Виролюция. Важнейшая книга об эволюции после «Эгоистичного гена» Ричарда Докинза

Что примечательнее всего, Ларсен с соавторами обнаружили очень активную экспрессию вирусных генов env и gag в важнейших структурах и тканях головного мозга — а это подразумевает важность этих генов для физиологии и анатомии человека. Среди синтезируемых вирусом белков присутствуют синтицины 1 и 2 — те самые, играющие важнейшую роль в образовании плаценты. Поразительно, но экспрессия вирусных генов в мозге интенсивнее, чем даже в плаценте, и, по-видимому, интенсивнее, чем где-либо еще в организме. Никто пока не знает, что эти протеины делают в мозге и различаются ли они неким образом от протеинов плаценты, но, вероятно, они играют важную роль.

Сейчас многие лаборатории занимаются исследованиями по этой теме, и, надо думать, в скором времени эта роль прояснится. Например, недавно обнаружили 533 случая присутствия транспозируемых элементов в кодирующих белки генах человеческого генома [58]. Другое исследование открыло широкую распространенность «транспозируемых элементов» в областях человеческого и мышиного геномов, вовлеченных в работу иммунной системы и реакции на внешние стимулы [59]. Немецкие исследователи подтвердили большую активность HERV в здоровых человеческих тканях и заключили: «HERV активны в человеческих клетках, причем их активность зависит от типа этих клеток». Среди тканей и органов с наибольшей активностью HERV — кожа, щитовидная железа, плацента, репродуктивные органы. По сути, нет ни единой ткани либо органа, где бы HERV были вообще неактивны, что подтверждает «перманентное и активное присутствие эндогенных ретровирусов в человеческом транскриптоме» [60]. Свидетельства в пользу обширного участия вирусной компоненты генома в построении и функционировании человеческого тела столь весомы, что генетики призывают организовать масштабный проект по изучению транскриптома HERV [61].

Интервью с Эриком Ларсеном, одним из организаторов этого проекта, я завершил вопросом:

— Как вы думаете, не есть ли открытое на сегодняшний день — лишь верхушка айсберга?

— Несомненно! — ответил он.

Принимая во внимание обширность присутствия вирусов в нашем геноме, неизбежен вопрос о роли этих вирусов в заболеваниях. В трех последующих главах мы подробно обсудим этот вопрос. Мы обсудим роль их в возникновении и развитии болезней в целом и общем и уделим особое внимание раку и аутоиммунным заболеваниям. А попутно бросим более пристальный взгляд на странные образования, названные LINES, SINES и Alu, составляющие более тридцати четырех процентов человеческого генома.

7. Выводы для медицины

Джерри А. Койн — выдающийся ученый, профессор факультета экологии и эволюции Чикагского университета. Весной 2006 года после лекции в Ассоциации юристов Аляски об эволюции и «разумном творении» к нему подошел скептически настроенный молодой юрист.

— Профессор Койн, — сказал он, — я не верю в ваши слова об эволюции, но даже если они и верны, то какая с этого выгода?

Койн спросил, что молодой человек имеет в виду.

— Какая практическая ценность? — пояснил тот. — К чему это можно приложить?

В заданном вопросе, конечно, можно усмотреть критику дарвинизма, но, вероятно, молодой человек имел в виду иное — его интересовала осязаемая польза, какую понимание эволюции может принести человечеству.

Ответ на этот вопрос не так уж прост. Отчасти польза в том, что понимание эволюционной биологии дает нам понимание происхождения жизни и принципов функционирования живых организмов. Несомненно, такое знание очень важно в век массированного вторжения людей в места, прежде человека почти не знавшие, в тропические леса и глубины океана — а это вторжение провоцирует ущемление и даже полное вымирание многих видов живых существ. Но тут я хочу рассказать о пользе, которую может принести понимание эволюционной биологии в исследовании генетической подоплеки заболеваний. В прошлом люди смотрели на эволюционную биологию лишь с точки зрения эволюции путем естественного отбора — а естественный отбор, честно говоря, почти не имеет прямого отношения к медицине. Я уже писал здесь, что генетические факторы эволюции — те силы, которые, выражаясь классическим дарвиновским языком, дают начало передаваемым по наследству изменениям, — ответственны и за возникновение болезней. И понимание этих факторов принципиально важно для лечения многих наследственных заболеваний, калечащих людей, причиняющих страдания и боль, не дающих полноценно жить и ведущих к преждевременной смерти.

Здесь уже говорилось о важности понимания мутаций — случайных ошибок при копировании ДНК в процессе деления клетки. Мы уже узнали, как возникли человеческие митохондрии посредством симбиотического соединения свободной дышащей кислородом бактерии и древнего протиста в отдаленнейшем прошлом. Для совершенствования получившегося голобионтического генома естественный отбор имел больше миллиарда лет.

Геном человеческих митохондрий — наиболее компактный из всех митохондриальных геномов; он состоит из тридцати семи бактериальных генов, в отличие от генов нашего ядра организованных в типичную для бактериальных органелл кольцевую структуру. Эти гены кодируют очень важные транспортные РНК и протеины, определяющие возможность дышать кислородом и извлекать энергию из этого процесса. Из более чем двух тысяч генов, наличествовавших у бактерии — предка митохондрии, около трехсот перекочевало в ядро; многие из них обеспечивают генетическую связь между ядром и митохондриями, необходимую для усвоения кислорода клеткой. Каждая человеческая клетка содержит много митохондрий — от сотен до тысяч. Митохондрии размножаются независимо от ядра, на манер бактерий — почкованием. Получаем мы митохондрии исключительно от матерей, митохондрии содержатся в цитоплазме яйцеклетки — и это весьма существенно сказывается на характере передачи наследственных заболеваний, обусловленных изменениями в митохондриях. И в самом деле, сейчас не вызывает сомнений: генетика митохондриальных заболеваний сильно отличается от генетики заболеваний, вызванных изменениями генов ядра. Генетика митохондриальных болезней гораздо сложнее.

Но что же это за болезни и как же их генетическая подоплека связана с симбиозом митохондрий и клеток?

Когда мы вдыхаем кислород, он проникает в каждую клетку нашего тела и быстро достигает митохондрий, где и осуществляется самое таинство процесса дыхания. Там с помощью кислорода сахара превращаются в пригодную для хранения и переноски форму, аденозинтрифосфат, или АТФ, — универсальный источник энергии для живых клеток. Процесс этот известен под названием «окислительное фосфорилирование». Потому митохондрии — поставщик энергии для каждой живой клетки нашего тела. Парадоксальным образом кислород является опаснейшим для живых тканей ядом и потому требует тщательнейшего обхождения. Биологи считают, что именно в силу токсичности кислорода митохондрии не слились с ядром, несмотря на колоссальное время существования симбиоза клетка — митохондрии. И сейчас при химических реакциях в митохондрии и вблизи нее создаются весьма ядовитые кислородные соединения, известные как «токсичные свободные радикалы», — и они способны вызывать заболевания.

Митохондрии весьма важны и для поддержания здоровья тканей и клеток. Например, нормальное функционирование органов и тканей во многом зависит от своевременного возобновления клеток, а это подразумевает запрограммированную смерть старых клеток, так называемый «апоптоз». Митохондрии напрямую вовлечены в этот процесс. Потому едва ли окажется удивительным обнаружить прямую связь между нарушениями митохондриальных генов и тяжелыми наследственными болезнями.