Если вдуматься, есть некая странность в том, что именно в тропической Африке, где свирепствует смертельная малярия, так много носителей испорченной копии гемоглобинового гена. Ведь все эти носители, особенно дети, должны, казалось бы, первыми умирать от малярии, поскольку их организм ослаблен серповидно-клеточной анемией. А это значит, что за минувшие столетия все носители этого гена должны были вымереть подчистую, причем в Африке — в первую очередь. А в действительности как раз в Африке их больше всего. Эта странность давно привлекала внимание врачей и заставила их думать, что между малярией и серповидноклеточной анемией имеется какая-то связь. И действительно, в 1940-х годах британский военный врач Бит, работавший в Родезии, заметил, что в крови малярийных пациентов, имеющих одну копию мутированного гена, всегда обнаруживается меньше плазмодиев, чем в крови пациентов, вообще не имеющих этой мутации. Вслед за тем заирский врач нашел, что среди «носителей болезни» наблюдается меньше случаев тяжелой малярии, чем среди людей без мутации. А в 1954 году еще один британский врач, Энтони Аллисон, работавший в Кении, обобщил эти наблюдения и выдвинул гипотезу, по которой серповидно-клеточная анемия дает своим носителям какую-то защиту от малярийного плазмодия. Дальнейшие исследования показали, что это действительно так и что наибольшую защиту анемия дает своим носителям в детском возрасте, до того, как у них окончательно сформируется иммунная система. Но и у взрослых носителей есть частичная защита, и потому у них малярия протекает не так тяжело и реже кончается смертельным исходом, чем у людей, совсем защиты не имеющих.
Это открытие поставило серповидно-клеточную анемию в ряд наследственных болезней, объединенных термином «гетерозиготное преимущество». Да, медицина знает еще несколько примеров подобных болезней. Хороший пример дает другое генетическое заболевание, фенилкетонурия, при которой гомозиготность ведет к ранней смерти из-за накопления испорченного белка в нервной системе, тогда как гетерозиготность (у женщин) защищает от выкидышей. Или вот болезнь Тея-Сакса (открыта Уореном Теем, изучена Бернардом Саксом), тоже разрушающая нейроны головного мозга. Гомозиготность в этом случае проявляется уже в самом раннем возрасте, и ребенок обычно гибнет к четырем-пяти годам, но гетерозиготы выживают, потому что эта мутация одновременно каким-то образом защищает своего носителя от туберкулеза. (Видимо, именно поэтому такая гетерозиготность сохранилась почти у 11 процентов ашкеназийских евреев, которые многие века жили в условиях гетто, особенно располагавших к туберкулезу.)
Заметим, кстати, что такое «странное» на первый взгляд сохранение потенциально смертельной мутации в коллективе людей, — это, в свою очередь, частный вид еще более широко распространенного биологического явления, которое называется «сбалансированным полиморфизмом», или проще — сбалансированным многообразием. Сбалансированный полиморфизм внутри какого-то коллектива возникает не только в случае болезнетворной, но и в случае вполне благотворной мутации, если она дает своему носителю какое-то выживательное преимущество. Иными словами, сбалансированный полиморфизм возникает во всех тех случаях, когда гетерозиготы оказываются в тех или иных ситуациях более жизнеспособными, чем гомозиготы (будь то гомозиготы с двумя мутированными копиями или с двумя здоровыми). Во всех этих случаях в коллективе возникает и затем стабильно сохраняется определенная пропорция (баланс) между числом гетерозиготных и гомозиготных членов коллектива.
Очень хороший пример такого явления в животном мире дают сухопутные улитки с их многообразием окраски и полос на раковине. Здесь появление и сохранение многообразия диктуется требованиями среды и наличием хищников. Улитки — любимая пища дроздов, которые хорошо замечают те раковины, что своей окраской или полосами выделяются на древесной коре, а так как в разных местах цвет и текстура коры разные, то возможно множество мутаций, дающих улиткам в тех или иных местах выживательное преимущество. Таким образом, певчие дрозды и древесная кора играют для улиток ту же роль, что малярия для человека.
Раз уж мы припомнили малярию, давайте вернемся к ней и к той защите от нее, которую дает своему носителю серповидно-клеточная анемия, то есть испорченный ген гемоглобина. Обнаружение этой защиты тотчас поставило перед учеными вопрос — чем она объясняется? Каков ее механизм? Вопрос этот долгое время оставался без ответа, выдвигались различные умозрительные гипотезы, но недавно группа немецких ученых под руководством Ланцера нашла первое убедительное объяснение, подтвержденное прямыми экспериментами. Это дает нам повод подробней рассказать о малярии, ее возбудителе, а заодно и о серповидно-клеточной анемии.
Что касается малярии, то недавние генетические исследования ее возбудителя (плазмодия) привели к выводу, что самая первая его разновидность появилась у людей 50–100 тысяч лет назад (а может — и все 400 тысяч), а самый опасный вид, плазмодий фалципарум, перешел к людям от африканских горилл около 6 тысяч лет назад. Свое нынешнее название (от латинских слов «mala aria», то есть дурное дыхание) эта болезнь получила много позже, уже в Древнем Риме, где была так распространена, что ее даже называли «римской лихорадкой». Возбудителя ее открыл в 1880 году французский врач Шарль Лаверан, служивший в военном госпитале в Алжире; за это открытие он в 1907 году удостоился одной из первых Нобелевских премий по медицине и физиологии. В 1881 году кубинский врач Карлос Финлей нашел свидетельства того, что паразит переносится комарами вида Анофелес, а шотландский врач, работавший в Калькутте, сэр Рональд Росс впервые выявил весь цикл жизни паразита в организме комара (за что удостоился еще более ранней Нобелевской премии — в 1902 году). Открытия Финлея и Росса позволили найти первые предохранительные меры против заражения, и это спасло тысячи жизней уже во время строительства Панамского канала. Так началась борьба медицины с малярией, продолжающаяся по сей день.
Типичное течение малярии — это периодическое повторение приступов озноба и лихорадки, продолжающихся четыре — шесть часов подряд. Паразит плазмодий маларие вызывает такие приступы через каждые 72 часа, то есть каждый четвертый день («четырехдневная малярия»), паразиты плазмодий овале и плазмодий вивакс — через каждые 40–48 часов, то есть примерно каждый третий день («трехдневная малярия»). И хотя болезнь эта, как уже сказано, поддается лечению (при том, что у детей порой бывают тяжелые мозговые осложнения), она может неоднократно появляться вновь — если паразит в крови не уничтожен полностью или сохранился в «спящем» виде в печени, а также в случае заражения другой разновидностью паразита. Куда тяжелее протекает болезнь в случае плазмодия фалципарум: здесь приступы повторяются каждые 36–48 часов, порой переходя в непрерывную лихорадку, возникают тяжелые осложнения и смерть может наступить уже через несколько дней, а то и часов после начала болезни, причем смертность достигает иногда 20 процентов (больше всего среди маленьких детей и беременных женщин). Причина смерти — чаще всего поражение жизненно важных участков мозга, вызванное недостатком кислорода, что же до осложнений, то тропическая малярия часто сопровождается увеличением селезенки и печени, тяжелой головной болью, а также появлением в кровотоке свободных молекул гемоглобина (который обычно всегда спрятан в эритроцитах, но при малярии, в силу их разрушения, выходит в кровоток); этот излишний гемоглобин может вызвать нарушение работы почек и проникает в мочу, придавая ей темно-красный цвет (гемоглобиноурия).
