Закон «джунглей». В поисках формулы жизни

Заготовка пищи преобразилась не менее радикально, чем медицина. Древнеримский крестьянин вполне узнал бы крестьянский инвентарь, использовавшийся в 1900 г., – плуг, мотыгу, борону, грабли, – но и помыслить не мог о той революции, которая впоследствии произошла. Всего за 100 лет средний урожай кукурузы увеличился более чем вчетверо – с 22 до 97 центнеров с гектара. Аналогичный прирост был достигнут для пшеницы, риса, арахиса, картофеля и других культур. Благодаря развитию биологии с появлением новых сортов зерновых, пород скота, инсектицидов, гербицидов, антибиотиков, гормонов, удобрений, а также благодаря механизации прежние сельскохозяйственные угодья позволяют прокормить увеличившееся вчетверо население. Однако при этом в сельском хозяйстве занято менее 2 % трудоспособного населения, тогда как 100 лет назад более 40 % людей трудились на земле.

Медицинские и агротехнические достижения прошлого века оказали колоссальный суммарный эффект на биологию человека. Население планеты стремительно увеличилось с 2 млрд человек в начале прошлого века до сегодняшних более чем 7 млрд. Человечеству понадобилось 200 000 лет, чтобы превысить численность в 1 млрд (это произошло в 1804 г.), а теперь каждые 12–14 лет число людей увеличивается на 1 млрд. Ожидаемая продолжительность жизни американцев, родившихся в 1900 г., составляла 46 лет для мужчин и 48 – для женщин. Для тех, кто родился в 2000 г., эти показатели равны соответственно 74 и 80 годам. По сравнению с темпами изменений в дикой природе такой двукратный прирост за столь краткий период ошеломителен.

Как верно отметил Пол Саймон, «настали времена чудес».

Законы и правила

Нашим господством, нашей властью над растениями, животными и человеческим телом мы обязаны тому, что научились контролировать биологию на молекулярном уровне, и число этих знаний и сегодня растет лавинообразно. Однако самый важный усвоенный нами урок о человеческой жизни на молекулярном уровне таков: все подчинено правилам. Вот что имеется в виду под данным общим тезисом.

• Все молекулы в организме – от ферментов и гормонов до липидов, солей и других соединений – присутствуют в определенной концентрации. Так, некоторые молекулы встречаются в крови в 10 млн раз чаще молекул других веществ.

• Все виды клеток в организме – эритроциты, лейкоциты, клетки кожи, слизистая оболочка кишечника, а также клетки еще более чем 200 других тканей – порождаются и существуют в организме в определенном количестве.

• Все процессы в организме – от деления клеток до расщепления сахара, овуляции и сна – регулируются определенным веществом или набором веществ.

Оказывается, что большинство болезней возникают в результате сбоя этих процессов, когда возникает недостаток или избыток тех или иных веществ. Например, когда поджелудочная железа синтезирует слишком мало инсулина, возникает диабет. А когда в крови накапливается слишком много «вредного» холестерина, может начаться атеросклероз и случиться сердечный приступ. Когда выходит из строя механизм, регулирующий нормальное деление клеток, может развиться рак.

Чтобы бороться с болезнью, мы должны знать, каким законам она подчиняется. Задача молекулярного биолога (этим термином я именую любых ученых, изучающих жизнь на молекулярном уровне) – выяснить, какие «игроки» (молекулы), если выражаться спортивным языком, вовлечены в тот или иной процесс и по каким правилам они «играют». В течение последних пятидесяти с лишним лет мы изучали законы, от которых зависит уровень различных веществ в организме – разнообразных гормонов, сахара в крови, холестерина, нейровеществ, желудочной кислоты, гистаминов, – а также кровяное давление, иммунитет к патогенам, деление клеток в различных тканях и многое другое. Множество Нобелевских премий по физиологии и медицине было вручено за открытие таких «игроков» и «правил», которым они подчиняются.

Сегодня аптечные полки заставлены плодами полученных знаний. Вооружившись информацией о молекулярной природе биологической регуляции, мы разработали массу лекарств, нормализующих уровни критически важных молекул или типов клеток, возвращающих их концентрацию в нормальный, «здоровый» диапазон. Действительно, большинство из 50 важнейших фармацевтических препаратов (суммарная выручка от продажи которых в 2013 г. составила 187 млрд долл.) непосредственно связаны с революцией в молекулярной биологии.

Когорта молекулярных биологов, к которой принадлежу и я, по праву гордится своим общим вкладом в человеческое долголетие и качество жизни. Драматические достижения в расшифровке информации генома человека предвосхищают новую волну прорывных открытий в медицине, поскольку позволяют разрабатывать более избирательные и мощные препараты. Революция в понимании тех правил, которым подчиняется наша биология, будет продолжаться. Одна из целей данной книги – рассмотреть эту революцию в ретроспективе и подумать, куда она нас ведет.