Генная программа человека

Сколько генов у человека? Теоретические расчеты показывают, что у человека вся генетическая программа состоит примерно из 3,5 миллионов пар генов. К 1978 году описано около 3 тыс. генов и изучен характер их наследования. Оказалось, что 1489 генов — аутосомно-доминантные, 1117 — аутосомно-рецессивные и более 200 генов локализовано в Х-хромосоме (табл. 6). Конечно, изучено еще мало. Но в настоящее время ежегодно описывается до десяти новых генов.

Для реализации свойств и функций организма «работают» все гены, но не одновременно. Здесь существует определенный жесткий порядок, последовательность, которая также находится под генетическим контролем. О том, что не все гены начинают «работать» сразу после рождения, свидетельствует следующий факт: примерно 1,5% новорожденных имеют генную отягощенность (неполноценность). В процессе жизни (онтогенеза) обнаружится еще довольно много заболеваний, связанных с неполноценностью генов, которые начинают «работать», «выйдя на фенотип» через генные продукты — информационные РНК, неполноценные ферменты и т. д.

Откуда у человека появляются неполноценные, или так называемые летальные и полулетальные, гены?

Человек прошел длительную эволюцию, прежде чем из одной клетки появился разумный, самый совершенный вид живой материи, могущий думать и изучать окружающий мир и себя. Естественно, что раньше появления биологической материи как новой формы в природе должны были возникнуть основания ДНК, из которых затем образовались матрицы, способные записать и передать следующему поколению признаки и свойства. Для всего этого потребовалось очень и очень много времени.

Таблица 6. Динамика обнаружения наследственных (менделирующих) признаков у человека

Пройдя длительный путь развития, исчисляемый миллионами лет, совершенствуясь через отбор более приспособленного к окружающей среде, генетический материал не мог сохраниться в неизмененном виде и дойти до наших дней, не неся в себе ряд «ошибок» в виде летальных и полулетальных генов, которые реализуются и «выходят на фенотип» при условии совпадения их как в отцовской, так и в материнской матрице. В последнем случае возникает явление гомозиготности (одинаковости) по тому или иному гену. В табл. 7 приведены частоты встречаемости аутосомно-рецессивных и доминантных заболеваний в Европе. Несколько ранее мы упоминали, что генетическая программа у человека дублирована.

Сохранил ли человек свое «родство» в эволюции и реальны ли «следы» доказательства этого на эволюционной лестнице? Да, такие доказательства ученые обнаружили.

Современные методы молекулярной генетики позволяют проследить за генетическим родством человека с другими видами живой материи, например с обезьянами, грызунами, рыбами и даже микроорганизмами. Такое родство обнаруживается следующим образом. Молекула ДНК человека, как и других организмов, способна при помещении ее в воду с последующим подогревом до 82,5 °С денатурироваться и из двух нитей (двуспиральной ДНК) образовывать две отдельные цепочки — две односпиральные ДНК. Последнее происходит в силу того, что водородные связи между основаниями при. указанной температуре разрываются. Если затем такой раствор постепенно охладить до комнатной температуры, то две отделенные друг от друга нити ДНК могут соединяться опять. Это соединение будет происходить в тех местах, где комплементарность оснований совпадает, то есть аденин соединится с тимином (А—Т), а гуанин — с цитозином (Г—Ц). Образование двух отдельных нитей из двуспиральной ДНК и затем вновь восстановление двуспиральной молекулы из двух отдельных нитей получили название соответственно денатурации и ренатурации. Этими явлениями и воспользовались ученые, чтобы выяснить наличие генетического (на уровне молекул ДНК) родства человека и других видов живой материи.

Таблица 7. Распространенность доминантных и аутосомно-рецессивных заболеваний в Европе (на 1000 новорожденных)

Первая серия таких работ была проделана с ДНК человека и человекообразной обезьяны. В том, что они родственники, никто не сомневался, однако оставалась неясной степень родства, ведь по хромосомным наборам эти два организма мало различимы — у человека 46 хромосом, а у обезьяны — 48.

В результате анализа степени гибридизации на уровне молекул ДНК человека и человекообразной обезьяны оказалось, что образование гибридов — то есть формирование из двух однониточных ДНК одной двуниточной — происходит в 85 % случаев, и только 15 % генетического материала человека резко отличается от такового у обезьяны. Таким образом, человекообразная обезьяна генетически родственна человеку на 85 %.

Читатель знает высказывание Ф. Энгельса о том, что человек произошел от обезьяны в результате длительной «шлифовки» трудом (его знаменитое — «труд создал человека»). Однако с учетом всей суммы современных знаний, накопленных человечеством на сегодняшний день, к этому следует прибавить, что еще перед «шлифовкой» должен был произойти очень сложный процесс дивергенции (расхождения), в результате которого у человека стало 46 хромосом, а у обезьяны осталось 48 (или повысилось до 48). В настоящее время наука не может точно ответить на вопрос — когда и каким образом появился разумный человек — Homo sapiens.

Конечно, труд был основным фактором формирования современного человека, но крайне сомнительно, что труд повлиял на изменение числа хромосом. Необходимо было искать промежуточный организм между человеком и человекообразной обезьяной. И такой организм недавно обнаружили. Изотопным анализом установлено, что ему 1,5 млн лет.

Если упомянутую выше процедуру проделать с ДНК домашней мыши и человека, то выясняется, что мышь нам родственна на 25%, а остальной генетический материал не дает гибридов между ДНК человека и мыши.

Итак, идентичный генетический материал содержит общие гены, а общность последних, в свою очередь, определяется идентичной последовательностью оснований в нити ДНК, которые сохранились неизменными в течение длительного, исчисляемого миллионами лет, времени.

Можно удивляться логике ученых, которые еще задолго до генетических открытий отнесли человека и мышь за их характерные одинаковые черты к одному классу — млекопитающим.

Гибриды на уровне молекул ДНК человека и рыб дают только 5 % гибридного генетического материала. Это означает, что генетический материал человека разошелся (произошла дивергенция, расхождение) с генетическим материалом рыб очень и очень давно.

При исследовании генетического материала человека и бактерии, например с кишечной палочкой, которая живет в кишечнике человека и помогает ему перерабатывать пищу, оказалось, что у этой бактерии также имеются гены, которые позволяют получать гибриды между молекулами ДНК человека и бактерий. Более того, еще в конце 1960-х годов проделана очень тонкая работа по щадящему выделению конкретных генов из генетического материала кишечной палочки и введению их в культуру клеток тканей, взятых у ребенка с наследственным заболеванием галактоземией (неспособность перерабатывать один из многих сахаров — галактозу).

Направление генетики, основанное на лечении наследственных болезней воздействием на генный материал, получило название генной инженерии. В будущем это направление генетики, возможно, станет одним из методов лечения или исправления наследственных (генных) заболеваний у человека.

Из довольно беглого рассмотрения вопросов генетического родства человека и других организмов ясно, что генетический материал человека за свою длительную эволюцию накопил и продолжает накапливать «ошибки», то есть летальные и полулетальные гены, которые передаются следующим поколениям. Известно, что каждый высший организм, в том числе и человек, имеет в среднем 12—15 летальных генов, которые приводят к летальным исходам в случае их гомозиготности. В среднем по ряду стран каждые 2—3 ребенка из 200 новорожденных (то есть 1,5 — 2,0%) наследственно отягощены (неполноценны) по генным, матричным, болезням. К началу 1960-х годов описано более 1500 видов генных заболеваний у человека.

Установлено, что однажды появившись, летальный ген уже не исчезает из популяции людей. Возникает вопрос — а всегда ли этот ген нежелателен?

Рассмотрим следующий пример. Такая болезнь, как серповидно-клеточная анемия широко распространена в тех странах Африки и Азии, где высока частота заболеваний малярией. Гомозиготы по летальному гену серповидно-клеточной анемии погибают в раннем детстве из-за недостатка кислорода, так как их эритроциты имеют измененную форму (вследствие чего не могут удерживать и переносить кислород). Гетерозиготы же по данному гену более устойчивы к заболеванию малярией, чем гомозиготы по нелетальному гену. Поэтому обладатели летального гена серповидно-клеточной анемии, благодаря именно этому гену, защищены от заболевания малярией.

Итак, и здесь природа оказалась мудра. Летальные гены не только передают наследственные заболевания, но и могут защищать организм приобретенных заболеваний. Иными словами, генетические «ошибки» человека играют в его жизни двойную роль — и отрицательную, и положительную. И бывают случаи (вышеприведенный пример с малярией в Африке), когда от «ошибок» больше пользы, чем вреда.