не полностью определяется генами. Однако понятно, что генетические факторы несомненно играют важную роль в возникновении аутизма.
Разумеется, эта статистика сама по себе еще не аргумент. Поскольку близнецы чаще всего растут в одном и том же доме, у них нередко общие воспоминания, одни и те же переживания, они накапливают сходный опыт. Если бы «замороженность матерей», по Каннеру, действительно вызывала аутизм, то это давало бы высокие уровни соответствия. В опытах по изучению IQ генетические факторы и факторы среды удавалось развести, исследуя однояйцевых близнецов, с младенчества воспитывавшихся в разных приемных семьях. Непросто найти таких близнецов, еще труднее выявить среди них аутистов, так что генетики применяли другой подход. Они изучали близнецов, росших вместе, и оценивали роль генов, сравнивая однояйцевых близнецов с разнояйцевыми («отцовскими»). Как выяснилось, уровни соответствия по аутизму для разнояйцевых близнецов относительно низки – всего 10–40 %. Такое снижение уровня легко объяснить, если аутизм вызывается генетическими факторами: разнояйцевые близнецы значительно менее похожи друг на друга генетически, чем однояйцевые. (У разнояйцевых близнецов всего 50 % общих генов, тогда как у монозиготных – 100 %.)
А как насчет шизофрении? Уровень соответствия по ней опять-таки ниже для разнояйцевых близнецов (от 0 до 30 %), чем для однояйцевых (от 40 до 65 %). Эти цифры демонстрируют, что генетические факторы сказываются на возникновении шизофрении.
Итак, изучение близнецов показывает, что гены играют важную роль, однако не объясняет, почему это так. Прежде чем я попытаюсь дать ответ (или множество ответов) на этот вопрос, позвольте мне растолковать кое-что касательно генов.
Можно представить себе клетку как сложную машину, построенную из молекулярных деталей многих типов. Один из главных – класс молекул, именуемых белками. Одни белковые молекулы служат структурными элементами, они поддерживают клетку, как балки и столбы поддерживают каркас деревянного дома. Другие белковые молекулы играют функциональную роль, воздействуя на еще какието молекулы – как рабочие на конвейере, обрабатывающие деталь. Многие белки сочетают в себе и структурную, и функциональную роль. Поскольку клетка динамичнее большинства рукотворных аппаратов, многие из ее белков не стоят на месте, они подвижны.
Часто говорят, что ДНК содержит в себе «план жизни», поскольку в ней заложены инструкции, которым следуют клетки, синтезируя белки. ДНК – цепочка нуклеотидов, а белковая молекула – цепочка молекул меньшего размера, именуемых аминокислотами. В нашем организме существует двадцать типов аминокислот. Каждый вид белка характеризуется определенной последовательностью «букв», но этот алфавит содержит их двадцать (у ДНК, как мы помним, таких букв всего четыре). Эта аминокислотная последовательность в основном определяется соответствующей строчкой букв – генов в вашем геноме. Чтобы создать белковую молекулу, клетка читает нуклеотидную последовательность гена и «переводит» прочитанное на язык аминокислотной последовательности, чтобы синтезировать белок. (Словарь для такого перевода называется генетическим кодом.) Когда клетка читает ген и конструирует протеин, говорят, что идет экспрессия гена.
Вы начали жизнь одной-единственной клеткой – яйцеклеткой, оплодотворенной сперматозоидом. Эта клетка разделилась на две, ее потомство также разделилось, и так продолжалось много поколений, пока не возникло гигантское количество клеток, составляющих ваше тело. Каждая клетка при делении передает отпрыскам идентичные копии своей ДНК. Вот почему каждая клетка вашего организма содержит один и тот же геном. Но почему же тогда клетка печени и клетка сердца так отличаются по виду и по функциям? Дело в том, что клетки различных типов экспрессируют разные гены. Наш геном состоит из десятков тысяч генов, и каждый из них соответствует определенному виду белка. Каждый тип клеток экспрессирует определенный набор генов. Некоторые полагают, что нейроны – самый сложный тип клеток нашего организма. Поэтому неудивительно, что многие гены кодируют белки, которые полностью или частично поддерживают функционирование нейронов. Это предварительный ответ на вопрос, почему гены так важны для мозга.
Наши с вами геномы почти идентичны, они почти полностью совпадают с той последовательностью, которую расшифровали в рамках проекта «Геном человека». Но существуют и небольшие отличия. Геномика разрабатывает сейчас всё более быстрые и дешевые технологии, чтобы эти отличия обнаруживать. Иногда они сводятся к отдельным буквам, а иногда целые строчки оказываются стертыми или продублированными. Если подобное различие в геномах становится причиной изменения гена, можно строить догадки о последствиях такого изменения – при условии, что мы знаем функцию белка, кодируемого этим геном.
Вам уже известна гипотеза о том, что в основе умственно-психических функций лежит возбуждение импульса (пикообразование) и секреция. В оба процесса вовлечено множество видов белков. С одним из важных видов вы уже сталкивались – это рецепторы, ощущающие присутствие нейротрансмиттера. Они находятся на внешней мембране нейрона, частично выступая за пределы клетки. (Как голова и руки ребенка, плавающего на надувном круге, помните?) Я уже сравнивал связывание молекулы нейротрансмиттера и рецептора со вставлением ключа в замок. Некоторые рецепторы – это, по сути, замок плюс дверь. Через молекулу рецептора идет небольшой туннель, соединяющий внутреннюю часть нейрона с внешней средой, но основную часть времени этот туннель закрыт «дверью». Когда нейротрансмиттер связывается с рецептором, дверь на мгновение открывается, и через туннель может проскочить электрический разряд. Иными словами, нейротрансмиттер играет роль ключа, отпирающего дверь, позволяя электрическому току идти между внутренней частью нейрона и внешней средой.
Обычно мы используем термин «ионный канал», описывая любой тип белка, имеющего такой туннель, который позволяет электрическому току идти через мембрану. (Ионы – заряженные частицы, проводящие ток в растворах.) Многие типы ионных каналов не относятся к рецепторам. Некоторые позволяют нейрону давать пики; другие оказывают более тонкое воздействие на электрические сигналы, путешествующие между нейронами. Если ваш геном, паче чаяния, содержит аномальную ДНК-последовательность для рецептора или ионного канала, это плохо скажется на функционировании мозга. Заболевание, вызванное дефектами ДНК-последовательности, отвечающей за ионные каналы, называется каналопатией. Неправильное функционирование ионных каналов может привести к неконтролируемому возбуждению (пикообразованию), вызывающему эпилептические припадки.
Существуют и другие типы белков – упаковывающие нейротрансмиттер в везикулы или помогающие опорожнить везикулы в синаптическую щель, когда приходит нервный импульс. Есть белки, способствующие разложению или повторному использованию нейротрансмиттера, попавшего в щель, чтобы он не задерживался в ней слишком долго или не уплыл к другим синапсам. Этот список – лишь верхушка айсберга. На самом деле пикообразование и секрецию обслуживает целая армия разнообразных белков. И дефекты в любом из них могут привести к развитию мозговых заболеваний.
Впрочем, функционирование мозга может нарушиться и по ряду других причин. Дефектные гены способны оказывать не только непосредственное воздействие «в настоящем времени»: иногда они оставляют следы в прошлом, негативно влияя на развитие юного мозга, что сказывается в дальнейшем.
Грубо говоря, мозг растет и развивается в четыре стадии. Нейроны создаются («рождаются») путем деления клеток, перемещаются на свои места в мозгу, раскидывают ветви и завязывают связи. Неполадки на любой из этих стадий могут привести к аномалиям в мозгу.
Что произойдет, если создание новых нейронов окончится неудачей? В пакистанском городе Гуджрат есть храм, воздвигнутый в честь святого XVII века по имени Шуа Дулах. В этом храме столетиями оставляли младенцев, родившихся с аномально маленькой головой. В Пакистане таких детей называли чуа – «крысиным народцем» (возможно, потому что их лица вытягивались вперед, словно морда крысы). Иногда детей чуа эксплуатировали их «хозяева», отправлявшие бедняжек просить милостыню и затем отбиравшие полученные деньги. Местные жители рассказывали всевозможные предания, объясняющие существование чуа. Согласно одной из жутких историй, чуа появлялись так: злые люди надевали на головы новорожденных металлические или глиняные колпаки, чтобы задержать рост их мозга.
На самом деле чуа появлялись на свет с врожденной болезнью – конгенитальной микроцефалией. При наиболее «чистой» форме микроцефалии (microcephaly vera) единственная аномалия – слишком маленькие размеры мозга при рождении. Кора головного мозга имеет меньшие размеры, однако узор складок и другие структурные свойства в общем нормальны. Неудивительно, что меньшие размеры коры при такой форме микроцефалии приводят к отставанию в умственном развитии.
Ученые установили, что эту разновидность болезни могут вызывать дефекты в целом ряде генов (в том числе в микроцефалине и гене ASPM[11]). Они кодируют белки, контролирующие возникновение кортикальных нейронов (то есть нейронов коры головного мозга). Дефекты в таких генах сокращают количество нейронов и приводят к микроцефалии. Поскольку в клетке есть две копии каждого гена, одна дефектная копия при наличии второй здоровой может и не вызывать никаких симптомов этого заболевания: одной правильной копии достаточно, чтобы мозг рос и развивался нормально. Но если два носителя заболевания, мать и отец, передадут по одной дефектной копии своему ребенку, тот точно родится микроцефалом. Обычно такое происходит редко, но в Пакистане это случается чаще из-за большой доли близкородственных браков – между двоюродными братьями и сестрами. (Поскольку кузены и кузины имеют большое генетическое сходство, вероятность того, что оба родителя окажутся носителями болезни, для них выше, чем для случайно выбранной пары.)