Новые возможности геномики стимулируют интерес исландцев к генетическим исследованиям. Движущей силой этих исследований является Кари Стефанссон и его компания deCODE, и высоко поднятая ими планка качества геномных исследований служит примером для ученых всего мира. В 2015 году эта группа опубликовала обширнейший отчет, содержавший полный анализ геномов 2636 исландцев[34] и выборочную информацию еще для 100 тысяч человек. В исследованиях такого масштаба выявляются невидимые на индивидуальном уровне закономерности; в частности, было обнаружено множество редких вариантов генов и генов, связанных с какими-то заболеваниями. Например, у некоторых людей была обнаружена версия гена MYL4, вызывающая аритмию (так называемая фибрилляция предсердий с ранним началом). Были найдены гены, связанные с желчекаменной болезнью или болезнью Альцгеймера. Обнаружено очень странное заболевание щитовидной железы, связанное с одной мутацией: если мутация передается от матери, выработка гормонов усиливается, а если от отца – выработка гормонов ослабевает. Объяснить это трудно, но это подчеркивает всю сложность генетики человека, которую мы только-только начинаем познавать.
Исследователи обнаружили и еще кое-что: в человеческом геноме имеется великое множество генов, которые вообще не работают. Многие мутации лишь едва заметно (в некоторых случаях сильно) изменяют форму кодируемого геном белка и в результате влияют на его поведение. Эти небольшие изменения как раз и определяют вариабельность человеческих признаков: рыжие волосы, голубые глаза.
Некоторые мутации встраивают в последовательность ДНК сигнал окончания синтеза белка – точка в середине предложения. Некоторые встраивают дополнительные буквы, в результате чего происходит сдвиг рамки считывания белка. Представьте, что сдвинулась рамка кинопроектора: на экране вы увидите одновременно половину предыдущего кадра и половину следующего. Это можно показать на примере фразы, состоящей из трехбуквенных слов:
наш пес выл под гул эха
Если в начале фразы встраивается посторонняя буква (допустим, а), трехбуквенная структура слов сохраняется, но вся фраза теряет смысл:
ана шпе свы лпо дгу лэх а
Любая подобная мутация может нарушить функцию белка: это так называемые мутации с потерей функции (loss of function mutations, LOF). В статье, опубликованной в 2015 году, было показано, что в геномах исландцев таких мутаций больше, чем у других людей. Каждый двенадцатый человек унаследовал такую мутацию от родителей. Всего в образцах был обнаружен 1171 полностью нефункциональный ген. Мутации были найдены у живых людей, так что это, совершенно очевидно, никоим образом не угрожает жизни и не мешает внутриутробному развитию. Каждый человек имеет около двадцати тысяч генов, и, казалось бы, отсутствие одного или двух генов не должно ощущаться очень остро. Однако все зависит от того, о каких именно генах идет речь. Это исследование – лишь короткий абзац в изучении не только нефункциональных генов исландцев, но и заложенной в нашей биологии избыточности, за счет которой потеря функции некоторых генов не угрожает нашему существованию.
Учитывая особенности островной жизни и небольшой размер исходной популяции, кажется вполне естественным большое количество гомозиготных индивидов – людей, унаследовавших от обоих родителей одну и ту же версию гена и, следовательно, имеющих повышенную вероятность проявления того или иного рецессивного состояния. Это неизбежное следствие инбридинга в результате малого эффективного размера популяции. При ограниченном размере популяции постоянно существует угроза инцеста, последствия которого могут быть весьма неприятными (см. главу 3). Исландцы об этом знают и предпринимают всевозможные меры предосторожности. Вы, наверное, удивитесь и насторожитесь, если в каком-то маленьком провинциальном городке встретите человека с такой же фамилией, как у вас, однако исландская традиция фамилий не имеет никакого отношения к родству. Имя отца становится частью фамилии ребенка, завершающейся окончанием -dóttir для дочерей и окончанием -son для сыновей. Например, самая известная исландская певица Бьорк[35] носит фамилию Гудмундсдоттир (Guðmundsdóttir), дочь Гудмундура Гуннарссона (Guðmundur Gunnarsson), сына Гуннара Гудмундссона (Gunnar Guðmundssón).
В 2013 году программисты из компании Sad Engineers Studios создали приложение Íslendinga-App. Это база данных, содержащая информацию о большинстве людей, когда-либо живших в Исландии. Информация взята из Национальной генеалогической библиотеки, в которой собраны данные более чем за тысячу лет. Два владельца смартфонов могут подсоединиться к программе и определить степень своего родства. При определенной степени близости включается сигнальная система Sijaspellsspillir, предназначенная для предупреждения инцеста.
Такая вот необычная земля и удивительные люди. Насколько я знаю, на нашей планете нет более изученной нации – как в историческом, так и в генетическом плане. По сравнению с другими народами, корни исландцев неглубоки, и в результате их генетическое разнообразие невелико. Однако их записи, безусловно, уникальны. Иногда даже недостаток разнообразия может приносить плоды, но только если вы обладаете предвидением и воображением, чтобы этому способствовать.
Давайте на время прервем рассказ о геноме человека и поговорим о геноме существа, долго управлявшего судьбой человеческих империй и культур на всей территории Европы и за ее пределами. Свою историю мы можем узнать не только на основании анализа собственной ДНК. Существует, например, довольно обычная палочковидная бактерия Yersinia pestis – одноклеточное существо длиной около 2 мкм (в 10 раз меньше толщины волоса типичного европейца), не имеющее жгутика или каких-то других приспособлений для передвижения. Эта ничем не примечательная бактерия была открыта в 1894 году швейцарско-французским бактериологом Александром Йерсеном, а в 1960-х годах была названа в его честь.
А теперь представьте, что вы – восточная крысиная блоха Xenopsylla cheopsis, сосущая кровь животных, таких как альпийский сурок (мармот). У вас есть две жевательные лопасти (лацинии), прокусывающие кожу животного, а между ними – полая игла под названием эпифаринкс. Вместе они образуют канал, по которому ваша слюна попадает в тело жертвы, а его кровь достается вам. Места укусов чешутся и раздражают сурков, но блоха иначе жить не может.
Все на свете животные несут в себе бактерий – в себе и на себе. Большинство микроорганизмов не причиняют хозяевам никакого вреда, а многие так просто полезны. Проблема в том, что все животные различны: сурки отличаются от блох, а блохи от людей. Yersinia может жить в организме сурка, не причиняя ему никакого вреда. Если вы – прожорливая блоха, вместе с кровью сурка вы засасываете в себя несколько клеток Yersinia, которые попадают в ваш пищеварительный тракт. В тепле вашего кишечника бактерии начинают размножаться и выделять белки, способствующие образованию кровяных сгустков, покрытых защитной мембраной. В результате вам, блохе, становится трудно переваривать высосанную кровь, вы чувствуете голод и перескакиваете на другое животное (не на сурка), чтобы еще подкрепиться. Вам удается получить свежую кровь, которая поступает в кишечник и разрушает сгустки, заполненные бактериями. Но при этом некоторые бактерии через ваш рот попадают в то несчастное существо, на котором вы в этот момент обедаете. У Yersinia pestis нет ног или моторчика, но она точно знает, что ей делать.
Этот жизненный цикл не является каким-то особенным. Все организмы кормят паразитов, и связь между хозяином и паразитом – одна из важнейших движущих сил эволюции. Но если переносчик бактерий, блоха, выберет в качестве жертвы не сурка, а крупное двуногое млекопитающее вида Homo sapiens, последствия могут быть катастрофическими. В норме первой преградой на пути инфекции обычно является человеческая кожа, но ее эта прыткая бактерия преодолевает, заставляя блоху проткнуть кожу в поисках крови и впрыснуть внутрь патогенные клетки. Оказавшись внутри человеческого организма, клетки Yersinia pestis начинают свой жизненный цикл, который не совместим с нашим. Этот цикл затрагивает белки, находящиеся на клетках эпителия, то есть любой влажной поверхности организма (кишечника, ротовой полости, выстилки кровеносных сосудов). Измененные белки не позволяют клеткам осуществлять фагоцитоз – физиологический процесс, благодаря которому крупные иммунные клетки организма, макрофаги, в буквальном смысле заглатывают и переваривают чужеродные клетки. Эти зловредные бактерии стимулируют синтез белков, проделывающих поры в клеточных мембранах, и через поры проникают во все новые и новые клетки человеческого организма. Yersinia поселяется и размножается в лимфатических узлах, где с помощью множества хитрых приемов атакует нашу высокоорганизованную иммунную систему. Пораженные клетки лопаются и выделяют свое болезнетворное содержимое в межклеточное пространство, что вызывает классический спектр симптомов воспаления: tumor, rubor, calor и dolor – отек, покраснение, жар и боль. Бактерия активирует некоторые метаболические пути, в частности, заставляет макрофаги следовать указаниям захватчиков и совершать самоубийство.
Саморазрушение клеток – нормальная часть физиологии, поскольку клетки, завершившие свой жизненный путь, должны отмирать – как кожистая перепонка между пальцами ребенка в утробе матери. Однако в данном случае это самоубийство вовсе не является нормальным физиологическим процессом и абсолютно недопустимо. Макрофаги исчезают, и это вызывает эффект домино, еще больше ослабляя иммунную систему организма. Боль и жар становятся критическими, тело опухает. Гибель клеток в кровеносных сосудах приводит к нехватке кислорода и питательных веществ в конечностях. Отмирают клетки пальцев рук и ног, вызывая некроз и гангрену. Лимфатические узлы превращаются в бубоны – крупные фиолетовые шарики, особенно в подмышечной и паховой области, но человек в этот момент уже слишком слаб, чтобы что-то предпринимать. Так развивается бубонная чума. Обычно человек умирает через две недели после того, как голодная блоха впрыснула ему в кровь клетки Yersinia pestis.