Episode Transcript
[00:00:20] Расшифровка генетического кода Ричард Липкин По словам Уолтера Гилберта, профессора молекулярной биологии Гарвардского университета в Кембридже, штат Массачусетс, еще пять лет назад он не представлял себе, что такой проект может быть осуществлен. Речь идет о проекте «Геном человека», рассчитанной на 15 лет международной программе исследования генетического кода человека.
[00:00:50] Потом, познакомившись с технической стороной исследований, я изменил свое мнение и стал энтузиастом проекта, продолжает Гилберт. Какое-то время у биологов были большие сомнения в целесообразности такой работы, но теперь я убежден, что у большинства ученых сомнения рассеялись. И можно спорить лишь о сроках, затратах и предпочтительных методах исследования, но это уже детали, а не принципиальные вопросы.
[00:01:18] Начатая в 1987 году, программа сразу подверглась критике из-за её масштабов и сложности, но теперь, к удивлению многих бывших скептиков, она кажется более перспективной, чем в начале. «Меня поражает, насколько всё совершается быстрее, чем ожидалось», — добавляет Гилберт, нобелевский лауреат 1980 года, которого считают одним из главных лидеров программы.
[00:01:47] Теперь многие ученые приступают к работе, и я думаю, что мы сможем достичь основных целей к 2000 году, раньше намеченного срока. По словам Гилберта, объем информации о генетическом коде в молекулах ДНК человека увеличивается на 60% в год. Это означает 5-кратное увеличение каждые 5 лет. При таких темпах мы могли бы завершить работу к концу десятилетия. Уже лет через 5, я думаю, наши взгляды на генетику начнут радикально изменяться.
[00:02:22] Программа с самого начала казалась трудноосуществимой даже... сторонником. Критики же считали её неразумной и вообще невыполнимой. Возражения были самые разные. Говорили и о том, что кортирование всех генов человека обойдется минимуму в 3 миллиарда долларов за десятилетие. И о том, что проектов таких масштабов вообще в биологии не бывает.
[00:02:50] Тем не менее, внушительные успехи уже налицо. А это только ранний этап исследований, конечная цель которых практически применимое генетическое описание человека. Молекулы ДНК содержат около 3 миллиардов пар нуклеокидов.
[00:03:09] Основных компонентов человеческих хромосом 24 типов. Длинные участки специфических последовательностей оснований ДНК составляют около 100 тысяч генов, которые обуславливают как общие характеристики человеческой расы, так и неповторимые особенности индивидов.
[00:03:30] Последовательности оснований в ДНК определяют производство белков и управляют процессом развития всех живых организмов, включая человека, от оплодотворенной яйцеклетки до взрослых особей.
[00:03:45] Во многих случаях ошибка в генетическом коде, например пропуск элементов ДНК или их репликация, может привести к одному из четырех тысяч наследственных заболеваний. Чтобы разобраться в геноме, то есть в генетическом коде человека, ученые работают в трех сферах.
[00:04:04] Составляют генетическую карту с общим расположением генов и физическую карту, на которой расстояние между основными генетическими маркерами определяется прогеномным сегментом. И, наконец, создают полную последовательность звеньев ДНК с мельчайшими деталями, уточняя их код вплоть до серий четырех видов нуклеотидных оснований – аденина, цитозина, гуанина и тимина.
[00:04:31] «Если учёные будут располагать необходимые информации об этих трёх миллиардах парануклеотидных оснований, мы станем свидетелями радикальных элементов в области биологических и медицинских исследований», — говорит Чарльз Кантор, руководитель Центра геном человека при лаборатории Лоуренса в Беркли, Калифорния.
[00:04:52] Первый шаг к пониманию любой наследственной болезни заключается в том, чтобы найти причинный ген и выяснить, чем патологическое его состояние отличается от нормального. Без самого гена ничего понять нельзя, его необходимо выделить, чтобы уяснить его функцию в норме и при нарушениях.
[00:05:13] Генетические исследования на биохимическом уровне позволили выявить несколько генов, связанных, по-видимому, с дегенеративными нервными болезнями, кистозным фиброзом, артритом, раком толстой кишки, легких мозга и молочной железы. Совсем недавно ученые из Центра по изучению рака при Массачусетской общей больнице в Бостоне сообщили о связи между геном P35 и синдромом Ли-Фраумейны, болезненным состоянием, которое предшествует развитию рака молочной железы в раннем возрасте. Этот ген, видимо, играет какую-то роль в подавлении опухолей и регулирует размножение клеток, а при повреждении вызывает их бесконтрольный рост. В семьях с этим наследственным дефектом у женщин может развиться рак груди в возрасте до 30 лет, а дети могут заболеть раком еще до половой зрелости.
[00:06:13] Найти ген еще не значит найти средство лечения, но это несомненно приближает ученых к пониманию первопричин различных придраковых состояний и может помочь врачам определить лиц повышенного риска. Недавно удалось выявить механизм, посредством которого дефектный ген вызывает кистозный фиброз. При этой болезни легкие системы органов пищеварения забиваются слизью.
[00:06:43] Проблема заключается в производстве белка, называемого кистозно-фиброзным регулятором мембранной проводимости. Этот белок регулирует количество хлора, удаляемого с поверхности клеток, и действует как сторож, помогая организму поддерживать химическое равновесие на поверхности ключевых клеток. Дефект белка расстраивает функцию внутриклеточной системы качественного контроля.
[00:07:12] не будучи в состоянии выделять избыточное количество заряженных частиц, клетки продуцируют слизь, вызывающую заражение, а в конечном счете и смерть больного. Кистозным фиброзом в Соединенных Штатах страдает более 30 тысяч человек. Специалисты из бостонской фирмы Genzyme Corporation, выступавшей недавно в журнале Cell, считают, что теперь, благодаря лучшему пониманию генетических механизмов, Появилась возможность успешного лечения кистозного фиброза. Они испытывают несколько методов замены дефектного белка в критически важных участках клетки, в том числе использование вирусов или другого средства для компенсации недостающего белка.
[00:08:00] Чарльз Кантор из лаборатории Лоуренса подчеркивает медицинскую важность детального анализа генетического и молекулярного аспектов недостаточно хорошо изученных болезней. «Мы надеемся скоро разработать совершенные средства диагностики, а в дальнейшем улучшенные методы профилактики и лечения», — говорит Кантор.
[00:08:23] Подобная карта генома человека вызовет сенсационные перемены в диагностике. В конечном счёте это позволит резко повысить эффективность терапии тяжёлых заболеваний. Кантор предвидит, что к 2005 году, если всё пойдёт удачно, учёные смогут получить из центральной базы данных ключевую последовательность оснований для любого желаемого гена.
[00:08:51] Тогда можно будет на следующий день иметь такой ген в лаборатории для исследовательских работ. Это потребует координации усилий сотен ученых в разных странах. От Советского Союза, Центральной Европы и Скандинавии до Канады, Дальнего Востока и Австралии. Ведущую роль играют Соединенные Штаты.
[00:09:13] Министерство энергетики и Национальный институт здравоохранения выделили для исследования соответственно около 30 и 60 миллионов долларов.
[00:09:24] Большая часть этих средств распределяется между лабораториями при государственных и частных учебных заведениях, включая Калифорнийский технологический институт в Посадене, Стэнфордский университет, Калифорния и Мичиганский университет, Вашингтонский университет в Сент-Луисе, Миссури, Гарвардский университет, Массачусетский технологический институт и Колумбийский университет в Нью-Йорке.
[00:09:49] Подведомственные Министерство энергетики Национальной лаборатории в Лос-Аламосе, Нью-Мексико, в Ливерморе и Беркли, Калифорния и международные исследовательские группы интенсивно изучают хромосомы. Созданная недавно в Лондоне организация «Геном человека» занимается координацией исследований, ведущихся во многих странах.
[00:10:14] Конгресс поручил Министерству энергетики изучить мутагенное воздействие факторов окружающей среды, продолжает Кантор. Лет 10 назад учёные пришли к выводу, что для осуществления этого проекта необходимы те же средства, что и для расшифровки генома человека.
[00:10:34] В Ливерморской лаборатории Лоуренца и в Лос-Аламовской национальной лаборатории накоплен огромный опыт по расшифровке структуры специфичных частей генома в системе ДНК.
[00:10:46] Таким образом, у нас уже есть основа для выполнения крупного научного проекта. Национальные лаборатории имеют доступ ко многим суперкомпьютерам. По словам Кантора, одна из ключевых проблем в исследованиях ДНК заключается в отсутствии надежной физической теории, объясняющей то, что мы видим.
[00:11:08] Пытаясь преодолеть эту трудность, многие ученые обращались к моделированию на компьютерах, главным образом в двух измерениях. Теперь компьютерные исследования все чаще выполняются в трех измерениях. Это должно существенно углубить понимание генома и облегчить разделение молекул ДНК.
[00:11:29] Учёные, работающие над этими проектами, подчёркивают необходимость новых методов исследования, чтобы лучше разобраться в структуре ДНК и в механизме хранения и использования конечной информации. Сегодня определение каждого из трёх миллиардов нуклеотидных оснований стоит от одного до трёх долларов. Это медленный и утомительный процесс, требующий сотен тысяч человекочасов коллективного труда.
[00:11:57] Более эффективные методы позволят, по всей вероятности, снизить расходы до менее одного доллара на основание, в особенности после успешного испытания новых исследовательских приборов. По мере накопления информации в Соединенных Штатах, Европе и Японии возникают компьютеризированные библиотеки генов.
[00:12:19] Исследователи предвидят день, когда сегодняшние медленные и неактуальные мокрые лабораторные методы уступят место небольшому набору компакт-дисков, содержащих весь ключевой генетический код. Как указывают генетики, сам геном представляет собой величайший инструмент познания.
[00:12:42] Расшифровка генома будет не концом, а началом фундаментальных изысканий способов химического программирования человеческого организма. Более важную серию справочников невозможно себе представить, говорит Джеймс Уотсон.
[00:12:58] Соавтор открытия спиральной формы молекулы ДНК и глава Национального центра по изучению генома человека в рамках программы NIS в Бетесте, Мэриленд. Генетическая информация, закодированная в молекулах ДНК, даст после должного анализа ответы относительно химических основ человеческого бытия. Она не только поможет нам понять, как функционирует здоровый организм, но и объяснит на химическом уровне роль генетических факторов возникновения множества недугов, например рака, болезни Альцгеймера, шизофрении, сокращающих жизнь миллионам людей. В этом грандиозном проекте есть и теневая сторона. Многие озабочены этическими, юридическими и социальными аспектами эксперимента.
[00:13:52] Генетические тесты, вторжение в частную жизнь, опасность дискриминации со стороны страховых компаний или работодателей – все это проблемы, которые нелегко решить. Поэтому от 3 до 4% общего бюджета проекта отводится на изучение такого рода деликатных вопросов, а также на просветительскую общественную деятельность.
[00:14:16] «Людей беспокоит перспектива возникновения своего рода биологически низшего класса, неприкасаемых с медицинской точки зрения, которые окажутся париями общества, лишёнными возможности покрывать расходы на своё лечение», — говорит Нэнси Уэкслер, психолог из Колумбийского университета, возглавляющая программу этических исследований.
[00:14:39] По её словам, нельзя упускать из виду такие вопросы, как неприкосновенность частной жизни, конфиденциальность генетической информации, передача результатов генетических анализов в сеть медицинских учреждений, допустимость использования генетической информации страховыми компаниями и работодателями.
[00:15:01] В более широком смысле за проектом расшифровки генома фактически скрывается глубокая перемена в биологических науках. Этот проект отражает общую тенденцию отхода от чисто экспериментальной биологии в сторону углубления теоретических представлений о химических основах жизни. Чрезвычайно интересно, подчеркивает Уолтер Гилберт, что в этой области меняется традиционная картина.
[00:15:31] Теоретические исследования выходят на передний план. Ученые не беспокоятся по поводу последовательности оснований в ДНК. Гены основных типовых организмов и человека можно будет найти в базах данных. Отпадает необходимость в качестве первого шага рассматривать белок. Через несколько лет классическая биохимия в ее нынешней форме перестанет существовать. Она будет опираться на новый теоретический фундамент.
[00:16:02] Учёные будут проверять информацию, задавать вопросы, вносить предложения, выдвигать гипотезы и проводить эксперименты. Значительная часть труда, которым мы занимаемся сегодня, станет ненужной. Это будет результатом информационного взрыва, который отразит огромный прогресс науки в будущем десятилетии.
[00:16:29] Я вернусь.
