Встречаться с Денни Хиллисом, человеком, чье имя в начале 2003 года было постоянно на слуху, не хотелось. Тогда я еще не был уверен, что он сможет мне помочь, так как не сомневался, что мне не нужен инженер, о котором говорят «фантастический», «творческий» и «мыслящий». Хиллис, выходец из мира IT: покинул «Walt Disney Imagineering» и запустил собственный стартап в Сан-Фернандо Вэлли в Глендейле. Не верилось, что бывший диснеевец, стоявший у истоков развития так называемых параллельных суперкомпьютеров, мог предложить что-нибудь для биомедицины. Я позже узнал, что Хиллису тоже не очень хотелось работать со мной, «еще одним доктором».
Когда я встретился с Хиллисом лично, то сдался и потом ни разу об этом не пожалел. Слова «фантастический», «творческий» и «мыслящий» не описывают его полностью. Мы сразу начали совместную работу; на каждую айтишную подачу был биомедицинский ответ, который обещал возможность изменения подхода к изучению организма и сбору данных. Мы стали применять к исследованию белков инженерные принципы. Работа начала приносить плоды, и появились компания «Прикладная протеомика» и крупный совместный проект, финансируемый Национальным институтом рака.
За прошедшие годы я многому научился у Хиллиса. Теперь мы смеемся, вспоминая первую встречу. Денни обладает уникальным навыком разбиения сложных понятий на простые, что не только помогает объяснять их обычным людям, но и позволяет рассмотреть понятие с новой стороны. Как описывает Хиллис, ДНК – это скорее список частей, а не подробный чертеж. С этой точки зрения ДНК больше похоже на состав блюда в ресторане. Действительно, проделаем то же, что и Денни, и это поможет понять, о чем это я. Подумайте о своем любимом ресторане. Теперь представьте, что хотите выяснить степень здоровья этого ресторана. Если получить перечень всех продуктов на кухне, то можно сделать определенные выводы. Скорее всего список позволит отличить китайский ресторан от французского. Но отличить прекрасный ресторан от плохого, больной от здорового, невозможно. Человеческий геном устроен очень похоже. По его составу видны отличия европейца от азиата, но, скорее всего, мало что можно сказать о здоровье человека. Нельзя сказать ничего о его личности, уме, социальных особенностях и привычках, предпочитает он шоколад или ваниль… Еще информация к размышлению: если у больного такое же ДНК, как у здорового. Ну и что это говорит о дефектах в геноме?
Вернемся на минуту к аналогии с рестораном. Если во французском ресторане используют маргарин вместо масла, то это проблема («дефект»), и если в блюда кладут много соли, то можно предположить, что повара пересаливают пищу (еще один «дефект»). Но чтобы узнать, как все обстоит в действительности, нужно снять пробу. Состава блюд недостаточно. Качество еды во многом зависит от того, как сочетают и обрабатывают продукты в процессе готовки. Такая же «готовка» – это то, как организм человека использует ДНК для создания белков.
Закон наследственности, или Что открыл Дарвин
Генетика уже попадала в центр внимания, что легко объяснимо. Все-таки открытие ДНК – это величайший триумф теории в биологии. Возможно, это одна из величайших историй успеха, так как не подтвержденная фактами теория впоследствии получила подтверждения правильности на практике, что в биологии встречается крайне редко. С другой стороны, для физики именно такая последовательность событий привычна. Например, до того как было доказано существование «черных дыр», появилась теоретическая модель – уравнение, показавшее, что «черные дыры» существуют. И «черные дыры» однажды «открыли». Как говорилось во введении, Мюррей Гелл-Манн впервые предсказал существование кварков на модели, основанной на вычислениях, а не на наблюдениях.
Такие открытия (когда абстрактная теория получает фактическое подтверждение, и теорию можно проверить) в биологии почти не встречаются. Эта наука полна догм, базирующихся на наблюдениях, а не на постулатах. Но есть одно недавнее исключение: область ДНК и генома. Гены теоретически предсказал аббат Грегор Иоганн Мендел в XIX веке, посмертно признанный «отцом генетики». Мендель, австрийский монах-августинианец и страстный садовник, разводил горох в садах аббатства св. Томаса и обратил внимание на эффекты от скрещивания различных вариантов этого растения. Обычно «отца генетики» описывают как милого пожилого человека, который, будучи заядлым садовником, каким-то образом наткнулся на важные законы науки. Во многих аспектах Мендель опережал время, действуя как биолог XXI века, по ошибке оказавшийся не в своем времени.
Систематически скрещивая горох, Мендель выявил передачу характеристик предсказуемым способом с помощью наследуемых факторов, которые позже будут названы генами. Хотя для описания его наблюдений еще не появилась терминология, Мендель продемонстрировал основы передачи характеристик следующим поколениям и влияние на характеристики индивидуума обоих родителей. Позже он показал, что гены бывают разных видов, определяющими доминантные и рецессивные признаки. Еще важнее, что Мендель доказал то, что гены в потомке не «смешиваются»; напротив, каждая генетическая характеристика определяется парой вариантов генов под названием «аллели», и что аллели разделяются в процессе создания мужского и женского пола (то есть пыльца и семяпочка в случае растений, сперматозоиды и яйцеклетки в случае животных, в том числе человека). Состав пары аллелей может отличаться в проявлениях, когда один доминирует над другим, и комбинация аллелей в следующем поколении определяется игрой случая. Пример из жизни: если голубоглазую кошку скрещивают с кареглазой, то получается сочетание голубоглазых и кареглазых потомков в зависимости от того, как смешаются аллели, и в зависимости от того, является ли кареглазый предок носителем рецессивного гена голубоглазости. Кареглазый предок может быть носителем рецессивного гена голубоглазости, но это маскируется доминантным аллелем, отвечающим за кареглазость.
Неважно, понимаете ли вы это или нет; логистика передачи генетических признаков к делу не относится. Принципы, открытые Менделем, создали основу для новой области генетики, но им не хватало «если» – обычной меры всех наблюдений и формулировок. Чарльз Дарвин, английский натуралист и геолог, работавший в то же время, когда Мендель трудился в саду, мог стать величайшим биологом XIX века и отцом эволюционной биологии. Но Дарвин не понял принципы наследования так же хорошо, как Мендель. По правде говоря, большинство идей Дарвина о механизмах наследования оказалось ошибочными.
Дарвин верил в теорию смешивания; «кровь» (наследственные черты) обоих родителей, считал он, смешивается в потомке так же, как чернила разных цветов. Но теория смешивания не применима к характеристикам с непрерывными значениями, таким как рост и вес. Если бы это было не так, то потомок в каждом поколении обладал бы более усредненными признаками, чем его предки. С течением времени мир оказался бы наполнен «средними», но этого не произошло. Из-за этой ошибки наиболее резкой критике Дарвин подвергся, когда решил опубликовать свои размышления о естественном отборе. Критики справедливо указали, что естественный отбор при смешиваемом наследовании невозможен, потому что иначе все вариации исчезли бы в процессе смешивания. Но даже под ударами критики Дарвин не нашел ответа. Он отказался от своих слов; в поздних изданиях его исторической работы «О происхождении видов» в его объяснениях прослеживаются отчаяние и злоба.
