Гены или воспитание — что нас определяет: рассказывает биолог Константин Северинов
И может ли генная инженерия исправить ошибки природы.
, то индивидуальных различий между двумя случайно выбранными людьми будет около шести миллионов.
Когда все «опечатки» одинаковые, мы имеем клонов, например однояйцевых близнецов. Они выглядят очень похоже, и это показывает, что совокупность генетических различий (учёные называют их вариантами) в значительной степени определяет нашу телесную индивидуальность. А вот их личности и судьбы могут различаться кардинально. Они выбирают разных партнёров, интересуются разными вещами, ставят разные цели — в общем, проживают разные жизни, каждый свою, несмотря на генетическую идентичность. Поэтому вопрос жизненных успехов и неудач не биологический, он не имеет отношения к генам.
— Тогда почему эта фраза так прочно вошла в обиход?
— В современной культуре слова «ген», «ДНК» стали мемом. Но на самом деле 99% людей, которые употребляют эти термины, не знают, о чём именно они говорят, или по крайней мере используют их не в том смысле, в котором их используют учёные.
Один из вопросов, который волнует человечество на протяжении всей его истории, по-английски звучит «Nature versus nurture?»: что оказывает большее влияние на наши жизни — врождённые свойства (природа) или приобретённые (воспитание)? Люди, которые употребляют слово «гены» всуе, имеют в виду, что то или другое качество передаётся по наследству. Но на самом деле для большинства качеств, которые нас волнуют в повседневной жизни, нет какого-то определённого ответа на вопрос о роли природы и воспитания. Кроме того, не надо забывать о том, что есть ещё случайность, удача или, наоборот, неожиданно падающий на голову кирпич, и это оказывает огромное влияние на то, что с нами происходит.
— Как гены влияют на характер и поведение человека?
— Предметом генетики является изучение того, как признаки наследуются в поколениях. Чтобы изучать наследование признака, надо уметь его измерять. Также необходимо исключить влияние внешней среды на его проявление. Мендель скрещивал большое количество растений гороха с плодами жёлтого и зелёного цвета, чтобы понять принципы наследования. Цвет — понятный признак: он виден глазом, вы можете объективно детектировать его с помощью приборов. Растения, полученные в результате скрещивания, росли в одинаковых условиях, а потом их снова скрещивали.
Никто не знает, каким сантиметром или циркулем измерить характер и поведение. Например, моя жена может считать, что у меня плохой характер, а я — что очень даже хороший. Это субъективная оценка, каждый из нас может быть неправ, и даже оба одновременно.
А раз нет возможности определить и чётко измерить признак, то нет достоверного способа посмотреть, как этот признак наследуется.
Мало того, варианты генов, которые мы получаем при рождении, остаются с нами на всю жизнь, а наш характер и поведение в течение жизни могут сильно меняться. Они зависят от внешних условий, которые, в отличие от менделевских горошков, у каждого из нас свои.
Эти, в общем, очевидные соображения не мешают фирмам, занимающимся коммерческой или развлекательной генетикой, предсказывать поведение и характер людей, но это не имеет отношения к науке.
— А уровень интеллекта зависит от генов?
— Здесь та же петрушка. Давайте мысленно проведём стандартный генетический опыт, чтобы определить, наследуется ли интеллект. Как и с характером, нам нужно уметь его измерять, и желательно не на уровне человек «с интеллектом»/«без интеллекта», а как-то градуально. Затем нам нужно начать скрещивать людей с замеренными значениями интеллекта и смотреть, как этот признак наследуется у потомства, а потом — у потомства потомства.
Есть минимум три проблемы. Первая — это необходимость скрещивания людей по воле исследователя, что, очевидно, невозможно: мы же всё-таки не горошки. Вторая — невозможность объективно измерить интеллект. Третья — интеллект, чем бы он ни был, может меняться в ходе жизни. Например, мои студенты считают, что они очень умные, а я так не считаю. Зато за время обучения многие из них, на мой взгляд, становятся значительно умнее и интеллектуальнее. Но к генам это не имеет прямого отношения, скорее — к количеству прочитанных ими книг.
— Какую роль играют гены для здоровья?
— Генетические варианты могут быть ответственны за тяжёлые генетические заболевания. Для ряда случаев есть чёткое понимание, что изменение одной-единственной буквы ДНК в одном конкретном из 20 тысяч наших генов приводит к болезни. Такие болезни наследуются согласно законам Менделя.
У каждого из нас двойной набор генов: один от мамы и один от папы. Если в обеих полученных от родителей копиях какого-то гена есть повреждение, ответственное за болезнь, вы будете гарантированно больным. Если одна копия гена с дефектом, а другая копия этого же гена — нет, вы будете внешне здоровым носителем заболевания.
Работающая копия гена возьмёт на себя функции повреждённой и будет работать за двоих.
Если ваш партнёр — носитель повреждённого варианта в том же гене, что и вы, то статистически каждый четвёртый родившийся у вас ребёнок получит две плохие копии генов и будет больным. Это, кстати, не означает, что больной ребёнок родится после трёх здоровых. Просто с вероятностью ¼ каждый рождённый ребёнок будет больным. В частности, если первый ребёнок болен, вероятность болезни для каждого последующего всё та же — ¼.
Я описал простейший случай моногенного заболевания. В более сложных за развитие болезни отвечает не одно изменение в одном гене, а комбинация изменений в нескольких. Если таких генов много, то определить, как конкретная комбинация вариантов связана с заболеванием, становится сложно, часто — невозможно. Речь перестаёт идти о простых ответах «здоров» или «болен», а идёт о статистических вероятностях, рисках.
Допустим, если человек имеет определённую комбинацию 30 генетических вариантов, его шансы получить какое-то заболевание объективно повышаются в среднем в десять раз. Но это вовсе не означает, что, если у вас есть такая комбинация, вы заболеете.
— А психологические травмы, пережитые нашими предками, мы можем наследовать?
— Психологические травмы хранятся в душе. Если она существует, то находится в мозге, который состоит из огромного количества клеток. Мы передаём своим детям не клетки мозга, а генетическую информацию, которая содержится в яйцеклетках или сперматозоидах. Психологические травмы прямого влияния ни на яйцеклетки, ни на сперматозоиды оказать не могут.
— Получается, гены влияют только на здоровье?
— Внешность человека обусловлена генами, это сочетанный результат вариантов, которые мы получили от родителей. В отличие от характера рост можно измерить, при прочих равных он хорошо наследуется. Но наш конечный рост — результат взаимодействия вариантов тысяч генов, полученных от родителей.
То есть рост есть, а гена роста как такового нет.
Не говоря о том, что на рост очевидно сильно влияют условия нашей жизни, то есть наш «генетически ожидаемый» рост может не быть реализован.
«В генной инженерии происходит множество открытий, невозможно выбрать самое значимое»
— Как генная инженерия может менять природу человека?
— Из того, что мы с вами обсудили, понятно, что она применима в очень ограниченных случаях. В вопросах, связанных с поведением, характером и прочими неизмеряемыми вещами, а также в случае признаков, которые определяются большим количеством вариантов в разных генах, генная инженерия не может предложить ничего.
Однако для некоторых простых моногенных заболеваний с известной генетической природой методы генной инженерии позволяют заменить поражённый ген на нормальный. Это как на старой пишущей машинке: если замазать неправильную букву белым штрихом, то ошибку можно исправить, напечатав правильную букву.
— Вы говорите о генном редактировании?
— Да. Геном редактируют с помощью систем CRISPR-Cas. В природе с их помощью бактерии защищаются от вирусов — бактериофагов. CRISPR-Cas разрезает ДНК вируса, заразившего бактериальную клетку, и таким образом спасает её от инфекции.
Способность CRISPR-Cas разрезать ДНК не абы где, а определённым и строго программируемым образом может быть использована для редактирования ДНК в клетках человека или в любых других клетках. За разработку этого метода, который ещё называют молекулярными ножницами, учёные Эммануэль Шарпантье и Дженнифер Дудна получили в 2020 году Нобелевскую премию по химии.
Берём бактериальный белок Cas, вводим его в клетку человека и программируем его на то, чтобы он раскусил строго определённое место ДНК. Например, то, которое содержит изменение, ответственное за какое-то заболевание. Клетка залечит место раскуса, соединит концы разрезанной молекулы ДНК. Можно сделать так, что изменение, ответственное за заболевание, при этом исчезнет. Метод уже используют в клинической практике: лекарство такого типа одобрили в США и Великобритании для лечения серповидноклеточной анемии.
— Какие открытия могут сравниться по значимости с генным редактированием?
— Генная инженерия — огромная область с множеством направлений, поэтому сравнивать открытия по значимости нельзя. Это как в спорте: если спросить, какой рекорд самый значимый, придётся сравнивать боулинг с каякингом и волейболом.
Если говорить о наиболее существенных достижениях, на мой взгляд, их два:
«Современные технологии помогают персонализировать лекарства»
— Какие современные технологии используют генные инженеры?
— У воров, идущих на дело, целый арсенал различных инструментов: отмычек, фомок, кусачек, иногда полезна кувалда — всё зависит от цели. То же самое в генной инженерии: существуют тысячи методов, которые решают разные задачи. Есть методы клонирования молекул ДНК, методы выделения рекомбинантных белков, технологии получения моноклональных антител.
Есть потрясающие технологии секвенирования — прочтения последовательности букв ДНК. Наши способности читать информацию, записанную в молекулах ДНК, возросли миллионократно по сравнению с тем, что было 25 лет назад. Это даёт совершенно новые возможности для изучения всех живых организмов, а также новые, более эффективные способы находить изменения в ДНК человека, ответственные за заболевания.
Параллельно развиваются биоинформатические методы — генетическая информация переводится в цифру, хранится в базах данных и анализируется на компьютерах. Так как количество данных огромно, их анализируют с помощью методов машинного обучения и языковых моделей.
— В каких сферах активно применяют генную инженерию?
— Пищевые добавки и аминокислоты, антибиотики производятся с помощью микробиологического синтеза. Синтезируют их специально созданные методами генной инженерии микробы с заданными свойствами. Чтобы получить, например, сыр с желаемыми характеристиками, нужно уметь направленно модифицировать заквасочные микробы.
В сельском хозяйстве генную инженерию используют для ускоренной селекции растений или животных с желаемыми свойствами. Россия сильно зависит от элитного семенного материала зарубежных производителей. Чтобы уменьшить эту зависимость, планируется применять методы генной инженерии для выведения собственных сортов и пород.
На бумаге это выглядит прекрасно, но на практике оказывается очень сложной задачей, так как большинство потребительски важных свойств определяются очень большим количеством генных вариантов. Кроме того, если такие организмы и будут созданы, они по определению будут генно-модифицированными, а наше законодательство их запрещает.
Современная фармакология немыслима без генной инженерии.
Например, терапевтические антитела, которые используются для лечения рака, — это продукт генной модификации. Или инсулин, от которого зависит жизнь десятков, если не сотен миллионов людей с диабетом, тоже является генно-инженерным продуктом. В общем, практически все инновационные лекарства, в частности персонализированные, создаются с использованием генно-инженерных методов.
— Такие препараты безопасны для человека?
— Многостадийная проверка лекарства на эффективность и безопасность — стандартизированный процесс, и неважно, каким методом получен препарат. Специалисты оценивают безопасность, эффективность, побочные эффекты, а потом принимают решение об использовании или неиспользовании препарата.
«Вопрос этичности использования генно-инженерных препаратов связан с их эффективностью и безопасностью»
— Как генные инженеры решают вопросы этики? И как вы считаете: этично ли вмешиваться в геном человека?
— Ответ зависит от конкретного случая. Рассмотрим ваш геном со всеми его «опечатками», которые определяют, что вы — это вы. Ваш геном возник, когда яйцеклетка вашей мамы и сперматозоид вашего папы слились. Этот геном копировался всякий раз, когда оплодотворенная яйцеклетка делилась: сначала на две клетки, потом на четыре и так далее. В теле взрослого человека десятки триллионов клеток, и практически в каждой из них есть геном — ваш геном.
Но так как копирование нашего генома не идеально точно, у каждой клетки, вообще говоря, индивидуальный геном, в ДНК дочерних клеток накапливаются опечатки, которых не было в ДНК материнской. О каком геноме идёт речь, когда мы начинаем рассуждать об этичности генетической модификации? О геноме оплодотворённой яйцеклетки? О геноме раковых клеток, возникших в нашем теле, потому что в них накопились опечатки, которые нарушили нормальную работы генов? Или о геноме половых клеток, с помощью которых мы производим на свет детей? Это разные совершенно вещи.
Китайский учёный Хэ Цзянькуй редактировал геном оплодотворённых человеческих яйцеклеток. После подсадки матерям из них появились дети, у которых геномы всех клеток были изменены. Эти изменения передадутся детям девочек, рождённых в результате этого опыта. На мой взгляд, проделанный опыт неэтичный и ненужный. Задачу, которую якобы решал китайский учёный, — не передать детям вирус иммунодефицита, который был у их отца, можно было решить безо всякой генной редакции. Теперь же эти изменения могут отрицательно повлиять на жизнь родившихся детей, и они будут наследуемыми.
Неэтично ставить над людьми опыты с недоказанной безопасностью.
С другой стороны, модификация генома клеток — единственный способ вылечить некоторые тяжёлые генетические заболевания уже рождённых детей, например пациентов со спинальной мышечной атрофией. Но в данном случае дополнительная генетическая информация вводится в строго определённые клетки спинного мозга.
В общем, вопрос этичности использования генно-инженерных препаратов связан с их качеством, эффективностью, безопасностью и целью применения. И в каждом случае нужно смотреть отдельно.
— Что бы вы ответили противникам генной инженерии?
— Противникам генной инженерии отвечает сама жизнь. Если они сами или кто-то из близких им людей тяжело заболеют, они согласятся на любое лекарство.
Подавляющее большинство людей и так используют в своей повседневной жизни генно-модифицированные продукты или по крайней мере продукты, созданные с помощью генно-инженерных технологий. Они просто этого не осознают, как герой Мольера, который не знал, что говорит прозой.
— Каким вы видите будущее генной инженерии? Можно ли его предсказать?
— Качество нашей жизни с точки зрения здоровья, безусловно, будет улучшаться за счёт развития генной инженерии. Предсказывать, в каком именно направлении это произойдёт, совершенно бессмысленно — мы не знаем, какими будут открытия, но мы точно знаем, что они будут.
Нескучная наука🧬«Люди думают, что если рог носорога стоит и он твёрдый — значит, улучшает потенцию»: биолог Александр Панчин о поисках волшебной таблеткиДействительно ли мы используем мозг на 10% — рассказывает нейробиолог Филипп Хайтович«Для жизни главное — смерть»: интервью с эпигенетиком Сергеем КиселёвымЙети и чупакабры просто чья-то выдумка. Почему — объясняет биолог Георгий Куракин«В каждом из нас примерно сотня битых генов»: интервью с биоинформатиком Михаилом Гельфандом
Источник
