Краткая история всех, кто когда-либо жил

Расшифровку генома человека сравнивали с созданием карты, и это прекрасная аналогия, хотя задача генетиков на самом деле была обратной по отношению к задаче картографа. На протяжении тысячи лет путешественники наносили на карты реки, берега и горы, и со временем их карты становились больше и подробнее, а отдельные части все лучше совпадали друг с другом даже в максимальном приближении. Но всю картину в целом мы увидели лишь в 1968 году, когда астронавт Билл Андерс, совершавший полет на корабле «Аполлон-8», впервые сфотографировал поднимающуюся над Луной Землю. На этой фотографии мы видим наш мир таким, какой он есть. На фотографиях нашего общего дома, снятых с тех пор с Международной космической станции, со спутников, а теперь и с помощью компьютерных программ, таких как Google Earth, мы видим реки, холмы, горы, леса, города, деревни, отдельные дома и дороги. Ночные фотографии, сделанные из космоса, доносят до нас мерцание городских огней и освещенные ленты дорог и берега больших рек, которые, как артерии и вены, поддерживали цивилизацию на протяжении всей истории человечества. Вот так выглядит мир, и так в нем запечатлена наша цивилизация, торговля, сельское хозяйство и наши войны.

С геномом все было наоборот. Классическое изображение хромосом – вывешенные для просушки пары носков, а также непарные X и Y – можно сравнить с фотографией Земли, сделанной в большого расстояния, без подробностей. Такая картина практически ничего не говорит о работе клеток, не говоря уже об особенностях конкретного человека. Если поглядеть в микроскоп, можно увидеть генетические континенты и океаны, но опять же без подробностей. А генетика – наука о подробностях. О масштабных повреждениях ДНК нам было кое-что известно и до начала проекта. Некоторые виды рака связаны с разрывом двух хромосом и их аномальным соединением. Такой разрыв может привести к нарушению функции закодированного на этом участке белка, а этот белок может контролировать скорость деления клетки. При его повреждении клетки начинают делиться бесконтрольно, а это и есть рак. Генетический дефект, являющийся причиной рака такого типа, виден на изображениях низкого разрешения, однако сотни других типов рака, с которыми мы так активно пытаемся бороться, связаны с мельчайшими элементами генома, невидимыми даже через самый мощный микроскоп.

Синдром Дауна возникает из-за того, что у человека вместо двух копий хромосомы 21 имеются три. Синдром Шерешевского – Тёрнера, женская болезнь с нарушением целого ряда физических параметров и репродуктивных функций, является результатом отсутствия второй X-хромосомы. А синдром Клайнфельтера проявляется при наличии у мужчин лишней X-хромосомы. Первооткрыватели синдрома XYY не пожелали, чтобы болезнь была названа их именами, так что ее так и называют. Все эти нарушения можно сравнить с крупными катастрофами континентального масштаба, которые, как извержение вулкана, видны из космоса. К счастью, они встречаются сравнительно редко. Почти все генетические заболевания (как и нормальные признаки) спрятаны в горах, на равнинах, в домах, на улицах и в небольших речушках.

Цель проекта «Геном человека» как раз и заключалась в нанесении на карту каждого дома, улицы и притока. Геном – это сумма всего генетического материала организма. Почти весь этот материал содержится на хромосомах, за исключением небольшой кольцевой ДНК, находящейся в клеточных электростанциях – митохондриях. Локализация этой дополнительной ДНК связана с эволюционным происхождением митохондрий: их источником были бактерии, попавшие внутрь других клеток около двух миллиардов лет назад. В геноме человека в сумме содержится примерно три миллиарда букв ДНК (нуклеотидов). Если проводить аналогии, то это сравнимо с количеством букв в двадцати стандартных телефонных справочниках (иногда я говорю об этом школьникам, но большинство из них никогда в жизни не видели телефонного справочника).

Суть в том, что это число очень велико. К моменту конференции в Колд-Спринг-Харбор было идентифицировано несколько тысяч генов, по большей части за счет медленного и трудоемкого процесса, предложенного в конце 1980-х и начале 1990-х годов людьми, обнаружившими первые «болезнетворные» гены. Речь идет о кистозном фиброзе, болезни Хантингтона и мышечной дистрофии Дюшенна. Однако даже в условиях «золотой лихорадки» в погоне за генами процесс идентификации шел медленно, и в 1990-х годах в наших знаниях о нашей собственной ДНК было еще множество глубоких провалов. И самый острый и очевидный вопрос заключался в следующем: сколько же именно генов содержится в человеческом геноме?