Геном человека: Энциклопедия, написанная четырьмя буквами - Вячеслав Тарантул

Поскольку манипуляции с геномом человека пока невозможны, то для решения человеческих проблем часто используют наших «братьев меньших» — различных лабораторных животных. Как уже говорилось, сходство между нами и ими на геномном уровне позволяет изучать работу какого-либо гена у более простых организмов — так проще, дешевле и быстрее, — а затем использовать эти результаты применительно к человеку. И такие манипуляции уже начинают приносить первые, весьма обнадеживающие результаты. Вот некоторые примеры.

Уже давно обсуждалась возможная связь между старением и процессами, происходящими в таких структурах клетки, как митохондрии. Митохондрии — это «электростанции» клетки, которые вырабатывают энергию за счет происходящих в них процессов окисления. 98% кислорода, потребляемого митохондриями при дыхании, превращается в воду, в то время как оставшиеся 2% за счет паразитных химических реакций дают побочные продукты — агрессивные частицы, называемые свободными радикалами. Эти частицы весьма токсичны для клеток, они вмешиваются в нормальную работу многих клеточных механизмов, вызывают повреждения разных клеточных структур. И с возрастом такие дефекты накапливаются. В результате митохондрии начинают вырабатывать все меньше и меньше энергии и человек слабеет. Надо было проверить эту гипотезу.

Давно уже известно, что предотвратить «окисление» клеток можно и с помощью химических препаратов, так называемых антиоксидантов. Лауреат двух Нобелевских премий Лайнус Полинг не зря считал, что для продления жизни важнейшим служит особый режим питания и использование определенных витаминов и антиоксидантов. Если верить очевидцам, сам он в течение многих лет каждый день употреблял по 1 г витамина С и умер на 93-м году жизни.

Эксперименты итальянских исследователей на мышах подсказали другое решение проблемы. В результате выключения работы одного из генов (его имя p66SHC) мыши становились более устойчивыми к действию факторов, вызывающих окислительный стресс, и их продолжительность жизни увеличивалась на 35%. Ген p66SHC представляет собой своеобразный «винтик», регулирующий сопротивляемость клеток окислению. Таким образом, ученые научились подкручивать этот «винтик», регулируя тем самым процесс старения. Сами авторы утверждают: «Теперь мы точно знаем, что продолжительность жизни поддается управлению. Нам удалось на треть продлить жизнь подопытным животным, хотя они выросли менее активными и отличались меньшими размерами по сравнению с нормальными особями. Однако животные, будучи изолированы от естественной среды обитания, выросли вполне здоровыми, и других побочных явлений замечено не было». Конечно, вывод авторов кажется чересчур оптимистичным, хотя в целом и не лишен некоторых оснований. Такой же ген с такими же функциями имеется и в геноме человека. Из всего этого следует вывод: поиск средств, изменяющих работу гена p66SHC, может быть весьма важным подходом для предотвращения процессов старения у человека.

И еще пример, как исследования на других организмах помогают понять проблемы человека. В геноме одного из излюбленных генетиками простого объекта — червя с трудным родовым именем и простым видовым Caenoharbditis elegans — обнаружено несколько генов, мутации по которым увеличивают продолжительность его жизни. Как показали канадские исследователи, одновременное выключение двух из этих генов продлевает жизнь червя более чем в пять раз. Позднее в геноме человека был также обнаружен ген, весьма сходный с одним из двух генов червя. Анализ продукта данных генов у червя показал, что он участвует в переключении с бескислородного метаболизма клеток на кислородный. Так появилась еще одна «подсказка» для поиска путей продления жизни человека. Если считать человеческий век равным 100 годам, то человек, подвергшийся той же операции, что и червь, теоретически способен прожить лет пятьсот. Однако надо иметь в виду, что эффекты, наблюдаемые от применения разных продлевающих средств, испытанных на животных, на людях, как правило, оказываются значительно скромнее.

В последние годы объектом пристального внимания исследователей, занимающихся проблемой старения, стали концы хромосом. Здесь имеются структуры-наконечники, о которых выше уже шла речь, называемые теломерами. Они служат как «защитники» хромосомы, но в обычных нормальных клетках, как правило, при каждом делении эти структуры становятся все короче и короче. Именно в этом, по мнению ряда ученых, и заключается одна из причин старения. При отсутствии специального фермента теломеразы в нормальных соматических клетках происходит укорачивание хромосомы, сопровождающееся потерей важных генов. Наоборот, бессмертие ряда клеток в культуре вне организма, свойственное, как правило, клеткам из опухолей, объясняется реактивацией фермента теломеразы.

Какова причина этого? У бактерий ДНК имеет форму кольца. Когда нужно сделать копию, определенный белок-фермент садится на нее, затем ползет по ДНК и наращивает ее копию. Естественно, при этом всегда и справа, и слева есть молекула ДНК, ведь она же кольцевая. В результате этого бактерии, вероятно, и являются бессмертными (есть такая точка зрения). Но вот у высших организмов, включая человека, молекулы ДНК расположены в хромосомах и линейны. При этом «копирующий» механизм остался прежним. Он по-прежнему работает в полной мере только тогда, когда у него с двух сторон есть генетический материал. Соответственно, самый кончик молекулы ДНК высших организмов в такой ситуации не может копироваться. Как результат, у таких организмов каждая новая копия ДНК оказывается короче предыдущей. Выяснилось, что в результате такого процесса теломера может уменьшиться до определенной величины, после которой клетка перестает делиться: она старится и умирает. Мысль о том, что длина теломеры хромосом может служить в качестве «часов», отсчитывающих время жизни клетки, была высказана нашим соотечественником А. М. Оловниковым еще в 1973 году. Лишь позднее выяснилось, что в геноме человека есть ген, кодирующий белок теломеразу. Этот белок-фермент способен удлинять теломеры, но в основном он работает в раковых клетках, что, вероятно, и является одной из причин их «бессмертности». В экспериментах на нормальных клетках уже показано, что искусственное увеличение количества теломеразы делает клетки более долгоживущими. Возможно, уже через несколько лет на основе теломеразы будет создано лекарство, которое если и не решит проблему старения окончательно, то сможет существенно продлевать жизнь человека.

Примеры того, как исследования на животных указывают на генетические основы долголетия, можно было бы продолжить и приводить долго. Так, в эксперименте на мухах-дрозофилах удалось обнаружить ген, ответственный за продолжительность жизни. Ген продления жизни ученые назвали «Я еще не умер» («I'm not dead yet») или сокращенно Инди (Indy). Однако пока остается непонятным, имеет ли он отношение к долголетию человека.

В 2001 году американским ученым вроде бы удалось заметно сузить область поиска генов человека, которые отвечают за долголетие. Такие гены, по их мнению, находятся в определенном участке хромосомы 4. Хотя большинство исследователей считает, что продолжительность жизни определяется большим, порядка тысячи, числом разных генов, авторы последнего исследования не согласны с этой точкой зрения. Они изучили гены близких родственников тех людей, которых можно назвать долгожителями, и искали у них общие участки хромосом. С вероятностью 95 процентов был выявлен участок хромосомы, который содержит всего от 100 до 500 генов, среди которых должен быть и ген долголетия. Именно он был общим у участвовавших в исследовании людей. По мнению авторов исследования, после определения гена или нескольких генов, ответственных за долголетие, удастся создать лекарства для продления жизни.

Исследуя один из генов дрожжей, ученые обнаружили, что он снижает уровень поглощения калорий и замедляет скорость метаболизма в клетке, что должно приводить к замедлению процесса старения. Так возникло представление еще об одном ключе к механизму управления старением.

Другой кандидат на роль гена жизни был выявлен американскими учеными из Университета имени Джона Хопкинса. Этот ген авторы назвали в честь греческой богини судьбы Клото, одной из трех мойр, которая, согласно легендам, прядет жизненную нить человека, определяя срок его жизни. Стратегия поиска данного гена была таковой. Был проанализирован генетический материал около двух тысяч новорожденных и пожилых людей, относящихся к разным этническим группам. Наличие определенных форм гена Клото у пожилых людей сравнивали с таковым у детей. Оказалось, что среди детей две копии измененной версии гена Клото встречались в два раза чаще, чем у людей старше 65 лет. По мнению ученых, это означает, что люди, имеющие две копии дефектного гена, в среднем умирают раньше, чем те, кто имеет лишь одну копию или не имеет ни одной. Таким образом, обнаружена четкая корреляция между наличием нормального гена Клото и продолжительностью времени жизни человека.