американскими проектами возникли гигантские финансовые "ножницы".
Тут я хотел бы подчеркнуть заслуги Александра Александровича Баева. Он сумел не только инициировать проект, но и создать устойчивую инфраструктуру, которая устояла при всех российских экономических и других передрягах. Несмотря на кончину Баева в 1994 году, оказавшуюся для всех нас большим ударом, российская программа "Геном человека" продолжает активно работать. Раньше ее поддерживал Государственный комитет по науке и технике, затем - Министерство науки, теперь - Министерство промышленности, науки и технологий. Более того, Россия сохранила статус участника международной программы. У нас 80 человек являются членами HUGO - международной организации по изучению генома человека (Human Genome Organization).
К сожалению, финансирование российской программы все последние годы непрерывно уменьшалось. Надо сказать, в министерстве понимают значимость проекта, но суммарное финансирование российской науки настолько мало, что они при всем желании не могут дать столько, сколько нужно. Если дадут, тогда возникнет именно та ситуация, которой опасалось научное сообщество, - российская наука исчезнет, останется один проект "Геном человека". Естественно, мы к этому не стремимся.
- Как выглядит российское научное сообщество "геномщиков" сегодня?
- В России по программе "Геном человека" работают около 100 научных групп. Это - 400 квалифицированных научных сотрудников. Ежегодно в подмосковном наукограде Черноголов ке проходят конференции, где представители разных научных групп рассказывают о том, что они сделали за год. Сегодня в программе принимают участие 30 научных учреждений со всей России. Ведомственные барьеры отсутствуют - по программе "Геном человека" работают в академических институтах, университетах, медицинских учреждениях, государственных научных центрах. География тоже обширная - от Санкт-Петербурга до Томска.
В первые годы своего существования международная и российская программы носили глобальный характер: исследователи осваивали новое оборудование и новые методы, учились клонировать гены человека, изучали способы обнаружения мутаций. К 1993-1994 годам подготовительный этап закончился и стало ясно, что можно приступать к секвенированию генома. Но к этому моменту российская программа уже имела столь низкий уровень финансирования, что ввязываться в гонку по расшифровке генома и брать на себя международные обязательства оказалось бы безумием. Тогда мы должны были бы сосредото читься только на расшифровке нуклеотидной последовательности и секвенировать ничтожную (по сравнению с вкладам других стран) долю генома. Либо следовало принять решение - не ввязываться. И мы приняли такое решение.
- Значит, расшифровка нуклеотидной последовательности ДНК и в самом деле - не первоочередная задача для науки.
- Нет, просто российская наука - в основном наука интеллектуальная, а секвенирование - грандиозная техническая задача. Посмотрите на список авторов только что опубликованных в престижнейших научных журналах "Science" и "Nature" статей по секвенирова нию генома человека. Больше половины из них, судя по фамилиям, китайские, корейские, вьетнамские, индийские исследователи. Они были нужны для выполнения высочайшего уровня работы, но не творческой, а технической. Менталитет же российского ученого не позволяет долго заниматься рутинной работой. Честно говоря, я думаю, что мы не стали бы секвенировать ДНК человека, даже если бы у нас денег было намного больше. Поэтому в достижениях, опубликованных в журналах "Science" и "Nature", вклад России очень мал. Хотя некоторые из российских исследователей, уехавшие работать в Америку, входят в число соавторов этих основополагающих статей.
- Тогда какую часть работы по международной программе "Геном человека" выполнили и выполняют российские ученые?
- Российская программа развивалась по ряду направлений. Одно из главных - биоинформатика. Что это такое? Биоинформатика - компьютерный анализ всей совокупности данных по нуклеотидным последовательностям ДНК. Сейчас в базах данных находится несколько миллиардов нуклеотидных пар человеческого генома и геномов других живых организмов. В этом море информации еще нужно разобраться, описать, понять, что следует за чем, где начало гена, где его конец, где регуляторные участки. Напомню: гены - участки ДНК, отвечающие за синтез одного белка или одной молекулы РНК.
Результаты исследований, полученные за счет денег налогоплательщиков, то есть за счет государственного бюджета, находятся в открытом доступе. Это значит, что любая лаборатория, закончив расшифровку нуклеотидной последовательности какого-либо фрагмента ДНК, немедленно посылает результаты в международную базу данных в Америку или Германию. Из таких баз данных ученые, занимающиеся биоинформатикой, черпают информацию для своих расчетов.
- Но геном расшифровывают не только в государственных учреждениях. Так американская частная компания "Селера Геномикс" полученные данные не предоставляет в открытый доступ.
- Да, компания "Селера Геномикс" секвенировала довольно большую часть генома и использует полученные данные в коммерческих целях. Ее представители говорят: "Скажите, что вам нужно, и мы вам это продадим".
- Получается, что фрагменты ДНК, секвенированные "Селерой Геномикс" и государствен ными научными учреждениями, могут частично совпадать, перекрываться?
- Конечно, они и перекрываются. Дело в том, что "Селера" подключилась к программе не сначала, а когда проект уже шел полным ходом. Спохватились крупные фармацевтические компании, осознавшие, что, если вся информация о геноме окажется в открытом доступе, они могут лишиться интеллектуальной собственности - нечего будет патентовать. Озабоченные этим, они вложили миллиарды долларов в "Селеру Геномикс". Во главе ее встал Крейг Вентер, который имел огромный опыт научной работы по государственной программе "Геном человека". Кроме того, он оказался выдающимся организатором.
- Создание "Селеры Геномикс" сослужило хорошую или плохую службу международному научному сообществу?
- Появление "Селеры", на мой взгляд, сыграло позитивную роль, потому что те, кто был занят в государственных программах, почувствовали жесткую конкуренцию. Кроме того, после создания компании остро встал вопрос об эффективности использования государственных капиталовложений. Ведь Вентер заявил, что все публичные программы малоэффективны и что в его фирме геном секвенируют быстрее и дешевле. Научному сообществу срочно пришлось повышать эффективность работы по расшифровке генома. Сначала работа шла несогласованно, потом были достигнуты определенные формы сосуществования.
- Как международное научное сообщество и "Селера Геномикс" согласовывают свои действия по секвенированию ДНК?
- Сейчас между "Селерой Геномикс" и научным сообществом наступил худой мир, который, конечно же, лучше доброй ссоры. Итог перемирия тот, что обе научные структуры опубликовали в журналах свои результаты одновременно и согласованно. Причем многие результаты "Селеры" и научного сообщества перекрываются: есть общее, но есть и отличия. В данном случае дублирование результатов оправдано. Я глубоко убежден, что при решении проблем глобальных, имеющих общечеловеческое значение, дублирование научных результатов просто необходимо. Если научная проблема решается в одном сообществе, есть опасность зайти в тупик либо оказаться в плену ложной идеи, гипотезы или неточного метода. Использование одного метода также может давать систематическую ошибку, которую трудно "поймать". А "Селера Геномикс" и международный консорциум использовали разные методические подходы к секвенированию.
"Селера" применяла так называемое дробление - shotgun. ДНК дробили на маленькие фрагменты и у всех полученных "кусочков" определяли нуклеотидную последовательность. Одни и те же "кусочки" попадали в секвенатор по 10-20 раз. Компьютер потом "выстраивал" полученные данные в одну цепочку. Таким образом ученые колоссально экономили время и деньги на подготовке генетического материала - раздробить ДНК на фрагменты легко, - но теряли на том, что по много раз секвенировали одни и те же фрагменты.
У международного консорциума была противоположная тактика: "кусочки" молекул ДНК выстраивали друг за другом - делали карту, а потом по ней "шли". Таким образом ученые теряли время на подготовке материала, но выигрывали в секвенировании - не нужно было по многу раз делать одно и то же.
Именно потому, что разные стратегии дают во многом совпадающие результаты, им можно верить.
- Где находится координационный центр международной программы?
- Координационный центр HUGO находится в американском городе Бетесда, недалеко от Вашингтона, и относится к системе национальных институтов здоровья (National Institutes of Health). Возглавляет его Фрэнсис Коллинз - директор Института геномных исследований в Бетесде. Центр координировал научную работу в шести странах - Германии, Англии, Франции, Японии, Китае и США. Но национальные программы по геномике сегодня имеют более 20 стран, а членами HUGO являются представители более 50 стран. Национальные программы есть в развивающихся странах, например в Китае и Бразилии, где правительства понимают важность геномной программы. В научном совете много лет работали А. Мирзабеков и я. Сейчас Россию в нем представляет профессор Н. К. Янковский.
- Сколько денег ушло на осуществление международной программы "Геном человека"?
- По не вполне официальным данным, на государственные программы под эгидой HUGO было истрачено более трех миллиардов долларов США, то есть в среднем по одному доллару на одну нуклеотидную пару из генома человека .
"Селера" истратила примерно столько же. Правда, она их истратила за шесть лет. Государственные же программы примерно ту же сумму использовали за 10 лет. То есть интенсивность использования денег в частной компании оказалась выше.
- Кто теперь будет платить деньги "Селере Геномикс" за расшифрованные ими нуклеотидные последовательности? Ведь ту же самую информацию можно получить бесплатно в Интернете, она ведь уже опубликована?
- На самом деле там есть далеко не все. Скорее всего, коммерчески важные гены "Селера" не показала. Хотя я этого не утверждаю - слишком ответственное было бы заявление. Но я думаю, что это так.
По правде говоря, разобраться бы с теми данными, что уже есть в открытом доступе. Все жалуются: "Селера" не все публикует". Какое это имеет значение, если на то, чтобы описать полученные данные уйдут скорее всего годы и годы. Море информации, которой никогда не было в биологической науке... Вот где без биоинформатики не обойтись.
- Тогда давайте вернемся к биоинформатике. Каков вклад российских ученых в этот раздел науки о геноме?
- В области биоинформатики наши позиции - высший мировой уровень. Мы создали ряд компьютерных программ. Разработаны они в Новосибирске в Институте цитологии и генетики Сибирского отделения Российской академии наук под руководством профессора Николая Александровича Колчанова. Блестящий исследователь, создавший сибирскую школу российской биоинформатики. Кстати, в прошлом году в новосибирском Академгородке проходил представительнейший международный симпозиум по биоинформатике, который наглядно показал высокий уровень российской науки в этой области.
В скобках замечу, что один из лидеров американской биоинформатики Евгений Кунин лет десять назад работал в Москве в Институте полиомиелита РАМН. Сейчас он руководит Центром биоинформатики в Бетесде. Да и половина его сотрудников - бывшие российские ученые.
Вторая очень сильная школа - московская во главе с Михаилом Сергеевичем Гельфандом и Андреем Александровичем Мироновым в Государственнном научном центре ВНИИгенетика. Их компьютерными программами пользуется весь мир. Третья группа, которую возглавляет профессор Михаил Абрамович Ройтберг, в пущинском Институте математических проблем биологии РАН под Москвой. Четвертый центр опять же под Новосибирском, но не в Академгородке, а в поселке Кольцово в Государственном научном центре вирусологии и биотехнологии, который сокращенно называют "Вектор". Там работает группа во главе с Владимиром Михайловичем Блиновым.
- Расскажите, пожалуйста, для чего нужны эти программы, что с их помощью удается определить?
- Вот, к примеру, программа Колчанова. По ней можно в чудовищной нуклеотидной "каше" найти регуляторные участки генома. Представьте себе, есть последовательность из четырех повторяющихся нуклеотидов - АГЦЦЦГАТ и так далее до бесконечности. Закономерности в такой абракадабре может найти только компьютер с использованием соответствующей программы, например, той, которую сделали Н. А. Колчанов и его сотрудники.
Другая программа - Ройтберга, Гельфанда и Миронова - "ищет" участки нуклеотидной последовательности, кодирующие белки, то есть "ищет" собственно гены. Сейчас появилась еще одна версия программы, которую создали в Институте молекулярной биологии РАН в группе под руководством профессора Владимира Гаевича Туманяна. Очень сильная молодежная научная группа.
Расшифровать нуклеотидную последовательность - это все равно, что читать книгу, просто произнося названия букв подряд. Найти ген, значит понять, как буквы складываются в слова.
- Определить ген или регуляторный участок в нуклеотидной последовательности можно исключительно математическими методами?
- Не определить, а предсказать. Причем вероятность правильного предсказания сегодня достигает 85%. Биоинформатика не дает конечной информации, она дает исходную информацию. А затем наличие того или иного гена проверяется экспериментально. Биоинформатика предсказывает: вот здесь ген начинается, а здесь - заканчивается. Ученые-эксперимен таторы "вырезают" предполагаемый ген из ДНК и проверяют, действительно ли этот фрагмент отвечает за синтез определенной белковой молекулы. Иногда оказывается, что ученые-биоинформатики предсказали гены правильно, а иногда - нет.
- Кроме биоинформатики, какие еще направления в российской геномике Вы можете отметить?
- Прежде всего - медицинскую геномику. У людей есть "больные" гены. Их чрезвычайно важно найти и опознать. Это - путь к диагностике и лечению и на сегодняшний день главный способ использования достижений геномики для человека. С помощью медицинской геномики можно создавать новые лекарства. Приведу лишь одну цифру. За ушедший ХХ век человечество создало примерно 500 разных лекарств. Если усреднить, получается порядка пяти лекарств в год. Я имею в виду не одни и те же лекарства с разными названиями, а по-настоящему различные лекарства. После расшифровки генома человека 500 новых лекарств будут созданы меньше чем за 10 лет. Почему? Потому что обнаружено множество новых генов. Каждый новый ген кодирует свой белок. Любой белок может быть участником патологического процесса. Можно будет создавать лекарства направленно.
- Но для этого надо понимать, как работает белок. А знание нуклеотидной последова тельности ДНК такого понимания не дает.
- Тем не менее уже о нескольких тысячах генах мы знаем, как регулируется белковый синтез и как работают синтезируемые ими белки. А что касается новых генов, кодирующих белки, о которых мы ничего пока не знаем, - вот это и есть то, чем мы будем заниматься ближайшие 50 лет. Эта область науки называется функциональной геномикой. Ее лозунг прост: "Познавши структуру, познай функцию".
Сам ген - инертная вещь, магнитофонная пленка. А вот, когда по записи на пленке синтезируется белок, который затем сворачивается определенным образом и начинает работать, - вот это нам важно и интересно. Поэтому от генов ученые все чаще и чаще будут переходить к изучению белков.
- Итак, российская программа в основном состоит из трех направлений: биоинформатика, медицинская геномика и функциональная геномика?
- Есть еще один аспект, который начал развиваться два-три года назад и особенно бурно в многонациональной России. Ее населяют разные этнические группы. Оказывается, что геном у разных народностей слегка различается. Можно в ДНК выделить определенный "рисунок" нуклеотидов (особое расположение), который будет говорить о том, что этот человек - башкир, а этот - татарин. Геномы представителей разных этнических групп не идентичны, но различия между ними чрезвычайно незначительны, хотя и абсолютно достоверны, и поэтому возможно сравнивать разные этнические группы.
Такой подход связывает геномику с историей, лингвистикой, археологией, палеонтоло гией, этнографией. И возникают поразительно интересные находки. Как вы думаете, к какой этнической группе ближе всего русские?
- К татарам, наверное .
- Представьте, нет. Славяне близки по материнской линии (поскольку изучается митохондриальная ДНК, передающаяся ребенку от матери) к нашим западным соседям: немцам, угро-финнам.
Сейчас ведутся работы по изучению Y-хромосомы, что гораздо сложнее, чем изучать митохондриальную ДНК. Через два-три года мы будем знать, как выглядит русский этнос по отношению к своим соседям уже по отцовской линии.
Работа очень увлекательная и ведется весьма активно. Участвуют исследователи из Томска, Москвы, Уфы и Тарту (Эстония). Международное сообщество смотрит на результаты наших исследований во все глаза: ведь мы имеем уникальные этносы.
- А что такие работы дадут самим этносам?
- Прежде всего, можно будет подбирать лекарственные препараты "по национальному признаку". Ведь не секрет, что многие признаки сцеплены с принадлежностью человека к определенной этнической группе. Поэтому такие исследования не только очень интересны, но они еще и создают основу будущей индивидуальной медицины.
Новая медицина станет не только индивидуальной, а профилактической (превентивной). Врачи смогут не только лечить болезнь, но и предотвращать ее возникновение. Геномика позволит сделать и это.
- Вы, наверное, говорите о генетическом паспорте, в котором будут указываться все "плохие" гены человека. А что вы можете сказать об отрицательном психологическом эффекте генетической паспортизации: если человеку сказать, что у него предрасположен ность, например, к раку легкого, то вероятность того, что он действительно заболеет будет выше, чем если бы он этого не знал?
- Если у человека гены "говорят" о предрасположенности к раку легкого, то с него надо взять подписку, что он не будет курить. Если он все-таки будет курить, то болеть раком легких он станет не бесплатно, а за свой счет.
Гены указывают на степень риска. Генетическая предрасположенность совсем не означает фатальной обреченности. Просто вероятность того, что человек заболеет, выше, чем у других людей. Надо быть осторожней и чаще ходить на осмотр к врачу.
- Другими словами, Вы считаете, что генетический паспорт - дело полезное .
- Когда меня спрашивают, целесообразно ли вводить генетические паспорта, я не знаю, что ответить. Из благих намерений может получиться бог знает что. В Америке разрабатывается закон, по которому врач, разгласивший информацию из генетического паспорта, попадает в тюрьму. У нас же пока юридическая основа профилактической медицины отсутствует. Но, правда, на всеобщую генетическую паспортизацию в России и денег нет.
А вот что, по моему мнению, абсолютно необходимо: если у родителей или родственников вступающих в брак молодых людей есть какие-либо наследственные или ненаследственные тяжелые заболевания, молодоженам нужно пойти в медико-генетическую консультацию. Там врач-генетик должен им дать прогноз относительно груза генетической предрасположенности у будущего потомства. Так уже делается в Америке и в некоторых других развитых странах.
Возможен вариант, когда пара решает рискнуть и при неблагоприятном прогнозе, тогда на третьей неделе беременности необходимо осуществить внутриутробную (пренатальную) диагностику - анализ ДНК эмбриона - и определить, несет ли будущий ребенок "плохие" гены.
- То, о чем вы сейчас рассказали - генетический паспорт, вероятностный прогноз заболеваемости у потомства, пренатальная диагностика, - это все результаты расшифровки генома человека?
- Действительно, десятки наследственных болезней были известны задолго до полной расшифровки генома, известны гены, отвечающие за эти заболевания. Теперь мы узнаем сотни наследственных дефектов в нуклеотидной последовательности человека. Расшифровка генома упростила поиск "плохих" генов. Раньше, когда находили ген, ответственный за какую-либо болезнь, это была научная сенсация. Теперь определение "плохих" генов станет повседнев ной работой.
- Какие еще научные направления помимо тех, что вы назвали, будут развиваться благодаря расшифровке генома человека?
- Месяц назад мы с новосибирскими коллегами написали статью в международный научный журнал. Но пока не можем ее туда отправить, потому что сначала необходимо сверить полученные результаты с опубликованными в базах данных. Теперь любой ученый должен свои результаты "выверять по геному". Расшифровка генома подняла научную планку в эмбриологии, вирусологии, клеточной биологии, теории эволюции, биотехнологии, медицинской генетике. Уже появился термин "new biology", новая биология - наука, которая началась в феврале 2001 года.
- Так сколько же осталось нерасшифрованных нуклеотидов в ДНК человека?
- Никакого значения это не имеет. Ну скажу - 90% расшифровано. Что это меняет? Мы не знаем, что делать с имеющейся информацией. Получили мешок золота, теперь надо думать, как золотые слитки превратить во что-то полезное.
- Давно пишут, что геном человека расшифрован почти полностью, а количество генов по разным источникам колеблется от 30 до 100 тысяч. Как же так - все известно и такой разброс?
- Разброса уже почти нет. Действительно, еще год назад я писал, что число генов у человека находится в пределах от 80 до 100 тысяч. Не только я так думал. Все так думали. Сейчас мы знаем точную цифру - между 30 и 40 тысячами.
- Почему же число генов в геноме человека за год "сократилось" вдвое?
- Когда мы не знали нуклеотидную последовательность полностью, мы могли лишь экстраполировать число генов на известных расшифрованных участках на весь геном. Оказалось, что приближения были очень неточны.
- То есть в геноме человека выявилось больше "бессмысленных" участков, чем ожидали ученые?
- Как бы бессмысленных. Мы пока не понимаем, что в них написано.
- А как же все-таки решили, что эти участки генами не являются?
- Они устроены по-другому. Не так, как гены.
- Ответ на вопрос, является какой-либо участок геномом или нет, дает биоинформатика?
- Конечно. Сегодня геном - это на 95% нечто, чего мы не понимаем. Возникли огромные "ножницы" между знанием и пониманием. В отношении значительной доли генома мы много знаем, но мало что понимаем. Вот в 5% генома, где находятся те самые 32 тысячи генов, мы знаем многое о структуре и немногое о функциях. По-научному "бессмысленные" участки называют некодирующими. Некоторые американские ученые называют их "junk" - барахлом, мусором или "эгоистической ДНК". Я этот термин не люблю. Если мы не понимаем, для чего нужны какие-то участки ДНК, сие еще не значит, что они - мусор.
- А все-таки есть какие-либо предположения, почему у человека и других живых организмов в нуклеотидной последовательности ДНК так много "бессмысленных" участков, не несущих понятной нам генетической информации?
- Про другие живые организмы я не говорил. Речь шла только о геноме человека. У бактерии "бессмысленных" участков вообще нет. У дрожжей почти нет. По мере повышения уровня организации живого организма накапливается все больше некодирующей ДНК. Я думаю, что некодирующие последовательности ДНК могут оказаться резервуаром эволюции, складом "запчастей". Если с каким-либо геном что-то не в порядке, возможно, клетка использует фрагменты некодирующей ДНК для ремонта поврежденного гена. Но это - лишь моя фантазия.
- Какая же все-таки информация содержится в "бессмысленных" участках ДНК?
- Во-первых, в "бессмысленной" ДНК есть испорченные гены, погибшие в результате каких-то мутаций. Их называют псевдогенами. Во-вторых, наши далекие предки - неандертальцы или кроманьонцы болели вирусными заболеваниями, и эти вирусы (а вирусы состоят из молекул ДНК или РНК и белковой оболочки) иногда попадали в геном и оставались там навсегда. Иными словами, часть нашего генома - молекулярное кладбище древнейших вирусов. Затем, в нашем геноме есть масса повторяющихся участков. Действительно, очень интересно, почему человек - "венец эволюции" имеет огромную долю "неработающего" генома.
- Пролила ли расшифровка генома свет на проблему происхождения человека?
- По своему геному мы мало отличаемся от мыши. Различия в структуре генов - процентов 10-15, не больше. А от шимпанзе мы почти ничем не отличаемся. Проблема происхождения человека стала горазда сложнее, чем ученые думали раньше. Подсознательно мы надеялись набрать сотню генов, отличающих человека от шимпанзе. И мы скажем по-французски "voila" - вот они эти гены, благодаря которым мы "выбились" в люди. А пока их нет.
- Значит, геном шимпанзе расшифрован полностью?
- Геном шимпанзе полностью не расшифрован. Изучены только отдельные участки, поэтому сравниваются пока только они.
- Что же вы имели в виду, когда говорили, что геном человека не отличается от генома шимпанзе?
- Я не говорю, что геномы шимпанзе и человека абсолютно одинаковы. Это неверно. Просто те участки генома шимпанзе, которые нам сегодня известны, похожи по структуре на соответствующие участки в геноме человека.
- А почему один человек вообще отличается от другого? Где, в каких участках генома "спрятаны" различия?
- Если бы все люди были одинаковы, в таком скучном мире никому не хотелось бы жить. Полиморфизм - различия в структуре одних и тех же генов - пронизывает весь геном, но на "работе" генов и генома в целом он обычно не сказывается.
- Правда ли, что международная программа "Геном человека" прекращена и в связи с этим государственные средства на нее в США больше не выделяются?
- Основные цели структурной части программы уже в целом выполнены, хотя какие-то участки генома ученые будут "дорасшифровывать" еще долго. Программа "Геном человека" не прекращает существование, она меняет ориентацию: из структурной геномики превращается в функциональную, чтобы понять функции тех генов, которые ученые узнали. Например, американцы только что выделили 300 миллионов долларов на биоинформати ку, потому что без нее ничего нельзя выяснить. Программа наконец-то начнет возвращать человечеству затраченные на нее миллиарды долларов.
Знаете, как говорят англичане: "This is the end of the beginning" - "Это конец начала". Вот именно эта фраза точно отражает нынешнюю ситуацию. Начинается самое главное и, я совершенно уверен, самое интересное.
Развитие науки идет таким образом, что мы все точнее и точнее знаем, чего не знаем. Теперь стало совершенно ясно - мы не понимаем, для чего нужна основная часть генома. "Что" - известно, "как" - предстоит узнать. Сейчас уже возможно сформулировать задачу, а это в науке самое трудное. Поставлен вопрос, который до расшифровки генома корректно поставить было просто невозможно.
Литература
"Наука и жизнь" о геномике:
Киселев Л., член-корр. РАН. Впервые огромный генетический чертеж многоклеточного существа прочитан полностью. - № 3, 1999.
Глеба Ю., академик Национальной академии наук Украины. Еще раз о биотехнологии, но больше о том, как нам выйти в мир. - № 4, 2000.
Баранов В., докт. мед. наук. Медицина на пороге революции. - № 9, 2000.
Франк-Каменецкий М., Шахнович Е. Виват, виват... что дальше? - № 2, 2001.
Читайте в любое время
