Геном умер! Да здравствует протеом!

Когда десять лет назад в двух ведущих научных журналах мира - Nature и Science - были опубликованы результаты исследовательского проекта по расшифровке генома человека, это вызвало поистине безграничную эйфорию. "Сегодня мы познаем язык, которым пользовался бог, создавая жизнь", - заявил тогдашний президент США Билл Клинтон.

Одна из ведущих немецких газет - Süddeutsche Zeitung - назвала свою статью на эту тему просто: "Бог - это геном". А другая немецкая газета - taz - оживила свою публикацию заголовком "Один человек равен двум плодовым мушкам", имея в виду самый сенсационный результат проекта: вместо ожидаемых 100 тысяч генов в наследственном материале человека ученые насчитал менее 30 тысяч, то есть лишь вдвое больше, чем у дрозофилы.

Одними генами отличие человека от мухи не объяснишь

Впрочем, потом оказалось даже, что на самом деле в геноме человека всего около 22 тысяч генов, то есть - лишь немногим больше, чем в геноме круглого червя Caenorhabditis elegans - модельного организма, широко используемого в научных биомедицинских лабораториях по всему миру. И это обстоятельство привело к тому, что начальная эйфория быстро сменилась более трезвыми оценками, причем как уже достигнутых результатов, так и перспектив исследований в области биологии и медицины.

Ведь совершенно очевидно, что человек устроен несравненно сложнее нематоды, однако одними лишь генами это различие, как оказалось, объяснить невозможно. Поэтому эра геномики, едва успев начаться десять лет назад, уже завершилась, - считает профессор Ханс-Йорг Райнбергер (Hans-Jörg Rheinberger), директор берлинского Института истории науки Общества имени Макса Планка: "Я бы сказал, что в биологии 21-го века ген уже не будет иметь того значения, какое придавалось ему в 20-м столетии".

Особенность человека - альтернативный сплайсинг

Итак, человечество вступило в эру постгеномики. А сам геном из "книги жизни", как его выспренне именовали журналисты, из "энциклопедии, написанной четырьмя буквами", превратился просто в базу данных, своего рода каталог нуклеотидных последовательностей. Этот каталог присутствует в каждой клетке организма, но обходятся с ним клетки по-разному: в разных клетках в разное время включаются и отключаются разные гены.

"Сегодня нам известно, что гены могут проявлять свою активность очень по-разному, - говорит профессор Райнбергер. - То соотношение 1:1, из которого мы долгое время исходили, то есть ситуация, когда один ген кодирует один белок, является скорее исключением, нежели правилом". Действительно, существуют гены, способные кодировать несколько различных белковых молекул, это их свойство именуется альтернативным сплайсингом. Другие же гены, напротив, могут только совместными усилиями запустить синтез одного-единственного белка.

Разобраться во всех этих чрезвычайно сложных взаимосвязях нереально, если ограничиться лишь расшифровкой последовательности букв генетического алфавита, - считает профессор Райнбергер: "В клетке происходит транскрипция, то есть на матрице ДНК происходит синтез РНК. Эта так называемая матричная, или информационная РНК подвергается сплайсингу - процессу, в ходе которого отдельные нуклеотидные последовательности из молекулы РНК вырезаются, а оставшиеся последовательности соединяются. У человека 94 процента генов подвержены альтернативному сплайсингу, то есть сохраняющиеся в молекуле нуклеотидные последовательности могут соединяться в различных комбинациях, образуя различные формы РНК. В результате один ген может кодировать множество различных белков".

Постгеномика: протеомика, эпигенетика... что дальше?

Для сравнения: у круглого червя Caenorhabditis elegans лишь 15 процентов генов подвержены альтернативному сплайсингу. Таким образом, если по числу генов человек не так уж сильно отличается от гораздо более примитивных организмов вроде круглого червя или мухи-дрозофилы, то человеческий протеом, то есть полный набор всех синтезируемых в организме человека белков, во много раз превосходит протеомы более простых животных. Но ведь ключевую роль во всех процессах, происходящих в живом организме, играют именно белки. Поэтому геномику - науку о генах - потеснила и продолжает теснить протеомика - наука о белках.

К тому же обнаружилось, что гены, кодирующие белки, составляют менее 1,5 процентов генома. Остальное - это различные регулирующие структуры и так называемая мусорная ДНК, функция которой до сих пор остается непонятной. Но уже ясно, что многие некодирующие участки ДНК вовлечены в процессы транскрипции ДНК или участвуют в регуляции генов.

Теперь на передний план выходит эпигенетика - наука, изучающая наследование изменений в фенотипе или в экспрессии генов, не связанных с изменениями последовательности ДНК, - говорит профессор Клаус Церрес (Klaus Zerres), директор Института генетики человека при университетской клинике Ахена: "Эпигенетика вводит в игру еще один важный фактор - окружающую среду. Тут все имеет значение: что я ем, чего не ем, что делаю, чего не делаю. Все эти внешние обстоятельства влияют на активность генов. А теперь мы узнаем, что эта активация и инактивация разных генов может отчасти передаваться по наследству внукам и правнукам. Тому имеется уже немало доказательств".

Короче, на ближайшие годы геномные исследования сохранят свое значение лишь в прикладной медицине. А в сфере фундаментальной науки эра генома - уже история. И - фундамент, отправная точка для дальнейших изысканий, для проникновения в новые, неизведанные области знаний.

Автор: Владимир Фрадкин
Редактор: Дарья Брянцева