15.
Основная критика в этом яростном отзыве сосредоточилась на определении того, что такое функция, на том, как участники ENCODE анализировали свои данные, и на выводах насчет эволюционного давления. Первая группа замечаний касается проблем, которые мы уже описывали, используя аналогии с творениями Джексона Поллока. В каком-то смысле эти проблемы во многом вытекают из трудностей, связанных с отделением математики от биологии. Данные ENCODE по большей части интерпретировали сами же участники проекта, используя статистические и чисто математические методы. Скептики утверждают, что это заводит нас в тупик, поскольку при такой интерпретации не учитываются биологические взаимосвязи, а ведь они играют здесь определяющую роль. Приводится очень удачная аналогия. Почему сердце имеет такое важное значение? Потому что это насос, качающий кровь и тем самым разносящий ее по телу. Вот вам биологически важная взаимосвязь. Но если мы проанализируем действия сердца, исходя лишь из полученной математическими методами карты его взаимосвязей с другими компонентами организма, мы придем к смехотворным выводам. В частности, можно решить, что сердце требуется для добавления телу дополнительной массы и для издавания глухого «тук-тук». Нет никаких сомнений, что сердце проделывает и то и другое, но это, честно говоря, не его функция. Это лишь сопутствующие факторы, дополнения к его основной роли.
Критики порицали методы анализа данных, поскольку чувствовали: разные научные группы, входившие в ENCODE, применяли свои алгоритмы по-разному. Одним из следствий этого расхождения стало то, что эффекты, наблюдаемые в каком-то обширном регионе генома, могли иногда восприниматься как неоправданно (и непропорционально) масштабные. К примеру, если блок из 600 пар нуклеотидных оснований классифицировали как функциональный, тогда как на самом деле всю работу выполняли только 10 из этих оснований, это могло сильно исказить определяемую учеными величину процентной доли генома, имеющей какую-то функцию.
Эволюционные возражения сводились к тому, что участники ENCODE игнорировали стандартную модель, согласно которой области с большим количеством вариаций являют собой отражение недостаточного эволюционного отбора, а это, в свою очередь, означает, что они имеют сравнительно небольшое значение. Если вам хочется перевернуть давно укоренившийся в науке принцип, вы должны иметь для этого очень веские основания. Но скептики заявляли: хотя публикации ENCODE содержали невероятное количество данных, в этих работах выводы об эволюции нуклеотидных последовательностей у человека и других приматов делались на основе анализа недопустимо малого числа областей генома.
С обеих сторон приводились интересные научные доводы. Но только лицемеры могли бы заявить, что весь накал страстей вокруг ENCODE возник исключительно по научным причинам. Нельзя игнорировать и другие факторы, самые что ни на есть человеческие. ENCODE стал одним из проявлений Большой науки. А в ней обычно фигурируют огромные международные проекты стоимостью во многие миллионы долларов. Общий научный бюджет не безграничен. Когда средства тратятся на такие инициативы Большой науки, остается меньше финансирования для менее масштабных исследований, в большей степени основанных на гипотезах и предположениях.
Организации, осуществляющие финансирование науки, изо всех сил стараются найти оптимальный баланс между этими двумя типами исследований. Во многих случаях вложения в Большую науку осуществляются при условии, что она генерирует некий ресурс, служащий хорошим стимулом для других ученых. Отличный пример — первое секвенирование человеческого генома (хотя следует признать, что и здесь не обошлось без критики). Но проект ENCODE вызвал противоречивую реакцию не вокруг полученных им «сырых» (исходных) данных, а вокруг их интерпретации. По мнению скептиков, она-то и порождает принципиальное отличие ENCODE от чисто инфраструктурного инвестиционного проекта.
Когда подсчитали, во что обошлись все этапы и аспекты ENCODE, общая сумма оказалась равной примерно четверти миллиарда долларов. Такого количества денег хватило бы по меньшей мере на 600 грантов средних размеров, нацеленных на исследования по проверке отдельных гипотез. Выбирая, как распределять финансирование, нужно стараться поддерживать равновесие, но при таких размерах денежных вливаний вас наверняка ждет раскол в научном сообществе (или хотя бы «глубокая озабоченность», которую высказывают обойденные вниманием и финансированием).
В компании Gartner построили график восприятия новых технологий. Называется он «Цикл шумихи». Поначалу все очень возбуждены: это «пик раздутых ожиданий». Когда же выясняется, что новая технология не способна в одночасье переменить все в вашей жизни, на графике возникает резкий спад (обусловленный крахом иллюзий), и мы скатываемся в «траншею разочарования». В конце концов все успокаиваются, и начинается постепенный и неуклонный рост рационального понимания новой технологии, выводящий на «плато продуктивного отношения».
Для проектов типа ENCODE этот цикл невероятно сжат во времени — из-за резкой поляризации научных групп. Ученые с завышенными ожиданиями действуют одновременно с теми, кто сидит в траншее разочарования. Почти все остальные настроены прагматично и используют результаты ENCODE, когда те могут принести пользу — к примеру, помочь прояснить некий вопрос, волнующий какого-то ученого.
Глава 15. Обезглавленные королевы, странные коты, жирные мыши
Консорциум ENCODE выявил чудовищное изобилие потенциально функциональных элементов в геноме человека. При таком колоссальном количестве трудно выработать разумную стратегию выбора того, с каких областей генома начать экспериментальную проверку этих кандидатов. Однако задача может оказаться не такой тяжелой, как представляется на первый взгляд. Природа, как всегда, словно бы решила сама указать нам путь. В последние годы ученые начали выявлять заболевания человека, причиной которых становятся очень небольшие изменения в регуляторных областях генома. Раньше такие изменения, возможно, просто не рассматривали, считая их безобидными случайными вариациями в мусорной ДНК. Но теперь известно, что в некоторых случаях изменение одной-единственной пары нуклеотидных оснований в (казалось бы) совершенно несущественной области генома способно оказывать заметное воздействие на конкретного человека. А в редких случаях эффект оказывается попросту несовместимым с жизнью.
Начнем с не самого трагического примера. Вернемся вспять на пять веков, во времена, когда Англией правил Генрих VIII. Большинство британских школьников знают полезную считалку, помогающую запомнить, что случилось с шестью женами этого печально знаменитого монарха:
Развод, без головы, скончалась,
Развод, без головы, спаслась.
(Не забудьте прислать мне благодарственный мейл, когда это удобное двустишие поможет вам на какой-нибудь викторине.)
Первой из обезглавленных жен венценосца стала Анна Болейн, мать будущей королевы Елизаветы I. После ее смерти тюдоровские специалисты по работе с общественным мнением запустили грязную кампанию, в результате которой Анна Болейн стала похожа на настоящую ведьму. В описании тогдашних полит-технологов у нее торчащий изо рта зуб, большое родимое пятно под подбородком и шесть пальцев на правой руке. Подробность насчет лишнего пальца ушла в фольклор, хотя достоверных подтверждений этого факта практически нет (а может, их и вовсе не существует)1.
Возможно, одной из причин того, что эту выдумку все-таки приняли на веру, стало то, что она не казалась современникам слишком уж нелепой и смехотворной. Ведь хронисты не утверждали, будто у покойной королевы имелось три ноги. Иногда появляются на свет младенцы с лишними пальцами, хотя обычно у них по шесть пальцев на каждой руке, а не на одной.
В правильном развитии кистей рук и ступней играет важнейшую роль один ген, кодирующий белок[44], который действует как морфоген. Иными словами, он определяет характер развития тканей. Влияние белка сильно зависит от его концентрации. В развивающемся эмбрионе он распределен неравномерно: в одной области его содержание может быть высоким, а в прилегающих тканях — все ниже по мере удаления от этой области.
Перчатки и котятки
Количество пальцев на руках — одна из характеристик, контролируемых этим морфогеном. Если уровни экспрессии данного белка не те, какие надо, ребенок появляется на свет с лишними пальцами. Более десятка лет назад ученые обнаружили, что некоторые случаи излишней многопалости вызваны весьма небольшим генетическим изменением. Оно затрагивает не сам ген, кодирующий морфоген, а участок мусорной ДНК, находящийся примерно за миллион пар нуклеотидных оснований от него. Исследователи выявили это изменение в огромном голландском семействе, где наличие лишних пальцев явно наследовалось из поколения в поколение как генетическая черта. У всех 96 человек, которых затронула эта аномалия, оказалось измененным (точнее, замененным) лишь одно-единственное нуклеотидное основание мусорной ДНК. Вместо основания Ц у этих людей обнаружилось основание Г. При этом среди их родственников с нормальным числом пальцев никто не мог похвастаться наличием основания Г в этой же позиции. Изменения одного нуклеотидного основания также обнаружились у других семей, где отмечались случаи шестипалости. Эти изменения отмечались в том же регионе генома, что и у вышеописанной голландской семьи, но на расстоянии 200-300 пар2.
Мусорный регион, где обнаруживаются эти единичные изменения оснований, — энхансер этого морфогенного гена[45]. Чтобы тело формировалось правильно, осуществляется жесткий пространственный и временной контроль данного морфогена при помощи целого набора регуляторов. У людей с упомянутой мутацией и с лишним пальцем деятельность энхансера, как выяснилось, не совсем соответствовала норме. Влияние этого крохотного изменения на один-единственный регулятор показывает, как тонко настроен механизм контроля и какую важную роль он играет.