Таинственный геном человека - Страница 32

Вы садитесь на корточки, чтобы приглядеться. Поначалу вам кажется, что все в порядке. Стык двух элементов, как и раньше, находится чуть ближе к краю — более короткий нуклеотид расположен слева, а более длинный — справа. Но затем вы понимаете:

— Если слева Ц, то правая половинка шпалы должна быть Г. Но это не так, вместо нее стоит А.

— И?

— Значит, механизм копирования совершил ошибку.

— Верно.

— Так это… мутация?

— Именно так. Точнее говоря, это то, что мы называем точечной мутацией — неправильное копирование всего одного нуклеотида. Но если (а вернее, когда) эта антисмысловая нить скопирует сама себя, к мутировавшему нуклеотиду присоединится тимин, мутация окажется зафиксированной в двойной спирали и начнет воспроизводиться. Если это произойдет во время формирования половой клетки (сперматозоида или яйцеклетки), мутация перенесется в геном нового поколения.

— И насколько часто случаются такие мутации?

— Чаще, чем вы можете себе представить. Но в облаке, что мы видели раньше, имеется механизм компенсации, который обычно распознает и исправляет их. Хотя иногда мутациям все-таки удается просочиться в геном.

— И это вызывает заболевания?

— Большинство мутаций не связано с болезнями. Они возникают лишь в случае, если мутация возникает в участке ДНК, который играет важную роль во внутренней генетике потомка, или если она сильно влияет на ген, кодирующий тот или иной белок.

* * *

В начале ХХ века голландский ботаник Хуго де Фриз совершил прорыв в науке, доказав, что менделевские дискретные единицы наследственной информации могут изменяться под влиянием мутаций. Поразительно, но он сделал это, не зная ничего о структуре ДНК или строении гена. Как мы только что видели, мутация — это ошибка в последовательности нуклеотидов, возникшая во время копирования ДНК. Мутации могут происходить (хотя и редко) в рамках обычного процесса копирования, но появляются гораздо чаще, если в ходе репликации на ДНК воздействуют внешние факторы, например токсичные химические вещества или избыточные дозы радиации.

Существует множество видов мутаций. Мы с вами наблюдали самую простую, в рамках которой один нуклеотид был заменен другим. Такая мутация называется точечной. Так называемые мутации со сдвигом рамки генетического кода происходят в результате удаления одного нуклеотида. Представьте, какие последствия это может иметь для следующего за таким пропуском кодона. Удаление одного нуклеотида смешает всю последовательность идущих за ним триплетов и превратит строительство белка в настоящий хаос. Даже точечная мутация в гене, кодирующем белок, может привести к изменению аминокислот в этом белке. Именно таким образом возникает серповидно-клеточная анемия. В данном случае мутация заменяет аденин в гене, кодирующем бета-глобин, тимином. При трансляции поврежденного кода вместо глутаминовой кислоты в структуру белка встраивается валин. Так формируется аномальный гемоглобин, который и вызывает заболевание. Если потомок получает всего одну копию мутировавшего гена, он страдает от слабой формы анемии и по странному стечению обстоятельств получает защиту от малярии. Двойная доза мутировавшего гена, полученная от обоих родителей, приводит к развитию острой формы заболевания, которая может оказаться смертельной в первые годы жизни человека. Мутации, воздействующие на клетки тканей и органов тела, а не на половые клетки, являются одной из причин возникновения различных видов рака.

Для того чтобы дать вам базовое понимание генетики, я должен объяснить еще несколько терминов. Помимо половых хромосом X и Y мы наследуем от каждого из родителей еще по 22 неполовых хромосомы, или аутосомы. Это означает, что и мужчины и женщины получают по две копии каждого из генов, входящих в состав таких хромосом. В случае, если мутация возникает в гене аутосомы во время формирования яйцеклетки или сперматозоида, она влияет только на одну из двух копий, получаемых ребенком. Если второй, правильной, копии гена достаточно для удовлетворения биохимических потребностей организма, то в его внутренней химии не происходит никаких изменений и болезни не появляются. Такой тип мутаций называется рецессивным. Но иногда даже одного гена достаточно, чтобы перевернуть всю внутреннюю химию с ног на голову, даже несмотря на то что парный ген абсолютно нормален. Такую мутацию называют доминантной. Если доминантная или рецессивная мутация вызывает заболевание, врачи называют его «наследственным нарушением обмена веществ» или «врожденной ошибкой метаболизма».

Из-за мутаций доминантных генов возникают многие заболевания, например болезнь Хантингтона, при которой у человека в течение жизни существенно ухудшается функционирование мозга. Для возникновения наследственного нарушения обмена веществ недостаточно одного рецессивного гена, но если копии одинаковых рецессивных мутирующих генов имеются у каждого из родителей, ребенок с вероятностью 25 % наследует именно их и при отсутствии нормальной версии гена у него разовьется болезнь.

Один из 2500 детей, рожденных у родителей-европеоидов, страдает от муковисцидоза, что делает его самым распространенным наследственным заболеванием. Оно вызывается рядом мутаций, воздействующих на ген-регулятор CFTR (муковисцидозный трансмембранный регулятор), расположенный в области q31–32 седьмой хромосомы человека. Этот ген кодирует ионный канал, участвующий в переносе химических веществ через мембраны клеток. Муковисцидоз — это, пожалуй, самый известный пример болезни с аутосомно-рецессивным типом наследования. Однако существуют и другие заболевания, которые потенциально можно излечить добавлением одного «нормального» гена. Все эти болезни, включая муковисцидоз, являются объектами интенсивных современных исследований, направленных на создание генной терапии.