В середине 1950-х годов Уотсон, Крик и Уилкинс получили за это открытие Нобелевскую премию по физиологии (а в 1962 году и по медицине). Но их работа основывалась на трудах многих других ученых, в том числе Розалинды Франклин, тоже из Королевского колледжа, – именно благодаря ее рентгеновским снимкам Уотсон и Крик смогли воскликнуть «Эврика!». Они выяснили, что структура ДНК представляла собой антипараллельную двойную спираль. У нее имелось азотистое основание, скрепленное связями между пятым и третьим атомами углерода соответствующей дезоксирибозы. Пуриновые и пиримидиновые основания вытягиваются из этой спирали, и две ее нити скрепляются вместе водородными связями между противоположными основаниями А и Т или Г и Ц.
Представьте, что у вас в руках резиновая лестница. Возьмитесь за ее концы и скрутите – у вас получится примерный макет базовой структуры ДНК (не точный, но достаточно похожий). В этой модели ступенями лестницы служат парные основания. Эта структура сразу же подсказала принцип копирования молекулы ДНК: каждая ее нить может служить образцом для создания новой нити. Механизм того, как это происходит, был выведен Мэттом Мезельсоном и Франклином Сталом из Калифорнийского технологического института. В 1958 году они доказали, что двойная спираль ДНК раскручивается и служит шаблоном для новой комплементарной нити. Таким образом, ДНК может быть точно скопирована, без изменения ее структуры, за исключением случайных ошибок или мутаций. Код ДНК читается как последовательность нуклеотидов А, Ц, Г и Т, которые составляют каждую ее нить. Последовательность нуклеотидов является основным структурным элементом генов, которые по отдельности или в сочетании определяют ваши индивидуальные признаки, от цвета волос до предрасположенности к тем или иным заболеваниям.
Статья Уотсона и Крика в журнале Nature буквально перевернула мир естественных наук и ознаменована наступление эры молекулярной генетики – все ведущие умы погрузились в изучение базовой последовательности ДНК. Предполагалось, что, раз мы раскрыли тайну генома человека, можно будет понять, как работает организм, какие гены отвечают за наши индивидуальные особенности, предрасположенность к болезням и т. д. В 1980 году Уолтер Гилберт из Гарварда и Фред Сэнгер из Кембриджа разделили Нобелевскую премию по химии за создание первой надежной методики определения последовательностей ДНК. Это открыло дверь в мир секвенирования геномов вирусов и бактерий.
Секвенирование генома шло семимильными шагами. В 1978 году была открыта первая геномная последовательность мелкого вируса-бактериофага ΦX174 (5386 оснований, кодирующих одиннадцать генов), который инфицирует бактерии. А в 2003 году завершилось изучение последовательности человеческого генома, состоящего примерно из трех миллиардов пар оснований. Ученые продолжают работу: они хотят определить, какие последовательности ДНК представляют большую или меньшую опасность для развития различных заболеваний. Еще многое предстоит узнать о том, как функционируют гены и как они взаимодействуют с окружающей средой. С появлением более совершенных технологий за последние десять лет расходы на определение последовательности ДНК значительно снизились: в 2008 году они составляли около десяти миллионов долларов, а сегодня цена упала примерно до тысячи (на первый геном человека было затрачено около 2,7 миллиарда долларов). Это произошло во многом благодаря проекту «Геном ценой в $1000», финансируемому национальными институтами здравоохранения США.
ДНК и болезни
Мы привыкли думать, что индивидуальная последовательность ДНК почти полностью отвечает за здоровье и хорошее самочувствие – даже большинство медиков считают именно так.
Но последовательность ДНК – это лишь часть головоломки. Она скорее сообщает об опасности и предсказывает вероятное развитие событий, а не выносит приговор. Конечно, у каждого может произойти мутация гена, безжалостно поставив окончательный диагноз (например, гемофилия, муковисцидоз или мышечная дистрофия). Но это редкость, потому что большинство мутаций являются рецессивными. То есть для развития болезни необходимы две копии мутировавшего гена, по одной от каждого родителя, за исключением генов, закодированных в Х-хромосоме у мужчин
[28].
Один из способов узнать о своей предрасположенности к генетическим заболеваниям – это зарегистрироваться в какой-либо из многочисленных баз данных персонального генетического тестирования и проверить, есть ли у вас индивидуальные признаки и склонности, вызывающие опасения. Бьюсь об заклад, что большинство из вас не найдет ничего подозрительного. Мне посчастливилось пройти тестирование на 23andMe до того, как в 2013 году Управление по контролю за качеством пищевых продуктов и лекарственных средств запретило раскрывать участникам их личный медицинский профиль. Рад сообщить, что это того стоило: у меня не было обнаружено предрасположенности к каким-либо серьезным заболеваниям или патологическим состояниям.
Риск возникновения того или иного признака может быть примерно в 1,4 раза выше или ниже нормы, и очень маловероятно, что у вас найдут вариации последовательности ДНК, тесно связанные с каким-то тяжелым недугом. Хотя, по правде говоря, у меня есть подруга, которая также зарегистрировалась на 23andMe и узнала, что у нее есть мутация в гене, который связан с постепенной потерей слуха. Конечно же, она заметила, что в последнее время ей становится все труднее слушать выступления на конференциях. Я хочу сказать, что эти тестирования имеют определенную ценность – они показывают, что ваша предрасположенность к некоторым состояниям будет немного выше или ниже нормы. Это может вызвать небольшие изменения в жизни, но редко заканчивается чем-то более серьезным.
Другое дело, что в контексте изменений последовательности ДНК практически невозможно объяснить ошеломляющий рост частоты неинфекционных заболеваний. Речь идет о болезнях, которые не вызваны инфекционными агентами: вирусами (например, простуды и гриппа), бактериями (холера, туберкулез, воспаление легких), грибком (криптококковый менингит, калифорнийская лихорадка) или простейшими организмами (пожирающая мозг амеба). По данным Всемирной организации здравоохранения, в 2015 году целых 70 % смертей были вызваны неинфекционными заболеваниями
[76]. Учитывая впечатляющее количество прорывов в медицине, сделанных за последние шестьдесят лет, это особенно озадачивает. Открытие антибиотиков, признание важности гигиены окружающей среды, более широкое использование вакцин против смертельных болезней, таких как полиомиелит, а также совершенствование диагностики и оказания медицинской помощи, снижение количества курильщиков и повышение доступности лекарственных средств обеспечили значительное увеличение продолжительности жизни. К сожалению, недавно колесо фортуны повернулось вспять. В 2015 году средняя продолжительность жизни американцев снизились впервые за более чем два десятилетия. В докладе Национального центра медицинской статистики США, опубликованном в 2016 году, говорится о росте смертности от сердечных заболеваний и инсультов, диабета, несчастных случаев, передозировки наркотиков и других обстоятельств
[29]. Согласно неутешительным результатам одного исследования, продолжительность жизни в Викторианской Англии (1850–1870 гг.) была такой же или даже выше, чем сегодня, если исключить случаи смерти от инфекционных заболеваний. Кроме того, прогрессирующие заболевания, такие как рак или диабет, в Викторианскую эпоху составляли лишь 10 % от того, что мы имеем сегодня. Несмотря на все технологические достижения, наши перспективы на данный момент весьма туманны, и мы должны понять, почему это происходит.
