Например, в ранних версиях Книги пророка Исайи, написанной на древнееврейском, есть пророчество, в котором использовано слово almah. Это слово относилось к матери мальчика по имени Эммануил, которое (имя) можно перевести как «с нами Бог». Слово almah не имеет прямого перевода ни в английском, ни в древнегреческом, но в целом означает «молодая женщина» или «женщина, не имеющая детей». Во времена Иисуса евреи говорили на греческом или арамейском, но уже не на древнееврейском. Слово almah превратилось в греческое parthenos, которое имеет более узкий смысл и означает «девственница». Отсюда берет начало хороший биологический термин «партеногенез», который означает рождение потомства у некоторых насекомых и пресмыкающихся без участия самцов – «непорочное зачатие». Так, в результате изменения одного-единственного слова, женщина стала Девой, ребенок стал Мессией, и история Иисуса кардинальным образом изменилась. Матфей и Лука в Новом Завете провозглашают это истиной, миллиард католиков произносит это в виде слов молитвы, и все мы поем об этом в Рождество.
Однако в биологии изменения могут быть более существенными. Неточное копирование – неотъемлемое свойство ДНК, в противном случае новые поколения организмов не могли бы адаптироваться к изменениям внешних условий. А в мире слов мутации нежелательны, особенно если речь идет о заповедях. В 1631 году королевский печатный двор в Лондоне опубликовал исправленную версию Библии короля Якова[95]. В книге Исход (20:14) было пропущено одно-единственное слово – то ли по недосмотру, то ли по сатанинскому наущению. Этим словом было слово «не». Книга стала известна как «Библия греха», поскольку седьмая заповедь читалась так: «Прелюбодействуй». Мутация не прижилась, поскольку вскоре весь тираж книги был сожжен.
В ДНК такие мутации называются полиморфизмами, и одной из задач проектов «Геном человека» и HapMap стал поиск максимального числа подобных вариаций в геноме человека. Все десятки существующих ныне версий Библии по-прежнему являются Библией, и во всех содержатся уроки и истории о Боге и о Христе. То же самое в генетике. Невозможно предположить, что хотя бы один человек из живущих на Земле людей не относится к виду Homo sapiens. Иногда говорят, что ДНК всех людей совпадает на 99,9 %. Это утверждение, вообще говоря, бессмысленно, поскольку не содержит никакой информации о сути различий, но сообщает только, что ДНК всех людей различается в одной части на тысячу. Если учесть объем генома, приходится признать, что это довольно много. В нашем геноме три миллиарда знаков. Тысячная часть этого числа составляет три миллиона индивидуальных вариаций. Это и есть полиморфизмы одного нуклеотида (SNP).
Многие различия между людьми проявляются в длине и количестве повторов отдельных элементов ДНК. У разных людей очень сильно различается число копий повторяющихся последовательностей. Очень короткие повторы называются микросателлитами; обычно они состоят из 5–10 нуклеотидов и встречаются от 5 до 50 раз. Минисателлиты имеют длину от 10 до 60 нуклеотидов, могут участвовать в регуляции генов (см. главу 7) и полезны для криминалистики. Сейчас ученые активно изучают функции и эволюцию этих странных последовательностей. Естественно, в черновике так называемого «полного генома человека», каким он был представлен в 2000 году, подобных важных элементов выявлено не было.
Но даже с учетом всей критики проект «Геном человека» был одним из величайших научных подвигов человечества. Он был выполнен вовремя и не превысил отведенный бюджет. Это был глобальный общественный проект, оплаченный каждым из нас и выполненный на благо всего человечества. Полученная база данных доступна для всех желающих (при условии наличия Интернета). Джеймс Уотсон, Джон Салстон, Фрэнсис Коллинз и некоторые другие выдающиеся генетики считали этот путь единственно возможным путем развития современной биологии. Биомедицинский благотворительный фонд Wellcome Trust тоже это понимал и всеми силами пытался финансировать общий план исследований, на котором теперь строится вся биология XXI века. Проект «Геном человека» изменил методологию биологических исследований; теперь в биологии работают гигантские международные коллективы. Проблемами различных заболеваний, фундаментальными вопросами биологии и эволюции занимаются исследователи разных специальностей, используя разные модельные организмы, и все это стало возможным благодаря созданию колоссальной базы данных ДНК. Теперь трудно сказать, каким путем могла бы развиваться биология, если бы не было этого проекта[96].
Все это было более пятнадцати лет назад. С тех пор количество расшифрованных геномов растет экспоненциально, поскольку стоимость анализа значительно сократилась. Мы идентифицировали практически все гены и знаем, где они находятся. Нам известны миллионы едва заметных различий между генами разных людей. Мы знаем, что многие гены выполняют разные функции за счет механизма альтернативного сплайсинга: длинные транскрипты РНК, считываемые с последовательности ДНК, разрезаются по-разному, а затем транслируются в белки с разной формой и функцией. Но мы все еще не знаем, зачем нужна основная часть генома.
В тот день в июне 2000 года президент Клинтон также заявил, что скоро всем болезням придет конец:
«Мы с еще большим благоговением взираем на сложный, прекрасный, удивительный и священный подарок Бога. Обладая этими новыми знаниями, человечество приобретает невероятную силу врачевания. Геномная наука окажет непосредственное влияние на жизнь каждого из нас и даже каждого из наших детей. Она революционизирует диагностику, профилактику и лечение большинства, если не всех, заболеваний человека».
Это правда, что за годы после завершения проекта медицина изменилась коренным образом. Мы гораздо лучше, чем когда-либо, понимаем причину возникновения заболеваний. Мы знаем, как различаются болезни в разных популяциях и внутри одной и той же популяции. Генетическая диагностика рака позволяет определить тип заболевания и, следовательно, выбрать оптимальный способ лечения. Мы знаем также, что геном опухоли изменяется по мере развития заболевания, что усложняет лечение, но позволяет осуществлять более индивидуальный подход в случае каждого пациента. Однако сколько болезней нам удалось искоренить, пользуясь знанием последовательности генома? Ноль. Сколько болезней удается вылечить с помощью генной терапии? Ноль.
Благодаря исследованию генома мы стали лучше понимать причины возникновения многих заболеваний, но это не помогло нам вылечить ни одно из них.
Непосредственная задача проекта заключалась не в этом. Геном – это набор данных, и задача науки заключается в сборе данных. Теперь ДНК используется для рутинного анализа при диагностике десятков видов рака и болезней сердца, а также для выявления причин тысяч более редких заболеваний, на глобальное изучение которых никогда не хватало средств. Возможно, наши ожидания были слишком велики. Мы начали понимать, что сложные признаки и сложные заболевания являются результатом работы многих генов, и кажущиеся незначительные вариации этих генов в сумме могут оказывать влияние на развитие признака или заболевания.
И даже такие очевидные генетические нарушения, как кистозный фиброз (КФ), как выяснилось, имеют не такой простой механизм, как казалось в 1980-х годах. Этим очень неприятным заболеванием, вызывающим накопление слизи в легких и дыхательных путях, что, естественно, приводит к затруднению дыхания, страдают примерно 70 тысяч людей во всем мире. Хотя современные методы лечения значительно улучшили качество жизни таких больных, их продолжительность жизни по-прежнему намного меньше, чем в среднем, и редко кто из них доживает до 50 лет. Мы давно знаем, что КФ – генетическое заболевание, передающееся из поколения в поколение предсказуемым образом. В 1980-х годах был идентифицирован ген CFTR, ответственный за появление заболевания: если он короткий, как у большинства больных, или поврежден каким-то иным образом, функция легких серьезно нарушается. Эта болезнь передается по аутосомно рецессивному механизму, то есть поврежденный ген находится на одной из неполовых хромосом, и человек заболевает при наличии двух аномальных копий. Мы знали все это задолго до расшифровки генома человека, главным образом, в результате изучения семейного анамнеза. У носителей одной аномальной копии CFTR нет никаких симптомов болезни, но в семье, где оба родителя являются носителями, с вероятностью 25 % может родиться больной ребенок с двумя аномальными копиями гена[97]. Это классическое распределение Менделя, и в 1980-х годах генетики активно изучали это заболевание с понятным характером наследования.
Примерно 75 % больных КФ на Западе имеют одинаковую мутацию, однако болезнь проявляется с разной силой. Не у всех пациентов с этой мутацией возникают одинаковые симптомы, что является следствием случайных вариаций или каких-то неучтенных различий между людьми. Осенью 2015 года в результате большой работы, направленной на разгадывание загадок этой генетической болезни, было выявлено пять генетических факторов, не являющихся частью гена CFTR, но значительно влияющих на симптомы заболевания. Мы не знаем, как эти генетические вариации связаны с течением болезни – они находятся на другой хромосоме (что, кстати, не редкость для функционирования нашего генома). Хромосомы – это не случайное скопище генов. Любое живое существо имеет строго определенное число хромосом, и у человека этот набор сформировался миллионы лет назад. Каждый человек наследует по одной хромосоме с одинаковыми генами от матери и от отца. Причем родители передают потомству крупные фрагменты хромосом, а не отдельные гены вперемешку. Но при этом в строении хромосом нет никакого логического плана, и важность тех или иных генов никак не связана с их организацией на хромосомах. Однако теперь мы знаем о существовании дополнительных элементов (и их число будет расти), которые оказывают влияние через этот конкретный ген, и это одновременно и удивительно, и естественно.