Геном человека

Введение

         XX век стал веком величайших открытий во всех областях естествознания, веком научно-технической революции, которая изменила и облик Земли, и облик её обитателей. Возможно, одной из основных отраслей знания, которые будут определять облик нашего мира в следующем веке, является генетика. С этой сравнительно молодой наукой всегда было связано немало споров и противоречий, но последние достижения генетики и генной инженерии, которая вполне может считаться самостоятельной дисциплиной, в таких областях, как исследование генома человека и клонирование, хотя и открыли широкие перспективы развития биотехнологий и лечения различных заболеваний, сделали возможным изменение самой сущности человека, породив тем самым множество вопросов этического, даже, скорее, философского, характера. Имеет ли человек право изменять то, что создано природой? Имеет ли право исправлять ее ошибки и, если да, то где та грань, которую нельзя переступать? Не обернутся ли научные знания катастрофой для всего человечества, как это случилось, когда была открыта энергия атома, уничтожившая Хиросиму, Нагасаки и Чернобыль? На эти вопросы все отвечают по-разному.  Я в своей работе расскажу о программе « Геном человека» и её  этико-правовых аспектах. Интесивное развитие в истекающем XX в. медико-биологических наук итехнологий на их основе позволяет не только описывать в терминах молекулярных структур и процессов тонкое строение отдельных частей тела и их согласованную работу, но и создавать принципиально новые методы диагностики, лечения и профилактики многих заболеваний.

 

Основная часть

         Уже в 1988 г. крупные средства на изучение генома в США были выделены Министерством энергетики. В 1990 активным инициатором и пропагандистом программы Геном человека стал знаменитый Джеймс Уотсон, а главным распорядителем финансов - Национальный Институт Здравоохранения США, в составе которого в 1995 году появился Национальный Институт Генома Человека, который возглавил Фрэнсис Коллинз. В этом же году он стал и руководителем Международной программы Геном Человека, к которой присоединились ведущие молекулярные лаборатории Великобритании, Франции, Германии, Японии и России. Решающая роль в становлении и развитии одноименной отечественной подпрограммы принадлежит выдающемуся ученому академику А. А. Баеву. {1}

 

                     Сиквенс генома человека.

            Первичная структура молекулы ДНК генома человека анализируется с помощью секвенирования, т.е. методов, позволяющих определить точное взаиморасположение пар нуклеотидов в спирали ДНК. Поражают темпы работ по секвенированию генома человека. Еще в 1995 г. стоимость одного шага (определение положения одной пары оснований в цепочке ДНК) оценивали в 1$ и, соответственно, всю программу 3 триллиона долларов, то уже в 1998 г., благодаря техническим усовершенствованиям, цена шага составила 50 центов, а к началу 2000 года, благодаря широкой автоматизации и микрокапиллярной технологии, она снизилась до 25 центов! В США и Великобритании были разработаны и внедрены гигантские автоматические фабрики по секвенированию генома - геномотроны, обладающие скоростью секвенирования несколько миллионов нуклеотидов в неделю. В настоящее время по некоторым данным в мире секвенируется до 10 млн. п.о. в день. Уже в конце 1999 г. высказывались предположения, что черновой вариант всего генома человека появится в 2000 году! Действительно, интенсивность секвенирования особенно возросла после 1998 г., когда началась беспрецедентная гонка между 1 100 учеными Мирового Сообщества проекта "Геном Человека" и частной акционерной фирмой Celera Genomics (США), завершившаяся официальным заявлением о получении "чернового" варианта генома человека весной 2000 года.  Помимо человека, в настоящее время полностью секвенированы геномы еще 600 видов организмов, в т.ч. бактерий, дрожжей, аскариды и дрозофилы. На подходе находится сиквенс генома лабораторной мыши.  Естественно, впечатляют и конкретные результаты столь стремительного прогресса. Так, если к маю 1999 г. было просеквенировано около 300?106 п. о, т.е. только 10% генома, то 17 ноября 1999 г. президент Билл Клинтон, правительство и научная общественность США торжественно отметили полный сиквенс первого миллиарда нуклеотидов, т.е. 1/3 всего генома человека! Тогда же появилось сообщение и о полном секвенировнии хромосомы 22 - первой хромосомы человека, для которой была установлена точная последовательность ДНК длиной 33,4 Мб! Так, была написана и представлена на суд мировой общественности первая Глава Главной Книги Следующего Тысячелетия! Основная заслуга в этом принадлежит ученым Сэнджеровского Центра (Кембридж, Великобритания), а так же ученым США, Канады, Швеции, Новой Зеландии, Австралии и других стран. Всего на 22-й хромосоме (кстати, одной из самых маленьких хромосом в кариотипе человека) было просеквенировано 33.4 миллиона п.н. и выявлено 545 генов размерами от 1000 до 583 000 п.о.{1}

             В апреле 2000 года была расшифрована структура - хромосомы 21 длиной 33,5 Мб. В отличие от хромосомы 22, трисомия которой не совместима с жизнью после рождения, трисомия 21-й хромосомы является причиной наиболее частой хромосомной болезни - болезни Дауна. Отчасти эти различия, как оказалось, связаны с тем, что число генов на хромосоме 21 равно 225, то есть более чем вдвое меньше, чем на хромосоме 22. Наличие данных о числе генов в двух разных хромосомах, на долю которых приходится 2% ДНК генома, позволило рассчитать общее число генов в кариотипе человека равным 40 000. В начале мая было официально объявлено и о завершении "чернового" варианта генома человека и Международной программой Геном Человека. Хронологически первой в этой сенсации значится частная фирма Celera Genomics, сделавшая такое заявление еще в апреле 2000 на конференции HUGO (Human Genome Organizatio). Между тем, реальная картина секвенирования генома человека не выглядит столь безоблачной. К июню 2000 года только 20% генома человека секвенировано более 10 раз, т.е. с вероятностью ошибки менее 1? 106 п.о.; 70% генома человека просеквенировано менее 10 раз, а 10% генома (по различным причинам, главным образом, из-за трудностей клонирования в бактериях) еще вообще не секвенированы. Предполагается, что работа по секвенированию будет завершена к концу 2000 года и, во всяком случае, ранее 2003 года, т.е. до 50-ти летнего юбилея глобального открытия Двойной Спирали ДНК Уотсона-Крика! {1}

            Новые стратегические направления в "Геноме человека"

            Исследования генома человека уже привели к возникновению таких новых научных направлений, и, соответственно, программ как "Функциональная Геномика" ("Functional Genomics") ; "Генетическое Разнообразие Человека" ("Human Genome Diversity") ; "Этические, Правовые и Социальные Аспекты Исследований Генома Человека" ("Ethical, Legal and Social Implications - ELSI") (Collins et al., 1998; Collms, 1999). Эти направления, особенно II и III, активно проникают во все сферы жизни человека, и позволяют уже сейчас говорить о быстро нарастающем "генетизации" человечества. Ниже кратко рассмотрены основные научные направления, обязанные своему появлению исследованиям генома человека и, по сути, являющиеся логическим продолжением данной программы. {1}

          

           Функциональная геномика.

По мере стремительного увеличения числа картированных генов, все  более очевидным становится недостаток данных об их функциях и, прежде всего, о функциональной значимости тех  белков, которые они кодируют. Из более 30 тысяч генов уже идентифицированных на физической карте генома человека, на сегодняшний день изучены в  функциональном отношении не более 5-6 тыс. Каковы функции остальных 25 тысяч  уже картированных и такого же числа еще некартированных генов, остается совершенно неизвестным и  составляет основную стратегическую задачу исследований в программе "Функциональная Геномика". Нет сомнения в том, что именно изучение структуры, функции  и взаимодействия белков станет основой  функциональной геномики, которую уже  сейчас не редко называют "протеономикой" (Киселев, 2000). Методы направленного  мутагенеза эмбриональных стволовых  клеток с целью получения лабораторных животных (мышей) - биологических моделей  наследственных болезней (Горбунова, Баранов, 1997), создание банков ДНК различных  тканей и органов на разных стадиях  онтогенеза; разработка методов изучения функций участков ДНК, некодирующих белки; развитие новых технологий по сравнительному анализу экспрессии многих тысяч генов - вот уже существующие подходы в решении проблем  функциональной геномики - протеономики. Предполагается, что когда будет  создан генный портрет генома человека, станет возможной идентификация 200-300 000 белков. Выяснить их появление в  онтогенезе, исследовать "экспрессионный профиль" сотен и тысяч генов  на микропланшетах для мониторинга  экспрессионного статуса клеток и тканей в норме и при различных  заболеваниях - центральная задача Функциональной Геномики в так называемую постгеномную эру (Киселев, 2000). Решение  ее непосредственно связано с  проблемами молекулярной медицины. {1}

Генетическое  разнообразие человека.

 Геномы всех людей,  за исключением однояйцовых близнецов,  различны. Выраженные популяционные,  этнические и, главное, индивидуальные  различия геномов как в их смысловой части (экзоны структурных генов), так и в их некодирующих последовательностях (межгенные промежутки, интроны, пр.) обусловлены различными мутациями, приводящими к генетическому полиморфизму. Последний является предметом пристального изучения быстро набирающей силы программы "Генетическое Разнообразие Человека". Решение многих проблем этногенеза, геногеографии, происхождения человека, эволюции генома в филогенезе и этногенезе - вот круг фундаментальных проблем, стоящих перед этим быстро развивающимся направлением. Близко примыкают к нему и исследования по Сравнительной Геномике (Comparative Genomics). Одновременно с человеком проводится секвенирование геномов других млекопитающих (мышь, крыса, кролик). Завершено секвенирование геномов микроорганизмов более 600 видов бактерий, дрожжей (1996), дрозофилы (1999), червей (Caenorhabditis elegans) - 1998. К 2003 г. будет полностью расшифрован геном излюбленного экспериментального объекта - лабораторной мыши. Есть основания предполагать, что компьютеризованный анализ геномов различных животных позволит создать Периодическую Систему Геномов (Baranov, 1996). Будет ли она по аналогии с известной Периодической Системой Химических Элементов Д. И. Менделеева двумерной или окажется многомерной покажет будущее. Важно отметить, что сама идея создания такой Биологической Периодической Системы Живого Мира сегодня уже не представляется фантастичной (Lander, 1999). {1}

            Генетический глобус.

 Сама карта топографии  генов на хромосомах напоминает  глобус или контуры Земли, видимые  из самолета. Основная часть генов  сбита в большие и малые  "города", которые разделены  огромными безжизненными пространствами. Мужская половая хромосома, объедненная генами, напоминает Византийскую империю, уже пережившую эпоху взлета. За истекший период истории многие гены покинули эту территорию и перебрались в другие "страны" Наоборот, девятнадцатая хромосома человека напоминает генетическую "столицу" - весь информационный хлам и старые отжившие постройки выкинуты с этой функционально продвинутой территории. С большим трудом на этой хромосоме удалось отыскать вакантные места, не застроенные генами, то есть не несущие в реальный мир проекты трехмерной жизни мира белков и белковых машин. Вот почему аномалии 19-й хромосомы заканчиваются смертью уже в утробе матери. На техногенном языке - любая функция клетки закодирована устройством белковых машин. На девятнадцатой и двадцать первой хромосоме хорошо виден порядок жизни в "городах": вдоль главной улицы кварталы застраиваются дупликацией генов, то есть все родственники селятся рядом. Хотя бывают исключения, когда новые отпрыски генов начинают осваивать далекие территории. Хромосомы человека отличаются от хромосом бактерий, дрозофилы и низших многоклеточных максимальными перепадами плотности генов по длине двойной спирали ДНК. У человека - максимальное число "мегаполисов" генов наряду с огромными пустыми пространствами бессмыслицы. Именно на границе "генных городов" и "пустырей" родятся новые проекты переустройства старых генов или правил использования старых генов для новой функции. {1}

Количественный  спор

Подсчеты общего числа  генов в геноме человека проводились  несколькими международными командами  ученых. Однако общепризнанными лидерами гонки считалась частная компания "Селера" во главе с Грегом Вентером. Эта команда пришла первой к финишу, поскольку имела максимальное число  секвенаторов для прочитывания генетических текстов и их классификации по признакам однородности, микро- и  макрогетерогенности. Критерии, положенные в основу этой классификации, остаются пока дискуссионными. Возможно, что  новые открытия в этой области  повлияют на признаки, положенные в  основу идентификации и периодизации таблицы генов. Сотрудники Вентера  пришли к заключению, что к началу 2001 года в геноме человека со стопроцентной  достоверностью идентифицировано 30-40 тыс. генов. И это оказалось в три раза меньше, чем они предсказывали еще два года назад.Доктор Вильям Хезелтайн (руководитель фирмы "Хьюмэн Геном Сайенс") настаивает, что в их банке содержится приватизированная информация на 120 тыс. генов. Этой информацией он не собирается пока делиться с мировой общественностью. Фирма вложила деньги в патенты и собирается заработать на полученной информации, поскольку она относится к генам широко распространенных болезней человека.Фирма "Инсайт" имеет каталог 140 тыс. идентифицированных генов человека и также настаивает на этом количестве общего числа генов человека. {1}

Этические, правовые и социальные аспекты Генома Человека

 По мере все более  полной "генетизации" жизни  человека, т.е. проникновения генетики  не только во все разделы  медицины, но и далеко за ее  пределы, в том числе в социальные  сферы, нарастающей заинтересованностью  всех слоев мирового сообщества  в достижениях генетики (Collins, 1999), все более очевидным для ученых, чиновников, правительств и просто  образованных людей становится  необходимость решения многочисленных  этических, юридических, правовых  и социальных проблем, порождаемых  успехами в изучении генома  человека и понимании его функций  (Иванов, Юдин, 1998 WHO Reports Series, 1998). Серии  Этических, Правовых и Социальных  программ, направленных на изучение  проблем адаптации человека и  общества в целом к восприятию  достижений генетики, быстро развиваются  при финансовой поддержке тех  же комитетов, институтов и  организаций, которые финансируют  и программу "Геном Человека" (Collins, 1999). {1}

                     Клонирование

 По поводу клонирования  существует огромное количество  споров и

дискуссий, так даже актуальность этой темы доказывается простым примером -

кол-вом существующих фильмов  и сериалов про клонирование («Парк  Юрского

Периода», «Секретные материалы», «Пришельцы», сериалы «Клон*»  и  тд.). {2}

Также по поводу КЛОНИРОВАНИЯ высказали свои мнения наиболее известные  люди нашего времени:

  "Мы не должны  снимать с людей копии, поскольку  нам следует

   относиться к каждому ребенку как к индивиду, а не как к копии

               другого человека. "      

                                                                            Йен Вилмут

 

"Когда-то общество  считало аборт убийством. Несколько

десятилетий спустя он стал конституционным правом американки. То же           самое и с Долли. Дело не в том, что она — овца, а в том, что мы

ведем себя, как бараны."

 

                                                                  Раввин Моисей Тендлер

 

              Религиозный университет, Нью-Йорк

 

           "Сейчас уже говорят, что  клонированием можно достичь  того, что все человечество будет  состоять из гениев, равных Толстому  и Эйнштейну. Этого не будет  и не надо (это был бы кошмар), но к концу  следующего столетия (хотите пари?) большинство населения планеты будет состоять из клонированных (никакие указы нынешних правителей  и церковных иерархов от этого искушения человечество не избавят)".

 

                                                                                    Владимир Войнович{2}

 

      Человеку  свойствен страх перед новым  и неизведанным. Сейчас уже

забыли, что в конце  семидесятых мир всколыхнула  гораздо более жаркая

дискуссия о возможности  клонирования людей, возникшая после  успешного

клонировання лягушек. В  ту пору ученые отмахнулись: "Млекопитающие - не

лягушки. Понадобятся долгие десятилетия, если не сотни лет, чтобы  научиться

работать с гораздо  меньшими яйцеклетками людей".Но тогда  же на волне    общественного интереса Айра Левин, известныйамериканский журналист, пишущий на темы науки, быстро опубликовал книжку"Мальчики из Бразилии", в которой рассказывалось, как в далеких джунгляхэтой страны клонируют гитлеров из клеток кожи фюрера... И все же не будем забывать, что полное название книги Мэри имело продолжение: "Или современный Прометей". Согласно греческому мифу, Зевс в конце концов простил "мятежника" и отпустил его с гор Кавказа.  Несколько лет назад человечество было потрясено сообщениями о появлении Долли - шотландской овечки, представляющей, как утверждают ее создатели, точную копию ее генетической материи. Позже появился американский бычок Джефaерсон и бычок, выведенный французскими биологами.Публично обсуждается перспектива проведения работ по клонированию. Минувшие месяцы дали специалистам возможность трезво осмыслить ситуацию, оценить методические и технологические трудности, лежащие в области клонирования высших млекопитающих. Обдумать, наконец, и этические проблемы: ведь, при клонировании человека каждая "неудачная копия" окажется уродом, но при этом полноправным человеком и за его уродство ответственность будет нести фактически все человечество. Будет нести как сообщество людей, которые не сумели остановить безнравственные посягательства науки. В публикуемой дальше подборке высказываются мнения "за" и "против" клонирования, дается хронология работ по клонированию амфибий и млекопитающих, рассказывается об американском физике Сиде, чьи громогласные заявления о намерении приступить к работам по клонированию человека вызвали бурную реакцию в общественном мнении. Так что прежде всего постараемся не поддаваться страхам перед новым и неизведанным. А вспомним, что клонирование постоянно происходит в естественных условиях, когда рождаются однояйцевые, или идентичные близнецы. Идентичны они в своем генном наборе, что легко доказывается возможностью пересадок органов и тканей между ними. Просто развитие нескольких зародышей из одного оплодотворенного яйца происходит редко и непредсказуемо.{2}