ДНК. Плевок судьбы
Чтобы узнать о себе много интересного, достаточно плюнуть в пробирку. Леонид Каганов по нашей просьбе углубился в дебри развлекательной генетики.
Как-то в пятницу после работы, за кружкой пива, молодые ученые Фрэнсис Крик и Джеймс Уотсон признались друзьям: «Похоже, мы разгадали секрет природы». Историческая фраза прозвучала 28 февраля 1953 года в небольшом кембриджском пабе Eagle. Потом была статья в научном журнале. Потом Нобелевская премия. Секрет природы оказался сложен и прост одновременно: любая живая материя, от дерева до человека, имеет программу, дублированную в каждой клетке. Для шифровки используются четыре буквы, означающие химические вещества: аденин (А), гуанин (G), тимин (Т) и цитозин (С). Из них собрана бесконечная молекула дезоксирибонуклеиновой кислоты — ДНК. Всего четыре буквы — такой короткий у природы алфавит. Каждые три буквы считаются словом, которое обозначает одну из 20 аминокислот — словарь у природы тоже короткий. Из этих слов составляются гены — законченные повести-рассказы, где тысячами слов закодирована сборка белка из подручных материалов, чтобы отныне он выполнял свою задачу: переносил кислород, строил клеточную стенку или запускал рост рогов по весне, если ты олень. Белки -основа жизни, из них состоит в организме все. Антитела, гормоны, ферменты, гемоглобин, инсулин — это все белок, а не только то, что выливается из куриного яйца, когда мы утром готовим яичницу. Весь объем кода у человека составляет 3,1 миллиарда символов. Если перевести в двоичную систему, это всего 730 мегабайт — объем старого CD-диска. И этот код выглядит даже хуже, чем работа индийских программистов на аутсорсинге. Считается, что лишь 1,5% кода содержат осмысленные работающие гены, а остальное — мусор и следы старинных экспериментов.
И пускай мы до сих пор не знаем во всех подробностях, какие именно взаимодействия белков приводят к тому, что из одной клетки развивается королевская креветка, а из другой — любознательный светловолосый киевлянин с аллергией на арахис, но нам известно, как, чем и где все это закодировано.
Секвенирование
Понимание, что генокод работает, не давало ответа на вопрос, что именно там записано. Прошли десятилетия, пока появились методы чтения кода — секвенирование генома. Понять их невозможно, если ты не химик. Вкратце идея секвенатора первого поколения: кусок ДНК размножается цепной реакцией, но к строительному бульону добавляется поддельный нуклеотид (например, G), который время от времени останавливает дублирование ДНК именно на букве G. Получившуюся кучу недостроенных обрывков разной длины (заканчивающихся именно на G) заставляют при помощи электротока бежать наперегонки по дорожке из специального геля. Чем длиннее (значит, тяжелее) кусок ДНК, тем медленнее он бежит. Грубо говоря, обрывок из 10 букв убежит на 1 мм, из 5 букв — на 5 мм, из 3 букв — на 7 мм. Ток отключают, распределение вещества по гелевой дорожке рассматривают с линейкой, и становится понятно, что буква G у изучаемого обрывка находилась в позициях 10,5 и 3. Примерно так впервые расшифровывали геном человека всем миром. Затем появились секвенаторы новых поколений — с блэкджеком, лазерами и светящимися метками. Сегодня полная расшифровка стоит всего 10 тысяч долларов, но только кому она нужна, если полезного в геноме лишь 1,5%, а уникальных генов и того меньше: подавляющая часть идентична со всеми прочими людьми, а порой даже с обезьянами. Расшифровку значимых точек в геноме (SNP) с их анализом стали предлагать множество фирм по цене от 100 долларов. Число обследованных росло как на дрожжах. Появилась статистика. Ученые бросились искать генные взаимосвязи с болезнями, расами и особенностями организма. Так на наших глазах за последние 10 лет помимо медицинской генетики появилась генетика развлекательная.
Генетика и тупость чиновников всех стран
Чтобы сдать генетический анализ, достаточно наплевать сантиметр слюны в пробирку: в слюне достаточно клеток из полости рта, а в них — ДНК. Шире всего развиваются ДНК-анализы в США. Пока только там умеют выпускать секвенаторы современного поколения и расходники к ним — чипы-плашки, запас которых на полгода превышает стоимость самого секвенатора. Анализы в США самые дешевые, особенно преуспела в демпинге фирма 23and Me, созданная Анной Войцицки (до недавнего времени — жена Сергея Брина, одного из основателей Google). Если в 2007-м цена исследования (его достаточно сделать раз в жизни, ведь гены не меняются) составляла пару тысяч долларов, то в 2008-м уже была ниже 400, а сегодня — от 79 долларов. Единственное, что мешает развиваться генетике, -беспросветная чиновничья тупость. Американские крючкотворы из FDA (Управление по продуктам и лекарствам) год назад запретили компании сообщать медицинскую информацию, риски и диагнозы — якобы методики непонятны и не проверены, а пациент может испугаться диагнозов и заняться самолечением, как это сделала Анджелина Джоли, которая удалила себе молочные железы, чтобы снизить риск онкологии (впрочем, ей генетический анализ был и не нужен: почти все женщины в ее роду умирали от рака груди). Договориться с чиновниками фирме не удалось до сих пор, поэтому медицинскую информацию пользователи получают самостоятельно: скачивают с сайта RAW-код своего генома (это запретить сложно) и отсылают для анализа на другой сайт.
Отличились и российские чиновники: законодательство России запрещает отсылать генетический материал за границу из опасений, что против жителей РФ может быть создано «этнически направленное генетическое оружие». В этом законе смешно все. Во-первых, «генетическое оружие» — услышав это, генетики обычно заливаются истерическим смехом. Во-вторых, «этнически направленное» — не существует генетических маркеров национальности, с тем же успехом можно делать оружие против людей с волосатыми руками, надеясь уничтожить лишь народы Кавказа, а чтобы больше никто не пострадал. Особенно интересно представить, как генетическое оружие против России станет разрабатывать фирма 23andMe, учитывая, что Анна Войцицки — полячка, бабушка ее родом из Новосибирска, муж Сергей Брин родился и до двенадцати лет жил в Ленинграде, а в самой фирме большое число русских сотрудников с фамилиями типа Свиридов… Но все равно люди по обе стороны океана умудряются проходить генетический анализ и любоваться результатами.
Результаты. Происхождение
Первое, что дает генный анализ, — рассказ о происхождении. Вплоть до неандертальцев. У среднего европейца 2,7% генов — от неандертальцев, все остальное — от кроманьонцев. Наши предки кроманьонцы перебили неандертальцев 50 тысяч лет назад, но все-таки успели скреститься. Плохо ли иметь гены неандертальцев? Убежденные расисты впадают в ступор, узнав, что неандертальские гены есть у всех — до 4%, но меньше всего их у негров-0,1%.
Анализ показывает и более точный национальный состав. Так выглядит результат национального происхождения типичного россиянина среди прочих народов России. Цветом обозначаются гашютипы (кучи генов), свойственные древним народностям, населявшим Россию в доисторические времена. Их чистокровных представителей сегодня встретить нереально, а в смешанном виде эти гены присутствуют у каждого. Вопрос лишь в пропорциях. По пропорциям и делается вывод, к какой нации человек ближе всего. При этом надо понимать, что никакого одного гена конкретной нации нет и не было, любой ген может присутствовать у любого, а чтобы стать негром, понадобится комплект из тысяч генов, чаще встречающихся среди негров. Цветом обозначены условно: красный — славянские народы, зеленый — народы бассейна реки Лены, оранжевый — народы Северо-Западной Сибири, голубой — енисейские народы, синий — народы Кавказа, фиолетовый — народы Азии, другой цвет — у вас ген дальтонизма.
Поиск родственников
Отдельное развлечение прошедших тест — поиск родственников. Разумеется, только среди тех, кто тоже прошел тест. Впрочем, их тоже немало. Близкие родственники — отцы, матери, дети — определяются и появляются в личной карточке на сайте настолько автоматически, что это вообще не задача теста. Тест способен выявить куда более дальнее родство — сотни всяческих пятиюродных кузин, о существовании которых мы не подозревали, а теперь с ними можно пообщаться.
Не обходится без парадоксов. Бывает, сдают люди анализ всей семьей — а сын, оказывается, не папин. Или, допустим, рассказывает американская мать дочке, что ее отец — погибший герой-летчик, а дочка плюнет в пробирку и обнаружит десятка два родных братьев и сестер. У каждого своя легенда об отце, и лишь некоторым матери сказали правду: искусственное оплодотворение, анонимный донор. А тут и самого донора сайт находит. И вот он уже не анонимный, а конкретный Джон Смит, отец двух десятков человек. Как ему реагировать? Что теперь чувствуют его дети? Богатый сюжет для мелодрамы.
Бесследно пропавших родственников найти тоже можно. Один мой друг неожиданно увидел в таблице родственника-финна. Начали переписываться, оба удивлены: у друга никто в Финляндию не ездил, а финн клялся, что никто из его семьи в России не бывал. Но потом вспомнил, что у прадеда был брат-близнец, который пропал без вести чуть ли не во время охоты в лесу. Все были уверены, что он умер. А вот ведь не умер! Моя история тоже оказалась необычной. Семья моего деда жила в Дрогобыче, Польша. В1939 году часть Польши до договору с Гитлером оккупировали войска СССР (сейчас Дрогобыч относится к Украине). А в 1941-м пришла армия самого Гитлера. Дед был нефтяником, поэтому советская власть командировала его на завод за Урал. Его старший брат был психиатром, учился в Европе и в начале событий оказался в Нью-Йорке. Остальные погибли в концлагере. Дед с братом успели обменяться парой писем, но переписка быстро закончилась: в сталинские годы инженеру нефтезавода, выходцу из Польши, могли впаять статью «шпионаж» и без такого шикарного повода, как родной брат в Нью-Йорке. К хрущевской оттепели контакты утерялись, и пообщаться они уже не смогли. Но тест 23andMe нашел в базе сдававших анализ внучку дедовского брата. Теперь мы переписываемся, обмениваемся фотографиями и семейными мифами.
Интересные гены
Современные генетические тесты анализируют в ДНК от 50 тысяч до 700 тысяч ключевых точек (спаренных нуклеотидов — это называется снип, SNP), про которые науке известно, что именно в этом снипе у человечества существует мутационный вариант (вместо А — G либо вместо С — Т). Поскольку снип в ДНК парный (одна половина от матери, другая — от отца), вариантов точечной мутации всего четыре: АА, GG, GA и AG (последние два одинаковы) либо СС, ТТ, ТС, СТ. Например, в норме у большинства людей снип GG, но существует мутация А, которая дает снип GA или даже АА, если мутация была у обоих родителей.
Некоторые шипы кодируют одну бесспорную функцию: группу крови, наследственное заболевание или вид аллергии. Другие дают расплывчатые предрасположенности, и то лишь в сочетании с десятком или сотней прочих шипов: «продлевают» и «сокращают» жизнь, пророчат онкологию, шизофрению, инфаркт или даже облысение. Снип может менять риск по сравнению с нормой в какие-нибудь 0,28 раза, а другой — в обратную сторону, и в медицинском отчете это создает неразбериху, словно все кричат одновременно и пророчат разное, прямо как политические аналитики в Интернете. Как и кем установлена эта «увеличенная в 1,1 раза вероятность атеросклероза» и как долго она продержится в науке, пока ее не опровергает другое научное исследование, — вопрос сложный. Однако есть гены вполне конкретные: чувствительность к кофе, переносимость алкоголя, восприятие горького вкуса и ненависть к оливкам с брюссельской капустой… Вот список самых интересных снипов (для простоты назовем их генами, и пусть ученые морщатся).
rsl799990 — ген людоеда. Обладатели AG (в отличие от АА или GG) устойчивы к прионным болезням. Это коровье бешенство, куру (болезнь людоедов Океании) и прочие редчайшие заболевания каннибалов (у британских коров все тоже началось, когда их накормили порошком из костей сородичей). Но мутанты AG имеют право кушать человечинку и даже непрожаренные мозги без всякого вреда! Почему-то тот же ген слегка ответственен за долговременную память: у людей АА и AG память лучше, чем у GG. Если у вас GG, повесьте себе на видном месте напоминалку «Мозги не есть!», а то опять забудете.
rs7221412 — жаворонки и совы. АА — жаворонки, просыпаются в среднем на час раньше, чем совы GG. Про AG пишут, что это среднее между жаворонком и совой. И добавляют (не шутка), что жаворонкосова, как правило, умирает утром, часам к одиннадцати. А потом эти составители еще удивляются, отчего их сравнивают с астрологами и советуют делить все прогнозы на 24.
rs6994992 — ген креатива. Присутствие в паре Т, помимо С, повышает креативность, а генотип вообще встречается у всех наиболее творческих людей. Но рано радоваться, потому что одновременно повышается риск психозов и шизофрении, растет нервная чувствительность к критике, а иногда ухудшается память.
rs9264942 — СПИДу нет! Защита от ВИЧ (СПИД в простонародье). В отличие от нормальных людей (ТТ), любое присутствие мутации С добавляет суперскиллы в случае заражения: СТ (примерно половина европейцев) дает понижение вирусной нагрузки в крови на 60%, а СС (10% европейцев) — на 90%. Это прямой путь не заболеть, а всего лишь стать разносчиком. В общем, можно забыть про презервативы.
Delta 32 rs333 — СПИД побежден! Очень полезная, но редкая мутация (менее 1% населения, чаще у норвежцев и кавказцев): отсутствие 32 участков ДНК в гене rs333. Если мутация в обеих парах (и от мамы, и от папы), то она дает полную защиту даже от заражения ВИЧ. А заодно помогает от чумы и оспы — для того и появилась. Вирус не может внедряться в клетки — не находит нужного рецептора: его код остался в утерянных 32 символах. Это, кстати, типичный пример мусора в ДНК: рецептор остался после старых экспериментов природы и уже миллионы лет нам не нужен. Известен единственный случай полного излечения от ВИЧ: пациенту, больному одновременно ВИЧ и раком, специально выбрали для пересадки костный мозг донора-норвежца. Вскоре рак доел остатки костного мозга, а здоровая донорская ткань, наоборот, размножилась — и ни рака, ни СПИДа. Кстати, нет и добра без худа: при этой мутации повышен риск разрыва брюшной аорты. Но на такие пустяки уже грех жаловаться.
rs5882 — ген маразма. АА увеличивает риск старческого слабоумия и болезни Альцгеймера, AG — снижает, a GG вдобавок увеличивает продолжительность жизни.
rsl815739 — ген качка. Связан с кодированием мышечного белка альфа-актинин-3. ТТ — более слабые мышцы, карьера штангиста противопоказана (у олимпийцев ТТ почти не встречается). Впрочем, это дает больше выносливости при слабых нагрузках. А вот СС — прирожденный атлет и качок.
rsl7822931 — ген серы и вони. Мутанты ТТ (чаще азиаты) обладают сухой, рассыпчатой ушной серой. Наличие С делает ушную серу влажной и тягучей. Но любопытнее другое: также этот ген связан с запахом тела. Обладатели нормы СС имеют тело вонючее (достаточно неделю не мыться, и вам это сообщат открытым текстом коллеги по офису и спортзалу). Но мутация СТ улучшает запах. А обладатели ТТ, помимо сухой серы, получают непахнущее тело. Им не нужны дезодоранты, и они имеют право не мыться, а только чесаться.
rs4680 — боец или мудрец. Ген занимается регуляцией дофамина. GG — бойцы: они действуют лучше, чем соображают, нечувствительны к боли, а стресс лишь помогает им собраться с силами. АА — интеллигенты: склонны эффективно мыслить, чувствительны к боли, впадают в ступор, когда надо думать быстро. Говорят, Гай Юлий Цезарь, тестируя легионера, давал ему пощечину. Если кандидат краснел от ярости, Цезарь считал, что это годный воин, а если бледнел — отправлялся на гражданку. Но плевать в пробирку проще.
rs363050 — ген IQ. GG — нормальный IQ. У обладателей AG — выше. АА — еще выше! Правда, все эти увеличения в среднем на 2,8 пункта. Читатель с высоким IQ уже смекнул, что толку от мутации не много. А остальные пусть гордятся или комплексуют.
rs72921001 — ген кинзы. Мутанты СС считают, что кинза на вкус напоминает мыло. Возможно, остальные просто никогда не пробовали его кусать?
rs4481887 — моча и спаржа. Нормальные люди GG не чувствуют никаких изменений после приема в пищу спаржи. Но мутация С раз от разу неприятно удивляет своих хозяев у писсуара странным запахом, напоминающим ацетон или что-то резкое. Впрочем, на здоровье это не влияет: вы можете и дальше есть спаржу, токсикоманы ацетоновые.
rsl2749204 — ген кокаинового наркомана. Присутствие G повышает риск привыкания к кокаину в 8,79 раза! Если протолкнуть в Раде закон об обязательном генетическом тестировании в школах и вузах, можно будет сразу отчислять потенциальных нарколыг.
rsl800955 — ген приключений на свою задницу. Появление С вместо Т увеличивает тягу к поиску новизны (из-за менее эффективной переработки серотонина). До свадьбы этот пункт результата скрываем, после — используем как оправдание.
rsl800497 — ген неудачника. Обладателям СТ или ТТ (в отличие от СС) хуже удается избегать ошибок и извлекать из них уроки на будущее. Тот же ген заодно связывают с повышенным риском алкоголизма и ожирения, но можно предположить, что это лишь следствие. Жаль, про зарплату ни слова.
rs53576 — ген бесчувствия. Нормальные обладатели GG — люди чуткие и внимательные к окружающим. Но появление А превращает человека в бесчувственную скотину: ошибка кодирования в рецепторе окситоцина приводит к трудностям с распознаванием эмоциональных состояний окружающих.
Эпилог
Сделать генетический анализ уже вполне доступно. И достаточно — раз в жизни, потому что гены не изменятся. Не факт, что все результаты окажутся ценными, пока что эта наука все-таки больше развлекательная, чем медицинская. Но, если девушка загадочно выспрашивает день и время твоего рождения, чтобы составить гороскоп, лучше предложи ей сдать генетический тест — узнаешь гораздо больше.
