Гены: работа над ошибками

Генетический код – ключ к пониманию того, как в наших клетках реализуется наследственная информация. Детальное изучение молекулярно-генетических закономерностей стало научной базой для понимания процессов, происходящих в организмах здоровых и больных людей.

Успехи генетических исследований, которые ведутся в течение двух последних столетий, позволили понять процессы наследования генетических признаков и появления индивидуальных особенностей человека. Динамичное развитие генетики послужило толчком к развитию вирусологии, микробиологии, эндокринологии, иммунологии и фармакологии. Более того, буквально на наших глазах данная наука переросла из чисто теоретической в практическую.

ДНК животворящая

Сегодня любому школьнику старших классов известно, что генетическая информация, закодированная в последовательности оснований дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК), направляет и контролирует синтез рибонуклеиновой кислоты (РНК) и белков.

В силу этого геном – совокупность молекул ДНК в каждой отдельной клетке – представляет собой «паспорт» того или иного организма. Именно в нем записано, как выглядит, живет и передает собственные свойства следующему поколению любой обитатель нашей планеты – от вируса до человека.

Мутационные повреждения

Поскольку жизнь постоянно вносит в ДНК-«паспорт» свои коррективы, в нем случаются «опечатки» в виде мутаций.

Мутационные изменения в последовательности ДНК обусловлены двумя факторами:

• физиологическим состоянием организма;
• влиянием внешней среды.

К примеру, при воздействии физических мутагенов, представленных разными видами излучения и повышенной температурой, происходят многочисленные разрывы ДНК либо поломки в ее двойной спирали. А химические мутагены могут не только разрывать цепь, но и встраиваться внутрь самой спирали. Так что же спасает все живое от гибели в результате накопленных в ходе эволюции мутаций?

Восстановить или уничтожить

Если бы не система репарации (восстановления) ДНК, человеческий вид, как и любой другой, попросту не выжил бы. Но даже при способности ДНК к восстановлению гены все равно повреждаются, мутации накапливаются и передаются по наследству. Согласно научным данным, каждый новорожденный несет в своем геноме около 70 новых мутаций, и как минимум 10% из них являются вредными.

А в тех случаях, когда уровень мутаций, как говорится, зашкаливает, происходит «генетическая смерть» – живые организмы теряют возможность производить на свет жизнеспособное потомство. В результате вредные мутации, появившиеся в геноме этих особей, не достанутся потомкам. Чем больше вредных мутаций возникает в геноме за одно поколение, тем больше «генетических смертей» должно произойти для того, чтобы восстановить среднюю приспособленность популяции к жизни.

ДНК – сложнейшая структура, которая содержит от 100 тысяч до 10 млн атомов.

Наследственные заболевания

Сейчас известно более 5500 наследственных заболеваний человека. Их разделяют на:

• генные;
• хромосомные;
• с наследственной предрасположенностью.

Получить свои болезни в наследство можно тремя путями: по отцовской линии, по материнской либо по обеим одновременно. У каждого из людей, проходивших полное геномное исследование, было выявлено до 500 мутаций, ассоциированных с определенными заболеваниями.

Что характерно, люди, прошедшие геномное тестирование, были здоровы, а наличие обнаруженных мутаций никак не проявлялось. Это наблюдалось даже в тех случаях, когда мутантный ген был получен и от отца, и от матери, что многократно увеличивает вероятность появления того или иного заболевания. Так что же таким людям может предложить современная медицина, опираясь на генетику?

Пример Анджелины Джоли

В 2013 году знаменитая голливудская актриса Анджелина Джоли отважилась на превентивную мастэктомию – ей удалили обе здоровые (!) грудные железы. А в 2015-м она решилась удалить яичники и фаллопиевы трубы. Такой радикальный шаг был обусловлен тем, что при генетическом тестировании у Джоли выявили мутации в гене BRCA1, отвечающем за процессы восстановления ДНК.

При повреждении гена BRCA1 вероятность заболеть раком молочной железы в течение жизни достигает 90%, а раком яичников – 60%. В случае с Анджелиной Джоли эта вероятность составляла для груди 87%, а для яичников – 50–75%.

Высокую уязвимость к раку актриса унаследовала по материнской линии – диагноз «рак яичников» Маршелин Бертран получила в 49 лет и через 7 лет скончалась от этого недуга. Кроме того, еще две женщины в семье Джоли умерли от раковых заболеваний. Комментируя свои операции, Анджелина Джоли подчеркнула: «Нелегко принимать подобные решения. Но необходимо контролировать свое здоровье. Нужно консультироваться со специалистами, изучать информацию о возможностях быть здоровым и выбирать то, что больше всего подойдет именно вам. Знание – это сила!»

Молекулярный «скальпель»

Для того чтобы вылечить генетическую болезнь, нужно исправить генетическую информацию, затронутую мутацией, не задев здоровые участки.

Таким точным молекулярным «скальпелем», способным найти мутантную последовательность нуклеотидов и «вырезать» ее из ДНК, на сегодня является CRISPR/Cas9 – новая технология редактирования геномов высших организмов, базирующаяся на иммунной системе бактерий.

Метод готов к клиническому использованию, но право его запатентовать оспаривают два разработчика – Калифорнийский университет в Беркли и Частный институт Броада. Суд должен вынести решение в этом году, тем самым дав разрешение на… «редактирование» человека.

ДНК-тестирование на происхождение

Генетически «чистых» этногрупп не существует, и все люди в той или иной степени приходятся друг другу родственниками. Каждый из нас генетически уникален, но в то же время ДНК самых разных людей совпадают на 99,9%. Установлено, что на сугубо межрасовые различия приходится менее 10% генетического разно­образия человека. Анализ аутосомной ДНК, которая передается от предков по материнской и отцовской линиям, позволяет представить максимально подробный отчет об этнических группах (всего 1200 народностей), для которых ДНК-профиль тестируемого человека наиболее типичен.