Код людства. Дивовижна історія наших генів ebook

Книжковий Клуб «Клуб Сімейного Дозвілля»

2022

ISBN978-617-12-9470-7(epub)

Жодну з частин цього видання не можна копіювати або відтворювати в будь-якій формі без письмового дозволу видавництва

Електронна версія зроблена за виданням:

Видавництво не несе відповідальності за можливі наслідки виконання наведених у книжці рекомендацій. Книжка не може замінити консультації спеціаліста

Перекладено за виданням:Kirk E. The Genes That Make Us: Human stories from a revolution in medicine / Edwin Kirk. — Melbourne : Scribe, 2020. — 288 p.

Переклад з англійськоїМарини Марченко

Дизайнер обкладинкиАнастасія Попова

Кірк Е.

К43 Код людства. Дивовижна історія наших генів /Едвін Кірк ; перекл. з англ. М. Марченко. — Харків : Книжковий Клуб «Клуб Сімей­ного Дозвілля»,2022.—320 с.

ISBN 978-617-12-9298-7

ISBN 978-1-9258-4939-4 (англ.)

УДК575

© Edwin Kirk, 2020

© Книжковий Клуб «Клуб Сімейного Дозвілля», виданняукраїнською мовою, 2022

©Книжковий Клуб «Клуб Сімейного Дозвілля»,перек­лад і художнє оформлення, 2022

Моїмбатькам, Робіну Енфілду Кірку й Розалі Саксбі, з великою любов’ю і вдячністю за якості вроджені й набуті

Від автора

У цій книжці багато історій моїх пацієнтів. Я суттєво змінив їх заради захисту конфіденційності пацієнтів, іноді шляхом об’єднання подій, які трапилися з двома різними людьми. Усі історії базуються на реальних подіях, але я прагнув викласти їх так, щоб за описом неможливо було визначити когось конкретно. Якщо ж певна історія пацієнта раніше вже публікувалася в медичній літературі, я в такому разі загалом дотримувався ключових елементів друкованої версії. Також я розповідаю історії людей, які не були моїми пацієнтами, зокрема Джессі Ґелсінґера й Маккензі Каселли. Ці останні випадки вже широко висвітлювались у ЗМІ. Батьки Маккензі прочиталий схвалили мою розповідь про її життя в розділі 11.

Передмова. Кінець. І початок

Генетика часом приводила мене в несподівані місця. У підвал, забитий сотнями коробок із мишами. У мечеть у Пакистані та ще одну — у передмісті Сіднея. У бальну залу, де сидять сотні людей, і перед кожним — дві маленькі чарки з отрутою.

Утім, у житті генетика здебільшого немає нічого екзотичного, що могло б вразити стороннього спостерігача. Наші дні заповнені зустрічами та паперовою роботою. Подібно до інших лікарів ми оглядаємо пацієнтів на прийомі в кабінетах чи лікарняних палатах. У наших лабораторіях звичайні офісні меблі займають стільки ж місця, скільки й високотехнологічне обладнання. А останнє навіть не надто й схоже на високотехнологічне. Трапляється часом пристрій футуристичних форм, але більша частина нашого обладнання — звичайнісінькі «нудні сірі ящики» у дусі промислового дизайну.

Однак не дозволяйте обдурити себе зовнішнім виглядом. У генетиці відбуваються чудові речі, тиха революція, яка вже кардинально змінила деякі галузі медицини, і для решти також надійде час. Протягом наступних кількох років секвенування геному кожного з нас стане звичайною річчю. Дуже ймовірно, що ви зробите це найближчими днями, якщо досі не зробили. За десять чи двадцять років сімейнийлікар обов’язково матиме в медичній картці вашу генетичну інформацію, так само як артеріальнийтиск, вагу та назви ліків, які ви вживаєте.

Є стандартне запитання на співбесіді: «Де ви себе бачите за десять років?» Стосовно лікарів-генетиків часто говорять про те, що за десять років ця спеціальність відмиратиме — не тому, що генетика стане менш важливою, навпаки, вона буде такою важливою, що кожен лікар повинен буде оволодіти нею, і нікому не потрібен буде спеціаліст, який займається тільки генетикою. Я чую такі прогнози от уже майже чверть століття, та ніколи вони не здавалися такими далекими від здійснення, як сьогодні. Лише окремі фахівці, зокрема неврологи, а також деякі кардіологи, ендокринологи та інші, прийняли генетику, тоді як більшість лікарів занадто зайняті досягненнями у власних галузях, щоб хоча б спробувати не відставати від нашої. Тим часом нас стає дедалі більше, але ми стартували мало не з нуля, тому досі лишаємося порівняно маловідомими. Навіть інші лікарі часто погано уявляють, що робить генетик.

То що ж ми робимо? На відміну від інших медичних фахівців, наші пацієнти не обмежені однією віковою групою чи проблемами певного органа. Іноді ми беремо участь у житті людей іще до того навіть, як їх зачали; часом — коли вони ще в утробі матері. Миприймаємо немовлят і дітей, а також дорослих,які сподіваються мати дітей. Ми приймаємо бабусьі дідусів тому, що в них у літньому віці проявився генетичний розлад, або тому, що відстежуємо дефектний ген у поколіннях сім’ї, аби виявити тих, хто в зоні ризику. Іноді людині вперше роблять генетичний аналіз уже після смерті. Мій колега Девід Моват каже, що наша участь у житті людини простягається навіть не «від пуповини до домовини», як у лікарів загальної практики, а «від сперми до черви».

Те, що пов’язує всіх наших пацієнтів, це, звичайно, гени й генетична хвороба зокрема. Запитання, на які ми намагаємося дати відповіді, надзвичайно важливі. Як мати здорову дитину? Що спричинило хворобу серця в моєї дитини? Чи розвинеться в мене хвороба Гантінґтона, як у батька та діда?

Прийшовши до нас із такими запитаннями, люди впускають нас у своє життя, часто — у період сильних переживань, нерідко — у момент утрати чи горя. За час своєї роботи я мав честь розділити різні моменти життя з тисячами людей. На щастя для мене, це був також період безпрецедентного зростання нашого розуміння генетики, час прискорення відкриттів.

Для мене все почалося в середині 1990-х. Я був тоді інтерном у реанімаційному відділенні дитячої лікарні в Сіднеї. Серед моїх пацієнтів була крихітна дівчинка — немовля з уродженими вадами серця, менша, ніж мала б бути, яка ніяк не бажала дихати самостійно. Її життя підтримували апарати.

Прийшли результати генетичного тестування дів­чинки, і, щоб пояснити їх, батькам призначили зустріч із генетиком лікарні. На таких зустрічах зазвичай присутній хтось із відділення інтенсивної терапії, і трапилося так, що саме я став свідком того, як ці молоді батьки почули найгірші новини у своєму житті.

Лікарем-генетиком була Енн Тернер. Згодом ми станемо колегами й близькими друзями. Енн — дотепна, добра, віддана, життєлюбна, затята мандрівниця та любляча мати, а нині — навіжена бабуся. Тоді ж я знав її тільки як старшу наді мною в медичній ієрархії, шанованого фахівця у вузькій і дещо туманній галузі медицини. На відміну від мене, Еннне пам’ятає нашої першої зустрічі, бо була зосереджена на своєму важкому завданні. Вона мала розповісти батькам, що їхня донечка незабаром помре.

Аналіз показав, що в дівчинки була зайва копія хромосоми 13. Цей генетичний стан відомий як синдром Патау.Немовлята із цим синдромом важать менше за норму, часто мають хворобу серця та деформації мозку чи інші фізичні проблеми.Їхній мозок не функціонує нормально, він не здатний забезпечувати навіть нормальне дихання тіла.Майже всі немовлята із синдромом Патау помирають у перший рік життя, переважно за кілька днів або тижнів після народження.Ті одиниці, які виживають, мають важкі розумові вади та інші проблеми зі здоров’ям.

Цей діагноз пояснював усі немочі, яким ми намагалися дати раду, і ― особливо у випадку, коли дитина не здатна дихати самостійно, — означав, що прогноз безнадійний.

Важко повідомляти погані новини.Шок і горе, що його відчувають батьки, коли чують страшну звістку про свою дитину, важко перенести тим, хто в цей момент поруч із ними.Це покладає особливий тягар на людину, яка повідомляє таку новину, якоюсь мірою ще й тому, що важко уникнути відчуття, ніби ти є причиною болю.Іноді ти вже встигаєш запізнатись і полюбити людей, яким завдаєш тепер болю, але навіть коли це хтось, кого ти щойно зустрів... це тяжко.

Чому ж тоді присутність на такій зустрічі привабила мене до генетики, замість відштовхнути? Насамперед, гадаю, через те, як Енн упоралася зі своїм важким завданням. Її тепло й лагідність пом’якшували пряму та впевнену манеру.Вона пояснила, що таке хромосома, що означає мати зайву хромосому й що це значило для їхньої маленької дівчинки.Хтось ізбатьків запитав, чи не можна зарадити цьому й видалити зайву копію 13-ї хромосоми. Енн терпляче пояснила, що вада була глибоко всередині кожної клітини дитячого тіла, що була вона там із моменту зачаття і немає можливості виправити це.Вона слухала, коли треба було слухати;говорила, коли треба було говорити.Вона бачила любов подружжя до дочки й біль, який вони відчували.Але не давала ніякої хибної надії.Того дня Енн показала мені, як практикувати медицину там, де найсучасніша наука перетинається з глибоко людським.

У нас усередині є всесвіт. Замість зоряних систем там клітини; за сонця в них клітинні ядра; а замість планет, супутників, комет і астероїдів — крихітні структури всередині клітин. Генетика — це гравітація, яка утримує цей усесвіт разом.

Моя мета в цій книжці — показати гуманізм у генетиці людини через історії тих, на чиєму житті вона найбільше позначилась. Якщо ви прийшли по науку, читайте далі: генетика — найзахопливіша із сучасних наук і на цих сторінках багато науки.

Але історія людської генетики — це передусім історія людей.Це історія людей, на житті яких позначилася генетика, — насправді вона на всіх позначилася, але на деяких набагато помітніше й значножорстокіше, ніж на інших.Це історія тієї крихітної дівчинки, приреченої від моменту зачаття.Це історія про науковця, який у себе в лабораторії дивиться в мікроскоп і читає долю маленької дівчинки, написану мовою клітин.Це історія Енн, і моя.Це історія людей, які вперше дізналися, що таке хромосома і як вона може бути пов’язана з хворобою.

Та найбільше, можливо, це історія двох молодих батьків, які горюють, спустошені, але озброєні знанням та розумінням, щоб зустріти майбутнє.

1. Легше, ніж ви думаєте

Професор Кірк робить генетику простою, як ACGT.

Шеймус Кірк1

Мій друг і колега Стів Візерс, також генетик, часто говорить про когось, що в нього чи в неї «мозок розміром із планету». Багато хто вважає, що тільки такі, дуже головаті люди здатні зрозуміти генетику. Цей предмет має репутацію складного… але це великий обман. Генетика на диво доступна. Якщо, закінчивши школу, ви здатні впевнено виконувати основні математичні операції з молодших класів, то не матимете проблем і з основами генетики.

Чому люди думають, що це складно? Імовірно, лише тому, що є доволі багато подробиць — тисячі різних патологій із різними ступенями важкості, багато з яких накладаються одна на одну. Щоб уповні зрозуміти генетичну хворобу, треба дещо знати про функціонування клітин, і тут також величезна кількість особливостей. А втім, це просто інформація, нагромаджена на інформацію, кожен здатний зрозуміти будь-яку її окрему частину.

Наведу доказ: можливо, найважливіша інформація в генетиці — це взаємозв’язок між ДНК та білками.Цей зв’язок схожий на взаємини між буквами та словами, але (!) значно простіший.Ось факти: з білків побудовано чимало всякої «всячини» в організмі: вони слугують будівельними блоками клітин і прошарків між клітинами. Завжди, коли нашому тілу необхідно щось зробити, воно доручає цю справу білку.Коли б наші клітини захотіли сконструювати автомобіль, усі механічні деталі й електричні компоненти цієї автівки були б виготовлені з білків... так само, як і гараж для її паркування:білки не тільки для рухливих деталей.А самі білки складаються з амінокислот.

ДНК — це хімічна сполука, у якій міститься інформація. Ця інформація записана абеткою з лише чотирьох латинських букв:A, C,G, T. Цими буквами позначають азотисті основи2, хімічні будівельні блоки ДНК.

На відміну від англійської, мова ДНК складається всього з 21 слова. «Букви» цих слів завжди включають групи по три азотисті основи — це троїстий код. СловоCATанглійською означає пухнастого домашнього нахлібника, але мовою ДНК у ньому закодовано амінокислоту гістидин. Двадцять «слів» у цій мові називають амінокислоти, а двадцять перше означає сигнал «стоп». Ген — це ділянка ДНК, яка кодує певний білок, отож це низка груп по три, які говорять: «Зараз гістидин. Потім гліцин. Далі пролін.Добре, тепер стоп».

Можна уявляти собі, що азотисті основи — це літери, назви амінокислот — слова, які вони створюють, а гени — речення.Кожне речення пояснює, як будувати певний білок, і кожна молекула ДНК містить багато таких речень.Це посібник для побудови частин тіла.

От і все.Це фундаментальна база генетики.Значно простіше, ніж навчитися читати, а ми ж вимагаємо цього від шестирічних дітей.Це навіть іще краще: насправді немає необхідності вивчати мову — достатньо просто зрозуміти, що є мова і як вона працює.За понад 20 років у генетиці я знаю написання лише трьох-чотирьох слів у коді.Решту дивлюся, коли виникає потреба.

У генетиці немає концепцій, складніших за ту, про яку ви щойно дізналися, якщо раніше не знали. Решта — лише деталі.

На щастя, генетика, попри свою простоту, ще й захоплива. Візьміть, наприклад, хромосоми.

Хромосоми — фізична форма, яку приймає наша ДНК усередині клітин, — цілком дивовижні структури.Напевно, ви вже бачили фотографії, але про всяк випадок ось приклад на малюнку.

Це особливо прекрасний набір хромосом: вони мої. Однією з менш відомих переваг вивчення генетики колись була можливість препарувати й дослідити власні хромосоми, і хто міг протистояти такій спокусі?Нинішні студенти позбавлені цієї можливості через побоювання, що можуть дізнатися щось, чого не хотіли б знати.А шкода: є особливе задоволенняв тому, щоб подивитися на свій геном під мікроскопом.Я думаю, це трохи схоже на те, як після операції дивитися на екрані, як працює власне серце, але без незручної необхідності розтинати грудну клітку.

Геном — це вся генетична інформація організму в цілому, і кожне живе створіння його має: ви, я, слимак, блакитний кит, капуста в салаті, який ви спожили на обід, ба навіть мікроби, що живуть під нігтями в офіціанта3. Бактерії мають геноми; найпростіші й гриби їх мають; і віруси також. І скрізь, від бактерій до найскладніших організмів, геном організований у хромосоми. Кількість хромосом вельми відрізняється в різних видів, і немає чіткого зв’язку між складністю організму та його кількістю хромосом. Скажімо, бактерії справді мають лиш одну чи дві хромосоми, круглі й невеличкі. Але чорні мурахи-бульдоги — значно складніші за бактерій — також мають тільки одну хромосому. Натомість у метеликаPolyommatus atlanticaїх аж 450!

Хромосоми, які ви бачите на фото, зняті в дуже особливий для них момент.Хромосоми найлегше спостерігати в таку мить, на півдорозі поділу клітини.Вони конденсовані й легко впізнавані як окремі структури.Люди (переважна більшість) мають 23 пари хромосом.Це 46 довгих тонких ниток ДНК загальною довжиною близько двох метрів у кожній із трильйонів клітин нашого тіла.Якщо два метри не надто вражають, згадайте, що розмір звичайного клітинного ядра, яке вміщує майже всю ДНК клітини, становить лишень якихось шість мільйонних метра в діаметрі.А якби воно було розміром із вашу вітальню, а ДНК — мотузкою, у вашій вітальні було б накручено 1000 кілометрів мотузки — достатньо, щоб протягти від Лондона до Берліна чи від Сан-­Франциско до Портленда.

Більшість часу ця нитка не скручена в щільні жмути, які ви бачите на фото. Зазвичай вона тонким серпанком розтягнута й закручена по всьому ядру;не зовсім довільно, а організована у певний спосіб: нитки ДНК намотані спіраллю довкола білків, які називаються «гістони». Ця комбінація ДНК із білком зветься «хроматин», і це субстанція життя.

ДНК, як відомо, несе інформацію. Вона проносить її через покоління і з глибини часів. Ваша ДНК є результатом довгого нерозривного ланцюга подій, що триває мільярди років. Вона копіювалася, копіювалася знову й знову, потроху змінюючись у процесі, починаючи з перших простих живих створінь, які з’явилися колись у прадавньому мілкому теплому морі. Вона пережила безліч різних форм через ссавців, пралюдей, через усе існування людства й аж до вашого зачаття.Вона несе в собі пам’ять про ту довгу подорож. Ми можемо й забути, але наші гени — ні.

Попрацюйте якийсь час у генетиці, і кожна хромосома набуває власної індивідуальності, точніше, ідеться про асоціації, що спадають вам на думку, коли хтось згадує якусь із них. Хромосома 1, наприклад, має бліду ділянку у верхній частині — її добре видно на моїй. Варто видалити цю ділянку в одній із двох копій у момент зачаття — і майбутня дитина матиме розумові вади й характерний вигляд обличчя з глибоко посадженими очима та низько поставленими вухами. У хромосомі 7 міститься ген муковісцидозу, за відкриття якого й високу наукову нагороду змагалися науковці (а переміг зрештою Лап-Чі Цуй, громадянин двох країн, Гонконгу й Канади, який тоді працював у Торонто). У 17-й можна знайтиBRCA1, один із генів раку молочної залози. Історія перегонів за відкриттяBRCA1 темніша й сьогодні ще відлунює в патентних судах і в житті людей. Хромосома 15 асоціюється із синдромами Прадера-Віллі та Ангельмана: ці два дуже різні розлади нерозривно зчеплені, наче чудернацька танцювальна пара. У геномі людини є лише кілька місць, де гени пам’ятають, від котрого з батьків вони походять, і, відповідно, вмикаються чи вимикаються, і в хромосомі 15 є одна така ділянка. Хромосоми 13, 14, 15, 21 і 22 акроцентричні: у них «талія» там, де мала б бути «голова». Іноді вони насправді зливаються «голова» до «голови» (робертсонівська транслокація).Y-хромосома — це пустище, присмертна хромосома, заповнена трупами зламаних генів. У неї заледве залишилися причини для існування, і все-таки вона поки що тримається.

Хромосомний аналіз, відомий також як каріотипування, був першим генетичним тестом. До нього існували й інші тести, здатні виявити генетичні розлади, наприклад мікроскопічне дослідження мазка крові для виявлення серповидноклітинної анемії. Але саме каріотипування — цепо-справжньомугенетичний тест. Ба більше, воно довгий час було єдиним тестом на генотип: він заразом досліджує весь генотип людини на порушення. Це погляд із висоти пташиного лету, не достатньо детальний за нинішніми стандартами, але він витримав випробування часом і ми досі його використовуємо.

Мені завжди було цікаво, як людський досвід засвоює нову технологію. Візьміть, наприклад, польоти. Небагато часу минуло з моменту винайдення літальних апаратів на двигунах, як авіація вже виробила власну народну мудрість: «Лети, орієнтуйся, спілкуйся»4. Є старі пілоти, і є зухвалі пілоти, та немає старих зухвалих пілотів. Ніщо так не пригнічує пілота, як висота над головою і злітна смуга позаду.

Те саме трапилось із цитогенетикою (наукою про будову та функції хромосом), навіть із новітніми генетичними технологіями. Є відомі пастки для молодих гравців. Існує шлях, яким ми завжди йшли (це завжди працювало, навіщо ж міняти?). І вже є традиція, хоч яка молода наша галузь.

Зокрема, традиція називання частин. Погляньте на хромосоми на фото й побачите, що деякі з них мають «талію» на половині довжини. Це центромера — структура, яка зчіплює і скеровує хромосоми під часподілу клітини. Вона ніколи не буває точно посередині хромосоми, а отже, є коротше й довше плече по боках від неї: їх позначають латинськими буквамиp і q.

Чому p і q? 1966 року, на ранньому етапі історії хромосомного аналізу, у Чикаго5 зібрали конференцію задля стандартизації в описі хромосом. Вирішили, що коротке плече позначатимуть латинськоюpвід французького petit — «маленький». Були спроби позначити його буквою s від англійського short — «короткий», але вочевидь французький цитогенетик Жером Лежен був переконливим оратором. А може, це була тактична поступка з боку тих, хто хотів залишити за собою довге плече.

На той момент, коли учасники конференції дійшли згоди щодо букви p, була вже глибока ніч. Англомовні промовці виступили за те, щоб позначити дов­ге плече буквою l (від англ. long — «довгий», пер.), але їм зауважили, що її легко сплутати із цифрою 1. Ніхто не хотів віддавати французам обидва плеча, і дискусія зайшла в безвихідь. Допоміг англійський генетик Лайонел Пенроуз, який запропонував бук­ву q, бо вона не віддавала перевагу жодній мові, а до того ж в іншій галузі генетики було знамените рівняння p + q = 1, яке символізувало, що разом плече p і плече q дають цілу хромосому. На цей час, здається, усі вже втомилися сперечатись і радісно вхопилися за можливість врегулювати це питання і піти спати.

Роздивляючись плечі хромосоми, цитогенетики навчилися розпізнавати візерунки світлого й темного кольорів, утворені внаслідок взаємодії мате­ріалу хромосоми з барвниками, що використовуються в підготовці предметних скелець.Ви можете побачити ці смуги в моїх хромосомах.Ми вже згадували верхню частину (кінець плечаp) хромосоми 1;поєднайте це з тим фактом, що 1 ― найбільша хромосома, і у вас не виникне труднощів з її знаходженням.А тепер погляньте на хромосому 7: це середнього розміру хромосома з помітною темною смугою біля кінця плечар.Тепер ви ніколи не сплутаєте 1 із 7, і зможете вирізнити обидві поміж решти.Вітаю!Ви на шляху до того, щоб стати цитогенетиком.

Сортування хромосом за розміром, від 1 до 22 (хоча виявилося, що 21-ша насправді трохи менша за 22-гу), плюсX і Y, та за їхніми смужками з дедалі тоншими поділками в них привело до системи адрес.Хромосому 1 розділили на1pта1q.1pподілили на1p1,1p2,1p3… і так далі, аж на сьогодні ми маємо такі адреси, як1p36.33: номер хромосоми, плече хромосоми, смуга (3), підсмуга (6), підпідсмуга (3) і навітьпідпідпідсмуга (3).Кожну наступну можна розрізнити тільки зі збільшенням роздільної здатності, і це потребує дедалі більших умінь.Коли я тільки починав у генетиці, це був один з основних способів поставити генетичний діагноз: фаховий науковець дивився в мікроскоп і помічав ледь видимі зміни — чогось бракує, щось зайве, щось переставлене.Тонкість аномалії, яку здатний помітити хороший цитогенетик, вражає.

Коли я спробував робити це, то мав проблеми навіть із розрізненням окремих хромосом, тому щовони в клітині не шикуються всі по парах, а лежать мішма на склі під різними кутами, часто накладаючись одна на одну.Щобстати кваліфікованим цитогенетиком, треба щонайменше рік вдивлятись у хромосоми під мікроскопом під керівництвом фахівців, та ще багато років, щоб і собі стати фахівцем. Колись, можливо, доволі скоро, це робитимуть за допомогою якоїсь нової технології, а ці вміння застаріють.

Кількість хромосомного матеріалу в наших клітинах має велике значення.Коли його забагато чи замало, це може спричинити серйозні наслідки.Якщо не брати до уваги перебірки, що їх являє собоюY-хромосома, 21-ша — найменша з хромосом, з найменшою кількістю генів.І попри це, наявність трьох копій хромосоми 21 замість двох спричиняє синдром Дауна — складний стан, який позначається майже на кожній системі в організмі.І навпаки, брак однієї з двох хромосом 21 — це смертельна патологія, несумісна із життям навіть на ранніх термінах вагітності.Є ще кілька інших синдромів, пов’язаних із цілими хромосомами.Наприклад, дитина з додатковою копією хромосоми 18 має синдром Едвардса6.І ми вже бачили, до чого призводить зайва хромосома 137.

Фотографії хромосом, які ми бачимо, мають довгу історію. Перші дослідження клітин привели до відкриття, що в коників величезні гоноцити (клітини, які стають яйцеклітиною або сперматозоїдом) і пропорційно величезні хромосоми, що робило їх легкими для вивчення в добу, коли мікроскопи були слабкими й незручними в роботі. На початку XX століття встановили зв’язок між хромосомами та спадковістю. Але минули десятиліття, перш ніж цей багатонадійний початок реалізувався й встановили перший міцний зв’язок між хромосомами та хворобою людини. Більшу частину ХХ століття ми навіть не знали, скількив людини хромосом. Вважалося, що їх 48, а не 46, і тому кожен, хто дивився, нараховував 48.

Відкриття пеніциліну сером Александром Флемінґом — найвідоміший приклад лабораторної помилки, яка дивом обернулася на краще. Флемінґ, уже відомий дослідник, вивчав бактеріюStaphylococcus aureus. Він пішов у відпустку, а коли повернувся, то виявив, що в чашці Петрі з культурою, яку він недбало залишив у лабораторії (відомій своєю неохайністю), поселиласяпліснява й що довкола неї були ділянки, чистівід бактерій. Флемінґ дещо просунувся в розумінні властивостей пеніциліну, зокрема робив спробивиділити чисту речовину й розробити її медичне застосування, але дійшов висновку, що це, мабуть, не працюватиме, і залишив цей напрям досліджень. І вже інші, зокрема Говард Флорі (австралієць) та Ернст Чейн (британець, народжений у Німеччині), які працювалиразом в Оксфорді, втілили це відкриття в придатні до застосування ліки. Попри це, хоча Флорі та Чейн отримали Нобелівську премію разом із Флемінґом, про них пам’ятають значно менше, ніж про Флемінґа.

Здавалося б, що Тао-Чіу Шу, який зробив подібне випадкове відкриття, що мало глибокий вплив на цілу галузь медицини, а потім ще й успішно розробив і застосував його, мав би прославитися принаймні не меншеза Флемінґа.Але історія науки примхлива: піонерів не однаково пам’ятають за їхні внески. Ось чому ви знаєте, ким був Флемінґ, але ніколи не чули про Шу.

І шкода, справді, бо Шу був людиною видатного характеру й великим піонером науки; про нього вже мали б зняти хоч один байопік. На сайті Американської конференції цитогенетики (American CytogeneticsConference, ACC)з прекрасною адресоюchromophile.org, є його фотографія 2000 року. Шу тримає в руках найпершу нагородуACCза видатний внесок у цитогенетику — скляний предмет дивної форми. На тому фото він схожий на доброго старого дядечка. Але за півстоліття до цієї світлини то був відчайдушний молодик. У 1950-х роках він залишив Китай — вельми не схожий на теперішній, — щоб досліджувати плодових мушок (знаменитихDrosophila melanogaster,яких так полюб­ляють генетики, на відміну від садівників) у Техаській лабораторії з вивчення дрозофіл в Остіні. Техас відомийбагатьма речами: космічним центром у Г’юстоні, стадіо­ном «Коттон-Боул» у Далласі, битвою за Аламо. Та в раціональнішому світі Техаська лабораторія з вивчення дрозофіл мала б бути знаменитішою за все це.

Багато років потому у своїй «мініавтобіографії», опублікованій в «American Journal of Medical Gene­tics», Шу хвалив відкритість тієї Америки, до якої тоді приїхав, щире бажання допомогти у всіх, кого він зустрічав на своєму шляху; і розповів про єдиний вияв «расизму», на який наразився. Прямуючи з Півдня в Нью-Гемпшир на зустріч, він проґавив свій поворот і грубо порушив правила дорожнього руху, розвернувшись на завантаженій автотрасі. Розгніваний водій таксі пригальмував, щоб висловити своє обурення: «Дивися, куди преш, ти, чортів конфедерате!»

Шу приїхав із технічно відсталої країни, де було небагато автомобілів. Із загуменків він одразу ринувся на передовий фронт генетичної науки, де протягом кількох наступних десятиліть лишатиметься помітною фігурою.

Лабораторна помилка в цьому разі трапилася 1956 року й стосувалася приготування розчинів для вивчення хромосом. Один з асистентів не розібрав інструкцію і змішав одну хімічну речовину з надмірною кількістю води, приготувавши гіпотонічний (надто розведений) розчин. Це призвело до набухання клітин і дозволило відділити хромосоми так, що замість сплутаного клубка на предметному склі їх можна було значно легше розгледіти й розрізнити. Шу скористався із цієї щасливої випадковості, вивчив усі обставини, добився повторюваності ефекту8 й опублікував результати.

Майже одразу Джо Хін Тіо (якого добре знають, принаймні генетики) і Альберт Леван (якого переважно не знають) довели, використовуючи цей метод, що в людини 46, а не 48 хромосом. Бо якщо ви нездатні навіть правильно порахувати хромосоми, то як можна сподіватися виявити аномалії?! Відтак це стало можливим, і невдовзі потому, 1959 року, команда французьких генетиків (переконливий поборник плеча pЛежен із Мартою Ґотьє та Реймоном Тюрпеном) доповіла про додаткову копію хромосоми 21, знайдену в клітинах дітей із синдромом Дауна. Це відчинило двері до відкриття багатьох інших хромосомних патологій. І що навіть важливіше, якісніша цитогенетика означала вміння правильно визначати індивідуальні хромосоми й створювати точні генетичні карти. Проєкт «Геном людини» і більшість сучасної генетики базуються на помилці в лабораторії Шу.

У той самий період нарешті відчутно просунулося вивчення ДНК: стаття Вотсона й Кріка (що спиралася на експериментальні дані Розалінд Франклін) з описом подвійної спіральної структури ДНК вийшла 1953 року. Їхня робота привела дорозуміння зв’язку між ДНК та білками, описаного на початку цього розділу.

Отак Шу, Вотсон, Крік і багато інших, на чиї роботи вони спирались у своїх дослідженнях, робили науку генетику.

2. ДНК-вечеря

А все ж є те, що владно вимагає

Ключ взяти міцно в справедливі руки,

Що відмикає Вічності Палац9.

Джон Мілтон

Переді мною стояли дві напівповні чарки. Гарно сервіровані на маленькій дерев’яній таці, одразу за десертною ложечкою. Кожен за тим столом мав перед собою таку саму тацю. Мій келих з аперитивом був іще напівповний, і я не поспішав братися до чарок, але, з іншого боку, у повітрі панувала святкова атмо­сфера, і це було трохи спокусливо.

Як добре, що ні я, і ніхто інший у великій, заповненій людьми бальній залі готелю не піддалися спокусі. Бо якби хтось із гостей отруївся, вечеря з приводу чудового ювілею — 50-річчя відкриття подвійної спіральної структури ДНК — була б зіпсована.

Ця ДНК-вечеря стала головною подією 19-го Міжнародного конгресу генетики, який відбувсяв Мельбурні, в Австралії, 2003 року. Її організатори — люди, відкриті до нових ідей і без страху перед наслідками, томуніч вийшла справді пам’ятна, хоча й трохи небезпечна. Як і можна було передбачити, стіни прикрашали величезні спіралі з повітряних кульок. Щоправда, трохи несподівано вони були не подвійними, а потрійними10 — певно, подвійна спіраль із кульок здалася комусь з організаторів затонкою. Френсіс Коллінз, очільник проєкту «Геном людини», грав на гітарі та співав «Happy birthday to you»… геному людини.

А ще була отрута.

Щиро кажучи, якщо забути про потенційну шкоду, тобула блискуча ідея. В одній із чарок містився майже готовий екстракт ДНК із рослини. У другій була решта хімічних сполук, необхідних, щоб довершити екстракцію. На початку вечора (мабуть, саме вчасно) тамада сказав нам злити разом вміст обох стопок — і на наших очах проявилася ДНК. То була вона — магічна субстанція, що звела нас усіх разом.

Ви й самі можете виділити ДНК, користуючись побутовими речовинами (тільки одна з них отруйна). Мені казали, що книги рецептів добре продаються, що ж, тоді ось вам рецепт.

Інгредієнти:

•Кілька ягід полуниці (вистачить двох чи трьох залежно від розміру)

• Вода

• Сіль

• Рідина для миття посуду

• Технічний спирт (ізопропіловий спирт); можна замінити денатурованим або медичним спиртом

Приготування:

1.Додайте чайну ложку солі до половини чашки теплої води й розмішуйте до розчинення.

2.Додайте до солоної води дві чайні ложки розчину для миття посуду. Обережно розмішайте (піна вам не потрібна).

3.Покладіть полуниці в пакет для бутербродів із застібкою-слайдером. Руками ретельно розчавітьполуниці всередині пакета.

4.Налийте в пакет із полуницями солону мильну воду.

5.Добре перемішайте. Робіть це обережно, уникаючи спінювання суміші.

6.За допомогою фільтра для кави процідіть суміш ізпакета до склянки. Переконайтеся, що в склянку профільтрувалася достатня кількість рідини. Краще не використовувати вузькі високі склянки на цьому етапі, бо це ускладнить процес наприкінці.

7.Обережно по стінці склянки влийте технічнийспирт у пропорції приблизно 1:1 до обсягу рідини з полуниці. Спирт утворить зверху шар.

8.Тепер це отруйно. Не пити!

9.Залиште постояти, почекайте. ДНК спливе в шарі спирту білою в’язкою масою.

Тепер ви можете, якщо хочете, узяти дерев’яну паличку й виловити ДНК зі склянки. Вона має цікаві властивості. Потицяйте нею кілька разів об стінку склянки — згусток на кінці шпажки зменшиться. Досить обережно підніміть його, і, ймовірно, у вас ви­йде витягнути з поверхні тонку довгу нитку. ДНК в’язка й може бути щільно або слабко скручена. Коли воназсідається, то вільно закручена ДНК скручуєтьсящільніше, злипається сама із собою. Нитка ДНК, яку ви можете витягти з поверхні рідини — це кілька окремих ланцюгів, що злиплися разом.

Я наполегливо рекомендую вам зробити це. Усвідомлювати, що тримаєш у руках субстанцію життя, — велика насолода. Навіть якщо виглядом і консистенцією вона скидається на шмарклі11.

Френсіс Коллінз був у центрі уваги на ДНК-вечеріне тому, що грав на гітарі й співав (хоча робив це добре), а через свою посаду керівника проєкту «Геном людини». За три роки до того, 26 червня 2000 року, у Білому домі відбувалася церемонія з нагоди оголошення про секвенування людського геному. Приймав цю подію президент Білл Клінтон, а британський прем’єр-міністр Тоні Блер приєднався через супутниковий зв’язок. Коллінз із державним проєктом «Геном людини» розділили того вечора славу з приватною компанією «Celera». Завдяки зусиллям директора «Celera» Креґа Вентера секвенування геному людини перетворилося на перегони, які закінчилися продуктивною нічиєю державного й приватного проєктів.

Хтось скаже, що церемонія була передчасною, бо залишалося ще стільки прогалин у послідовності — не менше 150 тисяч — і щонайменше 10 % послідовності бракувало. Насправді було ще й друге оголошення, 14 квітня 2003 року, про те, що проєкт дійсно завершився, але й тоді лишалися прогалини. До 2004 ситуація значно поліпшилася, але залишалася ще 341 прогалина… і навіть сьогодні роботу ще не зовсім закінчено.

Однак на момент першого оголошення, 2000 року, був хороший робочий чорновий варіант — і заради справедливості слід зауважити, що саме про це й оголосили — попереднє завершення секвенування. Більшість дослідників майже завжди мали доступ до цих даних і шукали там, сподіваючись знайти детальну інформацію саме про ту ділянку, яка їх цікавила. Це був захопливий період, але для тих із нас, хто працював у клінічній медицині, було ще не зовсім зрозуміло, для чого ми зможемо використовувати секвенування.

Якось наприкінці 2001 року на наше лікарняне відділення прийшла посилка, якій судилося підтвердити це нерозуміння. То був компакт-диск із людським геномом, який безплатно надіслала нам компанія «Celera». Радісно збуджені, ми відкрили його, вставили в комп’ютер і почали вивчати зміст. І швидко зупинилися. Ми не уявляли, як тлумачити цю інформацію і як пов’язати її з нашими пацієнтами. Знадобиться понад десять років, перш ніж використання даних геному стане звичайною практикою в роботі генетиків у клініках та діагностичних лабораторіях. Нині я по кілька разів на тиждень зазираю в навігатор геному Університету Каліфорнії в Санта-Круз (UCSC). Без цього я не зміг би працювати.

Отже, що таке геном? Що саме я проглядаю в навігаторіUCSC?12

Ота біла драглиста речовина, яку ви видобули з полуниць, складається із чотирьох різних хімічних будівельних блоків: аденіну, цитозину, гуаніну й тиміну. Початкові букви їхніх англійських назв —A, C,G і T, і називаються вони азотистими основами, або основами. Людський геном складається з приблизно трьох мільярдів азотистих основ. Вони переважно існують у парах, тому що звичайний стан ДНК — подвійна спіраль. Подвійна спіраль складається з двох окремих ланцюгів, які доповнюють один одного.A одного ланцюга приєднується доT другого, а C одного — доGдругого так, що подвійна спіраль має отакий вигляд:

Дві нитки йдуть у протилежних напрямках — у ДНК є напрямок, пов’язаний зі способом її копіювання і зчитування в синтезі білків. Тому парний ланцюг до «GATTACA» прочитається клітинною мовою як «TGTAATC», а не «CTAATGT».

Три мільярди основ ДНК — це багацько. Зарадинаочності ось вам шматок людського генетичного коду:

GAGGGGTGACAATAGGAATATTTGCTTTTCATCCCTCATGATCATCACCCTTCCCTTCTTCCACTCTTACATTTTTATTTCCCAAAGTGGGCTGCAGTACTGGTGGTGAAAAGCAGTCATTCTAGAACTCACTAGCTTGGTCAGGAAACACTGGGCATGCTACTCCGTGGGAATCCCAGGTAATTTTATACAGTGATGATGGGTCATCCCTACAGCCTGCCTGGAGTTTCTGAGCTTAACTTTTCCTGAGTCAAATCCAAGTGACCATTTGGTTATGCTGTTCTTTCCAGATCTTTCCTTGTTGAACAGTGTCAGCTGTCATTCACAATTCTCTTTACCTCCAGAGCAATTTGTGGAGAAGTCGTCCTGTGCCCAGCCCCTGGGTGAGCTGACCAGCCTGGATGCTCATGGGGAGTTTGGTGGAGGCAGTGGCAGCAGCCCGTCCTCCTCCTCTCTGTGCACTGAGCCACTGATCCCCACCACCCCCATCATCCCCAGTGAGGAAATGGCCAAAATTGCCTGCAGCCTGGAGACCAAGGAGCTTTGGGACAAATTCCATGAGCTGGGCACCGAGATGATCATCACCAAGTCGGGCAGGTAGTTGGGACTTGGGGGTTGGGGGTTGGGGGTGGAGAGTCAGGACACTCCCTGGGTAGTTGAGGGTGCTTCCAGGAACTAGATGAGAGCTGGCTGGTCATGGAGCGGAGAGACAGCTTGGCTCCAGGGCAGCTGCTTTCCACCAGCTTGCATTAGGAGCTACAGGATGTCTAGTCATTTGCGTTCTCAGGATTTGGTCATGGGAAGCCCCACCCTGGCTTTGTTGAGAAGGGCACAGGGACCAGGGAGACACACTAACCCCGAAGGGTGTGGTCTGCTTTCCCTGGAGCTGGAGAAGGTTTGGCGGGTGGAGGGTCGGGATCTGGAAGGAGGAGGAATTTGTGCCTGGGTGCCTGGTGAGCTGCTGGGTGCTTCTAGGTAGGTGAGTAGCTTCCCTTTTATCAGCCTCAATTTGCAAAAGCTGCCAGCTCCCATTAAAAACTAAAATTAAAACCTGGGCGGAAGAATGAAATTTGAAACGATAAAATTCCCTGTAGGAAGGAGCACTGCTCGGGGCCTCTTGGCGCCAGAGCCGGGCGGGCTTTGGCCAGGCAGGAAGCTGCAGGGCTGCAGGGAGGTTGGGATGGGGCAGAGGCTGGCAAAACTTGGTGGCTCTAGCTCTTGGGACTACAGAAAATACCTGCAGGGCATCTGAGAAATCCTTCCCAGAAACCTCTGCTTTTGGCTTTTATTTTGCAAGAGCAGAGTTTTCTGGCTGGGATGCGGGTGAGTTGTGTGACTGGGTCAGCTCCAGGGACTTCGGGTCCTGGGACACTTAATGTGCTTGATCGTTAAAATGCATGGGATTTTCCCTAATCACAGACCTTCTGGAGTTAACACATACCCCCACCCCCACCCCCACCTTTTCACCTAGCAATTAACACCTGCTTAAAGGTGACACTTAAAATTATCTAGGCTTGGAAGAAAACCCTGTCTCTGTATTCACTTCTCTGAGGCTTTAAACAAAACAAAAGAGGGGTTTGTGGACCGGATAGAGAGGGGAGTCAGACCCTTTCCCTCCTTCCCTCCCTCCCTTCCTCTCTTCCTAATTCAGGTCAGTTTATTAGGCAGCATAAACAGGGCCCATTCTCTCTCTCTCTCTCTGTCAGGAGGATGTTTCCAACCATCCGGGTGTCCTTTTCGGGGGTGGATCCTGAGGCCAAGTACATAGTCCTGATGGACATCGTCCCTGTGGACAACAAGAGGTACCGCTACGCCTACCACCGGTCCTCCTGGCTGGTGGCTGGCAAGGCCGACCCGCCGTTGCCAGCCAGGTTCGTGCCTCCAGATTTTTCACTGAGAAAACTGTTAGTGCATCTGTCAGAATGTTTCTGGCTTGTGTGAATTTTAAGCAAGTGTATTTTTAAAGCAGCGGGCTCTGGCAAGAGAGCATTCCAAGCCTGGACACTCCAGGATTGACTACACAAAACATGGGCTAGGCTCTGAGAAAGGTAGTTTGTGCATAGAGAAAACACTGTCTTTAAGTTTATGTTTCGTTAGGCAGTAATTCATTTCAAAGTTTTTCTTAAATTTCAATTTGAGTATTCATTAGAAATGTGGACCCATTTTGTATAAATATAAATATAGACATCCTCTCTAATTGCTGCTTAAAACCAGAGTGAA

Це одна з моїх улюблених ділянок геному — частина генуTBX20, який відіграв головну роль у моїй докторській дисертації. Якщо надрукувати з такою самою щільністю весь геном людини, на це піде 781250 аркушів паперу формату А4 (односторонніх).Якщо кожен аркуш завтовшки 0,1 мм, то весь стос паперу буде заввишки трохи більше 78 метрів — це посередині між висотою Сіднейського оперного театру й статуї Свободи.Без ключа, звичайно, це були б просто штабелі безглуздих літер.А з ключем цей стос паперу містить незліченні наукові багатства.

Що ж таке цей ключ? І що є в геномі? Правильніше говорити не про один ключ, а про цілу зв’язку. ДНК розповідає багато історій, якщо ви здатні їх прочитати.

Як ви бачили в попередньому розділі, ми маємо пари хромосом13 — пари, бо половину нашої генетичної інформації отримуємо від мами, а половину — від тата. А ми, своєю чергою, передаємо половину кожній своїй дитині. Отож одна копія хромосоми 1 від мами, друга — від тата, і так далі. Хромосома 1 найбільша. Вона складається приблизно із чверті міль­ярда основ і містить 2000 генів. Найменша, хромосома 21, має менше 50 мільйонів основ і містить лише пару сотень генів. НевдатнаY-хромосома трохи довша за 21-шу, але вміщує лише близько 50 генів.

Трохи ДНК є також поза межами ядра клітини: ми маємо другий геном, маленький (усього 16569 основ і 37 генів). Він живе в так званих мітохондріях — детальніше про них поговоримо пізніше.

Про гени ви, без сумніву, чули, бо це найвідомішаріч у геномі. Як я пояснював, їхня робота полягає в тому, щоб слугувати інструкціями клітинам, як робити білки, а ті, своєю чергою, виконують багатоскладних завдань, які треба робити клітині, щоб підтримувати життя і приносити щось корисне нашому тілу. Частка генів, яка транслюється у вироблення білків, становить лише 1―2 % всього геному.