Мат Ридли
Геномът (2) (Автобиография на един биологичен вид в 23 глави)

Въведение

Човешкият геном — пълният набор от човешките гени — е под формата на 23 отделни двойки хромозоми. От тях 22 двойки са номерирани приблизително по големина — от най-голямата (номер 1) до най-малката (номер 22). Оставащата двойка хромозоми е съставена от половите хромозоми — две големи X хромозоми при жените и една X и една по-малка Y при мъжете. По големина X хромозомата е между хромозоми 7 и 8, a Y е най-малката хромозома.

Броят им, 23, е без значение. Много видове, включително и най-близките ни родственици сред маймуните, имат повече хромозоми, а някои имат по-малко. Не е вярно също така, че гени с близки функции непременно са разположени върху една и съща хромозома. Сигурно затова, когато преди няколко години интервюирах биолога Дейвид Хейг, който се занимава с проблемите на еволюцията, се изненадах, когато той каза, че хромозома 19 е любимата му хромозома. Той ми обясни, че тази хромозома съдържа най-различни зловредни гени. Никога преди това не бях мислил, че хромозомите имат характер. В края на краищата, те просто са произволни набори от гени. Случайната фраза на Хейг вкара муха в главата ми, от която не можех да се отърва. Защо ли не се опитам да разкажа историята на човешкия геном, хромозома по хромозома, избирайки по един ген от всяка хромозома. Примо Леви направи нещо подобно с периодичната система на елементите в автобиографичната си книга. Той свърза всяка глава от своя живот с химичен елемент, който има някаква връзка с описаните събития.

Започнах да мисля за човешкия геном като за своеобразна автобиография — запис на генетичен език на всички превратности и изобретения, които характеризират историята на нашия вид и неговите предшественици, от зараждането на живота до сега. Съществуват гени, които не са се изменили съществено спрямо първите едноклетъчни, населявали първичния бульон. Има гени, които са се развили, когато предшествениците ни са били червеи. Някои гени вероятно са се появили за пръв път, когато прародителите ни са били риби. Има и такива гени, които съществуват в сегашния си вид само благодарение на болестни епидемии в недалечното минало. С помощта на някои гени може да се напише историята на човешките преселения през последните няколко хиляди години. От четири милиарда години насам до преди само няколкостотин години геномът е бил своеобразна автобиография на нашия вид, в която са записани всички важни събития така, както са се случили.

Написах една под друга 23-те хромозоми и срещу всяка започнах да записвам черти, свързани с човешката природа. Постепенно и мъчително започнах да намирам гени, които са съществени за моята история. Често ми се струваше, че няма да успея, особено когато не можех да намеря подходящ ген или когато установявах, че съм намерил гена, който ми трябва, но той е върху погрешна хромозома. Дълго се чудех как да постъпя с X и Y хромозомите, които поставих след седмата хромозома, както подхожда на размера на X хромозомата. Сега вече знаете защо последната глава на книга от 23 глави се нарича глава 22.

Това, което направих, на пръв поглед е доста подвеждащо. Някой може да си помисли, че хромозома 1 се е появила първа, на това не е така. Може би изглежда, че искам да внуша, че хромозома 11 е свързана изключително с човешката личност, но и това не е вярно. Човешкият геном е съставен от 30 000–80 000 гена и аз нямам възможност да ви разкажа за всеки един от тях. От една страна, защото по-малко от 8000 бяха известни, когато започнах да пиша, и въпреки че броят им нараства с по няколкостотин на месец, болшинството от тях са свързани с досадни биохимични подробности.

Това, което мога да направя за вас, е да ви дам обща представа за цялото, като направим кратка обиколка на най-интересните места от генома и разгледаме онова, което те ни казват за нас самите. Защото ние сме първото поколение, което има късмета да прочете книгата, наречена геном. Възможността да разчетем генома ще ни каже повече за нашия произход, еволюция, същност и съзнание от всички досегашни усилия на науката. Това ще промени коренно антропологията, психологията, медицината, палеонтологията и практически всички останали науки. Това не означава, че твърдя, че всичко е в гените или че гените са по-важни от всички други фактори. Ясно е, че това не е така. Но е сигурно, че гените са важни.

Това не е книга за проекта „Човешки Геном“ — за методите на картиране и секвениране, — а за неговия краен резултат. На 26 юни 2000 г. учените обявиха, че са приключили с предварителния вариант на целия човешки геном. Само за няколко години ние ще сме преминали от състоянието, в което знаем малко за гените си, в състояние, в което знаем всичко за тях. Убеден съм, че преживяваме най-великия интелектуален период в цялата история. Без изключение. Някой може да възрази, че човекът е повече от гените си. Съгласен съм. Всеки от нас е много, много повече от един генетичен код. Но досега човешките гени бяха почти пълна загадка. Ние сме първото поколение, което ще проникне в тази загадка. Пред прага сме на верига от нови отговори, но и на още повече нови въпроси. Това е, което съм се опитал да предам в тази книга.

Начало за начинаещи

Втората част от това въведение представлява нещо като тълковен речник за гените и тяхното действие. Надявам се, че читателите ще го прегледат в началото и ще се връщат към него всеки път, когато срещнат термини, които не са обяснени в текста. Съвременната генетика е джунгла от жаргон. Постарах се да използвам минимален брой специфични термини, но в някои случаи те са неизбежни.

Човешкото тяло е съставено от около 100 трилиона (милион милиона) КЛЕТКИ, повечето от които са с напречен размер по-малък от 0.1 мм. Във вътрешността на всяка клетка има малко топче, наречено ЯДРО. Във вътрешността на ядрото има два пълни комплекта от човешкия ГЕНОМ (изключение правят яйцеклетките и сперматозоидите, които имат по един комплект, и червените кръвни клетки, които нямат нито един). Единият комплект е дошъл от майката, а другият от бащата. По принцип всеки комплект съдържа едни и същи 30 000–80 000 ГЕНИ върху едни и същи 23 ХРОМОЗОМИ. На практика обаче между майчината и бащината версия на всеки ген често има малки различия. Такива различия например определят цвета на очите. Когато създаваме потомство, ние предаваме на децата си един пълен комплект гени. Това става, след като части от нашите бащини и майчини хромозоми са разменили местата си по време на процес, наречен РЕКОМБИНАЦИЯ.

— Представете си, че геномът е книга.

— Тази книга съдържа 23 глави, наречени ХРОМОЗОМИ.

— Всяка глава съдържа по няколко хиляди истории, наречени ГЕНИ.

— Всяка история се състои от смислени параграфи, наречени ЕКЗОНИ които се прекъсват от безсмислени реклами, наречени ИНТРОНИ.

— Всеки параграф е съставен от думи, наречени КОДОНИ.

— Всяка дума е написана с букви, наречени БАЗИ.

Книгата геном съдържа един милиард думи и е около 5000 пъти по-дебела от тази книга, т.е. дебела е колкото 800 библии. Прочитането на генома със скорост една дума в секунда по осем часа на ден би отнело един век. Ако разпиша човешкия геном, като пиша по една буква на милиметър, би се получил текст с дължината на река Дунав. Това е огромен документ, огромна книга, екстравагантно дълга рецепта, поместена в микроскопичното ядро на една малка клетка, по-малка от главата на топлийка.

Строго погледнато, идеята да се представи геномът като книга, не е метафора. Това е буквалната истина. Всяка книга представлява цифрова информация, написана в линейна, едномерна и еднопосочна форма, дефинирана от код, който превръща малка азбука от знаци в голям набор от думи и значения посредством реда на групирането им. Така е и с генома. Единствената разлика е, че всички английски (и български) книги се четат само отляво надясно, докато някои части от генома се четат отляво надясно, други отдясно наляво, но никога не едновременно и в двете посоки.

Неслучайно в тази книга, след този параграф, няма да срещнете износената вече дума „план“ по три причини. Първо, само архитектите и инженерите използват подробни „планове“, но дори и те постепенно се отказват от тях в този компютърен век. Всички обаче използваме книгите. Второ, „плановете“ са много неподходящи аналози на гените. Те са двумерни карти, а не едномерни цифрови кодове, каквито са гените. Трето, „плановете“ са прекалено буквални за генетиката. Всеки участък от тях отговаря на част от машина или сграда, но всяко изречение от книга с готварски рецепти не отговаря на различно парче от тортата.

Английските книги са написани с различно дълги думи с помощта на 26 букви. За разлика от тях геномите са написани изцяло с трибуквени думи с помощта само на четири букви: А, Ц, Г и Т (които означават базите аденин, цитозин, гуанин и тимин). Вместо върху плоски хартиени страници, думите в генома са написани върху дълги вериги от захар и фосфат, наречени молекули ДНК, към които базите са прикрепени като странични пръстени. Всяка хромозома представлява двойка много дълги молекули ДНК.

Геномът е много умна книга, защото при подходящи условия тя може да копира сама себе си и да се чете. Копирането се нарича РЕПЛИКАЦИЯ а четенето — ТРАНСЛАЦИЯ. Репликацията се осъществява благодарение на едно особено свойство на четирите бази: А обича да образува двойка с Т, а Г — с Ц. Така единична верига от ДНК може да копира самата себе си, като сглоби комплементарна (съответстваща) верига, в която срещу всяко А от първата верига има Т във втората, срещу всяко Т има А, срещу всяко Ц — Г и срещу всяко Г — Ц. Всъщност обикновеното състояние на ДНК е всеизвестната Двойна Спирала, образувана от първоначалната верига и нейната комплементарна втора верига.

Следователно копирането на комплементарната верига води отново до първоначалния текст. Така последователността АЦГТ се превръща в ТГЦА в копието, което се транскрибира обратно до АЦГТ в копието на копието. Това позволява на ДНК да се удвоява безкрайно, като същевременно информацията, която тя съдържа, остава непроменена.

Транслацията е малко по-сложна. Първо, текстът на гена се презаписва (транскрибира) по същия начин, чрез сдвояване на базите, но този път копието е изградено не от ДНК, а от РНК. РНК съвсем мъничко се различава химически от ДНК. РНК също може да носи линеен код, който използва същите букви, които използва и ДНК, с тази единствена разлика, че използва урацил (У) вместо Т. Това РНК-копие, след това се „редактира“, като се изрязват всички интрони и се снаждат всички екзони (вижте по-горе). Получава се информационна РНК.

След това информационната РНК се поема от микроскопично устройство, наречено РИБОЗОМА. Рибозомата се движи по протежение на информационната РНК, превръщайки последователно всеки един трибуквен кодон в буква от една друга азбука, която се състои от 20 различни АМИНОКИСЕЛИНИ всяка от които се пренася от различен вариант на молекулата, наречена ТРАНСПОРТНА РНК. Всяка аминокиселина се закача за транспортната РНК, като се образува верига, подредена по същия начин, както кодоните. Когато цялата информация се преведе, веригата от аминокиселини се нагъва до определена форма, която зависи от последователността им. Това вече е БЕЛТЪК.

Почти всичко в нашето тяло — от космите до хормоните — или е изградено от белтъци, или се прави с тяхна помощ. Всеки белтък е преведен ген. Химичните реакции в организма се катализират от белтъци, които се наричат ЕНЗИМИ. Всичко — обработването, копирането, редактирането на грешки и синтезът на ДНК и РНК, т.е. удвояването и транскрипцията — се извършва с помощта на белтъци. Белтъци също регулират активирането и инактивирането на гени, като физически се свързват с последователности на промотер или енхансер близо до началото на текста в гените. В различните части на тялото се активират различни гени.

Понякога репликацията на гените е съпроводена от грешки. Случва се някоя буква (база) да се пропусне или да се вмъкне погрешна буква. Понякога цели изречения или параграфи се дублират, пропускат или обръщат. Това е известно като МУТАЦИЯ. Много мутации не са нито полезни, нито вредни, например ако превръщат един кодон в друг, който кодира същата аминокиселина. Съществуват 64 различни кодона, а само 20 аминокиселини, така че много „думи“ от ДНК имат еднакъв смисъл. Човешките същества натрупват по около стотина мутации на поколение, което не изглежда много, като се има предвид, че човешкият геном съдържа повече от един милион кодона. В определени случаи обаче една единствена мутация може да се окаже фатална.

Всички правила имат изключения (включително и това правило). Не всички човешки гени се намират върху 23-те хромозоми; някои са във вътрешността на малки образувания, наречени митохондрии. Те вероятно са разположени там още от времето, когато митохондриите са били самостоятелно живеещи бактерии. Не всички гени са изградени от ДНК: някои вируси например използват РНК. Не на всеки ген отговаря съответен белтък. Някои гени се презаписват в РНК, но не се превеждат в белтък. Тази РНК започва да работи или като част от рибозомата, или като транспортна РНК. Не всички реакции се катализират от белтъчни ензими, някои се катализират от самата РНК. Не всеки белтък произлиза от един ген — някои се получават от комбинация между повече гени. Не всеки от 64-те трибуквени кодони определя аминокиселина: три от тях са СТОП команди. И накрая, не цялата ДНК е гени. По-голямата част от нея представлява смесица от повтарящи се и случайни последователности, която никога не се транскрибира: това е т.н. ненужна ДНК.

Това е всичко, което трябва да знаете. Обиколката на човешкия геном може да започне.