Что такое жизнь? Понять биологию за пять простых шагов

Возьмем рак – фактически это не одна болезнь, а много. Каждый рак своеобразен, и частота случаев меняется во времени, поэтому на поздней стадии рак нередко напоминает самостоятельную экосистему со множеством разных видов раковых клеток, каждая из которых содержит разные генетические мутации. Опять же это плод эволюции путем естественного отбора. Онкологические заболевания начинаются, когда клетки претерпевают новые генетические изменения, понуждающие их начать бесконтрольное деление и рост. Они стремительно развиваются, обладая селективным преимуществом: они могут монополизировать ресурсы тела, расти больше окружающих их немутированных клеток и игнорировать «стоп-сигналы» тела.

Ряд наиболее перспективных новых подходов к терапии рака зиждется на лучшем понимании жизни. Противораковая иммунотерапия, например, направлена на то, чтобы научить иммунную систему распознавать и атаковать раковые клетки. Это очень рациональный подход, поскольку иммунная система может предпринять высокоточное наступление на раковые клетки, игнорируя при этом соседние здоровые клетки. Возникают также новые методы лечения на базе работы, которую мои коллеги и я начали в отношении клеточного цикла ничем не примечательных дрожжей. Лекарства, которые связываются с человеческими вариантами белков, управляющих клеточным циклом CDK, сегодня используются для лечения многих женщин с раком молочной железы. Четыре десятка лет назад мне в голову не приходило, что изучение дрожжевых клеток сможет когда-нибудь напрямую привести к новым методам лечения онкологических заболеваний. Ввиду того что рак становится неизбежным следствием способности клетки к адаптации и эволюции, нам никогда не удастся полностью искоренить его. Но по мере расширения нашего понимания жизни мы сможем выявлять рак на все более ранних стадиях и эффективнее бороться с ним. Я уверен, что настанет время, когда он уже не будет вызывать такого страха, как сегодня.

Если мы хотим ускорить прогресс в борьбе с раком и другими неинфекционными заболеваниями, продвижение вперед будет обеспечено расшифровкой информации в наших генах. Когда мир ознакомился с первым вариантом последовательности ДНК генома человека в 2003 г., это сулило дорогу в завтрашний день профилактической медицины. Многие из вовлеченных в проект с нетерпением представляли себе мир, в котором генетические факторы риска любого человека будут точно рассчитываться в момент рождения, в том числе прогнозы того, как эти риски будут сочетаться с образом жизни и диетой. Но реализация этой цели связана с большими трудностями как в научном, так и этическом плане.

Частично это объясняется принципиальной многогранностью жизни. Мало какие из свойств человека проявляют себя так же однозначно, как ростки гороха в саду Менделя. Есть болезни, проистекающие сходным образом вследствие дефектных версий одиночных генов: скажем, болезнь Хантингтона, муковисцидоз и гемофилия. В совокупности эти болезни причиняют много боли и страданий, но они поражают относительно малое число людей. Самые распространенные болезни и патологии, включая сердечно-сосудистые заболевания, рак и болезнь Альцгеймера, напротив, имеют более многофакторные причины возникновения. Они обусловливаются комбинированным воздействием многих индивидуальных генов, которые взаимодействуют друг с другом и со средой нашего обитания сложным и трудно прогнозируемым образом. Мы начинаем распутывать головоломный клубок причин и следствий, в котором переплетаются наши привычки и пища, которую мы едим, но прогресс не быстр и достигается ценой огромных усилий.

Это та область, где понимание жизни как информации выходит на передний план. Исследователи сегодня занимаются накоплением исключительно больших массивов данных – часть из них содержит последовательности генов, сведения об образе жизни и медицинские записи, собранные у большого числа (вплоть до нескольких миллионов) людей. Однако осмыслить такие большие массивы данных нелегко. Взаимосвязи генов с окружающей средой настолько многогранны, что исследователи всячески пытаются расширить диапазон доступных ныне методов, включая такие новые подходы, как машинное обучение.

Все же полезные выводы делаются. Сегодня, к примеру, можно применять генетическое профилирование для выявления людей с повышенным риском сердечно-сосудистых заболеваний или склонностью к ожирению. Результаты могут использоваться для выдачи рекомендаций касательно образа жизни и медикаментозного лечения с учетом индивидуальных особенностей. Здесь прогресс налицо, но по мере повышения точности предсказаний на основе информации о наших геномах нам нужно как следует подумать над тем, как использовать эти знания наилучшим образом.