Таинственный геном человека

Наше путешествие показало, что геномное наследие человечества сформировалось в течение необычной и удивительной эволюционной истории. Эта история началась с самого зарождения жизни на Земле и продолжается до нашего времени — эпохи, в которую мы предпринимаем первые попытки изучения Вселенной за пределами собственной планеты. Первое представление об этой истории мы получили в 2001 году, когда расшифровка человеческого генома показала, что мы имеем тысячи общих генов со многими другими живыми существами помимо приматов и млекопитающих в целом. Это и рептилии, и рыбы, и плодовые мушки, и нематоды. На самом деле наша история заходит даже глубже. Мой ушедший друг и блестящий ученый Линн Маргулис доказала, что значительная часть этой истории и большая доля наших внутренних химических процессов происходят еще из бактериального этапа существования жизни (говоря научным языком, протерозоя). Именно тогда зародились многие гены и метаболические пути, на которых строится жизнь сегодня. В главах этой книги мы один за другим разобрали все четыре механизма наследственной изменчивости, которые я объединил в понятие «геномная креативность». Именно она позволяет создавать вариации, необходимые для подтверждения дарвиновской теории о естественном отборе как о силе, сформировавшей наш уникальный человеческий геном.

Мы видели, как симбиотический союз геномов бывших паразитических микробов и геномов наших предков внес вклад в эту эволюцию: от поглощения цианобактериями энергии солнечного света и производства кислорода в качестве побочного продукта до вдыхания кислорода бактериальными предками митохондрий, которые добавили в каждую клетку нашего организма второй геном, а также до внедрения эндогенных ретровирусов, до сих пор изменяющих способы работы нашего генома. Мы знаем, что по мере усложнения генома в системы управления генами и другие его аспекты становились все более и более вовлечены средства эпигенетической регуляции. Некоторые ученые называют гены аппаратной частью, а регуляторные системы — программами, подразумевая, что там, где машинам требуется ремонт, программа может индивидуально подстраиваться под сигналы окружающей среды. Мы также видели, как скрещивание между родственными видами стало источником значительного генетического разнообразия генома наших предков.

Все это кажется мешаниной конкурирующих процессов, и действительно было бы так, если бы эволюция происходила случайным способом. Но благодаря Дарвину мы понимаем, что все происходит иначе. Мощная сила, которую Дарвин назвал естественным отбором, выбирает изменения наследственности, повышающие шансы на выживание, и отбрасывает те, которые их уменьшают. Выживание (а значит, и воспроизведение себе подобных) регулирует все механизмы, которые участвуют в этих конкурирующих процессах. История нашего постоянно развивающегося генома предполагает, что каждый из нас с геномной точки зрения уникален.

В первую очередь, мы уникальны потому, что все люди, кроме генетических близнецов, наследуют случайное сочетание генов двух разных людей — своих родителей. Смешение родительских геномов заложено уже в самом способе формирования зародышевых клеток из яйцеклеток и сперматозоидов наших отца и матери. Оно происходит в процессе, называемом мейозом, когда хромосомы вытягиваются параллельно друг другу, делятся на фрагменты и обмениваются ими. Этот процесс половой гомологической рекомбинации объясняет, почему братья или сестры, родившиеся у одной пары, не идентичны друг другу. Одинаковыми генами обладают только монозиготные близнецы, потому что они развиваются из одной оплодотворенной яйцеклетки. Но сейчас, после всего, что мы узнали об эпигенетике, мы понимаем, что ко времени рождения даже у них имеются различия в эпигенетических системах регуляторного контроля. Если бы мы решили изучить их геномы в течение жизни, мы заметили бы, что они сильно различаются, так как их эпигенетические системы реагируют на различные внешние стимулы.

Главной областью генома, отвечающей за нашу уникальность, является участок, который мы регулярно посещали во время нашего путешествия, — комплекс тканевой совместимости. Расположенный в хромосоме 6, он содержит более сотни генов, кодирующих белки, и обеспечивает нашему организму иммунную защиту, а также антигенную идентичность, в частности, в процессе переливания крови или пересадки органов. Ни один другой участок генома не определяет нас более точно, чем этот. Наша генетическая идентичность начинается с развития эмбриона в материнской утробе и постоянно изменяется под воздействием микробов в течение всей жизни. Из-за повреждений или отклонений в этом участке возникают аутоиммунные заболевания, такие как ревматоидный артрит, волчанка и диабет в раннем возрасте.

Мы знаем, что каждый раз при копировании генома для формирования половых клеток возникают небольшие ошибки. Эти мутации не являются результатом естественного отбора, и благодаря им появляются снипы, гаплотипы и гаплогруппы, позволяющие историкам отслеживать происхождение и мутации популяций.