Ген. Очень личная история - Сиддхартха Мукерджи

в шутку назвал их британской и американской моделями[598]. Первая, по его выражению, предписывала «клеткам заниматься своими делами и не слишком-то болтать с соседями. Всё решает происхождение; родившись в определенном месте, клетка останется там навесгда и будет развиваться в соответствии со строгими правилами. Американский путь прямо противоположен. Происхождение – не главное. <…> Всё решает взаимодействие с соседями. Она [клетка] часто обменивается информацией со своими товарищами, и иногда ей приходится перемещаться, чтобы достичь своих целей и занять надлежащее место».

Но что, если насильно ввести случай – жребий – в жизнь червя? В 1978-м Кимбл перебралась в Кембридж и приступила к изучению эффектов острых потрясений[599] на клеточные судьбы. Избирательно выжигая лазером клетки червя, она установила, что уничтожение отдельной клетки может изменять судьбу ее соседок, но лишь в специфических обстоятельствах. У клеток с уже предопределенным генами будущим не было практически ни единого шанса что-то изменить. Клетки с «естественной неопределенностью» показывали некоторую пластичность, но и их возможности менять свою судьбу были весьма ограниченными. Внешние сигналы могли трансформировать внутренние предписания, но лишь до определенной степени. Вы можете вытащить человека в сером фланелевом костюме из поезда, идущего до Пикадилли, и запихнуть в поезд F до Бруклина. Конечно, жизненная траектория этого человека как-то изменится, но он все равно вынырнет из туннеля с тем же желанием пообедать пирожками с телятиной. В микроскопической вселенной червя нашлось место и для случайности, однако гены строго контролируют ее границы. Гены служат той линзой, через которую случайности фильтруются и преломляются.

Открытие генных каскадов, повелевающих жизнью и смертью мух и червей, стало настоящим откровением для эмбриологов, но не менее мощное влияние оказало оно и на генетику. Разгадывая загадку Моргана – как гены определяют муху? – эмбриологи ответили и на более фундаментальный вопрос: как единицы наследственности порождают изумительную сложность организмов?

Ответ крылся в организации и взаимодействии. Каждый отдельно взятый мастер-регулятор может кодировать белок с относительно ограниченным назначением – включать/выключать, скажем, 12 других, зависимых генов. Предположим, что активность переключения зависит от концентрации белка, а белок распределяется по телу неравномерно, скапливаясь преимущественно у одного его конца и образуя таким образом градиент концентрации. Этот белок может воздействовать на все 12 своих мишеней в одной части тела, на 8 – в другой и всего на 3 – в третьей. Каждая из этих комбинаций мишеней может подпадать под действие концентрационных градиентов других веществ и регулировать активность других генов. Добавим пространственное и временное измерения (где и когда ген может активироваться или подавляться) к этому рецепту – и уже можем конструировать в воображении самые затейливые из структур. Смешивая и наслаивая иерархии, градиенты, варианты переключений, цепочки генов и белков, организм обретает способность создавать все свои анатомо-физиологические сложности.

Один ученый описал это так: «Каждый ген в отдельности не слишком умен[600]: один заботится лишь об этой молекуле, другой – лишь о той <…> Но такая простота не может препятствовать созданию колоссальной сложности. Если можно построить муравейник всего из нескольких типов бесхитростных муравьев (рабочих, крылатых и так далее), то представьте, что можно сделать с 30 тысячами организованных в каскады генов, запускаемых произвольно».

Генетик Антуан Даншен использовал притчу[601] о дельфийской лодке, чтобы описать, как сочетание единичных генов может создавать всю ту сложность, что мы видим в мире природы[602]. В известной истории дельфийский оракул рассматривает лодку, доски которой начали гнить от постоянного пребывания в речной воде. По мере разложения древесины доску за доской заменяли, и лет через десять не осталось ни одной доски от оригинальной лодки. Тем не менее владелец ни капли не сомневался в том, что это одна и та же лодка. Загадка оракула гласила: как лодка может оставаться той же самой, если все материальные элементы оригинала заменили?

Ответ был таков: лодку делает лодкой нечто большее, чем отдельные доски, – лодку делают взаимоотношения досок. Если сотню планок набить друг на друга, получится борт, а если сбить их боковинами – палуба. Только определенная компоновка досок, скрепляемых в определенной взаимной ориентации и определенном порядке, создает лодку.

Гены работают так же. Отдельные гены определяют отдельные функции, однако взаимоотношения генов определяют всю физиологию. Без их взаимодействий геном инертен. Тот факт, что два организма, червь и человек, имеют примерно одинаковое число генов – в районе 20 тысяч, – но только один из них способен расписать свод Сикстинской капеллы, наводит на мысль о малой значимости количества генов для определения физиологической сложности. «Важно не то, что у тебя есть, – сказал мне однажды один бразильский преподаватель самбы, – а то, что ты с этим делаешь».

Возможно, самую меткую метафору для объяснения взаимоотношений генов, структур и функций предложил эволюционный биолог и писатель Ричард Докинз. Он сравнивает некоторые гены с проектными чертежами[603]. Каждый такой чертеж – это точный архитектурный или технический план с однозначным соответствием между каждой его черточкой и структурой, которую он кодирует (отображает). Дверь уменьшается ровно в 20 раз, машинный болт размещается точно в 7 дюймах от оси. По той же логике гены-чертежи кодируют инструкции по «строительству» одной структуры (белка). Ген фактора свертывания крови VIII обеспечивает производство только одного белка с одной главной функцией – позволять крови формировать сгустки. Мутации в этом гене сродни ошибкам в проектном чертеже, эффекты которых – вроде недостающей дверной ручки или иной фурнитуры – вполне предсказуемы: они приводят к тому, что кровь не может нормально сворачиваться, и развивающаяся в итоге патология – беспричинные кровотечения – это прямое следствие неправильной работы белка.

Однако подавляющее большинство генов не ведут себя как чертежи, то есть не определяют построение отдельной структуры или детали. Вместо этого они взаимодействуют с каскадами других генов, обеспечивая выполнение сложной физиологической функции. Такие гены, утверждает Докинз, подобны не чертежам, а рецептам. Например, в случае рецепта кекса нет никакого резона думать, что сахар определяет «верх», а мука – «низ»; обычно не бывает однозначного соответствия между отдельным компонентом рецепта и какой-то структурой. Рецепт предоставляет инструкции по осуществлению процесса.

Кекс – закономерное следствие встречи сахара, масла и муки в правильном соотношении, в правильное время и при правильной температуре. То же и с человеческой физиологией: она закономерно вытекает из пересечения функций правильных генов в правильном порядке и правильном месте. Ген – это отдельная строчка, отдельный ингредиент в рецепте по производству и поддержанию организма. Человеческий геном – это рецепт по производству и поддержанию человека.

В начале