Сергей Юрьевич Афонькин

Секреты наследственности человека

Я давно чувствую, что биология должна увлекать не меньше, чем какая-нибудь таинственная история, потому что она и есть некая таинственная история.

Ричард Докинз

Введение

С улучшением материальных и санитарных условий среди заболеваний выходят на передний план наследственные дефекты, оттесняя дефекты, порожденные средой, — инфекции, последствия недоедания, авитаминозы.

В. П. Эфроимсон

Когда вы покупаете сложный бытовой прибор, скажем, кухонный комбайн со встроенной электроникой или музыкальный центр, к нему обычно прикладывается инструкция по эксплуатации. В ней сказано, чего не надо делать с вашим дорогостоящим приобретением, чтобы оно проработало вам на радость как можно дольше без сбоев и поломок. Наш организм без особых натяжек можно сравнить с суперсложным саморегулирующимся механизмом, который с высоким КПД использует энергию химических связей, получаемую нами с пищей. Тело человека способно к самопочинке — это характерно для технологии, которая в мире техники только начинает разрабатываться. И хотя некоторые марки автомобилей уже умеют самостоятельно подкачивать свои шины, наращивать на них стершуюся резину они еще не в состоянии. А наша кожа нарастает в течение всей жизни!

Несмотря на определенную прочность нашего организма, его способность к саморегуляции, репарации и сопротивляемости внешним воздействиям не беспредельна. Мы тоже должны знать, как правильно «эксплуатировать» его для того, чтобы с минимальными потерями здоровья дожить до счастливой старости. Хотя инструкции по эксплуатации к новорожденным детям в родильных домах не прилагаются, люди накопили уже достаточно медицинских знаний, чтобы точно знать, какие действия идут на пользу здоровью, а какие вредят ему. Основная проблема состоит в том, чтобы применять эти знания на деле. Нередко неправильное использование организма приводит к его досрочному выходу из строя. Так, гиподинамия, злоупотребление алкоголем и табаком быстро способны расшатать даже железное здоровье.

Аналогия нашего тела со сложным прибором может быть продолжена. Как и любой механизм, наш организм не застрахован от случайных травм и повреждений. Существует огромная область медицины, которая вполне успешно борется с такими «поломками» в пути — переломами, вывихами, ожогами и обморожениями… Практически все инфекционные заболевания тоже можно рассматривать как своеобразные «поломки», вызванные внешними причинами, только происходят эти сбои на клеточном или на молекулярном уровнях.

Пожалуй, на этом прямые аналогии с приборами и заканчиваются. Главных отличий от машин, пусть даже очень тонко организованных, у нас, в общем, два. Механизмы и приборы, созданные человеком, в результате их использования постепенно разрушаются и портятся. Иначе говоря, в процессе длительной работы структура механизмов начинает меняться в худшую сторону. Старый, едва бегающий автомобиль с проржавевшим корпусом — наглядная тому иллюстрация. Человеческое тело обладает иными свойствами. При верно рассчитанных нагрузках его строение может измениться в лучшую сторону! Таким образом, правильно организованная работа человеческого организма способна улучшать его строение. Хорошо известно, что под воздействием дозированных нагрузок мускулы увеличиваются в объеме, общая длина капилляров возрастает, а грудная клетка расширяется в результате регулярного плавания или бега.

Второе важное отличие состоит в том, что сведения об устройстве нашего тела содержатся в нас самих. Точнее, в клетках нашего тела. Более того, с помощью этой информации наш организм постоянно занимается самосозиданием. Если же мы и запишем информацию об устройстве компьютера на его жесткий диск, он не станет сам себя чинить и строить. Возможно, в будущем инженеры и создадут информационные зародыши механизмов. Их надо будет добавлять к набору химических соединений. Через некоторое время из такого строительного материала будет самостоятельно «вырастать» нужный прибор. Однако пока это фантастика. Активно использовать сведения о собственном устройстве могут пока только живые существа.

В этой удивительной особенности кроется и большая опасность. Любые сбои при хранении или копировании наследственной информации будут автоматически приводить к нарушению в строении или в работе организма. Существует огромный класс описанных наследственных (врожденных) заболеваний человека. Число их с каждым годом только увеличивается. С одной стороны, это обусловлено прогрессом биологии и медицины. С другой — постоянным увеличением неблагоприятных воздействий окружающей среды, которые способны нарушать наследственную информацию. В первую очередь — это радиация и химическое загрязнение.

Не следует думать, что наследственные нарушения здоровья человека являются чем-то экзотическим. К концу XX века врачам было известно уже более 4 тысяч наследственных аномалий у человека. Учитывая, что вероятность встречаемости многих из них составляет примерно 1/1000, это означает, что каждый человек на нашей планете является носителем нескольких наследственных дефектов. Весь вопрос только в том, что они собой представляют и насколько сильно влияют на самочувствие и работоспособность. Уже один этот факт заставляет познакомиться с врожденными заболеваниями человека чуть более подробно, чем это делается в школьных учебниках биологии.

В конце XIX века микробиология и вирусология только зарождались. На протяжении XX века многие завоевания этих наук постепенно становились достоянием не только специалистов, но и общественности. Выходили популярные книги, рассказывавшие о патогенных микроорганизмах и об ученых, которые посвятили свои жизни борьбе с ними. В наше время терминами «бактериальная инфекция» или «вирусное заболевание» уже никого не удивишь. Они известны даже школьникам. Сведения о причинах возникновения подобных заболеваний стали общим местом, вошли в общедоступную копилку человеческих знаний. Так происходит всегда. Сначала новые знания являются уделом немногих, а потом становятся общедоступными. Кого сейчас удивишь шарообразностью Земли? А ведь всего пять веков назад эта мысль приходила в голову единицам!

В конце XX и в начале XXI веков примерно такая же история начинает происходить с генетикой человека. Ее достижения становятся все более популярными. Термины «ген» и «хромосома» постепенно входят в широкий обиход. Врачи начинают говорить о генотерапии, о коррекции многих врожденных аномалий на генетическом уровне. На этом фоне явно не хватает отечественной литературы, которая популяризировала бы достижения клинической генетики, рассказывала бы доступным языком о том, что уже известно в этой области.

Интерес к этой области медицины у людей далеко не праздный. Он связан с одной из самых важных, пожалуй, возможностей человека — физически продлить себя после смерти, передав часть своих наследственных черт детям и внукам.

— Как передаются эти особенности?

— Что именно является наследуемым в спектре характеристик человеческой личности?

— В каких случаях необходимо подстраховаться перед рождением ребенка, чтобы не передать ему наследственную патологию?

— Какими вообще бывают врожденные заболевания человека и как они проявляются?

На многие из подобных вопросов отвечает эта книга. Она не является ни полным медицинским справочником, ни самоучителем для студентов медицинских вузов. Для этого существует специальная литература по данной проблеме. Скорее, все написанное следует расценивать как серию популярных очерков по генетике человека, которые способны развлечь читателя, дать ему некоторые практические советы и одновременно приобщить его к новой сфере медицинских знаний. Для того же, чтобы лучше воспринять все написанное ниже, необходимо вспомнить азы школьной биологии.

Клетки, белки и гены

Жизнь есть способ существования белковых тел.

Ф. Энгельс

Наше тело является империей клеток, каждая из которых представляет собой миниатюрную фабрику для производства белков. Многие из этих важнейших макромолекул могут быть выделены из организма в виде беловатых порошков, оседающих в результате химических реакций на дне пробирки. Отсюда и название. Вспомните — в кипящей воде часть содержимого куриных яиц также приобретает белый цвет.

Молекулы белков похожи на длинные цепочки бус, в которых роль отдельных звеньев играют 20 различных аминокислот, способных соединяться между собой в любом порядке. Если сравнить аминокислоты с буквами алфавита, то белки будут похожи на составленные из них слова, только очень длинные. Представить себе, как строится отдельный белок, очень просто. Вообразите, что у вас на столе стоят 20 стеклянных банок, каждая из которых заполнена бусинами своего цвета. Бусины — это аминокислоты. Вы начинаете составлять цепочку из таких бусин, последовательно беря их наугад из банок и нанизывая на нитку. В результате у вас получится разноцветная цепочка. Это и есть модель белковой молекулы. Число различных вариантов белков, составленных всего из пяти аминокислот, уже превышает три миллиона. В состав же среднего белка входит 100–200 аминокислот. Понятно, что разнообразие цепочек такой длины будет измеряться совершенно уже астрономическими числами.

Белки являются одним из основных «строительных материалов», из которых состоят клетки и многие части нашего тела. Например, в основном, из белков построены мышечные волокна, сухожилия, связки, волосы и ногти. Некоторые белки похожи на грузовые машины — они транспортируют в организме различные вещества. Хороший пример — находящийся в эритроцитах белок гемоглобин. Он способен присоединять две молекулы кислорода всего за две сотые доли секунды и затем переносить его по кровеносным сосудам в любую точку тела. Особые белки воспринимают свет и цвет, другие способствуют прохождению нервных сигналов, третьи — иммуноглобулины — борются с чужеродными микроорганизмами. Многие белки являются ферментами. Без них невозможно было бы переваривание пищи, да и вообще любые превращения химических соединений в процессе обмена веществ. Практически любая химическая реакция в нашем теле, в результате которой одно вещество превращается в другое, осуществляется с помощью своего белка-фермента. Без преувеличения можно сказать, что с помощью белков клетка создает все прочие свои молекулы.

Из этого следует, что, задайся мы целью создать живую клетку, первое, что нам потребуется, — это информация обо всех ее белках. Их много, но не бесконечное количество. Например, число различных вариантов белков у бактерии кишечной палочки оценивается в две тысячи. Считается, что клетки более сложно организованных существ, включая и человека, содержат около трех тысяч различных вариантов белков. Информация о строении белка, как вы уже знаете, сводится, по сути, к последовательности аминокислот, из которых он состоит. Такие сведения и являются для каждого организма самыми важными и ценными. Их необходимо хранить и передавать из поколения в поколение.

Информация об аминокислотном составе белков организма записана в его молекулах ДНК. Эта наверняка встречавшаяся вам аббревиатура происходит от слов «Дезоксирибонуклеиновая Кислота», которые своей длиной намекают на сложность строения этой полимерной макромолекулы. Любой полимер состоит из мономеров — своеобразных бусин, которые соединяются в более сложные конструкции. Мономеры ДНК называются нуклеотидами. Свое название они получили от латинского слова nucleus — ядро, поскольку молекулы ДНК находятся главным образом в ядрах клеток.

Мы не будем касаться всех тонкостей организации ДНК. Достаточно лишь вспомнить, что в популярной литературе эту «молекулу жизни» часто сравнивают с длинным текстом. Эта образная аналогия, безусловно, верна. Надо только помнить, что, в отличие от обычных текстов, откровения ДНК написаны не тридцатью тремя, а всего лишь четырьмя «буквами». Их роль играют особые химические соединения: азотистые основания аденин, тимин, гуанин и цитозин. Их нередко изображают на схемах в виде четырех букв: А, Т, Г, Ц. Эти «буквы» в нити ДНК линейно следуют друг за другом, образуя единую длинную «строчку». Каждая тройка азотистых оснований кодирует при этом одну аминокислоту. Отрезок ДНК, на котором таким образом записана информация об одном белке, называют геном. Иначе говоря, информация о каждом вашем белке хранится на своем отрезке молекулы ДНК.

Молекула ДНК является двойной. Она состоит из двух закрученных друг относительно друга цепочек. Любой аденин, расположенный на одной цепи, соединяется при этом с противоположным ему тимином на другой цени двумя химическими связями, а гуанин с цитозином — тремя. Образно представить себе строение ДНК совсем несложно. Купите в магазине длинную застежку-молнию и спирально закрутите ее. Вот вам и модель ДНК! Отдельные зубчики застежки-молнии будут играть при этом роль азотистых оснований А, Т, Г и Ц. Представьте себе, что таких зубчиков четыре разных типа, и они попарно соединяются вместе, и аналогия с ДНК будет еще более полной!

В каждой клетке вашего тела находится крошечный пузырек — ядро. Именно в нем расположены длинные нити молекул ДНК, на которых записана информация обо всех белках вашего тела. Каждый раз, когда клетке требуется синтезировать новую копию любого из своих белков, она извлекает информацию о его строении именно из ядра. Таким образом, клеточное ядро напоминает жесткий диск компьютера, в памяти которого хранятся разнообразные сведения, данные и документы. Всю генетическую информацию клетки или организма называют генотипом. Внешнее проявление этой информации, то есть белки, ткани, органы, а также такие показатели, как, например, размер, цвет и форма, составляют фенотип (греч. phaino — являю).

Фенотип — это совокупность признаков организма, которые можно зарегистрировать, взвесить и измерить. Можно привести такую аналогию. Информация на жестком диске компьютера аналогична генотипу. Саму информацию нельзя увидеть. Зато проявления этой информации на экране монитора вполне наглядны.

Не будет также большим преувеличением сравнить хранящиеся в ядрах клеток нити ДНК со сказочной иглой, которая покоилась в яйце, которое находилось в утке, которая сидела в ларце… Помните сказку про Кощея? Стоит добраться до иглы и сломать ее, как оборвется жизнь бессмертного старца. В общем, такая же ситуация и с ДНК. Многие ее повреждения, которые называют мутациями, могут приводить порой к катастрофическим последствиям!

Правильное положение каждого из четырех знаков А, Т, Г и Ц в ДНК и их точная связь со знаками на противоположной цепочке чрезвычайно важны для правильной работы клетки. Даже единичная «опечатка» в тексте ДНК может привести к серьезным последствиям. Поскольку, как уже говорилось, каждые три знака кодируют одну аминокислоту, в результате изменения даже одного знака в ДНК клетка начнет производить белок, в котором одна аминокислота может быть заменена на другую. Если же эта аминокислота в данном белке играет ключевую роль, его работа будет существенно нарушена. Другими словами, «опечатки» в ДНК могут играть столь же роковую роль, как и в текстах важных документов. Прочтет судья «бить» вместо «пить», и осужденному не поздоровится!

Не забывайте, что именно такие дефекты являются, в частности, причиной некоторых раковых заболеваний. В результате мутаций, которые могут быть вызваны повышенными дозами радиации, избытком ультрафиолета или действием особых канцерогенных веществ, в ДНК клетки возникают те или иные повреждения. Если эти участки (гены) кодируют важные для жизнедеятельности клетки белки, последствия такого повреждения могут быть драматическими. В лучшем случае клетка окажется неспособной выполнять необходимую работу, а в худшем — начнет при этом еще и бесконтрольно размножаться, что послужит началом образования опухоли.

Впрочем, о механизмах возникновения раковых клеток и о различных типах повреждений в ДНК мы еще поговорим. Сейчас же необходимо лишь вспомнить простые школьные истины:

1. Информация о строении всех белков организма человека записана в его молекулах ДНК.

2. Участок ДНК с информацией об одном конкретном белке называется геном.

Хромосомы

Чтобы что-то узнать, нужно уже что-то знать.

Станислав Лем

— Утрата части хромосомы может иметь фатальные последствия

— Хромосомы — компактная форма хранения ДНК

— Лишняя хромосома способна исковеркать жизнь человека

— Хромосомы определяют пол человека

— Половину своих хромосом человек передает по наследству каждому из своих детей

— Наши индивидуальные черты являются результатом комбинации хромосом

Катушка ниток

ДНК не случайно порой образно называют «нитью жизни». На фотографиях, полученных с помощью электронного микроскопа, она действительно напоминает тонкую ниточку. Чем сложнее организм, тем длиннее у него общая протяженность нити ДНК. Понять эту закономерность несложно. У более высоко организованного существа должно быть больше белков. Следовательно, и протяженность ДНК, с помощью которой хранится информация об этих белках, будет у него больше. Это правило имеет свои исключения. Например, у некоторых земноводных ДНК в клетках гораздо больше, чем у приматов и человека, хотя никто не усомниться, что обезьяны и люди все-таки несколько более развитые существа, чем лягушки и тритоны.

Однако если сравнивать длину ДНК у разных организмов, относящихся к самым разным группам (таксонам), то закономерность очевидна: в процессе подъема по эволюционной лестнице количество ДНК увеличивается. У большинства бактерий нить ДНК совсем невелика и свернута в виде колечка. Ее можно сравнить с телетайпной лентой, на которой записаны важные сведения. Пока длина ленты относительно невелика, обращаться с ней достаточно удобно: можно быстро просмотреть всю ленту, просто протаскивая ее между пальцами.

Что будет, если длина такой ленты увеличится в десять, в сто, в тысячу раз? Просматривать ее станет трудно, да и хранить будет неудобно. Только представьте себе целый ворох такой ленты, кучей лежащий на полу! Выход из сложившейся ситуации простой — ленту необходимо аккуратно намотать на бобину. Тогда с ней будет удобно обращаться. Кстати, так поступают и домохозяйки, которые наматывают длинные нитки на катушки, а шерсть предпочитают хранить, смотанной в аккуратные клубки или мотки.

Подобными «клубками» или «мотками» ДНК в ваших клетках и являются хромосомы. В переводе с греческого это слово означает «окрашенное тело». Хромосомы действительно удается окрашивать с помощью особых методик, и тогда у делящихся клеток они становятся хорошо видимыми под микроскопом. Неудивительно, что видны они именно в момент деления, ведь в этот относительно недолгий период времени хромосомы буквально «растаскиваются» по разным концам клетки. Поэтому нить ДНК в это время «смотана» наиболее компактно. У молодой, только что разделившейся клетки, хромосомы уже не видны, ее ДНК «расплетается», разворачивается для юго, чтобы все ее гены были доступны для работы.

Деление клеток и их работа находятся в определенном противоречии. Его легко понять, если сравнить работающую клетку с офисом. Во время трудового процесса все оборудование стоит на столах, компьютеры соединены в сеть, готовятся на подпись важные бумаги, отправляются факсы, звонят телефоны. Клетка функционирует! Процесс же деления клетки, при этом, похож на переезд в новое помещение. Все оборудование сложено и запаковано в коробки, которые удобно переносить с места на место. Однако работать в таких условиях совершенно невозможно! Не случайно часть клеток в вашем теле постоянно делится (их называют стволовыми клетками). Другая же часть, образующаяся в результате таких делений, специализируется на определенной работе и уже не делится вплоть до своей гибели. К неделящимся клеткам относятся, например, мышечные клетки сердца или нервные клетки. Не случайно про последние говорят, что они «не восстанавливаются». Стволовые клетки постоянно работают в глубине кожи или в стенках кишечника, благодаря чему и происходит регулярное обновление эпидермиса и слизистой выстилки кишок.

Перед началом деления каждая нить ДНК успевает построить свою копию. Затем эти нити компактно сворачиваются. Получается пара совершенно одинаковых хромосом, обычно соединенных до определенного момента своей средней частью. В процессе деления клетки хромосома и ее копия разъезжаются в противоположные стороны. Наглядно представить, как это происходит, очень легко — прижмите свои ладони друг к другу, а потом медленно разведите руки в стороны. Именно так расходятся хромосомы одной пары к противоположным полюсам клетки во время ее деления. Аналогичным образом ведут себя и остальные хромосомы. Таким образом, в результате деления вместо одной клетки получаются две, и каждая из них содержит ровно столько хромосом, сколько было у материнской клетки. То есть вместо одной клетки возникают две ее копии. Такой способ деления называется митозом (греч. mitos — нить). Подавляющее большинство клеток вашего тела образовалось именно в результате митоза. Среди них, однако, есть относительно небольшое число клеток, появившихся совершенно иначе. Речь идет о половых клетках.

Хромосомная колода карт

Проще всего можно представить, что происходит с хромосомами в процессе образования половых клеток, если сравнить эти хромосомы с обычными игральными картами. Последовательный ряд карт от шестерки до туза будет называться гаплоидным набором (греч. haplos — одиночный). В нашем случае такой набор равен девяти разным картам. Гаплоидный набор человека состоит из двадцати трех различных хромосом. Каждая из них имеет свой размер, форму и по-разному окрашивается с помощью специальных методик. В результате такой окраски на хромосомах возникает ряд полосок, отдаленно напоминающий штрихкод, который наносят на товары. У каждой хромосомы свой рисунок этой «полосатости». Опытный врач или биолог, работающий с хромосомами человека, расположит изображения хромосом его гаплоидного набора в ряд и скажет, какой номер имеет каждая из них. Гаплоидный набор хромосом содержат зрелые половые клетки человека.

Двойной набор хромосом — две шестерки, две семерки, две восьмерки и так далее в случае карт — называется диплоидным (греч. di — двойной). Число хромосом диплоидного набора человека равно сорока шести (два гаплоидных набора). Ядра подавляющего большинства клеток человеческого организма содержат именно диплоидный набор хромосом — 46 штук; при этом один гаплоидный набор составляют хромосомы, полученные от матери, а другой — хромосомы, полученные от отца. Поэтому все хромосомы диплоидного набора можно расположить парами — пара номер 1, пара номер 2 и так далее. Хромосомы одной такой пары (одна хромосома — материнская, другая — отцовская) называются гомологичными (греч. homologos — подобный). Они очень похожи друг на друга — как пиковая и трефовая дамы в нашей колоде карт. Разница между гомологичными хромосомами все же есть, но о ней мы поговорим чуть позже. Клетки, в ядрах которых находится два гаплоидных набора хромосом, называют диплоидными.

Все клетки нашего тела за исключением половых называются соматическими клетками (греч. soma — тело). Подавляющее большинство соматических клеток нашего тела диплоидны. Получается простая схема. Соматические клетки тела содержат двойной набор хромосом — они диплоидны. Половые клетки содержат одиночный набор хромосом. Они гаплоидны. Надо заметить, что кое-где, например, в печени, попадаются клетки, которые содержат не два гаплоидных хромосомных набора, а больше — четыре набора, восемь… Такие клетки называются полиплоидными (греч. poly — много). Они образуются в результате незавершенных делений диплоидных клеток, когда вместо двух ядер появляется одно большое. Такие случаи являются исключением из общего правила. Людей, все соматические клетки которых были бы полиплоидными, не бывает. Обычно же, при делении диплоидной клетки каждая ее хромосома строит свою копию, и в результате получается две дочерние диплоидные клетки.

Как из диплоидных соматических клеток образуются гаплоидные половые клетки? Что при этом происходит с хромосомами? Для того чтобы разобраться с этими вопросами, вернемся к нашей аналогии с картами. Представим себе молодую супружескую пару. Назовем их условно Он и Она. В каждой его соматическом клетке находятся хромосомы черной масти — трефы и ники. Набор треф от шестерки до туза он получил от своей мамы. Набор пик — от своего папы. В каждой ее соматической клетке хромосомы красной масти — бубны и червы. Набор бубен от шестерки до туза она получила от своей мамы. Набор червей — от своего папы.

Для того чтобы получить из диплоидной соматической клетки половую клетку, число хромосом надо уменьшить вдвое. При этом половая клетка обязательно должна содержать полный гаплоидный набор хромосом. Ни одна не должна потеряться! В случае карт такой набор будем делать следующим образом. Берем первую пару его карг черной масти — две шестерки. Наугад выбираем одну из них. Предположим, это окажется шестерка пик. Отложим ее в сторону. Затем берем вторую пару — семерки. Делаем то же самое. Случайно выбираем одну из них и откладываем к шестерке.

Действуя таким образом, из двойного набора карт черной масти мы получим одинарный. Он будет включать все карты черной масти от шестерки до туза поштучно, однако какие именно это будут карты (трефы или пики), определяет случай. Например, в одном таком наборе шестерка может быть пиковой, а в другом — трефовой. Нетрудно прикинуть, что в примере с каргами при таком выборе одиночного набора из двойного мы можем получить 29 комбинаций — более 500 вариантов!

Точно так же будем составлять одиночный набор из ее карг красной масти. Получим еще более 500 разных вариантов. Из его одиночною и ее одиночного набора карт составим двойной набор. Он получится «пестреньким»: в каждой паре карт одна будет красной масти, а другая — черной. Общее число таких возможных наборов 500 х 500, то есть 250 тысяч вариантов.

Примерно также дело происходит и с хромосомами при образовании половых клеток из соматических. Существует особая разновидность деления клеток — мейоз, при котором число хромосом уменьшается вдвое. В результате из клеток с двойным, диплоидым набором хромосом получаются клетки, каждая из которых содержит одиночный, гаплоидный набор хромосом. Предположим, в результате мейоза в вашем теле образовалась половая клетка. Сперматозоид или яйцеклетка — в данном случае неважно. Она обязательно будет содержать гаплоидный набор хромосом — ровно 23 штуки. Что именно это за хромосомы? Рассмотрим для примера хромосому № 7. Это может быть хромосома, которую вы получили от отца. С равной вероятностью она может быть хромосомой, которую вы получили от матери. То же самое справедливо для хромосомы № 8 и для любой другой.

Поскольку у человека гаплоидный набор хромосом равен 23, то число возможных вариантов половых гаплоидных клеток, образующихся из диплоидных соматических, равно 223. Получается более 8 миллионов вариантов! В процессе оплодотворения две половые клетки соединяются между собой. Следовательно, общее число таких комбинаций будет равно 8 млн х 8 млн = 64 000 млрд вариантов! На уровне пары гомологичных хромосом основа этого разнообразия выглядит так. Возьмем любую пару гомологичных хромосом вашего диплоидного набора. Одну из таких хромосом вы получили от матери, но это может быть хромосома либо вашей бабушки, либо вашего дедушки по материнской линии. Вторую гомологичную хромосому вы получили от отца. Однако она, опять-таки, может быть, независимо от первой, либо хромосомой вашей бабушки, либо вашего дедушки уже по отцовской линии. А таких гомологических хромосом у вас 23 пары! Получается невероятное число возможных комбинаций. Неудивительно, что при этом у одной пары родителей рождаются дети, которые отличаются друг от друга и внешностью, и характером.

Кстати, из приведенных выше расчетов следует простой, но важный вывод. Каждый человек, ныне здравствующий или когда-либо живший в прошлом на Земле, абсолютно уникален. Шансы появления второго такого же практически равны нулю. Поэтому не надо себя ни с кем сравнивать. Каждый из вас неповторим, и тем уже интересен!

На самом деле, число, если можно так выразиться, возможных вариантов людей, которое определяется сочетаниями их хромосом, доставшихся им от родителей, еще больше, чем приведенные выше цифры. Дело в том, что в процессе мейоза гомологичные хромосомы диплоидных клеток иногда обмениваются одинаковыми участками. Такой процесс называется на языке биологии кроссинговером. Если вернуться к аналогии с картами, это похоже на ситуацию, когда возникает карта дама крестей, которая поменялась своей головой с пиковой дамой. Не будем здесь описывать все подробности механизма таких обменов у хромосом. Важно лишь подчеркнуть, что образование гаплоидных клеток из диплоидных и последующее их сочетание — неисчерпаемый источник генетического разнообразия. Каждый человек является уникальным носителей только ему присущего набора генов и хромосом.

Хромосомы и пол

В индустрии развлечений самой удачной идеей было разделение людей на два пола.

Янина Инохорская

Гены сексуальности

Сразу надо оговориться — речь пойдет не о наследственных задатках, от которых зависит страстность сексуального поведения, а о генах, которые определяют развитие человеческого зародыша в существо мужского или женского пола. Не надо забывать, что немного интригующее слово «секс» в переводе с латыни означает вполне нейтральный в русском языке термин «пол». Латинский глагол scculare переводится при этом как «разделять», чем подчеркивается, что два пола являются как бы независимо существующими отдельностями. Русское же слово «пол» явно намекает на половинку, которой многим людям так недостает для счастья. Впрочем, это лини, замечание по ходу дела. Давайте лучше поговорим о механизмах определения пола на хромосомном и на генетическом уровнях.

До начала XX века у людей были самые смутные представления о том, каким образом определяется пол будущего ребенка. Например, древние греки верили, что девочка рождается при оплодотворении женщины семенной жидкостью из левого яичка мужчины, а мальчики появляются на свет в результате оплодотворения этой жидкостью из правого яичка. Понять логику их рассуждений несложно: правый — правильный — сильный — мужской… Бытовало мнение, что если во время соития женщина лежит на правом боку, она должна зачать мальчика, а если на левом — девочку. Аристотель совершенно всерьез считал, что овца зачинает плод мужского пола, если стоит головой к северу, и женского, если к югу. Долгое время врачи древности полагали, что в женской матке существует три камеры. Одна для мальчиков, другая для девочек, а третья, непарная, для гермафродитов. Развеять эту морфологическую несуразицу удалось только в эпоху Возрождения универсальному Леонардо да Винчи и великому анатому Андреасу Везалию.

В далеком от нас 1672 г. нидерландский анатом и физиолог Репье де Грааф впервые увидел фолликулы млекопитающих в их яичниках. Он работал с забитыми коровами и свиньями. Чтобы извлеченные из них яичники было легче резать, он варил эти репродуктивные органы в кипятке. Также, кстати, поступал и великий Леонардо да Винчи с глазными яблоками человеческих трупов, когда изучал анатомию органов зрения. Повышенная температура вызывала денатурацию белков, в результате чего фолликулы становились белыми шариками. Такой же процесс происходит при варке куриных яиц. Неудивительно, что де Грааф считал обнаруженные им фолликулы именно яйцами животных. Теперь-то мы знаем, что фолликул яичника — это своеобразная камера, стенки которой образованы особыми вспомогательными клетками. Внутри этой камеры и происходит созревание будущей яйцеклетки, которая гораздо меньше самого фолликула. Основываясь на своих наблюдениях и опытах, Грааф опубликовал работу «О женских органах, служащих делу размножения», в которой впервые описал структуру яичника. Впоследствии полость, в которой развивается яйцеклетка, была названа «граафовым пузырьком».

Примерно в это же время самоучка, потомственный пивовар и бизнесмен из Голландии Антоний ван Левенгук с помощью собственноручно сконструированного микроскопа исследует человеческую сперму. В ней он обнаружил крошечных подвижных «существ», которых считал маленькими, невидимыми глазом «зверушками». Его наблюдения нанесли серьезный удар по распространенному в то время учению о возможности самозарождения жизни. Однако Левенгук ошибочно считал, что спермий — это уже готовый зародыш, только очень маленький. Яйцеклетка нужна ему для развития лишь как емкость, содержащая питательные вещества. Не будем осуждать старика за отсутствие проницательности в этом вопросе. Для развития биологических представлений о механизмах оплодотворения он и так сделал немало.

По-настоящему разобраться с яйцеклетками млекопитающих удалось лишь два века спустя великому Карлу фон Бэру, немцу по происхождению и, кстати, нашему соотечественнику. Он пытался ответить на простой, вроде бы, вопрос — с чего начинается самое раннее развитие зародышей животных и человека? Где истоки процесса, который приводит к появлению на свет новорожденною существа? Многочисленные опыты и наблюдения убеждали его, что начальной точкой такого развития всегда является одна-единственная клетка женского организма! 1 мая 1872 г. Бэр провозгласил на латыни (тогда так было принято) великий биологический закон: «Omne vivum ex ovo» — «Каждый зародыш из яйца». При этом он имел в виду не яйцо, а именно яйцеклетку, просто на латыни для нее не было более адекватного термина. Бэру повезло — его выдающиеся научные заслуги были признаны еще при ею жизни. Российская Академия Наук выбила в его честь медаль с латинской надписью: «Orsus ab ovo hominem homini ostendit» — «Начавши с яйца, он показал человеку его самого».

Наблюдения и открытия Бэра были верны, хотя информация только о внешнем строении яйцеклетки и сперматозоидов млекопитающих никак не помогала раскрыть загадку определения пола зародышей у человека. Внешне все яйцеклетки были одинаковы, также как и все стремящиеся к ним спермии. Для того чтобы ответить на вопрос, чем именно определяется развитие зародышей по женскому или мужскому пути, исследователям пришлось пройти долгий путь, полный удивительных открытий. В частности, они обнаружили в ядрах делящихся клеток компактные тела — хромосомы, и выяснили, что именно они являются хранилищами наследственных задатков.

В самом начале второй половины XX века ученым удалось доказать, что все 46 хромосом человека можно разбить на две группы. Большую из них составляют парные соматические хромосомы (греч. soma — тело), не имеющие никакого отношения к определению пола. Во вторую группу входит всего одна пара половых хромосом. Последние немного отличаются по внешнему виду друг от друга. Поэтому несколько условно их стали называть X хромосомой и Y хромосомой. Клетки особей женского пола у млекопитающих и человека имеют две X хромосомы, то есть обладают генотипом XX. «Мужские» клетки имеют генотип XY.

При образовании половых клеток в процессе редукционного деления (мейоза) число хромосом уменьшается вдвое. В результате каждая будущая яйцеклетка несет по одной половой X хромосоме. В этом плане все яйцеклетки одинаковы. Напротив, сперматозоиды разделяются на две группы. Одни из них содержат X хромосому, а другие — Y хромосому. Пол будущего зародыша и новорожденного определяется тем, сперматозоид какого типа успеет первым достичь яйцеклетки и оплодотворить ее. Если это будет сперматозоид с X хромосомой, на свет появится особь женского пола. Клетки ее тела будут обладать хромосомным набором XX. Если самым шустрым и удачливым окажется сперматозоид с Y хромосомой, оплодотворенная яйцеклетка будет обладать хромосомным набором XY. В будущем из нее разовьется мужская особь.

Описанный механизм определения пола у млекопитающих и человека представляется очень простым, его обычно без проблем усваивают ученики в старших классах школы на уроках генетики. Однако это простота обманчива. В самом деле, представьте себе оплодотворенную яйцеклетку человека с хромосомами XY. Ну и что? Какие процессы должны происходить потом для того, чтобы акушерка через девять месяцев радостно могла сообщить благополучно родившей маме: «У вас мальчик»? Другими словами, как X и Y хромосомы влияют на будущий пол ребенка? Существуют ли отдельные «гены сексуальности», действие которых этот пол определяет? Быть может, это гены, кодирующие мужские и женские половые гормоны тестостерон и эстрадиол? Вряд ли. Во-первых, эти гормоны — вовсе не белки, а это значит, что их структура в ДНК напрямую закодированной быть не может. Во-вторых, хорошо известно, что и мужские и женские половые гормоны одновременно есть и у мужчин, и у женщин. Дело только во взаимном соотношении концентраций этих биологически активных веществ. В общем, как видите, вопрос с определением пола не так прост, каким он может показаться на первый взгляд. Давайте попробуем разобраться в этой запутанной истории и проследим, как развивается зародыш человека и что происходит при этом с его половыми клетками, половыми железами и органами.

Благополучно оплодотворенная яйцеклетка приступает к делению. В результате, вскоре образуется небольшой шарик из клеток, судьба которых уже определена и совершенно различна. Часть из них вскоре образует собственно будущий зародыш, а часть превращается в его окружение — трофобласт (от греч. trophe — питание). Клеточный комочек будущего младенца оказывается заключенным внутри капсулы трофобласта, словно растительный зародыш внутри скорлупы желудя или каштана. Тонкая клеточная стенка трофобласта почти буквально «вплавляется» в стенку матки, образуя с ней плотное сцепление. В дальнейшем именно в этом месте формируется достаточно сложное образование — плацента — своеобразный КПП на пути питательных веществ, поступающих из тела матери в тело плода.

Через 24 дня после оплодотворения у человеческого зародыша уже можно выделить несколько десятков (обычно 30–50) стволовых половых клеток. То есть клеток, при делении которых в будущем образуются все половые клетки взрослого организма. У кролика таких стволовых клеток еще меньше — всего 6–8. К слову сказать, существуют организмы, например некоторые крошечные круглые черви нематоды, развитие которых биологи изучили досконально.

В такой ситуации можно уверенно ткнуть пальцем в одну-единственную клетку и сказать: «Вот из нее позже получатся все половые клетки червя». Можно ли быть столь уверенным в случае с человеком — неясно. Однако, скорее всего, такая единственная половая клетка-прародительница все же существует. Просто найти ее нелегко.

Судьба стволовых половых клеток человека будет различна в зависимости от пола новорожденного, но об этом чуть позже. Пока же, на ранних стадиях развития, разницы между будущими яйцеклетками или сперматозоидам заметить не удается. Более того, эти будущие половые клетки находятся у зародыша совсем в неподходящем месте, и им еще только предстоит оказаться там, где надо, то есть в будущих половых железах. Именно в будущих, поскольку пока их и железами-то назвать неудобно. В это время они представляют собой так называемые половые складки — группы клеток, из которых, опять-таки потом, разовьются семенники или яичники. Однако судьба этих складок уже предрешена, и они уверенно выделяют аттрактивные (лат. attractio — привлечение) вещества, привлекающие к себе по градиенту концентрации стволовые половые клетки. Последние же буквально заползают в места своей будущей постоянной прописки, активно «колонизируя» половые сладки. Кстати, образный термин «колонизация» в данном случае официально принят в медицинской и эмбриологической литературе!

До второго месяца эмбрионального развития зачатки половых желез с находящимися внутри стволовыми половыми клетками и у будущих мальчиков, и у будущих девочек выглядят одинаково. Различия начинают проявляться чуть позже. В это время у человеческого эмбриона существует две пары зачатков будущих внутренних половых органов — так называемые вольфовы и мюллеровы каналы, названные так по фамилиям биологов, которые впервые описали эти образования. У рыб парные вольфовы протоки являются мочеточниками, по ним удаляются продукты обмена веществ. У более высокоорганизованных существ, вроде рептилий, птиц и млекопитающих, вольфовы протоки превращаются в семяпроводы. Мюллеровы каналы исторически также связаны с выделительной системой древних позвоночных. У млекопитающих они превращаются в половые протоки женской выделительной системы, в частности, в яйцоводы и в зачаток матки.

Эта древняя связь выделительной системы с органами размножения доставила человеку немало психологических проблем, поскольку сексуальная активность невольно ассоциировалась в головах некоторых людей с чем-то постыдным, запретным и подлежащим публичному осуждению. Только представьте себе, как иначе складывалась бы вся сексуальная культура поведения человека, будь органы размножения его далеких предков связаны не с органами выделения, а, к примеру, с органами слуха или зрения. Из них ведь тоже выделяется секрет определенных желез. Почему бы не совместить эти выделения с отторжением половых клеток? Как, любопытно, выглядел бы половой акт с участием наших глаз — этих «зеркал души»? Впрочем, пусть эту любопытную тему развивают фантасты вроде Станислава Лема. Вернемся к нашим железам.

К концу второго месяца развития будущие семенники начинают выделять два гормона — уже упоминавшийся тестостерон и так называемый антимюллеровский гормон. Тестостерон стимулирует образование из вольфовых протоков семенников. Антимюллеровский гормон, в свою очередь, угнетает развитие мюллеровых каналов. В результате внутреннее и внешнее развитие зародыша начинает идти по мужскому пути. У будущих девочек антимюллеровский гормон не выделяется, поэтому их развитие идет по женскому пути. Из мюллеровых каналов у них развиваются внутренние женские органы размножения. Не правда ли, создается впечатление, что для развития по мужскому пути требуются некоторые усилия, а по женской линии оно идет как бы само собой. Не случайно в опытах над животными было показано, что если лишить эмбрион будущего семенника, то независимо от своей мужской хромосомной конституции он развивается в самку! Не означает ли это, что женский пол с его детородной функцией является наиболее эволюционно древним и, так сказать, основополагающим? Особи мужского пола, не способные к вынашиванию и рождению потомства, являются лишь необходимым довеском к женским организмам?

Из описанной выше ситуации с каналами и зачатками половых желез видно, что развитие мужской и женской половой системы человека до определенного момента идет как бы по общей колее. Такое совпадение путей развития остается явно заметшим и в строении внешних половых органов человека. Благодаря большей открытости при обсуждении сексуальных тем в нашем обществе даже для школьников, кажется, уже не секрет, что женский клитор и головка мужского полового члена развиваются из одного зачатка и функционально очень схожи между собой. Мужская мошонка возникает благодаря сращению кожных складок, из которых у женщин развиваются половые губы. Об этом свидетельствует едва заметный срединный шов, идущий по ее внешней поверхности. Кстати, явно бесполезные мужские соски — тоже указание на определенную общность развития представителей обоих полов. Если внимательно проштудировать солидные анатомические атласы, можно выяснить, что у мужчин имеется зачаточная матка — небольшая двурогая полость, открывающаяся в мочеполовой канал. Выходит, не так уж неправы были авторы сценария фильма «Джуниор», в котором по ходу дела ученый-мужчина (его играет А. Шварценеггер) рождает младенца, предварительно имплантированного ему в брюшную полость в виде оплодотворенной яйцеклетки. Может, эту зачаточную матку можно простимулировать гормонами к развитию? С этой точки зрения, мужчины и женщины — не половинки единого целого, а скорее от универсального гермафродитного существа.

Еще в эмбрионе созревающие в женских половых железах яйцеклетки приступают к редукционному делению — мейозу. По сравнению со сперматозоидами, таких потенциальных клеток-прародительниц следующего поколения оказывается совсем немного — несколько десятков тысяч. Более того, из этих претенденток лишь несколько сотен превратятся позже в зрелые яйцеклетки яичника. Остальные по неизвестным причинам будут отметены и дегенерируют. Вообще, в судьбе яйцеклеток много таинственного. Например, начавшееся на эмбриональной стадии их редукционное деление затем тормозится на годы и заканчивается, фактически, лишь в момент оплодотворения яйцеклетки сперматозоидом! Зачем нужна такая долгая пауза, совершенно неясно. Вторая тайна созревающих яйцеклеток — их постепенное дозревание в фолликулах яичника. Как известно, в процессе менструального цикла в яичнике обычно созревает лишь один фолликул, из которого примерно к 14 дню цикла выделяется готовая к оплодотворению яйцеклетка. Остальные фолликулы, находящиеся тут же, по соседству, ожидают своей очереди. Как при этом определяется эта очередность? Иначе говоря, почему данный фолликул «решает», что именно ему пора готовить свою яйцеклетку к выходу в свет? Совершенно неясно!

Кое-какие феномены, связанные с созревающими яйцеклетками, впрочем, объяснить можно. Например, известно, что в процессе мейоза из одной материнской диплоидной клетки образуются четыре гаплоидных (мейоз проходит в результате двух последовательных делений). При образовании сперматозоидов эти клетки, то есть зрелые спермин, получаются одинаковыми. При образовании яйцеклеток образуется одна большая клетка (именно она и способна к оплодотворению) и три крошечных клеточки. Их называют «полярными тельцами». Такой перекос понятен — яйцеклетка должна накопить как можно больше питательных веществ для дальнейшего развития, поэтому делить их поровну между несколькими клетками, образующимися в результате мейоза, просто невыгодно. По сравнению с созреванием яйцеклеток, образование сперматозоидов идет достаточно просто. Мейоз в стволовых «мужских» клетках начинается лишь во время полового созревания подростка. Зато потом этот процесс идет с завидной регулярностью до глубокой старости. Каждую секунду у достигшего возмужания мужчины образуется около 1500 зрелых сперматозоидов. За сутки их набегает целая армия! Вот уж действительно, есть с помощью чего реализовывать свою эволюционную программу сексуального поведения. Не случайно еще Ч. Дарвин замечал, что «разборчивость со стороны самки, по-видимому, почти такой же закон, как страстность самца». Эта страстность и разборчивость базируются на простом численном различии зрелых половых клеток, которые можно при случае пустить в дело.

Итак, ключевым моментом детерминации пола является формирование соответствующих половых желез у эмбриона на втором месяце беременности. Этот факт был четко установлен еще в 1912 г. американским исследователем Уиманом. Существуют ли гены, которые определяют эту детерминацию? В 1986 г. исследователь Д. Пейдж сделал доклад, в котором рассказал о выделении из Y хромосомы человека участка длиной в полмиллиона нуклеотидов, который, с его точки зрения, и является «геном мужественности». Именно он определяет самую раннюю половую дифференцировку у человека и млекопитающих. Этот ген назвали SRY — sex determinating region (участок, определяющий пол). По-видимому, речь идет о каком-то одном белке-регуляторе, поскольку точечные мутации в выделенном Пейджем участке ДНК приводят к сбою в определении пола. В частности, изредка удается обнаружить внешне вполне нормальных женщин с «мужским» хромосомным набором XY (синдром Сваера). Они являются мутантами по «гену мужественности»! Иначе говоря, несмотря на наличие у них Y хромосомы, их развитие продолжает упорно идти по женскому пути.

Выбор пола по желанию

Зная хромосомный механизм определения пола при зачатии, нетрудно сообразить, как можно повлиять на выбор пола будущего младенца по желанию заказчика. Для этого надо обеспечить оплодотворение яйцеклетки Х-сперматозоидом, если требуется девочка, и Y-сперматозоидом, если нужен мальчик. К сожалению, это простое соображение не так-то легко воплотить в жизнь. В каждом акте оплодотворения участвуют миллионы сперматозоидов. Разделить их марафонскую толпу на две порции в организме женщины пока не представляется технически возможным. Вне организма, однако, решение такой задачи представляется вполне реальным.

Дело в том, что X и Y сперматозоиды немного отличаются друг от друга. Хромосома X несколько тяжелее Y хромосомы, что приводит к разнице в массе содержащих эти хромосомы сперматозоидов примерно в 1 %. Различие крошечное, однако биологам вполне по плечу разделение даже макромолекул, имеющих разные молекулярные массы, что уж говорить о клетках. Для таких тонких процедур исследователи используют так называемые ультрацентрифуги. Эти приборы похожи на стиральные машины с компактными «каруселями» внутри. В них с невероятной скоростью крутятся роторы, в которых, в свою очередь, находятся пробирки с образцами. В результате сила тяжести в пробирках возрастает в сотни и тысячи раз, и даже почти невесомые клетки и молекулы начинают оседать на дно пробирок. Кстати, такой же прием используют в космонавтике, когда подвергают людей повышенным перегрузкам, только «карусели» в этом случае строят большими. Чем тяжелее образец, тем быстрее он будет двигаться вниз. Для более надежного разделения ученые создают в пробирках еще и градиенты плотностей различных веществ. В результате каждая фракция со своей молекулярной массой задерживается в слое с определенной плотностью. Очень удобно!

Действуя именно таким образом, японским исследователям из Токио удалось разделить мужские сперматозоиды на две фракции. В одной оказались гаметы с X хромосомами, в другой — с Y хромосомами. Можно только догадываться, что происходит с клетками и с их ядрами при таких чудовищных перегрузках. Однако — удивительный факт — в опытах на женщинах-добровольцах сперматозоиды, прошедшие разделение в ультрацентрифуге, не только оказывались жизнеспособными, но и были вполне годны для оплодотворения яйцеклеток. Шестеро женщин, оплодотворенных в процессе этих опытов Х-фракцией сперматозоидов мужа, забеременели и впоследствии, все как одна, родили девочек!

Другой метод разделения сперматозоидов основывается на их способности двигаться в жидкости, в которой создано электромагнитное поле. Дело в том, что на поверхности практически всех клеток расположены положительно и отрицательно заряженные молекулы белков и гл и ко протеидов (белков, связанных с сахарами). Их суммарный заряд часто отличается от нулевого, и поэтому клетки способны двигаться в электромагнитном поле, как это делают любые заряженные частицы. По непонятной пока причине заряд X и Y сперматозоидов отличается, и поэтому они двигаются с разной скоростью. К сожалению, пока такая процедура негативно сказывается на их последующей подвижности, однако со временем эта трудность, возможно, будет устранена.

В медицинской практике описанные выше методы разделения сперматозоидов практически не используются. Наиболее распространенным приемом является определение пола ребенка в результате так называемой пренатальной диагностики. О ней более подробно будет рассказано в соответствующем разделе. Пока лишь достаточно упомянуть, что этот метод позволяет надежно определить пол ребенка на ранних стадиях его эмбрионального развития. Разумеется, отказываться от вынашивания беременности, если пол ребенка оказался «неподходящим» для будущих родителей, никто рекомендовать им не возьмется. Однако бывают ситуации, когда такое определение пола жизненно важно. Такая ситуация возникает в семьях с врожденными заболеваниями, сцепленными с полом. Когда врачи практически уверены, что появившийся на свет мальчик будет являться носителем тяжелого врожденного дефекта, они могут определить пол эмбриона и предупредить родителей о возможных последствиях. В таком случае будущая мать может принять решение сделать аборт по медицинским показателям.

Еще один способ определения пола будущею ребенка возможен при так называемом экстракорпоральном оплодотворении (дат. extra — вне, corpus — тело). Речь идет об извлечении яйцеклетки из организма женщины и последующем ее оплодотворении сперматозоидами ее мужа или донора. Обычно к таким приемам прибегают при борьбе с бесплодием. Современные методы биологии позволяют при этом определить пол будущего ребенка буквально по одной клетке зародыша на самых ранних стадиях развития, когда сам этот зародыш представляет собой всего лишь комочек из нескольких клеток. Разумеется, подобная процедура проводится редко и стоит достаточно дорого.

Так что большинству семейных пар, ожидающих прибавление потомства, остается уповать на случай и с благодарностью принимать новорожденных независимо от их пола. Однажды беременную женщину спросили: «Кого вы хотите родить — мальчика или девочку?» На что она мудро ответила: «Своего ребенка!»

Нарушения определения пола

Бездетность в вашей семье может быть наследственной.

Роберт Бунзен

Итак, на определение пола у человека в процессе его эмбрионального развития влияют половые хромосомы и половые гормоны. Гены, находящиеся в Y хромосоме, заставляют половые железы обрести свою половую принадлежность. В результате клетки этих желез начинают производить гормональные сигналы, под воздействием которых развитие всего будущего организма идет по мужскому или по женскому пути. Таким образом, на определение пола у человека может влиять способность клеток его организма выделять половые гормоны или реагировать на них. Сбои в определении половой принадлежности связаны также с самими половыми хромосомами, точнее, с их числом.

Дело в том, что, как вы уже поняли, поведение хромосом в процессе редукционного деления является очень сложным процессом. В популярной литературе его порой сравнивают с «танцем», хореографией которого руководит невидимый постановщик. Где сложность, там и ошибки. Одна из хромосом в результате может отстать от остальной братии и не попасть туда, куда следует. Хорошей образной аналогией данного процесса является пассажир, который не успел сесть в вагон уходящей электрички или вагона метро. Он сядет в следующий поезд, но от своей уже уехавшей компании он неизбежно отстал. В результате подобных «опозданий» образуется пара гамет, в одной из которых будет 22 хромосомы, а в другой — 24, то есть на одну хромосому больше или меньше, чем следует. Если «опоздавшими» являются половые хромосомы X или Y, в результате оплодотворения возникнет зародыш с отличающимся от нормы набором половых хромосом. Такие ошибки, случающиеся с вероятностью 1,5–2,0 на 1000 родов, чаще всего приводят к тяжелым последствиям. Рассмотрим наиболее распространенные из них.

Синдром Шершевского — Тернера

Отсутствие одной из хромосом диплоидного набора в генетике называется моносомией (греч. monos — один). В этом случае в клетках присутствует лишь одна из двух гомологичных хромосом. В подавляющем большинстве случаев зародыши с такой аномалией нежизнеспособны. В частности, именно такие случаи пополняют печальную статистику самопроизвольных абортов на ранних стадиях беременности. Единственный случай, когда на свет может появиться жизнеспособный ребенок не с 46, а с 45 хромосомами, ситуация, когда у него отсутствует одна из двух X хромосом. В медицинской литературе такое нарушение впервые было документально зафиксировано в 1926 г. Н. А. Шершевским и примерно десятилетие спустя более подробно охарактеризовано Тернером. Поэтому в современной медицинской литературе синдром носит название синдрома Шершевского — Тернера. Примерно в половине случаев синдром возникает также в результате отсутствия одного из фрагментов X хромосомы. В целом, такие новорожденные выглядят как девочки, однако их половые органы и вторичные половые признаки остаются недоразвитыми. Половые железы, как правило, отсутствуют, яичников нет вовсе, обычно вместо них удается обнаружить лишь тяжи из соединительной ткани. Маточные трубы и сама матка остаются недоразвитыми. Нечего и говорить, что подобные больные являются стерильными. Месячные отсутствуют, к деторождению женщины с таким синдромом не способны. Уровень женских половых гормонов у них снижен, поэтому волосы на лобке и под мышками с возрастом растут плохо. Женская грудь практически отсутствует, пигментация сосков слабая. Строением узкого таза и широким поясом верхних конечностей такие девушки немного напоминают мужчин. Внутренние углы глаз у них часто оказываются выше наружных.

Для синдрома характерны разнообразные пороки, включая различные пороки сердца вроде отсутствия межжелудочковой перегородки, а также низкий рост. Девочки уже в школе начинают отставать в развитии от своих сверстниц. В среднем они ниже детей того же возраста на 20–30 см, а рост взрослых людей с таким синдромом редко превышает 135 см. Возможно, низкорослость людей с синдромом Шершевского — Тернера связана с неспособностью клеток их костной ткани воспринимать гормон роста. Сам по себе низкий растете не является прямым указанием на тот или иной синдром, однако, специальное исследование показало, что среди низкорослых девочек в Санкт-Петербурге около 1,5 % не имеют одной из двух X хромосом.

У детей с этим синдромом формируется бочкообразная грудная клетка, уши оттопырены и низко расположены. Опытный врач в состоянии заподозрить наличие синдрома Шершевского — Тернера у новорожденной уже по внешнему виду ребенка. У таких девочек короткая шея с характерными перепончатыми кожными складками, ее голени, стопы и кисти отечны благодаря недоразвитости лимфатических сосудов, расстояние между сосками увеличено, ногти часто недоразвиты, нижняя челюсть маленькая. Иногда такие девочки рождаются с добавочным шестым пальцем (полидактилия). Несколько смягчить проявление синдрома можно с помощью гормональной терапии, искусственно вводя пациенткам гормоны женских половых желез.

Выявить такую аномалию для специалиста несложно. Дело в том, что еще в 1949 г. два канадских ученых — Барр и Бертрам — обнаружили, что при окрашивании клеток млекопитающих женского пола в их ядрах под микроскопом удается разглядеть маленькое компактное тельце. В ядрах мужских клеток такого тельца обнаружить не удавалось. Впоследствии выяснилось, что это таинственное пятно есть не что иное, как одна из двух X хромосом, которая перестает работать и чрезвычайно уплотняется. Ученые назвали его «половым хроматином». Впоследствии же за ним закрепилось название «тельце Барра». У женщин с хромосомным набором XX во всех диплоидных клетках в результате стандартной процедуры окрашивания легко удается выявить такое тельце. Образец клеток для исследования можно получить в результате банального мазка, взятого из ротовой полости. Ее поверхность покрыта эпителиальными клетками, которые постоянно слущиваются по мере старения. Следовательно, в каждом нашем плевке и в капле слюны есть клетки, годные для цитологических исследований.

Так вот, у женщин с синдромом Шершевского — Тернера телец Барра в клетках нет! Любопытная получается ситуация. С одной стороны, одна из X хромосом в клетках женского тела вроде бы не работает, она «выключена». Следовательно, активность генов, расположенных в этой хромосоме, вроде бы и не нужна для нормального развития. С другой стороны, отсутствие второй X хромосомы приводит к тяжелым последствиям, главным из которых является полное бесплодие. Парадокс! Получается, что копии генов X хромосомы все-таки важны для каких-то процессов определения пола. Каких и когда? Загадка и простор для будущих исследований!

Вероятно, частота возникновения оплодотворенных яйцеклеток лишь с одной X хромосомой гораздо выше, чем вероятность обнаружения синдрома у новорожденных девочек. Такая ситуация возникает потому, что около 20 % всех самопроизвольных абортов происходит именно благодаря синдрому Тернера. Только 2 % женщин, беременных плодом с этим синдромом, рождают на свет жизнеспособного младенца. Организм матери как бы старается сам избавиться от генетически дефектного плода еще до родов. Биологический механизм такого явления остается пока неясным.

Любопытно, что иногда нарушения развития, характерные для синдрома Шершевского — Тернера, встречаются и у мужчин. У них также отмечают низкий рост, характерные шейные складки, «антимонголоидный» разрез глаз, деформацию грудной клетки и другие костные аномалии. При этом наружные половые органы имеют вполне мужской облик, хотя яички остаются недоразвитыми. Самое удивительное, что клетки таких больных имеют типичный для мужчин набор хромосом XY! Как объяснить такой феномен? Пока он остается одной из многих загадок, связанных с определением пола у человека.

Добавочные X хромосомы

Когда рассказываешь в школе о хромосомных нарушениях пола у человека, ученики порой выдвигают любопытную гипотезу о том, что добавочная X хромосома должна вызывать появление на свет «суперженщин», этаких описанных в скандинавской мифологии валькирий. На самом деле это не так. Более того, общаясь с симпатичной девушкой, можно и не заподозрить, что она является носительницей лишней X хромосомы, поскольку нередко такая хромосомная аномалия никак не сказывается ни на внешнем облике, ни на репродуктивной способности женщин. Вероятность же такой встречи не так уж и мала. По статистике каждая из тысячи женщин является носителем трисомии X, то есть обладает тремя X хромосомами! Обнаружить такую наследственную патологию можно достаточно просто в результате окраски клеток. Они имеют два тельца Барра. Чаще всего подобные хромосомные аномалии обнаруживаются случайно в результате цитологических исследований, которые проводятся с иными целями.

К сожалению, более часто женщины с хромосомным набором XXX встречаются среди умственно отсталых пациентов в психиатрических лечебницах. Врачи констатируют, что трисомия по X хромосоме в 75 % случаев приводит к умственной отсталости и, в частности, к шизофрении. Как при этом связаны между собой добавочные «гены X» и интеллектуальные способности, и почему в 25 % случаев отклонений в умственном развитии обнаружить не удается, совершенно неясно.

Иногда добавочная X хромосома является причиной высокого роста девушек. Она никак не сказывается на потенциальной половой активности. Наоборот — часто трисомия X приводит к недостаточному развитию фолликулов в яичниках, преждевременному бесплодию и раннему климаксу. Однако надо еще раз подчеркнуть — нередко добавочная X хромосома не приводит к каким-либо заметным отклонениям в развитии. Женщины с хромосомным набором XXX плодовиты, хотя риск спонтанных абортов и хромосомных нарушений у потомства у них несколько повышен по сравнению со средними показателями.

Реже, чем трисомия X, встречается тетрасомия и даже пентасомия по X хромосоме. Это означает, что среди женщин встречаются лица, обладающие двумя и даже тремя добавочными X хромосомами. Их набор половых хромосом описывается как XXXX и XXXXX соответственно! В этом случае нарушения умственного и полового развития более заметны, хотя даже подобные анормальные наборы половых хромосом не исключают возможность рождения нормального потомства.

Синдром Клайнфельтера

Мужчины с так им синдромом обладают добавочной X хромосомой. Их набор половых хромосом — XXY. Исследования показывают, что лишнюю X хромосому они получают практически с равной вероятностью либо от матери, либо от отца, причем с увеличением возраста отца вероятность такою «сбоя» возрастает. Частота рождений детей с подобным хромосомным нарушением довольно высока, она составляет около 1/500. При этом до начала полового созревания обычно никаких отклонений от нормы при чисто внешнем осмотре ребенка обнаружить не удается, хотя при цитологических исследованиях у таких мальчиков в клетках обычно четко выявляется характерное для женского пола тельце Барра. В процессе возмужания у больных с этим синдромом складывается евнухоидный тип строения тела: узкие плечи и грудная клетка, широкий таз, слабо развитая мускулатура и волосяной покров на лобке и под мышками. Семенные канальцы часто атрофируются, а сперматозоиды не вырабатываются, что является причиной стерильности. У мужчин с синдромом Клайнфельтера регистрируется повышенный уровень характерного для женщин фолликулостимулирующего гормона, который выделяется с мочой. Молочные железы у них начинают увеличиваться (гинекомастия), что отмечал еще X. Клайнфельтер, впервые в 1942 г. описавший этот синдром. Если быть точным, то настоящими женскими молочными железами такую увеличенную мужскую грудь, впрочем, считать нельзя, поскольку она состоит из плотной соединительной ткани, которая не способна к лактации (к выделению молока).

Люди с синдромом Клайнфельтера обычно безынициативны и редко способны к творческой деятельности. Они легко поддаются внушению и эмоционально неустойчивы. Интеллект нередко при этом не страдает, хотя в некоторых случаях отмечается задержка умственного развития, достигающая порой дебильности. Около 15 % пациентов с синдромом Клайнфельтера страдают олигофренией. Некоторые замыкающиеся в себе дети, не реагирующие адекватно на внешний мир (аутисты), нередко при обследовании оказываются обладателями хромосомного набора XXY.

Почти всегда умственная отсталость выявляется у больных с хромосомным набором XXXY или даже с XXXXY. Внешне таких людей можно четко идентифицировать как мужчин, однако они стерильны и обладают внешностью евнухов. Несколько сгладить проявление синдрома Клайнфельтера можно с помощью инъекций аналога мужского полового гормона метилтестостерона, которые врачи рекомендуют начинать делать в возрасте 10–11 лет. Поэтому очень важно вовремя идентифицировать таких больных, что можно сделать в результате анализа их клеток.

Хромосома агрессивности

В 1961 г. достаточно случайно в результате цитологических анализов был обнаружен мужчина с необычным набором половых хромосом — XYY. Вряд ли это факт взволновал бы общественность, если бы через пять лет, в 1967 г. в известном научном англоязычном журнале «Природа» (Nature) не появилась статья У. Прайса и П. Уотмора «Преступное поведение и мужской генотип XYY». В ней они пытались доказывать, что наличие у мужчин в клетках дополнительной Y хромосомы связано со склонностью к агрессии и различным правонарушениям. Во многом выводы статьи основывались на данных, полученных двумя годами раньше английской исследовательницей Патрицией Джекобс и ее двумя сотрудницами из Эдинбурга. Они изучали хромосомные наборы пациентов, содержащихся в лечебных заведениях для лиц с умственным развитием ниже нормы, имевших склонность к жестокости и антисоциальному поведению. Выяснилось, что среди этой категории больных частота встречаемости лиц с хромосомным набором XYY составляла 3,5 %, то есть была в 35 раза больше, чем в среднем в обществе! Отсюда было уже недалеко до прямого вывода — добавочная «мужская» хромосома Y является «хромосомой преступности», которая заставляет ее носителей совершать различные правонарушения.

Отзывчивая пресса быстро откликнулась на новую и явно сенсационную гипотезу. В США был опубликован роман «XYY мужчина», который сразу стал бестселлером. В нем описывалось, как вышедший из тюрьмы взломщик с «роковой» добавочной Y хромосомой становится секретным агентом, работающим по приказу секретных британских служб. Для него не существует моральных и этических барьеров, он необычно агрессивен и способен выполнить самое рискованное и кровавое задание. В 1969 г. в одном из американских юридических журналов совершенно всерьез обсуждалась необходимость ограничивать свободу лиц с хромосомным набором XYY еще до того, как они совершили любые противоправные действия.

Не удивительно поэтому, что при ведении некоторых судебных процессов адвокаты обвиняемых пытались строить защиту, доказывая, что поведение их подзащитных было определено «преступной хромосомой»; следовательно, они не отвечают в полной мере за совершенные злодеяния. В подобных случаях мнения присяжных часто расходились. Например, в 1968 г. во Франции подсудимый Даниэль Югон обвинялся в убийстве пожилой женщины. Улики не вызывали сомнения, что именно он виноват в этом тяжком преступлении, совершенном в одном из парижских отелей. Югон имел хромосомный набор XYY, и это было известно суду. Тем не менее, он был признан вменяемым и ответил по всей строгости закона. Почти в то же время в Австралии Лоренс Хен обвинялся в аналогичном преступлении — он зарезал пожилую женщину, свою квартирную хозяйку. Защита выдвигала тезис о невменяемости Хена, основываясь на его хромосомном наборе XYY. В результате Хен был направлен в тюремную больницу «до выздоровления»! Нетрудно догадаться, что такой вердикт фактически означал для него пожизненное заключение.

В 1973 г. в США вышел новый учебник биологии, где прямо указывалось на то, что люди с хромосомным набором XYY «очень агрессивны». В научной прессе того времени даже высказывались смелые проекты, как в будущем избавить общество от лиц, «дефектных по половым хромосомам».

Все описанное выше — хороший пример того, как осторожные научные гипотезы усилиями гораздых до сенсаций журналистов и писателей преподносятся как неоспоримо доказанные истины. На самом деле ситуация с добавочной Y хромосомой несколько сложнее. Во-первых, известно, что люди с хромосомным набором XYY вполне плодовиты и, как правило, ни внешне, ни по уровню половых гормонов не отличаются от «обычных» мужчин. Их рост лишь ненамного превосходит средние величины. Они — полноправные и законопослушные члены социума. Лишь изредка наличие добавочной Y хромосомы приводит к снижению умственных способностей. Пока строго доказанным является лишь факт, что мужчин с хромосомами XYY достоверно больше в тюрьмах и колониях, чем на свободе. При этом можно допустить, что именно низкий уровень интеллекта, а не агрессия как таковая, приводит таких людей на скамью подсудимых. Второе возможное объяснение — добавочная Y хромосома действительно ответственна за повышение уровня врожденной агрессии, однако это влияние оказывается роковым лишь для лиц, не способных адекватно контролировать свои поступки. Для того чтобы более полно оценить это второе предположение, необходимо поговорить вообще о причинах врожденного агрессивного поведения людей.

Достаточно просмотреть любой блок новостей, чтобы убедиться: проявление людской агрессии в той или иной форме является обыденным феноменом. Хороший пример, лишенный всяческой политической и социальной окраски — стычки болельщиков на стадионах, доходящие порой до кровавых потасовок. Причем чаще агрессивное поведение демонстрируют мужчины. В чем истинная причина таких столкновений, что движет людьми, готовыми получить тяжелую травму, решая пустяковый, в сущности, вопрос о достоинствах той или иной команды?

Объяснить врожденную повышенную агрессивность многих представителей мужского пола у человека несложно. Для этого надо обратиться мысленным взором к ситуации, которая сложилась в Африке около 2 миллионов лет тому назад. В то далекое от нас время в результате глобального изменения климата зеленое пятно джунглей начало постепенно сокращаться. На местах влажных тропических лесов возникала выжженная солнцем саванна с ее бескрайними просторами, жухлой травой по пояс, спекшейся до твердой корки почвой и одинокими деревьями, способными выносить обжигающие потоки интенсивной солнечной радиации. Для обезьян Африки, привыкших совсем к другим условиям жизни под зонтиком влажного тропического леса, выжить в таком новом для них окружении было совсем непросто. По сути, вопрос стоял так: во что бы то ни стало приспособиться, или погибнуть!

Нашим далеким предкам австралопитекам (лат. australis — южный и греч. pithekos — обезьяна) удалось выжить в таких совсем не подходящих для обезьян условиях. Для этого им пришлось отказаться от привычного рациона и заняться охотой, что потребовало коллективных действий. Отсюда необходимость разработки сложной системы звуковых сигналов для обеспечения коллективных действий — то есть основы речи. Как известно, наиболее развитой системой звуковых сигналов у высших животных обладают именно коллективные охотники вроде волков.

Наиболее успешными добывателями пропитания среди австралопитеков становились наименее волосатые особи. Попробуйте побегать по африканской саванне в шубе, и вы сразу поймете, почему голые и интенсивно потеющие загонщики получали преимущество перед своими более волосатыми собратьями. До сих пор многочисленные капельки пота, проступающие у нас на всей поверхности кожи при посещении сауны, свидетельствуют о том, что нашим далеким предкам приходилось интенсивно потеть. Животные такими способностями не обладают. Их потовые железы обычно расположены в строго ограниченных местах тела. Успех в добывании пищи у австралопитеков почти автоматически определял большую вероятность оставить многочисленное потомство. Так в течение десятков тысяч лет естественного отбора человек потерял свой волосяной покров на теле.

Для успешной охоты необходимо было высматривать добычу в высокой траве и одновременно использовать руки для примитивных орудий. Именно поэтому австралопитекам пришлось выпрямиться и перейти к прямохождению. Кстати, хребет позвоночных животных был совершенно не приспособлен для вертикальных нагрузок. Практически у всех позвоночных он расположен параллельно земле или плоскости дна моря. Поэтому до сих пор нам приходится расплачиваться за необычный способ использования нашего костяка болями в спине.

Высокой смертности детенышей, да и взрослых особей австралопитеки могли противопоставить только интенсивное размножение и свои интеллектуальные способности — по сути, единственное действенное оружие животных, лишенных естественного вооружения — длинных когтей и острых зубов. Отсюда отсутствие сезонности размножения, очень короткий по сравнению с остальными крупными млекопитающими менструальный цикл, постоянная готовность заниматься сексом и необычно длинное детство, необходимое для передачи накопленных навыков подрастающему поколению.

Несмотря на все эти приобретенные в процессе эволюции особенности, жизнь в саванне оставалась для австралопитеков тяжелым испытанием. Судя по данным, полученным антропологами, нашим далеким предкам часто приходилось довольствоваться падалью и заниматься каннибализмом. Ясно, что в таких суровых условиях борьбы за выживание больше шансов остаться в живых и оставить потомство имели наиболее агрессивные особи. Так постепенно, в результате жестокого отбора, у австралопитеков повышался врожденный уровень агрессивности, который достался нам от них в виде не слишком приятного наследства. Более агрессивными были, естественно, самцы, поскольку именно на их плечи ложилась основная тяжесть борьбы и с хищниками, и со своими же соплеменниками из соседних групп. Так в эволюционной истории человечества агрессивность оказалась более связана с мужским полом, чем с женским. Заметьте, мы ведь не можем определенно сказать, кто более агрессивен у насекомых — самцы или самки, так что связь агрессивности с мужским полом не является абсолютным законом. Кто более агрессивен — самцы или самки речных выдр? Тоже трудно ответить. Вся же история человечества демонстрирует нам, что ввязываются в драки и войны в первую очередь именно представители сильного пола.

Разумеется, уровень агрессивности у разных людей может быть разным, как и проявление любого другого признака, будь то рост, мышечная масса или интеллектуальные способности. Однако врожденный характер мужской агрессивности — факт, который с сожалением приходится принять.

Современная наука о поведении животных этология утверждает, что сама способность к агрессии не связана у животных и у человека непосредственно с внешними обстоятельствами. Она накапливается, как вода в туалетном бачке, и готова выплеснуться наружу под воздействием самых разных стимулов. Любопытный пример, иллюстрирующий это утверждение, демонстрируют опыты с аквариумными рыбками цихлидами. Когда к паре цихлид в аквариум подсаживают третью рыбу другого вида, агрессия половых партнеров естественным образом выплескивается на невольную интервентку. Если же ее убрать, то между супругами начинают возникать внутрисемейные «разборки». Разумеется, люди не рыбы, по подобный принцип проявления агрессии действует и среди них. За примерами далеко ходить не надо. Даже непримиримые враги почти всегда объединяются под натиском внешней угрозы. Если же этого врага нет, то для укрепления нации его надо выдумать, и тогда общий объединяющий порыв обеспечен. К сожалению, для общего братания всего человечества нам не хватает внешней угрозы, либо из космоса, либо в виде общей глобальной экологической или энергетической опасности.

Из всего сказанного следует, что неизбежно проявляющуюся мужскую агрессию надо уметь спускать по каналам, которые приняты в цивилизованном обществе. Это могут быть спорт во всех его проявлениях, интенсивная физическая работа, не доходящие до рукоприкладства яростные словесные перепалки и другие формы разрядки. Каждый волей выбирать, что ему по душе. Можно вспомнить замечательный пример японских фирм, которые устанавливали в своих холлах резиновые куклы, чтобы на них сотрудники могли вымещать свои негативные эмоции…

Поэтому наличие добавочной Y хромосомы еще не означает, что ее можно называть «хромосомой преступности». Вероятно, она действительно вызывает несколько более высокий уровень агрессии у мужчин по сравнению со средними показателями. Однако из этого нельзя сделать заключение, что он неизбежно приведет к столкновению с законом. С другой стороны, у драчливого подростка, который еще не научился контролировать свои негативные эмоции, гораздо больше шансов попасть в полицейский участок или даже в тюрьму.

По оценкам социологов риск для среднестатистического европейца оказаться за решеткой составляет около 0,1 %, то есть в заключении оказывается один из тысячи мужчин. Для мужчин с хромосомами XYY эта вероятность в десять раз выше и составляет 1,0 %. Однако, обратите внимание — всего один процент из целой сотни! Это означает, что подавляющее большинство «мужчин XYY» вовсе не проявляют преступных склонностей.

Тестикулярная феминизация

Секрет жаворонка Франции

Это редкое наследственное заболевание, влияющее на определение пола, называют также синдромом Морриса. Оно является результатом нарушения гена, кодирующего клеточный рецептор мужского полового гормона тестостерона. Иначе говоря, этот гормон организмом вырабатывается, но клетками тела не воспринимается. Если все клетки эмбриона обладают X и Y половыми хромосомами, теоретически на свет должен появиться мальчик. Как вы уже знаете, именно такой хромосомный набор определяет повышенное содержание в крови мужского полового гормона тестостерона. В случае тестикулярной феминизации клетки организма оказываются «глухи» к сигналам этого полового гормона, поскольку поврежденными оказываются его белки-рецепторы. В результате клетки зародыша реагируют только на женские половые гормоны (а они у мужчин в небольшом количестве тоже есть), что заставляет эмбрион развиваться, если можно так сказать, в женскую сторону.

В конечном итоге на свет рождается существо, которое обладает мужским половым набором хромосом, однако внешне четко воспринимается как девочка. В ее теле во время эмбриогенеза успевают сформироваться семенники. Однако они не опускаются в мошонку, поскольку ее просто нет, и остаются в брюшной полости. Такая ситуация нередко приводит впоследствии к паховым грыжам. Матка и яичники полностью отсутствуют, что является причиной полного бесплодия, хотя не исключает более-менее нормальной половой жизни. Следовательно, синдром Морриса не может рассматриваться как передающееся по наследству нарушение, поскольку страдающие им люди абсолютно бесплодны. Они просто физически не могут оставить потомство. С вероятностью порядка 1/65000 тестикулярная феминизация возникает в каждом новом поколении в результате случайных генетических нарушений в хромосомах половых клеток.

Многим тренерам и врачам, занимающимся проблемами спортсменов, известен этот синдром, поскольку обладающие им «девушки» обладают недюжинной мужской силой, активностью и выносливостью. Благодаря этим своим особенностям они нередко проходят все фильтры отборочных соревнований и попадают в сборные высшей лиги и атлетические команды. По статистике, около одного процента всех выдающихся спортсменок по своей генетической природе вовсе не являются женщинами! К сожалению, судьи безжалостны к таким претенденткам на олимпийское золото, и после несложного анализа на наличие мужской Y хромосомы такие спортсменки дисквалифицируются.

История знала одну такую знаменитую девушку, которая своей решительностью, сообразительностью, живым умом и необычайной выносливостью не уступала мужчинам. Речь идет о Жанне д’Арк. Отсутствие у нее менструаций было документально зафиксировано, а несколько мужеподобная, хотя и пропорциональная фигура прямо указывала на синдром Морриса. К тому же Жанна была прекрасной наездницей и великолепно держалась в седле. Как и многие люди с синдромом Морриса, она обладала недюжинной силой, была высокой и стройной. Наиболее яркими чертами в ее характере были бесстрашие и героизм. Учебники медицинской генетики характеризуют людей с синдромом Морриса как исключительно активных, деловых, деятельных. Именно такой, вероятно, и была святая дева Жанна — этот знаменитый «жаворонок Франции».

Адреногенитальный синдром

Как известно, надпочечники позвоночных животных и человека вырабатывают несколько очень важных гормонов, среди которых различают адреналин, мужские половые гормоны андрогены (греч. andros — мужчина) и так называемые кортикостероиды. Последние влияют на солевой, белковый и углеводный обмен веществ в организме. Основой для образования кортикостероидов служит всем известный холестерин. Ом же является биохимическим «сырьем» для выработки половых гормонов. Получается, что в клетках надпочечников из одного и того же холестерина получаются совершенно разные продукты!

Различные генетически обусловленные нарушения синтеза кортикостероидов встречаются с очень большой частотой. Примерно каждый пятидесятый человек несет те или иные мутации в генах, в которых записана информация о ферментах, играющих важную роль в образовании гормонов коры надпочечников. По счастью, каждый подобный генетический дефект становится по-настоящему актуальным только в гомозиготном состоянии, то есть когда он встречается одновременно в обеих гомологичных хромосомах. Частота таких состояний оценивается как 1/5000.

Блок синтеза кортикостероидов приводит к повышенному производству мужских половых гормонов. В общем, это понятно. Когда вода не может поступать в одну засорившуюся трубу, она будет литься по второй с удвоенной силой. Так возникает адреногенитальный синдром, в результате которого интенсивный синтез половых гормонов начинается еще во внутриутробном периоде. У будущих девочек такой «гормональный удар» мужскими половыми гормонами ведет к так называемой маскулинизации — появлением и проявлением мужских черт у женщин (лат. masculinus — мужской). Строение их наружных половых органов приобретает сходство с мужским членом. В частности, необычно развивается клитор и половые губы. Для будущих мальчиков повышенный уровень мужских половых гормонов тоже не приводит ни к чему хорошему. У них уже на 2–3 году жизни начинают проявляться признаки полового созревания. Такие дети быстро растут и быстро развиваются физически. Казалось бы, ничего плохого в этом нет. Однако такой ускоренный рост за счет окостенения скелета приостанавливается уже к 11–12 годам, и подростки начинают заметно отставать от сверстников. Они как бы проходят весь период возмужания в ускоренном темпе, в то же время не успевая «дорасти» до физически развитых мужчин.

Основной мужской половой гормон тестостерон с химической точки зрения представляет собой стероид, состоящий из трех шестиуглеродных колечек и одного пятиуглеродного. К нему присоединены две метальные (CH_3) и одна гидроксильная группа (OH). Если несколько игриво выразиться, то можно сказать, что его фаллическим символом является еще один радикал, представляющий собой атом кислорода, соединенный с шестиуглеродным кольцом двойной химической ковалентной связью. Этакое одинокое, прикрепленное для крепости надвое яичко. Самое любопытное, что женский половой гормон эстрадиол имеет очень сходную структуру. Вместо характерного для тестостерона кислорода у эстрадиола находится гидроксильная группа (OH) и не хватает одной метальной группы. Вот и вся разница! То есть, со структурной точки зрения разница между главным мужским и женским половыми гормонами примерно такая же, что и у слов «он» и «она». Даже меньше! Зато какая разница в действии!

Не вызывает сомнения, что и тестостерон, и эстрадиол до поры синтезируются по единому сценарию. Разница возникает лишь на финальных этапах. Неудивительно поэтому, что при адреногенитальном синдроме перебои в синтезе кортикостероидов вызывают недостачу андрогенов на фоне нормального синтеза женских половых гормонов. В этой ситуации будущие мальчики попадают в трудную ситуацию. Несмотря на наличие у них заветной Y хромосомы, их клетки захлестывает волна эстрогенов. Результат — феминизации (лат. femina — женщина) с типичным для нее недоразвитием полового члена. Она также связана с аномалиями мочеиспускательного канала вплоть до его частичного незаращения и расположения его наружного отверстия совсем не там, где принято. Нередкий результат синдрома при недостатке мужских половых гормонов — не опущение в мошонку из брюшной полости одного или даже обоих яичек (крипторхизм). В общем, картина невеселая.

Молекулы половых гормонов существуют в нашем теле недолго. Например, период полураспада эстрадиола — всего 20–25 мин. Также непродолжителен век и кортикостероидов. Для того чтобы их концентрация в крови постоянно поддерживалась на нужной отметке, железы внутренней секреции, и в том числе надпочечники, должны постоянно «выдавать на-гора» новые порции этих гормонов. Помните, как у Алисы в Зазеркалье? Для того чтобы оставаться на месте, надо быстро бежать вперед! Продукты распада кортикостероидов и половых гормонов удаляются вместе с мочой. Поэтому при ее тщательном анализе ранняя диагностика адреногенитального синдрома возможна в самом юном возрасте. Последующее лечение может заметно сгладить его проявление.

Почему мы не гермафродиты?

Первыми жертвами любых экстремальных условий среды становятся мужские особи.

В. А. Геодакян

Преимущества гермафродитов

Теперь, описав достаточно примеров нарушений четкого определения пола у человека, давайте зададимся простым на первый взгляд вопросом — почему это природа вообще разделила род человеческий на отдельно существующие в пространстве половинки — на женский и мужской пол? Мы так привыкли с детства к этому делению, что воспринимаем его уже чуть ли не как единственно возможный вариант решения сексуальных взаимодействий в природе. Действительно, ведь окружающие нас звери, птицы и рыбы, не говоря уже о большинстве прочих менее сложно устроенных существ, как и люди, тоже раздельнополы. Между тем некоторые живые существа демонстрируют нам совсем иное и, вроде бы, куда более разумное решение. И женская и мужская половые системы мирно уживаются у них в одном теле. Такое явление биологи назвали гермафродитизмом.

Легенда рассказывает, что Гермафродитом звали сына греческих богов Гермеса и Афродиты. В прекрасного юношу влюбилась нимфа Салмакида, но тот не отвечал ей взаимностью. Обиженная таким невниманием нимфа подала жалобу в вышестоящую инстанцию — самой Афродите, матери Гермафродита. А поскольку та была богиней любви и по должности была обязана потворствовать влюбленным, то она, недолго думая, со свойственной подчас богам решимостью, слила нимфу и Гермафродита в единое существо — чтобы последний не бегал от девушки.

Гермафродитизм, как вы уже знаете, у людей встречается чрезвычайно редко как тяжелая патология сексуальной детерминации на генетическом или гормональном уровнях. В результате же получается ни то ни ее. Среди животных, однако, попадаются виды, для которых гермафродитизм — жизненная норма. Они обладают обеими половыми системами и способны как к взаимному оплодотворению, так и к самооплодотворению. Так устроены, например, некоторые ракообразные, многие черви и моллюски.

Если пренебречь неудобностью и некоторой неприятностью сравнения себя с мягкотелыми, то легко обнаружить многие преимущества, которые несет гермафродитизм. Например, совершенно очевидно, что обоеполые существа должны быть более плодовиты, чем их раздельнополые соседи по эволюционной лестнице. В самом деле, если при образовании пары только один из партнеров может со временем разродиться, то общее количество потомков в каждом поколении при таком способе воспроизводства будет меньше, чем при образовании гермафродитных пар, когда любой из двух партнеров может стать мамой!

Только представьте себе, как легче было бы в некоторых страна вроде современной Франции справляться с падением рождаемости, если бы через некоторое время после вступления в брак оба молодых человека ложились в родильное отделение! Будь человек гермафродитом, Робинзону Крузо не пришлось бы страдать на свое острове от одиночества, и жалеть, что Пятница не оказался туземкой. Окончив труды по благоустройству своего немудреного быта, Робинзон совершенно сознательно приступил бы к размножению, и менее чем через год познал бы счастье и материнства и отцовства одновременно!

Немного знакомый с биологией скептик может возразить, что возможное при гермафродитизме самооплодотворение чревато накоплением и проявлением генетических ошибок. В самом деле, одна из задач раздельнополого способа размножения — хорошенько «перемешать», «перетасовать» разнородный генетический материал родителей, что приводит к увеличению разнообразия потомства и к маскированию возможных дефектов в генах. Так две книги с одним и тем же текстом, изданные в разных издательствах и в разные годы, вряд ли будут иметь одни и те же опечатки. Если читать их одновременно, можно восстановить исходный текст без искажений. Коррекция примерно такого рода происходит при совместной работе любой пары хромосом, одна из которых достается от отца, а другая от матери. Вспомните — длительная практика политически выгодных близкородственных династических браков нередко подрывала здоровье царствующих фамилий. Чего уж тут говорить о самооплодотворении — самом близкородственном браке, какой только можно вообразить!

Все это так. Однако у настоящих гермафродитов дело до самооплодотворения доходит редко. Например, известен только один вид рыб ривулюсов (Rivulus marmoratus), которые занимаются самооплодотворением. То есть каждая особь оплодотворяет сама себя. Чаще же представители видов гермафродитов выступают последовательно то в роли самца, то в роли самки. Если бы, кстати, такая ситуация была возможна у людей, отпали бы проблемы эмансипации, сексизма — то есть любой дискриминации, вызванной той или иной сексуальной ориентацией и принадлежностью к одному конкретному полу.

Какая уж тут дискриминация при приеме на работу, если даже лучший мастер цеха Сидоров может в принципе по желанию в любое время уйти в декретный отпуск! Наверно, и психологические проблемы внутри семьи решать было несравненно проще, если бы партнеры регулярно менялись сексуальными ролями. Исчезли бы все проблемы сексуальных меньшинств. В случае разводов гермафродитных пар проблему дележки детей тоже было бы решать не в пример проще ведь у каждого из супругов может быть ребенок, которого он самостоятельно родил! В самых же крайних житейских обстоятельствах можно решиться и на самооплодотворение.

Слов нет, преимущества гермафродитизма в приложении к человечеству по сравнению с раздельнополым существованием могут показаться соблазнительными и даже в чем-то выгодными. Однако за редчайшими исключениями все позвоночные четко разделены на самцов и самок, а мы, люди, на мужчин и женщин. В чем же дело?! Чем раздельнополость выгоднее и эволюционно привлекательнее гермафродитизма? Зачем природе потребовалось создавать отдельный мужской пол? Эта загадка волновала еще Чарльза Дарвина, который так писал по этому поводу: «… Если в природе все целесообразно, а это так, ибо нецелесообразное погибает, то зачем возникли мужские особи, которые не воспроизводят себе подобных, как это делают самки»?

Противоречивые задачи

Для того чтобы подвести под загадку раздельнополости теоретическую базу, доктор биологических наук, сотрудник Института эволюционной морфологии и экологии животных РАН Виген Артаваздович Геодакян создал собственную эволюционную теорию пола, которую давно и плодотворного развивает. Суть ее положений сводится к следующему.

Любая стремящаяся к самосохранению система (например, биологический вид), находящаяся в нестабильной, меняющейся со временем среде, пытается от этой среды обособиться и в идеале стат совершенно независимой от окружающих условий. Вся эволюция живого на земле — это длинная дорога борьбы за независимость о влияния окружающей среды. Путь пройден немалый — от высыхающих во время отлива медуз в Кембрии пол миллиарда лет назад до современного человека с его батареями парового отопления, кондиционерами и скафандрами.

Для того чтобы добиться столь впечатляющих успехов, живым существам все время приходилось решать две противоречивые задачи. С одной стороны, сохранять и передавать во времени уже сложившуюся информацию о собственном устройстве. С другой стороны, постоянно «тестировать» среду, реагировать на ее изменения, подлаживаться под меняющиеся условия, искать способы ей противодействовать и, в конечном счете, вводить соответствующие коррективы в передаваемую по цепочке поколений информацию. Поскольку куда же от нее, среды, деться?

На заре эволюции, вероятно еще во времена царствования одноклеточных, решение этих столь различных стратегических задач было возложено на два противоположных пола, поскольку отдавать одновременно два противоречивых приказа одному подчиненному глупо и неэффективно. Женский пол взял на себя функцию сохранять и передавать, а мужской — исследовать, тестировать и привносить изменения в уже сохраняемое. Говоря образно, женский пол взял на себя консервативную, а мужской — революционную роли.

До появления человеческой техники тестировать среду, ее состояние, можно было только одним способом — своей собственной жизнью, вернее степенью приспособленности этой жизни к окружающим условиям. Подходишь — проходи, плодись и размножайся. Не подходишь — извини… Для того чтобы лучше выполнять столь непростую миссию, мужской пол обзавелся целым рядом любопытных свойств. У мужских особей выше частота мутаций — своеобразных случайных проб «а что получится, если сделать так…». У них меньше норма реакции — другими словами у особей мужского пола четче и однозначнее проявляются все диетически определяемые признаки. Дескать, достался тебе набор именно этих генов, вот конкретно своей жизнью их и опробуй. У людей этот феномен приводит к тому, что однояйцовые близнецы-мальчики более похожи друг на друга, чем близнецы-девочки. С другой стороны, внешнее (фенотипическое) разнообразие представителей мужского пола больше, чем женского — опять-таки, чтобы среди них было легче тестировать и выбирать. Например, частота ранней детской смертности выше у мальчиков, но зато и среди долгожителей мужчин больше, чем женщин. Среде есть из чего выбирать!

Плата за донжуанство

Мужчины чаще лезут на рожон, у них выше поисковая активность и агрессивность. Случайность? Вовсе нет! Именно такое поведение гарантирует качественный «отстрел» средой плохо приспособленных индивидов. Средняя продолжительность жизни у мужчин меньше, чем у женщин. Опять случайность? Тоже нет! Результат страшного давления среды на непластичных мужчин! Отведенный природой срок жизни мужских особей почти всегда оказывается больше, чем реально реализованный. Среднестатистический воробей живет на свободе обычно меньше года, тогда как в клетке, огражденный от убийственного давления среды, спокойно чирикает почте два десятка лет. Впечатляет? Какие воробьи доживут до второго года и обзаведутся, наконец, семьей? Стрелянные, но недострелянные средой обитания. По словам В. А. Геодакяна: «В эволюции половых взаимоотношений возникшая раздельнополость — экономичная форма информационного контакта со средой, специализирующемуся по двум главным линиям эволюции — консервативной и оперативной… Повышенная смертность — выгодная форма информационного контакта со средой». Правда, об этой видовой выгоде поневоле забываешь, когда среда со всеми ее стрессами начинает неимоверно давить именно на тебя…

Московский психолог Николай Козлов в своих «Философских сказках» так емко высказался по этому поводу: «На мужчинах природа экспериментирует, в женщин же складывает то, что себя оправдало. А по жизни оправдывает себя в первую очередь держать нос по ветру, подстраиваться и держаться вместе со всеми». Не будем сейчас спорить с последним утверждением психолога. Важно, что он своей дорожкой приходит к тем же выводам, что и В. А. Геодакян. Мужчины — эволюционный материал для экспериментирования со всеми вытекающими отсюда последствиями.

Если же вода, медные трубы и огонь окружающей среды успешно пройдены, если среда поставила свой штамп ОТК на данном наборе генов (генотипе), у его носителя есть все шансы активно распространить свои гены в последующем поколении, став владельцем многочисленного гарема или, на худой конец, просто многодетным папашей. В самом деле, вы не задумывались, к чему это природа создала такой перекос между полами в возможности оставлять потомство? Женский пол всегда по этому параметру ограничен. Сколько детей может родить женщина за всю свою жизнь, если только этим делом и будет заниматься? Десятка три? А какой-нибудь отец народа? Падишах или популярный певец без особых моральных ограничений? Тут счет может пойти уже на сотни и даже тысячи потомков. К примеру, у султана Османской империи Маули Исмаила (1640–1727) было 548 детей мужского пола и 340 — женскою. Подобные точные цифры удалось получить, поскольку каждый рожденный в обширном гареме султана ребенок получал небольшой подарок, и эти траты тщательно фиксировались в дошедших до наших дней расходных книгах.

Подобный перекос, только в соотношении половых клеток-гамет, возник уже в мире одноклеточных. Полмиллиарда лет назад одна царственно огромная женская клетка-гамета у примитивных водорослей или каких-нибудь медуз окружалась в воде суетливой толпой мужских гамет. Для репродуктивного успеха им надо было совершать поистине геракловы подвиги: вырабатывать массу энергии для дальнего путешествия, проплывать огромные (с клеточной точки зрения) расстояния, осуществлять поиск желанного партнера, ориентируясь на градиент половых феромонов… По сути, такая же картина сохраняется при оплодотворении в современном мире у большинства живых существ.

Биологи говорят о гаметическом отборе, происходящем до оплодотворения. В результате внутриутробного марафона подавляющее большинство мужских сперматозоидов сходит с дистанции и просто не добирается до яйцеклетки. Тестируют ли они при этом свои жизненные способности? Вполне вероятно. Говорят, что за счет эффекта гаметического отбора частота генетических нарушений в потомстве людей, переживших бомбардировку Хиросимы, оказалась гораздо ниже прогнозируемой.

Представительницы женского пола обладают сравнительно большей нормой реакции — то есть, они более пластичны. Один и тот же генотип может проявляться у них по-разному. Это позволяет ловко уходить от давления среды, хорошо сохранять доставшийся набор генов относительно независимо оттого, что досталось. Другими ело вами, приспосабливаться к любой жизненной ситуации, явно ил подсознательно думая только об одном — о детях. О возможности и необходимости передать им палочку генетической эстафеты.

Ответ на стресс

В стабильной среде разница между мужским и женским полом сводится лишь к чисто анатомическим отличиям репродуктивных органов. Иначе говоря, половой диморфизм сведен к минимуму. Однако стоит среде начать меняться, и это опосредованно вызывает расхождение в целом ряде признаков, которые могут иметь приспособительное значение. Вначале начинает меняться мужской пол, опробуя возможные варианты ответа на изменившиеся условия. Затем, после отбора наиболее приемлемых вариантов, за ним начинает подтягиваться более «осторожный» женский пол. Другими словами, любой по-разному выраженный у двух полов признак изменяется во времени от женской его формы к мужской!

Взглянув на половой диморфизм под таким углом зрения, можно четко указать направление эволюционных изменений вида или целой группы. Так, например, у большинства позвоночных самцы крутя нее самок. Это означает, что эволюция этой группы животных идет по пути постепенного увеличения средних размеров тела. Взгляните на график изменения среднего роста людей за последние несколько тысяч лет и вы поймете, почему мужчины в среднем несколько выше женщин. У насекомых ситуация часто обратная — самки меньше самцов. Значит, эволюция этих видов идет по пути уменьшения общих размеров.

Мужской пол является тем «инструментом», с помощью которого вид как бы «ощупывает» окружающие его условия обитания. Любопытный пример, подтверждающий справедливость этого принципа, можно найти среди беспозвоночных, способных размножаться не только половым, но и бесполым способом. В пресных водоемах обитают маленькие, похожие на рачков полупрозрачные существа — коловратки. Они постоянно фильтруют из воды различную мелюзгу — одноклеточные водоросли и инфузорий. Летом коловратки откладывают яйца, которые начинают развиваться без оплодотворения. Такое явление в биологии называют партеногенезом. Оно хорошо изучено и, по сути, является своеобразной формой бесполого размножения. Ясно, что из неоплодотворенных яиц могут развиться только точные генетические копии их мамаш.

Так вот, стоит только относительно стабильным курортным условиям обитания коловраток измениться, и они тут же начинают откладывать яйца, из которых развиваются самцы! Не касаясь сейчас механизма такого удивительного превращения, важно заметить лишь одно — самцы появляются у коловраток в ответ на изменение среды! Вид словно бросает в бой своих разведчиков, чтобы выяснить с их помощью что случилось, и заранее подготовиться к грядущим переменам. У любимых генетиками мух дрозофил, по сути, та же ситуация — в ответ на любые стрессовые воздействия мушки отвечают повышением доли самцов в потомстве. Как им это удается делан, остается пока полной загадкой… Кстати сказать, вооружившись этими знаниями, некий Олег Петрук в тоненькой брошюрке под броским заголовком «Сын или дочь?», изданной в Санкт-Петербурге в 1996 г., совершенно всерьез предлагает будущим папашам, которые мечтают только о сыне, изнурять себя житейскими тяготами, как бы моделируя давление среды, — голодать, недосыпать, испытывать стрессы… Любопытно, многие ли последуют такому совету, учитывая, что доля самцов в потомстве в ответ на неблагоприятные условия увеличивается не вдвое, а всего на несколько процентов?

Прогрессивные уроды

Итак, если среда стабильна, половой диморфизм должен уменьшаться. Вы не замечали, как проявляется действие этого закона в современном обществе? Когда во многом искусственная окружающая среда человека комфортна и не зовет ни на ратные, ни на охотничьи подвиги, яркие половые различия начинают как бы стираться. В результате возникает стиль «унисекс», когда без дополнительных указаний не враз и поймешь, кто перед тобой — юноша-подросток или девушка, все прелести которой легко скрывает пушистый свитер.

Футуристическая, поисковая природа изменений, свойственных мужскому полу, ярко проявляется в характере врожденных патологий. У женского пола эти аномалии носят атавистическую природу, то есть напоминают об уже пройденных этапах эволюции. У мужского же пола они направлены в будущее, то есть, как бы продолжают вектор наметившихся изменений. Например, среди новорожденных с тремя почками вдвое больше девочек, чем мальчиков, и наоборот — среди новорожденных «однопочечников» преобладают мальчики. Такая же картина и в случае аномального числа ребер и позвонков. В полном соответствии с ветхим заветом мальчишки с меньшим их количеством рождаются чаще девчонок. Почему так? Все просто! Эволюция всех хордовых и даже их предков шла по пути уменьшения гомологичных органов. Отголоски этого процесса по-разному демонстрируют два пола. Женский показывает что было, мужской — что будет.

Акушеркам хорошо известно, что девочки с врожденным вывихом бедра рождаются в 5–6 раз чаще, чем мальчики. Объяснить этот факт теперь несложно. Дети с таким отклонением от нормы лучше лазают по деревьям. Не вызывает сомнения, что наши далекие обезьяньи предки были асы лазания. Следовательно, увеличенная подвижность тазобедренного сустава — признак атавистический, и чаще проявляться он должен именно у девочек. У закончивших свой жизненный путь мужчин патологоанатомы на вскрытиях иногда находят дополнительные мышцы, которых нет в медицинских атласа; да и магистральные кровеносные сосуды у них порой располагаются не так, как принято. Это природа опробует на мужчинах новые варианты строения тела, которые могут оказаться более удачными, чем уже сложившийся анатомический канон.

Любопытные факты: средняя продолжительность внутриутробного развития мальчиков больше, чем девочек. Вместе с тем девочки на 2–3 месяца раньше мальчиков начинают ходить, на 4–6 месяцев — говорить, их половое созревание происходит года на два раньше, чем у мальчиков. Теперь объяснить эти расхождения совсем несложно. В эволюции человека как вида продолжительность беременности и послеродового развития новорожденных постоянно увеличивалась, что было необходимо для передачи большего объема навыков в процессе обучения. Эта тенденция ярче выражена у мужского пола, поскольку она эволюционно нова. В будущем же следует ожидать подтягивания девочек по перечисленным показателям к мальчикам, если те, разумеется, к этому времени не возьмут новые рекорды.

Консерваторы и оперативники

Эволюционная теория пола В. А. Геодакяна позволяет, бросив взгляд через призму разнофункциональной двуполости на такие свойства и признаки человека как темперамент, интеллект и творческие способности, наметить их эволюционные изменения. Становится понятным, почему женщинам проще приспособиться к новой и часто дискомфортной ситуации, чем мужчинам, которые пытаются выбраться из нее за счет поиска нетрадиционных решений. Почему мужчины чаще берутся за новые области деятельности и вчерне решают проблемы, а женщины доводят решения и приобретенные навыки до блеска технического совершенства. Хороший пример — такое, клалось бы, характерное только для женщин занятие, как вязание. Сказывается, его изобрели в XIII веке в Италии мужчины, и уж потом женщины переняли от них этот новый навык. Женщины познают мир интуитивно, прислушиваясь к голосу своей и окружающей природы. Мужчины пытаются строить логические схемы, структуры, которые объясняли бы мир с рациональной точки зрения. При этом, как метко заметил Р. Киплинг: «женская догадка иногда значит больше, чем мужская уверенность».

Консервативную и оперативную составляющие в реакциях мужчин и женщин можно проверить и в прямом эксперименте. Австралиец Ландауэр предлагал испытуемым решать несложную задачу: держа палец на центральной кнопке, дождаться нужного условного сигнала, а затем как можно быстрее убрать палец и нажать им на одну из восьми кнопок, окружавших центральную. Вроде все несложно. Однако в результате многочисленных временных замеров выяснилась любопытная закономерность. Оказалось, что женщины лучше справлялись с первой частью задачи, то есть быстрее убирали пале с кнопки, а мужчины быстрее выбирали одну нужную из восьми возможных — то сеть лучше справлялись с «творческой» составляющей задания!

Вооружившись теорией Геодакяна, можно легко объяснить целый ряд любопытных феноменов, связанных с половым диморфизмом. К примеру, опытный графолог может достаточно легко отличить женский почерк от мужского. Каким образом? Очень просто обычно любой мужской почерк содержит больше отклонений нормы, а женский больше похож на классические прописи — он более регулярен, консервативен, правилен. Скаковые жеребцы превосходят кобыл своими спортивными достижениями. Элементарно! Человек вел отбор по этим показателям в течение столетий, следовательно, признак «скакучести» должен сильнее проявляться именно у самцов. Та же ситуация у баранов тонкорунных пород, которые дают шерсти в 1–1,5 раза больше, чем их подруги овцы. У самцов тутового шелкопряда аналогичный случай — их коконы содержат процентов на 20 больше шелка, чем коконы самок. Половой диморфизм — следствие любого отбора по любым признакам! Под давлением отбора признак вначале меняется у самцов, а затем найденным оптимальным значениям подтягиваются самки.

Стоит ли мужчинам гордиться своей авангардной ролью, которую навязала им логика эволюции? Вряд ли. Ведь они не только становятся первыми подводниками и космонавтами, но и чаще оказываются за решеткой исправительных учреждений и в большей мере страдают от новоявленных болезней и пороков века: атеросклероза, рака, шизофрении, СПИДа, наркомании и алкоголизма. Такова плата за риск и поиск. Надо, впрочем, надеяться, что умудренные жизненным опытом эволюционных изменений женщины не будут спешить принимать и закреплять такие приобретения мужчин.

Возможно ли непорочное зачатие?

(кое-что о сомнении и чуде)

В XIX веке мюнхенский зоолог Карл Зибольд открыл явление «непорочного зачатия» у некоторых насекомых. Так размножаются, например, обычные тли. Летом их самки без всяких предварительных контактов с самцами откладывают яйца, из которых благополучно вылупляются самки второго поколения. Те, в свою очередь, снова «беспорочно» дают начало новому поколению самок. За летний сезон таких «неполовых» генераций может быть до десяти. В результате фактически бесполое размножение вредителей идет быстро, буквально лавинообразно! Вот, кстати, почему тли порой так быстро оккупируют полюбившиеся им молодые побеги… Даже одна самка, оказавшаяся в силу случая на подходящем растении, может стать праматерью нескольких поколений насекомых. Времени на поиск брачного партнера и секс тратить не надо!

Зибольд назвал такой «непорочный» тип размножения партеногенезом (греч. parthenos — девственница). Партеногенетическое увеличение численности у тлей может продолжаться вплоть до осени, когда, наконец, в результате укорочения светового дня из некоторых яиц не появляются тли-самцы, которые тут же спешат исполнить свой мужской долг. Кстати, обратите внимание на любопытный факт — в данном случае на определение пола оказывает влияние обычный свет! Самцы спариваются с самками. Оплодотворенные яйца зимуют, и весной из них появляются новые самки тлей.

Прослышав про удивительное открытие Зибольда, его вскоре посетил католический архиепископ, который, несмотря на свой сан, живо интересовался достижениями науки. «Теперь и для девы Марии можно объяснить тот же процесс!», — не скрывал он своего ликования. Зибольд, как истинный ученый, относился к таким смелым предположениям настороженно. Нельзя же, в самом деле, прямо переносить данные, полученные при изучении насекомых на позвоночных, тем более на людей!

Между тем прошло более ста лет, и в 1958 г. сотрудник Зоологического института Армянской академии наук Илья Даревский обнаружил, что все пойманные им на берегу горного озера Севан экземпляры скальных ящериц Lacerta saxicola являются самками. При всем старании самцов этого вида обнаружить не удавалось! Вместе с тем не вызывало сомнений, что ящерицы-самки не очень-то грустили без своих кавалеров. Они откладывали яйца, из которых в срок вылуплялись, опять-таки, одни самки. Этот факт был позже подтвержден в лаборатории, где в террариумах было выращено несколько поколений скальных ящериц, совершенно не ведавших никаких радостей спаривания!

Сначала Даревскому, опубликовавшему свои наблюдения в солидном научном журнале, из профессионалов зоологов мало кто поверил. Слишком уж это было непривычно и беспрецедентно — наземное позвоночное, и вдруг без самцов! Как это так? Может, исследователь что-то там напутал? Вскоре, однако, однополые ящерицы были обнаружены и за океаном. Их открыли на юго-западе США и в северной Мексике зоолог Индианского университета Ш. Минтон и сотрудник Американского Музея Естественной Истории Р. Цвейфель. Обнаруженные ими ящерицы относились к роду бегунов (Cnemidophorus). Этот род включает около 40 видов, из которых 12 представлены только самками! К 1973 г. исследователям удалось подобрать подходящие условия содержания этих удивительных ящериц в неволе, и в результате они получили 7 поколений партеногенетически размножающихся ящериц-бегунов. То есть 7 поколений подряд самки откладывали яйца без всякого участия самцов, и затем из таких неоплодотворенных яиц благополучно вылуплялись ящерки-малыши. Они были точными копиями своих мамаш. Совпадали характер окраски, размер и форма чешуй, и даже разновидности отдельных белков у потомства были точно такие же, как у ящериц-мамаш! Этот пример, кстати, хорошо демонстрирует главное преимущество полового размножения — с его помощью создается биологическое разнообразие.

Американские ученые долго ломали голову, откуда такие однополые ящерицы могли взяться, и как именно у них происходит процесс размножения. Выяснилось, что диплоидные яйца ящериц-бегунов перед тем как пройти редукционное деление (мейоз) удваивают все свои хромосомы. То сеть становятся тетраплоидными. Затем следует мейоз, и число хромосом уменьшается вдвое, то есть яйца снова становятся диплоидными! Из них и развиваются ящерицы-малыши. Без всякого участия ящериц-папаш. По одной из версий, однополые ящерицы возникли в результате межвидового скрещивания различных видов ящериц-бегунов. Напомню, что таких видов много — несколько десятков. Обычно потомки межвидовых браков бесплодны. Вспомните хотя бы мулов — гибридов ослов и лошадей. Они вполне жизнеспособны и работящи, но не дают потомства. Исследователи предполагают, что самцы, родившиеся от межвидовых браков ящериц-бегунов, погибли, не оставив потомства, а часть самок «вывернулась» из этой ситуации. Приступив к партеногенезу. Вполне вероятное объяснение! Выходит, партеногенез у позвоночных все-таки возможен? Да, это факт! Если так, то быть может, он случается, хотя бы изредка, и у млекопитающих?

Различные варианты механизмов партеногенеза биологам хорошо известны. В одних случаях в будущей яйцеклетке не проходит редукционное деление — мейоз. В результате яйцеклетка остается диплоидной — то есть, содержит двойной набор хромосом. Сперматозоиды для ее развития оказываются не нужны. Неоплодотворенная диплоидная яйцеклетка начинает делиться, возникает личинка, зародыш, а потом и молодая особь, которая будет точной копие своей матери. По сути, такой тип партеногенеза можно рассматривать как естественно протекающий в природе процесс клонирования организмов! В других случаях мейоз в будущей яйцеклетке проходит. В результате число хромосом уменьшается вдвое. Однако и тут при партеногенезе дело обходится без оплодотворения! Гаплоидное ядро яйцеклетки (с одиночным набором хромосом) начинает делиться. В результате появляются два ядра, каждое из которых содержит гаплоидный набор хромосом. Затем такие ядра сливаются друг с другом! Диплоидный набор хромосом восстанавливается, и в дальнейшем из такого, опять-таки неоплодотворенного сперматозоидом яйца, развивается впоследствии новая особь. Еще один механизм партеногенеза только что был описан на примере американских ящериц-бегунов.

Партеногенез оказался достаточно распространенным явлением в мире живой природы. Он был обнаружен у многих растений, беспозвоночных и даже позвоночных, за исключением млекопитающих. У обычных медоносных пчел, например, самцы-трутни появляются в конце лета именно благодаря партеногенезу. Если яйцо пчелы, проходя по яйцоводам самки, оплодотворяется сперматозоидами самца, хранящимися в течение всей ее жизни в особом резервуаре, на свет появляется рабочая пчела женского пола. Все ее клетки диплоидны. Если же такое яйцо не оплодотворяется, из него развивается гаплоидный трутень-самец. Стоп! Может, это и есть модель непорочного зачатия, которое упоминается в Библии!?

К сожалению, хромосомное определение пола у перепончатокрылых насекомых происходит не так, как у людей. Как вы уже знаете, особи женского пола у млекопитающих обладают двумя X хромосомами. Генотип самки — XX. Генотип самца — XY. Следовательно, если даже предположить, что созревающая в яичнике женщины яйцеклетка начала развиваться путем партеногенеза, в результате возникнет диплоидная клетка с хромосомами XX. Хромосоме Y просто неоткуда взяться! Значит, в результате такого «непорочного зачатия» (читай — партеногенеза) на свет может появиться только девочка — точная копия своей матери. А Христос, как известно, был мужчиной.

Впрочем, в конце XX века индийский биолог Чандра из Бангалора выдвинул любопытную гипотезу определения пола, которая проливает свет на проблему непорочного зачатия. Согласно взглядам Чандры, развитие зародыша по мужскому пути у млекопитающих и у человека определяется лишь дозой «полового» гена, копии которого присутствуют и в X, и в Y хромосоме. Как вы уже знаете, в «женских» клетках одна из X хромосом инактивируется и превращается в компактное тельце Барра. В результате, в таких клетках работает только одна копия «полового гена», которой оказывается недостаточно, чтобы «запустить» развитие клеток и организма в целом по мужскому сценарию. В клетках с хромосомами XY активны две копии этого гена. Именно поэтому из клеток с таким генотипом развиваются особи мужского пола. Следовательно, если предположить, что в женской яйцеклетке с хромосомами XX произошла дупликация гена, ответственного за половую детерминацию, то есть количество таких генов увеличилось (в принципе, мутации такого рода в хромосомах случаются), то согласно гипотезе Чандры такая яйцеклетка могла дать начало мужской особи! Разумеется, при этом надо еще допустить, что такая мутантная яйцеклетка будет способна к партеногенезу.

Не кажется ли вам, что получается слишком много допущений? Хотя, впрочем, чего не бывает… Вот, например, английские исследователи обнаружили в конце XX века трех девушек, у которых клетки тела имели хромосомный набор XY (синдром Сваера). Вероятность появления таких аномалий очень низка — порядка 1/100000. Предполагается, что в одном из «половых» генов таких девушек произошла мутация, которая сделала этот ген или его белковый продукт неактивными. Почему бы не допустить, что бывают и другие хромосомные или генные мутации, которые могут заставить клетки с двумя «женскими» хромосомами XX развиваться по мужскому пути? Относительно недавно биологи обнаружили такую ситуацию, при которой мужчины обладают двумя женскими половыми хромосомами XX (синдром Ла Шапеля)!

Специалистам известны и другие случаи, когда на свет появляются мальчики с хромосомным набором XX. Вероятность такого рождения, которое ведет к появлению стерильных мужчин, оценивается примерно как 1/10000. Причины возникновения такой ситуации совершенно неясны. Выдвигалась гипотеза, согласно которой изначальный хромосомный набор, возникающий при оплодотворении в таких случаях, был XXY (то есть, при синдроме Клайнфельтера). Затем, на самых первых этапах деления клеток зародыша, хромосома Y терялась, успев, однако, оказать свое влияние на определение пола. К сожалению, это объяснение не выдерживает критики, поскольку известно, что гены Y хромосомы оказывают влияние на половую детерминацию зачатков половых желез у зародыша человека на втором месяце внутриутробного развития. В это время зародыш состоит уже из миллиардов клеток, и все они потерять свою Y хромосому никак не могут. Так что в целом мужчины с двумя XX хромосомами остаются биологической загадкой.

Из этого следует, что данные современной науки о хромосомном определении пола у людей не должны поколебать уверенности верующих людей в возможности всевозможных «чудес». Что же порой бывает, когда неверие закрадывается в их души, ярко демонстрирует следующий курьезный пример. В центре одного из древнейших городов Англии — Йорке — стоит величественный собор. Летом 1984 г. одно из его крыльев было закрыто лесами — шли ремонтные работы. 8 июля один из местных проповедников использовал их как оригинальную кафедру. Стоя прямо на досках, он обратился к своей пастве с необычной проповедью. В ней он, в частности, усомнился в одном из догматов католической церкви и подверг критике возможность непорочного зачатия. На дворе ведь заканчивался XX век, и надо было казаться современным. На следующий день прямо на месте злополучной проповеди случился пожар, в результате которого треснуло и частично расплавилось знаменитое Окно Роз, изображавшее древние символы борьбы за власть Йорков и Ланкастеров. Случайность? Быть может, хотя такие случайности обычно производят на верующих большее впечатление, чем данные современной науки.

Повреждения хромосом

Как вы могли заметить из содержания предыдущих глав, различные нарушения пола у человека чаще всего вызываются добавочными половыми хромосомами. Для специалиста посчитать число хромосом в клетках любого многоклеточного организма относительно несложно. Для этого достаточно окрасить по специальной методике делящиеся клетки, в которых эти хромосомы отчетливо видны. Если в соматических (неполовых) клетках человека число хромосом отличается от 46, это заведомо говорит о серьезном генетическом нарушении. Кстати сказать, добавочными могут быть не только половые, но и некоторые другие хромосомы. Однако о последствиях таких нарушений поговорим чуть позже. Пока же надо разобраться, какими вообще бывают повреждения наследственного материала (ДНК).

Проще всего это сделать, снова прибегнув к надежной аналогии. Давайте представим себе геном человека в виде многотомного издания. Каждый толстый том соответствует одной хромосоме. Все содержимое любого тома разбито на параграфы, которые соответствуют генам. Каждый ген имеет вид длинной строчки текста, слова в котором идут друг за другом без интервалов и абзацев. Буквы — это нуклеотиды. Не важно, что их не 4, как в ДНК, а 33. Суть дела это не изменит.

Замена или потеря даже одной-единственной буквы в «тексте ДНК» способна привести к серьезным последствиям. В результате одна аминокислота в белке может быть заменена другой. Структура белка станет немного иной, и, как следствие, изменится его функция, работоспособность. В подавляющем большинстве случаев не в лучшую сторону. Современной медицине и молекулярной биологии известно уже множество примеров, когда единичные замены аминокислот в белках приводят к тем или иным врожденным генетическим заболеваниям у человека. Такие минимальные изменения в ДНК называются точечными, или точковыми мутациями. Их можно уподобить опечаткам в отдельных словах. Некоторые из них способны изменить смысл слова или даже фразы.

Знаками препинания в ДНК (точками) служат определенные сочетания букв-нуклеотидов. Именно они позволяют понять, где в ДНК заканчивается информация об одном белке, и начинаются сведения о другом. Бывает, что в результате точечных мутаций такая «точка» появляется в пределах одного гена. Последствия трагичны: дойдя до такого «знака препинания», синтез данного белка прекращается, и вместо длинной полноценной белковой цепочки получается какой-то ее огрызок!

Обычно мы начинаем читать любую фразу с первой буквы предложения. Если эта буква и потеряется, большой беды не будет. Наш мозг услужливо восстановит смысл, указывая, что, к примеру, слово «лектростанция» — это привычная электростанция без первого «э»! У клетки мозгов нет, поэтому, если она начнет читать «текст» любого гена не с первого знака, а со второго или с третьего, произойдет катастрофа! В цитоплазму клетки поступит информация о совершенно другом белке. Между тем, такие сбои (биологи называют их «сдвигом рамки считывания») иногда случаются. Их тоже можно рассматривать как своеобразные мутации.

Аналогия ДНК с текстом хороша тем, что она весьма наглядно демонстрирует, какие «опечатки» в ДНК в принципе бывают. Изменение отдельных букв уже упоминалось. Пропуск слов? Пожалуйста! В результате различных сбоев из ДНК пропадают порой небольшие «кусочки». Такие мутации называются делениями (лат. deletio — уничтожение). Добавление лишнего «слова» называется вставкой — инсерцией (англ. to insert — вставить). Если одно «слово» или «фраза» ДНК удваивается, такое изменение называют дупликацией. Иногда кусочек ДНК меняет свое положение — то есть вырезается из одного места, а затем вставляется в другое. Такую мутацию называют транслокацией (лат. trans — через и locus — место).

ДНК порой проделывает фокусы, которые в обычных текстах даже и не встретишь. Например, одно «слово» (отрезок ДНК) может перевернуться на 180 градусов и в таком виде, «кверху тормашками», быть встроенным на свое место. Подобная мутация называется инверсией (лат. versum — вращать, поворачивать).

Все мутации, происходящие с отдельными генами, называются генными, как и врожденные заболевания, которые такими мутациями вызываются. Обнаружить генные мутации, разглядывая окрашенные хромосомы под микроскопом, не удастся. Слишком уж малы эти молекулярные изменения для того, чтобы их можно было выявить с помощью визуального контроля.

Итак, точечные и другие генные мутации — это своеобразные «опечатки», которые происходят на уровне отдельных слов и фраз в «текстах» ДНК. К сожалению, генными мутациями не ограничиваются сбои в генетическом материале. Есть и другие.

Как вы помните, хромосома — это компактная форма хранения нити ДНК, которая возникает в процессе деления клетки. По своему строению она напоминает длинный моток шерсти. Не удивительно, что даже небольшой участок хромосомы может содержать десятки, сели не сотни разных генов. При этом с отдельными хромосомами, в принципе, могут происходить все те же неприятности, которые случаются и с отдельными отрезками ДНК. Хромосомы теряют одни свои кусочки (делеция) и обретают новые (инсерция). Две негомологичные хромосомы могут поменяться двумя участками (транслокация) либо с потерей одного из них, либо без потери. Инверсии тоже случаются. Подобные мутации называют хромосомными аберрациями. Как вы помните, хромосома в нашей аналогии равноценна отдельному книжному тому. С этой точки зрения хромосомные аберрации — это редакторские и типографские ляпсусы на уровне отдельных страниц, параграфов и глав. Если вам досталась книга, в которой не хватает нескольких страниц, или они вставлены вверх ногами, или вообще стоят не на своем месте — вы имеете дело с типичной хромосомной аберрацией. Недуги, которые вызывают такие изменения, называются хромосомными заболеваниями. К ним относятся и врожденные болезни, вызванные добавочными хромосомами. Бывает, что при выдаче томов собрания сочинений в магазине вам случайно недодали один том (отсутствие одной хромосомы). Или вы получили два экземпляра одного тома (дисомия), или даже три экземпляра (трисомия). Возможная ситуация? Именно так обстоял дело со многими описанными выше нарушениями определения пол.

Как ни грустно констатировать, но различные хромосомные болезни являются достаточно распространенными заболеваниями современном мире. По статистике, среди новорожденных они встречаются с вероятностью 1/250. Иначе говоря, в результате каждой тысячи родов на свет появляется в среднем четыре ребенка с хромосомными болезнями. Частота хромосомных аберраций у эмбрионов еще выше. Она составляет 3,5–4,0 %. Известно также, что до 20 % спонтанных абортов вызвано различными хромосомными аномалиями плода. Печальный анализ показывает, что 5–6 % детей, гибнущих после рождения в течение нескольких дней, обладают различными хромосомными аномалиями.

Наконец, существуют сбои на уровне всего генома — геномные мутации. Как известно, соматические клетки человека диплоидны. Они обладают двумя гаплоидными наборами хромосом. В рамках аналогии с текстом можно считать, что это два разных издания собрания сочинений одного и того же автора. Различия существуют, но при отсутствии грубых опечаток они не принципиальны. У растений и у некоторых животных отмечены случаи, когда возникают жизнеспособные особи, все клетки которых обладают многократно повторенным гаплоидным набором хромосом. Например, таких наборов может быть три (триплоиды) или четыре (тетраплоиды). Полиплоидные растения обычно выше и мощнее своих «диких» диплоидных родственников. Кстати, многие культурные растения, которые мы выращиваем и едим, именно полиплоиды.

Напрашивается любопытная аналогия. Что, если сказочные люди-великаны — это редко встречающиеся полиплоидные особи человека, у которых не 46, а, к примеру, 69 или 92 хромосомы? К сожалению, такая гипотеза — чистая фантастика. Жизнеспособны, полиплоидных людей не бывает, хотя некоторые клетки тела человек ка действительно могут содержать больше, чем два гаплоидных набора хромосом. Полиплоидными, например, является часть клеток печени. Триплоидные или тетраплоидные зародыши человека иногда возникают, но они гибнут на самых ранних стадиях эмбриогенеза. Более того, как вы уже убеждались, наличие хотя бы одной добавочной хромосомы сверх положенных 46 приводит у человека к тяжелым синдромам; чего уж ожидать от дублирования всех!

Добавочными могут быть не только половые, но и некоторые другие хромосомы гаплоидного набора человека — так называемые аутосомы. Давайте кратко познакомимся с такими ситуациями и вызванными ими последствиями.

Лишние аутосомы

Синдром Дауна

Во второй половине XIX века на протяжении более десяти лет Дж. Лангдон-Даун — английский врач психиатрической лечебницы в графстве Суррей — наблюдал за умственно отсталой девочкой. У нее было плоское лицо с широкой переносицей и приплюснутым носом, пухлые губы и большой язык. Углы ее глаз у переносицы прикрывали заметные кожные складки, отчего лицо пациентки производило впечатление «монголоидности». Менструации отсутствовали, как и волосяной покров под мышками. Стопы и кисти девушки были непропорционально маленькими, словно детскими, припухлыми. Ее мизинцы были укорочены и немного искривлены. Она была физически слабым, безынициативным человеком, с возрастом так и не научилась читать и писать. Вместе с тем, даже делая скидку на психическую неполноценность, ее можно было назвать душевным и отзывчивым существом, способным чувствовать и эмоционально воспринимать мир.

В 1866 г. Даун в одном из медицинских журналов того времени подробно описал все эти признаки, с которыми многие врачи, впрочем, сталкивались порой и до него. Возможно, особое внимание Дауна именно к этой пациентке объяснялось ее возрастом. Она благополучно пережила 25-ти летний рубеж и при относительно маленьком росте в 130 см весила к тому времени 85 кг. Обычно же дети с такими признаками редко доживали до 10 лет, поскольку почти в половине случаев заболевание сопровождалось тяжелыми пороками сердца. Позже комплекс описанных признаков получил название «синдрома Дауна».

Причины этого странного врожденного заболевания долгое время оставались неясными. Догадка, что оно как-то связано с хромосомами, впервые возникла у А. Блейера — сотрудника медицинской, школы Вашингтонского университета в Сент-Луисе (США). Он выяснил, что у растения ослинника в результате нарушений деления иногда появляются клетки с одной лишней хромосомой. Блейер предположил, что такие дефекты могут редко возникать и при созревании половых клеток человека. На удивление, как говорится, «ткнув пальцем в небо», он попал в точку! В 1950 г. его гипотезу подтвердили исследователи шведского института генетики. Они обнаружили, что у 95–96 % людей с синдромом Дауна в каждой клетке тела можно обнаружить не 46, а 47 хромосом! Лишней хромосомой оказалась 21-я — одна из самых маленьких хромосом человека. Таким образом, синдром Дауна можно считать классическим примером трисомии по 21-й хромосоме.

Позже выяснилось, что в остальных случаях часть этой хромосомы (так называемый участок q22) оказывается встроенной в одну из других хромосом клетки. Как вы помните, такие «перемещения» кусочков хромосом называют транслокациями. Чаще всего в роли «рецепторов» оказываются хромосомы № 13, 14, 15 или 22. Иногда даже на самой хромосоме № 21 упомянутый участок q22 оказывается повторенным дважды. Результат тот же — синдром Дауна. Кстати, у некоторых людей, которые выглядят нормально, одна из хромосом может содержать добавочный фрагмент 21-й хромосомы. В этом случае у носителей данной хромосомной мутации вероятность появления в потомстве детей с болезнью Дауна будет гораздо выше, чем в среднем в обществе.

Эти наблюдения навели исследователей на мысль, что именно в определенном участке 21-й хромосомы и находятся гены, которые являются ответственными за проявления синдрома Дауна. Среди таких генов, в частности, уже обнаружено несколько, наличие которых частично объясняет специфику данного синдрома.

Например, это ген, кодирующий белок α-А-кристаллин, входящий в состав хрусталика. Известно, что при синдроме Дауна часто возникают катаракты. Наверное, их появление и развитие как-то связаны с ненормальной работой гена кристаллина. Во-вторых, это ген, кодирующий один из белков мозга (Р-амилоид). Этот белок обнаружен в больших количествах в так называемых сенильных бляшках, возникающих в мозге при болезни Альцгеймера, которая вызывает старческое слабоумие. В мозге больных синдромом Дауна такого белка тоже много, и, наверное, с этим как-то связана их умственная полноценность. В-третьих, среди генов участка q22 обнаружен онкоген ets-2, который вызывает лейкемию — рак крови. У больных с синдромом Дауна это смертельно опасное заболевание возникает в 20–50 раз чаще, чем в среднем в обществе. Наконец, в участке q22 21-й хромосомы находится ген, кодирующий фермент (супероксиддисмутазу), который борется в нашем теле со свободными радикалами, содержащими атомы кислорода. Как известно, кислород — мощный и опасный для клеток окислитель. Упомянутый фермент не позволяет ему окислять в клетках что попало. Возможно, нарушения в работе этого гена (и, как следствие, сбои в работе фермента) приводят к ускорению процессов старения. Даже в наше время лишь четверть больных синдромом Дауна доживает до 50 лет.

Таким образом, покров тайны, всегда висевшей над синдромом Дауна, начинает понемногу сползать. В самом деле, почему наличие лишней хромосомы (а не ее отсутствие!) приводит к таким драматическим последствиям? По житейской логике, запас карман не тянет. Вероятно, увеличение активности работы генов (три копии вместо двух) так же вредно, как и ее ослабление в результате мутаций. Вместе с тем, многое еще остается неясным. Например, почему часто синдром Дауна связан с врожденными сердечно-сосудистыми дефектами, особенно с различными пороками сердца?

Характерный признак синдрома — длинная срединная поперечная складка, идущая через всю ладонь. Связь же наследственных признаков с гребешковыми валиками кожи на ладонях остается областью малоизученной.

Исследователи иногда отмечают местное и сезонное увеличение частоты рождений детей с синдромом Дауна. Впрочем, до сих пор не ясно, какие именно факторы влияют на такие «вспышки». Ясно, что они должны изменять поведение хромосом в мейозе — мешать им правильно расходиться. Возможно, таким фактором является какой-либо вирус. Американские ученые отметили влияние фтора на частоту возникновения синдрома Дауна. При его концентрации в питьевой воде 0,1–0,2 % частота синдрома составляет 0,39 на 1000 родов. При концентрации фтора 1,0–2,6 % — уже 0,58 на 1000 родов. Разница очевидна! И все же, самой важной причиной, прежде всего влияющей на частоту рождения детей с синдромом Дауна, является возраст матери. Если он не превышает 30–35 лет, вероятность появления на свет такого ребенка от совершенно здоровых родителей может составлять 1/700–1/900. Возможно, частота появления зародышей с синдромом Дауна даже выше, поскольку половина таких эмбрионов спонтанно абортируется. После 35 лет вероятность рождения детей-даунов начинает стремительно расти, и уже к 40 годам роженицы она составляет 1/50. После 45 лет — 1/25. То есть, из каждой согни детей, рожденных пожилыми женщинами, 2–4 ребенка наверняка будут обладать лишней 21-й хромосомой. Связь синдрома Дауна с возрастом родителей была подмечена врачами давно, не случайно некоторые из них в самом начале XX века считали этот синдром последствием «истощения утробы». В 80 % случаев вызывающая синдром лишняя 21-я хромосома содержится в яйцеклетке и лишь в 20 % — в сперматозоиде. Возможно, соотношение «дефектных» гамет у обоих полов одинаково, но сперматозоиды с лишней хромосомой обладают пониженной подвижностью, и поэтому реже достигают готовой к оплодотворению яйцеклетки.

В наше время синдром Дауна достаточно надежно выявляется с помощью пренатальной диагностики, о методике проведения которой рассказано в главе «Диагностика генетических заболеваний», учитывая увеличение вероятности рождения детей с этим синдромом у немолодых родителей, такие пары при планировании семьи обязательно должны обращаться в медико-генетические консультационные центры.

Синдромы Патау и Эдвардса

С вероятностью 1/5000–1/7000 на свет появляются младенцы с лишней хромосомой № 13. В 1960 г. пороки развития, вызванные такой нежелательной добавкой к геному, были описаны врачом Патау. С тех нор комплекс аномалий, вызванный трисомией по 13-й хромосоме, носит название синдрома Патау. Чаще всего речь идет именно о целой добавочной хромосоме, которую обычно передает будущему плоду мать. Однако иногда, как и в случае синдрома Дауна, аномалии развития, характерные для синдрома Патау, могут возникать в результате хромосомных транслокаций, то есть переноса части хромосомы № 13 в другие хромосомы диплоидного набора.

Младенцы с синдромом Патау обычно недоразвиты, хотя рождаются почти в срок; в процессе беременности таким плодом часто возникает многоводие. Характерный признак синдрома — пороки развития головного мозга и черепа. Лоб у младенцев с синдромом Патау обычно скощенный, окружность черепа меньше, чем в норме, переносица запавшая. Дети с синдромом Патау всегда страдают глубокой идиопатией. В процессе эмбрионального развития у них часто возникают расщелины неба и верхней губы. Обычны нарушения строения глаз вплоть до почти полною отсутствия глазных яблок. Уши часто деформированы и низко расположены. Лишняя хромосома № 13 оказывает неблагоприятное действие и на развитие многих внутренних органов, в частности сердца, кишечника, почек и поджелудочной железы. В результате в трех из четырех случаев при синдроме Патау у детей возникают дефекты перегородок сердца, кисты почек и другие подобные аномалии. Девочки иногда рождаются с двурогой маткой. У детей с синдромом Патау, независимо от пола, нередко наблюдаются лишние пальцы на руках или ногах (полидактилия).

Совокупность врожденных дефектов при синдроме Патау настолько сильно влияет на жизнеспособность младенцев, что к первому году жизни доживает лишь около 5 % из них. Усилиями современной медицины удается продлить срок жизни таких детей до 5, и даже до 10 лет, однако эффективных радикальных способов борьбы со столь серьезным генетическим нарушением не существует, и вряд ли стоит надеяться на их появление в ближайшем будущем.

Последствия трисомии по хромосоме № 18 известны в медицинской литературе как синдром Эдвардса. Частота его возникновения примерно такая же, как и синдрома Патау — один случай на 5–7 тысяч новорожденных. По неясным пока причинам девочки рождаются с добавочной 18-й хромосомой в три раза чаще мальчиков. Возможно, эмбрионы мужского пола с добавочной хромосомой № 18 чаще гибнут в процессе внутриутробного развития. Картина, возникающая при синдроме Эдвардса, во многом напоминает ситуацию при синдроме Патау: роды обычно проходят в срок, но новорожденные оказываются недоразвитыми; они медленно развиваются, как физически, так и психически. Лишняя хромосома № 18 приводит к порокам развития лицевой части черепа, сердца, костной системы и половых органов. Такие дети с трудом принимают пищу из-за скошенного подбородка, неразвитых челюстей и маленького рта. Лишь половина новорожденных с синдромом Эдвардса доживают до двухмесячного возраста, до 90 % младенцев с трисомией-18 погибают в течение первого года жизни. Все новорожденные с синдромом Эдвардса демонстрируют глубокую степень дебильности.

Синдром кошачьего крика

В 1963 г. французский исследователь Лежен описал у новорожденных детей врожденную аномалию, которую он назвал синдромом «кошачьего крика». Дело в том, что страдающие им дети имели мяукающий тембр голоса. Такая необычная особенность определялась особым строением их голосовых связок. Позже, в процессе взросления ребенка, этот характерный признак обычно исчезает, и неопытные матери, воспитывая своею первенца, не всегда обращают внимание на этот тревожный симптом. Им обычно просто не с чем сравнивать характер плача своего ребенка. Вот как описывает такую ситуацию американский врач Обри Милунски.

«Одна молодая женщина по имени Мэри (в то время ей было 27 лет) решила проконсультироваться со мной по весьма необычному поводу. За две недели до этого она пригласила в дом водопроводчика для мелкого ремонта. Ее ребенку было тогда четыре недели от роду. Занимаясь починкой раковины на кухне, водопроводчик спросил, не завела ли Мэри себе котенка. Мэри возмутилась, потому что за мяуканье котенка водопроводчик принял крик ее ребенка. Однако в последующие две недели ее внимание все больше и больше привлекал к себе крик ребенка, который и в самом деле чрезвычайно напоминал крик кошки. Поскольку Мэри к тому же испытывала большие трудности при кормлении ребенка, она решила, что необходимо посоветоваться с врачом.

Она начала с жалоб на то, что ребенок очень плохо ест, но скоро стало ясно, что главное, чем она была озабочена, — это его ненормальный крик. Ее беременность протекала совершенно нормально. Случаев наследственных болезней в истории семьи не было. Приступив к обследованию ребенка, я нашел, что он отстает в весе. Его крик действительно весьма напоминал крик кошки. Кроме того, лицо у него было крупнее обычною, глаза слишком широко расставлены, мизинцы на обеих руках слегка искривлены. Прослушивались также шумы в сердце.

Клинический диагноз, который я весьма неохотно и с горечью поставил, был синдром „кошачьего крика“, в то время еще очень трудно распознаваемый. Анализ хромосом ребенка подтвердил диагноз, а вместе с ним и горькие прогнозы о тяжелой умственной отсталости, которые и проявились в ближайшие месяцы и годы».

Горечь Милунски при постановке диагноза была вполне понятна. Для детей с синдромом «кошачьего крика» обычно характерна задержка умственного и физического развития. Синдром вызван нехваткой (делецией) части хромосомы № 5, которую они могут получить от одного из родителей. Порой подобная деления возникает как хромосомная мутация на самых ранних этапах развития зародыша. Как и в случае других хромосомных аномалий, борьба с последствиями синдрома весьма затруднена.

Завершая краткое описание последствий нарушения числа аутосом (неполовых хромосом) у человека, надо заметить, что наверняка сбои в процессе деления половых клеток приводят к появлению и других трисомий, то есть к образованию оплодотворенных яйцеклеток с одной или несколькими добавочными хромосомами. Однако, скорее всего, такие нарушения элиминируются еще в процессе внутриутробного развития, внося свой горький вклад в статистику недоношенных беременностей, заканчивающихся самопроизвольными абортами. Так сама природа борется с генетическими нарушениями, спонтанно возникающими в каждом новом поколении.

Как наследуются генетические нарушения?

Человек есть тайна. Не надо разгадать, и ежели будешь ее разгадывать всю жизнь, то не говори, что потерял время.

Ф. М. Достоевский

— Вы можете быть носителем дефектного гена и не знать об этом

— Проявление некоторых врожденных заболеваний зависит от пола

— Браки между близкими родственниками могут иметь плачевные последствия

— Кто такие люди-мозаики?

Еще до открытия Грегором Менделем простых законов наследования врачи замечали, что многие болезни человека имеют наследственный, «семейный» характер. В наши дни нередко уже при анализе генеалогического семейного древа удается определить, по какому типу они наследуются. Таких типов сравнительно немного, и зависят они главным образом от того, как проявляются мутации, возникшие в конкретном гене. Для того чтобы рассмотреть несколько простых схем наследования генетических нарушений у человека, нам опять придется вспомнить школьные азы генетики.

Доминантные и рецессивные гены

Представьте себе две гомологичные хромосомы. Одна из них — материнская, другая — отцовская. Копии генов, расположенные на одних и тех же участках ДНК таких хромосом называют аллельными или просто аллелями (греч. alios — другой). Эти копии могут быть одинаковыми, то есть полностью идентичными. Тогда говорят, что содержащая их клетка или организм являются гомозиготными по данной паре аллелей (греч. homos — равный, одинаковый и zygote — соединенная в пару). Иногда для краткости такую клетку или организм называют просто гомозиготой. Если аллельные гены несколько различаются между собой, то содержащие их клетки или организмы называются гетерозиготными (греч. heteros — другой).

Понять такую ситуацию очень легко. Представьте, что ваши папа и мама независимо друг от друга напечатали с помощью пишущей машинки одну и ту же короткую заметку, и вы держите в руках оба листочка с получившимися текстами. Тексты — это аллельные гены. Если родители печатали аккуратно и без ошибок, оба варианта будут полностью совпадать вплоть до последнего знака. Значит, вы — гомозигота по данным текстам. Если же тексты различаются благодаря опечаткам и неточностям, их владельца следует считать гетерозиготной. Все просто.

Организм или клетка могут быть гомозиготны по одним генам и гетерозиготны по другим. Тут тоже все ясно. Если у вас будет не одна пара листков с определенным текстом, а много таких пар, каждая из которых содержит свой текст, то какие-то тексты будут полностью совпадать, а другие — различаться.

Теперь вообразите, что у вас в руках снова два листочка с текстами. Один текст напечатан идеально, без единой ошибки. Второй точно такой же, но с грубой опечаткой в одном слове или даже с пропущенной фразой. В этой ситуации такой измененный текст можно назвать мутантным, то есть измененным (лат. mutatio — изменение, превращение). Такая же ситуация и с генами. Принято считать, что существуют «нормальные», «правильные» гены. Генетики называют их генами дикого типа. На их образцовом фоне любые измененные гены можно назвать мутантными.

Слово «нормальные» написано в кавычках в предыдущем абзаце не случайно. В процессе эволюции при копировании генов, которое происходит при любом делении клеток, медленно, постепенно и постоянно накапливаются незначительные изменения. Происходят они и при образовании гамет и, тем самым, передаются следующим поколениям. Точно так же и при многократном последовательном переписывании от руки длинного текста в нем неизбежно будут возникать нее новые и новые неточности и искажения. Историкам, изучающим древнюю литературу, это хорошо известно. Поэтому порой трудно бывает сказать, какой вариант гена является «нормальным» и совершенно правильным. Однако когда возникает явный грубый ляпсус, он совершенно очевиден на фоне исходного текста. Учитывая это, и можно говорить о нормальных и мутантных генах.

Как ведет себя мутантный ген в паре с нормальным? Если действие мутации проявляется в фенотипе, то есть последствия присутствия мутантного гена у гетерозигот удается зарегистрировать в результате каких-либо измерений или наблюдений, то такой мутантный ген называют доминантным (лат. dominus — хозяин). Он как бы «подавляет» нормальный ген. Как вы помните, слово «доминирующий» в русском языке означает «главенствующий», «господствующий», «выделяющийся над всеми». Говорят же, например, военные: «Эта высота доминирует над всей местностью». Если в паре с геном дикого типа мутантный ген никак не проявляет своего действия, последний называют рецессивным (лат. cessatio — бездействие).

Проявление врожденных заболеваний и тип их наследования в ряду поколений как раз и зависят главным образом от того, рецессивным или доминантным будет являться измененный, мутантный ген, ответственный за возникновение данного недуга. Описания многих наследственных заболеваний человека, которые в дальнейшем упоминаются в книге, будут содержать краткое упоминание о типе их наследования, если такая информация не вызывает сомнений.

Доминантный тип наследования

Если мутантный ген является доминантным, наличие такого гена обязательно будет проявляться у человека, который является его носителем. Чаще всего такие люди бывают гетерозиготами по данному гену, то есть один аллельный ген у них является неповрежденным, а другой — мутантным. Если признаки данного заболевания не проявляются, это служит гарантией того, что человек не является носителем мутантного гена, вызывающего этот недуг.

Рассмотрим наиболее частую ситуацию, когда в брак вступают люди, один из которых является носителем доминантного мутантного гена. Обозначим этот мутантный ген черным кружком, а его исходный, неповрежденный вариант — белым кружком. Будем рассматривать только эти пары генов, остальные гены организма нас в данном случае не интересуют. Все диплоидные клетки больного родителя являются гетерозиготными по данному гену. Следовательно, клетки, из которых будут получаться его гаметы, также будут нести пару генов — нормальный и мутантный. В процессе образования половых клеток число хромосом сокращается вдвое. В результате каждая гаплоидная половая клетка будет нести только одну копию гена, о котором идет речь. Нетрудно догадаться, что половина всех гамет независимо от пола родителя будет содержать мутантный ген, а другая половина — нормальный.

В процессе оплодотворения восстанавливается диплоидный набор хромосом. Взглянув на схему (рис. 1), нетрудно убедиться, что половина всех оплодотворенных яйцеклеток окажутся при этом гетерозиготными, то есть они будут нести мутантный ген (на схеме он помечен черным цветом). Следовательно, в потомстве родителей, один из которых является носителем мутантного доминантного гена, следует ожидать рождение больных детей с вероятностью 50 %. Разумеется, это не означает, что среди четырех детей от такого брака двое обязательно окажутся больными. Речь идет именно о вероятности. Хорошо ведь известно, что монетка падает «орлом» или «решкой» тоже с вероятностью 50 %. Однако всегда есть шанс получить серию, например, из пяти «решек», выпавших подряд друг за другом. Просто вероятность такого события невелика.

Рис. 1. Схема наследования мутантного гена, носителем которого является один из родителей

Важно подчеркнуть при этом, что вероятность выпадения «орла» или «решки» совершенно не зависят от всей серии предыдущих падений монетки. Представьте себе почти невероятную ситуацию, что «решка» выпала подряд десять раз. Какова вероятность, что она снова выпадет при новом броске? Те же 50 %! Известно, что мальчики и девочки рождаются примерно с равной вероятностью. Можно ли при этом стать отцом четырех дочек? Конечно. Хотя такие случаи нечасты. Вернемся теперь к врожденным заболеваниям. Предположим, что в семье, где один из родителей является гетерозиготным носителем доминантного мутантного гена, родился ребенок, унаследовавший этот недуг. Означает ли это, что второй ребенок обязательно теперь родится здоровым? К сожалению, нет. Такое печальное событие опять может произойти с вероятностью 50 %. Здесь надо отметит что врачи, занимающиеся врожденными заболеваниями, всегда оценивают именно вероятность их передачи следующему поколению.

Какими же еще особенности характерны для врожденных заболеваний, которые передаются по доминантному типу? В результате анализа родословных нетрудно заметить, что:

— такая болезнь встречается в каждом поколении;

— нормальные дети родителей, хотя бы один из которых болен, имеют в дальнейшем здоровых детей;

— соотношение больных и здоровых родственников составляет примерно 1:1;

— проявление заболевания не зависит от пола.

Можно рассмотреть редкую ситуацию, когда в брак вступают два больных родителя (рис. 2), которые являются носителями одинаково доминантной мутации в одном и том же гене. В этом случае вероятность рождения здорового ребенка составляет всего 25 %. Половин детей от такого брака будут больны, так же, как и родители. В одном случае из четырех на свет может появиться младенец, который унаследует одновременно оба мутантных гена. То есть он будет являться гомозиготой по мутантному гену. В этой ситуации почти не верняка болезнь будет протекать у него гораздо тяжелее. К сожалению, бывают случаи, когда такие гомозиготы просто нежизнеспособны. Если подобная ситуация будет приводить к спонтанному аборту на ранних стадиях беременности, соотношение больных и здоровых детей от больных родителей будет приближаться к 1:2.

Рис. 2. Схема наследования мутантного гена, носителем которого являются оба родителя

Рецессивный тип наследования

Болезни с рецессивным типом наследования проявляются только у людей — рецессивных гомозигот по данным генам. Это означает, что в случае, когда клетки человека обладают только одним мутантным аллельным геном, а второй ген работает нормально, признаки заболевания обнаружить не удается. Они выявляются только в том случае, если во всех клетках тела одновременно находится по паре мутантных аллелей данного гена. Такая ситуация означает, что можно быть носителем мутации и совершенно не подозревать об этом! Если носитель рецессивного мутантного гена вступает в брак с человеком, у которого оба аллеля данного гена нормальны, в потомстве от такого брака также не удастся обнаружить видимого проявления мутации. Если же оба родителя являются носителями мутации, с вероятностью 25 %, у них может родиться больной ребенок, который будет являться рецессивной гомозиготой по мутантному аллелю.

Мутантные аллели, которые в принципе могут являться причиной того или иного врожденного заболевания, встречаются у людей все же нечасто. Предположим, частота обнаружить такой аллель составляет 1/500. Вероятность образования родительской пары, у которой случайным образом совпали одни и те же дефекты в ДНК, будет, естественно совсем крошечной. В нашем случае она будет равна 1/500 х 1/500 = 1/250000. Всего один случай на четверть миллиона! Шанс совсем крошечный, однако, он может многократно возрасти в случае неслучайного образования пар со сходными дефектами. Такое может произойти в результате родственного брака. Не случайно у разных народов и в разных странах запрет на подобные браки зафиксирован в законодательстве. Обычно он не распространяется на брак с племянником, племянницей или двоюродным родственником, хотя и в этом случае шанс появления в потомстве детей с врожденными аномалиями существенно возрастает. Чем реже встречается данная рецессивная мутация в обществе, тем чаще вызванное ею заболевание проявляется в результате браков именно близких родственников.

Наследование по рецессивному типу обладает также следующими особенностями:

— сами родители, у которых в потомстве появляются больные дети, обычно здоровы;

— в браке здорового человека с больным все дети будут здоровы, если здоровый не гетерозигота по мутантному гену;

— если больны оба супруга, все их дети обязательно будут больными;

— в браке больного с носителем мутантного аллеля половина рожденных детей будут больными.

Подобные тины браков чаще всего встречаются среди близких родственников.

Наследование, сцепленное с полом

В предыдущих двух случаях, когда мы рассматривали наследование врожденных аномалий по доминантному и по рецессивному типу, предполагалось, что мутации затрагивают аутосомы (греч. autos — сам и soma — тело), то есть находятся не в половых хромосомах. Однако встречаются заболевания, причинами которых являются именно половые хромосомы. Как вы помните, в отличие от парных аллельных аутосом, эти хромосомы разные. Следовательно, каждый находящийся в них ген не имеет аллельной пары. К тому же, сочетания половых хромосом обуславливают половую принадлежность человека. Это и определяет во многом специфику наследования болезней, сцепленных с полом.

Чаще всего мутантные гены находятся в X хромосоме. Рассмотрим случай, когда такая мутация является доминантной. Ясно, что тогда заболевание будет проявляться и у мальчиков, и у девочек. Что еще характерно для подобной ситуации?

— Больных женщин вдвое больше, чем мужчин, несмотря на примерно равное соотношение полов в обществе;

— если в данном браке больна только мать, она передаст заболевание 50 % своих сыновей и 50 % своих дочерей;

— у мужчин заболевание обычно проявляется тяжелее;

— если в данном браке болен только отец, все его дочери окажутся больными, а сыновья родятся здоровыми.

Последнюю особенность легко объяснить. Мужчина обладает только одной X хромосомой. Именно ее он передает своим дочерям. Если такая хромосома несет доминантную мутацию, она обязательно проявится у дочерей больного отца. Своим сыновьям он передает только Y хромосому, которая не несет копию мутантного гена.

Если мутация, локализованная в X хромосоме, является рецессивной, то:

— заболевание проявляется только у мальчиков;

— у больных мальчиков нередко бывают больны дяди по матери;

— сестры больных братьев с вероятностью 50 % являются носительницами мутантного гена;

— больные мужчины передают мутантный ген всем своим дочерям, которые становятся его носительницами;

— мальчики, родившиеся от брака здорового мужчины с женщиной — носительницей мутантного гена, с 50 % вероятностью окажутся больными.

Классический пример заболевания, сцепленного с полом и передающегося в поколениях по данной схеме — гемофилия. При этом первое утверждение, что болеют только мальчики, строго говоря, не совсем верно. Ведь можно представить себе случай, когда обе женские X хромосомы содержат по мутантному аллелю данного гена. Такая ситуация может возникнуть в результате брака женщины — носительницы мутантного гена и больного мужчины. Половина всех их дочерей будет иметь по мутантному гену в обеих X хромосомах и, следовательно, такие девочки окажутся больными. Такие ситуации возникают все же достаточно редко, поэтому и считается, что та же гемофилия проявляется только у мужских представителях рода.

По сравнению с X хромосомой, Y хромосома несет мало генов. Поэтому известно лишь немного заболеваний, которые обусловлены мутациями, локализованными в Y хромосоме. Проявляются они, естественно, только у мальчиков. Поскольку «Y-гены» определяют развитие организма по мужскому пути, мутации в них часто приводят к стерильности. Следовательно, такие мутации появляются каждый раз вновь в результате случайных событий и не передаются в ряду поколений.

Люди-мозаики

Подводя краткий итог описанию типов наследования врожденных заболеваний человека, необходимо сделать несколько замечаний. Мутантные гены работают не в одиночку. Они всегда «трудятся» вместе со всеми остальными генами человека. Сочетание же генов у каждой отдельной личности уникально. Поэтому одна и та же болезнь вызванная нарушениями в генах или хромосомах, может протекать у различных людей по-разному. Например, у одних гетерозигот по доминантному мутантному гену недуг может проявляться в явной форме, а у других — очень слабо. В генетике даже есть специальный термин для обозначения таких феноменов — пенетрантность. Заболевания, обладающие большой пенетрантностью, проявляются практически у всех носителей доминантного гена. При слабой пенетрантности заболевание как бы «мелькает» в ветвях родословного древа, проявляясь далеко не во всех случаях, когда этого вроде бы следовало ожидать.

Нередко можно говорить не о наследственных болезнях, а о наследственной предрасположенности к тем или иным заболеваниям. Вероятно, такая ситуация опять-таки объясняется тем, что каждый человек является носителем совершенно уникального сочетания различных генов, и в некоторых случаях именно те или иные сочетания оказывают влияние на возможность возникновения или проявления болезни. Анализировать такие ситуации непросто, равно как и выдавать прогнозы об их наследовании.

Некоторые мутации проявляются очень четко, влияя на один или несколько признаков. Другие влияют на целые системы органов, на организм в целом, на обмен веществ. Иногда даже трудно бывает понять, какой именно конкретный дефект лежит в основе появления того или иного синдрома. Как объяснить этот феномен? Наш организм можно сравнить с очень сложным заводом. Если из строя выходит деталь только одного станка или механизма, это сказывается только на его работе. Если же проблемы возникли в системах, влияющих на производство в целом, перебои начнутся по всей технологической цепочке. Представьте себе, к примеру, что изоляционный пластик проводов со временем стал разрушаться. Короткие замыкания в проводке наверняка скажутся на работе компьютеров. Они же вызовут остановку и сборочного конвейера. Такая же ситуация и со сбоями, имеющими наследственный характер. В некоторых случаях уже точно известны гены и белки, изменения в которых их вызывают. В других ситуациях конкретная причина наследственных болезней остается пока неизвестной.

Рассуждая о наследовании тех или иных мутаций, мы молчаливо предполагали, что все диплоидные клетки организма человека обладают наборами одних и тех же генов. Теоретически это так. Разница в работе клеток различных тканей зависит лишь от того, какие именно гены в них работают, а какие «выключены». На практике иногда оказывается, что мутантные гены содержатся не во всех клетках тела, а лишь в их части. Таких людей называют мозаиками, а само явление различия генома клеток в пределах организма — мозаицизмом. Понять причину его возникновения несложно.

Представьте, что на самых ранних стадиях развития зародыша происходит мутация в одной из его клеток. Все остальные клетки остаются нормальными. Если мутантная клетка сохраняет при этом жизнеспособность и способность к делению, это приведет к ситуации, когда лишь часть клеток новорожденного будет обладать данной мутацией, а другая часть останется нормальной. Так на свет рождаются люди-мозаики. Выявлять такие случаи гораздо труднее, поскольку анализ пробы лишь нескольких тканей может дать отрицательный результат. Более того, поскольку в течение жизни человека во многих его клетках постепенно накапливаются различные мутации, все мы в той или иной мере являемся мозаиками. Это совершенно неизбежный процесс. На фоне миллиардов нормально работающих клеток несколько мутантных — не проблема. Важно лишь, чтобы изменения в их генах не приводили к появлению раковых клеток.

Врожденные заболевания органов и тканей

Диагностика достигла таких успехов, что здоровых людей практически не осталось.

Бертран Рассел

— Карликовость может быть вызвана дефектом в генах

— Авраам Линкольн и Николо Паганини страдали от врожденных заболеваний

— Белок дистрофии приковывает мальчиков к инвалидной коляске

— Резус-конфликт способен убить ребенка в чреве матери

— Распутин боролся с гемофилией

— Дальтонизм — болезнь наследственная

Костная и мышечная системы

Гиганты и карлики

Гормон роста

В книге «Секреты эндокринологии» рассказывается о знаменитых гигантах и карликах, а также приводятся любопытные своеобразные «рекорды», связанные с самым маленьким и самым большим ростом в мире. Самым высоким человеком во второй половине XX века был уроженец местечка Элтон в штате Иллинойс американец Роберт Уадлоу. В 22 года его рост составил 286 см, а вес — 1200 кг. Роберт, которого прозвали «элтонским гигантом», был почти вдвое выше всех членов своей семьи, физические параметры которых ничем не отличались от таковых большинства людей. К сожалению, жизнь его трагически оборвалась из-за скоротечной болезни.

Самой высокой женщиной была Зенг Зин Ля (Китай). Ее рост в 1982 г. достиг 244 см.

Карликовым считается у мужчин рост ниже 130 см и у женщин менее 120 см. По статистике, один карлик приходится на каждые 15 тысяч жителей нашей планеты. Одной из самых маленьких женщин в мире была Полин Мастерс из Нидерландов. В 1895 г. в возрасте 19 лет ее рост был равен 60 см. Рекорд же карликовости держит пока мексиканка Лючия Зарата, родившаяся во второй половине XIX века. Ее рост составлял всего 20 дюймов, то есть не более 51 сантиметра! Самым маленьким мужчиной считается американец Кальвин Филипс, чей рост в 1812 г. был равен 57 см. Порой карлики благодаря своей необычной внешности становятся знаменитостями. В частности, среди лилипутов было немало знаменитых актеров. Например, Герве Виллечейз, который стал известным после роли Тату в американском телесериале «Фантастический остров», и циркач Чарльз Шервуд Страттон (имевший рост 1 м). Герцог Бекингем в начале XVII века передал английскому королю Карлу I в качестве живой игрушки карлика Джефри Хадсона, чей рост не превышал рост пятилетнего ребенка. Несмотря на с голь малые размеры Хадсона, его жизнь вместила множество приключений, достойных описания в романе. Он бывал пленником фламандских и турецких пиратов, бежал из Англии во Францию после того, как Кромвель лишил Стюардов престола, дрался на дуэлях, сидел в тюрьме по ложному обвинению в заговоре против короля, был оправдан и числился по королевским ведомостям… шпионом его величества!

Другим знаменитым карликом был Чарльз Шервуд Страттон, которому его импресарио (тоже, кстати, лилипут!) дал сценическое имя Том Тамб, то есть «мальчик с пальчик» (англ. thumb — большой палец). В XIX веке на Тамба стекались посмотреть миллионы людей! Во время турне по Европе он был представлен самой королеве Виктории, которой тоже не было чуждо здоровое любопытство к причудам природы. Можно сказать, что вся жизнь Тамба была одним сплошным шоу. Когда в 1857 г. он решил жениться на очаровательной лилипутке Лавинии Уоррен Вами, его свадьба превратилась в сценический гвоздь сезона. Тамб получил подарки от более чем 2 тысяч человек, среди которых был тогдашний президент Соединенных Штатов Авраам Линкольн. Через некоторое время пресса будоражила воображение обывателей рассказами о ребенке, который якобы появился в результате этого удивительного брака. Младенца некоторое время даже показывали публике, хотя, конечно, это был сознательный розыгрыш. Через некоторое время младенец «скончался» от болезни. Америка искренне горевала и сочувствовала паре лилипутов.

В чем же причина карликовости? Почему возникают подобные отклонения от нормы? Являются ли они наследственными и наследуемыми? Чтобы разобраться с этим вопросом, стоит вспомнить основы школьной анатомии.

Основой скелета человека является позвоночник — стержень, состоящий из 33 отдельных сегментов — позвонков, расположенных в виде столба. Позвоночник — наиболее древняя часть скелета человека. В эволюции он появился около 500 млн лет назад. У наших предков было больше костей, чем в скелете современных людей. Поэтому в теле развивающегося ребенка около 300 костей — гораздо больше, чем в теле взрослого человека. В процессе развития некоторые кости срастаются.

Каждый позвонок состоит из тела и дуги, между которыми расположено отверстие. В позвоночнике эти отверстия образуют канал, внутри которого находится спинной мозг. Таким образом, позвоночник является не только главной опорой для тела, но и прочным футляром для главного «нервного кабеля» человеческого организма.

Скелет человека — весьма совершенная инженерная конструкция. Достаточно сказать, что верхняя конечность человека состоит из 32 различных костей. Большую часть из них составляют маленькие кости запястья, пястные кости, а также фаланги пальцев. Нижняя конечность человека состоит из 31 кости. Большую часть из ник составляют маленькие кости предплюсны, плюсневые кости и фаланги пальцев. Вероятно, не существует отдельных генов, которые так или иначе контролируют каждую отдельную косточку человека. Некоторые гены кодируют белки соединительной ткани, которые входят в состав скелета. Другие являются регуляторными, то есть играют определенную роль в формировании костей в эмбриогенезе и влияют на рост костей.

Глядя на изображение скелета, можно подумать, что он является неживым каркасом, а составляющие его кости напоминают прочные пластмассовые стержни и пластины. Это не так. Каждая кость в теле человека является живым образованием, способным постепенно увеличиваться в размерах. Поврежденные кости могут срастаться после переломов. Неживые образования на такое неспособны. Любая кость является результатом деятельности клеток остеоцитов (от греч. osteon — кость и cytos — клетка). Множество остеоцитов и выделяемое ими межклеточное вещество образуют костную ткань, которая является разновидностью соединительной ткани. Поверхность любой кости покрыта плотной оболочкой — надкостницей. Находящиеся в ней остеоциты работают как каменщики на стройке. Они создают все новые и новые пластинки из солей кальция, из которых постепенно слагается плотная часть кости. В результате кость растет в толщину. Чем интенсивнее работают остеоциты, тем быстрее идет процесс увеличения размеров скелета.

Часть остеоцитов, названная остеобластами, строит кость в зонах роста, которые расположены главным образом в местах перехода средней части кости в ее оконечность. Именно там расположен так называемый эпифизарный хрящ, за счет роста которого кость вытягивается в длину. Другая группа клеток, называемых остеокластами, постоянно разрушает кость. Такой процесс тоже необходим для нормального роста скелета, ведь диаметр полости трубчатых костей по мере их увеличения в длину тоже увеличивается. Это происходит именно благодаря остеокластам.

У мужчин рост скелета наиболее быстро происходит в 15–16 лет и заканчивается к 20 24 годам. У женщин он идет наиболее интенсивно в 12–13 лет и заканчивается к 18–22 годам. До 50 лет рост взрослою человека остается неизменным, а потом начинает уменьшаться на 1–2 см каждое десятилетие. Средний рост у различных народностей колеблется от 135 до 178 см.

Тем не менее, иногда на свет появляются очень маленькие люди — карлики, которых иначе с легкой руки Джонатана Свифта называют лилипутами. Как бы в противовес, порой рост отдельных людей заведомо превышает верхнюю границу нормы. Петр I интуитивно считал, что такие состояния являются врожденными. Во всяком случае, он пытался вывести породу солдат путем принудительных браков между великорослыми супругами. Как известно, из этой царской идеи ничего не вышло. Времени не хватило для очередного «прожекта», или причина кроется в чем-то ином?

На интенсивность работы остеоцитов и ряда других клеток организма влияют в первую очередь не гены как таковые, а гормон роста соматотропин (греч. soma — тело и tropos — способ). Он представлял собой белок, который вырабатывается в одной из плавных желез внутренней секреции — в гипофизе. Он расположен в черепе и выделяется еще около 10 различных гормонов. На связь работы гипофиза с ростом ученые обратили внимание еще в конце XVIII века. Однако выяснить, что ключевую роль играет белок, удалось лишь в XX веке. Соматотропин состоит из 191 аминокислоты. Недостаток его синтеза приводит к карликовости, которая получила название гипофизарного нанизма (греч. nannos — карлик). Нормальное содержание гормона роста в крови составляет 3,8±0,2 нг/мл, в то время как у карликов оно снижено до 1,3±0,3 нг/мл.

Сразу надо оговориться, что карликовость вызывается многими причинами, и врожденные случаи составляют лишь часть общей патологии. Например, истоки карликовости иногда надо искать в психо-социальной сфере или в опухолях гипофиза. Задержке роста способствует и множество других заболеваний. Она может вызываться пороками сердца, болезнями легких, почек, печени, нехваткой витаминов, различными инфекциями, а также черепно-мозговыми и родовыми травмами (особенно при кесаревом сечении). Не стоит лишний раз подчеркивать, что в силу специфики книги речь дальше пойдет именно о генетически обусловленных причинах карликовости.

В эволюции хордовых животных кости возникли не сразу. Сначала роль опоры для поддерживания формы их тела играл хрящ, одного из самых наших дальних родственников — ланцетника — до сих пор в теле нет ни одной косточки. Внутри его полупрозрачного тела проходит только хрящевой тяж — хорда. Лишь значительно позже спинной и головной мозг хордовых были укреплены костными пластинками. Поэтому и в процессе эмбриогенеза у человека на месте костей сначала возникают хрящи. Понятно, что любые дефекта их закладки, роста и развития практически автоматически будут сказываться на формировании скелета.

Одним из таких дефектов является ахондроплазия (греч. chondros — хрящ) — врожденное аутосомно-доминантное заболевание, встречающиеся с вероятностью примерно 1/10000. Хрящ при этом недоразвит, не так прочен, как следовало бы, к тому же порой он начинает ненормально разрастаться. Все это приводит к укорочению формирующихся костей и искривлению позвоночника. Поскольку позвонки так и не могут приобрести необходимую прочность, при ахондроплазии порой происходит сдавливание спинного мозга под действием тяжести тела. В крайних случаях такая ситуация со временем приводит к остановке дыхания и смерти. Часть эмбрионов с таким диагнозом гибнет еще внутриутробно. В лучшем же случае новорожденные жизнеспособны, но у них страдают суставы, искривляются ноги, стопы становятся большими, как бы расплющиваясь. По сравнению со всем скелетом голова с заметно выдающимся лбом становится непропорционально крупной. Интеллектуальное развитие детей не страдает, однако заболевание практически не поддается лечению.

Прочность костей во многом зависит также от содержания в них солей кальция. Способность костных клеток захватывать эти соли зависит от витамина D. Как известно, в организме человека он образуется при воздействии на кожу ультрафиолетовых солнечных лучей. Дети, появившиеся на свет зимой, нечасто принимают естественные солнечные ванны, а через оконные стекла ультрафиолетовые лучи не проходят. В результате в растущих костях новорожденных начинает не хватать солей кальция. Кости конечностей и позвоночника становятся менее прочными и порой могут даже искривляться под тяжестью тела. Такое заболевание называется рахитом (от греч. rhachis — спинной хребет). Новорожденные много лежат на спице, поэтому у рахитичных младенцев кости затылка постепенно становятся плоскими. Избежать рахита совсем несложно, принимая ультрафиолетовые ванны и употребляя в пищу свежие овощи и фрукты — продукты, содержание витамин D. Гораздо труднее бороться с ситуацией, когда витамин D в необходимом количестве вырабатывается, но не захватывается при этом клетками. Так происходит в результате генетических дефектов, возникающих в клеточных рецепторах этого витамина. Такое заболевание называется семейным гипофосфатимическим рахитом. Оно встречается в вероятностью 1/25000 родов. Последствия примерно такие же, как и при обычном рахите. Чаще всего у малышей под действием тяжести тела начинают искривляться ноги.

Карликовость часто объясняется различными нарушениями в гене, кодирующим гормон роста. Описано уже несколько подобных дефектов. Обычно речь идет о делениях, то есть утратах части ДНК. Такие состояния, естественно, наследуются, причем обычно по рецессивной схеме. То есть больные (карлики) являются гомозиготами по дефектному гену. Описаны точечные мутации в гене соматотропина, приводящие к обрыву синтезируемого белка со всеми вытекающими отсюда последствиями катастрофического падения ею биологической активности. Существуют также врожденные формы карликовости, наследуемые по доминантному типу и даже формы, сцепленные с полом. Другая распространенная причина врожденной карликовости — дефекты в гене рецептора соматотропина (синдром Ларон). То есть сам гормон вырабатывается нормально, но клетки его «не видят». Они просто не в состоянии воспринять его сигнал. В общем, с генетической точки зрения пестренькая получается картина. Ее пестрота обусловлена еще и тем, что на синтез соматотропина в клетках оказывают влияние некоторые другие гормоны. Например, гормон роста выделяется из клеток гипофиза под воздействием двух гормонов: так называемою рилизинг-фактора и соматостатина. Следовательно, генетические нарушения в их производстве почти автоматически будут негативно сказываться и на «клеточных поставках» гормона роста. Наконец, надо добавить, что и сам гормон роста не оказывает непосредственного влияния на интенсивность работы клеток. Он стимулирует печень выделять особые вещества — соматомедины. И вот уже они непосредственно влияют на синтез белка в клетках. Следовательно, любой генетический дефект в производстве этих соматомединов также может служить причиной карликовости.

Любая из врожденных причин карликовости приводит к характерной клинической картине. При рождении рост и вес детей соответствуют норме. Первые признаки заболевания появляются лишь в возрасте 2–3 лет, когда они начинают отставать в росте от своих сверстников. Скорость роста у детей с недостаточным производством соматотропина резко снижена. За год ребенок должен подрастать не менее чем на 4 см (нормой считается 7–8 см в год). Если этого не происходит, и прирост не превышает 3–4 см в год, надо срочно обратиться к эндокринологу.

Задержка роста не оказывает существенного влияния на пропорции тела. Они остаются нормальными. Зато кожа становится тонкой и нежной. Подкожно-жировая клетчатка также недоразвита. Дефекты в рецепторах к гормону роста (синдром Ларон) приводят обычно к избыточной массе тела при слабо развитой мускулатуре. Скелет окостеневает медленнее, чем следует, часто наблюдаются нарушения развития и смены зубов. У карликов обычно высокий голос, тонкие волосы и мелкие черты лица, они, как правило, бесплодны, а их половые органы недоразвиты. Вместе с тем, умственное развитие людей с недостатком гормона роста находится в норме, порой у них хорошая память, хотя психика часто носит оттенок детскости и неразвитость эмоций.

Пока рост скелета еще не закончился, карликовость можно вылечить с помощью инъекций гормона роста, которые должны осуществляться под контролем врача эндокринолога. Когда препараты на сто основе только входили в медицинскую практику и опыта их применения еще не хватало, случались и «курьезы». Например, житель Австрии Адам Рейнер вырос из 115-сантиметрового карлика в 214-сантиметрового гиганта. Считается, что это самое большое из зарегистрированных в мире колебаний роста. В настоящее время гормональная терапия с применением соматотропина помогает детям с дефицитом гормона роста нормально расти. При длительной терапии они могут достичь вполне удовлетворительных параметров физического развития взрослого человека.

Люди, у которых соматотропный гормон по тем или иным причинам вырабатывается в избытке, страдают не менее неприятным заболеванием — акромегалией (греч. megalos — большой). Одна из распространенных причин — опухоли гипофиза, в результате развития которых продукция гормона роста увеличивается. Из-за этого начинают увеличиваться кисти рук, стопы, нижняя челюсть, нос и даже язык. Лицо расширяется за счет разрастания связочных узлов нижней челюсти под скулами. Мышечная масса также растет. Гормон роста укрепляет соединительную ткань, сухожилия, кости и хрящи, что приводит к увеличению силы. Не случайно на Западе профессионалы, занимающиеся бодибилдингом, нередко включают в свой медикаментозный арсенал соматотропин, полученный методами генной инженерии. Не удивительно, что их мышцы растут прямо на глазах! Ведь гормон роста «подстегивает» синтез белка в клетках и стимулирует сами клетки к делению. Для сравнения — препараты на основе стероидных гормонов к увеличению числа мышечных клеток не приводят. Кстати, Международный Олимпийский Комитет в 1988 г. запретил спортсменам использовать соматотропин, классифицировав его как разновидность допинга. Генно-инженерный соматотропин используют не только профессионалы. В наши дни только в США около миллиона человек регулярно используют препараты с гормоном роста, приводя с его помощью в порядок свое несколько обрюзгшее тело.

Американцев понять можно — они готовы на все, чтобы внешний «фасад» личности соответствовал навязанным обществом стандартам. Ради этого они готовы на любые жертвы: и грудь силиконовую вставят, и золотыми нитями морщинистую кожу подтянут… Соотечественника же сразу хочется предупредить: познакомившись с удивительными особенностями соматотропина, не надо кидаться в ближайшую аптеку на его поиски. С гормонами ведь вообще шутки плохи. Тут недолго и переборщить. Эти препараты обычно советуют принимать только по рекомендации врача и под его неусыпным контролем. А еще можно заработать гипертонию, гипертрофию сердечной мышцы и заполучить к тому же проблемы со щитовидной железой.

К тому же, гормональные курсы обычно дороги, особенно если они включают генно-инженерные препараты. Ампула с гормоном роста, содержащая 16 условных единиц препарата, стоит более 20 долларов США. В лучшем случае вам ее хватит на неделю. Средний же курс гормонотерапии с применением синтетического соматотропина длится от 6 недель до 6 месяцев. Вот и подсчитайте, во сколько обойдется «подправить» фигуру без особых усилий! Так что если вы действительно хотите немного подрасти или подправить фигуру, лучше хвататься за проверенные опытом гантели, чем за сомнительные таблетки. Тем более, что на вводимый гормон роста животных иммунная система вырабатывает антитела (то есть пытается cm «уничтожить»), При этом каждые сутки в теле человека совершенно бесплатно вырабатывается от 0,5 до 1,5 единиц собственного гормона роста. Его синтез можно увеличить с помощью физических нагрузок, полноценного сна, снижения содержания сахара в крови (гипогликемия) и даже стрессов. Надо также учитывать, что лечение гормоном роста проводят только детям от 3 до 17–18 лет, то есть до окончания роста. Позже эффекту, от применения соматотропина будут незначительны.

Кстати, с возрастом естественный синтез соматотропина падает. В результате к старости люди обычно становятся чуть ниже ростом. При этом доказано, что соматотропин может предотвращать процесс старения! Доктор Марк Блекман из Университета Джона Гопкинса (США) уже два десятилетия разрабатывающий эту проблему, опубликовал недавно результаты исследований. Вот самые интересные: доказано, что у молодых людей с недостатком гормона роста рано появляются признаки старения. После приема искусственного гормона они исчезают!

В историческом плане со средним ростом людей происходит прямо противоположный процесс. С течением времени он увеличивается. В начале XIX века средний рост мужчин составлял 155–160 см. В 1980 г. по мировой статистике он уже достиг 173,9 см. К 1987 г. мужчины «подросли» до 174,1 см. Не отстают от них и женщины. Их средний рост также увеличивается. В начале XXI века этот во многом загадочный процесс, судя по всему, продолжится. Очевидно, гены тут ни при чем. В чем же дело? Самое банальное объяснение — улучшение качества жизни. Менее очевидное состоит в том, что в эволюции видов есть свои тенденции, непосредственно не связанные с отбором по Дарвину.

Коварный белок

До середины восьмидесятых годов XX века различные виды гипофизарного нанизма достаточно успешно лечили дозами гормона роста, который выделяли из гипофизов человеческих трупов. Так продолжалось до тех пор, пока такая практика не привела к гибели нескольких людей. Первым в 1984 г. скончался двадцатилетний молодой человек, которого с 3 до 17 лет лечили именно гормонами роста, полученными из гипофизов покойников. Его смерть наступила в Стенфордском университете через 6 месяцев после появления первых неврологических признаков болезни. При вскрытии был поставлен диагноз: болезнь Крейцфельда — Якоба. В 1985 г. было опубликована информация о еще трех подобных смертных случаях. Медицинский мир был встревожен. В результате были тщательно проверены все истории болезней людей, которые получали препараты гормонов роста из трупного материала. В результате выяснилось, что от болезни Крейцфельда — Якоба, заработанной таким необычным путем, к 1993 г. скончалось более 50 человек! Как следствие, применение в лечебных целях гормона роста, полученного из гипофизов человека, было запрещено.

Что же это за таинственная болезнь, и какое она имеет отношение к соматотропину и генам человека? Сама по себе эта история так любопытна, что имеет смысл немного задержать на ней ваше внимание.

История научного исследования этого смертельно опасного недуга уходит корнями в XVIII век. Именно тогда в Англии впервые была описана болезнь овец, которую местные фермеры называли скрепи (от англ. to scrape — скоблить, скрестись, тереться). Заболевшие ею овцы начинали дрожать, неистово чесаться, часто буквально соскребая с себя почти всю шерсть, и вскоре погибали.

Сначала подобную хворь считали сугубо «овечьей» напастью, но уже в первой половине XX века скрепи удалось заразить коз. За ними последовали олени, хомяки, кошки, крысы и мыши, что неизбежно породило вопрос о соответствующем инфекционном агенте. Теоретически это мог быть вирус, бактерия или одноклеточное существо, поскольку уже в 1935 г. французские исследователи доказали, что скрепи может передаваться от одной овцы к другой в результате прививки.

Дело с выделением возбудителя заболевания шло очень туго, поскольку подозреваемый в преступлениях вел себя странно. Он не вызывал никаких воспалительных процессов, защитная иммунная система хозяина на него никак не реагировала. С другой стороны, какой-то белок определенно принимал участие в начале заболевания — его обработка разрушающими белки ферментами и фенолом приводили к утрате инфекционности. При этом на возбудителя болезни практически не влияли ни ионизирующее излучение, ни специальные ферменты, активно разрушающие ДНК. Представить же себе вызывающего болезнь паразита, не имеющего собственной ДНК было очень сложно, поскольку это противоречило всем накопленным к тому времени биологическим данным.

Ситуация стала еще более интригующей, когда в 1959 г. сотрудник американского Национального института аллергии и инфекционных заболеваний Уильям Хэдлоу обратил внимание на некоторое сходство симптомов скрепи овец и одного из редких и экзотичных заболеваний человека — куру или «смеющейся смерти», как называли его жители Новой Гвинеи.

Это заболевание впервые было описано в середине 50-х годов XX века Даниелем Гайдушеком. Страдающий куру человек сначала постепенно терял координацию движений при ходьбе, а затем его начинали донимать приступы беспричинного смеха. Кончалось же заболевание отнюдь не смешно — стопроцентным летальным исходом. Сначала куру рассматривали как наследственное заболевание, но затем детальные исследования показали, что истинная причина — ритуальный каннибализм аборигенов горного племени Форе, обитающих на Новой Гвинее. Родственники умершего из уважения к покойному съедали его мозг, получая тем самым инфекционное начало «смеющейся смерти».

Развивалось заболевание чрезвычайно медленно. С момента мрачного ритуального пиршества до первых проявлений куру могли пройти годы! В 1963 г. куру удалось заразить шимпанзе, причем первые признаки заболевания проявились только через два года после инфицирования подопытных животных. В те же годы была высказана гипотеза, что куру вызывает какой-то вирус, медленно размножающийся в мозговой ткани. Однако дело с его выделением и идентификацией шло также плохо, как и с поисками причины скрепи.

Определенный шаг вперед удалось сделать, когда внимание исследователей привлекли ненормальные скопления странных белковых тяжей в мозгу мышей, специально зараженных скрепи. Развитие заболевания приводило к нарушению нормальных тканей мозга и превращению их в своеобразную губку. Аналогичная картина как раз и наблюдалась у людей с редко встречающейся болезнью Крейцфельда — Якоба (примерно один случай на миллион), которая стала известна общественности после гибели от нее известного балетмейстера Джорджа Баланчина.

Складывалось впечатление, что и скрепи, и куру, и болезнь Крейцфельда — Якоба вызываются сходными причинами. Подобные им заболевания включили в отдельную группу так называемых «губчатых болезней мозга». К ним относится и коровье бешенство, статьи о распространении которого в конце двадцатого века так взбудоражили всю Европу.

Со временем накапливалось все больше фактов, говорящих о том, что заразное начало, индуцирующее синдром Крейцфельда — Якоба и прочие губчатые энцефалопатии, напрямую связано с аномальным белком в мозгу зараженных животных и больных людей. Поскольку возбудителя заболеваний обнаружить так и не удалось, в 1982 г. сотрудником лаборатории нейрологии, биохимии и биофизики Калифорнийского университета Стенли Прузинером была выдвинута смелая гипотеза, что инфекционным началом куру, скрепи и синдрома Крейцфельда — Якоба является сам этот белок!

Прузинер выделил его в чистом виде, экспериментируя с зараженными скрепи сирийскими хомяками. Позже, в 1997 г. он был удостоен Нобелевской премии по физиологии и медицине за исследование белкового возбудителя скрепи и аналогичных болезней. Тогда, в начале восьмидесятых годов, предположение о белке-возбудителе болезни нарушало все принятые в биологии каноны однако именно оно наиболее соответствовало всем накопленным к тому времени фактам.

Коварный белок назвали прионом (prion), переставив буквы в словосочетании «инфекционный белок» (INfectious PROtein). В 1985 г был открыт ген PRNP, в котором была записана информация о последовательности аминокислот в белке-прионе. Самое поразительное обстоятельство состояло в том, что этот ген обнаружили у людей, у всех млекопитающих (грызунов, жвачных, приматов), и даже у некоторых птиц (например, у кур). Это означало, что в природе существуют как минимум две формы соответствующего белка — нормальная, всегда присутствующая в мозгу людей и животных, и патогенная (которую и называют прионом). Именно последняя вызывает куру, скрепи и синдром Крейцфельда — Якоба.

Парадокс состоял в том, что информация о двух формах этого белка была записана в одном гене и обе эти формы имели одну и ту же последовательность аминокислот! Разница между ними состояла лишь в их определенной пространственной конфигурации — так называемой конформации. В частности, у «заразного» белка-приона примерно на 10 % меньше закрученных участков, чем у его без вредного собрата. К тому же, прионная форма белка хуже растворяется, и она более устойчива к разрушению ферментами. Казалось бы странно: столь малые различия и такие последствия!

Таким образом, постепенно вырисовывалась следующая странная картина. В мозгу животных и человека в норме присутствует некий белок, функции которого пока неясны. Его удается обнаружить также в легких, селезенке, мышцах, слюнных железах и кишечнике, однако, там этого белка в 10–15 раз меньше, чем в мозге. По-видимому, его роль в функционировании клеток не так уж и велика, поскольку мыши, у которых ген этого белка не работает, чувствую себя неплохо.

Редко и случайно в организме может появляться иная пространственная форма этого белка (прион). Она начинает накапливаться в мозге в виде так называемых амилоидных бляшек, которые, в конечном счете, и нарушают работу всей нервной системы. После специальной обработки этот патогенный белок виден на препаратах в виде тяжей и палочек. Именно так, редко и спонтанно, у людей возникает синдром Крейцфельда — Якоба. Выделенные в чистом виде прионы способны соединяться вместе, самопроизвольно образуя вытянутые палочки диаметром около одной стотысячной миллиметра. В каждой такой палочке содержится около тысячи молекул приона.

Попадая в другой организм, прион может вызвать появление таких же пространственных форм из нормальных белков, закодированных в том же гене, что и сам прион. Так случалось при ритуальном каннибализме на Новой Гвинее, при заражении людей препаратами гипофиза или при поедании мяса зараженных прионами коров. Иначе говоря, прион играет роль своеобразного «зародыша», влияющего на образование пространственных форм белка, чья первичная структура закодирована в гене PRNP.

Именно о таком кристаллическом зародыше прозорливо писал американский фантаст Курт Воннегут в своем романе «Колыбель для кошки». Там он описывал ситуацию, когда созданная учеными застывшая капелька воды, в которой молекулы были уложены необычным образом, привела в конечном счете к необратимой кристаллизации всей воды на планете. К. Воннегут так описывал этот феномен: «Теоретически „злодеем“ была частица, которую доктор Брид назвал „зародыш“. Он подразумевал крошечную частицу, определившую нежелательное смыкание атомов в кристалле. Этот зародыш, взявшийся неизвестно откуда, научил атомы новому способу соединения в спайки, то есть новому способу кристаллизации».

Точно таким же образом прион является как бы зародышем кристаллизации для цепочечной полимеризации «нормальных» белков, закодированных в гене PRNP. В пользу именно такой точки зрения говорит следующий факт. Если в здоровых мышей, содержащих как свой собственный, так и человеческий ген PRNP, ввести выделенный из коров прион (аномально уложенный белок), все инфицированные таким образом грызуны со временем заболеют губчатой энцефалопатией.

С другой стороны, вовсе лишенные гена PRNP мыши устойчивы к введению в их тело прионов. Этот факт подчеркивает, что введенный прион опасен не сам по себе, а лишь как «зародыш», изменяющий способ укладки «здоровых» белков. Любопытно, что размер такого «зародыша» примерно в сто раз меньше среднего вируса. Таким образом, на сегодняшний день прионы являются самыми маленькими инфекционными агентами на свете!

По-видимому, явление наследования определенной пространственной организации белков не является частным случаем, обнаруженным только при изучении губчатых энцефалопатий. Подобные явления уже замечены у низших грибов и обычных дрожжей. Феномен «прионизаций», состоящий в размножении белка-приона, может быть широко распространен в природе. Например, амилоидные бляшки, основу которых, по-видимому, составляют кристаллоподобные скопления прионов, присутствуют в мозгу людей, страдающих от болезни Альцгеймера. По данным врачей, это заболевание является самым распространением видом старческою слабоумия в США. Среди причин смерти в старости оно занимает печальное четвертое место. В частности, от нее страдает Рональд Рейган, и все американские врачи не в состоянии помочь своему бывшему президенту.

Теперь пора вернуться к карликам и гормону роста, который выделяли из трупного материала. В ряде случаев вместе с препаратом врачи, ничего не подозревая, вводили пациентам белки прионы, которые годы спустя вызывали у их подопечных болезнь Крейцфельда — Якоба. Однако нельзя же было в этой ситуации вовсе отказаться от лечения! Проблему удалось решить только с помощью методов молекулярной биологии, которые позволили наладить производство синтетического гормона. Однако различные его препараты появились не только в арсенале средств врачей, но и на черном рынке, в свободной продаже. Имеет смысл сказать об этом пару слов, поскольку с предложениями «подправить свой рост и фигуру» можно столкнуться и на просторах российского рынка медицинских препаратов.

Черный рынок гормонов

Впервые искусственный гормон роста синтезировали американцы. Произошло это в 1996 г. Первая попытка оказалась неудачной, поскольку была получена не точная копия гормона, а лишь его укороченный вариант (часть аминокислотной цепочки), который никак не влиял на рост. Гормоны роста, выделенные из животных, — быков, крыс, лошадей, и даже китов — тоже для терапевтических целей не годились (поскольку иммунная система человека распознавала их как чужеродные белки). Успеха в деле получения препаратов, содержащих гормон роста, удалось добиться только с помощью методов генной инженерии. Была применена стандартная стратегия. Человеческий ген гормона роста был выделен и после копирования вставлен в нить ДНК обычной кишечной палочки (симбиотической бактерии человека). Такие культивируемые вне организма бактерии стали «живыми фабриками» но производству гормона роста человека, который получил название рекомбинантного генотропина.

В настоящее время лидерами производства «синтетического» гормона роста являются американские фирмы Генетекс и Эли Лилли, общий доход которых от продаж этого препарата превышает 130 миллионов долларов ежегодно. На мировой рынок синтетических гормонов начинают выходить и другие фирмы, поскольку со временем методы генной инженерии становятся все более рутинными для специалистов в этой области. В наше время синтетический гормон роста выпускается под разными торговыми марками: Генотропин, Соматотропин, Соматасорм… Распространение этих препаратов, по крайне мере в США, контролируется Федеральной администрацией по вопросам питания и лекарств. Препараты, содержащие гормон роста, можно официально получить только по рецепту. Однако, поскольку в среде спортсменов-профессионалов и любителей накачивать мышцы на подобные препараты существует устойчивый спрос, они регулярно появляются на черном рынке. Его питают несколько источников, среди которых банальные кражи в упомянутых выше фирмах Генетекс и Эли Лилли занимают не последнее место.

В прессе публиковалась информация о том, что часть «черного» гормона роста, имеющего хождение на подпольном рынке лекарственных средств, получена из животных. В частности, один предприниматель наладил его добычу из южноамериканских обезьян. Полученный из них препарат назывался «гориллий гормон». Думаю, такое название придумано было не случайно. Огромная мифическая горилла Кинг-Конг валяется в США одним из стереотипов пиктографического мышления, и ее образ способен подсознательно действовать на воображение обывателей. Примерно такая же ситуация сложилась в Японии с могучим монстром Годзиллой. Недавно одна из фирм выбросила на рынок консервы «мясо Годзиллы», которые содержали банальную говядину. Тем не менее, трюк удался: консервы идут нарасхват! Примерно такая же ситуация была и с «гормоном гориллы». Наконец, часто случаются прямые подтасовки и фальсификации, когда вместо гормона роста на черном рынке продается обычный физиологический раствор в ампулах!

Правительство США пытается бороться со сложившейся ситуацией в основном путем законотворчества. Например, в штате Флорида существует закон, запрещающий открытую продажу анаболических стероидов (так называемых «анаболиков»), тестостерона и гормона роста. В штате Вашингтон действует инструкция, запрещающая выдавать, выписывать или распространять ряд лекарств, включающий гормон роста, для целей «повышения спортивных результатов». Понятно, что на черный рынок подобные указы практически не влияют. Скорее наоборот — стимулируют его развитие, поскольку все, что официально запрещено, можно найти нелегальным путем. Контролировать ситуацию с гормоном роста на черном рынке у правоохранительных органов США нет ни времени, ни сил. Чего уж говорить об отечественной ситуации! Наверняка, и здесь вам смогут за большие деньги из-под полы предложить сомнительные препараты, якобы содержащие гормон роста. Мой вам совет: не рискуйте. В лучшем случае вы приобретете просроченный препарат, который в результате неправильного хранения давно потерял свою биологическую активность. В худшем же случае станете обладателем «куклы», содержащей обычный физраствор. Да и вообще, еще раз подчеркну: с гормонами шутки плохи. Назначать их должен только врач эндокринолог.

Шестипалость и косолапость

Примерно в одном случае на 5000 новорожденных на свет появляются младенцы с врожденными дефектами развития конечностей. Эти аномалии могут быть выражены в разной степени. Избыточный рост конечностей называют макромелией (греч. macros — большой и melos — конечность). Чаще, однако, происходит недоразвитие конечности или возникают различные дефекты развития пальцев. В крайних случаях рождаются дети, у которых вовсе отсутствует одна или несколько конечностей. Такой тяжелый порок развития называют эктомелией. Иногда отсутствует конечный отдел руки или ноги (так называемая дистальная часть конечности). Тогда конец имеющегося у ребенка плеча, голени или бедра имеет вид ампутационной культи (гемимелия). Порой врожденные «ошибки» в развитии плода приводят к отсутствию у младенца средней (проксимальной) части конечности. Такую ситуацию врачи называют фокомелией; предплечье или голень в этом случае начинается прямо от туловища и напоминает своим внешним видом ласту тюленя. На предплечье чаще отмечается недоразвитие лучевой или локтевой костей, что приводит к характерной деформации руки. На голени встречается недоразвитие большеберцовой или малоберцовой кости, либо обеих костей сразу, в связи с чем развиваются деформации голени и стопы.

Тяжелые пороки вроде эктомелии или фокомелии чаще всего являются следствием сбоев в процессе внутриутробного развития, которые могут возникать в результате действия различных токсических веществ на организм матери в процессе беременности. Печально известный пример — последствия действия лекарства талидомида, которое во второй половине XX века американским женщинам рекомендовали применять для снятия симптомов токсикоза в процессе беременности. Позже выяснилось, что талидомид нередко привод к врожденным уродствам плода, чаще всего влияя именно на конечности ребенка. В результате в стране за относительно короткий период времени на свет появилось множество детей с недоразвитыми конечностями. Это была настоящая национальная трагедия! Еще одна причина пороков развития конечностей — спайки в амниотической полости, которые нарушают правильное развитие зародыша. Их наверняка можно обнаружить при ультразвуковом обследовании беременной.

Может показаться, что такое тяжелое врожденное уродство, как фокомелия, способно с первых дней буквально перечеркнуть жизнь человека. Однако история знает примеры, когда люди с такими тяжелыми дефектами не только не сдавались в своей борьбе за достойную жизнь, но и достигали в этой борьбе впечатляющих успехов. Например, у родившегося в Пруссии в 1848 г. Карла Германа Антана вместо рук были короткие обрубки, каждый из которых заканчивался всего одним пальцем. Несмотря на это, Карл смог не только полностью обслуживать себя с помощью пальцев ног, но и научился играть на скрипке. Он даже мог поменять струну во время выступления, ловко орудуя ногами! Знаменитый музыкант не раз гастролировал по странам Европы, был в США, на Кубе, в Мексике и в некоторых странах Южной Америки. В конце своей жизни он собственноручно написал свою биографию, которую с известным чувством юмора назвал не «манускриптом», а «педискриптом» (греч. podos, pedis — нога)!

Не мене удивительное жизнелюбие демонстрировал в XVIII иске «ластоногий гений» Матиас Бюхингер. Несмотря на фокомелию (у него, по сути, не было ни рук, ни ног!), Матиас занимался музыкой, неплохо стрелял, был изобретателем, четырежды состоял в браке и нажил 11 детей! Поразительный пример победы над, казалось бы, неотвратимым роком!

Как известно, наши далекие эволюционные предки жили в морях и океанах. Предшественниками всех наземных позвоночных биологи считают кистеперых рыб. Около 380 миллионов лет их парные толстые мясистые плавники действительно немного напоминали кисти (отсюда и название — кистеперые). Правда, кисти еще не оканчивались пальцами, однако внутреннее устройство таких плавников кистеперых уже таило в себе конструкцию лапы, ноги, крыла и человеческой ладони. Эти удивительные плавники были укреплены внутри пятью крупными костями и прилежащими к ним косточками поменьше. Взгляните паевою ладонь, и вы увидите неопровержимое доказательство родства с древними кистеперыми — пять пальцев!

Возможно, благодаря тому, что костей в плавниках наших рыбообразных предков было все же больше пяти, иногда на свет появляются шестипалые дети. У них на руках или на ногах не пять, а шесть пальцев! Такой порок развития конечности называют полидактилией (греч. poly — много и daktylos — палец). Добавочные пальцы только мешают работе конечности, и к тому же создают косметические неудобства. Впрочем, от них легко избавиться с помощью несложной хирургической операции.

Хуже дело обстоит в ситуации, когда происходит эктродактилия — уменьшение количества пальцев (греч. ektioma — преждевременное рождение). Единственное, что утешает — такой врожденный дефект возникает реже, чем полидактилия, и дети к нему относительно легко приспосабливаются.

Сравнительный анализ частоты встречаемости поли- и эктродактилии у мальчиков и девочек позволил некоторым футурологам сделать вывод о том, что глобальная эволюция человека как вида идет по пути уменьшения числа пальцев на руках и ногах. При этом человека отдаленного будущего изображают этаким трехпалым карликом с огромным черепом и маленькой грудной клеткой. Не знаю, не знаю… Большинство биологов склоняется к выводу, что в течение последних сотен тысяч лет морфологическая эволюция человека как биологического вида вообще не происходит. Его взаимоотношения со средой изменяются лишь благодаря накоплению и применению знаний.

Еще один дефект развития пальцев — синдактилия — их сращение между собой (греч. sym, syn — вместе). При этом нередко между некоторыми пальцами возникают кожные перепонки. Считается, что синдактилия возникает в результате остановки эмбрионального развития на определенном этапе. Ликвидировать ее последствия относительно несложно с помощью пластической операции.

К врожденным дефектам конечностей относят так называемый артрогрипоз (греч. arthron — сустав и gryposis — скручивание). Как следует из расшифровки этого медицинского термина, речь идет о нарушении суставов, которые становятся тугоподвижными из-за недоразвития ряда мышц. В некоторой степени ситуацию можно улучшить с помощью массажа, физиотерапии и лечебной гимнастики.

Еще один достаточно известный порок развития конечностей — врожденная косолапость. К сожалению, среди новорожденных это не такое уж и редкое явление. Один случай встречается в среднем на 1000–1500 родов. Косолапость бывает одно- и двусторонней. Она приводит к так называемой супинации стопы (лат. supinatum — переворачивать), то есть ее поворотом кнаружи от нормального положения. Именно в таком положении формируются стопы у эмбриона человека. Затем, на более поздних этапах развития они занимают обычное положение. Иногда, по тем или иным причинам, этот процесс тормозится. Дефект можно в значительной степени поправить с помощью массажа и бинтования. Вы наверняка слышали о старинном китайском обычаи, распространенном в средневековье, — туго бинтовать стопы маленьких девочек. В результате стопы деформировались, оставаясь маленькими, словно у младенца, да к тому же они становились еще и подвернутыми. Ходить на таких искалеченных ногах можно было только медленно и мелкими шажками. В то время в Китае маленькая стопа невесты считалась признаком красоты. Так вот, оказывается, с помощью бинтования можно не только создавать дефекты развития скелета, но и устранять их! В раннем возрасте наш костяк напоминает растущее деревце. Постоянными медленными усилиями на его рост можно оказывать действенное влияние. Древние восточные мудрецы утверждали, что все великое делается медленным незаметным ростом. Если рост скелета закончился, врожденную косолапость удается исправлять путем более радикальных операций на стопе.

Частый дефект, развития скелета у новорожденных — врожденный вывих бедра. У девочек он встречается чаще, чем у мальчиков, что указывает на его эволюционную предопределенность в прошлом. В среднем же, вывих бедра удается обнаружить почти у каждого из тысячи и даже пятиста новорожденных. Причина этого дефекта проста — головка бедра в тазобедренном суставе выходит из суставной ямки и располагается вне ее. Как известно из школьных уроков анатомии, каждый сустав закрыт герметичной оболочкой — суставной сумкой. Внутри находится слизистая жидкость, которую выделяют окружающие клетки. Она играет роль своеобразной смазки. Кроме того, трущиеся части костей в суставной сумке покрыты слоем плотного хряща, который также снижает трение костей во время движения. При врожденном вывихе бедра суставная сумка остается неповрежденной. Однако с возрастом, если не предпринимать никаких действии, при развитии ребенка вышедшая из впадины головка бедренной кости начинает смещаться все выше и выше вверх. Суставная ямка остается при этом недоразвитой, как, впрочем, и сама головка кости.

Врожденный вывих бедра не доставляет до поры до времени новорожденному физических страданий. Поэтому, как правило, родители замечают этот дефект только когда ребенок начинает ходить. При одностороннем вывихе у него появляется хромота, а при двустороннем — типичная переваливающаяся (утиная) походка. Опытный ортопед сразу поставит ребенку правильный диагноз и по лордозу — характерному искривлению позвоночника выпуклостью вперед, в результате которого живот слегка отвисает. Окончательный вывод о его причине можно уверенно сделать по рентгеновскому снимку, на котором неправильное положение головки бедренной кости четко заметно. Чем раньше поставлен диагноз «врожденный вывих бедра», тем эффективнее будет лечение, которое проводят с помощью гипсовых повязок, фиксирующих тазобедренный сустав.

Любопытно, что врожденные дефекты тазобедренных суставов встречаются не только у людей, но и у собак. Суставная ямка у них порой оказывается слишком мелкой и плоской, поэтому округлая головка выскальзывает из нее частично пли полностью.

Щенок, пораженный данным заболеванием, начинает прихрамывать, быстро утомляется, прекращает прыгать, при тяжелой форме болезни иногда полностью теряет способность опираться на задние конечности.

Волчья пасть и заячья губа

Расщелины губы и неба — так называемые «волчья пасть» и «заячья губа» — являются одними из самых распространенных врожденных дефектов у детей. Согласно статистическим данным, такие патологии встречается в среднем у одного из каждой тысячи новорожденных. По распространенности «заячья губа» уступает только врожденной косолапости; в большинстве случаев причина рождения такого ребенка — наследственность. Для того чтобы более подробно разобраться, что представляют собой эти аномалии, надо немного вспомнить эволюцию позвоночных животных.

Около 400 миллионов лет назад Южная Америка, Австралия и Антарктида составляли континент — Гондвану. В северном полушарии располагался Евроамериканский континент. 380 миллионов лет назад оба континента сблизились. Так образовался единый суперматерик — Пангея (от греч. pan — вся и ge — Земля). В результате изменился климат. Он стал континентальным, то есть более засушливым. Обитавшим на планете в то время древним земноводным оставалось либо погибнуть, либо постепенно приспособиться к новым условиям жизни. Самым уязвимым местом их жизненного цикла было развитие личинок в воде. Как обеспечить выживание икры на суше? Необходимо было создать вокруг икринки прочную водонепроницаемую оболочку. Другими словами, спасти могло только появление яиц с их прочной скорлупой. У некоторых древних земноводных в процессе эволюции возникло именно такое приспособите к засухе! Так появилась новая группа позвоночных — пресмыкающиеся. Одним из их эволюционных «изобретений» было костное нёбо. Дело в том, что дышать и одновременно жевать совсем нелегко, если ноздри открываются в самом начале ротовой полости (именно так устроены ноздри у земноводных). У рептилий в ротовой полости возникли кости, с помощью которых воздушный поток начал проходить над ротовой полостью. В результате можно и дышать, и жевать. Очень удобно! У человека ротовая полость устроена именно так.

Волчья пасть появляется в результате задержки срастания костей, образующих костное нёбо ротовой полости. А именно, верхнечелюстных отростков с другой костью черепа — так называемым сошником. В результате, на твердом нёбе возникает расщелина. Мягкие ткани тоже расходятся, иногда затрагивая и тубу. Раздвоенная губа названа «заячьей» потому, что у кроликов и зайцев верхняя губа в норме рассечена на две половинки. Присмотритесь как-нибудь при случае повнимательнее к длинноухим братишкам, и вы убедитесь, что это именно так.

Расщелина верхней губы и нёба возникает у человеческого зародыша в первые два месяца беременности, когда формируются челюстно-лицевые органы. Узнать о наличии у младенца подобного дефекта можно с помощью ультразвукового исследования. К сожалению, обычно это удается сделать толь копка очень поздних сроках беременности, когда любое вмешательство в ее процесс уже противопоказано. Тем не менее, лучше такую информацию получить, поскольку у ребенка с «волчьей пастью» могут возникнуть трудности в родах — в его дыхательные пути может попасть околоплодная жидкость. Врач или акушерка должны быть предупреждены об этом заранее. После родов у такого новорожденного обычно затруднено дыхание, он не может нормально сосать, и потому отстает в весе. Дети с «волчьей пастью» и «заячьей губой» более других подвержены различным болезням. Причина проста. Поступающий в их организм воздух плохо увлажняется и согревается, что и вызывает воспалительные процессы дыхательных путей.

В средние века новорожденных с «заячьей губой» и «волчьей пастью» сторонились, как прокаженных, а ученые мужи того времени полагали даже, что такие дети в чем-то сродни животным. Да и в наше время малышу с подобным лицевым дефектом приходится в жизни непросто. Ему трудно рассчитывать на непредвзятое к себе отношение окружающих. Вместе с тем, справиться с «волчьей пастью» и «заячьей губой» у человека можно с помощью пластических операций. Важно лишь пораньше начать лечение. Специалисты расходятся во мнении, в каком возрасте лучше проводить операции. Одни предпочитают делать операцию грудничкам в 3–6 месяцев, другие — в более поздние сроки. В любом случае, лечение маленького пациента с челюстно-лицевыми аномалиями должно быть закончено к шестилетнему возрасту. Хирургические операции делаются, как правило, в несколько этапов, число которых зависит от степени выраженности патологии. В одних случаях, чтобы достичь лучшего результата, производится 2–3 вмешательства, в других — 5–7 и более. При этом полностью избежать послеоперационного рубца нельзя, несмотря на все усилия пластических хирургов.

Причины возникновения челюстно-лицевых аномалий у человека до сих пор изучены недостаточно. Уже довольно давно специалисты высказывают предположение о том, что развитие подобных заболеваний связано с курением женщины во время беременности. Как сообщает агентство Рейтер, этот вывод подтвержден учеными из Мичиганского университета на основании тщательной оценки течения более, чем двух тысяч беременностей, завершившихся рождением детей с грубыми лицевыми аномалиями. В частности, было показано, что вероятность рождения ребенка с расщелинами губы и нёба. У курившей во время беременности женщины зависит от количества выкуриваемых ею сигарет. К примеру, если беременная выкуривает от одной до 10 сигарет в день, то риск возникновения врожденных дефектов челюстно-лицевой области у рожденного ею ребенка на 30 % выше, чем у некурящей женщины. Если же количество выкуриваемых ежедневно сигарет превышает 21 штуку, то такая вероятность увеличивается до 70 %.

Ученые полагают, что наиболее действенным способом снижения количества детей с врожденными расщелинами губы и нёба является борьба с курением беременных женщин. Кроме того, по мнению специалистов, широкая и эффективная пропаганда вреда курения будущих матерей позволит реально сократить количество мертворожденных, недоношенных и маловесных детей.

Любопытно, что «волчья пасть» — врожденный дефект, который свойственен не только человеку. Профессиональные собаководы прекрасно знают, что порой часть щенков в пометах приходится браковать именно благодаря этой аномалии. Щенок с таким дефектом постоянно захлебывается при сосании, молоко частично вытекает через ноздри… В общем, картина грустная. К сожалению, приходится констатировать, что щенки с волчьей пастью обычно погибают в возрасте до 3–5 дней, поэтому их рекомендуют уничтожать при рождении, как это ни печально звучит. Ясно, что курение тут ни при чем. Скорее всего, «волчья пасть» является сбоем развития костной системы, которое могут вызывать различные негативные воздействия, в том числе и курение у человека. До сих пор не найден единственный ген, который отвечал бы за подобную аномалию. Скорее всего, за наследование «волчьей пасти» отвечают сразу несколько генов (так называемое полигенное наследование). Поэтому, если в семье уже есть ребенок с «заячьей губой», родители, прежде чем решиться на второго, должны пройти медико-генетическое консультирование.

Синдром Марфана

Секреты Андерсена, Паганини и Чуковского

Дефект некоторых генов, влияющих на образование и развитие соединительной ткани у человека, нередко приводит к непропорциональному гигантизму. При наиболее ярком проявлении этой доминантной особенности на свет появляются люди с очень длинными руками и ногами и относительно коротким туловищем. Их вытянутые пальцы напоминают лапы огромного паука. Отсюда яркое образное название этой диспропорции — арахнодактилия (греч. dactyl — палец и Arachna — женщина, по легенде превращенная Афиной в паука). Люди с подобными дефектами необычайно худы, их грудная клетка бывает деформирована, хрусталик глаза смещен.

Такая аномалия носит название синдрома Марфана, который считается полулетальным, поскольку связан с пороками сердца. Синдром вызван наследственным нарушением развития соединительной ткани и характеризуется также поражением опорно-двигательного аппарата, глаз и внутренних органов. Первопричины таких пороков недостаточно изучены. Болезнь эта была описана в 1896 г. французским педиатром А. Марфаном.

Нередко люди с арахнодактилией умирают от аневризмы аорты. Другими словами, их самый крупный сосуд тела, выходящий из правого желудочка сердца, не выдерживает давления выбрасываемой в него крови. Его стенка способна в любой момент лопнуть, как прохудившаяся труба. Тем не менее, некоторые люди, у которых этот синдром проявляется не со всей жестокостью, доживают до зрелых лет. По счастью, синдром Марфана встречается достаточно редко. Специалисты оценивают вероятность его появления как 1/50000.

Единственная компенсация, которую люди с синдромом Марфана получают от судьбы за свой порок, — повышенное содержание адреналина в крови. Как известно, этот гормон вырабатывается надпочечниками и выбрасывается в кровяное русло в момент опасности. В результате многие параметры человеческою тела (сердцебиение, давление крови) приводятся, так сказать, в боевую готовность. Таким образом, люди с синдромом Марфана всю жизнь находятся в возбужденном состоянии; адреналин постоянно подстегивает их нервную систему и делает невероятными трудоголиками.

Синдромом Марфана страдали несколько всемирно известных личностей, отличавшихся необычайной работоспособностью. Таков был лесоруб Авраам Линкольн, который благодаря постоянному самообразованию, выдающимся способностям и, главное, потрясающему трудолюбию стал президентом США. Он обладал гигантским ростом — 193 см, огромными стопами и кистями рук, маленькой грудной клеткой и длинными гибкими пальцами — типичное телосложение при синдроме Марфана.

Очень похож на Линкольна по физическому складу был сын полунищего сапожника, ставший позже самым любимым писателем XIX века, — Ганс Христиан Андерсен. Его необычайная трудолюбивость проявилась еще в школе. Свои литературные произведения он переписывал до десяти раз, добиваясь, в конечном счете, виртуозной точности и одновременной легкости стиля. Современники так описывали его внешность: «Он был высок, худощав, и крайне своеобразен по осанке и движениям. Руки и ноги его были несоразмерно длинны и тонки, кисти рук широки и плоски, а ступни ног таких огромных размеров, что ему, вероятно, никогда не приходилось беспокоиться, что кто-нибудь подменит его калоши. Нос его был так называемой римской формы, но тоже несоразмерно велик и как-то особенно выдавался вперед». Нервное напряжение, в котором, по-видимому, постоянно находился этот талантливый человек, порождала у него множество страхов. Он боялся заболеть холерой, пострадать от пожара, попасть в аварию, потерять важные документы, принять не ту дозу лекарства…

История знает случай, когда длинные, тонкие пальцы человека с синдромом Марфана вместе со впечатляющей работоспособностью помогли их обладателю сделать фантастическую карьеру. Речь идет о знаменитом скрипаче Николо Паганини. Гете и Бальзак так описывают его внешность в своих воспоминаниях о великом виртуозе скрипки: мертвенно-бледное, как будто вылепленное из воска, лицо, глубоко запавшие глаза, худоба, угловатые движения и — самое главное тонкие сверхгибкие пальцы, какой-то невероятной длины, как будто вдвое длиннее, чем у обычных людей. Эта чисто морфологическая особенность позволяла ему творить со скрипкой настоящие чудеса. В толпе, слушавшей его импровизации на римских улицах, одни говорили, что он в сговоре с дьяволом, другие, что его искусство является музыкой небес, в которой звучат ангельские голоса. Многие вплоть до XX века верили слухам, что в молодости Николо прибег к помощи хирурга, который сделал ему операцию, чтобы повысить гибкость рук. Теперь-то мы знаем, что, скорее всего, своими данными он был обязан редкому генетическому отклонению, которое позволяло маэстро выполнять труднейшие пассажи. Далеко не каждый современный виртуоз в состоянии точно их воспроизвести. Сам же Паганини, казалось, без видимых усилий извлекал из скрипки невероятные трели, и даже исполнял сложнейшие вариации на одной струне. Он играл так, что слушателям казалось, будто где-то спрятана вторая скрипка, играющая одновременно с первой. Другого Паганини человечество до сих пор не получило.

Впервые на связь мастерства Паганини с синдромом Марфана указал американский врач Майрон Шенфельд в статье, опубликованной в «Журнале Американской медицинской ассоциации». Он указал, что описание внешности Паганини: бледная кожа, глубоко посаженые глаза, худое тело, неловкие движения, «паучьи» пальцы — абсолютно точно совпадает с описанием облика людей с синдромом Марфана. Как известно, в конце своей жизни великий музыкант почти лишился голоса. Это лишнее свидетельство в пользу того, что у Паганини был синдром Марфана, поскольку нередким осложнением этой болезни является сильная хрипота, или даже потеря голоса, вызванная параличом верхнего гортанного нерва. Сохранился дневник врача, который лечил Паганини. Сделанные в нем записи совпадают с классическими симптомами синдрома Марфана: астеническое сложение, явно выраженный сколиоз, «птичье» выражение лица, узкий череп, выступающий или срезанный подбородок, глаза с синими склерами, разболтанность суставов, диспропорции в величине туловища и конечностей, длинные кисти и стопы с тонкими «паукообразными» пальцами. Неудивительно, что не только игра Паганини, но и сама его необычная внешность производила впечатление на его современников, рождая подчас самые немыслимые легенды о музыканте.

Надо заметить, что сам по себе синдром Марфана не располагает к музыкальной одаренности. За исключением Паганини, среди больных им не было выдающихся музыкантов. Что же касается Паганини, то болезнь лишь придала ему большие технические возможности. Великим музыкантом, оставившим огромное творческое наследие, включающее, кроме произведений для скрипки с другими инструментами и оркестром, также более 200 пьес для гитары, он стал благодаря своему великому таланту и трудолюбию, тоже косвенно связанному с синдромом Марфана.

Наверняка вы припомните еще двоих знаменитых длинных, нескладных и талантливых «носачей». Это Шарль де Голль и Корней Иванович Чуковский. Деятельный характер будущего президента Франции настолько ярко проявлялся еще в молодости, что многие из его сослуживцев по армии до второй мировой войны уже тоща прочили его в генералиссимусы. Голова де Голля всегда выдавалась над морем касок и беретов марширующих солдат. Вместе с тем, сидя за столом, он казался вполне обычным человеком. Секрет крылся в его непропорциональном сложении, столь характерном для синдрома Марфана.

Выше всех в толпе был и любимый детьми автор «Мухи-цокотухи», «Мойдодыра» и «Тараканища». Его длиннорукость, длинноногость, большеносость и общую нескладность фигуры многократно обыгрывали в шаржах. «Я всю жизнь работаю. Как вол! Как трактор», — писал о себе Корней Иванович. И это действительно было так, хотя его титаническая работоспособность для многих читателей детских стихов писателя, не знакомых с его многочисленными специальными литературоведческими статьями и переводами, оставалась скрытой. Как и Ганс Христиан Андерсен, Чуковский многократно переделывал каждую свою строчку. «Никогда я не наблюдал, чтобы кому-нибудь другому с таким трудом давалась сама техника писания», — замечал он относительно себя., Из наших современников синдромом Марфана, возможно, обладал биолог Г. В. Никольский, который уже ко времени окончания Московского университет имел пять печатных трудов. За тридцать последующих лет работы число его печатных публикаций превысило три сотни. Причем среди них было около десяти книг. Такой потрясающей работоспособностью может похвастаться далеко не каждый, даже очень способный ученый! Можно ли после этого утверждать, что любые обусловленные генами нарушения в развития являются, безусловно, вредными?

Мышечные дистрофии

Мышечная система является самой крупной системой органов в теле человека. Еще в древности люди подметили, что перекатывающиеся упругие мышцы похожи на шныряющих под кожей мышек, поэтому они назвали такие образования мускулами (от лат. musculus — мышка). Мускул похож на сплетенный из волокон канат. Сверху он покрыт защитной оболочкой из соединительной ткани. Каждое волокно мускула состоит из тончайших белковых нитей — миофибрилл (от греч. myos — мышь, мышца и лат. fibra — волокно). Основой миофибрилл являются два белка — актин и миозин. Каждая миофибрилла состоит примерно из 2,5 тысяч белковых нитей актина и миозина. Во время сокращения мускула они не укорачиваются, а лишь скользят друг по другу. В результате длина мускула становится меньше, он сокращается. Представить, как происходит такой процесс легко, если вставить пальцы одной руки между пальцами другой, держа ладони в одной плоскости.

Миофибриллы могут сокращаться только в том случае, если мышца получает от нервной системы слабые сигналы — электрические импульсы. Роль нервов в сокращении мышц был впервые замечен еще древнеримским врачом Клавдием Галеном, который изучал анатомию в школах гладиаторов. Там-то он и подметил, что повреждение нервов часто приводит к потере мышечной подвижности.

Время подтвердило этот вывод. Теперь мы знаем, что для сокращения мускульного волокна оно должно получить нервный сигнал. В результате внутри волокна из специальных мембранных емкостей высвобождаются ионы кальция, которые стимулируют актин и миозин ко взаимному скольжению. Для электрохимически изоляции каждое мышечное волокно покрыто специальной ёлочкой — сарколеммой. Запомните этот термин. Он нам еще пригодится!

У каждого человека ровно столько мышц, сколько и у Арнольда Шварценеггера, различается лишь их сила. Она зависит от числа мышечных волокон, входящих в состав мышцы, и от интенсивности проходящих к ним нервных сигналов. Такие сигналы поступают к мышцам всегда, даже вовремя сна. В результате каждая наша мышца постоянно находится в состоянии тонуса (от греч. tonos — напряжение), то есть слегка напряжена. Тонус мышц исчезает только после кончины человека.

Из этих школьных знаний из области анатомии и физиологии мышц можно сделать следующий вывод. Врожденные дефекты мышечной системы могут возникать как в результате дефектов мышечных белков, так и вследствие нарушений иннервации разных групп мышц. Нервно-мышечные заболевания, следствием которых является их быстрая утомляемость, слабость, снижение мышечного тонуса и даже атрофия, называются миопатиями. Рассмотрим некоторые врожденные формы таких недугов.

Наиболее распространенным наследственным нервно-мышечным заболеванием человека является мышечная дистрофия Дюшена. Ее частота составляет около 1/5000 от общего числа новорожденных мальчиков. Причиной дистрофии этого типа являются мутации водном-единственном гене. Он хранит информацию о строении белка, весьма образно названного дистрофином. Этот белок входит в состав сарколеммы (оболочки) мышечных волокон, обеспечивая стабильность этой своеобразной «изолирующей упаковки» мышц. Дефектный белок не в состоянии выполнять эту функцию, следствием чего является нарушение целостности мембраны. В результате начинается запуск процессов дегенерации мышечного волокна. Мембраны мышц становятся проницаемыми, словно дырявый полиэтиленовый пакет. В них появляются разрывы, что приводит к оттоку ферментов из мышц в сыворотку крови. На начальных стадиях заболевания дегенерация мышечных волокон еще как-то компенсируется активной регенерацией мышечных фибрилл, благодаря делению и слиянию вспомогательных клеток. Однако с возрастом этот процесс становится все менее эффективным, вызывая прогрессирующую мышечную слабость. Мышцы постепенно замещаются фиброзной и жировой тканью. Мальчики к 12 годам уже оказываются привязаны к креслу-каталке. Смерть при мышечной дистрофии Дюшена обычно наступает в возраст около 30 лет в результате нарушения работы сердца и диафрагмы.

Ген дистрофина является самым большим из известных генов человека и составляет почти 0,1 % всего ДНК. Он находится в X хромосоме. В результате наследование дистрофии Дюшена сцеплено с полом. Страдают от этого недуга, в основном, мальчики. Ген дистрофина работает не только в клетках мышц, но и во многих тканях, в головном мозге, в сетчатке и в клетках потовых и слюнных желез. Однако в первую очередь дефект в его работе проявляется именно в мышцах.

Обычно у детей мышечная дистрофия Дюшена начинается в 3–5 лет. Начинается атрофия мышц таза и бедер с одновременным утолщением (псевдогипертрофией) икроножных мышц голени, реже дельтовидных или ягодичных. Постепенно начинают атрофироваться мышцы плечевого пояса и рук. У детей вначале нарушается походка, она становится «утиной», возникают проблемы при подъеме по лестнице. У многих нарушается сердечный ритм за счет увеличения размеров сердца. Быстрое развитие заболевания в связи с ранним обездвиживанием конечностей часто приводит к летальному исходу. Поставить ребенку диагноз «мышечная дистрофия Дюшена» можно задолго до проявления первых признаков заболевания по высокому уровню активности особого фермента — сывороточной креатинкиназы. Женщины, носительницы аномального гена дистрофина, часто не обнаруживают описанных выше проявлений заболевания, хотя уровень креатинкиназы у них обычно повышен. По этому признаку можно обнаружить женщин — носительниц дефектного гена дистрофина.

Менее злокачественно развивается миодистрофия Беккера. Причина ее та же — дефект белка дистрофина, однако, в отличие от миодистрофии Дюшена этот белок все же продолжает работать, хотя и хуже, чем в норме. Миодистрофия Беккера проявляется медленно, особенно у низкорослых детей. Многие годы они сохраняют удовлетворительное физическое состояние, и только сопутствующие различать, с заболевания и травмы приковывают их к инвалидной коляске. Дистрофия Беккера менее распространена, чем миодистрофия Дюшена.

Помимо миодистрофии Дюшена и Беккера существует еще несколько форм врожденных миопатий. Например, юношеская форма Эрба-Рота возникает в возрасте 10–20-ти лет, когда незаметно начинает проявляться атрофия мышц плечевого пояса и рук, а затем — тазового пояса и ног. Во время ходьбы больной переваливается с выпяченным вперед животом и отодвинутой назад грудной клеткой. Чтобы встать из положения лежа, ему надо повернуться на бок и, опираясь руками на бедра, постепенно поднять свое туловище. Болезнь со временем медленно прогрессирует.

Существует плече-лопаточно-лицевая форма миодистрофии (Ланду-зи-Дежерина), которая может начаться в возрасте от 6-ти до 52-х лет (чаще в 10–15 лет). Для нее характерно поражение мышц лица и постепенная атрофия мышц плечевого пояса, туловища и конечностей. На ранних стадиях болезни веки плохо смыкаются и не закрываются полностью. Губы также не смыкаются, что создает проблемы с дикцией и невозможность надуть щеки. Заболевание протекает медленно. Долгое время больной может передвигаться и сохранять трудоспособность, а затем, через 15–25 лет постепенно начинают атрофироваться мышцы тазового пояса ног, что затрудняет его передвижение.

При невральной амиотрофии Шарко-Мари, происходит постепенная атрофия мелких мышц стоп, затем атрофируются мышцы голеней и нижней части бедер. Мышцы средней и верхней частей бедер при этом не изменяются, и бедро представляет форму бутылки с горлышком, опрокинутым вниз. Затем постепенно атрофируются мышцы кистей рук и предплечий. Мышцы туловища, плечевого пояса и лица не поражаются. Заболевание возникает в возрасте 18–25 лет, медленно прогрессирует и стабилизируется. В его основе лежит нарушение иннервации соответствующих групп мышц.

Снижение тонуса мышц называют амиотонией. При врожденной амиотонии Оппенгейма мышцы новорожденного недоразвиты, их мышечная дистрофия является вторичной. У новорожденных болезнь не прогрессирует, но респираторные инфекции могут вызвать в этом случае серьезное воспаление, которое нередко приводит к смерти на первом году жизни. С возрастом двигательная функция мышц при амиотонии Оппенгейма улучшается.

Лечение мышечных дистрофии направлено на замедление дистрофических процессов в мышцах, а в идеале — на их полное прекращение. К сожалению, радикального лечения миодистрофий пока не найдено. Существует определенная надежда на генную терапию, которая начинает медленно внедряться в медицинскую практику. Для лечения миодистрофий применяют внутримышечные инъекции АТФ, а также витамин B1, делают переливание крови. Из народных средств применяют проросшие зерна пшеницы, ржи, пчелиное маточное молочко, траву спорыша, хвоща полевого, льнянку обыкновенную, женьшень, корневища топинамбура.

Известно, что врожденные мышечные дистрофии бывают не только у людей. Например, собаки породы золотистый ретривер часто являются носителями дефектного гена белка дистрофина. При этом у них развиваются типичные клинические проявления дистрофии Дюшена. Таких собак экспериментаторы давно используют в качестве модельных объектов для изучения особенностей течения данного заболевания и поисков способов его лечения. Аналогичная ситуация с дефектным геном дистрофина возникает и у некоторых кошек. Нередко эти несчастные животные погибают в результате нарушений работы мышц диафрагмы. Генетики вывели даже особую линию лабораторных мышей с точковой мутацией в гене дистрофина! Оказывается, таким мышам можно помочь, вводя в их мышцы здоровые эмбриональные мышечные клетки.

Проводят аналогичные эксперименты и на больных людях. Суть метода заключается в получении мышечных клеток от здорового донора. Затем их подращивают вне организма (in vitro) и вводят в мышцы больного. Стоимость такой операции составляет около 150 тыс долларов США. Такие опыты были проведены в 6 независимых исследовательских лабораториях, а результаты доложены в Париже в 1999 г. К сожалению, согласно мнению ведущих авторитетов в области биологии мышц и миодистрофий в существующем на данный момент виде этот метод абсолютно неэффективен. Как известно, иммунная система человека отторгает чужеродные (аллогенные) клетки ткани. С этой проблемой исследователи сталкиваются, пытаясь помочь больным миодистрофией. Возможно, прогресс в этой области будет достигнут, когда в дело пойдут эмбриональные клетки. Дело в том, что они еще не обладают специфическими белковыми метками, по которым иммунная система распознает «чужаков».

Другой возможный путь — пересадка собственных стволовых клеток, полученных из костного мозга или скелетных мышц больного. При этом часть инъецированных клеток мигрирует и в скелетные мышцы, где сливается с миофибриллами, восстанавливая синтез дистрофина! Генотерапия же в данном случае пока почти бессильна. Несмотря на то, что ученые умеют выделять ген дистрофина, им пока не удается «доставит его по назначению» — то есть ввести в мышечные клетки, где работает его дефектная копия. Однако ученые не опускают руки. В нашей стране исследования по генной терапии миодистрофии Дюшена ведутся в Институте акушерства и гинекологии им. Д. О. Отта (Санкт-Петербург) в тесном контакте с ведущими лабораториями поданной проблеме в Великобритании и Италии, а также в комплексе с другими научно-исследовательскими институтами России, в частности Институтом молекулярной биологии им. акад. В. А. Энгельгардта, Институтом цитологии в Санкт-Петербурге, научным Центром Медицинской Генетики и Институтом экспериментальной медицины в Санкт-Петербурге. Остается только надеяться, что в обозримом будущем эти исследования увенчаются практическим успехом!

Кровеносная система

Мы с тобой одной крови — ты и я!

Р. Киплинг

Уникальная комбинация

Стремясь победить старость, римский папа Иннокентий VII в конце XV века приказал своим медикам перелить в его тело кровь от двух молодых юношей. В результате такой операции глава римской католической церкви скончался. Вместе с тем, врачам были известны случаи, когда переливание крови буквально возвращало жизнь подопытным животным. В 1666 г. лондонский врач Лоуэр после смерти обескровленной собаки влил в ее вены через пустотелое гусиное перо кровь от живой собаки и буквально воскресил умершую. Собака вернулась к жизни. Эти опыты продолжил французский врач Жан-Батист Дени. Он решился на рискованный эксперимент — перелил человеку более 150 г крови овцы. Пациент выжил. Дени продолжал свои опыты, пока один из его пациентов, Антони Монрой, в результате такого переливания не скончался. Вдова Монроя обвинила Дени в убийстве, и хотя суд оправдал врача, но наложил запрет на подобные рискованный эксперименты с кровью. Это вето затормозило изучение переливания крови на целых два столетия, пока уже в XIX веке перспективами переливания не увлекся английский врач Джеймс Бландел. Он мечтал с помощью таких приемов спасать жизнь роженицам, которые порой умирали от большой потери крови.

К концу XIX века в мире было произведено около 600 переливаний крови пациентам, однако более половины таких случаев привело к гибели людей, которым вводили кровь. Почему же одни такие операции были успешными, а другие заканчивались трагически? В конце XIX века немецкий хирург Теодор Бильрот, анализируя зафиксированные в истории медицины неудачные попытки переливания крови, — впервые высказал предположение, что существуют различные ее типы, несовместимые друг с другом. Эта идея казалась его коллегам странной, к ней относились с подозрением.

Однако зимой 1900 г. скромный 33-летний ассистент патолого-анатомического института Венского университета Карл Ландштейнер проделал простой опыт, который подтвердил предположение Бильрота. Взяв пробы крови у себя и у пяти своих коллег, он отделил сыворотку от кровяных клеток. Затем он смешал эти сыворотки с клетками крови в разных комбинациях. В одной из пробирок эритроциты быстро слиплись вместе и осели на дно кровавыми хлопьями. Так были открыты группы крови. К 1908 г. стало известно, что таких групп существует, как минимум, четыре.

Их стали обозначать латинскими буквами и цифрами. Универсальными донорами оказались люди с группой 0 (I). Их кровь можно было без особой опаски переливать всем остальным реципиентам. Кровь групп А (II) и В (III) можно было переливать людям с четвертой группой АВ (IV). В пределах каждой группы переливания также были безопасными. Открытие Ландштейнера оказалось настолько важным в теоретическом и в практическом планах, что в 1930 г. ему была присуждена Нобелевская премия.

Позже исследователи обнаружили, что четыре группы крови, открытых Ландштейнером и его коллегами, составляют лишь одну из систем. Выяснилось, что существует и другие системы совершенно независимых друг от друга групп крови. Сначала эти системы называли буквами латинского алфавита. Так появились 6 групп крови системы MNS, 7 групп системы Ph, 3 группы системы Р и так далее. Позже ученые стали давать свои фамилии новым, открытым ими системам крови. В наше время существуют группы крови «Даффи», «Кидд», «Хагеман», «Домброк», «Льюис» и некоторые другие. Каждая такая система включает минимум две группы. Эти группы менее известны, чем группы системы AB0, поскольку они почти не учитываются при переливаниях крови от доноров к реципиентам. Вместе с группами AB0 к настоящему времени существует около 12 наиболее распространенных трупп крови, которые образуют более 290 тысяч независимых комбинаций! Это означает следующее. Если учесть не только группы крови AB0, но и другие упомянутые выше, то ваша индивидуальная «формула» крови становится практически уникальной. Вероятность ее случайного совпадения с группой крови другого человека составляет около 1/1000.

Зачем это надо?

Что же это за группы такие? Чем именно они определяются? Почему некоторые комбинации несовместимы при переливании? Зачем, наконец, природе было создавать все это разнообразие? Давайте разбираться.

В мембране практически любой клетки находятся белки. Они сидят в ней как морковки на грядке. Часть молекулы белка «заякорена», словно корешок, в мембране, а часть торчит наружу, как ботва. Часто к таким торчащим наружу белкам присоединяются еще и молекулы сахаров (углеводов). Наиболее известные простые сахара (моносахариды) — это глюкоза и фруктоза. Помимо них есть еще много других моносахаридов. По-разному соединяя между собой относительно простые молекулы моносахаридов, можно получить множество более сложных полисахаридов. Иначе говоря, моносахариды — это своеобразные «детальки» молекулярного конструктора, с помощью которых можно строить сложные длинные молекулы. И не только сложные, но и во многом уникальные, поскольку различных сочетаний элементов — море.

Сложные сахара, соединенные с белками, называются гликопротеинами (греч. glykys — сладкий). Таким образом, многие клетки покрыты своеобразной уникальной «сахарной шубкой» из гликопротеинов. Есть она и на поверхности красных клеток крови — эритроцитов. Группы крови как раз и отличаются друг от друга тем, какие именно сахара и белки находятся на поверхности эритроцитов каждой конкретной группы. Более того, иммунная система человека в состоянии отличать одни «сахарные метки» от других и вырабатывать антитела на чужие молекулы.

Вернемся для примера опять к группе крови AB0. У человека с группой крови 0 на поверхности эритроцитов нет молекул А и В, зато есть антитела к ним: анти-А и анти-В. Кровь второй группы А содержит молекулы А и анти-В. Кровь третьей группы В содержит молекулы В и анти-А. Наконец, кровь группы АВ не содержит антител анти-А и анти-В и имеет на поверхности эритроцитов молекулы А и В. Если человеку с нулевой группой крови перелить кровь группы АВ, все эритроциты перелитой крови склеятся, поскольку антитела анти-А и анти-В будут активно связываться с молекулами А и В на их поверхности. Если же поступить наоборот — перелить кровь группы 0 человеку с группой АВ, то с перелитой кровью ничего страшного не произойдет. Собственная же кровь реципиента свернуться под воздействием антител донора не может — этих антител оказывается слишком мало для подобной акции.

В детали описанной выше схемы можно и не вдаваться. Главное — понять, почему вообще в крови некоторых людей существуют антитела против молекул, имеющихся на поверхности клеток крови других людей. Вряд ли природа «придумала» такую ситуацию, стараясь помешать изобретательным людям впоследствии переливать кровь друг другу в любых комбинациях. Кстати, группы крови есть не только у людей, но и почти у всех видов теплокровных животных.

Возможно, дело в следующем. «Сахарные метки» на поверхности клеток нередко служат для «заякоривания» с их помощью разнообразных вирусов и бактерий. Более того, на поверхности многих бактерий также содержатся различные сахара и белки. Поэтому клетки, поверхность которых лишена определенных молекул, как бы становятся «невидимыми» для атак со стороны некоторых микроорганизмов. Присутствие же в сыворотке крови антител против некоторых полисахаридов затрудняет размножение в ней этих патогенных бактерий.

Разнообразие групп крови у человека является отражением его молекулярной индивидуальности, а разнообразие вида — условием его успешного существования. Вспомните: в результате самых опустошительных эпидемий чумы в средние века часть населения, несмотря на отсутствие иммунитета и квалифицированной медицинской помощи, все же выживала. Быть может, это были люди с определенными сочетаниями групп крови?

Любой человек обязан знать свою группу крови. В некоторых ст ранах данные о ней вносят, например, в строку водительских прав или иных документов. Такая информация в критической ситуации может спасти жизнь человека. Хотя времени для определения группы крови требуется не так много, но для этого нужна лаборатория, оборудование… Порой же врачам приходится прибегать к экстренному переливанию крови пострадавшего, когда отсчет времени идет на минуты. Поэтому полезно носить на теле небольшой медальон, кулон или табличку с информацией о вашей группе крови.

Кто отец ребенка?

Группы крови, как и многие другие признаки, наследуются в ряду поколений по законам Менделя. Почти уникальное сочетание различных групп крови, о которых говорилось выше, предполагает, что по ним можно четко и однозначно определить родственные связи и, в частности, судить о возможном отце ребенка. На практике же для подобных предсказаний чаще всего используются не все известные группы крови, а лишь самые основные их группы — AB0, тем более что их определение, в отличие от других групп, не составляет большого труда. При этом надо иметь в виду, что сами группы крови AB0 определяются сочетаниями двух генов, каждый из которых может находиться в грех возможных вариантах — А, В или 0. Например, человек с первой группой крови может иметь генотип 0А или АА.

Генотипы и группы крови

На практике обычно известна именно группа крови, а не сочетание определяющих ее генов, поэтому у родителей с известными группами крови в потомстве могут быть дети с различными ее группами. В данном случае важно, что при определенных сочетаниях групп крови родителей на свет не могут появиться дети с некоторыми группами. На этом обычно и строится доказательство невозможности отцовства. Например, если мать имеет группу крови А, а ее ребенок обладает группой крови АВ, то отцом такого ребенка никак не может быть мужчина с группой крови А. Им должен быть мужчина либо с группой крови В, либо с АВ.

Установление отцовства на основании групп крови

В наше время хорошо известно, что «групповыми свойствами» обладает не только кровь, но и многие другие жидкости человеческого тела. Например, слезы, слюна, пот, желчь, материнское молоко. Причем степень выраженности этих групповых качеств у нее даже выше, чем у эритроцитов и других клеток крови. Более того, на поверхности практически всех клеток организма человека есть особые белки, которые являются его своеобразными «индивидуальными метками». Именно эти белки определяют отторжение чужих пересаженных органов или кусочков кожи. Впрочем, это начало уже совсем другого рассказа.

Резус-фактор

Нобелевскую премию за открытие групп крови разделил с Карлом Ландштейнером его коллега Филипп Левин, который в начале XX века был привезен в Нью-Йорк из России в возрасте 8 лет. Перед начало которой мировой войны Левин и Ландштейнер обнаружили в крови людей еще одно вещество, которое присутствовало в крови большинства женщин и отсутствовало у некоторых из них. Такое же вещество было обнаружено у макак-резусов, образны крови которых брали для опытов. Поэтому вещество назвали резус-фактором и стали обозначать латинскими буквами Rh.

Выяснилось, что резус-фактор является белком, и всех людей можно разбить по его наличию или отсутствию в крови на две группы: резус-положительных (Rh+) и резус-отрицательных (Rh-). Несовпадение крови матери и крови плода по резус-фактору может приводить к серьезному осложнению протекания беременности — так называемому «резус-конфликту». Возникает он следующим образом. Резус-отрицательная женщина, вступив в брак с резус-положительным мужчиной, может зачать резус-положительного ребенка. Вероятность такого зачатия зависит от генотипа отца. Если он является гомозиготой (Rh+/Rh+), все его дети в таком браке будут резус-положительными. Если мужчина — гетерозигота (Rh+/Rh-), он может стать отцом резус-положительного ребенка с вероятностью 50 %.

Как известно, кровь матери и плода не смешивается. Питательные вещества из ее кровяного русла проходят через капилляры плаценты и попадают в кровяное русло ребенка. При этом ни клетки, ни белки через этот барьер не проходят, ведь многие белки матери будут чужеродными для ребенка, поскольку в его организме лишь половина ее генов. Остальные гены — отцовские. Значит, с иммунологической точки зрения созревающий в матке женщины плод — совершенно чужеродное по отношению к ней образование!

Иногда, впрочем, за счет нарушения целостности капилляров часть крови ребенка может попасть в кровь матери. Если ребенок является резус-положительным, в крови матери появится новый (и чужеродный!) для нее белок Rh. В полном соответствии с законами иммунологии на него выработаются антитела. Если же такие антитела попадут обратно в кровь будущего младенца, произойдет катастрофа — его эритроциты начнут слипаться и разрушаться. Так начинается тяжелая патология — гемолитическая болезнь новорожденных (греч. haima — кровь, lysis — растворение, разрушение).

Первые описания этого недуга были сделаны еще в конце XIX века.

У новорожденных увеличена печень и селезенка (в них происходит уничтожение старых и распадающихся эритроцитов), уровень гемоглобина резко снижен, дети отечны, страдают анемией, у них появляются признаки неинфекционной желтухи. В крайних случаях гемолитическая болезнь новорожденных может закончиться их смертью в первые несколько суток жизни. Бороться с недугом можно путем заменного переливания крови новорожденным. Вероятность возникновения резус-конфликта увеличивают перенесенные в процессе беременности острые заболевания, повышающие проницаемость плацентарного барьера. Обычно такой конфликт развивается лишь у одной из 25–30 резус-отрицательных женщин, которые имеют резус-положительных мужей. Однако и это немалый риск. Поэтому любой человек должен не только знать свою группу крови, но и резус-фактор. Семейные пары, у которых при вынашивании ребенка может возникнуть резус-конфликт, обязательно должны обращать внимание на такую возможность.

Гемофилия

Мудрость Талмуда

Классическим примером врожденного заболевания, сцепленного с полом, является гемофилия. История изучения этого до последнего времени таинственного дефект а кровеносной системы уходит своими корнями в далекое прошлое.

22 марта 1791 г. в частной американской газете была опубликована заметка о смерти 19-летнего юноши, последовавшей от небольшой резаной раны на ноге, которая кровоточила, не закрываясь несколько дней. Это была не первая подобная трагедия в семье несчастного молодого человека. В предыдущие годы пять его единокровных братьев умерли при столь же странных обстоятельствах. Таким образом, в США впервые в истории этой с страны был зафиксирован в печати случай семейной гемофилии — болезни несвертываемости крови. Позже серьезное обобщение подобных случаев осуществил в Филадельфии американский исследователь Джон Отто. Он составил множество генеалогических таблиц наследования гемофилии в Северной Америке, опубликовав свои данные в капитальной книге, вышедшей в свет в 1803 г. Вывод Отто был однозначен — болезнь передается в семьях по женской линии. Врач Грандидьер чуть позже назвал таких женщин «кондукторами-проводницами».

В выводах американских врачей не было ничего оригинального. На наследственную природу заболевания, передающегося по материнской линии, косвенным образом указывалось еще в своде религиозных трактатов иудаизма Талмуде, где было записано буквально следующее: «Если у одной матери двое детей умерло от обрезания, то третий ее сын свободен от этого обрезания, все равно, будет ли он от одного и того же отца, или от другого». Если же в результате операции два сына погибали у отца, который впоследствии вступил в брак с другой женщиной, то сын от последнего брака должен быть обрезан, поскольку на него не должна была распространяться странная кровоточивость погибших родственников.

Аналогичные рекомендации можно найти в содержащемся в Вавилонском талмуде трактате Иебамот: «Сообщалось о четырех сестрах из Сефориса. Первая произвела обрезание своему сыну, и он умер; вторая — и он умер; третья — и он умер. Тогда четвертая сестра пришла к рабби Симеону, сыну Гамалиеля, который сказал ей: откажись от обрезания, потому что есть семьи, у которых кровь жидкая, тогда как в других семьях она свертывается». Религиозный обряд обрезания, столь важный для приверженцев ортодоксальною иудаизма, связан с незначительным кровотечением. Следовательно, Талмуд рекомендовал не подвергать такому риску детей, у которых можно было подозревать наследственное нарушение свертываемости крови, и даже указывал на наследственную природу этого заболевания.

В 1100 г. арабский врач Алза-Гарави из Кордовы описал несколько деревенских семей, в которых многие мужчины страдали кровоточивостью, а в 1793–1798 гг. немецкий врач Ров писал об аналогичных семействах в Вестфалии. Однако это были лишь описания, не более. О семейственной природе заболевания указывал в 1820 г. Нассе в своем капитальном сочинении «О наследственной склонности к смертельным кровотечениям», в котором он обобщил все доступные ему литературные указания на это заболевание. Несмотря на появление подобных обзоров, фактически до конца XIX века причина этой странной болезни оставалась неясной.

Ген кровоточивости

Врачи пытались объяснить болезненную кровоточивость то ненормальным развитием стенок кровеносных сосудов, которые якобы становились слишком тонкими, то гипертонией, то дефектами в строении эритроцитов, то влиянием гипофиза. Первым прозорливо указал на истинную причину заболевания в 1461 г. профессор Деритского университета (ныне г. Тарту в Эстонии) наш соотечественник Александр Александрович Шмидт. Он создал ферментативную теорию семейной кровоточивости. Позже его догадка была блестяще подтверждена, когда выяснилось, что в крови таких больных не хватает некоторых белков плазмы, присутствующих у здоровых людей.

Первое появление термина гемофилия (от греч. haima — кровь и phileo — люблю) историки медицины приписывают диссертации некоего Ф. Хопфа «О гемофилии, или наследственной склонности к смертельным кровотечениям», защищенной им в 1928 г. в Вюрцбюрге. Современникам Хопфа слово не понравилось. «Слово гемофилия столь дико и бессмысленно, что никло им не гордится», — писали они. Тем не менее, несмотря на первое негативное восприятие, термин устоялся, дойдя в неизменном виде до наших дней. Уже знакомые с генетической терминологией и законами наследования признаков немецкие исследователи Бауэр и Шлосман в 1922–1924 гг. указывали на рецессивный характер ее наследования, сцепленного с полом. Это означало, что дефектный ген находится в одной из двух женских X хромосом. При наличии у женщин второго исправного гена во второй X хромосоме заболевание не проявляется. У мужчин из двух половых хромосом только одна является X хромосомой, которую он получает от своей матери. Следовательно, если такая хромосома у мужчины будет содержать дефектный ген, его действие обязательно проявится.

Это несложное рассуждение хорошо объясняло наследование гемофилии в семьях, где от заболевания страдали только мужчины. Так, например, хорошо известно, что четвертый сын и восьмой ребенок английской королевы Виктории I страдал и умер от гемофилии. Следовательно, его мать являлась носительницей дефектного гена, который она передала двоим из своих пяти дочерей. Они, в свою очередь, передали его далее в ряду поколений. В частности, дочь Виктории Беатрис вышла замуж за Генриха принца Баттенбергского. Двое мальчиков от этого брака умерли во младенчестве от кровотечений. Вторая дочь Виктории — носительница гена гемофилии Алиса вышла замуж за Людовика принца Гессенского. От этого последнего брака на свет появились два сына, один из которых страдал гемофилией, и пять дочерей, две из которых — Ирген и Александра — также унаследовали «ген кровоточивости».

Фибриновая пробка

По счастью, гемофилия встречается достаточно редко — почти в восемь раз реже, чем печально знаменитый синдром Дауна. По статистике, один гемофилик приходится на 8 тысяч рожденных мальчиков. Казалось бы, это мало, однако только в США от гемофилии страдают 20 тысяч американцев — целая армия! Этим людям угрожают не только внешние кровотечения, но и внутренние кровоизлияния. В последнем случае вытекающая из поврежденных сосудов кровь начинает распространяться вдоль мышц, и окружающие их ткани нередко разбухают. В результате возникает тканевой фиброз, последствием которого может быть судорожное сведение пальцев рук — так называемый эффект «когтистой лапы». Кровь, попавшая в суставные сумки, надолго лишает сустав подвижности. Хрящ суставов начинает разрушаться, становится губчатым, рыхлым. Кости подвергаются так называемой кальцификации и становятся ломкими. В общем, быть гемофиликом — удовольствие маленькое. По счастью, в наши дни многие из этих неприятных последствий снимаются специальными препаратами, производство которых стало возможным в результате тщательного изучения образования тромбов — тромбогенеза.

Главными клетками, ответственными за сворачивание крови, являются тромбоциты. Впервые они были описаны в середине XIX века профессором гематологической клиники при Парижской Академии Наук доктором Александром Донне. В 1880 г. наш соотечественник В. П. Образцов доказал, что тромбоциты образуются из огромных клеток мегакариоцитов, буквально отшнуровываясь от их поверхности. Тромбоциты — округлые и самые маленькие клетки крови. Они редко достигают в диаметре 5 микрон — то есть одной двухсотой части миллиметра, — однако их значение трудно переоценить. Есть указания на то, что тромбоциты являются специальными «кормильцами» клеток, образующих внутреннюю поверхность кровеносных сосудов. Прикрепляясь к ним, они отдают питательные вещества, возможно, погибая при этом. Во всяком случае, общий запас тромбоцитов в нашей крови даже при отсутствии каких бы то ни было кровотечений, постоянно пополняется. До 15 % тромбоцитов возникают ежедневно. Однако, для нашего рассказа это сейчас не главное. Как следует из самого названия этих клеток, именно тромбоциты ответственны за образование тромбов при повреждении кровеносных сосудов. Происходит это следующим образом.

В результате разрыва кровеносного сосуда нарушается его эндотелий (эндотелиальная выстилка), то есть повреждаются клетки, которыми он «облицован» изнутри. Под выстилкой лежат длинные волокна основного белка соединительной ткани — коллагена, которому тромбоциты способны прилипать. Прочное прикрепление тромбоцитов к поверхности раны ведет сразу к нескольким важным последствиям. Внутри прикрепившихся тромбоцитов сжимается своеобразное кольцо из микротрубочек, в результате чего меняется форма клеток. На поверхности тромбоцитов начинают возникать многочисленные выросты. Таким образом, площадь поверхности тромбоцитов резко возрастает, что, безусловно, способствует их закреплению в ране. Во-вторых, на их поверхности появляются белки, которые нужны для прикрепления к ним новых тромбоцитов. Образно говоря, проникшие в рану тромбоциты подают сигнал «Сюда, к нам! Здесь нужна экстренная помощь». Из кинувшихся на подмогу тромбоцитов начинает выделяться биологически активное вещество — гормон серотонин. Под его воздействием за счет сокращения гладкой мускулатуры начинается локальная вазоконстрикция. Говоря попросту — местное сокращение сосудов (лат. vas — сосуд). Смысл этого при попытке организма прекратить кровотечение ясен и без комментариев. Наконец, прилипшие к ране тромбоциты выделяют вещество, стимулирующее деление клеток гладких мышц. Тоже понятно — края разрыва надо стянуть с помощью мускулатуры.

Если поврежденным оказался капилляр, нередко кучи навалившихся на место повреждения тромбоцитов оказывается вполне достаточно, чтобы закрыть место разрыва своими телами. Если же побежден более крупный сосуд, включается механизм образования фибриновой пробки. Происходит это следующим образом. Прикрепленные к ране тромбоциты выделяют специальное вещество — так называемый «фактор контакта», — который запускает целый каскад взаимодействий различных белков, участвующих в образовании тромба., Их насчитывается более десятка, и многие из них названы фамилиями пациентов, у которых гемофилия была связана с отсутствием в крови именно этого компонента. Так, например, существует факторы Коллера, Розенталя и Хагемана.

По мнению многих экспериментаторов, в начале XX века номенклатура факторов сворачивания крови была сравнима с Вавилонской башней. Каждый фактор, благодаря сочинениям разных авторов, мог иметь до двадцати синонимов! Порядок удалось навести лишь в начале пятидесятых годов XX века, создав в этой области единую терминологию, которая теперь принята во всем мире. Она включает 12 факторов, пронумерованных латышскими цифрами. Большинство из этих факторов являются сложно устроенными белками.

Первое впечатление от сложной схемы взаимодействий факторов, влияющих на свертываемость крови, точно выразил в одном из своих капитальных сочинений французский исследователь гемофилии Ж. Фермилен, написав следующее: «Сложность этой схемы может охладить интерес к изучению данной проблемы». Поэтому, не вдаваясь в тонкости, отметим лишь ее ключевые моменты. Белок, выделяющийся из тромбоцитов при контакте с раной, стимулирует фермент протромбиназу, которая в свою очередь активирует белок протромбин. В результате из протромбина получается тромбин, который воздействует на главный белок, необходимый, для образования тромба — фибриноген.

Его в нашем теле совсем мало — всего около 10 грамм, однако этот количества оказывается вполне достаточно, чтобы система сворачивания крови эффективно работала. Фибриноген — очень большой белок. В результате действия на него тромбина от фибриногена отщепляется пара участков, которые до этого скрывали места, необходимые для запуска процесса полимеризации. В результате возникает так называемый фибрин-мономер, способный активно соединяться с такими же молекулами мономеров в длинные неразветвленные цепи, на существование которых прозорливо указывал еще Аристотель, назвав основной компонент сгустка крови «волокниной». Мономеры фибрина напоминают строительные блоки конструктора Лего, из которых легко можно построить длинную балку. Образующиеся полимерные нити фибрина стабилизируются специальным белком, фибриназой, приобретая необходимую прочность. Таким образом, в ране образуется настоящая заплатка из густо переплетенных нитей фибрина. Строящиеся в ране нити фибрина угнетают активность тромбина. Смысл такого угнетения ясен: в противном случае активированный тромбин мог бы свернуть всю кровь в организме. Следовательно, этот фермент надо вовремя «выключить».

Ясно, что фибриновая пробка не может существовать бесконечно долго. Довольно скоро начавшие делиться клетки эндотелия и гладкой мускулатуры закрывают своими телами образовавшуюся брешь в стенке сосуда, и тогда сгусток начинает только мешать восстановившемуся кровотоку. Сгусток эффективно удаляет еще один белковый участник тромбогенезисной оперы фермент фибринолизин. Под его воздействием фибриновый тромб начинает распадаться, и вскоре полностью исчезает. Для того чтобы фибринолизин не слишком уж рьяно активничал и не растворял сгустки раньше времени, на него тоже есть управа в виде белка антифибринолизина. Кстати сказать, в крови умерших людей активность фибринолизина остается достаточно высокой на протяжении длительного времени. В результате этого трупная кровь не сворачивается, как это можно было бы ожидать, исходя из житейских рассуждений. Кстати, подобный эффект позволил в 1936 г. отечественным хирургам С С. Юдину и В. Н. Шамову разработать и внедрить в практику переливание пациентам крови трупов. В настоящее время такая методика не практикуется, однако ее применение возможно в экстремальных ситуациях дефицита донорской крови.

Избыточная сложность

Помимо 12 пронумерованных факторов, в процессе свертывания крови участвуют в общей сложности около 60 различных соединений. Как объяснить такую, на первый взгляд избыточную, сложность каскада белковых взаимодействий? Дело в том, что процесс образования тромбов очень важный, ответственный и во многом опасный. Только представьте себе, что кровь начнет самопроизвольно сворачиваться в капиллярах. Это же будет полная катастрофа! Или наоборот, ее сворачиваемость упадет ниже всякой критики. Тогда все люди поголовно станут гемофиликами! Не вызывает сомнения, что сама степень свертываемости должна меняться в зависимости от внешних и внутренних физиологических условий. Следовательно, процесс надо тонко регулировать.

Известно, например, что на процесс сворачивания крови оказывают влияние вегетативная нервная система, гормоны и головной мозг. В частности, под воздействием незначительного стресса свертываемость может уменьшаться. Логически такой эффект вполне обоснован. Обычно состояние стресса готовит организм к предстоящим физическим нагрузкам — учащается сердцебиение, увеличивается потоотделение, необходимое для охлаждения при беге или борьбе. Снижение свертываемости и, как следствие, увеличение «жидкостности» крови в этой ситуации будет способствовать ее лучшему и быстрому прохождению через самые тонкие капилляры. С другой стороны, эмоциональное возбуждение и страх перед предстоящей операцией способны увеличить свертываемость. Разумеется, эволюция не готовила человека заранее к полостным операциям, однако факт остается фактом — эмоции влияют на фибриногенез. Именно подобными эффектами можно, кстати, объяснить колдовские способности Григория Распутина, который был способен голосом и взглядом останавливать кровотечения у гемофилика царевича Алексея.

Хороший пример «мудрости» фибриногенеза дают опыты с избытком тромбина. Теоретически содержащегося всею в 10 мл крови протромбина должно оказаться достаточно, чтобы возникший из него тромбин превратил весь фибриноген тела человека в фибрин, то есть, чтобы свернулась вся кровь. На деле же в экспериментах на животных этого не происходит. Более того, инъекции изрядных доз тромбина не убыстряют, а во много раз замедляют свертываемость крови у подопытных крыс. Хотя молекулярный механизм этого явления еще до конца не ясен, логика его действия предельно понятна. Действительно, в нормальных условиях концентрация тромбина в крови не должна выходить за разумные рамки, и если, образно говоря, стрелку зашкаливает и концентрация тромбина подскакивает выше предельно допустимой. Включаются механизмы, тормозящие свертываемость. Другими словами, организм «понимает», что при резком скачке количества тромбина надо не кровь сворачивать, а нормализовывать механизм поступления тромбина в кровь, а заодно обезопасить себя or массового появления тромбов и сгустков, резко уменьшив свертываемость крови.

Гены гемофилии

До начала применения эффективной терапии редко кто из гемофиликов доживал до 20 лет. В настоящее время некоторыми фармакологическими компаниями выпускается целый ряд препаратов, способных восстанавливать сворачиваемость кровь больных гемофилией. Большая часть из них представляет собой лиофилизированные (высушенные) концентраты крови здоровых людей. Стоимость такого лечения достаточно велика и составляет 6–10 тысяч долларов в год. К тому же, всегда существует опасность вместе с таким концентратом получить какой-нибудь вирус (в худшем случае — вирус СПИДа). Поэтому неудивительно, что биологи пытаются наладить выпуск лекарств против гемофилии, используя методы генной инженерии.

80–85 % больных гемофилией страдают от отсутствия в крови фактора VIII (антигемофильного глобулина). Такая гемофилия считается классической и обозначается буквой А. В остальных случаях (гемофилия В) не хватает фактора IX. Фактора VIII в крови совсем немного. Достаточно сказать, что на одну молекулу антигемофильного глобулина в кровяном русле приходится миллион молекул альбумина — одного из основных белков плазмы. Однако фактор VIII играет одну из ведущих ролей в каскаде реакций, стимулирующих превращение фибриногена в фибрин, и поэтому его отсутствие неизбежно приводит к гемофилии.

В 80-е годы XX века американская фирма Genetech начала производить антигемофильный глобулин с помощью генно-инженерных методик. За этим выдающимся достижением стояла поистине ювелирная работа молекулярных биологов Ричарда Лона, Гордона Вихара и их сотрудников. Первой целью ученых было найти ген антигемофильного глобулина среди сотен тысяч генов человеческою организма.

Задача сама по себе нелегкая, однако, если учесть, что значимые, работающие гены составляют далеко не всю ДНК человека, а лишь ее часть, то предстоящая работа представлялась поистине титанической. Доктор биологических наук Б. М. Медников так образно описывал трудность выделения нужного гена из всей ДНК человека: «Представьте полное академическое собрание сочинений Пушкина, изданное тиражом в сотни миллионов экземпляров (с таким количеством исходных клеток в колбе обычно имеют дело молекулярные биологи). Тираж при этом напечатан в одну строчку на телеграфной ленте и перемешан в огромный ворох, который непрерывно перелопачивают (имитация теплового движения молекул в растворе), а стая жизнерадостных обезьян (это аналог ферментов нуклеаз, полностью избавиться от которых при выделении молекул ДНК из клеток невозможно) рвет ленту, где им это понравится. Теперь представьте, что, не прикасаясь руками и не видя текста, с расстояния пятидесяти метров надо из этой кучи выбрать все ленты, на которых отпечатан, например, „Анчар“ или первая глава „Евгения Онегина“».

Однако по счастью в молекулярной биологии давно были отработаны подходы для решения подобных задач. Выделенный ген антигемофильного глобулина человека позволил не только наладить наработку фактора VIII, но и подробно изучить сам белок. Антигемофильный глобулин представляет собой чудовищно огромную молекулу. Этот белок состоит из 2332 аминокислот! Для сравнения, сложно устроенный белок интерферон, помогающий нашим клеткам бороться с вирусными инфекциями, содержит их более чем на порядок меньше.

В результате детального анализа выяснилось, что у разных больных гемофилией А можно найти различные повреждения гена антигемофильного глобулина. В конце XX века были известны как минимум семь подобных нарушений. Из них четыре представляют собой точечные мутации — то есть повреждения единичных нуклеотидов, которые ведут к замене всего одной аминокислоты в белке. Оставшиеся три нарушения представляют собой делении — потери небольших участков гена. Как уже упоминалось, не все случаи гемофилии можно объяснить отсутствием в крови больных антигемофильного глобулина. У меньшей их части не хватает других белков, влияющих на свертываемость крови. Вместе с тем, не вызывает сомнения, что и эти более редкие случаи будут со временем подробно изучены, и в результате биологи создадут соответствующие лекарственные препараты против гемофилии.

Кожа

Если против какой-нибудь болезни предлагается очень много средств, это значит, что болезнь неизлечима.

Антон Чехов

Как известно, верхние слои кожи постоянно обновляются; старые клетки кожи ежедневно заменяются новыми. Поэтому кожу нельзя «сносить», как старое платье. Происходит этот процесс благодаря тому, что кожа состоит из двух слоев. Внешний, наружный слой называется эпидермисом (греч. epi — над, сверху и derma — кожа). Внутренний, глубинный слой называют дермой. Именно здесь проходят кровеносные сосуды и располагаются окончания нервных волокон. Дерма содержит волокна белка коллагена, которые придают коже эластичность, гибкость и упругость. Ниже дермы находится лишенная соединительных волокон жировая ткань — подкожная жировая клетчатка. Благодаря ей кожа немного подвижна относительно расположенных ниже мышц.

Образование эпидермиса похоже на возведение кирпичной кладки — с той разницей, что на стройке новые слои кирпичей кладут поверх старых. В эпидермисе же все происходит наоборот. Самые старые клетки лежат сверху, а новые образуются внизу, на границе дермы и эпидермиса. Именно там находятся стволовые клетки кератиноциты (греч. keras — рог), которые в неповрежденной коже образуют сплошной слой. Кератиноциты постоянно делятся. В результате часть клеток оказывается сверху слоя продолжающих постоянно делиться клеток. Потеряв контакт с дермой, молодые клетки кожи утрачивают способность к делению и начинают производить особый белок кератин, из которого, в основном, состоят волосы и ногти человека.

Делящиеся кератиноциты постепенно оттесняют своих родственников все дальше от дермы, и последние, словно находясь на переполненном эскалаторе, начинает долгий путь к поверхности кожи. При этом клетки эпидермиса постепенно меняют свою форму, становясь все более плоскими. Через две недели они превращаются в ороговевшие мертвые чешуйки, состоящие почти из одного кератина. Оказавшись на поверхности, чешуйки отделятся от тела, чтобы уступить дорогу своим соседям, уже поднимающимся из глубин эпидермиса.

Самое любопытное, что рога и копыта животных, перья птиц и чешуи пресмыкающихся также состоят из кератина! Просто, в отличие от молекул в кожных образованиях человека, у других животных они организованы в пространстве несколько иначе. Биологи проделывали любопытные опыты — пересаживали кусочек кожи млекопитающего на поверхность зародыша птицы. При этом на пересаженном кусочке начинали появляться зачатки перьев! Значит, клетки нашей кожи могут производить кератин по-разному. В связи с этим нет ничего удивительного в том, что у человека отмечены врожденные заболевания, связанные с теми или иными нарушениями синтеза кератина. Поговорим о некоторых из них.

Ихтиозы, кератозы и бородавки

Увеличение интенсивности синтеза кератина клетками кожи может приводить к целому ряду заболеваний, которые обычно объединяют под общим названием «кератоз». Нередко производство кератина идет настолько интенсивно, что на поверхности кожи появляются отдельные чешуйки и лепестья, отдаленно напоминающие чешую рыб. Такую разновидность кератозов называют ихтиозами (греч. ichthys — рыба). В медицинских справочниках можно найти более тридцати разновидностей кератозов, каждая из которых вызывается своими причинами. Часто к наследственности эти причины отношения не имеют, как, например, в случае кератоза, вызванною отравлением мышьяком. Наоборот, некоторые разновидности кератозов носят явно семейный, наследственный характер. О них дальше и пойдет речь.

На ладонях и подошвах стоп слой эпидермиса обычно толще, чем на других участках тела. Наверняка и кератина на единицу площади в этих участках тела больше. Причина такого различия предельно ясна. Именно стопы и ладони испытывают обычно максимальную нагрузку при ходьбе и работе. Вы наверняка замечали, что увеличение такой нагрузки вызывает в ответ утолщение и без того плотного слоя эпидермиса вплоть до образования твердых мозолистых корок. Мальчишка, пробегавший все лето босиком в деревне, наступает на сосновую шишку и не испытывает боли; вся его стопа — уже давно сплошная мозоль. Следовательно, интенсивность синтеза кератина наш организм может регулировать в зависимости от физических нагрузок на кожу. Иногда в такой регуляции происходят сбои. В результате на отдельных участках тела возникают зоны, в которых образование кератина всегда происходит особенно интенсивно независимо от механической нагрузки. Пример такого генетически обусловленного дефекта — ладонно-подошвенный гиперкератоз.

Проявления этот заболевания заметны уже у новорожденных, хотя средний возраст развития гиперкератоза — 5–7 лет. На поверхности тела появляются симметрично расположенные желто-коричневые бляшки диаметром 2–10 мм, чей цвет как раз и обусловлен избытком кератина. Обычно бляшки заметны на пятках и ладонях, хотя иногда они проявляются в районе локтей и колен. Считается, что заболевание передается в ряду поколений по доминатно-аутосомному типу.

Порой у новорожденных детей в отдельных местах на коже удается заметить несимметричные темные пятнышки, своеобразные роговые чешуйки — акрокератомы. Особенно часто они появляются у больных на тыльной поверхности кистей рук и имеют вид маленьких узелков. В этом случае говорят о веррукозном акрокератозе (лат. verruca — бугор, холм), которое также наследуется по аутосомно-доминантному типу.

Фолликулярный дискератоз (болезнь Дарье), впервые описанный еще в конце XIX века, тоже является наследственным доминантным заболеванием. Он вызывается ускоренным созреванием кератиноцитов и проявляется уже в детском возрасте. Созревающие в глубине эпидермиса кератиноциты начинают интенсивно синтезировать роговое вещество еще до того, как достигнут поверхности кожи. В результате возникают мелкие плотные зудящие образования — узелки (папулы), которые чаще всего появляются в районе волосяных фолликулов. Наиболее часто они возникают на лице, ладонях и подошвах, на груди и на половых органах. Постепенно узелки увеличиваются в размерах и покрываются жирными чешуйками. Узелки с повышенным содержанием кератина могут сливаться друг с другом, образуя более обширные бляшки. В подмышечных, паховых или заушных впадинах появляются разрастания, издающие неприятный запах. Словом, приятного мало. На слизистой оболочке рта часто заметны белесые точки. Дискератоз сказывается на форме и строении ногтей. Ногтевые пластинки деформируются и начинают трескаться (подногтевой гиперкераит). Солнечные ванны не смягчают протекание заболевания, а наоборот — только стимулируют его развитие.

Как уже упоминалось, волосы в основном состоят из кератита. Врожденная суперпродукция кератина волосяными фолликулами, равно как и увеличение числа самих фолликулов, приводят к появлению на отдельных участках тела так называемых пучков фавна. Как известно, Фавном в римской мифологии называли бога полей, лесов, пастбищ и животных. Фавн отождествлялся также с греческим богом козлоногим Паном, чрезмерная, почти звериная волосатость которого была характерным его признаком. Более научное название пучков волос, растущих не там, где принято, — врожденный гипертрихоз (греч. thrix — волос). Неприятно. Не очень эстетично, но не смертельно. Бывают врожденные кератозы с гораздо более неприятными последствиями.

Интенсивное деление клеток, синтезирующих кератин, лежит в основе появления бородавок, которые можно рассматривать; как миниатюрные доброкачественные опухоли. Обычно они четко, локализованы на теле и не разрастаются. В клетках, составляющих бородавку, происходит повышенный синтез кератина и пигмента меланина. Бородавки бывают обыкновенные, остроконечные и плоские. Остроконечные бородавки на ощупь мягки и болезненны. Иногда они встречаются группами, напоминая по форме петушиный гребешок или головку цветной капусты. Величина плоских бородавок небольшая, поверхность — гладкая: они едва выступают над уровнем кожи.

Порой появление бородавок и увеличение их числа носит характер заболевания. Общее их количество может достигать нескольких десятков. Часто это заболевание носит семейный характер. В этом случае врачи говорят о бородавчатом кератозе. Роль наследственности в появлении бородавок неясна. Примерно у 50 % больных обычные и плоские бородавки могут исчезать под влиянием внушения и гипноза. Так что, скорее всего, причину появления бородавок надо искать не в генах, а в особенностях работы нервной системы.

Вместе с тем, считается, что возникновение некоторых типов бородавок обусловлено определенным вирусом. Во всяком случае, точно известно, что появление бородавок в области гениталий (так называемых остроконечных кондиллом) у людей является следствием их заражения вирусом папилломы человека. Следовательно, такими бородавками можно «заразиться», как обычной венерической болезнью, что обычно и происходит, если у одною из партнеров имеются остроконечные кондиломы.

Для нормального функционирования кожных покровов важно правильное соотношение между синтезом кератина и интенсивностью деления и созревания кератиноцитов. При врожденной эритродермии это соотношение, вероятно, нарушается. В результате у больного быстро растут ногти и волосы, однако при этом они становятся тонкими и ломкими. Кожа стянута, она краснеет (греч. crythros — красный), и на ней возникают трещины. При ярко выраженной форме эритродермии кожа начинает шелушиться большими пластинками, которые порой покрывают тело сплошной коркой. К счастью, это неприятное заболевание наследуется по рецессивному типу. Тем не менее, врачи все же регистрируют рождение детей с таким наследственным дефектом кожи, который называют также ламеллярным ихтиозом (лат. lamina — пластинка) Кожа новорожденного словно бы покрыта высыхающей пленкой клея. Не случайно подобных несчастных младенцев несколько ненаучно именуют «коллодийными детьми» (напомню, что коллодием не так давно называли разновидность клея).

Fine более трагичная картина наблюдается при врожденном ихтиозе плода, который еще называют злокачественной кератомой. В этом случае чешуйки на коже буквально сливаются в сплошной панцирь, покрытый глубокими трещинами. Врожденный ихтиоз несовместим с жизнью. Пока таких детей спасать не удавалось.

Недостаток кератина так же опасен для здоровья, как и его избыток. Характерный пример подобного заболевания — врожденный дискератоз, который нередко носит семейный характер и наследуется по рецессивному типу. При этом на слизистой поверхности ротовой полости могут возникать белые пятна (лейкоплакия), трещины и пузыри, а на коже открытых участков тела — характерный узор, напоминающий сеточку. Недостаток кератина приводит к дистрофии ногтей, а то и вовсе к их полному отсутствию (анонихия). Перебои с синтезом кератина вызывают закупорку слезных каналов; возможно, их стенки становятся слишком вялыми. В результате избыток слезной жидкости постоянно выливается через веки; у человека появляется болезненная слезоточивость. Кератин содержат клетки барабанной перепонки, придавая ей необходимую гибкость. Поэтому следствием врожденного дискератоза являются проблемы со слухом. Трещины эпителия возникают в районе заднего прохода, доставляя больному изрядные страдания. У мужчин врожденный дискератоз нередко приводит к патологическим изменениям головки полового члена.

Для правильной работы кожных покровов важно не только необходимое количество кератина, но и способ укладки его волокон или пластин. Почти наверняка вы хотя бы раз замечали, как на ваших ногтях появляются белые полоски. Они медленно двигаются от основания ногтя к его краю со скоростью роста ногтевой пластинки. Такие белые образования образуются из прослоек воздуха, возникающих между слагающих ноготь кератиновых слоев и пластинок. Причины появления белых метин на ногтях здоровых людей не совсем ясны. Известно, что в некоторых случаях такой дефект носит характер хронического врожденного доминантного заболевания (лейконихия), при максимальном проявлении которого вся поверхность ногтей приобретает белый цвет. Второй причиной появления у людей белых ногтей является чрезмерное разрастание эпидермиса под ногтевой пластинкой (пахионихия). В результате капилляры дермы перестают просвечивать сквозь ноготь, и он теряет свою розоватую окраску. Пахионихия часто является лишь одним из проявлений различных симптомов, являющихся следствием врожденных нарушений скорости синтеза кератина и деления кератиноцитов.

Похоже, что дефекты укладки кератина или сбои в его равномерном производстве приводят также к такому врожденному заболеванию как монилетрикс. На древнегреческом monile — «ожерелье» (вспомните монисто на шее). Название намекает на любопытную особенность строения волос — они становятся похожими на четки или бусы. Более толстые участки чередуются с тонкими. В результате такие волосы становятся ломкими и секутся. Отмечены также врожденные аномалии, в результате которых стержни волос перекручиваются вокруг своей оси, словно ствол сосны, растущей среди скал на сильном ветродуе. Что именно вызывает такой дефект строения стержня волоса? Какие механизмы на клеточном и молекулярном уровнях приводят к описанным последствиям? Известно, что стержень волоса построен из мягкого кератина, поэтому для обеспечения механической прочности он завернут в кутикулу — несколько слоев прозрачных чешуек, кератин которых более твердый. Как клетки волосяных фолликулов «добиваются» такой правильной укладки пластин кератина? Как на этом процессе могут сказываться генетические дефекты? Какой простор для медико-биологических исследований!

Аутосомно-доминантным заболеванием считается семейная доброкачественная пузырчатка. Как следует из названия, характерным ее признаком являются пузырьки и эрозии кожи, которые возникают при любой, даже самой незначительной травме. Иногда пузырьки появляются в жаркую погоду. Такие явления неприятны, однако, они не представляют собой прямой угрозы здоровью. Чаще всего, пузырьки со временем исчезают сами собой, в худшем случае оставляя на своем месте небольшие рубчики или пигментные пятна. К сожалению, существует и смертельно опасный вариант пузырчатки. Он приводит у новорожденных к такому интенсивному появлению многочисленных пузырей, что кожа у них буквально начинает отслаиваться большими кусками. Пока врачи не в состоянии помочь такому несчастному младенцу, гибель которого наступает в первые часы жизни после родов.

Неприятным, но неопасным изменением кожных покровов считается облысение (алопеция). Причин облысения много, как и способов борьбы с ним. Достаточно полистать подшивки дореволюционных газет, чтобы убедиться: и в то время рекламные странички пестрели самыми разными объявлениями, пропагандирующими «самое верное патентованное средство от облысения».

Потерю волос могуч вызвать гормональные сбои, неполадки работы иммунной системы, стрессы, яды, радиоактивное облучение, инфекции, и даже физические травмы. В истории медицины отмечена потеря волос (обычно на 20–40 %) после сыпного тифа. Наиболее частой формой облысения (до 95 % всех случаев) является так называемая андрогенная алопеция, которая была известна уже в 400-м году до н. э. Достаточно сказать, что 30–35 % мужского населения мира в возрасте от 25 до 55 лет подвержены именно андрогенной алопеции. В чем ее причина? Оказывается, мужские половые гормоны андрогены не только влияют на развитие мужских половых признаков, но и оказывают влияние на роет волос. Предположение, что в развитии андрогенной алопеции играют роль «мужские субстанции» выдвинул еще Гиппократ. Однако подробное изучение этого типа облысения началось только в 1942 г. Дж. Б. Гамильтоном. Выяснилось, что андрогены стимулируют рост бороды, усов и растительности на теле, подавляя одновременно рост волос на голове. Происходит это следующим образом.

Один из клеточных ферментов превращает мужской половой гормон тестостерон в очень сходное гормональное соединение — 5-альфа-дигидротестостерон. Это последнее вещество и способно угнетать рост волосяных фолликулов на макушке и на границе роста волос, связываясь с соответствующими рецепторами на поверхности клеток волосяных фолликулов. Этим и объясняется характерный вид мужских пролысин. При андрогенной алопеции на голове у мужчин — в затылочной и височных областях всегда остается венчик волос. Происходит так потому, что волосяные фолликулы в этих зонах не имеют рецепторов, способных воспринимать действие андрогенов. Поэтому волосы в этих областях как бы «застрахованы» от выпадения. В тех же фолликулах, где рецепторы к 5-альфа-дигидрогестостерону имеются, этот гормон проникает в клетку и нарушает синтез белков. В результате этого происходит уменьшение размеров фолликулов, которое сопровождается уменьшением диаметра волосяного стержня с постепенной трансформацией жестких волос в нежный пушок — характерный признак развития андрогенетической алопеции. Сначала происходит поведение волос в височных областях (I степень облысения), затем в области лба и затылка (II степень), потом в центрально-теменной области (III степень). Наконец, волосы остаются лишь на маленьком участке между лобной и центрально-теменной областью (IV степень), а потом и этот участок с течением времени исчезает (V степень).

Любопытно, что интенсивность роста волос не зависит от конкретного места на коже. Главное, чтобы волосяные луковицы были здоровыми и не реагировали на 5-альфа-дигидротестостерон. В истории медицины зафиксирован такой курьезный случай. Во время второй мировой войны одному из раненых солдат кусочек его собственной кожи головы был пересажен на поврежденный палец. Трансплантат благополучно прижился и… на нем начали расти достаточно густые волосы! «Волосатый палец» приходилось время от времени стричь. Так продолжалось до тех пор, пока ветеран не облысел. Вместе с волосами на голове он потерял и волосы на своем знаменитом пальце.

У жёнщин андрогены также вырабатываются, однако чувствительные к ним волосяные луковицы расположены у них на теле более диффузно, чем у мужчин. Поэтому лысеющую женщину можно встретить гораздо реже, чем сверкающего лысиной мужчину. Более того, у женщин, при наличии генетически детерминированной повышенной чувствительности волосяных фолликулов к андрогенам при их нормальной концентрации в крови, облысение практически невозможно. Алопеция «мужского типа» может возникнуть у них только в случае выраженной гиперандрогении, то есть повышенного содержания мужских половых гормонов в крови. Часто такое облысение сопровождают патологические изменения яичников и надпочечников. Резкое уменьшение количества женских половых гормонов эстрогенов (и, как следствие, относительное увеличение концентрации мужских) может произойти после родов и приема контрацептивных препаратов, в состав которых входили синтетические прогестины.

Врачи справедливо считают, что некоторые формы алопеции (в том числе и андрогенная) явно носят наследственно доминантный характер, причем, как правило, они сцеплены с полом. Следовательно, велика вероятность того, что если вы — мужчина, и у вашего отца рано стали появляться залысины, то такая же судьба ждет и вас. Единственное, чем можно утешаться, — степень выраженности наследования облысения в разных семьях варьирует. Лысина на голове — не самая тяжелая дань, которую мужчинам приходится порой отдавать наследственности. Как гены влияют на облысение? Установлено, что в 70–72 % «ген облысения» наследуется мужчиной по материнской линии. Мать передаст его от своего отца своему сыну. В остальных случаях «ген облысения» наследуется непосредственно от отца. Скорее всего, «ген облысения» кодирует соответствующий рецептор клеток волосяных фолликулов, делая их тем самым чувствительными к уровню андрогенов в крови.

Ясно, что бороться с андрогенной алопецией, мягко говоря, непросто. С гормонами вообще шутки плохи. Гормональная терапия — вещь во многих отношениях рискованная. Да и вряд ли кто из лысеющих мужчин согласится приостановить этот процесс путем снижения уровня своих мужских половых гормонов. А уж прочтенную терапию, способную повлиять на соответствующие рецепторы волосяных фолликулов, и говорить не приходится. Проще купить парик, как это сделал один из наших популярных эстрадных певцов.

Редко, но все же встречаются врожденные формы алопеции, когда волосы исчезают на отдельных участках тела (гнездная алопеция). Отличить эту форму алопеции от большинства других несложно, поскольку при ней кожа на пораженных участках остается неизменной, а выпавшие волосы являются истонченными. На краю участка облысения их можно удалить даже при слабом потягивании. Гнездная алопеция и ее разновидности встречаются среди населения с частотой 1/500–1/700 человек, ее причина остается неизвестной, хотя есть указания на влияние наследственности, поскольку до 20 % больных имеют родственников с таким же заболеванием. При тотальной алопеции волосы выпадают на всей его поверхности тела. Они просто нигде не в состоянии расти! Такой дефект считается аутосомно-рецессивным заболеванием. Родители впадают в шок, подростки — в депрессию, поскольку сверстники дразнят облысевших, а напряжение, которое болезнь вносит во взаимоотношения с представителями другого пола, и описать нельзя. Случается иногда и врожденная алопеция — у новорожденного нет волос от рождения, и они, увы, не растут и в дальнейшем.

Если у вашего ребенка поредели волосы на затылке, всерьез тревожится еще, быть может, рано. Подчас такой эффект возникает от слишком долгого лежания младенца на затылке. Ему просто надо чаще ворочаться! Не пеленайте его на ночь, лучше оденьте распашонку, и волосы на затылке вскоре вновь заколосятся!

Заканчивая краткий экскурс по врожденным кератозам, из которых была упомянута только небольшая часть, следует заметить следующее. Для человека такие отклонения от нормы — всегда трагедия. Однако попробуем взглянуть на них с эволюционной точки зрения. Что собой представляют самые разные роговые образования, которые украшают различных представителей позвоночных? Все эти чешуи, ветвистые рога, панцири и кривые когти? Не что иное, как опухоли с гиперпродукцией кератина! Вполне возможно, что генетические нарушения синтеза кератина иногда шли нашим братьям меньшим и на пользу. Более того, такие мутанты наверняка получали даже селективное преимущество по сравнению со своими «нормальными» сородичами.

Вот вам любопытная иллюстрация сказанного. Как уже было сказано, 380 миллионов лез назад, в Южном полушарии размещался огромный континент Гондвана, который позже «раскололся» на Южную Америку, Африку, Индостан, Австралию и Антарктиду. На севере Гренландия, Восточная Европа и Северная Америка были в то время слиты воедино в Евроамериканский континент. 350 миллионов лет назад два суперконтинента сблизились. Гондвана соединилась с Евроамерикой. От мощнейших подземных сил тысячекилометровые каменные плиты сжимались, выгибались и комкались, как тонкая бумага. Поднялись Уральские горы и Аппалачи. Образовался единый материк — Пангея (в буквальном переводе — «вся земля»). В результате изменилось направление морских течений и ветров. Климат стал более континентальным, а следовательно, более холодным и сухим. В этих условиях древним земноводным пришлось экономить влагу. Представьте себе в таких условиях древнюю лягушку с кератозом! Ведь ее кожа — настоящий чешуйчатый панцирь, который не пропускает влагу! В тех условиях — явное преимущество перед сородичами. Возможно так, благодаря зафиксированным в эволюции мутациям генов, ответственных за синтез и укладку кератина, и возникли на нашей планете чешуйчатые рептилии. Эта гипотеза подтверждает точку зрения на мутации как на своеобразный «строительный материал» эволюции. Хотя, конечно, человеку с кератозом от таких мыслей легче не станет.

Псориаз

Псориаз, который в просторечии называют чешуйчатым лишаем, врачи именуют хроническим рецидивирующим эритематосквамозным дерматозом мультифакторной природы. Научное определение достаточно мудреное, поэтому давайте с ним разбираться. Хронический — значит долго тянущийся. Erytros по-гречески красный, squamula на латыни — чешуйка. Значит, для эритематосквамозного дерматоза характерны красноватые чешуйчатые бляшки, которые появляются на поверхности кожи. Под словосочетанием «мультифакторная природа» кроется молчаливое признание врачей в том, что они пока не могут указать на единственную и однозначную причину заболевания.

Многие исследователи указывают на наследственный характер псориаза, поскольку нередко фиксируются семейные случаи этого заболевания. Считается, что псориаз наследуется по рецессивно-аутосомному типу, хотя точно вероятность проявления болезни в чреде поколений предсказать трудно. Частота встречаемости псориаза оценивается как 0,1–3 %, а в скандинавских странах вероятность его проявления поднимается до 8 %! На основании генетических исследований установлена связь псориаза с одним из генов хромосомы № 17, однако роль этого гена в проявлении заболевания остается неясной. Известно лишь, что в основе возникновения псориаза лежит какое-то генетическое изменение, которое приводит к интенсивному делению кератиноцитов кожи и к интенсивному синтезу в них кератина. Достаточно сказать, что обычно время жизни клетки кожи составляет около 3–4 недель. В псориатической бляшке оно сокращено до 3–4 дней! Создается впечатление, что все процессы созревания кератиноцита, поднимающегося из глубин дермы к поверхности, протекают при этом на порядок быстрее. Причина такого «пришпоривания» биологических процессов дифференцировки остается неясной.

Вопрос о том, насколько такое нарушение жестко наследственно предопределено, также остается открытым. Хорошо известно, что возникновение псориаза могут спровоцировать серьезные стрессы (например, войны, потеря близких родственников и любимых людей), которые оказывают влияние на работу иммунной системы. «Пропускает» ли она при этом мимо своего контроля генетически измененные клетки кожи или же сама индуцирует мутагенез? На этот вопрос пока никто не в состоянии ответить однозначно. Известно лишь, что в области псориатических бляшек иммунологическая функция кожи серьезно нарушена. Болезнь может начаться и у совершенно здорового человека, родственники которого не страдали от псориаза. Врачи указывают на два возрастных периода, во время которых вероятность развития болезни наиболее высока: в юношеский период (16–25 лет) и в преклонном возрасте (50–60 лет). Возможно, эти два пика связаны с возрастными психологическими кризисами.

Наиболее распространенный вид псориаза — бляшечный. Бляшки розоватые, их размеры варьируют от булавочной головки до куриного яйца и даже ладони. Поверхность кожи шелушится. В начале заболевания болезненные ощущения отсутствуют, однако в процессе прогрессирования болезни могут появляться растрескивания кожи, приводящие к зуду. Не случайно на греческом psoriasis означает чесотка. Наиболее часто бляшки возникают на поверхности локтевых и коленных сгибов, на коже головы. При этом у части больных патологические изменения затрагивают и сами суставы, приводя к развитию псориартрического артрита. Примерно в четверти случаев ногти утолщаются и становятся ломкими.

Как и любое заболевание с генетической предрасположенностью псориаз не заразен. Чаще всего он вызывает лить психологический дискомфорт. Однако не следует преуменьшать последствия заболевания. При тяжелом течении псориаз может привести даже к потере трудоспособности. Невозможность точно указать причину болезни приводит и к отсутствию радикальных средств борьбы с ней. Неплохо помогают сдерживать течение заболевания солнечные ванны, витамины и курсы с применением кортикостероидов. Лечение этими гормонами должно обязательно протекать под наблюдением врача. К сожалению, в настоящее время псориаз считается неизлечимым заболеванием, хотя интенсивность его проявления может быть значительно снижена.

Альбинизм и другие нарушения пигментации

В принципе альбинизм следовало бы отнести к врожденным заболеваниям обмена веществ. Темный пигмент меланин, который придаст белой коже телесный опенок и продукция которого возрастает под воздействием солнечных лучей, образуется в клетках человека и животных из аминокислоты фенилаланина. Контролируют это удивительное превращение ряд ферментов, ключевую роль среди которых играет тирозиназа. Дефекты в гене тирозиназы автоматически приводят к блоку синтеза меланина. В результате на свет появляются люди и животные, либо вообще лишенные меланина, либо обладающие его недостаточным содержанием.

Альбинизм может быть полным или частичным. В последнем случае синтез меланина снижен, либо этот пигмент образуется в одних клетках и отсутствует в других. У неполных альбиносов на геле имеются отдельные белые пятна, встречаются белые пряди волос. Седина, возникающая с возрастом, к синтезу меланина отношения не имеет. Считается, что она появляется благодаря нарушению правильной укладки чешуек кератина, расположенных по длине волоса. Между ними появляются воздушные прослойки, пузырьки воздуха, которые в массе и создают эффект «белой пены».

Полные альбиносы рождаются с частотой менее 1/10000. Наследуется такое состояние по аутосомно-рецессивному признаку. Это понятно, ведь для полного блока синтеза меланина у людей-альбиносов должны быть повреждены оба гена тирозиназы. Если же хромосома одного из родителей несет нормальный ген этого фермента, меланин будет синтезироваться, хотя и с меньшей интенсивностью. У полных альбиносов не только белая кожа, но и красновато-розовый цвет радужной оболочки глаза. Такой оттенок ей придают просвечивающие через неокрашенные ткани внутренняя сосудистая оболочка глаза, которая, естественно, имеет красный цвет.

Как уже упоминалось, за синтез меланина отвечают несколько ферментов. Поэтому к альбинизму могут приводить дефекты в разных генах, кодирующих эти ферменты. Этим объясняются редкие случаи рождения нормальных детей у родителей альбиносов. В этой ситуации каждый из родителей имеет свой «генетический дефект». При объединении генов в зиготе такие генетические дефекты могут взаимно компенсироваться. Так по разным вариантам текста с различными опечатками можно восстановить изначальный текст без ошибок.

Следует также упомянуть, что под общим термином «меланин» кроется не один пигмент, а целая группа белков, способных придавать тканям различную окраску — от желтой и светло-коричневой до почти черной. Соответственно, кодируются они разными генами. Вернее, множественными аллелями (вариантами) гена, содержащего информацию о меланине. Хорошо известно, что в браках белых людей с представителями негроидной расы рождаются так называемые метисы. Цвет их кожи занимает промежуточное положение между белым и темно-коричневым опенком. Такое «цветовое смешение» является результатом взаимодействия двух разных аллелей в генотипе метиса. Какой результат следует ожидать от брака двух метисов, имея в виду цвет кожи их потомства, заранее сказать трудно. Здесь возможны самые разные варианты — от почти белой кожи до почти черной. Объяснить такую ситуацию несложно. Представьте себе, что у нас есть семь разных аллелей: A1, А2, А3… А7. Белый цвет кожи определяется двумя аллелями A1А1, а максимально темный — аллелями А7А7. Ребенок метис будет иметь генотип А1А7, и кожа его будет бронзовой (A1А7). Какое потомство может появиться на свет от брака метиса с аллелями А1А3 (слегка смуглый) с метиской, обладающей аллелями, скажем А1А6 (бронзовая)? Прикиньте на бумажке!

Это может показаться странным, однако серьезное научное исследование меланинов, этих важных «естественных красителей» только начинается. При этом выясняются любопытные вещи. Оказывается, меланины не просто защищают кожу от опасного ультрафиолетового облучения путем поглощения энергии солнечных лучей и превращения ее в тепло. Естественные пигменты человека и животных играют более универсальную защитную роль, ограждая клетки от влияния свободных радикалов и молекулярного кислорода. Таким образом, меланины можно рассматривать как естественные антимутагены. Исследуется роль меланинов и в процессе восприятия звуков.

Хорошо известно, что у людей альбиносов обычна снижен слух. Кошки и коты альбиносы и вовсе глухие. Эта особенность вызвана следующим обстоятельством. Как хорошо известно из школьных уроков анатомии, за восприятие звуков отвечают особые клетки, находящиеся в полости внутреннего уха. Эта полость заполнена особой жидкостью — эндолимфой — которая должна иметь вполне определенную концентрацию различных ионов. За выработку эндолимфы отвечают клетки особого участка — так называемой сосудистой полоски. Эти клетки для своей нормальной работы обязательно должны содержать пигмент меланин. У альбиносов его нет или не хватает. Свойства эндолимфы благодаря такому дефекту меняются не в лучшую сторону, что и сказывается на остроте слуха.

Альбиносами бывают не только люди. Изредка в прессе мелькают сенсационные сообщения о различных животных альбиносах: тиграх, жирафах, рыбах и птицах. Такие находки свидетельствуют, что генетические нарушения синтеза меланинов встречаются не только у людей.

Ведь эти пигменты очень широко распространены в живой природе. Достаточно упомянуть, что меланины есть и в потемневшей шкурке бананов, и у некоторых плесневых грибов.

Особенно остро проблема альбинизма у людей воспринимается среди представителей негроидной расы. Например, у некоторых племен Африки дети альбиносы считаются неполноценными личностями со всеми вытекающими из такого отношения негативными последствиями. С такими предрассудками приходится вести борьбу. Недавно в Восточной Африке в Малави была организована даже особая ассоциация африканцев-альбиносов, главной задачей которой является борьба за свои права.

Альбинизм — не единственный пример изменения нормальной пигментации кожи. Например, нарушение равномерной пигментации приводит к появлению на коже тела сеточек, полос или пятен, отличающихся по окраске от соседних областей (так называемая симметричная акропигментация). Такой синдром нередко имеет наследственный характер и передается в ряду поколений.

Отдельные беловатые пятна на коже с пониженным содержанием пигментов называются в медицинской науке витилиго (лат. vitium — порча). По-русски в старину подобные врожденные дефекты пигментации называли песью. С возрастом такие пятна склонны постепенно разрастаться. Любопытно, что в пределах пятна меланоциты присутствуют, но вырабатывать свою главную продукцию — меланин — почему-то не желают. Возможно, кстати, дело тут не в дефекте генов, ответственных за синтез пигментов. Есть указания, что в районе белых пятен нарушена иннервация кожи. Или это следствие дефектов ее пигментации?

Западные сплетники утверждают, что витилиго страдает знаменитый певец Майкл Джексон. Быть может именно поэтому он каким-то образом умудрился выбелить свою кожу, сделав ее необычный для афроамериканца цвет частью своего артистического имиджа. То есть поступил как истинный американец по Дейлу Карнеги, который советовал: «Если у тебя есть лимон, сделай из него лимонад». Смысл этой присказки прост — умей свои недостатки превращать в достоинства!

В анналах истории США зафиксирован другой случай, когда витилиго помогло человеку сделать карьеру артиста. В конце XVIII века, после окончания войны Севера с Югом, некий темнокожий Генри Мосс стал свободным фермером. Неожиданно, в 90-х годах его кожа стала местами белеть. Сначала типичная для афроамериканцев пигментация у него исчезла на пальцах рук, затем на запястьях, а потом белые пятна пошли по всему телу. К 1796 г. вся кожа и даже волосы Мосса стала белой. Впрочем, Генри не отчаялся и не впал в депрессию из-за такого странного состояния своих кожных покровов. Он начал демонстрировать себя как чудо природы на ярмарках и в салунах, тем зарабатывая себе на жизнь. Успех у аудитории был заранее обеспечен., Действительно, такое увидишь нечасто — бледнолицый афроамериканец!

Родинки

Наверное, самый распространенный пример нарушения пигментации кожи — обычные родинки. В основе появления родимых пятен лежит интенсивный синтез клетками кожи пигмента меланина. Темный цвет родинок как раз и обусловлен повышенным содержанием пигментов, которые образуются в особых клетках — меланоцитах. По сути, родинки — это скопления меланоцитов, которые видны невооруженным глазом благодаря большой концентрации в них пигмента.

В народе такие пятнышки прозвали «родимыми», то есть «родными» не случайно. Локализация точечных очагов повышенной пигментации кожи часто наследуется. Наверняка вы находили у ваших родителей, родственников или детей родимые пятнышки, которые расположены точно в том же месте, что и у вас. В среднем на теле человека удается обнаружить от 9 до 15 родинок. Механизм наследования расположения таких «родных отметин» остается пока мало изученным.

Родимые пятна различаются по своей форме и структуре. Они бывают различных размеров и оттенков (телесного, желтовато-бурого, черного); плоские или возвышающиеся над уровнем кожи; гладкие, покрытые волосами или бородавчатые; с широким основанием или даже сидящие на «ножке». В период полового созревания или во время беременности на коже могут появляться новые родимые пятна, а уже существующие иногда увеличиваются или темнеют. Родимое пятно может возникнуть в результате увеличения числа меланоцитов на границе эпидермиса и дермы. Площадь такого пятна, которое носит название лентиго, со временем не растет. Обычно оно не возвышается над уровнем кожи, темнее (коричневый, бурый цвет) и больше, чем веснушка. Иногда встречаются родимые пятна, окруженные каймой из более светлой, депигментированной (неокрашенной) кожи. Некоторые родимые пятна возвышаются над уровнем кожи, их окраска варьирует от телесной до черной, а поверхность может быть гладкой, покрытой волосами или бородавчатой.

Некоторые родинки, слегка возвышающиеся над уровнем кожи, имеют неправильную форму. Врачи называют их «диспластическими». Как правило, они крупнее обыкновенных родимых пятен (5–12 мм в диаметре). Диспластические родимые пятна могут возникнуть в любом месте, хотя чаще они встречаются на участках, закрытых одеждой, например, на ягодицах или груди. Отмечены семьи, где проявление крупных родинок неправильной формы явно носит наследственный характер. У большинства людей имеется в среднем по 10 обыкновенных родинок, тогда как отдельные личности могут являться обладателями более сотни диспластических! Появление обычных родинок обычно заканчивается к периоду полового созревания, тогда как диспластические продолжают возникать и после 35 лет.

Некоторые родинки похожи на маленькие, мягкие, выпуклые, красноватые пятна. Их официальное название — «земляничные гемангиомы». Они встречаются почти у каждого десятого новорожденного. По сути, это даже не эпидермис, а часть кровеносной системы зародыша, изолированной от общего кровотока в процессе эмбриогенеза. Обычно они заметны сразу после рождения ребенка, хотя могут проявиться и в течение нескольких недель после родов. Особых беспокойств земляничные гемангиомы у специалистов не вызывают, поскольку эти пятна вскоре начинают бледнеть и исчезают к 5–10 году жизни ребенка. Родителям детей с подобными родинками можно посоветовать обращаться к косметологам только в тех случаях, когда такие гемангиомы расположены на лице.

В среднем у одного из сотни новорожденных можно обнаружить пещеристую гиангиому — голубовато-красный рыхлый плоский нарост на коже. И в этом случае, несмотря на вполне понятное субъективное беспокойство родителей, особых причин для волнения нет. Несмотря на то, что площадь пещеристой ангиомы растет в первые месяцы жизни ребенка, с годовалого возраста начинает идти обратный процесс. К 5–6 годам от такого выпуклого пятна практически ничего не остается. Разве что небольшой малозаметный шрам будет в дальнейшем указывать на место бывшей локализации ангиомы этого типа. Точно так же обычно исчезают с возрастом почти точечные ангиомы в области шеи. Любопытно, что за это их специфическое расположение в народе подобные дефекты пигментации назвали «клевками аиста» (известно ведь, что эти птицы приносят в клюве младенцев…)

В процессе наблюдения за естественной эволюцией упомянутых ангиом, может возникнуть образное представление о том, что иммунная система как бы корректирует появившиеся в процессе эмбриогенеза дефекты. Возможно, так оно и есть на самом деле.

В отличие от ангиом, плоские участки кожи, окраска которых варьирует от цвета кофе с молоком до темно-коричневого оттенка, не исчезают со временем. Такие дефекты пигментации могут располагаться на любых участках тела. Они встречаются достаточно часто и проявляются либо уже при рождении, либо в первые годы жизни ребенка. И в этом случае особых причин для беспокойства нет, однако, если таких пятен много, стоит показать младенца дерматологу.

У представителей африканской, азиатской или индейской рас дефекты пигментации кожи иногда проявляются в виде так называемых «монгольских пятен». Они имеют вид голубых или бледно-серых пятен, похожих на синяки.

С возрастом не исчезают и гораздо более заметные пурпурно-красные родимые пятна на коже (так называемые «винные пятна»). Строго говоря, к врожденным дефектам пигментации они отношения не имеют, поскольку возникают благодаря локальному разрастанию и расширению капилляров дермы. Причины такого, часто врожденного дефекта, остаются пока неясными. Опасности для жизни и здоровья они не представляют, хотя способны доставлять их обладателю чисто психологические неудобства.

Современные мистики считают, что некоторые дети могут хранить память о своих предыдущих реинкарнациях, и расположение их родинок соответствует кожным травмам, полученным в предшествующих жизнях. Однако такой странный взгляд на родимые пятна надо оставить на совести авторов подобных воззрений. Мистическую роль родинкам и родимым пятнам приписывали издавна. В XV веке они считались метками дьявола. В средние века немало несчастных женщин закончило свой жизненный путь на костре инквизиции только благодаря тому, что их фанатично настроенные соотечественники замечали на их теле крупные родимые пятна. Не надо думать, что подобные поверья ушли вместе со средневековыми рыцарскими турнирами в глубокое прошлое. «У моего сына с рождения на лице большое родимое пятно. Одна бабка недавно мне сказала, что это „метка дьявола“. И это не дает мне покоя. Может, и правда это что-то значит?» — задает вопрос врачам на одном из интернет-сайтов наша с вами соотечественница Наталья Л. из Ростова-на-Дону. Вот вам и средневековье!

Современные «носители тайных знаний» считают родинки отголосками серьезных негативных наработок в прошлых воплощениях человека (кровавые культы, садистские извращения, занятия черной магией). Не менее экзотично для ученого, скептически относящегося к современным мифам, звучит утверждение, что родимые пятна расположены в биоактивных точках тела человека. Здесь они работают якобы своеобразными антеннами, с помощью которых организм обменивается энергией с Космосом. Таким образом, наши родинки — это что-то вроде «энергетических информационных кнопок», благодаря которым происходит тонкое регулирование физиологических и психических функций. Ну что тут скажешь? Каждому воздастся по вере его. Если вы верите в подобную теорию, и, «подзарядившись» энергией космоса через свои пигментные пятна, вы будете крепче спать иди лучше работать — нет проблем!

Считается, что по родинкам и родимым пятнам можно предсказать характер и судьбу, хотя и это утверждение с научной точки зрения весьма спорно. Современные газеты пестрят рекламой различных колдунов и медиумов. Если вы придете на сеанс к такому носителю «тайных знаний», то сможете узнать, к примеру, что если у женщины родинка расположена на правой груди, то это свидетельствует о ее непостоянном характере. Родинка на левой груди указывает на великодушие. Родимое пятно на талии свидетельствует о будущем счастливом материнстве и многодетности в браке. Причем, чем крупнее пятно, тем многочисленнее будет потомство. Темные метинки на женских лодыжках говорят о независимости, трудолюбии и энергичности их обладательницы. Родинки на обеих ступнях мужчины намекают на его страсти к путешествиям. Перечисление подобных примет можно продолжать, однако к генетике человека они никакого отношения не имеют. Не исключено, что, пролистывая странички объявлений, вы натолкнетесь на предложение по расположению и внешнему виду ваших родимых пятен прочитать «звездную карту» вашей души. Верите? Тогда платите по таксе!

Справедливости ради надо заметить, что в некоторых случаях родинки действительно могут быть «злыми метками, оставленными когтями дьявола». Дело в том, что иногда они могут стать своеобразным плацдармом для развития меланомы — рака кожи. Известно, что около 40–50 % злокачественных меланом развивается именно из меланоцитов родимых пятен. У детей эти опухоли возникают очень редко, возникая из крупных пигментированных родимых пятен, присутствующих от рождения.

Фактор риска, увеличивающий вероятность возникновения меланом — обычный солнечный свет. Вернее, его ультрафиолетовая составляющая. УФ облучение в больших дозах вызывает необратимые изменения в клетках кожи, повреждая их ДНК. Соответственно, многократно увеличивая риск их перерождения в злокачественные клетки. Об этом стоит помнить людям, которые готовы валяться на солнцепеке пляжа многие часы. Интенсивное загорание совсем не такая безопасная процедура, как можно себе представить! Особенно приятно бывает, поплавав летом в море или озере, плюхнуться на горячий песок или на махровое полотенце, подставив свои бока ласковому солнышку. Мало кто при этом помнит, что оставшиеся на коже капли воды действуют как миниатюрные линзы. Они фокусируют проходящие сквозь них солнечные лучи почти в одной точке, многократно увеличивая силу воздействия УФ лучей на от дельные клетки кожи.

Наиболее подвержены мутагенному воздействию солнечных лучей светлокожие и светловолосые люди с голубыми, зелеными и серыми глазами. К группе риска относятся и те, у кош много веснушек, пигментных пятен и родинок. Особенно, если диаметр их превышает 5 мм. При этом надо помнить, что от пагубных УФ лучей не спасают ни пляжный костюм, ни зонтик. Сухой песок в полдень отражает до 17 % ультрафиолетовых лучей, облака и туман пропускают их до 50 %, влажная одежда после купания — от 20 % до 40 %. Дополнительным фактором, иногда индуцирующим перерождение меланоцитов в раковые клетки, являются механические повреждения родинок.

Развитие меланомы — обычно длительный процесс, который может тянуться годами и даже десятилетиями, поэтому на ранних стадиях ее возникновения она излечима практически в 100 % случаев. Нужно только внимательно относится к своему здоровью и в случае увеличения или возникновения подозрительных пигментных пятен обращаться к специалистам: дерматологам или онкологам. На поздних стадиях развития меланома становится весьма опасной разновидности опухоли. Отдельные составляющие ее раковые клетки в состоянии проникать в кровеносные сосуды и разноситься вместе с кровотоком по всему организму. Оседая в самых разных местах, клетки меланомы образуют метастазы — очаги образования новых опухолей. Бороться с такой ситуацией хирургическим путем уже практически невозможно. Например, только в США в 1991 г. было зарегистрировано около 32 тысяч больных с меланомами, причем 6,5 тысячи из них умерли в том же году!

Папиллярные линии

В 1879 г. врач Генри Фулдас послал в редакцию солидного научного журнала «Природа» статью, в которой описывал метод идентификации личности по отпечаткам пальцев. Идем была новая, и, как все необычное и не укладывающееся в рамки привычных представлений, пробивала себе дорогу с трудом. За два года до этого события к аналогичным выводам об уникальности узоров на пальцах людей пришел скромный служащий британской администрации в Индии Вильям Хершель. В докладе о своем открытии, адресованном генеральному инспектору Бенгалии он называл их «знаками руки». Хершель занимался проблемой отпечатков почти двадцать лет и знал, о чем писал. Однако его идеи сочли полным бредом человека, помешанного на хиромантии.

Судьба статьи Фулдаса оказалась более удачной, возможно просто потому, что ее написал человек, имеющий отношение к научным исследованиям. Криминалистика того времени остро нуждалась в быстром, надежном и дешевом способе распознавания преступников, ведь фотография тогда еще только зарождалась. Детективы в своей практике использовали громоздкий метод Альфонса Бертильона — писаря парижской полицейской префектуры — по которому надо было делать десятки измерений тела для того, чтобы составить объективный антропометрический «портрет» подозреваемого. Тем не менее, лишь в 1901 г. главное управление английской криминалистической полиции Скотланд-Ярда взяло метод Хершеля Фулдаса на вооружение, назвав его дактилоскопией (греч. daktylos — палец и scopeo — смотрю, наблюдаю).

В 1926 г. Американская ассоциация анатомов официально признала дактилоскопию научным методом, присвоив ей название «дерматоглифика» (греч. derma — кожа). К этому времени уже были выявлены отдельные элементы папиллярных линий (кожных гребешков) на подушечках пальцев и ладонях людей: арки, своды, петли, узлы, завитки и спирали. В своем капитальном труде «Наследование папиллярных узоров» венгерский ученый Шандор Окрёс насчитывал уже до 60 различных признаков на отпечатках пальцев, по сочетанию которых можно было уверенно опознать личность.

Окрёс убедительно доказывал, что рисунок узоров не только строго индивидуален, но и определенным образом наследуется в ряду поколений. Более того, можно было проследить связь этих узоров с различными наследственными аномалиями! Например, некоторые сочетания петель указывали на трисомию по 21-й хромосоме, то есть на синдром Дауна. Частое повторение арок определенной конфигурации нередко связывалось с трисомией по 18-й хромосоме. Уменьшение числа дуг и радиальных петель часто сопутствует синдрому Шершевского — Тернера, который возникает в результате отсутствия одной из двух X хромосом у женщин. У людей с наследственной предрасположенностью к раку и туберкулезу явно наблюдались вполне определенные складки, расположение которых отличало их от здоровых людей. Глаукома ассоциировалась с повышенной частотой бороздок. У людей, склонных к сахарному диабету, также наблюдались вполне определенные папиллярные линии…

К сожалению, пока дерматоглифика остается еще мало разработанной и изученной областью. Вместе с тем не вызывает сомнения, что папиллярные линии, по образному выражению доктора медицинских наук Валерия Ивановича Говалло, являются своеобразной «записной книжкой» человеческого организма. В ней записана информация о центральной нервной системе, об особенностях обмена веществ и о работе иммунной системы. Надо только научиться эту записную книжку читать. Тогда, возможно, вместо сложного и дорогого анализа хромосом и ДНК достаточно будет просто послать в консультационный центр по электронной почте изображения отпечатков своих пальцев!

Органы зрения

Изменения век, слезных путей и роговицы

Как известно, роговица — часть внешней оболочки глаза, соприкасающаяся с окружающим воздухом. Роговица состоит из живых, практически прозрачных эпителиальных клеток, и поэтому должна постоянно смачиваться жидкостью, чтобы эти клетки не высохли и не погибли. Роль смазки играет слезная жидкость, которая постоянно вырабатывается двумя слезными железками. Каждая из них расположена в уголке глаза. Слезы играют роль воды, которая смачивает загрязнившееся лобовое стекло автомобиля. При этом веки, словно щетки, все время смахивают с роговицы пылинки и крошечные частички грязи, когда человек моргает. Если слезной жидкости выделяется слишком много, ее избыток сливается по специальному каналу в нос. Поэтому когда люди плачут, они обычно хлюпают носом.

Иногда на свет появляются дети, у которых проток слезной железы закрыт пленкой. В этом случае закупоренные слезные железки воспаляются. Врачи считают, что примерно в 9 % случаев такой порок развития является наследственным. Реже рождаются люди, вовсе лишенные слезных желез. Были отмечены случаи передачи такого признака в ряду поколений в семьях. Людям с подобной патологией приходится постоянно смачивать поверхность глаза с помощью капель. Аналогичная проблема возникает, когда слезные железы существуют, но они не работают. Возможно, такая ситуация возникает из-за нарушения иннервации железистых клеток.

В процессе моргания веко поднимает особая мышца — леватор. Нервные сигналы подходят к ней по тройничному нерву. Иногда иннервация леватора нарушается, или сама эта мышца оказывается недоразвитой. В результате веко остается постоянно приспущенным. Такой врожденный дефект называется птоз, он наследуется в семьях по рецессивному типу. Односторонний птоз был у одного из героев знаменитого американского фильма «Однажды в Америке». При двустороннем птозе лицо человека приобретает «сонное» выражение, поскольку оба века постоянно приспущены. Такой дефект в наши дни можно удалить с помощью косметологической операции, а раньше людям с двусторонним птозом постоянно приходилось запрокидывать голову — так называемая «поза звездочета». Несколько похожая ситуация возникает, когда верхнее веко в результате атрофии кожи свисает вниз в виде плоского мешка (блефарохалязис). Этот врожденный дефект передается по доминантному типу. Известны семьи, в которых три поколения людей имели такую врожденную патологию.

Глаз защищают не только веки и слезная жидкость. На пути соринок частоколом встают длинные ресницы. Не зря в ветряную и пыльную погоду люди прищуривают глаза. Так они прикрывают их веками и ресницами. Стекающий со лба пот попадает не в глаз, а в густые заросли бровей. Все продумано! Однако иногда рождаются дети, у которых край века немного завернут в сторону глазного яблока. Это еще полбеды. Хуже, когда на внутренней поверхности века (прикрывающей глазное яблоко) начинает расти добавочный ряд ресниц. Это врожденное отклонение называется дистихиаз. Последствия нетрудно предугадать — постоянное раздражение поверхности глаза, и, как следствие, хронический конъюнктивит. Любопытно, что подобная патология почти всегда встречается у собак породы чау-чау. У людей дистихиаз лечат с помощью точечных лазерных уколов, уничтожающих расположенные не там, где надо, волосяные луковицы.

Представителей монголоидной расы мы распознаем, прежде всего, по характерному разрезу глаз. Более узкая, чем у европейцев, глазная щель возникает у них благодаря полулунной кожной складке, которая прикрывает угол глаза, расположенный ближе к переносице. Есть мнение, что эта складка существует у всех человеческих эмбрионов. У европейцев и представителей негроидной расы она исчезает на поздних стадиях эмбрионального развития.

Не удивительно поэтому, что порой на свет появляются дети, у которых этот процесс не дошел до конца. Так возникает эпикантус — наиболее частая врожденная аномалия века, которая наследуется по аутосомно-доминантному типу. Часто складка кожи, прикрывающая угол глаза является частью различных синдромов. Например, именно такой разрез глаз имеют люди, страдающие болезнью Дауна.

Всем известно, что котята и щенки рождаются слепыми. Их глазные щели открываются через несколько суток после рождения. У людей глаза открываются еще до рождения, однако изредка часть глазной щели у новорожденных остается закрытой или посередине остается перемычка (анкилоблефарон). Такие редкие врожденные дефекты, передающиеся в семьях по доминантному типу, легко устраняются с помощью несложной косметической операции.

Врожденными могут быть размер и форма роговицы. Например, она может быть плоской, или наоборот — конической. Ее диаметр бывает больше или меньше, чем в норме. К примеру, гигантская роговица (мегалокорнеа), диаметр которой может достигать 2 см, обычно носит семейный характер, тип наследования — рецессивный, сцепленный с X хромосомой. К редким наследственным заболеваниям относятся различные варианты дегенерации и дистрофии роговицы. Они могут быть как рецессивными, так и доминантными признаками. Наиболее часто встречается так называемая узелковая дистрофия роговицы, в процессе развития которой на роговице возникают небольшие утолщения — «крошки хлеба». К 30–40 годам они могут покрыть почти всю площадь роговицы, что ведет к значительному снижению зрения. Заболевание передается аутосомно-доминантно.

Катаракта, глаукома и дефекты радужной оболочки

Наши глаза похожи на два фотоаппарата, которые нацелены на окружающий мир. В фотоаппарате свет проходит через круглое отверстие — диафрагму. Ее размер меняется в зависимости от освещения. В яркий солнечный день диафрагма должна быть маленькой. В пасмурную погоду, когда света немного, — большой. Роль диафрагмы в нашем глазу играет радужная оболочка. Ее иначе именуют просто радужкой. Удачное название! У разных людей радужка различного цвета: голубая, серая, зеленая, коричневая. Цвет радужки зависит от количества в ней темного пигмента меланина. Зеленый или синий оттенки возникают при этом в результате чисто оптических явлений. Вспомните — растекшаяся по луже капля бензина тоже образует кольца разного цвета. В принципе, темный цвет глаз доминирует над светлыми цветами, однако точно предсказать наследование цвета глаз трудно.

У некоторых людей глаза разного цвета. Такое явление в медицине называется гетерохромией радужной оболочки. Помните, как М. Булгаков в романе «Мастер и Маргарита» описывает внешность Воланда, внезапно появившегося на Патриарших прудах в Москве: «По виду — лет сорока с лишним. Рот какой-то кривой. Выбрит гладко. Брюнет. Правый глаз черный, левый почему-то зеленый». Неодинаковой может быть окрашена и радужная оболочка в пределах одного глаза. Такая аномалия наследуется по доминантному типу и лечению не поддается. Любопытно, что по цвету глаз женщины древние египтяне судили о ее плодовитости. В одном из древних египетских трактатов по медицине, дошедшем до наших времен в виде папирума, написано буквально следующее: «Если окажется, что один глаз женщины подобен глазу азиатки, а другой — глазу африканки, то женщина бесплодна». С современной точки зрения такое утверждение не бесспорно, однако различия в окраске глаз безусловно указывают на определенные генные нарушения.

С вероятностью 1/10000 рождаются люди, лишенные радужной оболочки (аниридия). Вернее, она у них есть, но мала настолько, что практически незаметна. Аномалия наследуется по доминантному типу. Понятно, что яркий свет вызывает у таких людей страдания, поэтому они вынуждены почти постоянно носить темные очки или контактные линзы.

В центре радужки расположено отверстие — зрачок. Редко его положение может несколько смещаться (эктопия зрачка). Порой на свет появляются люди, у которых в каждом глазу два или даже более зрачков (поликория). В процессе внутриутробного развития у большинства детей постепенно исчезают тонкие зрачковые пленки, покрывающие хрусталик спереди и сзади. Однако примерно у трети новорожденных они остаются, не причиняя, впрочем, особого вреда. Тем не менее, известны семьи, в которых эта аномалия выражена особенно сильно. Она передастся в ряду поколений по аутосомно-доминантному типу.

Для того чтобы в фотоаппарате возникло изображение, свет должен пройти через стеклянную линзу. Такая линза, есть и в глазу человека. lie роль выполняет хрусталик. На специальных растяжках он подвешен сразу за зрачком. К врожденным порокам развития относится смешение его относительно центральной оси (эктопия хрусталика). Такая аномалия обычно бывает двусторонней и проявляется порой уже в зрелом возрасте — после 20 лет! Различные ее формы наследуются как доминантно, так и рецессивно. Иногда по экваториальной линии хрусталика идет выемка серповидной формы — зак называемая колобома хрусталика. Наследуется этот редкий дефект по доминантному типу.

К наиболее известным поражениям хрусталика относится его помутнение — катаракта (греч. katarrhaktes — ниспадающий, водопад). Наиболее типична старческая катаракта, она может возникать в результате длительного приема некоторых лекарств, например, стероидов. Порой катаракта является результатом длительного воздействия на глаза яркого солнечною света. Однако нередко это заболевание носит врожденный характер и наследуется по аутосомно-доминантному типу. Наследственные катаракты составляют примерно четверть всех случаев помутнения хрусталика. Если у одного из родителей ребенка есть врожденная катаракта, то вероятность появления ее у второго ребенка в данном браке составляет около 25 % Почти в половине случаев катаракта проявляется как единственное врожденное заболевание, не связанное с другими пороками развития. Вместе с тем, в «энциклопедическом справочнике медицинских терминов» приводится более 60 наименований различных видов катаракт. Многие из них наследуются по аутосомно-рецессивному типу и сопровождаются умственной отсталостью.

Вторым и, к сожалению, распространенным, дефектом органов зрения, которое может привести к частичной или даже к полной слепоте, является глаукома — повышенное давление, возникающее в глазном яблоке. Считается, что около 20 % всех случаев глаукомы определяются наследственностью. У людей, с развивающейся глаукомой постепенно возникает «туннельное видение», когда четко воспринимается лишь центр поля зрения. При взгляде на источник света ненадолго возникают радужные круги. В результате высокого внутриглазного давления возникают тупые боли в глазах, отдающие в виски и в затылок. Происходит отек век, начинается постоянное слезотечение. Роговица тускнеет. При неродственном браке вероятность рождения второго ребенка с врожденной глаукомой, если первый ребенок получил такое заболевание, оценивается как примерно 1/40. Люди в семьях, где отмечены случаи глаукомы, обязательно регулярно должны посещать окулиста и вовремя приступать к лечению заболевания, если оно уже началось.

Близорукость, астигматизм и косоглазие

На остроту зрения влияет много факторов: форма и глубина глазного яблока, кривизна роговицы и хрусталика. Многие из этих параметров являются врожденными. На это указывают данные, полученные при изучении однояйцовых близнецов. Показатели остроты зрения у них практически совпадают в большинстве исследуемых пар.

Некоторые врожденные дефекты развития глаз бывают настолько тяжелыми, что они вообще затрудняют зрительное восприятие. Например, серьезным поражениям глазных яблок является уменьшение их размеров (микрофтальм). Иногда недоразвитые глаза у новорожденных покрыты кожей, глазная щель не открывается в этом случае вовсе (криптофтальм). По счастью, такая тяжелая патология встречается редко, являясь частью различных синдромов. Врачами описано всего несколько десятков случаев рождения детей с криптофтальмом. Еще реже отмечен анофтальм — полное безглазие. При сочетании с костными аномалиями эта патология сцеплена с полом. Анофтальм бывает истинным и мнимым. В последнем случае у больных в глубине орбиты удается обнаружить рудиментарный глаз, а на рентгеновских снимках видны глазные отверстия в черепе. При истинном анофтальме их нет.

Зарегистрированы случаи появления на свет людей со срединно расположенным единственным глазом (циклопин). Как вы помните, древнегреческие мифы рассказывают о том, как во время своих странствий хитроумный Одиссей обманул циклопа — одноглазого великана Полифема. Возможно, редкое рождение детей с циклонной в древности и порождало создание легенд о подобных одноглазых людях.

Как известно, близорукость (миопии) возникает благодаря тому, что лучи света, пройдя через роговицу и хрусталик, фокусируются не на сетчатке, а перед ней. В результате изображение близко расположенных предметов расплывается. Изображение получается «не в фокусе». Среди европейцев близорукость является достаточно распространенным нарушением зрения и встречается уже у 2 % новорожденных. С возрастом эта доля близоруких увеличивается до 15 %. На наследственный характер близорукости указывали еще врачи XIX века. Если серьезной близорукостью страдает один ребенок (6 диоптрий и более), вероятность, что у его брата или сестры тоже разовьется близорукость, оценивается в 10 %. В случае близорукости у одного из родителей и у ребенка риск развития близорукости у второго ребенка в такой семье обычно оценивается как 25 %. Врачи рекомендуют проводить профилактику близорукости еще в роддоме, выделяя детей с врожденным нарушением фокусировки изображения. Современные методы офтальмологии позволяют такие отклонения отслеживать и достаточно эффективно лечить.

Каждая точка любой поверхности отражает упавший на нее свет во все стороны. Пройдя через линзу идеальной формы, такие лучи вновь собираются в одну точку. На этом фокусе и основана, по сути, вся прикладная оптика. К сожалению, хрусталики человеческого глаза и его роговицы не всегда имеют идеальную форму, что приводит к так называемому астигматизму (греч. a, an — приставка отрицания и stigme — точка). Астигматизм встречается у 45–50 % населения любой страны мира. У людей с таким нарушением зрения не возникает четкого изображения на сетчатке. Это явление было впервые открыто и описано в 1793 г. английским врачом и физиком Томасом Юнгом. Существует несколько разновидностей астигматизма, которые наследуются как аутосомно-доминантные и аутосомно-рецессивные наследственные заболевания. У людей, страдающих тяжелыми формами астигматизма, в процессе работы, связанной с напряжением зрения, могут возникать головные боли, быстрая утомляемость, головокружение, и даже тошнота.

Еще со времен Гиппократа существует множество указаний на то, что косоглазие во многом определяется наследственностью. Во всяком случае, если оба родителя и их дети страдают косоглазием, то вероятность рождения в такой семье очередного ребенка с косоглазием оценивается специалистами как 50 %, хотя о характере наследования этой черты споры идут до сих пор. Известен ген, нарушения в котором приводят к поражению связок и мышц, управляющих движением глаза. Косоглазие является достаточно распространенным нарушением зрения. Оно встречается у 1–2 человек из каждой сотни и развивается у таких людей в 90 % до 7 лет. Любопытно, что в результате косоглазия нарушается объемность (бинокулярность) зрения, но раздвоения изображении при этом не происходит. Страдает лишь острота зрения косящим глазом. Косоглазие неплохо поддается лечению. Главное — вовремя выявить этот дефект зрения и не надеяться на самоизлечение.

Дефект работы мышц глазного яблока вызывает также нистагм — непроизвольные маятниковые движения глаз (греч. nystagmos — дремота). Причем движения эти могут происходить как в горизонтальной, так и в вертикальной плоскостях. Врожденные формы такого нарушения зрения донимают человека в течение всей жизни. Обычно они носят рецессивный характер и сцеплены с полом. При синдроме Когана глаза не могут нормально двигаться в стороны. При повороте головы направо или палево они автоматически поворачиваются в противоположную сторону, хотя по вертикали двигаются произвольно и нормально. Синдром обычно проявляется у детей уже к 3–5 годам. На психику такой недостаток не влияет, а вот при обучении ребенка чтению часто возникают проблемы.

Дефекты сетчатки и цветовая слепота

Более трех веков назад знаменитый английский физик Исаак Ньютон проделал простой опыт. Он пропустил луч света через стеклянную призму, получив на выходе целый спектр цветных полос. Их окраска варьировала от красноватой до фиолетовой. Именно такой спектр появляется порой на небе после дождя — это радуга. Цвет ее полос зависит от разных углов преломления лучей солнца, проходящих через падающие капельки воды, которые играют роль бесчисленных призмочек.

Открытие Ньютона не было сюрпризом для художников. Они уже давно подметили, что большинство красок палитры удается получать путем смешения трех основных цветов: красного, зеленого и синего. Такие цвета называют основными. Подобные наблюдения опыты Ньютона подтверждали. Неудивительно поэтому, что в головах исследователей возникла идея о трихроматичности цветового зрения у человека (греч. chroma — цвет). В 1802 г. врач и физик Томас Юнг высказал предположение, что в глазу у человека должны существовать три вида рецепторов («приемников»), каждый из которых воспринимает только один из трех основных цветов. Сочетание сигналов от этих рецепторов и создает все цвета природы, которые поэт Ли Хант образно назвал «улыбкой природы».

Время подтвердило блестящую догадку Юнга. В 1960 г. был изобретен замечательный прибор — микроспектрофотометр. С его помощью можно было измерять особенности поглощения света одиночными клетками человека, расположенными на дне его глаза. Слой таких светочувствительных клеток называют сетчаткой. Расположенные в этом слое клетки-«палочки» воспринимают белый свет, а «колбочки» — различные цвета. Для подобных измерений кусочки сетчатки выделяли из человеческих трупов. В результате удалось доказать, что существует три типа колбочек. Одни специализируются на восприятии красного цвета, другие — зеленого, а третьи — синего.

Впервые о возможных сбоях в восприятии цветов у некоторых людей публично заговорил еще в 1794 г. Джон Дальтон. Он опубликовал статью, в которой писал, что видит цвета совсем не так, как прочие люди. «Та часть изображения, которую остальные называют красной, мне представляется всего лишь чем-то, почти не отличающимся от тени или неравномерного освещения», — писал Дальтон. Его откровения позволили выяснить позже, что около 8 % мужчин и 1 % женщин белой расы страдают различными нарушениями цветового зрения. Таких людей стали называть дальтониками, а врожденные нарушения цветового восприятия — дальтонизмом. В середине XIX века шотландский физик Джеймс Максвелл обнаружил, что существует как минимум два типа дальтоников. Одни из них имеют проблемы с восприятием зеленого цвета, другие — красного. Максвелл назвал таких людей дихроматами (греч. di — два). Позже, уже во второй половине XX века, выяснилось, что у дихроматов колбочки сетчатки не реагируют либо на зеленый, либо на красный свет.

Восприятие света и цвета у человека, как и у большинства животных возможно благодаря специальным белкам — зрительным пигментам. Наиболее известный из них — родопсин, с помощью которого палочки сетчатки способны реагировать на фотоны света. Помимо родопсина существует еще несколько разновидностей зрительных пигментов, очень похожих на него по строению. В частности, есть белки, специфически реагирующие либо на синий, либо на зеленый, либо на красный свет. У человека два гена, кодирующие «красные» и «зеленые» белки, расположены в X хромосоме. Ген, кодирующий «синий» белок, находится в хромосоме № 7. Теперь становится понятно, почему дальтонизм чаще встречается у мужчин, чем у женщин. Для того чтобы дефекты цветового восприятия проявлялись у лиц женского пола, обе их X хромосомы должны нести соответствующие дефектные гены, а такое случается нечасто. Вместе с тем, по оценкам генетиков, каждая шестая женщина является носительницей мутаций в генах, кодирующих белки цветового восприятия. Именно поэтому признак «дальтонизм» обычно сцеплен именно с мужским полом. У мужчин ведь только одна X хромосома. Нарушения восприятия синего цвета встречаются и у мужчин, и у женщин с равной вероятностью и наследуются как аутосомно-доминантный признак.

Среди генетически обусловленных нарушений зрения отмечена и полная цветовая слепота. Механизм ее возникновения еще не до конца ясен. Среди японцев люди с таким нарушением встречаются с вероятностью 2,8/10000. В других странах полная цветовая слепота встречается еще реже.

Любые врожденные патологические изменения самой сетчатки приводят к резкому падению зрения. На сетчатке могут возникать складки, разрывы, ее слои способны разделяться (ретиношизис).

Сетчатка может начать отслаиваться. В этом случае у человека в глазу возникают «вспышки», плавающие пятна и тени. С подобными нарушениями в наше время помогает справляться лазерная микрохирургия. Врожденная полная отслойка сетчатки является редкой аутосомно-доминантной патологией, бороться с которой почти невозможно.

Не менее неприятными последствиями для зрения грозит пигментный ретинит (пигментная дистрофия сетчатки), в результате которого происходит постепенная дегенерация фоторецепторных клеток. Это заболевание в среднем встречается с частотой 1/10000 и нередко является следствием брака между родственниками. Часто пигментный ретинит является частью сложных патологий, наследуемых по аутосомно-рецессивному типу, среди которых можно упомянуть следующие:

— синдром Бардет — Билла (полидактилия и умственная отсталость);

— синдром Бессена — Корнувей (эритроциты неправильной формы);

— синдром Рефсума (потеря слуха, сухость кожи);

— синдром Ушера (ослабление слуха).

Резкое снижение зрения происходит также в результате врожденной атрофии сосудистой оболочки глазного дна или ее склероза.

Одним из самых опасных заболеваний таз, которое может быть наследственно обусловленным, является ретинобластома — злокачественная опухоль нервных клеток сетчатки. Обычно этот вид рака возникает спонтанно с вероятностью около 1/20000, но примерно в 8 % случаев отмечена его доминантная передача в ряду поколений. Возможно, этот грозный процент еще выше, поскольку люди с ретинобластомами редко доживают до детородного возраста; поэтому случаи наследования ретинобластом прослеживать трудно. Тем не менее, описано более ста семей с наследственной ретинобластомой. Обычно такая форма заболевания возникает одновременно в обоих глазах и развивается еще в раннем детстве. Начальные этапы заболевания бессимптомные. Первым грозным признаком развивающейся ретинобластомы является «свечение» зрачка. Дело в том, что опухоль имеет беловатый цвет. Поэтому она как бы просвечивает через глаз отраженным светом. Этот зловещий отблеск врачи называют порой «амавротическим кошачьим глазом». Дальнейшее развитие опухоли приводит к воспалению тканей глаза, глаукоме и потере зрения. Порой в процессе борьбы с опухолью глаз приходится удалить. Возможно, это меньшее зло по сравнению с прорастанием ретинобластомы в головной мозг и образования множественных вторичных опухолей (метастазов) в полости черепа, легких, ночках и других внутренних органах.

Обмен веществ

Наши болезни все те же, что и тысячи лет назад, но врачи подыскали им более дорогие названия.

Народная мудрость

— Повышенный уровень холестерина может наследоваться

— Ранняя смертность и гены ответственны за утилизацию холестерина

— Наследуется ли потенциальный диабет?

Гиперхолистеринемия

В 1939 г. К. Мюллер, работавший в то время в Общественной больнице Осло (Норвегия), описал случай наследственной гиперхолестеринемии — врожденного нарушения метаболизма, который вызывал стойкое и очень высокое содержание холестерина в крови больных. К 35 годам у них совершенно неизбежно возникали сердечные приступы, развивавшиеся на фоне прогрессирующей стенокардии. Позже выяснилось, что такое нарушение регистрируется в среднем у каждого пятисотого взрослого человека. В чем тут дело, удалось разобраться лишь в шестидесятых годах XX века.

Выяснилось, что холестерин (с химической точки зрения, ненасыщенный спирт) совершенно необходим для нормальной работы клеток. Он входит в состав клеточных мембран, а поскольку мембраны есть у всех клеток, то холестерина в теле человека довольно много — около 140 грамм. Без него клетки вообще не могли бы существовать, ведь мембраны играют роль своеобразных «стен» для клеточного хозяйства. В теле человека холестерин является «сырьем» для стероидных гормонов, в частности половых: мужских андрогенов (прогестерон, тестостерон) и женских эстрогенов (эстрадиол, эстрон). Без холестерина невозможно образование в коже витамина D, который влияет на рост костей и недостаток которого вызывает у малолетних детей рахит. Наконец, из холестерина в печени образуются желчные кислоты, которые совершенно необходимы для переваривания жиров.

Поскольку холестерин является столь важным веществом, он не только поступает в организм имеете с пищей, но и автономно и постоянно синтезируется клетками нашего тела. Общее количество ежесуточно потребляемого организмом холестерина оценивается в 1,2 гр. Его нормальная концентрация в кровяном русле составляет 0,5–1,0 мг/мл. Измерения и расчеты показывают при этом, что только 1/3 всего необходимого холестерина наш организм получает с пищей, а 2/3 холестерина производятся клетками тела.

В клетках кишечника молекулы холестерина пакуются грушами примерно по 1500 штук и окружаются мембраной. Молекулы, из которых состоят мембраны, смачиваются водой. Получаются этакие мембранные миникапсулы, которые могут путешествовать по кровеносным сосудам, перенося внутри себя холестерин. Ученые называют такие заполненные холестерином мембранные шарики линопротеинами низкой плотности (ЛПНП). Чтобы этот термин не звучал пугающе, напомню, что по-гречески lipos — жир, а протеинами в биологии именуют белки. Диаметр шариков с холестерином очень мал — всего около 22 нанометров (нанометр — это одна миллиардная часть метра).

Для того чтобы холестерин, находящийся в составе «мембранных шариков», попал в печень, ее клетки должны уметь их «выхватывать» из кровяного русла. Для этого на поверхности каждого такого «шарика» находится крупный белок, а на поверхности клетки-захватчицы — соответствующий ему рецептор. Впервые клеточные рецепторы для ЛПНП были открыты в 1973 г. в Научно-исследовательском медицинском центре Техасского университета. В 1985 г. изучавшие их американские исследователи Браун и Гольдштейн получили за это открытие Нобелевскую премию. С помощью таких рецепторов клетки способны «выловить» единственный мембранный шарик с холестерином из 1 миллиарда молекул воды. Потрясающая точность взаимодействия! Общее же количество рецепторов для ЛПНП всего лишь на поверхности одной клетки может достигать 40 тысяч и более. Представляете, с какой интенсивностью такие клетки вылавливают из кровяного русла шарики с холестерином!

Клеточный рецептор для ЛПНП с холестерином — белок, поэтому его структура записана в определенном гене. Чаще всего в случае наследственной гиперхолестеринемии один из двух генов, находящихся в гомологичных хромосомах и кодирующих белок-рецептор для ЛПНП, поврежден. Ученые обнаружили по меньшей мере пять мутаций в гене рецептора ЛПНП, которые могут полностью приводить в негодность этот рецептор. Наверняка таких мутаций гораздо больше. Таким образом, у людей с наследственной гиперхолестеринемией половина всех рецепторов к «холестериновым шарикам» просто не работают. Другая половина рецепторов работает исправно, поскольку ген, находящийся в другой гомологичной хромосоме, не поврежден.

Неудивительно, что у таких людей холестерин поглощается клетками менее интенсивно, и поэтому с возрастом у них неизбежно развивается ишемическая болезнь сердца и атеросклероз. В их кровяном русле «мембранные шарики» с холестерином циркулируют в среднем вдвое дольше, чем у здоровых людей. Люди с поврежденным геном рецептора ЛПНП обязательно заболеют атеросклерозом, даже если будут строгими вегетарианцами и не будут получать холестерин вместе с пищей. Им приходится принимать лекарства липостатики, которые снижают уровень холестерина в крови.

Среди 60-летних пациентов с ишемической болезнью сердца у каждого двадцатого болезнь вызвана дефектами в гене, кодирующем рецептор для холестерина. Кстати сказать, у выведенной японцами породы кроликов, у которых быстро развивается атеросклероз, тоже поврежден один из двух генов, кодирующих рецептор для ЛПНП. Так что, если ваш знакомый скончался от инфаркта, не дотянув до пенсии, быть может, виноваты гены, а не избыток жирной пищи и не стрессы на работе или в семье.

Что происходит, если у человека будут повреждены оба гена, кодирующие рецепторы к ЛПНП? Такие люди встречаются с частотой 1 на миллион. С вероятностью 25 % дети с двумя дефектными генами для рецепторов ЛПНП могут родиться от пары родителей, у каждого из которых поврежден один из таких генов. По статистике, одна такая пара встречается на 250 тысяч новобрачных. Как умудряются существовать люди, у которых вообще нет нормальных клеточных рецепторов для холестерина, совершенно непонятно. Уровень холестерина в крови у них в шесть (!) раз выше нормы. Обычно такие несчастные начинают страдать от сердечных нарушений уже к 20 годам.

Диабет

Еще за пятнадцать веков до Рождества Христова врачи древнего Египта, Индии и Китая отмечали больных, страдавших от постоянной жажды и обильного отделения мочи. Создавалось впечатление, что выпитая ими вода буквально протекала без всякой пользы через их тело. Не случайно поэтому в Древнем Риме такой недуг называли греческим словом диабет, что в переводе означает «протекающий» (греч. dia — через, сквозь). Уже в то время врачи знали, что моча диабетиков имела сладковатый привкус. Для того чтобы зафиксировать этот факт научным образом, медицине потребовалось более полутора десятков веков! Лишь в середине XVII века один из основателей Лондонского королевского общества естествоиспытателей, английский врач Томас Виллис, обследуя таких больных, документально подтвердил факт, хорошо известный медикам предшествующих поколений, обнаружив в моче диабетиков какое-то вещество, придававшее ей сладковатый привкус. Потребовалось еще целое столетие для того, чтобы английский же врач Добсон достоверно установил, что в такой моче действительно присутствует сахар. Так в медицине утвердилось новое понятие — глюкозоурия (сахарное мочеизнурение) — от греч. glykys — сладкий и uron — моча. Еще в прошлом веке диагноз «диабет» означал верную смерть, наступавшую в результате комы. Порой больные с симптомами сахарного мочеизнурения за несколько месяцев буквально сгорали как свечки. Врачи были бессильны помочь таким пациентам, поскольку причина болезни оставалась неясной.

Теперь известно, что концентрация глюкозы в нашем кровяном русле регулируется с помощью гормона инсулина, который вырабатывается специальными клетками поджелудочной железы. Эти клетки впервые описал немецкий медик Пауль Лангерганс. Он выяснил, что в поджелудочной железе находится около миллиона похожих на островки скоплений, каждое из которых состоит примерно из трех тысяч клеток. Позже такие скопления назвали островками Лангерганса.

Инсулин оказался первым гормоном, для которого была четко установлена его белковая природа и расшифрована последовательность составляющих его аминокислот. Выяснилось, что инсулин состоит из двух белковых цепочек. Одна из них (A-цепь) составлена из 21 аминокислотного остатка, для построения другой (В-цепи) требуется 30 аминокислот. Обе цепи соединены двумя мостиками, образованными радикалами серы (так называемыми дисульфидными мостиками). Кодирующий инсулин ген находится у человека в 11-й хромосоме. Наконец, инсулин был первым гормоном, который удалось получить синтетическим путем. За этими короткими фразами стоят годы упорнейшего труда ученых, прекрасно сознававших, что результаты их открытий способны спасти сотни тысяч пациентов, во всем мире страдающих от диабета.

Одна из основных причин диабета состоит в неспособности поджелудочной железы вырабатывать необходимое количество инсулина. Это действительно так в случае так называемого инсулинзависимого сахарного диабета (сокращенно ИЗСД). Это заболевание поражает в основном детей и поэтому называется еще ювенильным диабетом (лат. juvenis — юный). Врачи выделяют четыре возрастных периода, когда вероятность заболеть диабетом первого типа наиболее высока: младенчество до года, трех-, пяти-и восьмилетний возраст, а также период полового созревания. Порой симптомы внезапно проявившегося заболевания нарастают со стремительностью несущегося локомотива. В медицинских анналах зарегистрирован случай, когда молодой китаец скончался от комы через 36 часов после внезапного проявления признаков диабета. В чем же причина столь быстро наступающей дисфункции клеток островков Лангерганса?

Первое, что приходило на ум исследователям — быстро развивающаяся вирусная или бактериальная инфекция. Действительно, в результате посмертного анализа погибших от инсулиновой комы людей очень часто удавалось зарегистрировать воспаление островков Лангерганса (так называемый инсулит). Помимо обычных составляющих их клеток в пределах островков наблюдали скопление лимфоцитов — клеток иммунной системы, которые обычно борются с бактериальными и вирусными инфекциями. Однако все попытки выделить коварный инфекционный агент кончались безуспешно. Вместе с тем, тонкие иммунологические исследования обнаруживали в крови у больных диабетом антитела к отдельным белкам клеток поджелудочной железы. Складывалось впечатление, что иммунная система по той или иной при чине начинала атаковать к летки собственного организма. Другими словами развивался так называемый аутоиммунный процесс (греч. autos — сам). Кстати сказать, такая ситуация норой случается не только в клеточном, но и в человеческом сообществе, когда органы контроля начинают преследовать ни в чем не повинных граждан.

Основную массу аутоантител при развивающемся диабете составляют иммуноглобулины к одному из белков клеток островков Лангерганса. Про его роль в организме до сих пор ничего доподлинно не известно. Ясно лишь, что он является своеобразным маркером островков Лангерганса, и почему-то именно на него иммунная система начинает порой реагировать как на подлежащую немедленному уничтожению чужеродную молекулу. Такое «решение» приводит к неизбежной атаке лимфоцитов, некоторые из которых входят в группу киллеров (в данном случае это официально принятый в иммунологии термин) и способны быстро убивать клетки, на поверхности которых они обнаруживают искомый чужеродный белок. Если пересадить такие «нацеленные» на описанный белок лимфоциты заболевших диабетом крыс и мышей здоровым грызунам, у последних быстро развивается сахарное мочеизнурение.

В результате атак иммунной системы количество работоспособных, выделяющих инсулин клеток поджелудочной железы начинает неуклонно падать, а оставшиеся в живых берут на себя возросшую нагрузку. Образно говоря, атакуемая иммунной системой поджелудочная железа становится похожа на корабль, обшивка которого треснула и дала течь. Судно еще на плаву, но уровень воды в его трюме неуклонно поднимается. Такая ситуация в медицине известна как состояние латентного диабета. Она может длиться годами и не вызывать никаких ярких симптомов, указывающих на неуклонно приближающийся финал. Вовремя обнаружить опасность можно по присутствующим в крови антителам к белкам клеток островков Лангерганса, однако такие тесты очень дороги, и даже в США проводятся пока в исключительных случаях. Когда количество погибших клеток железы переваливает через критическую отметку в 80–85 %, оставшиеся в живых клетки оказываются уже неспособными вырабатывать нужное количество инсулина. В такой ситуации у человека быстро начинают проявляться признаки прогрессирующего диабета.

Почему же иммунная система начинает атаковать клетки собственного тела? Подобный и достаточно хорошо изученный пример описан в случае банальной стрептококковой инфекции горла, известной в просторечии как ангина. Лимфоциты атакуют напавшие на человека бета-гемолитические стрептококки, распознавая их по характерным для этих бактерий белкам. В силу чисто случайных причин один из таких микробных белков чрезвычайно похож на собственный белок человека, располагающийся на поверхности мышечной оболочки сердца — миокарде. Расправившись со стрептококками, слишком бдительные лимфоциты по ошибке начинают атаковать миокард, что порой приводит к развитию тяжелейшего ревмокардита, в результате которого поражаются клапаны сердца. Возможно, именно по такому же сценарию возникает и инсулин-зависимый диабет. Вторгшиеся в организм бактерия или вирус давно уничтожены, а лимфоциты по ошибке продолжают атаковать белки, схожие с чужеродными.

Не исключено также, что некоторые генетические дефекты иммунной системы способны увеличивать вероятность развития такого аутоиммунного процесса. Хорошо известно, что у ближайших родственников страдающих от диабета людей вероятность заболевания в десять раз выше, чем в среднем в обществе, и равна примерно 0,9–2,4 %. Такое состояние риска у родственников диабетиков было отмечено еще 400 лет до н. э. врачами Древней Индии. Современные врачи называют его потенциальным диабетом. Если один из родителей страдает инсулин-зависимым диабетом, то вероятность, что родившемуся от такого брака ребенку тоже со временем будет поставлен диагноз «диабет», составляет 11 %. Если же от диабета страдают оба родителя, то по статистическим данным двое из трех родившихся от такой пары детей также станут диабетиками.

Второй тип диабета называется инсулин-независимым сахарным диабетом (ИНСД) или диабетом взрослых. В этом случае клетки поджелудочной железы остаются неповрежденными и потенциально способны вырабатывать инсулин. Причины же метаболических нарушений в случае ИНСД могут иметь самую разную природу. Самая банальная причина — элементарное недоедание, когда клеткам просто не хватает ни энергии, ни строительного материала, чтобы вырабатывать нужное количество инсулина, а количество поступающего с пищей сахара велико.

Далее идут различные заболевания поджелудочной железы, не имеющие отношения к аутоиммунным процессам и врожденные генетические аномалии вроде акромегалии. Инсулин-независимый диабет могут провоцировать некоторые лекарственные препараты (особенно гормональные) и химические вещества, а также ожоги и стрессы. У людей, страдающих от ИНСД, редко, но все же выявляются дефекты в генах, кодирующих инсулин или его рецептор. В этом случае вероятность наследовать инсулин-независимый диабет в ситуации, когда он зарегистрирован у одного из родителей, составляет 50 %.

На роль генов в развитии диабета указывают следующие любопытные факты. Нередко фиксируются случаи, когда диабет начинает развиваться у ближайших родственников (братьев и сестер) почти одновременно. Медицинская статистика неумолимо свидетельствует, что если один из двух однояйцовых близнецов заболевает диабетом после 50 лет, второй близнец обязательно (в ста процентах случаев!) разделит его судьбу. У разнояйцовых близнецов шанс одновременно стать диабетиками на порядок меньше. Он составляет всего 9 %, однако это гораздо больше, чем в среднем в обществе. Учеными подмечена таинственная пока связь между заболеванием диабетом и определенными генами, кодирующими маркеры поверхности клеток крови. В частности, наличие генов, кодирующих маркеры HLA-В8 HLA-BW15, в 2,5 раза увеличивает риск заболевания инсулинзависимым диабетом, а гены белков DW3 и DW4 обнаружены у 80 % всех диабетиков! Однако в причинах таких совпадений еще предстоит разбираться.

Гены гениальности

Гений — это на 99 процентов труд до изнеможения и на один процент — игра воображения.

Томас Эдисон

Изучение биографий и патографий гениев всех времен и народов приводит к неумолимому выводу: гениями рождаются.

В. П. Эфроимсон

— Интеллект наследуется

— Мочевая кислота — стимулятор умственной деятельности

— Великие подагрики мира

— Гении появляются кучками

— Зарождение гения — проблема биологическая

Свидетельство близнецов

На то, что интеллектуальные способности человека во многом определяются даже чисто внешними данными, указывает полушутливо-полусерьезно прозвище представителей интеллектуальной элиты США. В этой стране людей такого рода называют «яйцеголовыми» за явно увеличенный по сравнению с нормой объем черепа. Однако насколько такие отклонения определяются генетически? Исследования показывают, что условия среды, воспитания и образования безусловно накладывают на проявление умственных способностей свой отпечаток. Однако, они играют лишь второстепенную роль.

В США существует информационный банк данных обо всех однояйцовых близнецах, рождающихся в стране. Из этой армии полностью генетически идентичных нар исследователи выбрали тех близняшек, которые в силу различных обстоятельств были воспитаны в разных условиях, в разных семьях и получили разнос образование. Затем у каждой такой здравствующей пары с помощью стандартных тестов был определен коэффициент интеллекта. В норме этот показатель колеблется от 100 до 160 условных единиц, поднимаясь до 180–200 у ярко одаренных личностей.

Так вот, разница коэффициентов интеллекта у по-разному воспитывавшихся однояйцовых близнецов оказалась очень маленькой по сравнению даже с обычными, разнояйцовыми близнецами и составляла в среднем всего 6,6 единиц. Показатель сходства у выросших вместе однояйцовых близнецов составлял при этом +0,87 условных единиц, у однояйцовых близнецов, выросших раздельно, он был равен +0,75, а у двуяйцовых близнецов всего +0,56. У неродных же детей, которые выросли вместе в одной семье этот показатель был равен всего +0,24. Эти факты говорят о высокой доле генетической составляющей, которая определяет умственные способности человека.

Исследование британского гения

На фоне подобной статистики сеть основания заподозрить, что появление людей не просто сообразительных, отличающихся живым умом и богатым воображением, но и гениальных по оценкам их современников и потомков тоже может во многом определяться генами. Число общепризнанных гениев в Европе и Северной Америке за исторически обозримое время исчисляется, по мнению многих независимых экспертов, четырьмя-пятью сотнями человек. Что сближает этих столь разнородных людей между собой?

Оксфордовский словарь утверждает, что гений — это «природная интеллектуальная сила необычайно высокого типа, исключительная способность к творчеству, требующему воображения и оригинального мышления». При этом одной из основных черт гения является его фантастическая работоспособность, доходящая до полной одержимости при достижении поставленных целей. Может ли в основе этой последней особенности лежать какое-либо физиологическое свойство, которое определяется чисто генетически?

В 1927 г. в Англии вышла в свет пухлая, почти в 400 страниц, книга Г. Эллиса «Исследование британского гения», в которой он указал на странную связь между выдающимися англичанами и частотой распространения у них заболевания суставов — подагры. Причина этой связи, однако, оставалась совершенно неясной.

В своих выводах Эллис был не оригинален. Еще с древних времен было замечено, что подагрой часто страдали знаменитые короли, императоры, полководцы, адмиралы и философы. При этом причину заболевания видели в малоподвижном образе жизни, переедании, злоупотреблении вином при значительной умственной нагрузке. Это расхожее мнение плохо вязалось с социальной, политической, творческой, да и просто повышенной физической активностью многих знаменитых подагриков, успевавших за свою жизнь внести существенный (положительный или отрицательный) вклад в развитие культуры, общества или истории. В частности, еще в досредневековый период хронографами было подмечена связь между степенью развития и процветания городов и даже государств и распространению среди населения подагры.

Капкан для ног

Уже Гиппократ гадал над причинами этого странного заболевания, которое назвали подагрой, то есть «капканом для ног» (греч. podos — нога и ager — капкан), достаточно метко. Действительно, чаще всего острый приступ подагры поражает плюснефаланговый сустав стопы, хотя возможна и другая его локализация. В Древней Греции в зависимости от места, куда впивался этот «капкан боли», различали например гонагру (поражение колена) и омагру (поражение суставов плеча), однако эти названия со временем отошли в прошлое. Знаменитый римский врач Гален считал, что подагру вызывает некое содержащееся в крови токсическое вещество, которое постепенно поступает в нее «капля за каплей». Or такого представления родилось еще одно наименование болезни. На латыни «капля» — gutta. Поэтому до сих пор во Франции подагру именуют словом goutte, в Англии — gout, в Италии gotta, а в Германии Gicht. Гален оказался прав, говоря о токсинах крови, однако окончательно разобраться в причинах заболевания помогли лишь успехи химии XVIII века.

В 1776 г. Шееле обнаружил мочевую кислоту в образующихся у подагриков почечных камнях. Столетие спустя в трудах медико-хирургического общества Гаррод писал по этому поводу еще определеннее: «В крови больного подагрой постоянно содержится мочевая кислота в форме урата натрия, который может быть выделен из нее в кристаллической форме». Свои наблюдения Гаррод подтверждал эффектным экспериментом — опускал нитку в кровь больных подагрой, где она покрывалась кристаллами мочекаменных соединений. В 1899 г. было твердо установлено, что именно эти кристаллы играют ключевую роль в воспалении суставов при подагре.

Надо заметить, что на отложения солей в суставах больных подагрой указывал еще в средние века знаменитый врач и натуропат Парацельс, описывая этот феномен с помощью характерной для того времени алхимической терминологии. Он утверждал, что суставы подагриков сначала пропитываются слизистым, жгучим подобно адскому огню вязким веществом тартарус (намек на подземное царство мертвых Тартар), из которого под воздействием духа соли удаляется влага, а землистые соли при этом выпадают в осадок. Оказывается, он был не так недалек от истины!

Ночь проходит в пытке

В наше время хорошо известно, что мочевая кислота (2,6,8 три-оксипурин) является конечным продуктом распада пуринов — гуанина и аденина, то есть двух из четырех азотистых оснований ДНК. Чужеродная ДНК ежедневно попадает в наш организм с пищей и в результате переваривания распадается до составляющих ее мономеров, в частности до гуанина и аденина, которые перерабатываются до мочевой кислоты. Изрядное ее количество образуется в нашем теле также при ежедневном распаде отслуживших свое клеток, в которых тоже есть ДНК. Наконец, некоторое количество мочевой кислоты может синтезироваться из более простых соединений.

У многих млекопитающих есть специальный фермент уриказа, который способен разлагать мочевую кислоту до более простых соединений. У человека этот фермент отсутствует, поэтому мочевая кислота вроде бы должна накапливается в организме. Однако этого не происходит, поскольку она фильтруется почками, и до 85 % ее ежедневно удаляется с мочой (примерно 1–2 грамма). Примерно столько же вновь поступает в кровь в результате распада пуринов. В результате, концентрация мочевой кислоты в организме человека остается более-менее на одном уровне и колеблется в норме от 0,06 до 0,07 г/л у мужчин и от 0,05 до 0,06 г/л у женщин.

Если уровень мочевой кислоты повышен, говорят о гиперурикемии (от греч. гипер — сверху и урон — моча). Как правило это отклонение от нормы протекает бессимптомно. Лишь в нескольких процентах случаев, когда концентрация мочевой кислоты подскакивает в десять, двадцать, а то и в тридцать раз, развитие подагры практически неизбежно. В этой ситуации в крови и тканях человека содержится не 1–2, а порой до 30 грамм мочевой кислоты! В чистом виде это соединение является белым плохо растворимым в воде порошком. Как и любая кислота, она в состоянии образовывать кислые и щелочные соли — так называемые ураты. В нашем теле образуются только кислые соли, основу которых составляет мононатриевый урат. Немудрено, что в случае супер-гиперурикемии эти соли начинают буквально пропитывать собой ткани больного и образуют крупные локальные скопления — так называемые тофусы.

Накопление солей мочевой кислоты в тканях и суставных сумках нередко приводит к развитию острого приступа подагры, яркое описание которого дал еще в 1735 г. Томас Сиденгам. Он сам страдал подагрой 34 года и знал не понаслышке, о чем писал! «Жертва ложится в постель в полном здравии, — замечает Сиденгам. — Около двух часов ночи она просыпается из-за острой боли в большом пальце ноги; более редкая — в пятке, локте или подъеме. Боль подобна боли при вывихе, и все же чувство такое, как будто на пораженные места льется холодная вода. Затем следует озноб, дрожь и небольшой жар. Боль, сначала умеренная, становится более сильной. С ее усилением усиливается озноб и дрожь. Через некоторое время все это достигает наибольшей высоты, распространяясь на кости и связки предплюсны и плюсны. То ощущается сильнейшее растяжение, разрывание связок, то это грызущая боль, то это давление и натяжение. Теперь чувствительность пораженной части настолько сильна и жива, что она не может переносить ни тяжесть одеяла, ни толчки от чьего-то хождения по комнате. Ночь проходит в пытке…»

Причина гиперурикемии остается до конца не совсем понятной. Скорее всего, в этом случае мочевая кислота хуже фильтруется почками, однако детали этого процесса во многом еще неясны. Для нашего рассказа важно другое. В основе гиперурикемии и в конечном счете подагры безусловно лежат какие-то генетические нарушения. Еще Гален считал подагру наследственным заболеванием, а современные подсчеты показывают, что более 80 % подагриков обладают наследственной предрасположенностью к этому недугу.

Мочевая кислота стимулирует

Впервые на объяснение возможной связи подагры и повышенной умственной активности указал английский исследователь Э. Орван в своей статье «Происхождение человека». Она была опубликована в знаменитом научном журнале «Nature» в 1955 г. Он обратил внимание на то, что структура мочевой кислоты чрезвычайно схожа со структурой кофеина и теобромина — веществах, содержащихся в кофе и чае, и способных стимулировать у человека умственную активность. Последние вещества являются «мозговыми стимуляторами» потому, что ингибируют в клетках мозга фермент фосфодиэстеразу, которая, в свою очередь, уничтожает другое соединение — циклический аденинмонофосфат (цАМФ). А это последнее вещество образуется в результате поступления в клетки всевозможных сигналов и служит универсальным активатором множества внутриклеточных процессов.

Следовательно, если мочевая кислота обладает хотя бы частичным эффектом, аналогичным действию кофеина и теобромина, то кровь подагриков, где этой кислоты в 20–30 раз больше, чем в норме, должна постоянно стимулировать мозговую, да и физическую активность таких людей. В своей статье Э. Орван указывал, что наши родственники приматы лишены фермента уриказы, который у прочих млекопитающих расщепляет мочевую кислоту до более простых органических соединений. Следовательно, мозг приматов должен был постоянно испытывать на себе стимулирующее влияние мочевой кислоты, что и могло во многом предопределить дальнейшее появление именно в этой ветви эволюции позвоночных разумных существ. У подагриков это стимулирующее влияние увеличено многократно, что и создает предпосылки для проявления бешеной работоспособности и гениальности. Позже положительная связь между проявлениями подагры и уровнем умственной активности была неоднократно подтверждена. К примеру, такая связь обнаружилась у 113 обследованных профессоров Мичиганского университета.

Сотни знаменитостей

Среди российских исследователей выдающийся вклад в развитие «подагрической» теории гениальности внес классик отечественной генетики Владимир Павлович Эфроимсон (1908–1989), который сам обладал потрясающей работоспособностью и прекрасной памятью. Его увлечение этой темой было далеко не случайным. Он приобщился к генетическим исследованиям в знаменитой московской школе эволюционной генетики, основанной людьми широчайшей эрудиции биологами-эволюционистами Н. К. Кольцовым и С. С. Четвериковым.

Владимир Павлович начал собственные эксперименты в Государственном рентгеновском институте, изучая влияние облучения на появление мутаций. Покинув Москву в 1930 г. после типичного для тех времен ареста своего учителя С. С. Четверикова, Эфроимсон проработал два года в Закавказском институте шелководства. В 1932 г. он сам был арестован по огульному обвинению «за участие в антисоветской организации» и был осужден на 3 года.

Вновь обретя относительную свободу в 1936 г., В. П. Эфроимсон вновь с головой уходит в науку, занимаясь в Среднеазиатском НИИ шелководства в Ташкенте генетикой тутового шелкопряда. Всю войну он проработал в санбате и отделении фронтовой разведки переводчиком с немецкого языка и был награжден за боевые заслуг и.

После победы Эфроимсон вновь возвращается к науке, работая доцентом кафедры дарвинизма и генетики Харьковского университета. Однако уже через 2 года за свою активную и нескрываемую борьбу против лысенковщины он изгоняется с работы «за деятельность, порочащую звание советского педагога». В 1947 г. — новый арест и ссылка в казахстанский концлагерь.

Реабилитирован он был лишь в 1956 г. Устроиться работать удалось только библиографом по естественным наукам в библиотеке иностранной литературы. Лагерь не сломил бойцовского духа В. П. Эфроимсона. Под видом библиографических обзоров он публикует серию статей, прямо направленных против Т. Д. Лысенко и его методов действий в науке. Одновременно он готовит к публикации уникальную рукопись «Введение в медицинскую генетику». Она была опубликована только в 1964 г. и послужила основой для развития медицинской генетики в Советской России. Наконец (через 15 лет после защиты!), получив степень доктора наук, он становится заведующим отделом генетики Московского НИИ психиатрии Минздрава РСФСР, где занимается новаторскими исследованиями генетики психозов, олигофрений, эпилепсий и шизофрений.

Вероятно, именно в это время у него и возникает желание на широком историческом материале обосновать связь гениальности и заболеванием подагрой. В 1975 г. на закате хрущевской оттепели Эфроимсон в знак протеста против использования психиатрических лечебниц в качестве тюрем для диссидентов покидает Институт психиатрии.

Став пенсионером, он продолжает работать по 12–14 часов ежедневно, готовя к печати новые публикации. Одна из них — «Биосоциальные факторы повышения умственной активности» — и была посвящена генетике гениальности. Рукопись этого капитального труда, включавшего более четырехсот машинописных страниц, густо заполненных сотнями имен, дат и широких исторических экскурсов, испытала на себе инерцию репрессивной машины государства. Ее не удалось опубликовать в открытой печати, а лишь депонировать в 1982 г. во Всесоюзном институте научной и технической информации, где она была доступна лишь немногим специалистам. В своем труде В. П. Эфроимсон анализирует биографии сотен знаменитых людей, опираясь на обширную литературу, включающую более шестидесяти книг.

Среди великих подагриков он находит таких известных личностей как Александра Македонского, Юлия Цезаря, Оливера Кромвеля, адмирала Нельсона, королей, императоров и царей Карла Великого, Карла XII, Людовика XI, Фридриха III, Генриха VII и Генриха VIII, Елизавету I, Фридриха II, Людовика XIV, Иоанна Грозного, Бориса Годунова и Петра I, художников, музыкантов, скульпторов, поэтов и писателей Микельанжело Буаноротти, Алигьери Данте, Джона Мильтона, Людвика ван Бетховена, Питера Пауля Рубенса, Огюста Ренуара, Ги де Мопассана, Чарльза Диккенса, Ивана Сергеевича Тургенева, реформаторов церкви Мартина Лютера и Иоганна Кальвина, ученых Карла Линнея, Чарльза Дарвина, Эйлера и Бойля, Галилео Галилея, гуманистов и философов Томаса Мора, Эразма Роттердамского, Мишеля Монтеня, Вольтера. Подагрой страдали папа Григорий Великий, внук Тамерлана астроном Улугбек, Христофор Колумб и Чарли Чаплин. Это заболевание передавалось из поколения в поколение в роду Медичи, Османов, Карла V, герцогов Лотаргинских (Гизы), Черчиллей-Мальборо!

Это лишь малая выборка из списков известнейших лиц, приведенных в монографии Эфроимсона. Как истинный ученый, он не ограничился только перечислением примеров, а занялся статистикой. В качестве контрольного уровня взята частота подагры среди мужского населения США, составляющая от 0,3 до 0,6 процентов. Среди общепризнанных талантов эта цифра подскакивает более чем на порядок и составляет 5–10 %, а у подлинных титанов духа и творчества взлетает до 30–50 %. Другими словами, каждый второй общепризнанный гений был подагриком!

Гениальные кучки

В 1926 г. В. И. Вернадский прочел в Академии наук доклад «Мысли о современном значении истории знаний», в котором, в частности, упомянул феномен пульсации талантливости. Согласно этой идее, гении и таланты появлялись в истории как бы кучками, группами. Вспомните расцвет древнегреческой цивилизации. Достаточно упомянуть, что «могучая кучка» таких философов, как Анаксагор, Зенон, Протагор, Сократ и Платон были гражданами лишь одного города — Афин, в котором численность свободного населения едва достигала в то время 50 тысяч человек. Вспомните, к примеру, эпоху королевы Елизаветы в Англии, подарившей миру множество талантливейших людей или «лицейский» период нашей истории, породивший целую плеяду выдающихся деятелей искусства, науки и политики. В истории науки, литературы и искусства можно найти и другие подобные примеры. Феномен «гениальных кучек», вроде бы, противоречит обсуждаемым наследственным основам появления одаренных людей, поскольку частота появления и проявления различных генетических нарушений явно не зависит ни от политического строя, ни от литературных или иных вкусов публики.

Для того чтобы разобраться с этим парадоксом, необходимо проанализировать, что еще, помимо природных, врожденных данных необходимо человеку, для того чтобы полностью раскрыть свои способности.

В. П. Эфроимсон считает, что для проявления таланта и гениальности необходимы эмоционально полноценное и информационно насыщенное раннее детство. По данным многих психологов до 50 % будущего интеллекта формируется у ребенка уже к четырехлетнему возрасту, а в восьмилетием возрасте эта доля составляет уже 80 %. Остальные годы взросления в основном тратятся лишь на накопление необходимой информации, в то время как умение работать с ней, продуцировать оригинальные идеи и нетрадиционные подходы к решению задач формируется еще в раннем детстве.

Второе важное условие — возможность найти и реализовать те свои способности, которыми талант наиболее наделен от природы. А для этого необходим соответствующий спрос со стороны общества. Если же его нет, то талант неизбежно останется нереализованным. Кто знает, сколько талантливых органистов, программистов и летчиков жило в Древней Греции? В XIX веке в Вене пользовались спросом музыканты, и они действительно появлялись, однако мы практически не можем указать ни на венских великих инженеров, ни на полководцев.

Они, безусловно, могли появиться, но на таких людей просто тогда не было спроса. По оценкам В. П. Эфроимсона лишь один гений из тысяч потенциальных раскрывает все свои способности, если можно так сказать, удачно родившись в нужное время и в нужном месте. Остальные просто не могут реализовать данные им природой способности. В этом случае спрос не рождает предложение, а лишь позволяет в полной мере воспользоваться потенциальными талантами. Взлет германской, английской и американской промышленности в конце XIX и в начале XX веков объясняется во многом соответствующим спросом на соответствующие специальности и на развитие целой сети технических училищ, где талантливые молодые люди могли получить необходимое образование. Можно только полностью согласиться со следующими выводами В. П. Эфроимсона, сделанными им на основе анализа десятков биографий выдающихся людей:

1. Зарождение потенциального гения — проблема биологическая, даже генетическая.

2. Развитие гения — проблема биосоциальная.

3. Реализация гения — проблема социобиологическая.

Прекрасный пример, иллюстрирующий эти положения, приводит доктор биологических наук М. Д. Голубовский. Он обращает внимание на своеобразную «черную дыру» в истории русской литературы, простирающуюся от конца 30-х до начала 60-х годов XIX века. До этого периода и после нация регулярно рождала великих писателей и поэтов. Достаточно назвать лишь несколько известных фамилий.

До тридцатых годов родились И. Крылов, В. Жуковский, К. Батюшков, А. Грибоедов, А. Пушкин, Ф. Тютчев, Е. Баратынский, Н. Гоголь, М. Лермонтов, И. Гончаров, А. К. Толстой, Ф. Достоевский, А. Фет, И. Тургенев, А. Островский, Н. Некрасов, Л. Толстой, Н. Лесков, М. Салтыков-Щедрин. После шестидесятого года появились на свет А. Чехов, И. Бунин, М. Горький, А. Блок, В. Хлебников, В. Маяковский, А. Ахматова, М. Булгаков, Б. Пастернак, М. Цветаева, О. Мандельштам. Посередине же — полный вакуум.

Создается впечатление, что мощные потенциальные литературные дарования просто не появлялись на свет в течение тридцати лет, в то время как в других областях человеческой деятельности выдающиеся личности рождались и в этот период. На самом деле, как доказывает М. Д. Голубовский, «эффект дыры» возникает не из-за недостатка генетически одаренных людей, а из-за изменившегося в обществе после революций 1848 г. отношения к изящной словесности, ужесточения цензуры и разгрома многих литературных журналов. Новый подъем начался только после кончины Николая I в 1855 г.

Гигантский потенциал

Частота зарождения потенциальных гениев оценивается В. П. Эфроимсоном как 1/2000–1/10000, и она должна быть более-менее одинаковой у всех народностей. Эта не такая маленькая цифра. Она указывает, что по статистике как минимум в каждой второй школе страны должен учиться потенциальный гений. Хуже дело обстоит со статистикой гениев, сумевших реализовать себя в истории. Частота таких случаев падает уже до одного на миллион. Противопоставление этих цифр указывает на гигантский потенциал человеческих ресурсов, который, как правило, на 95 % и более остается нереализованным.

Попытки совершенно сознательно воспользоваться потенциалом человеческой гениальности в истории были. Так например, Карл Великий специально рассылал гонцов во все концы своей обширной империи, включавшей в 800 г. Францию, Бельгию, Голландию, почти половину Германии, Австрию, север Италии и Испании, для того, чтобы те выискивали природно одаренных мальчиков и отсылали их для обучения в школы. В результате такой практики через некоторое время наступило так называемое каролингское возрождение.

Практичные американцы поставили на поток не только производи во автомобилей, но и человеческих талантов. Ежегодно в результате специальных тестов, ориентированных на выявление не объема знаний, а уровня мышления и сообразительности, в США отбираются 35 тысяч одаренных старшеклассников (всего около 3 % от общего числа учащихся), которым в дальнейшем оказывается государственная поддержка для получения высшего образования. Более того, денежные субсидии получают и те колледжи, которые этих молодых людей избираются дальнейшего обучения. В рамки этой политики «выращивания» талантов и гениев вписывается и программа «откачки мозгов» из стран, отстающих в экономическом отношении от ведущих держав Запада.

Для повышения процента реализации талантливых детей в нашей стране надо не так уже и много. По мнению В. П. Эфроимсона, «достаточно предоставить детворе и юношеству хорошие, равные, соответствующие возрасту условия, и задача резкого повышения частоты развивающихся гениев, тем более выдающихся талантов, да и талантов вообще, будет решена».

Гены старения

Возраст — мерзкая вещь, и с каждым годом она становится все хуже.

Диана Купер

Люди не хотят жить вечно. Люди просто не хотят умирать.

Станислав Лем

— Бессмертные клетки существуют

— Запрограммированная гибель

— Часовой механизм старения

— Болезни быстрого старения

— Как стать бессмертным?

Смертность не изначальна

Как-то известного режиссера Алексея Германа спросили, как он относится к финансовому расслоению нашего общества. Он ответил, что пока смерть всех уравнивает, особенно беспокоиться не приходится. Однако если ученые решат, в копие концов, проблему бесконечного продления жизни человека, и реализация такой возможности будет доступна только людям богатым, вот тогда станет по-настоящему обидно.

Можно ли, изучая гены человека, найти такие из них, что отвечают за процесс старения? Да и существуют ли такие? Теорий старения очень много, и одна из наиболее популярных из них утверждала, что старость является следствием постепенного накопления всевозможных «поломок» в нашем теле. В основном, имелись в виду дефекты на молекулярном и клеточном уровнях. Такая точка зрения выглядит логично, ведь именно так стареют созданные человеком механизмы — они ржавеют, у них отказывают со временем отдельные блоки, пока, наконец, накопившиеся дефекты совсем не прекратят их функционирование. Взгляните на старую, видавшую виды автомашину «копейку», стоящую на вечном приколе во дворе дома. Она будет прекрасной иллюстрацией гипотезы старения путем накопления дефектов.

Однако все не так просто. «Как ни глубоки причины смерти — смертность не изначальна, она не представляет безусловной необходимости: слепая сила, в зависимости от которой находится разумное существо, сама может быть управляема разумом», — прозорливо писал по этому поводу еще в XIX веке философ Николай Федоров.

Похоже усилия молекулярных биологов в конце XX века подтвердили это предположение. Они нащупали механизм, благодаря которому клетки нашего тела отмеряют свой жизненный срок. А раз так, значит, появилась возможность в этом механизм вмешаться.

Бессмертные клетки

Рождение и смерть часто воспринимаются нами как две стороны одной медали. Одно явление якобы неотделимо от другого. Появление на свет неизбежно влечет за собой старение и кончину. Между тем это не совсем так. Живая клетка, как своеобразная молекулярная фабрика, способна работать и воспроизводиться без всяких признаков усталости или старения бесконечно долго. Хороший тому пример — одноклеточные существа, размножающиеся исключительно бесполым способом. Разумеется, амебу из учебника зоологии за седьмой класс без труда можно лишить жизни — отравить, сварить, высушить, раздавить, наконец. Однако если регулярно менять воду и добавлять пищу, то она будет без устали делиться и никогда не состарится. В этом смысле амеба бессмертна. Если бы наше тело состояло из подобных амеб, о пенсионном возрасте речь бы, возможно, не заходила.

В первой четверти XX века из водоема была выловлена крошечная инфузория тетрахимена (Tetrahymena pyriformis штамм GL), которая, в силу некоторых отклонений от нормы, не могла вступать в половой процесс с такими же инфузориями. Она размножалась исключительно за счет обычных делений пополам. Так вот, потомки той клетки до сих пор прекрасно чувствуют себя во многих лабораториях мира, хотя по самым скромным оценкам их отделяет от клетки-прародительницы уже более двухсот тысяч делений-поколений. Иначе говоря, клон этих инфузорий практически бессмертен.

Никто и никогда не видел пожилых бактерий. При их темпах и способах воспроизводства себе подобных говорить в данном случае о старении совершенно бессмысленно. Смерть в преклонном возрасте становится по-настоящему актуальным и обсуждаемым феноменом только у многоклеточных организмов, размножающихся половым путем. В самом деле: если жизненная программа выполнена — репродуктивный период закончился, потомство оставлено и тем самым опробован доставшийся от предков набор генов — то что же теперь делать с продолжающими жить родителями? Оставить их наслаждаться жизнью? Но они ведь только мешают новому поколению испытывать свою приспособленность к вечно меняющейся среде обитания…

Правильно! Надо активно прекратить неоправданное расходование ресурсов и отправить пожилых родственников в расход. Другими словами, на определенном этапе эволюции запрограммированная гибель «пожилых» многострочных стала феноменом, выгодным для процветания вида в целом. Раз так, то неизбежно должны были возникнуть и четкие механизмы, эту гибель обеспечивающие.

Прекрасный в этом плане пример демонстрирует совсем просто устроенное многоклеточное существо — крошечная нематода ценорабдитис (Caenorabditis elegans). Длина этого круглого червя едва достигает одного миллиметра, а общее количество слагающих его клеток абсолютно постоянно у всех взрослых особей — около трех тысяч (для сравнения: новорожденный крысенок состоит примерно из трех миллиардов клеток). Количество ДНК в каждой клетке ценорабдитиса всего лишь в двадцать раз больше, чем у средней бактерии. Время жизни этой нематоды поразительно скоротечно и составляет всего трое с половиной суток, что лишь в двести пятьдесят раз больше жизни кишечной палочки, которая при благоприятных условиях делится через каждые двадцать минут.

Однако палочка именно делится, то есть ее молекулярная фабрика продолжает успешно работать, регулярно удваивая свое клеточное хозяйство, а вот отложившая яйца нематода совершенно неизбежно умирает в конце своей коротенькой жизни. Ясно, что ни о каком старении за счет накопления возможных дефектов и повреждений в клетках в этом случае говорить не приходится.

К роковой черте ее подводит неизбежная, четкая и смертельная, как взгляд Азазелло, работа генов, семейство которых биологи называют «генами смерти». Продукт одного такого гена запускает работу второго, тот активирует третий, седьмой… а в конце хлоп! Дружная гибель всех клеток, и в результате кончина организма в целом. Такую запрограммированную клеточную смерть биологи и медики называют апоптозом. Собственно о старении говорить здесь не приходится. Какая уж тут дряхлость, когда тебе роду не более трех суток!

Американские ученые в 1988 г. сообщили, что им удалось обнаружить нематод с мутацией в гене age-l, которая удлиняла жизнь этих червей на 70 %. Выяснилось, что у мутантных особей повышен уровень антиоксидантов — веществ, активно уничтожающих свободные кислородные радикалы. Эти радикалы способны связываться практически с любыми химическими соединениями клеток и активно разрушать их. Однако этот механизм, влияющий на продолжительность жизни, не отменял, а лишь отсрочивал действие генов запрограммированной смерти нематод.

Если бы подобный четкий механизм ухода из жизни работал у высших позвоночных, программа нашего пенсионного обеспечения оказалась бы совершенно не нужной. Действительно, к чему откладывать на старость, если, к примеру, после сорока семи с половиной лет неизбежно последует быстрая и безболезненная смерть. Слава богу, этого не происходит, и может, действительно правы те геронтологи, которые говорят о феномене старости как о результате накопления всевозможных ошибок в работе клеток, из которых мы состоим? Существуют ли у человека вообще какие-либо генетические программы ограничения времени жизни его клеток?

Опыты Хайфлика

Еще в начале XX века нобелевскому лауреат у биологу Алексису Каррелю удалось выделить клетки человека из организма и культивировать их в стеклянных флаконах на питательной среде в течение 27 лет. Его опыты, вроде бы, свидетельствовали о том, что человеческие клетки потенциально бессмертны. Однако позже возникло подозрение, что с каждой новой порцией среды для культивирования во флаконы Карреля попадали новые, молодые клетки, и культура тем самым постоянно обновлялась за их счет.

Разобраться в этой запутанной ситуаций в начале 60-х годах решил профессор Стенфордского университета Леонард Хапфлик. Он выделил из легкого человеческого эмбриона клетки соединительной ткани — фибробласты. Точно так же, как Каррель, он поместил их в сосуды с питательной средой. На этот раз все предосторожности были тщательно соблюдены, и новые клетки попасть в сосуды не могли. Первое время дела шли успешно, и клетки прекрасно размножались в непривычных для них условиях «Для меня эти клетки все равно, что собственные дети», — говорил он интересовавшимся его опытами журналистам.

Однако, пройдя определеннее число делений, фибробласты прекращали свой дальнейший рост. Причем число этих делений зависело от возраста донора. Фибробласты зародыша человека проделывали около 50 делений. Подобные клетки новорожденного способны были разделиться уже всего 20–30 раз. Взятые от взрослых пожилых людей едва осиливали несколько клеточных циклов. В «разновозрастных» смесях более молодые клетки всегда жили дольше, чем их «пожилые» соседи. Следовательно, списать все различия на неодинаковость условий при культивировании не удавалось. В опытах на мышах было показано, что «старые» клетки, пересаженные в тело молодой особи, омолодиться не способны и через некоторое время гибнут.

Создалось впечатление, что в клетках человека и высших позвоночных тикает своеобразный хронометр, отсчитывающий ход нашей жизни. Пока завод не кончился, клетка способна к делению. Как только деления прекращаются, наступает так называемое репликативное старение (то есть связанное с неспособностью клеток делиться). Количество же делений наших клеток, в принципе, может быть практически таким же бесконечным, как и у одноклеточных амеб. В этом убеждают постоянно размножающиеся раковые клетки, у которых подобный хронометр, возможно, сломан или отсутствует вообще. Они регулярно и бодро делятся в лабораториях в течение десятков лет и феномен старения просто игнорируют. Показательный в этом плане случай — раковые клетки HeLa, которые были получены от африканки Генриетты Ламберт (Henrietta Lambert). Она скончалась в тридцатых годах XX века в США от раковой опухоли шейки матки. С тех пор вплоть до наших дней клетки HeLa успешно продолжают делиться в десятках биологических и медицинских институтов мира.

Другой яркий пример огромных возможностей клеток противостоять бегу времени демонстрируют генеративные клетки. В самом деле: все мы происходим из одной яйцеклетки, которая образовалась в теле матери. Наши родители, в свою очередь, тоже были когда-то одной клеткой. Таким образом, можно протянуть своеобразный «генеративный вектор» назад в прошлое на два с половиной миллиарда лет назад — практически до Протерозоя. Ведь и наши рыбообразные предки рождались из чьей-то икры.

Польский писатель фантаст Станислав Лем в «Звездных дневниках Ийона Тихого» так писал по поводу феномена бессмертия половых клеток: «Как известно, умираем мы, потому что стареем, то есть телесно расшатываемся из-за потери необходимой информации: клетки со временем забывают, что надо делать, чтобы не распасться. Природа постоянно снабжает такой информацией только генеративные, то бишь родительские клетки, потому что на остальные ей начхать».

Болезни быстрого старения

Порой время работы «хронометра жизни» может резко укорачиваться. Так происходит при врожденных заболеваниях быстрого старения — прогериях (греч. pro — раньше, gerontos — старец). Наиболее трагично протекает прогерия детей, которую называют еще синдромом Хатчинсона-Гилфорда. Ребятишки с этим страшным диагнозом стремительно стареют. В среднем они едва дотягивают до 12 лет и чаще всего умирают в том, казалось бы, юном возрасте от банальных старческих инфарктов. К этому времени они и выглядят как глубокие старики — лысеют, страдают от атеросклероза и фиброза миокарда, практически полностью лишаются подкожного жирового слоя, теряют зубы… Картина мрачная. К счастью, рождаются такие дети чрезвычайно редко — с частотой один на миллион, что, Кстати, затрудняет генетический анализ причин заболевания.

Главной диагностической особенностью клеток больных с синдромом Хатчинсона-Гилфорда является резко сниженное по сравнению с нормой число Хайфлика, то есть количество удвоений, которое способны пройти клетки в культуре. При этом продолжительность времени от деления до деления их фибробластов достоверно не отличается от контроля. Другими словами, их «хронометр жизни» идет с обычной скоростью, но он заведен только на пол-оборота пружины и быстро останавливается.

Другой характерный в этом плане пример — прогерия взрослых, или синдром Вернера, описанный впервые еще в 1904 г. Страдающие им люди сначала развиваются с нормальной скоростью лет до 17–18, а потом начинают стремительно стареть. Лишь немногие дотягивают до пятидесяти, уходя из жизни глубокими стариками. У них быстро развивается широкий спектр всевозможных патологий, обычно связываемых с возрастными изменениями: атеросклероз, диабет, катаракта, различные типы доброкачественных и злокачественных опухолей.

В Японии частота этого заболевания существенно выше, чем в других станах, и достигает одного случая на сорок тысяч. В результате генетического анализа удалось выяснить, что прогерия взрослых является аутосомным рецессивным заболеванием. Это означает, что страдающий от прогерии человек является гомозиготой по рецессивному «гену старения», а его родители были гетерозиготами по этому гену. Соответственно, вероятность рождения «быстро стареющих людей» от таких пар составляет 25 %. К сожалению, быстрых и доступных тестов, способных обнаружить такой мутантный ген, пока не разработано.

Клетки больных с синдром Вернера перестают делиться в культуре обычно после 10–20 удвоений, что также указывает на некое нарушение у них нормального хода «хронометра жизни». Однако как же клетка умудряется измерять число делений, которое она уже совершила?

Блестящее предсказание

Впервые на возможный механизм работы подобного «хронометра» указал в 1971 г. в чисто теоретической статье наш соотечественник, кандидат биологических наук, сотрудник Института эпидемиологии и микробиологии Академии наук СССР Алексей Матвеевич Оловников. Его идея, в двух словах, сводилась к следующему. Еще до деления клетки все ее хромосомы удваиваются. Каждая хромосома представляет собой туго смотанную длиннющую нить ДНК. Копирование ДНК осуществляется еще до ее «сматывания» в хромосому с помощью специального фермента ДНК-полимеразы.

Если несколько вольно сравнить ДНК с рельсовым путем, то этот фермент будет напоминать рельсоукладчик, который ездит по рельсам, которые сам же рядом с собой и укладывает. Пока ДНК-полимераза трудится на всем протяжении пути — все в порядке. Никаких проблем. Но как только она «доезжает» до своеобразного «тупика» — то есть, одного из двух концов молекулы ДНК, тут-то и возникает сбой. ДНК-полимераза просто не способна построить копию этих кончиков. Следовательно, при каждом делении клетки нити ее ДНК должны становиться чуть короче.

Позже это красивое открытие, сделанное, как говорят «на кончике пера» блестяще подтвердилось. Теперь предсказанное А. М. Оловниковым явление биологи называют концевой недорепликацией хромосом. В процессе образования похожей на сосиску хромосомы укороченные концы ДНК довольно логично оказываются расположенными на ее краях — теломерах (от греч. telos — конец и meros — часть). Укорачивание теломер как раз и является теми молекулярными часами, которые отсчитывают число клеточных делений. Выяснилось, что при каждом делении клетки теряют от 50 до 200 азотистых оснований на концах нитей ДНК — своеобразных «букв», из которых состоит эта макромолекула.

По счастью, в теломерах не закодированы важные для клетки белки. Теломеры состоят из одинаковых уныло повторяющихся последовательностей нуклеотидов. Причем последовательности эти практически одинаковы у самых разных организмов: инфузорий, земноводных, пресмыкающихся и птиц. Длина теломер указывает на количество делений, которые еще может осуществить клетка. Как только теломеры в результате пройденных циклов копирования хромосом достигают некой критической длины, клетка перестает делиться — наступает репликативное старение.

Клетки детей, страдающих прогерией Хатчинсона-Гилфорда, имеют укороченные теломеры. Именно этим объясняется раннее наступление старости у этих больных. Теломеры же их родителей нормальной длины. Это означает, что синдром Хатчинсона-Гилфорда является результатом какой-то редкой мутации, возникающей в одной из самых первых клеток зародыша. Теломеры хромосом у больных с синдромом Вернера обычные, но, судя по всему, «точка остановки клеточного деления» у них находится, в среднем, ближе к краю хромосомы, чем у здоровых людей.

Теломераза

Что же происходит с теломерами у потенциально бессмертных одноклеточных организмов, половых и раковых клеток? В 1985 г. у инфузорий тетрахимен был обнаружен фермент, активно достраивающий концы теломер, с которыми не справлялась ДНК полимераза. Тем самым клеткам обеспечивалась возможность воспроизводиться бесконечно. Фермент назвали теломеразой и вскоре обнаружили его у большинства клеток, с которыми обычно экспериментируют биологи: у дрожжей, у некоторых насекомых, червей и растений. Выяснилось, что теломеразы работают в зародышевых и половых клетках человека. Присутствуют они и в так называемых стволовых клетках — то есть таких, постоянное деление которых лежит в основе обновления крови и некоторых тканей (например, кожи и внутренней выстилки кишечника). До 90 % опухолей человека обладают теломеразной активностью, а вот в нормальных клетках тела, наоборот, эти ферменты найти не удается. Таким образом, можно напрямую связать активность теломеразы и способность клеток к бесконечному делению. Клетки, в которых теломераза регулярно не достраивает кончики хромосом, через некоторое время перестают делиться. Из этих замечательных наблюдений следует ряд интригующих выводов и предположений.

Мечта о бессмертии

Во-первых, не исключено, что подавление активности теломеразы в опухолевых клетках поможет борьбе с раком. В Институте молекулярной биологии РАН было показано, что введение в клетки меланомы и промиелоцитарной лейкемии человека вещества, угнетающего работу теломеразы (азидотимидина) приводит к укорачивании их теломер и торможению роста опухоли. Правда, бить в литавры еще рано, поскольку, судя по всему, клетки различных опухолей по-разному обходят барьер запрограммированной смерти, и с каждым конкретным случаем надо разбираться отдельно.

Во-вторых, наоборот, увеличение активности теломеразы может увеличить способность к делению обычных, смертных клеток, и, тем самым, продлить срок их нормальней работы. Например, недавно с помощью методов молекулярной инженерии в клетки эпителия сетчатки глаза был введен кусочек ДНК, кодирующий человеческую теломеразу. В результате их хромосомы начали наращивать свои теломеры, а количество делений этих эпителиальных клеток превысило обычный лимит минимум на 20 удвоений! А что если ввести такой ген теломеразы в клетки зародыша человека? Предположим, он встроится в одну из 46 хромосом и будет постоянно воспроизводиться при каждом делении. Тогда мы получим младенца, все соматические клетки которого будут игнорировать лимит Хайфлика! Это означает, что срок его жизни по сравнению с естественными пределами будет существенно увеличен. На горизонте научных достижений начинает брезжить заря потенциального человеческого бессмертия, о котором мечтали десятки поколений мыслителей и естествоиспытателей! Разумеется, такая возможность является пока чисто теоретической, и путь к ее реализации наверняка окажется не таким простым, как здесь изложено. Более того, этичность проведения подобных экспериментов на людях наверняка вызовет не менее бурную дискуссию, чем спор о возможности и допустимости клонирования отдельных личностей. Однако мечта о бессмертии столь привлекательна, что наверняка вызовет попытки ее реализовать на практике. Вот тут-то и возникает вопрос, не приведет ли «взламывание печати Хайфлика» (запрет на бесконечное деление соматических клеток) к непредвиденным и нежелательным последствиям, на которые природа мудро наложила запрет).

Одним из неизбежных зол, с которыми сталкиваются любые клетки, является возникновение случайных мутаций. Частота их появления у единичного гена оценивается как один случай на миллион клеток и на одно ее деление. Вроде бы немного. Однако число клеток в теле человека оценивается десятками, если не сотнями, миллиардов, а общее количество делений, которые они совершают в нашем теле, достигает 10^16 (часть отработавших клеток постоянно гибнет и выводится из организма). Следовательно, при таких порядках величин даже столь редкие события, коммутации, должны постоянно накапливаться в клетках тела в изрядных количествах. Считается, что для превращения обычной клетки я раковую в среднем она должна приобрести от трех до семи независимых мутаций. При таком раскладе для неизбежного возникновения опухоли требуется в среднем от 60 до 140 клеточных делений. Лимит же Хайфлика для клеток человека, как вы помните, составляет около 50 делений! Это означает, что он является просто заслоном лавинообразному появлению опухолей в суперпожилом возрасте.

В истории науки уже не раз применение того или иного открытия оборачивалось совсем нежелательными последствиями. Возможность значительного продления жизни человека за счет манипуляций с его клетками и теломеразами грозит еще большим всплеском онкологических заболеваний и еще более существенным накоплением груза генетических мутаций, который и так уже несет на себе людской род благодаря успехам биологии и медицины. Не надо, впрочем, впадать в пессимизм и думать, что этот груз, в конечном счете, раздавит вкусившее от древа познания человечество. Просто надо разрабатывать методы генетической терапии, способные противостоять всем этим негативным явлениям. А это серьезное испытание для науки XXI века.

Откуда берется генетическое разнообразие?

Экономична мудрость бытия,

Все новое в нем шьется из старья

В. Шекспир

— Хотите разнообразия? Комбинируйте!

— Слоги генов и беков

— Как природа играет в карты?

— Гены переносятся!

— Инсулин у бактерий

— Гидры обладают характером

Когда речь идет о врожденных заболеваниях человека, обычно дело, в конечном счете, сводится к повреждению или недостаче в организме определенных белков. В одних случаях эти белки и соответствующие им гены уже найдены и охарактеризованы. В других случаях не вызывает сомнения, что они будут в обозримом будущем обнаружены. Возникает четкая картина: дефект в структуре белка ведет к нарушению функции. Если провести аналогию с миром техники, то все предельно ясно: выход из строя детали автомобиля приводит к тем или иным перебоям в его работе.

Когда мы имеем дело с очень сложными приборами, сбои в их функционировании не всегда сводятся к поломке деталей, из которых они состоят. Вспомните — телевизор можно настроить, не меняя в нем ни одной детали. Другой пример — «зависание» компьютера чаще всего никак не связано с физическими дефектами в его материнской плате. То есть, чем сложнее прибор, тем с большей вероятностью какие-то недочеты в его действии будут связаны просто с несогласованностью работы отдельных его частей, с плохой «настройкой» этого прибора.

Примерно такая же ситуация с поведением живых организмов. Изучая просто организованные существа, иногда бывает совсем несложно указать, как изменение их поведения связано с белками. Хороший пример — одноклеточная водоросль хламидомонада. Она двигается к свету с помощью всего двух жгутиков, каждый из которых состоит из нескольких типов белков. Мутации в соответствующих генах приводят к различным изменениям в этих белках. В результате появляются «поведенческие мутанты» — клетки хламидомонад, которые плавают не так, как следует. Или вообще не плавают. Этакие клетки-инвалиды получаются! В такой ситуации можно изучать генетику поведения: выделять новых поведенческих мутантов и пытаться понять, почему они ведут себя несколько иначе, чем большинство других одноклеточных этого вида.

Не надо, кстати, думать, что этот пример не имеет отношения к людям. Клетки ресничного эпителия в носу или в легких человека, а также мужские сперматозоиды обладают практически такими же жгутиками, как и многие одноклеточные организмы. Ясно, что мутации в генах, кодирующих белки этих жгутиков, будут приводить к тяжелым последствиям. Например, к мужскому бесплодию, которое порой вызвано неспособностью сперматозоидов нормально двигаться.

С изучением генетики поведения многоклеточных существ, обладающих нервной системой, особенно таких высокоорганизованных, как млекопитающие и человек, дело обстоит сложнее. Это поведение представляется чрезвычайно, разнообразным, гибким. На первый взгляд, говорить тут о генетическом наследовании определенных черт трудно, особенно когда речь идет не о заведомой патологии вроде шизофрении или эпилепсии, а о поведении достаточно обыденном, не выходящем с точки зрения обывателя за рамки принятых норм. Тем не менее, подступиться к такому интересному вопросу, как наследование определенных программ поведения можно.

Для этого для начала надо разобраться, откуда вообще в эволюции берется это ошеломляющее разнообразие жизни, как оно создается? Тогда, быть может, удастся подступиться и к разнообразию в поведении животных и человека? Давайте посмотрим, как возникает многообразие форм в природе. Для этого надо ненадолго отступить от основной темы — генетики человека — и снова вспомнить школьные уроки биологии.

Блочное строительство

Уилки Коллинз в романе «Женщина в белом» писал: «У природы столько дел в этом мире, ей приходится создавать такую массу разнообразнейших творений, что по временам она и сама не в силах разобраться во всех тех различных процессах, которыми она постоянно занимается». Попробуем прийти ей на помощь. Биологи предыдущих поколений — зоологи, ботаники, систематики — потратили немало времени на то, чтобы хотя бы вчерне описать и инвентаризировать все добро, все буйство форм и красок, доставшееся им в качестве материала для исследований. Их последователи, углубившись в недра клетки, познали законы наследования признаков и расшифровали код ДНК. Только после этого им удалось начать приближаться к решению вопроса о происхождении поистине фантастического разнообразия живой материи. Лишь в последние десятилетия, обогащенные данными молекулярной биологии и генетики, мы начинаем постепенно понимать, каким образом работает тот поистине неисчерпаемый на комбинации калейдоскоп, который природа неустанно вертит перед нашим удивленным взором.

Житейская практика подсказывает, что в основе разнообразия нередко лежит комбинирование ограниченного числа относительно несложных элементов. Комбинация из шести-семи цифр соединит вас по телефону с нужным абонентом многомиллионного города. Цвет, марка и номер делают автомашину почти уникальной. Для того чтобы написать прекрасное стихотворение, необходимо всего лишь нужным образом скомбинировать тридцать три буквы алфавита и добавить немного знаков препинания.

На последнем примере можно наглядно проиллюстрировать укрупнение подверженных комбинированию блоков при переходе с одного уровня сложности на другой, более высокий. Буквы слагаются в слоги, слоги — в слова. Из слов составляются фразы. Количество букв в алфавите любой страны совсем невелико, все значимые слова можно поместить в словарь, количество же фраз, которые из этих слов можно составить, явно не поддается никакому учету. Рассказы, повести и романы, составленные из отдельных предложений, где и как проявляется способность к комбинированию в биологии?

Практически безграничное множество органических молекул определяется способностью атома углерода и немногих, чрезвычайно распространенных в клетках элементов — водорода, азота, кислорода, серы и фосфора — соединяться в различных комбинациях. Некоторые из таких комбинаций играют ключевую роль «строительных кирпичиков» в клетках. Всего лишь двадцать аминокислот из полутора сотен известных образуют бесчисленное множество белков. Различные моносахара — глюкоза, галактоза, манноза, ксилоза — соединяясь вместе, образуют самые разнообразные полисахариды: крахмал, гликоген, целлюлозу, хитин, пектин и множество им подобных органических молекул. Всего четырех нуклеотидов («букв») оказывается достаточно, чтобы с помощью их сочетаний зашифровать в ДНК всю информацию об устройстве и функционировании любого организма.

Если уподобить аминокислоты буквам алфавита, белки будут похожи на очень длинные слова. Так же, как и в словах, в белках удается обнаружить различные части. Нечто вроде приставок, корней и суффиксов. Биологи называют такие части белков доменами. Обычно они выполняют разные функции. Одни «заякоривают» белки в мембранах, другие домены реагируют с веществами-субстратами, третьи могут присоединяться к ДНК. Комбинируя различные домены, можно получать белки с разными свойствами. Рассматривая пространственную организацию белков, специалисты выделяют в них отдельные, похожие по укладке первичной аминокислотной последовательности части — так называемые альфа-спирали и бета-тяжи. В середине семидесятых годов XX века была высказана гипотеза, что эти части могут быть ориентированы различным образом и по-разному соединены друг с другом. Таким образом, и тут мы сталкиваемся со случаем, когда из небольшого числа структурных элементов получается большое количество способов их соединения и взаимного расположения.

Разумеется, клетка не в состоянии тасован, любые части белков по своему усмотрению — ведь их структура записана в генах, однако некое мозаичное строение многих белков явно проглядывает в их структуре. Поэтому не правы те критики теории эволюции, которые говорят, что создание сложного работающего белка методом случайного подбора аминокислот практически невозможно. Это, дескать, все равно, что вслепую давя на клавиатуру пишущей машинки или компьютера, получить кусок значимого текста. Природа действует иначе. Она комбинирует уже созданные ранее заготовки, блоки. Заметьте — случайно составляя слоги, уже можно получим, довольно много осмысленных слов вроде «живо», «наше», «шило». Из них уже совсем немудрено составить фразу, которая будет, иметь какой-то смысл. Например: «Наше шило живо». Отдает букварем с его Машей и рамой, но это уже фраза! Так же и с белками.

Поднимемся теперь на чуть более высокий уровень, на котором сами белковые цепи представляют собой отдельные строительные блоки. Многие ферменты состоят из нескольких таких цепей; они могут быть одинаковыми, разными, и даже выполнять разные функции. Не правда ли, и здесь чувствуется простор для комбинирования? Пример для иллюстрации — фермент лактатдегидрогеназа (он отщепляет водород), представляющий собой тетрамер. Каждая из четырех цепей может быть представлена двумя формами — А или В. В клетках встречаются все пять возможных форм: 4А, 3А1В, 2А2В, 1А3В и 4В. Другой пример — гемоглобин, также являющийся тетрамером и состоящий из двух цепей — альфа и бега. К тому же, в человеческом организме может синтезироваться сразу несколько форм каждой такой цепи. Соответственно, существуют, по меньшей мере, пять различных гемоглобинов, хотя теоретически их должно быть гораздо больше. Случаев подобного рода нетрудно набрать из любого учебника биохимии и молекулярной биологии.

Блочному строению белков соответствует мозаичное строение генов. Четверть века тому назад подобную мысль посчитали бы крамольной или безумной. Теперь же представление о прерывистом устройстве генов кажется не только привычным, но и проникающим уже порой на страницы современных школьных учебников.

В пределах многих, если не всех генов многоклеточных организмов участки, несущие информацию о белках или их частях (экзоны), чередуются с некодирующими участками (нитронами). В процессе синтеза белков с участков ДНК снимаются копии и участки, соответствующие интронам, вырезаются. Вместе с нитронами могут вырезаться и некоторые экзоны. Таким образом, с одной и той же последовательности ДНК могут быть получены разные комбинации, соответствующие несколько отличающимся белкам. Так, закрывая в длинной и невнятной фразе отдельные слова, можно получить короткие и ясные выражения. Хороший пример — прерывистый ген, кодирующий одновременно гормон кальцитонин в паращитовидной железе и нейропептид в гипофизе.

В конце семидесятых годов XX века было выдвинуто предположение, что не несущие информацию о белках интроны играли важную роль в комбинировании экзонов у древних одноклеточных и даже до клеточных организмов. Новый белок получался за счет разных комбинаций уже существовавших кусочков, закодированных в экзонах. Не удивительно поэтому, что теперь многие экзоны в ДНК соответствуют в белках их определенным участкам — доменам. На заре появления первых сложных клеток новые белки возникали, вероятно, в результате соединения и закрепления в таком положении нескольких «отрезков» ДНК. Эволюция самих генов может быть представлена не только и не столько появлением новых генов, сколько удвоением и перераспределением уже имеющихся.

Любопытно, что у современных позвоночных животных этот процесс создания белкового разнообразия путем комбинирования отдельных кусочков ДНК повторяется вновь и вновь при развитии иммунной системы. По приблизительным оценкам в организме каждого человека синтезируется до миллиона различных форм белков-иммуноглобулинов. Именно это разнообразие и обеспечивает удивительную способность организма противостоять инфекциям, распознан практически любые чужеродные белки и клетки. Столь огромное, подавляющее воображение разнообразие возникает за счет способности генов, кодирующих иммуноглобулины, появляться в процессе созревания лимфоцитов из большого, но все же ограниченного числа небольших, участков ДНК. В самом общем виде, не вдаваясь в тонкости, процесс образования генов иммуноглобулинов можно уподобить сдаче карт во время игры в покер или в подкидного дурачка. Количество карт в колоде ограничено, но число их комбинаций, которые оказываются на руках при сдаче, очень велико.

О том, как природа «играет в карты» в процессе мейоза, тасуя хромосомы родителей и создавая, в конечном счете, уникальные генетические сочетания у потомков, уже было рассказано в самом начале книги. На уровне целого хромосомного набора также может происходить комбинирование отдельных блоков. Под таким углом зрения можно рассматривать делении (утраты части хромосом), инсерции (вставки) и инверсии.

Хорошо известно, что гены способны «включаться» и «выключаться», то есть служить сиюминутным источником информации для синтеза белков, или до поры до времени такую информацию клетке не предоставлять. Поскольку у человека, по современным оценкам, должно быть около 30 тысяч генов, можете представить себе, какой практически бесконечный простор для творчества возникает из-за возможности их включать и выключать в разных комбинациях. Не лишне упомянуть при этом, что аминокислотные последовательности белков человека отличается от таковых гориллы лишь на несколько процентов. Иначе говоря, они практически совпадают. А какая значительная между нами разница! Она возникает не за счет новых «человеческих» белков, а за счет иного умелого комбинирования уже существующих. Представьте такую ситуацию: вы слышите совершенно различную фортепианную музыку. Скажем, первый концерт Рахманинова и джазовую мелодию в стиле регтайм. Бросаетесь к двум инструментам с надеждой обнаружить причины различий и находите одни и те же черные и белые клавиши! Такая же ситуация с белками и генами. Искусство эволюции состоит в умении их комбинировать.

Гены-непоседы

Существенную роль в создании генетического разнообразия принимают участие так называемые мобильные диспергированные гены (МДГ). Знамениты они тем, что не имеют определенного фиксированного «адреса» в хромосомах и могут перемещаться по геному в широких пределах, что и отражено в их названии. Диспергированные — значит расположенные в разных местах. Мобильные — значит подвижные (лат. mobilis — подвижный, быстрый, проворный). Если сравнить геном с толстой книжкой, то мобильные гены будут похожи на отдельные фразы или даже абзацы, которые оказываются каждый раз на новом месте в разных ее экземплярах или даже в пределах одной книги. Раскрываешь ее после перерыва, а несколько строчек из предисловия перескочили в заключение. С напечатанными текстами такого не случается, а вот с генами — пожалуйста! Впервые такие «непоседливые» гены были открыты в начале пятидесятых годов XX века американской исследовательницей Барбарой Мак-Клинток, изучавшей генетику кукурузы. В то время никто из биологов не верил в существование подвижных генов, и заслуженное признание пришло к ней позже, когда ее открытие было подтверждено молекулярно-биологическими методами.

В конце XX века стало очевидно, что подвижные гены присутствуют, по-видимому, у всех организмов, включая человека. В каждый момент времени геном наших клеток можно рассматривать как комбинацию положений разнообразных подвижных генов на хромосомах. Количество таких возможных комбинаций пока не оценено, но вероятно, оно очень велико. Вклад подвижных генов в функционирование и эволюцию организмов только начинает проясняться, но уже очевидно, что он может быть значительным. Мобильные диспергированные гены, например, влияют на работу соседних с ними генов и вызывают наследуемые изменения — по сути, мутагенез. Однако не это главное.

Р Б. Хесин, автор замечательной монографии «Непостоянство генома», писал, что с его точки зрения, «главная эволюционная роль перемещающихся элементов состоит в том, что они… переносят чужеродные гены между разными, подчас даже очень отдаленным организмами»., Другими словами, геномы организмов не являются совершенно замкнутыми системами, своеобразными раз и навсегда заданными множествами генов, в пределах которых возможны различные комбинации, перестановки и только. Пусть редко, пусть не всегда, однако в состав геномов может включаться чужеродная генетическая информация. Обыденная практика говорит нам, что разные виды от этого не начинают походить друг на друга. Однако если мерить скорость течения реки времени геологическими, эволюционными мерками, возможность переноса генов от одних видов к другим может объяснить многие удивительные факты.

Гормон инсулин, например, удалось обнаружить в бактериях. Основной компонент кутикулы насекомых — хитин, присутствует в клеточных стенках грибов. Полисахарид агар, выделяемый некоторыми водорослями (его используют при изготовлении мармелада), найден в бактериях рода Псевдомоиас. Список подобных примеров можно значительно расширить. Как их объяснить? Неужели все современные организмы, включая бактерий, произошли от одного предка — одноклеточного существа, которое обладало всем мыслимым набором различных соединений, встречающихся теперь в различных группах современного живого мира? Быть может, одни и те же макромолекулы были «изобретены» в процессе эволюции независимо друг от друга в различных систематических группах? Маловероятно. Скорее всего, мы имеем дело со своеобразной формой биологического плагиата — заимствования удачных «текстов ДНК».

Основное время биологической эволюции живого на Земле было потрачено на создание генных и белковых блоков и на шлифовку правил их комбинирования. Эволюции потребовалось около двух миллиардов лет, чтобы отобрать, закрепить и отшлифовать потенциально совместимые блоки и завершить, в конечном счете, формирование сложно устроенной клетки со всеми ее неисчерпаемыми возможностями для комбинирования признаков, свойств, Функций. Возникновение многоклеточных организмов, возможно, неоднократное, и их фантастически быстрая с геологической точки зрения эволюция сравним с шахматной партией, перед которой партнеры долго вытачивали и расставляли фигуры на доске.

Как и любой новый взгляд на природу, на мир, биокомбинаторика завоевывает сознание медленно, хотя сама идей создания разнообразия жизни за счет комбинирования неких частей имеет очень долгую историю. Она восходит еще к Эмпедоклу, считавшему, что сперва возникли различные части животных, затем они соединялись в различных сочетаниях. Все, что оказалось недееспособным погибло, остальное выжило. В наши дни эта идея рядится в новые формы. Сошлемся для примера на мнения заслуженных авторитетов. Выдающийся биохимик Е. М. Кребс считал, что: «Если природа нашла удачное химическое решение биологической задачи, то она сохраняет его в дальнейшей эволюции». Знаменитый французский биолог Жакоб утверждал, что эволюция действует путем «перелицовки» старого. С его точки зрения, новшества возникают путем видоизменения уже существующих систем или структур. Наиболее же эффективный способ их изменений — комбинирование составляющих их частей или блоков. Наш соотечественник А. М. Уголев, создавший в биологии целую новую область — науку о питании (трофологию), приходит к выводу, что: «…эволюция является процессом, главным содержанием которого является поиск определенных полезных сочетаний существенных функциональных блоков, сформировавшихся и меняющихся относительно мало в процессе эволюции».

Зубы в глотке?

возможности комбинирования можно продемонстрировать и на примере развития клеточных тканей. Эти возможности скрыты от глаз исследователя во время нормального развития эмбрионов, однако, их можно продемонстрировать в специальных экспериментах. Например, если опытным путем срастить вместе клетки эпителия из глотки курицы и клетки из десен мыши, то в столь необычной ситуации куриные клетки начинают производить эмаль и подчас даже формируют настоящие зубы! Таким образом, учитывая эти данные, обычный птичий клюв — продукт лишь одного режима работы эпителия из серии возможных программ. Тоже вероятно справедливо и для многих других тканей. Сформированный организм, с этой точки зрения, представляет собой определенную комбинацию, сложенную из определенных режимов работы тканей. Другой режим другие формы. Одна комбинация достаточно жестко закреплена, что, собственно, и создает впечатление четкой запрограммированности при развитии зародыша во взрослый организм, однако такая комбинация, вероятно, далеко не единственная из возможных. Эпидермис ящерицы, например, контактирующий с тканями организмов иных систематических групп, производит чешуи как на лапе курицы, так и сосочки, расположение которых напоминает распределение усов мыши или пластинки, расположение которых типично для птиц.

Все эти примеры можно рассматривать, однако, лишь как некую патологию, полученную в условиях эксперимента. Встречаются ли в природе необычные комбинации, в которых расположение тканей, органов или даже частей тела отличается от обычного? Да, такие примеры существуют!

Общий план строения целого организма может меняться довольно существенно, причем так, что это, опять-таки, создает впечатление блочности его организации. Удается, например, находить морских звезд и других иглокожих с измененной симметрией: двух, трех, четырех и шестилучевых. На задних лапах морских свинок, обычно трехпалых, иногда появляется добавочный четвертый палец. У насекомых антенны порой превращаются в ноги; у двукрылых может появляться добавочная пара настоящих крыльев, возникают вариации числа сегментов груди и брюшка. У гусениц отмечены добавочные ходильные ноги. Глаза ракообразных редко, но все же иногда превращаются в антенны.

На важность подобных редких, но очень существенных для понимания сути дела изменений, указывал еще в конце прошлого века Уильям Бетсон. Он предложил термин «гомеозис» — то есть такое изменение, когда одно становится похоже на другое. Современные биологи только начинают изучать гены, контролирующие такого рода изменения, однако уже ясно, что ни гены играют ключевую роль в пространственной блочной организации многоклеточных организмов. Существует точка зрения, что вся эволюция членистоногих от примитивных кольчатых червей через существ, подобным многоножкам, к настоящим крылатым насекомым шла по пути изменения работы гомеозисных генов. В результате менялось взаимное расположение крупных морфологических блоков. Одни сегменты сливались, другие редуцировались, третьи увеличивались…

Блоки поведения

Все сказанное выше было лишь нисколько растянутым введением, задача которого состояла в том, чтобы убедить читателей: в основе биологического разнообразия часто лежит комбинирование несложных блоков и модулей. Быть может, и сложное поведение животных, включая поведение человека, строится по такому же принципу?

Связь между генами и поведением четко прослеживается у некоторых примитивных организмов. Про одноклеточные водоросли хламидомонады уже было рассказано выше. Изучать генетические основы поведения многоклеточных животных не так легко, однако есть уверенность, что в будущем и в этой области будут достигнуты впечатляющие результаты. Вполне возможно, что сложное поведение удастся рассматривать как комбинирование отдельных элементарных поведенческих актов — «модулей». В качестве примера можно рассмотреть совсем простое многоклеточное существо — обычную пресноводную гидру. Устроена она, на первый взгляд, весьма примитивно. Представьте себе крошечную, около сантиметра, сильно вытянутую перчатку с отверстием-ртом между длинными пальцами-щупальцами. Ее тело образовано двумя разновидностями клеток. Одни покрывают гидру снаружи, другие выстилают ее изнутри. Между ними рассеяны немногочисленные нервные клетки. Своими отростками они образуют сплетение, напоминающее сетку железной кровати. Концы щупалец вооружены смертельными клетками, способными парализовать некрупную добычу. Вот, собственно, почти и все. По сути гидра — живой желудок, засовывающий в себя пойманную добычу.

Никаких внутренних органов, костей, хрящей, печени, почек, кишок, жабр, органов чувств, рецепторов, кровеносных сосудов и нервов у нее нет. Абсолютно никаких мозгов. Несмотря на это гидры обладают довольно сложным повелением. По крайне мере, будь мы гидрами, мы бы вели себя точно так же. Голодная гидра раскидывает в стороны вытянутые щупальца и начинает слегка покачивать верхней частью тела — облавливает свои водяные угодья. Если расставленные сети долго остаются пустыми, полип внезапно сокращается, а затем распрямляется, отклонившись в другую сторону. Так нетерпеливый рыболов вновь и вновь забрасывает в реку спиннинг или удочку. Аналогия полная! Пойманный наконец рачок подтягивается щупальцами к открывающемуся рту и засовывается внутрь. Длинного и тонкого червяка гидра предварительно складывает пополам. Длинного и толстого впихивает постепенно, переваривая по частям.

У гидр есть намек на характер. При встряхивании сосуда одни полипы (холерики) сокращаются резко и быстро. Другие (флегматики) едва поводят щупальцами. Причинами таких различий и их наследованием, кажется, никто не занимался. Гидр пытались обучать простейшим трюкам, однако без всякого успеха. Выработать у них рефлексы не удается. Так что полипам в театре Дурова не место. Вместе с тем, как уже говорилось, у гидр есть довольно сложное поведение, которое построено на сочетании простейших двигательных актов. Стрекательные клетки выстреливают — жупальце сокращается — ротовое отверстие открывается, потом закрывается… Удачное сочетание! Перестановка местами любых эти поведенческих блоков приведет к их неудачному сочетанию, При изучении излюбленного объекта нейрофизиологов — моллюска аплизии (в просторечии именуемого морским зайцем) — также удастся вскрыть тонкие механизмы «блочного» поведения. При откладке яиц аплизия совершает сложную серию движений. Недавно было показано, что эта серия определяется несколькими белками, способными усиливать или ослаблять прохождение нервных сигналов между нервными клетками. Такие белки называют нейромедиаторами. Каждый из них определяет простой поведенческий акт — например, покачивание головы или вытягивание из полового отверстия шнура с отложенными яйцам, а все вместе они обуславливают весь комплекс действий в целом. Все эти нейромедиаторы закодированы в едином блоке генов. Совершенно очевидно, что новые программы поведения могут возникать на этой базе в результате появления новых сочетаний генов, кодирующих разные нейромедиаторы. Последовательное «включение» генов такого блока будет приводить к осуществлению нового сложного поведенческого акта. Именно таким образом сложное поведение может складываться из простых поведенческих актов, каждый из которых определяемся одним или несколькими нейромедиаторами. Комбинационные возможности такой схемы очевидны. Кстати, программисты уже начинают моделировать поведение виртуальных живых организмов, строя их поведение на комбинировании несложных двигательных актов и реакций на воздействие внешней среды. Более того, создаются программы, которые сами могут строить из подобных блоков более сложные программы поведения, а потом отбирать наиболее удачные из них.

Не вызывает сомнения, что поведенческие акты моллюсков вроде морского зайца, да и более сложно организованных существ, носят рожденный, наследственный характер. Никаких школ моллюски не посещают, что, впрочем, не мешает им справляться с житейскими проблемами. Выручают врожденные программы поведения. Хорошо известно, что относительно несложные врожденные поведенческие акты существуют и у человека. Речь идет о некоторых врожденных рефлексах. Ребенка не надо учить отдергивать руку от раскаленного предмета. Необходимая адекватная реакция столь очевидна, что привода жестко зафиксировала ее, сделав наследуемой из поколения в поколение. Практически все физиологические реакции нашего тела построены на работе врожденных программ. Никто ведь не пытается контролировать с помощью сознания процесс потения в бане или образования мочи в почках. Эти процессы происходят «сами собой».

Разумеется, поведение человека столь сложно и многопланово, что все попытки прямо свести его к сериям врожденных и приобретенных рефлексов сразу вызовут шквал критики. Однако трудно спорить с тем, что определенное поведение людей может строиться на базе врожденных программ поведения. Наши ближайшие родственники — обезьяны — не обладают разумом и самосознанием человека. Хотя они и способны к обучению в течение жизни, но лишь до известных пределов. Никому еще не удавалось научить шимпанзе писать письма или считать на калькуляторе. Поведение приматов во многом базируется на врожденных программах действий. Почему же нельзя быть уверенным, что такие программы работают и у нас с вами? Не исчезли же они полностью за последние пару миллионов лет, которые отделяют нас от первых пралюдей! Конечно, эти программы существуют. Называются они подсознанием.

Левши и правши

Вот только с командами Кормчий чудил.

Ну как же тут действовать здраво,

Когда рулевому приказ выходил

«Левей заворачивать вправо!»

Льюис Кэрролл «Охота на Снарка»

— Зачем нужна праворукость?

— Правая половина мозга человека соответствует эмоциональному животному

— Мужской мозг организован более ассиметрично, чем женский

— Переучивать ли ребенка-левшу?

Загадка полушарий

Если не принимать во внимание положение в грудной клетке и в брюшной полости некоторых внутренних органов, то обе половинки нашего тела являются физическими зеркальными отражениями друг друга. Биологи говорят, что они билатерально симметричны (лат. bi — двойной, двоякий, lateralis — боковой). В этом легко убедиться, совместив обе ладони. Разница между правой и левой руками проявляется не анатомически, а функционально. Большинство из нас являются «правшами», которым многие действия удобнее выполнять правой рукой. Вместе с тем известно, что существуют дети-левши, которым почему-то привычнее орудовать левой рукой. Что это за феномен такой — леворукость? Наследуется ли он? Есть ли аналогичные примеры в мире животных? Известно, что среди живых организмов встречаются виды с асимметричным туловищем. Например, у многих брюхоногих моллюсков раковина имеет вид закрученной спиралью башенки. При этом в пределах одного вида встречаются как «левозакрученные» раковинки, так и «правозакрученные». Направление заворота раковины четко передается по наследству потомкам. Может, и у человека есть гены, так сказать, «закрученности» в ту или другую сторону? Известно ведь, что в семьях, где оба родителя — левши, очень часто и дети вырастают левшами. Давайте разбираться с этой проблемой.

Хорошо известно, что каждая половина нашего тела управляется половинкой мозга, вернее одним из его двух полушарий. Дальше начинаются загадки. Во-первых, хорошо известно, что левое полушарие мозга при этом контролирует правую половину тела, а правое полушарие — левую. Другими словами, каждая из двух половинок нашего тела связана с противоположным полушарием. Анатомически это выражается в том, что нервные пути, идущие от обеих полушарий, перекрещиваются. Смысл такого перекреста объяснить сходу трудно. К чему такие сложности? Кажется, что прямой контроль по типу «правое полушарие — правая половина тела» кажется более логичным. Во-вторых, известно, что две половины мозга контролируют различные способности. Правое полушарие отвечает за пространственно-зрительное восприятие, то есть создает целостную визуальную картинку. С его помощью мы ориентируемся в пространстве и слушаем музыку. Оно контролирует грубые движения, отвечает за интуицию, за эмоциональное восприятие. Левое полушарие заведует самосознанием, смысловым восприятием, речью, письмом, счетом, аналитическими способностями, абстрактным мышлением, восприятием времени. Оно способно к созданию ложных высказываний. Несколько огрубляя ситуацию, можно сказать, что правам половинка нашего мозга соответствует эмоциональному животному, а левая — холодному рассудочному гению. Впервые любопытный феномен функциональной специализации полушарий мозга был убедительно доказан профессором Калифорнийского технологического института Роджером Сперри, за что он, кстати, получил в 1981 г. Нобелевскую премию. В чем смысл такого разделения? И при чем тут леворукость и праворукость?

На примере разделения полов вы уже знаете: чтобы система эффективно решала противоречивую задачу, эту систему надо разбить на две подсистемы и поручить каждой по отдельности заниматься своей проблемой. Именно так происходит с двумя полами, играющими в эволюции консервативную и оперативную роли. Точно такая же ситуация и с половинками мозга! Праворукость и леворукость являются просто следствиями такою разделения.

Взаимное подтягивание

Почему в эволюции вообще возникает двусторонняя (билатеральная) симметрия? Она связана с активным движением в пространстве. Некоторые одноклеточные существа всю свою жизнь проводят в толще морской воды. Строго говоря, для них не существует понятий «право — лево», ни даже «верх — низ», поскольку ничтожным действием силы тяжести явно можно пренебречь, а окружающая среда одинаковая всех сторон. Поэтому такие существа похожи на сферу — во все стороны у них торчат иголки и выросты, увеличивающие площадь поверхности, которая необходима для поддержания плавучести. Для прикрепленных ко дну примитивных многоклеточных вроде актиний «верх» и «низ» уже явно существуют, однако вероятность появления добычи или хищника по всем остальным направлениям остается одинаковой. Отсюда возникает радиальная симметрия. Медуза раскидывает свои щупальца во все стороны понятия «право» и «лево» для нее просто не имеют смысла!

Однако стоит только начать активно двигаться, и возникают понятия «спереди» и «сзади». Все главные органы чувств перемещаются в переднюю часть тела поскольку вероятность встретить хищника или жертву при этом явно больше спереди, чем сзади. Все, мимо чего уже проползли, проплыли, пробежали и пролетели, не так существенно. Вместе с тем, левая и правая половинка жизненной сцены остаются равно интересными для быстро двигающихся живот пых, отсюда и возникает необходимость двусторонней симметрии. Любопытный пример, прекрасно иллюстрирующий закономерности изменения симметрии в зависимости от темпов движения, демонстрируют морские ежи. Медленно ползающие виды обладают, как и все иглокожие, пятилучевой симметрией. Однако некоторые виды освоили жизнь в морском песке, в котором они достаточно шустро роются и передвигаются. В точности согласно описанному выше правилу их шарообразный панцирь при этом сплющивается, немного вытягивается и становится двусторонне симметричным!

У стремящегося к изяществу пропорций двусторонне симметричного животного обе его половинки должны развиваться одинаково. Любой перекос в ту или иную сторону будет явно невыгоден. Степень развития каждой из половинок зависит от нагрузки, которая на нее накладывается. Теперь представьте себе ситуацию, что в силу случайных причин правая часть тела позвоночного животного начинает выполнять больший объем движений. В результате будет улучшаться кровоснабжение правой половинки мозга, поскольку идущие и мозг сонные артерии и яремные вены на шее не перекрещены, а правое полушарие контролирует левую половину тела. Следовательно, стимуляция правого полушария будет благотворно сказываться на левой половине тела! Так развитие одной из двух симметричных частей тела как бы «Подтягивает» за собой противоположную часть, обеспечивая тем самым их равномерное скоординированное развитие. Так объясняет смысл перекреста нервных путей в головном мозге В. А. Геодакян.

Отработал — передай!

Асимметрия половинок мозга возникает не на анатомическом, а на функциональном уровне. В ее основе лежит точно такой же принцип, который приводил к появлению разно полости. Мозг должен решать две противоположные задачи — хранить информацию о накопленных навыках и постепенно осваивать новые функции. При этом консервативную («женскую») роль играет правое полушарие, а оперативную («мужскую») роль — левое. Иначе говоря, контроль за любым новым, только что появившимся в эволюции навыком сначала отрабатывается левым полушарием. После отшлифовки и закрепления его «мозговой поддержки» левое полушарие «передает» этот контроль правому. Например, замечено, что новые смысловые звуки у человека лучше воспринимаю гея именно правым ухом, точно так же, как мелькание, написанных слов и чисел (новые понятия!) лучше фиксирует правый глаз. — По образному выражению В. П. Геодакяна левое полушарие — это «питомник новых функций». В этом свете становятся понятны любопытные данные, полученные на обезьянах. Им предлагали откинуть крючок с крышки ящика и достать лакомство. Так вот, оказывается, что крючок они окидывали чаще правой рукой (дело-то новое, где вы видели в джунглях крючки!), а пища чаще бралась левой (дело привычное, веками отработанное!). Похожие результаты были зафиксированы при наблюдениях за гориллами. Оказалось, что принимая вертикальное положение и начиная двигаться на задних конечностях, эти обезьяны чаще опираются на землю именно правой рукой. Прямохождение — навык новый, следовательно помогать его осваивать должна правая рука!

Именно поэтому у людей появляется феномен праворукости. Мы ведь выполняем огромный набор действий, который был совершенно не свойственен нашим обезьяньим предкам. Шимпанзе не умет фехтовать, а гориллы не печатают на машинке. Все это совсем ранние эволюционные приобретения, и, следовательно, в первую очередь с ними должна была разбираться левая половинка мозга. А она контролирует правую руку. Понятно теперь, почему у большинства позвоночных животных нет ни правшей, ни левшей. Праворукость человека, которая связана с возросшей натиркой на левое полушарие, вынужденное перерабатывать огромный объем новых навыков, появляется в эволюции совсем недавно, предположительно в палеолите. Ученые утверждают, что по выраженности функций правого полушария практически не удается обнаружить никаких расовых различий. Так оно и должно быть, коль скоро это полушарие контролирует древние навыки: они у всех рас должны быть общими.

Поскольку функциональная асимметрия мозга — дело эволюционно новое, в полном согласии с теорией В. А. Геодакяна, она должна быть ярче выражена у мужчин и менее проявляться у женщин. Именно такие данные были получены еще в XIX веке Крайтон-Браун. «Существует впечатляющее скопление данных, позволяющих предположить, что мужской мозг может быть организован более асимметрично, чем женский», — писал по этом поводу Дж. Мак-Глон. Отсюда прямое следствие: у мужчин должны лучше быть развиты навыки, которые контролируются именно левым полушарием. Так оно и происходит на деле. К примеру, мужчины лучше оперируют абстрактными понятиями и читают географические карты. У женщин мышление более конкретно, и нередко у них возникают проблемы с начертательной геометрией. Поскольку эволюция человека явно идет по пути увеличения функциональной асимметрии мозга, у мальчиков этот признак должен появляться раньше, чем у девочек. Это действительно так. В среднем мальчики уже к 6 годам становятся «правшами», а у девочек развитие этой особенности часто задерживается до 12 лет.

Связь женского начала, правой половинки мозга и сохранения консервативного начала в эволюции проявляется порой весьма необычно. Замечено например, что лицо человека, составленное с помощью компьютера из двух его левых половинок (контроль правого полушария), больше похоже на лицо матери или сестры, а составленное из двух правых половинок (контроль левого полушария) больше напоминает лицо отца или брата.

Судя по данным тестов, примерно 5 % молодых людей в возрасте 18–26 лет являются левшами. Если прикинуть, сколько этот процент дает в пересчете на все население станы, получается внушительное число. Лоуэлл Понте писал по этому поводу: «…двадцать пять миллионов американцев каждое утро оказываются в положении Алисы в Зазеркалье, где все неправильно; дверные ручки не слева, а справа, не с той стороны рычаг переключения передач в автомобиле, даже консервный нож двигается в обратном направлении». Левши живут в мире, который порой бывает настроен по отношению к ним даже враждебно. Вот характерный пример: в 1980 г. в штате Миссури левша Франклин Уинборн был уволен из рядов полиции только за то, что отказывался носить кобуру пистолета справа. Как же появляются на свет левши?

Есть мнение, что в нескольких процентах случаев на свет рождаются дети, у которых изменен генетический контроль над разными функциями полушарий. Говоря проще, их полушария как бы меняются ролями. Правое становится «революционным», а левое — «оппозиционным». В результате ребенок становится левшой. Врачами часто отмечается семейственность леворукости. Это признак передается в чреде поколений. В семьях, где есть дети-левши, в 72 % случаев левшой является отец и в 78 % — мать. Вроде бы, факты говорят сами за себя.

Существует, однако, иная точка зрения. Она сводится к тому что «праворукость» определяется исключительно воспитанием. Большинство детей становятся правшами, просто копируя действия своих родителей и сверстников. К тому же, если ребенок, к примеру, берет ложку левой рукой, ему внушают, что ее надо брать в правую руку. Такая точка зрения подтверждается наблюдениями, что в семьях, где мать левша, дети чаще тоже становятся левшами по сравнению с семьями, где левша — отец. В общем, это понятно. Мать просто больше времени проводит с детьми, невольно обучая их примером своего поведения. Что происходит с половинками мозга у левшей? Берут они на себя несвойственные им функции, или полностью меняются ролями? Сложный и не до конца изученный вопрос. Ясно лишь, что многие левши обладают любопытными способностями, которые серьезные ученые осторожно называют парапсихологическими. Например, убедительно показано, что некоторые, левши способны как бы предвосхищать происходящие события! Об этом и о многих других удивительных особенностях левшей рассказывается в книге Т. А. Доброхотовой и Н. Н. Брагиной «Левши». Нам же лишь здесь важно подчеркнуть следующее. Если ребенок к моменту начала учебы в школе по тем или иным причинам стал левшой, заставлять его становиться праворуким в этой ситуации не просто педагогическая ошибка, а преступление. При выполнении навязанных свыше, несвойственных полушариям функций, часто у детей развиваются тяжелые неврозы!

Психические расстройства

Мир полон безумцев; если не хочешь на них смотреть, запрись у себя дома и разбей зеркало.

Французское изречение

— Депрессии и творческая активность — два конца одной палки

— Эпилептоидность в роду Достоевских

— Гипоманиакальность — наследуемое состояние психики

Маниакально-депрессивный психоз

Среди всех нарушений психики человека специалисты выделяют состояния, которые называется маниакально-депрессивными психозами. У людей с таким диагнозом последовательно чередуются периоды угнетенной бездеятельности, когда любое, даже самое простое действие требует от них неимоверных усилий, и состояния лихорадочной беспорядочной активности, для которой характерны чехарда мыслей и фантастические устремления. Почти у каждого человека в жизни наверняка наблюдались смены настроений, однако их амплитуда невелика. Обычно она колеблется от приподнятой бодрости до легкой апатии, которую трудно порой отличить от банальной усталости. У больных с маниакально-депрессивным психозом раскачивания подобного маятника состояний превышает допустимые нормы, регулярно кидая пациента в две противоположные крайности.

Специалисты так описывают состояние депрессии у таких людей: «Больному трудно мыслить, он не в состоянии что-либо понять… малейшее умственное напряжение стоит ему неимоверных усилий, он совершенно не в силах исполнять даже обычные требования повседневной жизни. Настроение печальное, полное отчаяния, ничто не возбуждает в больном стойкого интереса, ничто не радует его». Если следующая за таким упадком духа стадия возбужденной активности не перерастает в настоящую безумную манию, то человек сохраняет при этом не только необычайную ясность мыслей, но и приобретает особую легкость, с которой решаются трудные творческие задачи. Его «…все интересует, жизнь захватывает и пьянит, он усердно принимается за свои дела, поминутно бросается на целую массу посторонних занятий, работает много и легко, не чувствуя усталости, рано встает, поздно ложится, спит немного, но крепким сном, удивляя окружающих своей разносторонностью и избытком неистощимой энергии».

Другими словами, качание маятника настроений, двигающегося в сторону повышения активности, у некоторых людей не достигает критической отметки, за которой лежит уже область патологии, а останавливается на отметке «гипоманиакальность» (греч. hypo — под, внизу). В таком состоянии человека увлекает настоящий вихрь творческой активности. Любопытно при этом, что и маниакально-депрессивный психоз и регулярные состояния «гипоманиакальности» явно имеют генетические корни. Эта особенность психики доминантно передается в ряду поколений от родителей к детям обычно с 50 % вероятностью ее проявления, хотя бывают случаи и «перескакивания через поколение». Точно указать на нарушения конкретных генов, приводящих к развитию маниакально-депрессивного психоза, пока трудно, что вполне объяснимо, если мы вспомним, как сложно устроен человеческий мозг.

Исследования отечественного генетика В. П. Эфроимсона позволили выявить немало знаменитых людей, чья жизнь была подвержена патологическим перепадам активности. Длительные периоды беспросветной меланхолии были присущи создателю знаменитого «Гулливера» Джонатану Свифту. В его блестящем литературном творчестве не встречаются многолетние периоды полного бездействия. Предшественник научного социализма А. Сен-Симон на пике активнейшей работы над своей теорией впал в глубокую депрессию и совершил неудачную попытку самоубийства, в результате которой он лишился глаза. Последовавшая затем фаза подъема позволила ему легко завершить начатый труд. Какими же периодами подъемов и спадов характеризуется и творчество Н. В. Гоголя, который сам называл свою болезнь «периодической» и даже в самых низких точках падения почти любой активности ясно осознавал, что именно с ним происходит. В этот ряд можно поставить также композитора Р. Шумана, писателей Э. Хемингуэя, Г. И. Успенского и В. М. Гаршина, литературного критика Д. И. Писарева, физика Л. Больцмана, художника Ван Гога, психиатра 3. Фрейда, политика У. Черчилля, даже президента США Т. Рузвельта.

Творчество всех этих и многих других известных личностей проходило как бы периодами, в течение которых они необычайно легко справлялись с массой творческих задач. Однако за эту легкость им приходилось платить периодами почти безнадежного уныния, которое особенно контрастно воспринималось на фоне их успехов.

Эпилепсия и эпилептоидность

Как известно, сила сокращения мышц зависит от числа мышечных волокон, входящих в состав мышцы, и от интенсивности проходящих к ним нервных сигналов. Такие сигналы поступают к мышцам всегда, даже во время сна. В результате каждая наша мышца постоянно находится в состоянии тонуса (греч. tonos — напряжение), то есть слегка напряжена. Тонус мышц исчезает только после кончины человека. Если число проходящих к мышце сигналов увеличить, произойдет ее сокращение. Чем больше сигналов и чем они интенсивнее, тем сильнее сокращается мышца. После сокращения мышцы следует период ее расслабления, тонус мышцы уменьшается.

Интенсивность прохождения к мышцам нервных сигналов зависит от двух типов нервных клеток — нейронов. Одни нейроны действуют как возбуждающие. Они усиливают проходящие по ним нервные сигналы. Веществом, способствующим передаче сигнала от одного возбуждающего нейрона другому, является ацетилхолин. Другие нейроны работают как тормозящие. Они гасят проходящий по ним нервный импульс. Веществом, которое необходимо для такого «тушения» нервных сигналов, является ГАМК — гамма-аминомасляная кислота. Образно говоря, ацетилхолин и ГАМК являются для мышц «кнутом» и «вожжами». Соотношение между этими двумя веществами определяет совместную и согласованную работу возбуждающих и тормозящих нейронов.

В критических ситуациях, вызванных страхом или резким возбуждением, сила мышц может резко возрасти. Все дело в дополнительных нервных сигналах, которые они в этот момент получили. Если к мышцам поступит чрезмерный, резкий «залп» импульсов, начнутся их непроизвольные сильные сокращения — судороги. У людей, страдающих эпилепсией (греч. epilepsia — схватывание) они возникают как бы самопроизвольно.

Медицинские справочники приводят более 80 различных разновидностей эпилепсии, среди которых различают утренние, дневные и ночные приступы. Бывает акустическая эпилепсия, начинающаяся в результате сильного звукового воздействия. Припадки у подверженных эпилепсии людей могут быть вызваны алкогольным отравлением, сифилисом, менструациями, травмами и наркотиками. Описаны случаи эпилепсии, начинающейся в старости. Бывает даже музыкальная и телевизионная разновидности эпилепсии.

Некоторые формы эпилепсии передаются в ряду поколений. В последнем случае говорят о семейной эпилепсии. На роль генетических факторов в предрасположенности к эпилепсии указывают наблюдения над однояйцовыми близнецами. Если один близнец подвержен припадкам, то и второй, с очень большой долей вероятности, будет страдать от этого недуга.

Вероятно, в этой ситуации происходит разлад работы тормозящих и возбуждающих нейронов. Однако такой разлад не всегда приводит к судорогам. Нередко его следствием является неспособность четко контролировать на уровне сознания множество нервных провесов, одновременно протекающих в коре больших полушарий мозга. В результате, у людей с такими проблемами проявляется так называемый эпилептоидный характер. Они вспыльчивы, легко идут а конфликты, порой до занудной педантичности сверхаккуратны, навязчивы, злобны и одновременно сентиментальны, напористы в преследовании своих целей, и в то же время им трудно сосредоточиться и контролировать проявления своих эмоций.

Каждый из перечисленных признаков может являться чертой характера, никак не связанной с эпилептоидностью. Мало ли на свете педантичных, аккуратных людей! Однако, как показали специальные исследования лаборатории генетики Московского НИИ психиатрии Минздрава РСФСР, вместе они образуют четкий комплекс, который может передаваться по наследству. Исследователи изучали 43 семьи с проявлениями эпилепсии-эпилептоидности. При этом выяснилось, что из 12 признаков эпилептоидности 6–9 обычно передаются в чреде поколений единым блоком! При этом эпилептоидность может проявляться одновременно с эпилепсией или независимо от нее.

Характерный пример наследуемой эпилепсии-эпилептоидности демонстрирует род классика русской литературы Ф. М. Достоевского. Его отец М. А. Достоевский, врач по образованию, был настоящим тираном как для своих домашних, так и по отношению к собственным крестьянам, коих имел более 500 душ. Он преследовал своих дочерей, выискивая в их комнатах несуществующих любовников; требовал от сыновей почти дословного зазубривания уроков и устраивал настоящее следствие по поводу пропавшей ложки. Излюбленной его шуткой было подкрасться к работающему крестьянину и первым низко поклониться ему в пояс. Поскольку же по рангу работнику следовало первым приветствовать своего барина, «провинившегося» немедленно посылали на конюшню для порки. В конечном счете, доведенные до отчаяния крестьяне убили своего мучителя, связав и насильно влив в него объемистую бутыль самогона.

Сестра писателя В. М. Достоевская, будучи владелицей 6 домов, отличалась ничем не оправленной скупостью. Зимой она почти не топила свою комнату и покупала самые дешевые продукты. Своего сына-студента она донимала мелочной опекой, граничившей с самодурством. Кстати, жизнь она закончила, как и старуха-процентщица из романа «Преступление и наказание» — была убита дворником, предполагавшим у старухи несметные сокровища. Эпилептоидными чертами характера обладал брат писателя — инженер А. М Достоевский. Он отличался крайней вспыльчивостью и в то же время педантичностью, болезненной пунктуальностью.

Факт тяжелых эпилептических припадков у Федора Михайловича хорошо известен. Один из его сыновей, Алексей, скончался еще в юности от тяжелых судорог. Другой сын, Федор, воспроизвел тяжелый характер своего деда по отцовской линии. Вместе с тем, дочь писателя Л. Ф. Достоевская, по счастью, не унаследовала эпилептоидный характер, отклонений в ее поведении не отмечено. В целом, наследование эпилепсии-эпилептоидности прослеживается в роду Достоевских на протяжении четырех поколений.

Тяжелое генетическое бремя, доставшееся Федору Михайловичу от своих предков, оказало глубокое влияние на все его литературное творчество. Многие персонажи его произведений ярко иллюстрируют, что собой представляют люди с эпилептоидным характером. В сознании многих читателей Достоевский предстает как певец «униженных и оскорбленных», однако не всем он казался защитником «маленьких левшей». Скорее, его персонажи — лишь демонстрация болезненного состояния человеческого разума. Литературный критик Н. Михайловский еще в 1882 г. в своей статье «Жестокий талант» так писал по этому поводу: «Мы… пришлем за Достоевским огромное художественное дарование и вместе с тем не только не видим в нем боли за оскорбленных и униженных, а, напротив, видим какое-то инстинктивное стремление причинить боль этому униженному и оскорбленному». Возможно, впрочем, что подобные портреты появлялись из-под пера Ф. М. Достоевского в силу болезненной противоречивости его собственной натуры.

Психологи в своих трудах нередко употребляют термин «подсознание». Для биолога он означает программы поведения, основа которых досталась нам от животных предков. Множество этих программ без ведома нашего сознания постоянно работают в мозгу человека. Мы лишь пытаемся находить их проявлениям разумные объяснения и как-то сдерживать с помощью воли этот «табун скакунов», тянущих нас в разные стороны. Помните, как пел по этому поводу Олег Газманов: «Эскадрон моих мыслей шальных, ни решеток ему, ни преград…» Обычно попытки обуздать «эскадрон мыслей» более-менее удаются. В сознании возникает определенная «доминанта» — главное направление действий, которое определяется разумно поставленной целью. Психика человека, страдающего эпилептоидным комплексом, часто не способна справиться с такой задачей. Она похожа на лишенную эпидермиса кожу. Без защиты от внешних воздействия она болезненно чувствительна и остро реагирует на любое прикосновение. В то же время, эпилептоида буквально раздирают внутренние противоречивые импульсы, которым он часто слепо следует, уподобляясь лодке, которую швыряют в разные стороны волны жестокого шторма.

В. П. Эфроимсон в статье «Генетика Достоевского и его творчество» отмечал следующее: «Секрет творчества: персонажи действуют так, как если бы слова и поступки не рождались как равнодействующая множества перекрещивающихся мотивов, не контролировались бы задерживающими центрами. Более того, важнейшие мотивы тут же забываются, сменяются совсем иными, возникают совершенно алогичные ситуации. Но именно способность Достоевского увидеть первичные импульсы (в норме погашаемые), возможность претворить их в действие, раскрыла бездны подсознательного и сделала его пророком событий XX века, когда эти первичные импульсы жестокости, господства, подавления, самопоказа, стяжательства вышли из-под власти разума, закона, и в мире начали командовать подонки типа Муссолини, Гитлера с их бесчисленными помощниками разного ранга… Достоевский был Колумбом черных импульсов и оказался в своих „Бесах“ провидцем».

Действительно, XX век не раз демонстрировал нам, к каким последствиям может привести практически неограниченная власть, оказавшаяся в руках человека с эпилептоидным характером.

Генная терапия

В эпоху Второй Биотической Революции они проявили максимализм и оптимизм, типичный в истории науки. Подобные надежды возлагали на каждую эпохальную технологию… Идеалы здоровья, гармонии, духовно-телесной красоты широко воплощались в жизнь; конституции гарантировали каждому право обладания наиболее ценными психосоматическими свойствами. Очень скоро любые врожденные деформации и увечья, уродство и глупость стали не более чем пережитками.

Станислав Лем. Звездные дневники Ийона Тихого

— Ликвидация генетических дефектов возможна

— Вирусно-генетические пилюли

— ДНК в жировых шубках

— Возможны ли инъекции генов?

Причины — в генах

Современное содержание термина «терапия» давно не соответствует значению древнегреческого слова терапейя — ухаживание, уход. Терапевтическое вмешательство в наши дни предполагает поиск и ликвидацию причин заболевания. За последние несколько столетий медицина сделала в этом направлении решающий рывок от носового платка как средства для ликвидации последствий простуды до вакцин и производимого биотехнологическим путем интерферона для уничтожения ее истинных виновников — вирусов гриппа. В начале двадцать первого века мы стоим на пороге новой эры в медицине, когда станет возможным эффективно лечить не только приобретаемые, но и врожденные недуги такие как фиброз легких, мышечную дистрофию, приводящую к раннему склерозу семейную гиперхолестеролемию, серповидно-клеточную анемию, гемофилию и наследственный диабет. Речь идет о разработке и внедрении в практику методов генной терапии, способной корректировать, а в идеале и полностью ликвидировать дефекты в молекулах дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК), определяющих все наследственные свойства организмов.

Именно такие дефекты, кстати, являются причиной и ненаследственных раковых заболеваний. В результате мутаций, которые могут быть вызваны повышенными дозами радиации, избытком ультрафиолета или действием особых канцерогенных веществ, в ДНК клетки возникают те или иные повреждения. Если эти участки (гены) кодируют важные для жизнедеятельности клетки белки, последствия такого повреждения могут быть драматическими. В лучшем случае клетка окажется неспособной выполнять необходимую работу, а в худшем — начнет при этом еще и бесконтрольно размножаться, что послужит началом образования опухоли. Составляющие ее клетки будут нести какой-либо поврежденный мутантный ген. В остальных же к метках тела этот ген будет работать нормально. В случае врожденных, теистических заболеваний все клетки тела, включая и половые несут дефект в определенном гене, поскольку его копия была поручена от одного или даже обоих родителей еще при оплодотворении.

Классический пример врожденного генетического заболевания — фенилкетонурия. Повреждение одного единственного гена приводит к неспособности организма перерабатывать продукты разложения одной из 20 аминокислот — фенилаланина. В результате продукты ее распада накапливаются в избыточном количестве, что может принести в раннем возрасте к задержке умственного развития ребенка. До сих пор врачи предписывали больным с таким пороком определенную диезу, снижающую количество вредных метаболитов. В идеале же следует «вырезать» дефектный ген и «вставить» на его место нормальный, неповрежденный. На первый взгляд такая задача представляется абсолютно нереальной. Фенилкетонурия, как уже говорились, — заболевание врожденное, а это означает, что все клетки такого пациента, включая клетки кончика его носа, аппендицита и сердца, несут поврежденный ген. Общее же количество клеток взрослого человека оценивается в несколько десятков миллиардов, и каждая из них содержит десятки тысяч генов.

Умелые помощники

Ясно, что задача подобной глобальной генной коррекции — дело неблизкого будущего. Пока же биологи задаются целью поскромнее. Не вырезая дефектный ген, ввести нормальный хотя бы в некоторые клетки тела. Такая процедура уже в наши дни является объективной реальностью. Своеобразными почтовыми агентами, способными доставить миниатюрный генный груз по назначению, являются вирусы. Как известно, в процессе своего размножения они нападают на и вводят в них свою собственную ДНК, заставляя их таким образом производить новые вирусные частицы. Более того, группа ретровирусов этим не ограничивается. Ее ДНК проникает в ядро, где и встраивается в ДНК клетки-хозяина. Таким образом сама природа создала уникальный механизм, который можно использовать в генно-терапевтических целях. Для этого необходимо вставить нужный, «терапевтический» ген в геном вируса (эта процедура уже не представляет проблемы для молекулярных биологов) Затем надо ввести тем или иным способом нафаршированные нужными генами вирусы в тело человека и положиться далее на естественное течение процессов. Правда, хорошо бы при этом заранее вырезать некоторые гены вируса, чтобы препятствовать его собственному размножению в организме человека. Иначе, вместо терапевтического эффекта, пациент заработает какую-либо вирусную инфекцию. Достаточно сказать, что к группе ретровирусов относится печально известный ВИЧ, вызывающий у человека синдром приобретенного иммунодефицита (СПИД).

Разумеется, вирусы ВИЧ в качестве таких генно-терапевтических векторов пока никто использовать не собирается, а вот другие ретровирусы в лабораторных условиях уже с 80-х годов вполне успешно доносят нужные гены до соответствующих клеток-мишеней. Правда, и у столь умелых помощников, как ретровирусы, есть свои недостатки. Например, они не способны встраивать свело ДНК в неделящиеся клетки, а следовательно, нервные или мышечные клетки остаются пока недоступными для генной терапии, использующей ретровирусы в качестве векторов. Впрочем, бывают и подающие надежды исключения. Тот же спидоносный ВИЧ, например, вполне успешно атакует клетки мозга, а нейроны взрослого человека, как известно, не делятся. Следовательно, изучив в будущем причину такой способности, можно научить подобному трюку иные вирусы, которые уже используются в качестве генных носителей.

Молекулярно-генетическая «дрессировка» вирусов, способных работать в качестве генетических векторов, только начинается. В США такой вид терапии исследуется и практикуется менее 10 лет. Для разработки столь сложных новых методов лечения это ничтожный срок. И тем не менее определенные успехи уже налицо. Например, удается нащупать экспериментальные подходы, позволяющие принудить вирусы атаковать только определенные, нужные клетки.

Группа исследователей во главе с профессором педиатрии, директором программы генной терапии в Сан-Диего Теодором Фридманом сумела «выдрессировать» таким образом вирус, вызывающий у мышей рак крови — лейкемию. С поморью генно-инженерных методов белок оболочки этого вируса, ответственный за связывание с клетками мыши, был заменен на поверхностный белок вируса стоматита человека. Теперь «мышиный» вирус может атаковать эпителиальные клетки человека, способные акцептировать вирус герпеса. При этом точно известно, что для человека вирус мышиной лейкемии абсолютно безопасен, и, следовательно, он может быть использован в качестве вектора-носителя для доставки нужных генов при генной терапии.

Биологи из Калифорнийского университета в Сан-Франциско присоединили к этому мышиному вирусу один из гормонов человека. В результате вирус стал садиться на человеческие клетки, у которых есть рецепторы к данному гормону. Действуя подобным образом, можно заставить любые вирусы-векторы работать в качестве своеобразных почтовых голубей, способных доносить свой миниатюрный и бесценный генетический груз точно к нужным клеткам тела.

Липоплексы Фелгнера

Вирусы, даже соответствующим образом прирученные и измененные, представляю гея для многих исследователей либо слишком ненадежными, либо просто опасными соратники в деле осуществления генно-терапевтических хитростей. Достаточно сказать, что встраивая свою ДНК в ядро клетки-хозяина, они могут случайным братом разрывать важные для функционирования клетки гены. К тому же, практически все вирусы распознает иммунная система пациента. Ясно, что атаки с ее стороны могут свести на нет все предварительные ухищрения молекулярных биологов, тщательно готовивших вирусно-генетическую «пилюлю». Не удивительно поэтому, что некоторые исследователи уже довольно давно пытаются вводить ДНК в клетки без помощи вирусов.

Еще в 50-х годах XX века Джон Холланд в Калифорнийском университете показал, что клетки могут поглощать ДНК, выделенную из вирусов и экспрессировать затем некоторые вирусные белки. Следовательно, такой трюк в принципе возможен. Единственное препятствие к совершенствованию подобной процедуры биологи видели в следующем. Молекула ДНК в растворе несет на себе отрицательный заряд. Внешние мембраны большинства клеток также заряжены отрицательно. Следовательно, по законам электростатики ДНК должна отталкиваться от клеточных мембран. Раз так, то для повышения проходимости ДНК через мембраны к этой макромолекуле надо пристегнуть положительно заряженный довесок. Исследователи так и стали поступать, добавляя к подготовленным для введения фрагментам ДНК положительно заряженные фосфат кальция или органический полимер декстран.

Результаты подобных ухищрений радовали, ДНК бодро лезла в клетки, и норой даже, к радости ученых, самостоятельно встраивалась в хромосомы клеток-мишеней. Таким образом, например, еще на заре разработки первых генно-терапевтических методик в клетки человека был введен ген тимидинкиназы, выделенный из вируса герпеса.

В 70-х годах XX века молекулярные биологи научились встраивать нужные гены в небольшие кольцевые молекулы ДНК, обнаруженные у бактерий — так называемые плазмиды. Эти колечки самой природой были устроены так, что могли очень легко присоединяться к основной нити ДНК бактерий или же внедряться в ДНК хромосом высших организмов. С разработкой плазмидной технологии дело введения нужных генов в культивируемые вне организма клетки высших животных и человека было поставлено на поток. Одним из пионеров применения подобных методик был Поль Берг из Стэнфордского университета. Совместно с Деметриосом Пападопулосом ему удавалось помещать плазмиды в сферические жировые оболочки — так называемые липосомы (греч. lipos — жир, soma — тело). При этом составляющие их липидные молекулы были практически такими же, как и в мембранах клеток. В результате липосомы могли сливаться с мембранами клеток-мишеней, вываливая внутрь свое плазмидное содержимое. Аналогичные методики введения генов в липосомной упаковке разрабатывал и Клод Николау из Гарвардской медицинской школы.

В принципе, ничего особо сложного в такой технологии не было. Дело в том, что липосомы образуются спонтанно в суспензии липидов, что еще в 60-е годы было показано Алеком Бенгхемом, работавшим в то время в Кембридже. Вы сами можете легко в этом убедиться, хорошенько встряхнув наполненную водой бутылку, которой до того было налито растительное масло. Конечно, образовавшиеся в воде капли жира не крошечные липосомы, но принцип их появления тот же. Объяснить этот феномен несложно. Молекулы липидов похожи на змей о двух хвостах — они состоят из несущей заряд головки и двух незаряженных длинных углеродных цепочек. Головки гидрофильны — то есть смачивают водой, а хвосты гидрофобны — отталкивают от себя воду. Именно поэтому в водных растворах молекулы жира образуют капли, стенки которых составлены из двух слоев липидов, обращенных друг к другу гидрофобными хвостами (а куда их еще девать?). Полю Бергу было достаточно поместить в водный раствор липиды, из которых состоят мембраны клеток, добавив нужные отрезки ДНК, затем хорошенько потрясти (не вручную, конечно) получившуюся смесь, и липосомы с ДНК-овой начинкой появлялись сами собой!

У новой методики был только один недостаток — липосомы оказывались слишком маленькими для крупных плазмид. Размер липидных миникапель колеблется от 1/10 до 1/25 микрона, в то время как большие плазмиды достигают в длину двух микрон. Устранить это препятствие решился Филип Фелгнер, работавший в Сан Диего (Калифорния). Он создал модифицированные липиды, несущие на своем гидрофильной головке положительный заряд. В результате полученные молекулы легко взаимодействовали с отрицательно заряженными молекулами ДНК, одевая их в своеобразную липидную шубку. Более того, обволакиваемые жирком ДНК спонтанно соединялись при этом в группы, которые, в конце концов, оказывались внутри мембраноподобной оболочки. В результате возникали образования несколько более сложные, чем липосомы. Фелгнер назвал свое детище липоплексами и, со свойственным американцам практицизмом, наладил коммерческое производство модифицированных липидов.

Дело того стоило, поскольку именно с помощью липоплексов Фелгнера в клетки опухолей человека удалось ввести ген HLA-B7, который кодирует белок, помогающий иммунной системе распознавать раковые клетки с такой меткой и уничтожать их. Подобная процедура была произведена на 60 пациентах со злокачественными меланомами (рак кожи), и в трети случаев происходило уменьшение и даже рассасывание опухолей! Положительные эффекты липоплексных инъекций ДНК с геном HLA-B7 ожидаются также в случае неоперабельных раковых опухолей кишечника, почек и молочных желез. В виде аэрозолей липоплексы с «терапевтической» ДНК можно также вводить непосредственно в легкие в случае врожденных фиброзных заболеваний.

Следующий шаг, который предполагает предпринять Филип Фелгнер и его коллеги, — присоединить к поверхности его любимых липоплексов белки, способные специфически связываться с метками на поверхности определенных клеток. Если такой прием удастся, липоплексы начнут напоминать вирусы, которые поражают только определенные клетки-мишени.

Голая ДНК

В процессе гонки за новыми сенсационными результатами генной терапии, исследователи, бережно паковавшие ДНК то в ретровирусы, то в липосомы, то в липоплексы, несколько подзабыли давнишние результаты Джона Холланда, доказавшего, что и «голая» ДНК (nacked DNA) может проникать в клетки сама по себе. Этот феномен неожиданно дал о себе знать, когда сотрудник Фелгнера Роберт Малоун исследовал различные варианты искусственно полученных липидов в надежде выбрать наиболее надежный вариант для создания липоплексов. В качестве контроля в своих опытах он использовал голую ДНК без каких-либо добавок. К его удивлению инъекции такой ДНК непосредственно в мышцы лабораторных животных приводили к появлению там белков, которые эта ДНК кодировала.

Отрезки ДНК являются слишком огромными молекулами, чтобы беспрепятственно проникать сквозь клеточную мембрану как это делают молекулы спирта или небольшие ионы. Хотя механизм захвата клеткой голой ДНК до сих пор остается непонятным, это не помешало биологам немедленно заняться исследованиями новой возможности вводить ДНК в клетки вообще без всяких лишних методических ухищрений. Например, было показано, что инъекции в мышиные мышцы плазмид, содержащих ген, кодирующий гормон эритропоэтин, значительно стимулирует у этим грызунов процесс кроветворения. Возможно, такая технология в применении к человеку окажется дешевле введения самого эритроноэтина (что порой практикуется в определенных медицинских случаях).

Не исключено, что методика введения чистой ДНК послужит для создания в самом ближайшем будущем широкого спектра принципиально нового поколения вакцин. При классической вакцинации в организм вводятся убитые вирусы, бактерии или же отдельные их белки, что позволяет иммунной системе заранее познакомиться с возможными интервентами и приготовиться к отражению их атаки в будущем. В случае ДНК-вакцин пациент будет получат не сам белок, а лишь зашифрованную в плазмидной ДНК информацию о нем.

Такой метод не фантастика, а уже состоявшаяся реальность. Например сотрудница Филипа Фелгнера Сюзан Паркер вводила мышам плазмиды с генами вируса гриппа. Затем таким мышам давали летальную дозу вирусов, от которой контрольные длиннохвостые пациенты неукоснительно дохли. Опытные же грызуны благополучно выживали. Более того. Введение мышам плазмиды с геном белка оболочки вируса иммунодефицита человека (ВИЧ) стимулирует у них иммунитет и образование соответствующих антител. В лабораторных экспериментах мышиные Т-лимфоциты атаковали клетки с белками ВИЧ на поверхности. Разумеется, результаты подобных опытов нельзя впрямую переносить на человека, но возможность получения таким образом вакцины против СПИДа в перспективе проглядывает вполне отчетливо. Возможности нового управления в иммунологии столь заманчивы, что всемирно известная биохимическая компания Merck уже приступила к клиническим испытаниям для создания ДНК-вакцин против герпеса, малярии и СПИДа. На очереди туберкулез, папиллома, гепатит, борьба с хламидиями…

Приоритетные направления

Из всего выше сказанного ясно, что у исследователей в руках существует уже достаточно разнообразных методов введения ДНК в клетки человека. На каких же приоритетных направлениях генной терапии они используются в первую очередь? На первом месте стоят пока не врожденные заболевания, а раковые опухоли. Только в 1997 г. в США было зарегистрировано 1 миллион 380 тысяч новых случаев рака. Не удивительно поэтому, что половина всех клинических исследований, проводящихся с применением генной терапии, направлена на борьбу с онкологическими заболеваниями.

Нередко иммунная система человека не в состоянии идентифицировать возникающие раковые клетки как чужеродные и, следовательно, подлежащие немедленному уничтожению. Эффективным приемом противоопухолевой терапии может быть «привлечение внимания» лимфоцитов и макрофагов к таким трансформированным онкогенным клеткам. Для этого их выделяют у пациента и вводят в них ген интерлейкина — вещества, стимулирующего активность клеток иммунной системы. Вместе с ним можно также «вставить» в раковую клетку ген так называемого фактора GMCSF — вещества, которое вызывает повышенное внимание макрофагов и гранулоцитов. Макрофаги же чаще всего являются клетками, которые первыми «докладывают» иммунной системе о появлении в организме непрошенных интервентов. Далее онкогенные клетки с введенными в них генами доставляют на место. В результате иммунная система начинает распознавать их и уничтожать, заодно расправляясь и с их опухолеродными соседями. Более того, по данным группы Майкла Блезе (клиника генной терапии национального института исследований генома человека), занимавшегося подобными экспериментами, активированные таким образом лимфоциты начинают циркулировать с током крови по всему телу, нападая и на иные ненормальные клетки.

Помочь иммунной системе человека более тщательно отслеживать и убивать клетки опухолей можно иным способом. Для этого раковые клетки человека вводят мышам. Лабораторные грызуны прекрасно их распознают и образуют соответствующие антитела. К сожалению, непосредственно мышиные противораковые антитела вводить человеку бесполезно — они будут расценены иммунной системой как чужеродные белки и быстро уничтожены. Зато с помощью методов генной терапии можно проделать вот какой трюк: выделить мышиный ген, кодирующий антиопухолевое антитело и наиболее важную его часть «пришить» к гену рецепторов человеческих лимфоцитов, ответственных за поиск и уничтожение раковых клеток. После такой генно-терапевтической помощи лимфоциты человека начинают поиск потенциально опасных клеток не в пример тщательнее контрольных.

Как уже говорилось, раковые клетки возникают в результате необратимого повреждения ДНК. Существует специальный механизм, стопорящий деление поврежденных клеток. Такая блокировка (биологи говорят «супрессия») находится под контролем гена р53. Он не позволяет клетке приступить к очередному делению до тех пор, пока все повреждения в ДНК не будут восстановлены. Если же восстановить ее целостность по каким-либо причинам не удается, в клетке включается механизм запрограммированной гибели (апоптоз), и она совершает самоубийство. Ясно, что мутации самого гена р53 очень часто приводят к раку, поскольку поврежденные клетки уже ничто не останавливает. Так вот, введение этого гена непосредственно в уже возникшую опухоль или даже просто в кровяное русло часто приводит к заметным терапевтическим эффектам!

Другие возможные подходы на пути противораковой генной терапии состоят в следующем. При образовании некоторых опухолей составляющие их клетки начинают демонстрировать на своей поверхности специфические белки. Так ведут себя, к примеру, клетки меланом — рака кожи. Следовательно, можно заняться так называемой превентивной иммунизацией — заранее ввести пациенту голую ДНК с генами, кодирующими эти белки. Наконец, разрабатывается так называемая «суицидная» генная терапия, когда в раковые клетки вводят гены, делающие их суперчувствительными к определенным веществам. В нашем рассказе уже упоминался выделенный из вируса герпеса ген тимидинкиназы. Его недавно удалось ввести в раковые клетки мозга человека. Тимидинкиназа превращает нетоксичное для человека вещество ганцикловир в способное поражать делящиеся раковые клетки соединение. Следовательно, все клетки опухоли, получившие такой ген, будут неизбежно уничтожены. Более того, даже из одной «прооперированной» генно-терапевтическим способом раковой клетки тимидинкиназа может мигрировать по межклеточным каналам в соседние, обделенные этим геном раковые клетки.

Подобные результаты впечатляют. Правда, надо отдавать себе отчет, что многие из описанных экспериментов находятся на стадии лишь лабораторных разработок. Многие пациенты, подвергающиеся таким все же еще не слишком отработанным методикам лечения, находятся на терминальных стадиях рака (им терять уже нечего), поэтому возникает проблема адекватного контроля. Подбор же добровольцев для его осуществления — задача сама по себе непростая.

Параллельно с антираковыми разработками, основанными на генно-терапевтических методиках, исследователи занимаются попытками корректировать и различные другие заболевания, включая амиотрофический латеральный склероз и поражающие нервную систему болезни Паркинсона и Альцгеймера. На этом фоне идея пилюли от старческого склероза или досадного дрожания рук уже не кажется полной фантастикой.

Евгеника будущего

Однако как все же быть с врожденными генетическими заболеваниями, когда неисправный ген работает в каждой клетке тела? Безусловно, коррекция всех таких генов в геле пациента представляется делом далекого будущего. Однако уже в наши дни может быть разработана и применена методика, предотвращающая появление наследственных аномалий в случаях, когда с точки зрения классической генетики такое событие кажется неизбежном. Действительно, представим себе ситуацию, когда оба родителя имеют по единственной копии какого-либо дефектного гена. Совершенно очевидно, что любой их ребенок также будет обладать данным дефектным геном, поскольку нормальной копии от родителей он получить не может.

Уже в первой половине XX века некоторые генетики задумывались над подобными проблемами. Для обозначения области науки, изучающей возможности улучшения генетической природы человека был придуман даже специальный термин — евгеника (от древнегреческого «эу» — хороший, подлинный, настоящий). До появления генно-терапевтических методик, по сути, единственной действенной рекомендацией, которую могли предложить евгенисты, был подбор супружеских пар, основанный на научных рекомендациях. К сожалению, практика показывает, что в столь деликатной сфере человеческих отношений доводы разума часто оказываются далеко не на первом месте. Теперь же, ни в коем случае не оказывая давление на свободное волеизъявление партнеров, биологи могут подкорректировать результаты их взаимного выбора.

Процедура пренатальной генной коррекции в теории выглядит следующим образом. Оплодотворение выделенной и тела будущей матери яйцеклетки происходит in vitro — вне организма В результате нескольких делений образуется группа клеток будущего зародыша. В них тем или иным способом вводят нормальный ген. Определив, в какие именно клетки он успешно внедрился, отбирают одну подобную «прооперированную» клетку и вводят ее в матку женщины, предварительно соответствующим образом гормонально подготовленную для успешного проведения подобной процедуры. В результате на свет появится ребенок, все клетки которого будут нести копию нормального гена, отсутствовавшего у его родителей.

На пути практической реализации описанной схемы без сомнения возникнет множество трудностей. Главная из них состоит в том, что уже после нескольких делений клетки зародыша теряют свой универсальный потенциал и не могут стать прародительницами нового зародыша. Такая возможность принципе существует, что доказывают успешные опыты по клонированию животных, но длится она очень недолго. Именно в этот промежуток времени биологам-евгенистам надо будет успеть проделать все свои генно-терапевтические процедуры. Однако если их удастся успешно осуществлять, человечество получит мощный метод ликвидации хотя бы части отрицательного генетического груза, который оно уже успело накопить в процессе борьбы с врожденными дефектами, которые в животном мире отсекаются жестокой рукой естественного отбора.

Инвентаризация генов человека

Инвентаризация — периодическая проверка наличия и состояния материальных ценностей и основных и оборотных фондов в натуре, а также денежных средств.

Большая энциклопедия Кирилла и Мефодия 2002

— Наши гены полны молекулярной белиберды!

— Завещание Говарда Хьюза

— Стоимость проекта — 3 миллиарда долларов!

— Возможно ли гадание по ДНК?

Спрятавшиеся фразы

Конец XX века был ознаменован двумя научными штурмами, которые объединили в одну команду коллективы ученых многих стран мира. Первый рывок связан с выходом человека в космос. Второй — с началом проекта по расшифровке генома человека, то есть, по определению всех его нуклеотидных последовательностей в ДНК. Оба эти проекта имеют много общего. С одной стороны, они впечатляют своей масштабностью. С другой стороны, и глобальные космические исследования, и тотальное молекулярно-генетическое препарирование ДНК человека вызывают немало критики. Окупает ли себя картинка, которая открывается человечеству с покоряемых им научных вершин, те расходы, которые тратятся специалистами на ее получение?

Ученые, непосредственно вовлеченные в реализацию подобных проектов, всегда найдут аргументы «за» поддерживание своих исследований, а для того, чтобы найти аргументы «против», надо быть экспертом. Например, руководитель геномной программы США Ф. Коллинз выступает с впечатляющими прогнозами, что дадут на протяжении первых десятилетий XXI века исследования генома человека. Речь идет и о генной терапии, и о профилактических мерах, снижающих риск многих опасных заболеваний, об успешном лечении многих форм рака, и о генной коррекции на стадии всего лишь нескольких зародышевых клеток эмбрионов человека. Более того, по его оценкам, уже в первой половине XXI века станет возможным расшифровка генотипа отдельного индивида, и эта процедура будет относительно недорогой, не превышающей одну тысячу долларов США.

Подобным утверждениям вполне можно поверить, коль скоро в ведущем научном журнале Nature уже публикуется информация о полной расшифровке нуклеотидных последовательностей отдельных хромосом человека.

Что в подобных заявлениях соответствует реальным ожиданиям, а что является лишь рекламным трюком, направленным на привлечение внимания общественности к соответствующим научным разработкам? Для того чтобы оценить долю реальных результатов в подобных декларациях, надо снова вспомнить школьные азы биологии и проследить историю рождения проекта «геном человека».

В 1953 г. два молодых исследователя — Джеймс Уотсон и Френсис Крик выяснили, как устроена «самая главная молекула» нашего организма, которую образно можно уподобить таинственной кощеевой игле, хранившейся в яйце, спрятанном за семью печатями в ларце. Так же глубоко и надежно оказались запрятаны в клетке молекулы ДНК. Свитые в тугие спирали хромосом, они хранятся в ядре каждой клетки тела. В молекулах ДНК, которые писатель Ю. Чирков образно сравнил с магнитофонной лентой, на которой записана величественная симфония жизни, зашифрована информация об устройстве всех белков организма. Неудивительно, что во второй половине XX века биологи с энтузиазмом взялись за изучение этой информации.

Наш соотечественник биолог Владимир Яковлевич Александров как-то остроумно заметил, что для биологических исследований нужно выбирать «наиболее болтливые объекты». Так оно и происходит на практике. Не случайно основы генетики были получены при изучении мух дрозофил, а не африканских слонов. С быстро размножающимися двукрылыми удобно работать, а «рассказать» о законах наследственности они могут не меньше, чем любое другое существо. Именно поэтому биологи в первую очередь взялись за изучение ДНК, выделенной из наиболее просто устроенных объектов — вирусов и бактерий. Вскоре эта работа увенчалась полной расшифровкой генома некоторых столь просто устроенных объектов.

Например, полная запись нуклеотидной последовательности генома вируса фХ174 укладывается всего в 180 строк, в каждой из которой по 30 знаков. Иначе говоря, ее можно напечатать всего лишь на трех стандартных листах машинописи. Геном человека, представленный в таком виде, занял бы невообразимо толстый том толщиной более чем в полмиллиона страниц!

Ясно, что работа по его расшифровке в 60-х и 70-х годах XX века была не по силу ни одной самой современной биологической лаборатории. Более того, до конца 80-х годов XX века никто из биологов и не ставил перед собой такой задачи. Дело в том, что нуклеотидные последовательности ДНК человека — отнюдь не сплошь информационные «откровения», прочитав которые можно получить ценную информацию о множестве новых неизвестных белков с интригующими функциями. В геноме человека примерно 30–50 % этих последовательностей представляют собой унылые и ничего не значащие повторы нуклеотидов, напоминающие бормотание умственно отсталого пациента. Это означает, что, решая задачу «в лоб» — то есть, расшифровывая все последовательности нуклеотидов человеческой ДНК подряд, около половины времени и средств придется потратить практически впустую!

Более того, вскоре выяснилось, что гены, кодирующие белки высших организмов и человека в частности, бывают нередко буквально разорванными на несколько частей, между которыми находятся согни ничего не значащих нуклеотидных последовательностей. Такие «бессмысленные» участки ДНК называют нитронами. Если сравнить ДНК с литературным текстом, то ситуация выглядит при этом следующим образом. Сначала идет осмысленная фраза. За ней следует несколько страниц полной буквенной белиберды, которую можно получить, случайно ударяя по клавишам пишущей машинки. И лишь далее попадается второй осмысленный кусочек текста. К примеру, строка из всем известного стиха «Идет бычок, качается…», будет выглядеть при этом так:

Идеткпсрстьывлвагфыпвсбычокпнешщрьвспнкачаетсяиамргул

Попробуйте-ка выделить из этой последовательности букв полезную информацию! Примерно с такой задачей и сталкиваются молекулярные биологи, расшифровывающее последовательности ДНК «буква за буквой».

Почему гены человека устроены именно так — вопрос сложный, и здесь останавливаться на нем не стоит. Важно другое — читая текст, знакомые строки вычленить из массива случайного сочетания букв все-таки удается. В случае с ДНК сделать это неизмеримо труднее, поскольку не известно, кодирует данное сочетание нуклеотидов какой-либо белок или нет.

Существует и еще одна трудность. Даже выделив последовательность нуклеотидов, точно соответствующую одному гену, пока очень сложно предсказать, как будет выглядеть пространственная конфигурация соответствующего белка. А ведь именно от нее зависит биологическая активность каждого белка. Аналогия тут проста. Если половинки кусачек соединить как-нибудь иначе, то успешно работать таким инструментом будет невозможно. Примерно такая же ситуация и с белками. Вспомните процесс варки яиц. Под воздействием температуры происходит денатурация белка. Он меняет свою пространственную форму и полностью утрачивает биологическую роль, а ведь последовательность его аминокислот осталась прежней!

Поэтому биологи до последнего времени шли другим путем. Они сначала изучали клеточные белки, в первую очередь те, которые играют важную биологическую роль, а потом уже искали в ДНК соответствующие этим белкам гены. Данная стратегия прекрасно себя оправдала, поскольку именно таким способом к сегодняшнему дню было выделено и изучено множество важнейших генов человека.

Завещание сумасшедшего миллиардера

Так и шел бы дальше естественным образом процесс постепенного накопления сведений о человеческих генах, если бы в дела ученых не вмешалась смерть одного-единственного человека. Речь идет об американском миллиардере Говарде Хьюзе, основателе игровой империи Лас-Вегаса. Создававший и воплощавший в жизнь глобальные проекты, он окончил свои дни сумасшедшим затворником, патологически опасавшимся микробов, и поэтому запрещавший убирать комнату отеля, в которой провел последние годы своей жизни. В завещании Хьюз выделил астрономическую сумму в 4 миллиарда долларов для генных исследований. Денежный поток, который был ютов влиться в финансирование генетических экспериментов в США, казался настолько мощным, что его представлялось трудным разделить на тысячи мелких ручейков, способных вертеть научные колеса отдельных лабораторий. Большим деньгам надо было найти масштабное применение! Необходимо было придумать нечто глобальное, способное поглотить этот финансовый Монблан.

Так родился глобальный проект «Геном человека», задача которого — определить все нуклеотидные последовательности человеческой ДНК, в которых, по современным оценкам ученых, спрятана информация примерно о тридцати тысячах генов. В США авторитетная комиссия специалистов сочла такую грандиозную задачу вполне выполнимой. Отказываться от такой кучи денег в силу любых соображений было явно глупо. Стоимость реализации проекта была оценена в 3 миллиарда долларов, а время его выполнения должно было уложиться в 15 лет. К работе над столь грандиозной задачей были привлечены не только американские ученые, но и сот рудники молекулярно-биологических лабораторий многих стран мира, в том числе и в России.

Неудивительно, что среди ученых нашлось немало специалистов, выразивших горячее желание поучаствовать в щедро оплачиваемых разработках. Оппонентов, которые решались бы при этом публично подвергать острой критике проект, находилось немного. Тем не менее, они были. Например, лауреат Нобелевской премии Дэвид Балтимор прямо утверждал, что проект «Геном человека» не имеет научной ценности и является лишь «уловкой для добывания денег», хотя на общественность он может производить благоприятное впечатление, благодаря своей масштабности.

Ему вторил наш соотечественник, директор Института белка, академик РАН Александр Сергеевич Спирин, который был ярым противником реализации проекта. Он утверждал, что расшифровка всей нуклеотидной последовательности ДНК человека — задача скорее техническая, чем научная. «Сосредоточение больших интеллектуальных сил и материальных средств на подобной проблеме обескровит науку и может затормозить ее развитие в других, оригинальных областях. Целое поколение научной молодежи будет фактически выведено из сферы творчества», — так комментировал Спирин в конце XX века сложившуюся ситуацию корреспондентам «Известий».

Не вызывает сомнений, что возникающие в процессе реализации проекта технические проблемы удается решать. Уже во второй половине 80-х годов японская фирма «Сейко инструменты и электроника» создала секвенатор — прибор, способный практически без вмешательства человека определять нуклеотидные последовательности кусков ДНК. Вначале скорость его работы была сравнима со скоростью работы квалифицированного сотрудника лаборатории, однако со временем интенсивность работы новых вариантов подобных автоматических дешифраторов начала возрастать.

Деньги и нуклеотиды

Несмотря на технический прогресс, ускоряющий работу над проектом «геном человека», сама целесообразность подобного проекта, рожденного колоссальными деньгами далекого от биологических исследований человека, по-прежнему вызывает сомнение. В самом конце XX в. биологи уже определили нуклеотидные последовательности ДНК 21-й хромосомы человека. Была проделана титаническая работа по выяснению взаимного положения более чем 33,5 миллионов азотистых оснований. И каков же результат? Они обнаружили 127 уже известных науке генов (смысла в повторном определении их локализации нет никакого) и более согни участков ДНК, которые теоретически могут быть генами, кодирующие неизвестные белки. Ни о строении, ни о функции этих гипотетических белков пока ничего не известно.

Тем не менее, когда подобные результаты обсуждаются в прессе, произносится много умных фраз о важности именно 21-й хромосомы, поскольку еще с 1959 г. известно, что ее лишняя копия приводит к синдрому Дауна. Это безусловно так, только расшифровка всех ее нуклеотидных последовательностей не дает ровным счетом ничего для понимания, почему ее удвоение приводит к тяжел мм порокам в развитии ребенка. Гораздо выгоднее работать с отдельными генами, кодирующими уже известные науке белки.

Подобная ситуация возникает просто потому, что генеральное направление исследований заранее определено выделенными на них деньгами, и теперь надо во что бы то ни стало доказать, что шкурка стоит выделки. При этом масса сомнительных вопросов остается вообще за рамками публичного обсуждения в прессе. Например, совершенно не ясно, о расшифровке генома какою именно человека идет речь. Люди различных рас и национальностей отличаются по наборам генов, кодирующих варианты сходных белков. Следовательно, для того, чтобы составить представление о геноме человека как биологического вида, необходимо собрать информацию обо всех вариантах генов в пределах отдельных популяций. А это усложняет работу на порядок, если не более.

Со школьной скамьи известно, что парные, так называемые гомологичные хромосомы способны обмениваться своими участками. Это происходит во время образования половых клеток. В результате дополнительно увеличивается разнообразие, лежащее в основе формирования уникальности каждой отдельного индивида. Следовательно, проанализировав 21-ю хромосому, полученную от другого человека, можно получить сходные, но все же иные последовательности нуклеотидов.

Наконец, некоторые гены, в частности кодирующие белки антител, формируются благодаря почти случайному комбинированию отдельных «кусочков» в процессе эмбрионального развития организма, поэтому у каждого человека они отличаются определенным своеобразием. Может ли в этой ситуации вообще идти речь о полной расшифровке генома человека, если у каждого представителя Homo sapiens набор его генов по-своему уникален?

Генные авгуры

Не вызывает сомнения, что в ближайшем будущем будут определены нуклеотидные последовательности всех 23 хромосом человека. Более того, американскому руководителю геномной программы США Ф. Коллинзу вполне можно верить, когда он предсказывает в обозримом будущем возможность достаточно быстрого определения нуклеотидных последовательностей ДНК каждого желающего с толстым кошельком в кармане. Не вызывает сомнения, что важность обладания такой информацией будет убедительно подтверждена множеством умных слов, высказанных по этому поводу в околонаучной прессе. Наверняка найдутся и тысячи желающих, готовых расстаться с немалой суммой, чтобы получить на магнитном носителе строчки, включающие несколько миллиардов азотистых оснований, сочетание которых таит в себе основу их биологической индивидуальности.

Почти со 100 %-ной уверенностью можно предсказать, что неизбежно возникнут фирмы-толмачи, которые будут на основе полученных данных определять вероятность различных заболеваний, возможную продолжительность жизни, природные склонности клиента, хотя подобный анализ можно сделать уже сейчас на основе анализа его родословного древа. Зато с какой наукообразной таинственностью будет обставлен ритуал суперсовременного гадания по ДНК!

Подобная ситуация недобросовестной эксплуатации научных результатов уже возникла в криобиологии, изучающей возможности временного замораживания живых объектов. С низшими организмами вроде бактерий такой трюк успешно проходит. Удается его проделать и с отдельными клетками вроде сперматозоидов животных. Однако пока разморозить и оживить теплокровное животное не способна ни одна лаборатория мира. Все его клетки неизбежно гибнут в процессе заморозки. Тем не менее, в США уже существует множество фирм, предлагающих за большие деньги замораживать покойников, увещевая при этом родственников, что в будущем наука, возможно, справиться с проблемой их разморозки и оживления. Вот тогда-то хранящиеся в жидком азоте бренные останки и смогут научным образом воскреснуть!

Возможность подобного шарлатанства может возникнуть и в результате реализации программы «геном человека», которая неизбежно приведет к появлению «генных авгуров», говорящих на мало понятном для неспециалистов языке, и берущихся делать за хорошую плату всевозможные прогнозы на основе нуклеотидных последовательностей ДНК их клиентов.

Подводя краткий итог обсуждению проекта «Геном человека», можно с уверенностью утверждать, что огромным деньгам, которые на него тратятся, можно было бы найти гораздо более достойное применение в рамках любых других научных биологических и медицинских разработок. Однако, как говорится, «хозяин — барин». Никто не собирается пересматривать целесообразность вложения огромных завещанных Хьюзом денег в проект «Геном человека». Остается лишь утешаться тем, что в нашей стране проблема влияния частного капитала на глобальные направления развития науки возникнет, наверняка, еще нескоро.

Починка ДНК

В клетке в случае нужды есть кому не только кроить к пороть молекулы ДНК, но и сметывать их.

Ю. Г. Чирков

— Ультрафиолет поврёждает ДНК

— Изменения в генах приводят к раку

Вредоносный свет

О вредоносном действии радиационного излучения наслышаны все. Однако если не принимать во внимание фоновую радиацию, то облучение все же является достаточно экзотическим ударом для любого живого организма. Настоящая же проблема состоит в том, что обычный солнечный свет представляет для ДНК достаточно серьезную угрозу! Дело в том, что водный раствор ДНК в пробирке прозрачен как стекло. И точно так же, как стекло, он пропускает видимый солнечный свет и поглощает ультрафиолетовые лучи. Эти лучи едва достигают поверхности Земли, поскольку основной их поток задерживается в верхних слоях атмосферы озоновым экраном. Однако даже этого скромного падающего на поверхность планеты облучения ультрафиолетом оказывается достаточно, чтобы повредить ДНК.

Чаще всего, это происходит следующим образом. Единичная порция света — фотон — может беспрепятственно пролететь сквозь мембраны и клеточные структуры, и «врезаться» в ДНК, передав ей квант своей энергии. Если эта энергия поглощается нуклеотидом, то он переходит в возбужденное состояние. Дальше все зависит от того, какой именно нуклеотид возбудился. В случае аденина или гуанина энергия возбуждения быстро переходит в тепловую, и структура ДНК не меняется. Если же порцию дополнительной энергии получили тимин или цитозин, последствия могут быть весьма существенными. К примеру, в этой ситуации между двумя расположенными рядом на одной цепи тиминами может появиться сшивка — химическая связь.

При этом возникает фотодимер тимина (тиминовый димер) — молекула, в которой четыре расположенные по углам квадрата атома углерода соединены вместе ковалентными связями. Если образно сравнить ДНК с застежкой-молнией, то тиминовый димер похож на два соседних зубца одной ее половинки, которые сошлись вместе и не позволяют теперь молнии застегиваться. ДНК с таким нарушением также не может нормально работать. С нее теперь невозможно ни снимать копии (и, следовательно, процесс деления клетки должен быть застопорен), ни считывать информацию, необходимую для производства белков. Ферменты, ответственные за копирование ДНК и считывание с нее информации, дойдя до тиминового димера, либо «перепрыгнут» через него, что приведет к разрыву синтезируемого белка на две половинки, либо вовсе остановятся. Вот к каким неприятным последствиям может привести действие одного единственного фотона!

Помимо образования димеров, в ДНК возможны и другие изменения оснований. Удвоение молекул ДНК живых организмов идет в бешеном темпе. Бактерия кишечная палочка делится каждые 15–20 минув при этом она копирует свою ДНК со скоростью 500 азотистых оснований в секунду. У человека клетки делятся не так стремительно, поэтому скорость копирования ДНК падает до 50 оснований в секунду. Но все равно это дикий по человеческим меркам темп! Сколько знаков за одну секунду можно напечатать на пишущей машинке? От силы несколько, не более. А тут пятьдесят знаков! Немудрено, что в клетках при копировании ДНК возникают «опечатки»: потери оснований, замены одного основания на другое, неправильное их спаривание, разрывы одной цепи ДНК… Такие единичные повреждения биологи называют точечными или точковыми мутациями. Известно, что от деления до деления при 37 градусах в среднем ДНК человека может попросту потерять до 20 азотистых оснований, а счет всех различных повреждений идет при этом уже на тысячи! Что и говорить, картина получается мрачная, если учесть, что всего несколько таких повреждений в ключевых генах клетки может привести к превращению ее в раковую.

Ремонтный набор

Ясно, что если бы у клеток не было защиты против таких нарушений ДНК, то вскоре многие гены были бы необратимо повреждены, что неизбежно приведет организм к полной катастрофе. Неудивительно поэтому, что любые клетки регулярно и постоянно занимаются репарацией — своеобразной «санацией» своей ДНК. Знающим историю людям слово «репарация» (восстановление) скорее всего напомнит о выплатах гигантских денежных сумм Германией странам, победившим в двух мировых войнах. Биологи же называют этим термином «починку» ДНК. Первые указания на подобные процессы были получены еще в начале шестидесятых годов XX века в опытах на бактериях. В ответ на облучение ультрафиолетом кишечные палочки начинали интенсивно «чинить» свою ДНК — то есть, удалять поврежденные облучением участки и восстанавливать исходные последовательности нуклеотидов. Со временем удалось разобраться во всех тонкостях этого уникального процесса. Оказалось, что в распоряжении клетки находится целый набор уникальных белков, работающих словно миниатюрные насадки бормашины, необходимые для постановки зубных пломб. Только работают они не с эмалью и дентином зуба, а с молекулой ДНК.

Все начинается с того, что специальный белок Уф-эндонуклеаза находит тиминовый димер и рвет рядом с ним одну цепь ДНК. Вторая цепь остается при этом неразорванной. Затем за работу берется другой белок — так называемая экзонуклеаза. Она удаляет слева и справа от разрыва несколько сотен нуклеотидов — так, на всякий случай. Точно также и стоматолог высверливает в поврежденном зубе лунку пошире, чтобы уже с гарантией удалить все поврежденные кариесом участки. В результате действия экзонуклеазы на одной из цепей ДНК (там где был обнаружен тиминовый димер) возникает брешь длиной в несколько тысяч нуклеотидов. Ее затем быстро заделывает третий белок — ДНК-полимераза. Она проезжается по второй, нетронутой цепочке ДНК и напротив каждого нуклеотида выстраивает ему комплементарный. Завершает эту блестящую работу последний белок — лигаза. Она «зашивает» разрывы на подверженной починке цепочке ДНК, да так искусно, что не остается никаких «швов». В результате существовавшая до повреждения структура ДНК полностью восстанавливается. Так что по образному выражению Юрия Георгиевича Чиркова «…в клетке в случае нужды есть кому не только кроить и пороть молекулы ДНК, но и сметывать их».

Из сказанного становится ясным смысл двухцепочечности ДНК. Биологи, занимающиеся проблемой возникновения жизни, утверждают, что первыми соединениями, возникшими на заре молекулярной эволюции и способными строить свои копии, были одноцепочечные рибонуклеиновые кислоты — РНК. А связанные с ними уже закодированные в РНК белки способствовали процессу их воспроизводства. Понятно, что в случае любых нарушений структуры таких первичных РНК они уже не могли быть восстановлены, поэтому цепочки нуклеотидов с возникающими существенными нарушениями постепенно элиминировались из кругооборота воспроизводства. Появление двухцепочечных молекул ДНК позволило эффективно восстанавливать поврежденные участки, достраивая их по неповрежденным половинкам. Это была настоящая революция в борьбе с неизбежными «типографскими опечатками» нуклеотидных текстов. Революция, которая наверняка ускорила на много порядков эволюцию клеток два с половиной миллиарда лет назад!

Ложка дегтя и SOS-репарация

Теперь в нарисованную картинку бочки меда пора добавлять деготь. Все было бы прекрасно, если бы любые точечные мутации могли вырезаться и ликвидироваться столь же точно, как это происходит с тиминовыми димерами. К сожалению порой клетка не в состоянии правильно определить, какую нить ДНК брать в качестве эталона, а какую следует чинить. Именно так дело обстоит в случае неправильного спаривания нуклеотидов. Действительно, какой нуклеотид в данном случае является «неправильным»? На какой цепи произошел сбой? Репарационная система клетки ответить на такой вопрос не в состоянии. В результате, лишь в половине случаев (когда в качестве оригинала случайно выбирается правильная половинка ДНК) исходная структура ДНК полностью восстанавливается. Во всех остальных случаях в качестве образца будет взята половинка с «неправильным» нуклеотидом и по нему на противоположной цепи будет достроен комплементарный ему нуклеотид. Так вместо пары А-Т может возникнуть пара Г-Ц со всеми неприятными последствиями, которые могут отсюда проистекать. Такое изменение будет точковой мутацией, которая «проскочит» через «систему ОТК» репарационных механизмов клетки. С этой точки зрения, частота точечных мутаций в ДНК является результатом равновесия между ее повреждениями и исправлениями.

Продемонстрированный пример работы репарационной системы — лишь один в целом ряду защитных механизмов клетки, оберегающей свою ДНК от возможных повреждений. В частности, существуют механизмы репарации, основанные на обменах поврежденных участков ДНК на неповрежденные. Такую репарацию называют рекомбинационной. Не будем, впрочем, сейчас углубляться во все эти тонкости, тем более, что даже у относительно просто устроенной бактерии — кишечной палочки — уже открыты не менее пятнадцати генов, оказывающих влияние на репарацию ДНК. Важно другое: повреждение многих из этих генов приводит к повышению частоты мутирования, поскольку в клетке начинает хуже работать система репарации ДНК. Следовательно, образно говоря, клетка может менять «толщину фильтра», через которую проходят изменения в ДНК. Не исключен и противоположный эффект, основанный на повышении эффективности работы репарационных систем в результате отбора.

Такой отбор может происходить, к примеру, при повышении уровня УФ-облучения или радиационного фона. Любопытно было бы в этой связи исследовать работу репарационных систем организмов, волею случая оказавшихся на территории, зараженной выбросами из Чернобыльской АС. Не исключено, что в такой ситуации клетки будут прибегать к каким-то экстренным мерам защиты своей ДНК. Подобные механизмы не являются фантазией и неплохо изучены у бактерий. Речь идет о так называемой SOS-репарации. Она может вызываться интенсивным УФ-облучением или подавлением синтеза ДНК в результате нехватки строительного материала, воздействия ядов или мутаций в ключевых генах, ответственных за клеточное деление.

В такой ситуации бактерия как бы чувствует, что с ее ДНК произошло что-то действительно серьезное, и мелким косметическим ремонтом тут не отделаешься. Серьезные поломки требуют адекватных действий. В результате деление клеток полностью прекращается, а интенсивность репарации резко возрастает. При этом активируется специальный белок RecA. Есть, кстати, указания, что для его активации нужны фрагменты ДНК — как бы «ошметки», образующиеся в результате серьезных ее повреждений. Белок RecA в прямом смысле режет другой белок, который является репрессором многих генов — то есть блокирует их работу. Этот белок-репрессор играет роль своеобразной печати, до поры наложенной на дверцы генетических сейфов. В результате разрезания репрессора блок снимается, и в клетке активируются сразу множество генов, ответственных за интенсивную репарацию. Иными словами, возникает ситуация своеобразного «аврала», в процессе которого клетка пытается спасти свою информационную начинку.

Ксеродерма

Проблема защиты своей ДНК от всевозможных повреждений является настолько общей и фундаментальной, что ответственные за подобную протекцию гены оказались очень схожими и у человека, и у грызунов, и у пивных дрожжей. Не вызывает сомнений, что эти гены являются неотъемлемой частью генома практически любого земного организма. Нарушения в работе этих важных генов приводят к тяжелейшим последствиям. У человека наиболее известные из них — пигментная ксеродерма, синдромом Коккейна и трихотиодистрофия.

Больные ксеродермой (от греч. ксеро — сухой, и дерма — кожа) крайне чувствительны к солнечному свету. На поверхности их кожи часто возникают множественные веснушки и даже рубцы, кожа меняют свою пигментацию и становится сухой. К сожалению, часто у таких людей уже в юном возрасте возникают различные раки кожи — меланомы и карциномы. Средний возраст появления подобных опухолей у больных ксеродермой — всего 8 лет, тогда как у прочих пациентов подобные новообразования и среднем проявляются только к 50-ти годам.

Ксеродерма распространена во всем мире. По счастью, частота с встречаемости невелика и составляет, к примеру в США, один случай на четверть миллиона. В Японии эта частота больше — 1 случай на 40 тысяч. Страдают прежде всего ткани и органы, на которые непосредственно воздействует солнечный свет. В частности, повреждаются роговица, сетчатка глаза и хрусталик. Даже на внутренней полости рта, куда свет падает все же нечасто, у больных ксеродермой в 20 тысяч раз чаще, чем в среднем возникают опухоли. Ксеродерма является наследственным рецессивным не связанным с полом заболеванием. Это означает, что она с равной вероятностью, встречается как среди женщин, так и среди мужчин и проявляется только в том случае, если нарушения в соответствующих генах присутствуют сразу в двух хромосомах — одной материнской и парной ей отцовской.

Что именно повреждается в системе репарации ДНК в случае ксеродермы, еще не до конца ясно. Известно лишь, что клетки таких больных сверхчувствительны к воздействию УФ-лучей, химических мутагенов и канцерогенных веществ, образующих с ДНК прочные соединения. Вместе с тем, эти клетки обычно сохраняют нормальную чувствительность к ионизирующей радиации. Как это нередко бывает в случае генетически обусловленных заболеваний, ксеродерма является следствием нарушения не одного участка ДНК, а нескольких. В конце XX века известно по меньшей мере семь таких различных нарушений и, как следствие, семь различит, ix форм этого заболевания.

Трихотиодистрофия и другие нарушения

Трихотиодистрофией называется еще одно генетически врожденное рецессивное заболевание человека, связанное с нарушением репарации ДНК, хотя эта связь менее очевидна, чем в случае пигментной ксеродермы. Если поместить волосы больных трихотиодистрофией под микроскоп, становятся видны характерные поперечные полосы, возникающие из-за нехватки в них богатых серой белков. Пучок таких волос становится ломким и напоминает по окраске тигриный хвост. Под таким названием («тигриный хвост») трихотиодистрофия и вошла в историю медицины в 1968 г. К сожалению, это не единственные указания на заболевание, которое еще связано с повреждением интеллектуальных функций, маленьким ростом и пониженной плодовитостью. У некоторых больных трихотиодистрофией наблюдается также повышенная чувствительность к УФ-облучению, что и указывает на повреждение систем репарации у них ДНК. Вместе с тем у таких больных нет предрасположенности к раку кожи. Сплошные загадки!

Повышенной фоточувствительностью страдают также люди с редким заболеванием, которое было описано в середине тридцатых годов Коккейном и получило название по фамилии этого исследователя. На генетическую рецессивную природу синдрома указывало его проявление в семьях с родственными браками. Помимо гиперчувствительности к свету, больные синдромом Коккейна страдают также глухотой и атрофией зрительного нерва. У них укороченное туловище, большие уши, нос и глубоко запавшие глаза. В довершение ко всему, они страдают от кариеса и стареют несколько быстрее, чем остальные люди. В мозгу у них наблюдается ряд нарушений. Редко кто из людей с таким диагнозом доживает до 18–20 лет. Клетки соединительной ткани людей с синдромом Коккейна очень плохо выживают после доз УФ-облучения, которые для клеток здоровых людей являются относительно безвредными. Этот факт указывает на то, что все описанные выше неприятные проявления болезни могут быть косвенными последствиями нарушения репарации ДНК.

Специалисты могут назвать еще несколько врожденных заболеваний человека, которые, скорее всего, вызваны нарушениями репарации ДНК. Среди них атаксия-телеангиэктазия, при которой рождаются люди с так называемой атаксией — прогрессивным церебральным параличом и патологическим расширением кровеносных сосудов на коже и конъюктивах глаз (телеангиэктазия). Они страдают умственной и иммунной недостаточностью. Приблизительно у 10 % таких больных уже в детстве или раннем возрасте развиваются злокачественные опухоли. По опенкам специалистов, каждый сотый, а, по некоторым данным, даже каждый двадцатый человек является носителем гена этого заболевания, которое по счастью не проявляется, если в гомологичной хромосоме работает соответствующий неповрежденный ген.

Этот мрачный список можно было бы продолжить, однако названия соответствующих синдромов и связанных с ними нарушений обычно известны только узким специалистам, поскольку эти заболевания, по счастью, встречаются достаточно редко. Ясно, что подобные генетические нарушения систем контроля над ДНК должны выбраковываться естественным отбором из человеческой популяции. Почему же, тем не менее, их удается обнаруживать? Еще в начале XX века английский генетик Дж. Холдейн прозорливо указывал на то, что серьезные генетические заболевания должны возникать в человеческом обществе вновь и вновь в результате случайных, спонтанных мутаций. Нарушения, связанные с репарацией ДНК, — яркий пример таких дефектов, возникающих в генах в каждом новом поколении людей. Те немногие случаи подобных заболеваний, которые удается обнаружить, позволяют ученым изучать тонкие механизмы репараций ДНК в клетках человека и те страшные последствия, которые влекут за собой нарушения в их работе.

Коварные соблазны евгенизма

Многомерность мира вытекает из генетического разнообразия человека и данной ему свободы воли.

М. Д. Голубовский

— Убийства детей в Греции

— Изгнание и сегрегация недостойных

— Практика стерилизации

— Выведем наследственную аристократию!

— Информация о генах — врачебная тайна?

Темная сторона отбора

Палеонтологи и антропологи не совсем правы, утверждая, что человек со времен палеолита не подвергается действию законов эволюции, которые царят в мире живых организмов. Их убеждение строится на том, что чисто внешне люди практически не изменились за последние десятки и даже сотни тысяч лет. Судя по ископаемым останкам, если какого-нибудь кроманьонца постричь, побрить и одеть в цивильное, он ничем не будет выделяться среди горожан, фланирующих по Невскому проспекту или по Бродвею. Так что же? Эволюция человека как биологического вида прекратилась? В экономически развитых странах с их надежной системой здравоохранения подавляющее большинство рождающихся детей благополучно достигают половой зрелости и затем образуют собственные семьи. Значит, отбор на людей уже не действует? Это не совсем так, если считать, что результатом отбора является не только постепенное приобретение новых полезных черт и признаков.

Со школьной скамьи мы помним, что теория эволюция по Дарвину прочно стоит на трех китах: наследственность, изменчивость, отбор. При этом оптимистично полагается, что под отбором имеется в виду преимущественное выживание и размножение наиболее жизнеспособных особей, в идеале обладающих полезными признаками. Это, так сказать, светлая составляющая отбора. Экспериментально убеждаться в справедливости упомянутого механизма изменения видов нелегко. Тем не менее, множество людей верит, что эволюция происходит именно благодаря такому отбору.

Однако у отбора есть и другая сторона — темная, зловещая, но необходимая. Имеется в виду постоянное отсекание нежизнеспособных особей, неспособных выживать в окружающих их условиях. Такой отбор действовал до самого последнего времени и в человеческом обществе. Вспомните о высокой детской смертности в средние века. В то время, для тот чтобы оставить после себя наследников, необходимо было рожать не пару детей, как нынче, а, по меньшей мере, с добрый десяток. Большую их часть неизбежно уносили инфекционные заболевания, против которых тогда не было эффективных методов борьбы. Выживали лишь дети, иммунная система которых, возможно в силу их генетических особенностей, работала особенно эффективно.

Подобный «отсекающий отбор» действует и в наши дни, только работает он на более ранних стадиях развития. Как показывают исследования, до половины самопроизвольно абортированных зародышей человека обладают серьезными генетическими дефектами. Природа просто не позволяет появиться на свет таким детям. Петь указания, что определенный процент оплодотворенных яйцеклеток человека погибает на очень ранних стадиях развития. Женщины в этих случаях даже не успевают почувствовать, что беременны. Вероятно, раннюю блокировку эмбриогенеза также можно объяснить генетическими дефектами, несовместимыми с жизнью.

В наше время шанс умереть от холеры или оспы чрезвычайно мал. Более того, успехи медицины позволяют теперь спасать людей не только от различных инфекций, но и сглаживать последствия генетически врожденных заболеваний, которые в прошлом почти всегда служили смертным приговором для их обладателей. Классический пример — гемофилия. Благодаря современным лекарственным средствам, носители дефектных генов, вызывающих это заболевание, благополучно взрослеют, и даже обзаводятся семьями.

Не вызывает сомнения, что дальнейший прогресс биологии и медианы позволит в ближайшем будущем эффективно справляться со все более широким спектром врожденных генетических заболеваний человека. Такой оптимизм, однако, вызывает и определенные опасения. Они связаны с тем, что в обществе неизбежно начнут накапливаться «вредные» гены, носители которых раньше просто не доживали до репродуктивного возраста.

Что делать в такой ситуации? Можно ли поставить какой-то заслон этой новой опасности, угрожающей в недалекой перспективе человечеству генетическим вырождением? Не превратятся ли люди грядущих веков в подобие домашних животных, уже не способных самостоятельно выживать без посторонней помощи?

Идея изменения человеческой породы в лучшую сторону имеет древние корни. Подобные мысли высказывал еще древнегреческий философ Платон. Практика убийства слабых детей в некоторых городах Древней Греции — исторически зафиксированный факт. Великий философ, Аристотель прямо и бескомпромиссно писал по этому поводу: «Ни одного ребенка-калеку не следует растить». В Древнем Риме существовал закон, согласно которому слабого болезненного новорожденного можно было умертвить, если на то были согласны пятеро соседей. Перед лицом мыслителей всегда стояли примеры удачной селекции среди домашних животных. При взгляде на них, у оригинально думающих людей не раз появлялась мысль о том, что человеческий род можно улучшить сходным образом: подбирая удачные пары и ограничивая размножение негодных. Однако всерьез о подобных мероприятиях заговорили лишь в XIX веке, который считается временем зарождения научных взглядов на эволюцию и наследственность. Не случайно идею об искусственном улучшении «качества» людских рас впервые стал настойчиво высказывать Френсис Гальтон — двоюродный брат знаменитого эволюциониста Чарльза Дарвина. Гальтон даже придумал название для новой науки, основателем которой себя считал. Он называл ее евгеникой (от греч. eu — истинный и genos — происхождение).

Размножение интеллектуальной аристократии

В своих сочинениях Гальтон писал именно об улучшении рас, а не о благе всего человечества в целом. Понять его мотивы несложно. Гальтон принадлежал к английской аристократии XIX века и был подданным королевы Виктории. В то время Великобритания была могущественной империей, колониальные владения которой простирались от Атлантического до Тихого океанов. Дальтон совершил несколько путешествий, во время которых мог наглядно убедиться, сколь обширен мир с его разнообразным населением, и как мала по сравнению с ним его родина, претендующая на господствующее место в этом мире.

Гальтон размышлял о многодетных семьях жителей колоний, сравнивая их с семьями английских аристократов. При этом он неизбежно приходил к неутешительному для себя выводу, что представители британской элиты явно менее плодовиты, хотя, по его мнению, более одаренны от природы. В период между 1864 и 1874 годами он опубликовал три работы, в которых изучал проблему «наследственности таланта». В них он подметил, что «…наиболее одаренные индивидуумы очень часто бывают близкими родственниками людей, которые также высоко одарены». При этом под одаренными личностями он, естественно. Подразумевал британцев, принадлежавших к социальной элите государства. Подсознательно Гальтон, вероятно, просто опасался, что британцы со временем будут численно «задавлены» быстро размножающимися представил елями третьего мира.

В 1883 г. Гальтон обобщил свои выводы в статье «Изучение способностей человека и их развитие». В ней он впервые писал о евгенике — «науке об улучшении потомства, которая отнюдь не ограничивается вопросами разумна скрещиваний, но, особенно в случае человека, занимается всеми воздействиями, которые способны дать наиболее одаренным расам максимальные шансы превалировать над расами менее одаренными». Гальтон ратовал за создание «интеллектуальной аристократии» путем отбора наиболее достойных граждан и стимулирования их к размножению. В то же время он предлагал осуществлять изгнание и сегрегацию «недостойных». В этих его формулировках уже крылись проблемы, которые впоследствии тормозили развитие евгеники, наталкиваясь на протесты со стороны общественности.

В самом деле, где доказательства, что существуют «более одаренные расы»? Как мы хорошо знаем, такие утверждения прямо ведут к самому оголтелому расизму! И что значит «всеми воздействиями»? Идея улучшения человеческой породы в целом многим кажется вполне разумной. Однако если мы признаем наличие «хороших генов», возникает проблема — что делать с «плохими генами» и с их носителями? Гальтон считал, что многие проблемы общества, например рост преступности, могут быть решены только путем жесткого контроля над наследственностью. Ему позже вторил Р. Фишер, один и основателей популяционной генетики, который был воинствующим евгенистом. Он считал, что наиболее одаренные граждане должны получать государственные пособия. В то же время следует вводить в практику принудительную стерилизацию неполноценных личностей!

Этот последний пример очень характерен для понимания проблем евгеники. С точки зрения Фишера, нет смысла стимулирован, размножение наиболее способных и одаренных, если их неизбежно захлестнет темная волна бездарей и генетически неполноценных личностей. Некоторые воинствующие евгенисты шли еще дальше. Например, лауреат Нобелевской премии по физиологии и медицине М. Бернет считал, что, используя возможности современной генетики и медицины, а также прибегая к социальным мерам, можно полностью изолировать в репродуктивном плане высшие и низшие расы, В 1935 г. другой лауреат Нобелевской премии, известный физиолог Алексис Каррель опубликовал книгу «Это неизвестное существо человек», которая на время стала настоящим бестселлером в Европе и США. В ней он утверждал, что действие естественного отбора на современных людей ослаблено, и поэтому долг ученых восстановит его, целенаправленно занимаясь выведением «биологической наследственной аристократии». При этом он предлагал применять крайние меры по отношению к тем, кто «убивал, грабил с оружием в руках, похищал детей, обирал бедных, кто серьезно обманул общественное доверие». Каррель прямо советовал применять к таким людям эвтаназию — безболезненное умерщвление.

Запах газовой камеры

Мысль — это эмбрион действия. Неудивительно поэтому, что уже в начале XX века предпринимались попытки воплотить в жизнь некоторые радикальные идеи, которые высказывали евгенисты, придерживающиеся крайних взглядов. Например, в штате Индиана (США) была введена в судебную практику принудительная стерилизация умственно отсталых мужчин путем перерезания у них семенных канатиков. Вслед за этим и многие другие штаты ввели закон, согласно которому следовало стерилизовать «наследственных дегенератов». К 1935 г. число таких проделанных операций перевалило за 20 тысяч!

Еще дальше реализация некоторых крайних идей евгенистов зашла в нацисткой Германии, где, как известно, была предпринята попытка целенаправленного и сознательного физического уничтожения «неполноценных рас». В своей книге «Mein Kampf» Гитлер не случайно ссылайся на биологию размножения и теорию эволюции, пытаясь подвести под свою политику геноцида теоретическую базу. Подобная практика оттолкнула подавляющее большинство ученых от идей евгеники, которые теперь прекрасно понимали, к чему могут привести попытки реализации таких концепций на практике. Всемирно известный биолог, лауреат Нобелевской премии по физиологии и медицине Питер Медавар заметил по этому поводу, что над евгеникой витает «нестерпимый запах газовой камеры».

Как избежать генетической дискриминации?

Проблема постепенного накопления в человеческом обществе генетических дефектов не исчезла. Она существует, и с ней необходимо что-то делать. При этом надо помнить, что любые попытки решать эту проблему, прибегая к санкциям со стороны государства, скорее всего, ни к чему хорошему не приведут. В лучшем случае они выльются в очередной повод для дискриминации, а в худшем — приведут к прямому насилию над личностью. Характерный в этом плане пример — не слишком удачная попытка борьбы с серповидноклеточной анемией в США.

Это врожденное генетическое заболевание вызвано мутацией в гене, кодирующем структуру гемоглобина. Оно передается по рецессивному типу, то есть проявляется в явной форме у гомозигот, в клетках которых имеется сразу две мутантные аллели. При низком давлении эритроциты больных серповидноклеточной анемией принимают форму серпа, в результате чего снижается концентрация кислорода в крови. У гетерозигот, несущих лишь один мутантный аллель, наблюдается лишь незначительная анемия, которая не мешает таким людям вести нормальный образ жизни.

В США среди афроамериканского населения страны распространенность аллелей серповидно-клеточной анемии достаточно велика. Согласно оценкам, каждый двенадцатый афроамериканец является носителем мутации, которая у гомозигот вызывает изменение формы эритроцитов. В 1972 г. на борьбу с этим недугом было выделено 115 млн. долларов, большая часть из которых пошла на тестирование населения и информационную кампанию. Мотив изначально был благой — предупредить супружеские пары, от которых могли с большой вероятностью рождаться больные дети. В результате же страховые компании воспользовались этой информацией в своих целях и повысили взносы для людей, которые были лишь носителями одною мутантного аллеля. Многие американские фирмы перестали принимать таких людей на работу, ссылаясь на их потенциальную анемичность. Этот пример доказывает, что информация о генах человека должна составлять часть врачебной тайны и не подвергаться публичному разглашению. Подобный подход вряд ли вызовет возражения, учитывая, что, по статистике, каждый десятый человек на планете является носителем тех или иных генетических дефектов. Если же учесть мутации, которые существенно не влияют на работоспособность белков, то, вряд ли среди всего населения планеты сыщется хотя бы один индивид, у которого все гены будут «нормальными».

Уже сейчас в результате медико-генетического консультирования можно получить много сведений о состоянии собственных генов, которые могут стать причиной врожденных болезней и аномалий развития у потомства. Не вызывает сомнения, что в первой половине XXI века, возможности экспресс-диагностики резко возрастут. Тогда одна капля крови или соскоб со слизистой поверхности щеки человека станут быстрым источником информации о сотнях и тысячах его генов. Данные подобного рода будут записаны на пластиковую магнитную карточку наподобие телефонной. Доступ к ним будет обеспечен только ее владельцу. Потенциальные молодожены смогут сравнивать свои генетические карточки с помощью компьютерной программы, которая будет выдавать им вероятностный прогноз возможных заболеваний их будущих детей. Как пользоваться таким прогнозом, и что делать, если он окажется по многим пунктам неблагоприятным, в каждом конкретном случае должны решать будущие супруги.

Как сохранить свои гены?

Побочным результатом этого метода было клонирование, позволившее выращивать нормальным организм из клеток, взятых откуда угодно — из носа, пятки, эпителия полости рта и т. п.; а так как происходило это без всякого оплодотворения, налицо определенно была биотехника непорочного зачатия, вскоре получившая применение в промышленном масштабе.

Станислав Лем. Звездные дневники Ийона Тихого

— Возможность клонирования людей разработана

— Причина скандала — мыши

— Кролики могут быть химерами

— Клонирование гитлеров

— Клетки — собственность человека?

Криоконсервирование

Будущее нельзя предвидеть, но его можно изобрести.

Денис Габор

Коварные кристаллы

Характерная примета любого цивилизованного общества — культура хранить и преумножать свои богатства — традиции, материальные ценности, научные данные, позитивный опыт. С древнейших времен задачу хранения личных или общественных богатств выполняли банки. Слово «банк» до последних десятилетий было связано в головах людей с бронированными сейфами, поземными хранилищами, слитками золота и различными ценными бумагами. Но мир стремительно меняется, и вместе с ним меняется наше представление о банках. Банк информации, банк идей, банк генов — это уже что-то почти нематериальное, невесомое, способное уместиться на дискете компьютера или в низкотемпературном холодильнике. Тем не менее, такие банки подчас хранят ценности не меньшие, чем обычные сейфы или кованные сундуки с золотыми дублонами.

Проблема длительного и надежного хранения клеток, а точнее клеточных линий, возникла в конце сороковых годов XX века. Именно тогда стало возможным выделять клетки из тканей и культивировать их на специальных питательных средах в стеклянных сосудов — in vitro, как говорят биологи и врачи.

Человеческий разум сумел освободить клетки от их зависимости от хозяина-организма. Количество различных типов клеток, которые можно было выращивать в пробирках, стремительно нарастало. Достаточно скачать, что сейчас в мире счет различных линий клеток, культивирующихся вне организмов, идет уже на тысячи. Непростой груд для простого поддерживания такой гигантской коллекции грозил постепенно поглотить все свободное время исследователей и лаборантов.

Необходим был надежный способ надолго законсервировать клетки, да так, чтобы они сохраняли все свои уникальные свойства. Способ, который позволил бы в любое время получить для работы нужную линию клеток из уже имеющегося арсенала. Таким способом во всем мире стала криоконсервация и создание криобанков.

Kryos на греческом означает «холод», «лед», «мороз». Способность живых организмов при низких температурах как бы приостанавливать протекание всех биологических процессов, впадать в анабиоз, была известна людям еще издревле. Три века назад знаменитый итальянский естествоиспытатель Ладзаро Спалланцани занялся изучением, влияния отрицательных температур на живые организмы. Он установил важную связь между высушиванием и охлаждением.

Без воды нет жизни. Эта же самая вода из друга превращается в страшного врага для любого существа, подвергающегося низкотемпературному замораживанию. Вода, из которой на три четверти состоит любой человек, таит в себе две опасности, коварно проявляющиеся при замораживании. Первая — объемное расширение. Кто не и и дел бутылку с водой, лопнувшую на морозе, или искореженные трубы парового отопления, в которых замерзла вода. Против такой опасности клетки могли бы еще бороться — ведь их поверхностные пленки (мембраны) достаточно эластичны. По-настоящему страшна вторая опасность — кристаллы! Они образуются при замораживании воды. Именно кристаллы рвут и режут, как скальпелем, тело клеток — разрывают мембраны, разрушают пузырьки-вакуоли. После отогревания такая клетка уже не жилец.

Неудивительно поэтому, что подвергающаяся медленному охлаждению клетка стремится изо всех своих клеточных сил от этой ставшей коварной воды избавиться. Уже одноклеточные существа (например, амебы), боровшиеся с тяготами земной жизни задолго до появления первых многоклеточных научились при охлаждении, да и при прочих неблагоприятных для жизни условиях, активно избавляться от лишней воды — дегидратировать себя (греч. hydor — вода). Многие амебы, жгутиконосцы и инфузории способны образовывать окруженные многослойными стенками цисты покоя. В таких капсулах они переносят вмораживание в лед и хранятся там годами, не теряя жизнеспособности. На первых этапах образования такой цисты из клеток активно откачивается вода! Обезвоженной клетке уже ничего не страшно. Она может смело замерзать.

Клеткам высших теплокровных животных в жизни редко грозит переохлаждение. Тем не менее, они сохранили способность к дегидратации при охлаждении. Этот своеобразный «рудиментарный» процесс облегчает работу криобиологов и криоконсерваторов. Но если бы острые кристаллы льда были единственной опасностью, грозящей клеткам при замораживании! Кристаллизация воды внутри и вне клеток вызывает также дегидратацию (обезвоживание) макромолекул. Нередко при этом они переходят из растворимого состояния в нерастворимое. Другими словами выпадают в осадок. При замораживании происходит и множество других неприятных событий — например, изменяется концентрация солей. В ответ многие белки раскручиваются, денатурируют. Похожий процесс идет при варке яиц. Сваренный вкрутую белок уже никакими силами не сделаешь снова жидким, растворимым в воде. Следовательно, жизнь из такого яйца улетучилась навсегда.

Подвести краткий итог этим рассуждениям можно одной фразой. Замораживание — серьезнейшее испытание клетки на прочность.

Ледяные протекторы

Природа часто демонстрирует нам оригинальность и мудрость решений собственных задач и проблем. Исследователю остается лишь обнаружить путь, уже проторенный в течение миллионов лет эволюции. Так случилось и с криопротекторами — веществами, защищающими организм от неблагоприятных последствий при охлаждении. Люди давно замечали, что некоторые холоднокровные существа способны без особого для себя вреда буквально вмерзать в лед. За примерами не надо далеко ходить — кто не слышал о «стеклянных» лягушках, выкопанных зимой из смерзшегося ила. Другой, менее известный пример — земноводные сибирские углозубы, впаянные в линзы льда вечной мерзлоты. Без особого вреда переносят ледяной плен многие низшие ракообразные. Все эти очень опасные для теплокровных трюки их холоднокровные собратья проделывают за счет накопленных у них в крови специальных веществ-криопротекторов. К ним относится глицерин, различные сахара.

Уже упоминавшиеся лягушки перед зимовкой резко увеличивают количество глюкозы в крови, превращаясь на время как бы в диабетиков. В результате их кровь хотя и охлаждается ниже нуля, но не замерзает. Подобный опыт можно легко проделать самостоятельно — поставьте в морозильную камеру холодильника два стакана. Один с обычной водой, а в другой добавьте пять-шесть ложек сахара и размешайте. В каком стакане вода замерзнет раньше? Криопротекторы хорошо известны и автомобилистам. Чтоб жидкость в радиаторе машины не замерзала, в нее добавляют специальные вещества.

Итак, добавляя к клеткам обычную глюкозу или глицерин, можно обезопасить их от действия коварных ледяных кристаллов, образующихся в воде при замораживании. В криобиологии применяются и другие вещества, способные обезопасить клетки от повреждений — диметилсульфоксид, лактоза, метанол и другие. К сожалению, подбирая тот или иной криопротектор, ученым часто приходится работать «на ощупь» — в этой области науки еще много неясного.

Холод холоду рознь. Клетка — коллоидная система. Ее содержимое похоже на густой клейстер. Для того чтобы ее хорошенько заморозить, нужны очень низкие температуры — ниже -150 °C. Самые мощные холодильники такой холод обеспечить не в состоянии. Успех криоконсервации обязан технологии получения сжиженных газов. Жидкий азот, кипящий при -196 °C — вот основа любого криокомплекса. Другие криогенные жидкости либо пожароопасны, либо легко взрываются. Сжиженные же инертные газы (гелий, например) пока стоят дороже золота. Промышленное же производство одного литра жидкого азота стоит очень дешево.

Сверхнизкие температуры не только мгновенно останавливают протекание всех биологических процессов в клетках, они также позволяют уберечь клетки от уже упоминавшихся коварных кристаллов льда. Очень быстро помещая клетки в жидкий азот, буквально «выстреливая» в него микрокаплями жидкости с находящимися внутри клетками, можно добиться сверхбыстрого замораживания. Скорость падения температуры достигает при этом фантастической цифры — 500–1000 градусов в секунду! При такой скорости заморозки кристаллы льда просто не успевают образоваться! Наступает так называемое «стеклование» — образование своеобразного аморфного состояния замороженной цитоплазмы. В таком состоянии замороженные клетки можно хранить годами.

За все надо платить

В США, например, замораживание клеток человека давно поставлено на поток. Обычно криоцентры действуют при крупных университетах и исследовательских институтах. Существуют и частные компании, которые предлагают свои услуги всем желающим. Заморозка одной ампулы с клетками обходится клиенту примерно в 200 долларов. Количество криоцентров и интенсивность их работы в нашей стране не так уж малы, как можно себе представить. В Москве существует банк растительных клеток и банк половых продуктов сельскохозяйственных животных. В Пущино — банк микроорганизмов. В Петербурге в институте цитологии РАН существует криокомплекс, где хранятся десятки клеточных линий и несколько сотен так называемых гибридом — производителей высокоспецифичных антител. Не вызывает сомнения, что в будущем число подобных центров будет только расти.

Криобиологическая деятельностью рубежом достаточно обширна. Во Франции, например, работает институт холода, где регулярно проводятся интернациональные международные конференции. Активно работает международная ассоциация криобиологов. Не счесть чисто прикладные организации, специализирующиеся на длительном хранении клеток и тканей. Дело это экономически выгодное. Однако для успешного развития подобной деятельности в нашей стране одного вложения денег явно недостаточно. Необходимо еще разработать специальные законы, объясняющие права и обязанности сторон. Представьте себе, что вы отдали на хранение свои собственные клетки, а они погибли. Кто возместит ваши потери, в каком объеме? Как это сделать? На все эти непростые вопросы необходимо искать ответы.

Криоконсервирование — область биологии быстро развивающаяся. В ближайшем будущем возможность заморозить образцы своих клеток и, тем самым, передать в далекое будущее вместе с ними все свои гены, наверняка будет доступна частным лицам. Только представьте себе, что вы живете уже в XXII веке, и при этом в криобанке хранятся клетки и гены ваших дедушек и бабушек, а также их родственников. Быть может, в то время такой материал будет представлять большую ценность не только лично для вас, но и для общества. Ведь уже ясно, что с помощью современных методов эмбриологии из некоторых отдельных клеток человека можно создать полную его копию.

Клонирование людей

Бомба Долли

В феврале 1997 г. на страницах газет и журналов всего мира замелькала фотография симпатичной овечки по кличке Долли. Это милое копытное преподносилась как очередная сенсация, своеобразная биологическая бомба, подложенная учеными под моральные и религиозные устои современной цивилизации. Первое клонированное животное! Точная генетическая копия своей матери! Разработана уникальная возможность копировать людей! Скоро производство гениев будет поставлено на поток! В XXI веке каждый сможет заказать себе брата-близнеца! Ученые опять пытаются вмешаться в божий промысел! Католическая церковь против! Генеральная ассамблея Всемирной Организации Здравоохранения считает клонирование людских индивидов этически неприемлемым! Президент Б. Клинтон запрещает использовать государственные средства для финансирования работ по клонированию человека!

Общественности было от чего всполошиться. В солидном научном журнале «Nature» биолог А. Уилмут и его сотрудники четко и кратко, всего на четырех страничках, описывали удачный эксперимент, в результате которого был получен вполне жизнеспособный ягненок, выращенный из одной-единственной клетки молочной железы овцы породы финн дорсет. Другими словами, у новорожденной овечки не было папы и она была точной копией своей матери, вернее даже и не матери вовсе, которая ее не рожала, а овцы — донора клетки, из которой произошла Долли. Выносила и произвела ее на свет шотландская черномордая овца, на которую Долли оказалась совсем не похожа. Возможно, публикация Уилмута и была рассчитана на определенную сенсационность (биологам ведь тоже нужна реклама своих достижений), поскольку описание почти аналогичных опытов, проделанных им в 1996 году, почему-то не вызвало столь бурной реакции прессы. Более того, история попыток копирования позвоночных насчитывала к тому времени уже не один десяток лет, а клонированием растений люди занимались, наверняка, с палеолита.

Проблема тотипотентности

В самом деле, получением точных генетических копий организмов с легкостью занимается на своих шести сотках любой огородник, размножая клубнику усами, а черную смородину отводками. Подавляющее большинство растений способны размножаться вегетативным способом, и ни у кого этот факт не вызывает удивления — он слишком для нас привычен, чтобы стать поводом для сенсаций. Более того, в лаборатории почти любую изолированную и лишенную жесткой оболочки растительную клетку можно простимулировать к делению. В результате сначала образуется что-то вроде бесформенного недифференцированного нароста (каллуса), из которого потом образуется маленькое растеньице. Разумеется, производить морковку для винегрета таким экзотическим способом никто не собирается, а вот, к примеру, выращенные из пыльцы гаплоидные (то есть не с двойным, а с одинарным набором хромосом) растения имеют большое значение для генетики и селекции!

Подобные опыты говорят о том, что все клетки растения сохраняют так называемую тотипотентность. Это означает, что практически каждая из них может дать начало новому организму. Отсюда, кстати, и великолепно развитая у растений способность к регенерации. Возможно, подобные фокусы свойственны растениям потому, что у них не так много специализированных тканей и органов, да и те разнятся между собой лишь устройством клеточной стенки, за которой скрывается более-менее однотипное содержание.

Клетки животных, по сравнению с растениями, гораздо более специализированны. Они могут либо делиться, либо выполнять необходимую организму работу. Постоянно делящиеся (так называемые стволовые) клетки, как правило сохраняют свою тотипотентность, а специализированные клетки утрачивают это свойство. С этой-то проблемой в основном и сталкиваются биологи, пытающиеся размножать высших позвоночных так сказать «вегетативным путем».

Клонирование лягушек

В конце шестидесятых годов английский биолог Д. Гёрдон одним из первых сумел получить клонированные эмбрионы шпорцевых лягушек. Он выжигал ультрафиолетовым уколом ядро икринок и затем подсаживал в них ядра, выделенные из клеток кишечного эпителия головастиков этого вида. Работа была кропотливая; большая часть полученных таким образом икринок дохла, и лишь совсем маленькая их доля (2,5 %) развивалась в головастиков. Взрослых лягушек получить таким образом не удавалось. Тем не менее, это был определенный успех, и результаты этих опытов Д. Гордона попали во многие учебники и руководства по биологии. Однако даже сам экспериментатор не мог дать гарантии, что в икринках развивались ядра именно эпителия, а не первичных половых клеток, которые в этом эпителии порой попадаются.

Два года спустя Д. Гёрдон и его соавтор Р. Ласки публикуют работу, в которой описывают опыты с ядрами, выделенными из клеток почек, кожи и легкого уже взрослых шпорцевых лягушек. Исследователи сначала подращивают эти клетки вне организма (in vitro), а затем вводят их ядра в безъядерные икринки. Четверть таких икринок начинает делиться, но вскоре замирает на одной из ранних стадий развития. Тогда ученые выделяют ядра полученных эмбрионов и снова подсаживают их в лишенные собственных ядер икринки. Те опять начинают развиваться… В результате целой серии подобных пересадок на свет наконец-то появляется несколько головастиков! Успех? Да, но весьма сомнительный. Методика серийных пересадок трудна и утомительна, а появившиеся на свет головастики упорно не желают превращаться во взрослых лягушек.

Другие исследователи проделали подобные эксперименты на леопардовых лягушках, вводя в икринки ядра эритроцитов взрослых особей (в отличие от млекопитающих, у земноводных эритроциты с ядрами). В результате серийных пересадок нм также удавалось получить головастиков, но дальше дело не шло. Вот если подсаживать в икринки ядра, выделенные на самых ранних стадиях дробления оплодотворенного яйца, тогда удастся получать взрослых лягушек.

Однако кого удивишь подобными экспериментами, если сама природа ставит их достаточно часто. Вспомните рождение однояйцовых близнецов! Ведь это не что иное, как естественный способ клонирования! Из клетки, возникшей в результате первого, второго или даже третьего деления зиготы, может развиться полноценный зародыш, который потом превращается во взрослый организм. Вопрос, таким образом, по-прежнему заключался в том, можно ли вырастить взрослое позвоночное из одной специализированной клетки его тела. Опыты на амфибиях давали отрицательный результат.

Скандал с мышами

Быть может, другие лабораторные животные окажутся более подходящими объектами для подобных экспериментов? Действительно, в 1981 г. в солидном международном журнале «Селл» («Клетка») появилась публикация К. Ильменей и П. Хоппе, описывающая их сенсационные опыты на мышах. В тонкую стеклянную пипетку они засасывали ядро из клетки мышиного эмбриона на ранней стадии развития (из бластоцисты) и помещали его в оплодотворенную мышиную яйцеклетку (зиготу). Собственные, еще не успевшие слиться два ядра зиготы — мужское и женское — удаляли в конце операции с помощью той же пипетки. Всего таким образом было прооперировано 363 зиготы. 16 из них после прохождения первых стадий развития были подсажены в матки мышиных самок, заранее подготовленных к подобной операции. В результате на свет появились три вполне нормальных мышонка!

Итак, победа? Пусть клетки для подобных опытов брались не от взрослой мыши, а лишь от эмбрионов, но новорожденные мышата — это вам не головастики, не способные превратиться в лягушку! Ничто не мешало им вырасти во взрослых мышей, которые являлись бы рукотворным клоном, то есть полученными в эксперименте близняшками с абсолютно одинаковыми наборами генов! Все было бы прекрасно, сели бы не одно обстоятельство. Другим исследователям никак не удавалось воспроизвести эти блестящие результаты. Лишенные собственных ядер мышиные зиготы с введенными ядрами, взятыми от восьми, четырех и даже двух клеточных зародышей, развивались в лучшем случае лишь до стадии маленького шарика из клеток (до бластоцисты). Никаких эмбрионов, не говоря уже о новорожденных мышатах, не получалось. В воздухе запахло скандалом, а по биологическим лабораториям и институтам мира поползли слухи о сознательной подтасовке результатов, представленных К. Ильменей и П. Хоппе. Те, в свою очередь, ссылались на свой уникальный методический опыт и виртуозную технику экспериментов.

Лишь в начале девяностых годов результаты К. Ильменей и П. Хоппе частично удалось воспроизвести японским исследователям, которые работали с 2-, 4- и 8-клеточными мышиными эмбрионами, используя новые приемы работы. Они синхронизировали клетки-доноры ядер и зиготы-реципиенты, останавливая их на первой стадии клеточного цикла. Для успешной пересадки ядра и активации прооперированной зиготы применялись слабые электрические импульсы. В результате японским биологам удалось довести дело до рождения живых мышат.

В результатах этих опытов никто не сомневался, однако они всею лишь доказывали, что только самые первые клетки мышиного зародыша еще сохраняют свою тотипотентность, которая необратимо утрачивается на более поздних стадиях. Ясно, что о клонировании взрослых мышей на этом фоне не могло быть и речи.

Химерные кролики

Примерно так же обстояли дела и с попытками клонировать кроликов, свиней, коров и овец. Уже в конце восьмидесятых годов американским исследователям С. Стику и Д. Роблу вполне успешно удавалось размножать кроликов, пересаживая ядра 8-клеточных эмбрионов одной породы в лишенные ядер яйцеклетки другой породы. Крольчихи-реципиенты благополучно вынашивали таких «химерных» крольчат и рождали на свет абсолютно одинаковых ушастых малышей, унаследовавших все гены породы-донора ядер.

Примерно также дела обстояли и с клонированием телят. В этих экспериментах исследователи оттачивали свое мастерство. Например, они уже не прокалывали стенку зиготы для удаления ядер.

Оплодотворенные яйцеклетки помещали в специальные крутилки-центрифуги, где при вращении пробирок развивалась безумная сила тяготения в 15 000 g (при такой силе тяжести средний человек весил бы 900 тонн!). В результате крошечные ядра становились настолько тяжёлыми, что буквально скатывались к стенке к четки, откуда их потом аккуратно, «оттягивали» микропипеткой вместе с минимальным объемом цитоплазмы.

Начавшиеся дробиться после операции коровьи зиготы сперва помешали в специальную капсулу из агар-агара, которую заключали на время в яйцовод овцы. Затем дней через пять образовавшихся зародышей освобождали из агарового плена и подсаживали в матку коровы-реципиента. В одной из подобных работ, результаты которой были опубликованы в 1990 г., исследователи получили 92 живых теленка, которые появились на свет таким вот экзотическим способом.

Однако несмотря на явные успехи клеточной инженерии, по-прежнему можно было говорить лишь о клонировании не взрослых организмов, а лишь их эмбрионов, находящихся на самых ранних стадиях развития. В опытах на коровах рекорд был доведен до 64-клеточного зародыша, из ядер которою удавалось получать жизнеспособных телят, но дольше дело не шло.

Двое шустрых ягнят

Следующий шаг вперед был сделан в середине девяностых годов группой биологов под руководством А. Уилмута. Он подсаживал в яйцеклетки овец ядра, выделенные не непосредственно из эмбрионов, а из их клеток, длительное время культивировавшихся in vitro. От момента разделения 9-дневного зародыша на отдельные клетки до начала пересадок ядер проходило заведомо более 25 их делений. За это время эмбриональные клетки меняли свой внешний вид и становились похожими на эпителиальные. Из ядер таких вот уже как бы не совсем эмбриональных клеток вполне успешно удалось получить, по крайне мере, двоих шустрых ягнят, благополучно выросших до 8-месячного возраста (три их менее удачливых сестрички погибли вскоре после рождения).

Наконец, во второй половине девяностых годов в ход пошли культуры, полученные уже не от эмбриональных клеток овец, а выделенные из молочной железы взрослого животного. Именно так и была получена ставшая суперзвездой овечка Долли, которую журналисты порой не совсем верно называют клоном. По определению клон — это всегда множество идентичных особей, минимум два хотя бы. Сомневаться в экзотическом происхождении Долли не приходится, поскольку ее клетки и клетки исходной молочной железы взрослой овцы обладали одними и теми же хромосомными маркерами.

Что же произошло в этом случае? Почему был обойден некий блок, не позволявший ранее получать жизнеспособные организмы из единичных специализированных клеток? Вполне возможно, что в процессе длительного доращивания клеток-доноров ядер, получили преимущество и размножились именно стволовые клетки, изначально присутствовавшие в ткани молочной железы. А они, как уже упоминалось, недифференцированы и, возможно, все еще сохранили свою тотипотентность.

Технология клонирования

Таким образом, авторы газетных и журнальных публикаций отчасти были правы — работы группы А. Уилмута проложили путь к созданию методики клонирования взрослых людей. Любопытно, что институт, ответственный за эксперимент с Долли, подал заявку на 2 мировых патента, связанных с технологией клонирования. Патент включал использование этой технологии в отношении всех видов млекопитающих, включая человека!

В общих чертах она представляется сейчас следующим образом. Небольшой кусочек какой-либо постоянно обновляющейся ткани (например, эпидермиса) донора разваливается на отдельные клетки, которые начинают культивировать в пластиковых или стеклянных сосудах, in vitro. Из таких культур пытаются выделить стволовые клетки, не потерявшие своих тотипотентных свойств. Их ядра пересаживают поштучно в лишенные собственных ядер яйцеклетки человека. Их затем имплантируют в матки заранее подобранных и подготовленных женщин-реципиентов, с которыми заключены соответствующие договоры. Через девять месяцев на свет появится несколько близнецов. Они как две капли воды будут похожи друг на друга и на человека-донора клеток для подобного эксперимента.

Отдельные части этой сложной методической процедуры давно уже отработаны. В лабораториях постоянно поддерживаются сотни культур клеток человека. Готовые к оплодотворению яйцеклетки женщин успешно выделяются в экспериментах по искусственному оплодотворению вне тела. Приемное матери давно за плату вынашивают и рожают чужих младенцев. Не вызывает сомнения, что в нынешнем XXI веке описанная выше процедура клонирования людей может быть технически осуществлена.

Сомнение вызывают лишь некоторые ее этические и юридические аспекты. Например, считать ли подобных клонированных младенцев детьми донора или его однояйцовыми близнецами, появившимися на свет с большим запозданием? Может ли женщина-донор яйцеклетки выдвигать свои права на появившегося в результате ребенка, в клетках которого нет ни одной ее хромосомы? Наверняка, впрочем, юристы договорятся поэтому поводу между собой.

Сотни гитлеров

Потенциальные перспективы возможного клонирования людей были быстро и по достоинству оценены падкими на сенсации журналистами и писателями. В частности, в Америке был опубликован детективно-фантастический роман «Мальчики из Бразилии», который моментально стал бестселлером. Вкратце его содержание таково.

Печально знаменитый нацистский преступник доктор Менгеле после разгрома Третьего Рейха укрывается от неизбежной расплаты за свои злодеяния в зеленых дебрях Бразилии. Из Берлина, по которому уже бьет советская артиллерия, он вывозит на самолете кусок кожи Адольфа Гитлера, который он получил сразу после самоубийства фюрера. В Бразилии из клеток этой кожи извлекаются ядра, которые за крупное денежное вознаграждение подсаживаются в яйцеклетки женщин одного из местных племен и имплантируются им в матки.

В результате на свет начинают появляться сотни новорожденных мальчиков, как две капли воды похожих на Адольфа Шикльгрубера в раннем детстве. Идет время, и в дебрях Амазонки подрастает и обучается под руководством опытного эсесовца Менгеле целый взвод фанатиков, вновь мечтающих о переделе существующего мира. Сюжет более чем фантастический, но шуму он наделал немало, как и в свое время роман Г. Уэллса, главы из которого, прочитанные по радио, многими англичанами воспринимались как репортажи с места реальных событий.

В 1973 г. американский журналист и популяризатор науки Дэвид Рорвик опубликовал книгу «По его образу и подобию». В ней он утверждал, что несколько лет назад к нему обратился за помощью весьма известный миллионер, фамилию которого он по известным соображениям открыть не может, и попросил содействия в деле получения собственной генетической копии. Сделка была заключена. В далекой экзотической стране в короткие сроки была построена биологическая лаборатория, оснащенная всем необходимым оборудованием.

Нашлись и специалисты в области эмбриологии, которые за солидное вознаграждение взялись осуществить мечту состоятельного американца в жизнь. Извлеченный из клеток миллионера ядра были подсажены в яйцеклетку приемной матери и имплантированы в матку женщины. Операция прошла успешно, и через девять месяцев на свет появился фат — близнец миллионера.

Сочинение Рорвика претендовало бы на роль чисто развлекательного чтива, если бы в его романе не была упомянута фамилия достаточно известного американского генетика Дерека Бромхола, якобы принимавшего участие в реализации данного фантастического проекта. Этот факт придавал книге Рорвика особую остроту. Быть может описанная в ней история действительно имела место? Немудрено, что книга «По его образу и подобию» также стала бестселлером. Автору, правда, пришлось по решению суда выплатить Бромхолу около семи миллионов долларов за использование его имени без разрешения в безусловно фантастической книге, которая описывала события, никогда не происходившие, но злые языки утверждали, что это была лишь малая часть гонорара, который Бромхол успел получить за свое сочинение.

Кто же родитель?

Не вызывает сомнения, что человек в праве взять на себя ответственность за создание новой жизни. В конце концов, так поступает каждая пара, решившая завести ребенка. Методика клонирования позволяет сделать это практически без участия человека и его согласия, работая в лаборатории лишь с его клетками, которые с легкостью можно получить в результате различных вполне рутинных операции вроде вырезания аппендицита. Кто будет тогда родителем ребенка? Экспериментаторы? В этом плане интересно обсудить — являются ли все клетки человека его неотъемлемой собственностью, с которой он может делать что угодно вплоть до выращивания из них собственных копий?

Если ответить утвердительно, то многие люди смогут подать иски на лаборатории и клиники, где в экспериментах используются их клетки или клетки их родственников. Хороший пример — раковые клетки HeLa, которые были получены от американки африканского происхождения, скончавшейся в тридцатых годах XX века в США от рака шейки матки. С тех пор в десятках биологических и медицинских институтах мира проделаны сотни тысяч опытов на ее клетках без всякого согласия на то ее родственников.

Кстати, в современной медицине, занимающейся проблемами репродукции, широко практикуется искусственное оплодотворение при использовании банка спермы. При этом у мужчин-доноров не получают разрешения в каждом конкретном случае, и они становятся анонимными отцами десятков детей. Представьте себе такую ситуацию — на планете живет три десятка ваших единокровных ребятишек, о которых вы ничего не знаете… Так что вопрос о правомерности размножения человека без его ведома стоит уже сейчас.

Возможно, многие возражения, которые сегодня выдвигаются против идеи клонирования, являются лишь закономерной реакцией неприятия того нового, что несут обществу достижения науки. Не исключено, что возможность в зрелом возрасте дать жизнь своей копии для многих людей окажется великим благом. Представьте себе великого шахматиста, математика или скрипача, передающего свой уникальный опыт не бестолковым ученикам или отбившемуся от рук отпрыску, а самому себе, такому же талантливому и все еще полному молодых сил. Такая передача будет особенно эффективна в тех случаях, когда способности индивида больше определяются врожденными способностями, а не средой и упорным трудом.

Наверняка процедура клонирования по чисто финансовым соображениям вначале будет доступной лишь немногим. Не вызывает сомнения, что найдутся богачи, которые захотят оставить свое состояние не родственникам, а самому себе, точнее своей генетической копии. Что же с того? И сегодня нуворишам подчас доступны возможности, о которых остальные люди могут только мечтать. Что же касается потенциальной опасности клонирования различных асоциальных элементов, военных преступников и диктаторов, то они и в наши дни вполне успешно плодят своих последователей, совершенно не пользуясь успехами клеточной биологии.

Медико-генетическое консультирование

Государство должно быть подобно постовому-регулировщику. Он стоит на оживленном перекрестке и ограждает поток машин от столкновения, но постовой не вправе указывать, куда каждая машина едет, что за девушка сидит рядом с водителем и какую книгу она читает.

М. Д. Голубовский

— Каждый из 200 младенцев рождается с генетическими нарушениями

— Когда надо обращаться к врачу-генетику?

— Данные о генеалогии — ценнейшая информация

— Условные знаки вашей родословной

Едва ли найдутся люди, которым совершенно безразлична судьба их собственных детей. Забота о ближайших потомках должна начинаться не после их появления на свет, а задолго до этого момента, еще во время планирования семьи. По статистическим данным, из каждых 200 младенцев один появляется на свет с хромосомными аномалиями, некоторые из которых в состоянии исковеркать всю его будущую жизнь. Более того, практически у каждого взрослого человека во всех клетках тела, включая половые, существуют несколько измененных генов, мутации в которых негативно влияют на их работу. Как скажутся такие гены на умственных способностях и на внешнем облике ребенка, если он получит другие дефектные гены от второго родителя? В США свыше 20 млн человек, то есть, почти каждый десятый, уже страдают от унаследованных расстройств здоровья, которые в разных условиях и по-разному могут проявляться в течение всей жизни. В других странах, независимо от их экономического статуса, положение наверняка не лучше.

Единственное, что мы можем делать, чтобы что-то противопоставить сложившейся ситуации — отдавать себе отчет в серьезности положения и предпринимать разумные усилия для того, чтобы на свет не появлялись дети с тяжелыми наследственными патологиями. Реальный шанс осуществлять это для супружеских пар существует, но для его реализации надо быть прежде всего хорошо информированным о возможных собственных генетических заболеваниях или о мутантных генах, которые могут стать их причиной у потомства.

Под медико-генетическим консультированием как раз и понимается обмен информацией между врачом-специалистом и будущими родителями, которые планируют завести ребенка. При этом врач не вправе навязывать свою волю пациентам, он может и должен лишь проинформировать их о возможных опасностях и последствиях проявления генетически врожденных заболеваний у их потомства. Любопытно, что первая в мире подобная консультация была организована именно в России, в Институте нервно-психиатрической профилактики еще в конце 20-х годов XX века талантливым биологом С. Н. Давиденковым. К сожалению, трагические последствия геноцида, которые осуществляла гитлеровская Германия во время второй мировой войны, несколько затормозили развитие сети подобных консультаций, поскольку практика нацизма в течение некоторого времени бросала зловещую тень на любые попытки исправления наследственности человека.

В наше время медико-генетические консультации работают во многих крупных городах различных стран мира, включая Россию. Обычно люди обращаются в эти учреждения со следующими вопросами:

— Не страдаю ли я врожденным генетическим заболеванием?

— Не являюсь ли я носителем мутантных генов, действие которых может проявиться у моих потомков?

— Что известно врачам и ученым о том или ином генетическом заболевании?

— Какова вероятность того, что я стану родителем ребенка с генетическими нарушениями?

— Какую я могу получить помощь от врачей при планировании моей семьи?

— Как избежать появления в моем потомстве детей с врожденными нарушениями?

— Какую помощь можно оказать ребенку с генетически врожденным заболеванием?

На большую часть подобных вопросов в процессе медико-генетического консультирования можно получить исчерпывающие ответы.

В идеале каждая пара молодоженов, которая планирует рождение ребенка, должна проходить медико-генетическое консультирование. Такая ситуация — дело ближайшего будущего. В наше же время врачи рекомендуют при планировании семьи обязательно обратиться к врачу-генетику если:

— среди ваших родственников известны случаи проявления наследственной болезни;

— брак является близкородственным;

— предыдущие беременности заканчивались спонтанными абортами, выкидышами, рождением мертвых детей;

— возраст женщины более 35 лет;

— нарушается нормальное протекание беременности;

— во время беременности женщина подвергалась воздействиям, которые могут неблагоприятно сказаться на ее будущем ребенке;

— в семье уже есть ребенок с пороком развития или генетической болезнью;

— происходит явная задержка физическою и психического развития уже рожденного ребенка.

К сожалению, статистика посещений медико-генетических кабинетов и центров пока не радует. Даже в США — стране, которая тратит изрядные суммы на программы национального здоровья, — за соответствующими советами пока обращается только около 16 % семейных пар из числа тех, кому эти советы действительно необходимы По медицинским же показаниям около пяти пар супругов из каждой сотни обязательно должны контролировать рождение собственных детей с помощью врачей-генетиков, чтобы обезопасить себя от возможных тяжелых последствий появления на свет младенцев с врожденными заболеваниями и пороками. Эффективность консультирования довольно высока. Достаточно сказать, что из 100 проконсультированных семей в 3–5 из них не рождаются больные дети, которые могли бы появиться на свет, не знай родители заранее о грозящей опасности. Эти проценты на первый взгляд могут показаться незначительными, однако они выглядят совершенно иначе, если учесть, что за ними стоят люди, вся жизнь которых могла быть омрачена появлением в потомстве больного ребенка.

Тем не менее, пока данные говорят о недостаточной информированности людей о собственной наследственности и ее роли в формировании их потомства. Вместе с тем, доля семей, самостоятельно обратившихся в генетико-консультационные центры, порой превышает 50 % от числа лиц, которые посещают эти учреждения. Более того, как свидетельствует известный американский врач Обри Милунски, ему известны пары, которые, получив информацию о 25–50 % вероятности рождения у них больных детей, предпочитали расторгнуть помолвку или брак. Этот факт говорит о возрастающей ответственности людей за свое потомство.

Ваше генеалогическое древо

В эстафете поколений можно быть только эстафетной палочкой.

Лешек Кумор

Изучение истории собственного рода и собирание сведений о своих исторических корнях являются не только признаком культуры. Данные о родственных связях в обществе являются ценными историческими документами независимо от знатности или богатства лица, для которого они составляются. Каждый человек — уникальная личность, его вклад в историю человечества, каким бы он ни был, неповторим. Поэтому, чем глубже конкретные знания об истории семейных «отеческих гробов», тем прочнее в стране исторический фундамент, на котором каждое новое поколение возводит новую часть своей постройки общего здания.

Более того, данные о вашей генеалогии могут дать ценнейшую информацию для врачей, профессионально занимающихся врожденными заболеваниями человека. Вполне вероятно, эти сведения помогут в будущем уберечь вашу семью от возможной трагедии проявления у ваших потомков тех или иных генетически запрограммированных нарушений. Попробуйте составить свое генеалогическое древо! Уверяю вас, не пройдет и ста лет, как эта схема превратится в настоящую семейную реликвию, имеющую помимо чисто исторического интереса большое медицинское значение.

В переводе с греческого genealogia — родословная. Впервые об анализе родословных как о мощном методе изучения генетики человека заговорил в 1865 г. уже упоминавшийся в этой книге английский исследователь Френсис Гальюн. С тех пор в медицине постепенно сложилась своя система представления родословных с помощью особых условных знаков для последующего анализа с целью генетических предсказаний. Эта система несколько отличается от схем, которые составляют специалисты, занимающиеся чисто историческими генеалогическими исследованиями.

В прошлые века возникла традиция изображать родственные связи в пределах рода или большой семьи в виде дерева. У самых корней располагались предки, так сказать «отцы-основатели и матери-основательницы». Не случайно, говоря о происхождении, мы до сих пор употребляем слово «корни»! Выше, на ветвях родословного древа, покоились более близкие предки. Представители последней генерации представлялись при этом в виде «плодов» в вышине кроны. Возможно, такая форма изображения родственных связей и выглядит красиво, но в современной науке генеалогии она уже не используется.

Исторические «древеса» строятся теперь наоборот: вверху располагаются предки, а внизу — их потомки. При этом в процессе исторических раскопок полагается педантично ссылаться на сохранившиеся до наших дней документы. На то история и наука! Если вы чувствуете, что данные о вашем родословном древе явно фрагментарны, недостающие исторические сведения о своих предках можно попытаться поискать в различных архивах. Полезным в этом плане может оказаться двухтомный справочник «Государственные архивы СССР», опубликованный в Москве издательством «Мысль» в 1989 г. С начала XVIII века в России в каждом церковном приходе велись метрические книги, в которых регистрировались дата и место рождения прихожан. Их писали в 2-х экземплярах. Второй регулярно отсылался в духовную консисторию. В наше время эти вторые экземпляры должны храниться в архивах ЗАГСов. Вы можете попытаться самостоятельно добраться до этих документов в процессе своих поисков. В принципе, это возможно.

В деле поиска данных о своей родословной и ее правильного составления вам наверняка помогут следующие книги:

— Онучин А. Н. Твое родословное древо. Пермь, 1992.

— Суслова Е. Н. Поиск архивных документов. Л., 1987.

— Чудакова М. О. Беседы об архивах. М., 1975.

Надо честно признаться, что самостоятельно предпринимать такие поиски нелегко. Вместе с тем, в наше время стали появляться частные фирмы, которые предоставляют свои профессиональные услуги по поиску информации о родственниках заказчика. Однако для составления вашего родословного древа в чисто медицинских целях вполне можно обойтись сведениями, которые можно почерпнуть из рассказов ваших близких. Наверняка вы обладаете информацией о своих родителях, бабушках и дедушках, а с вами это уже три поколения — материал вполне достаточный для того, чтобы с ним мог поработать врач-генетик.

Составление медицинской генеалогии имеет свою специфику. Во-первых, в отличие от генеалогии исторической необходимо регистрировать не только здравствовавших родственников, но и факты выкидышей, абортов, мертворождений, а также отмечать случаи бесплодных браков. Вся эта информация может оказаться очень важной! Во-вторых, для каждого лица, зафиксированного на вашем медицинском генеалогическом древе, необходимо, по возможности, фиксировать либо на отдельном листочке, либо на карточке следующие сведения:

— фамилию, имя и отчество;

— возраст (для умерших год рождения и смерти, для живых — год рождения);

— национальность;

— место жительства;

— профессию;

— адреса родственников;

— хронические болезни (если были);

— причину смерти.

В-третьих, в медицинской генеалогии приняты свои собственные условные знаки, которые обязательно надо использовать. Ниже приводится их список.

Условные знаки, принятые в медицинской генеалогии

1. Лицо женского пола

2. Лицо мужского пола

3. Умершая женского пола

4. Умерший мужского пола

5. Брачный союз

6. Брачный союз между родственниками

7. Развод или раздельное проживание

8. Развод и повторный брак

9. Внебрачная связь

10. Супружеская пара с тремя детьми

11. Семья с детьми от двух разных браков

12. Супружеская пара, не имевшая детей

13. Супружеская пара, не имевшая детей по причинам бесплодия

14. Однояйцовые близнецы женского пола

15. Однояйцовые близнецы мужского пола

16. Разнояйцовые близнецы разного пола

17. Разнояйцовые близнецы мужского пола

18. Разнояйцовые близнецы женского пола

19. Приемная дочь

20. Супружеская пара с приемным ребенком

21. Семья, в которой дочь была рождена с помощью донорской спермы

22. Семья, в которой дочь была выношена суррогатной матерью

23. Семья, в которой дочь была рождена с помощью донорской яйцеклетки, оплодотворенной спермой мужа

24. Выкидыш женского пола

25. Выкидыш мужского пола

26. Прерванная беременность

27. Мертворожденный ребенок женского пола

28. Мертворожденный ребенок мужского пола

29. Мертворожденный ребенок неизвестного пола

30. Носительница патологичного гена

31. Носитель патологичного гена

32. Пробанд-мужчина (для которого составляется родословная)

33. Пробанд-женщина (для которой составляется родословная)

Лица одного поколения, независимо от того, состоят ли они в кровном родстве или нет, располагаются на одной горизонтали. Поколения при этом обозначаются римскими цифрами: I, II, III, IV… Первое поколение — самое старое, последнее — самое молодое. В пределах брачных союзов и среди детей одной пары лица мужского пола располагаются справа, женского — слева. Все лица одного поколения, расположенные в одном ряду нумеруются слева направо арабскими цифрами: 1, 2, 3 и так далее. Ниже приводится типичный пример схемы небольшого медицинского генеалогического древа (рис. 3):

Рис. 3. Пример генеалогического древа

Если в роду встречались несколько заболеваний, которые могут подозреваться как наследственные, лучше составить для каждого из таких недугов свою схему. Для этого достаточно выполнить один оригинал, а потом снять с него несколько ксерокопий. Если вы отмечаете встречавшиеся в семье заболевания своими собственными значками, не забудьте написать внизу листа, что эти символы означают.

Составить медицинское генеалогическое древо проще, чем историческое, поэтому такая работа по плечу всем желающим. Если, по счастью, никаких неприятных наследственных заболеваний, информацию о которых вы можете почерпнуть из данной книги, вы при этом не обнаружите, вас можно только поздравить. Зато наверняка вас приятно удивит сходство некоторых характеров ваших предков с собственным темпераментом. Более того, возможно, вы даже проследите, как в вашем ряду поколений проявляются некоторые увлечения, например, страсть к путешествиям или тяга к коллекционированию. Может, тогда и ваш собственный уклад жизни предстанет для вас в совершенно ином свете — не как результат игры обстоятельств и случая, а как проявление семейных наследственных программ поведения. Помните, как говорил Шерлок Холмс в родовом замке Баскервилей: «Вот так начнешь изучать фамильные родословные и поверишь в переселение душ»!

Диагностика до рождения

Предвидеть — значит управлять.

Блез Паскаль

Исследование вод

Эффективным способом предупреждения появления на свет детей с врожденными аномалиями развития и генетическими болезнями (является так называемая пренатальная диагностика (греч. natans — рождение), то есть анализ, который проводится еще до рождения ребенка в процессе его внутриутробного развития.

Много важной информации о развитии плода можно почерпнуть, исследуя кровь беременной женщины. Например, известно, что в сыворотке крови будущей матери содержится особое вещество — так называемый а-фетопротеин, который вырабатывается печенью. Его концентрация обычно увеличивается, если у эмбриона имеется врожденный дефект развития нервной трубки и брюшной стенки. Нервная трубка — это эмбриональный зачаток большей части будущей нервной системы младенца. Поэтому ясно, что ненормальное развитие этой части зародыша обязательно будет приводить к тяжелейшим порокам развития. Концентрация другого вещества — хорионического гонадотропина — обычно повышается у женщин, которые вынашивают плод с синдромом Дауна. Таким образом, по анализу уже нескольких капель крови будущей матери можно отнести ее в группу риска. Существуют и другие подобные тесты, с помощью которых можно получить информацию о развитии зародыша. Не вызывает сомнения, что в будущем мощность подобных методик будет только возрастать.

Более прямые данные о состоянии хромосом зародыша дает исследование его клеток. Ясно, что делать биопсию плода (то есть получать кусочек его ткани для исследования) напрямую опасно. Это может вызвать последующий аборт. Поэтому исследователи разработали эффективную процедуру, безопасную как для плода, так и для матери. Речь идет об амниоцентезе.

Дело в том, что на самых ранних этапах развития клетки зародыша разделяются на две группы. Из одной впоследствии разовьется будущий новорожденный. Клетки второй группы формируют вокруг него особый тонкостенный мешок — трофобласт (греч. trophe — питание). Полость этого мешка называют амниотической. Она заполнена жидкостью, в которой зародыш до рождения плавает, как знаменитый Ихтиандр. Стенка трофобласта прикрепляется к внутренней стенке матки. Именно в этом месте формируется плацента, через которую зародыш с помощью пуповины получает необходимые ему питательные вещества и кислород.

В процессе начавшихся родов стенка трофобласта разрывается, и амниотическая жидкость вытекает наружу. Это те самые «воды», которые отходят у роженицы. Вслед за появившимся на свет младенцем вскоре из матки выходит и плацента. Самое любопытное, что она состоит из клеток того же зародыша! Более того, в амниотической жидкости на всем протяжении беременности плавают клетки, которые также являются клетками эмбриона. Брать пробы этой жидкости без вреда для матери и зародыша исследователи научились еще в начале 30-х годов XX века. При местном обезболивании они производили иглой шприца прокол брюшной стенки матки, амниотической полости и отсасывали несколько миллилитров амниотической жидкости с плавающими в ней клетками.

Как вы уже знаете, при окрашивании в ядрах всех клеток млекопитающих женского пола под микроскопом удается разглядеть маленькое компактное тельце, которое ученые назвали тельцем Барра. Это не что иное как, как одна из двух X хромосом, которая перестает работать и чрезвычайно уплотняется. Таким образом, при несложном микроскопическом исследовании клеток амниотической жидкости можно было точно указать на пол будущего ребенка. В 1960 г., используя такую методику, врачам удалось определить пол эмбриона у женщины, которая была носительницей сцепленного с полом генетического заболевания. В результате удалось предотвратить рождение ребенка с врожденным генетическим заболеванием.

Описанный метод был всем хорош, но он не позволял исследователям изучить остальные хромосомы зародыша. Как вы помните, они хорошо видны лишь при делении клеток, а делящихся клеток в амниотической жидкости было совсем немного. Ситуация изменилась в шестидесятых годах XX века, когда биологи научились культивировать (выращивать) клетки человека вне организма в специальных стерильных питательных жидкостях. Теперь из клеток амниотической жидкости за 2–3 недели такого «подращивания» можно было получить уже сотни тысяч и миллионы клеток, среди которых постоянно присутствовали и делящиеся. Под микроскопом после окрашивания хромосомы таких клеток были четко видны! Используя такой прием, в 1968 г. в Нью-Йорке Карло Валенти впервые предсказал рождение у женщины ребенка с синдромом Дауна. Он обнаружил в клетках амниотической жидкости плода не 36, а 37 хромосом! Беременность была вовремя прервана по медицинским показаниям, и трагедии удалось избежать.

В настоящее время процедура амниоцентеза является чрезвычайно распространенным и достаточно безопасным методом выявления генетических аномалий плода. Ее обычно проводят параллельно с ультразвуковой диагностикой (УЗД), во время которой на экране монитора возникает изображение внутренних органов обследуемой женщины. Такой контроль позволяет абсолютно точно вводить иглу в амниотическую полость и отслеживать случаи многоплодных беременностей, когда в матке созревают одновременно несколько зародышей (обычно два). К концу XX века в мире число успешно проведенных тестов с помощью амниоцентеза превысило полмиллиона. Операция считается безопасной, хотя все же в 2,5–3 % она может вызвать спонтанный аборт. Учитывая вероятность такого аборта без всякого вмешательства в организм будущей матери, риск при амниоцентезе составляет 1–2 %. В случае серьезных опасений родить ребенка с генетической аномалией такой риск, безусловно, оправдан. Кстати, в случае визуального наблюдения зародыша с помощью светового зонда, вводимого в амниотическую полость через шейку матки (фетоскопия), риск самопроизвольного аборта гораздо выше. Он составляет 7–8 %. Амниоцентез гораздо безопаснее; его рекомендуется проводить на 14–16 неделе беременности.

Существует несколько разновидностей пренатальной диагностики, основанной на изучении клеток плода. Иногда врачи берут пробу крови будущего ребенка из его пуповины (кордоцентез) или исследуют кусочек плаценты.

Характерный пример, показывающий, как с помощью пренатальной диагностики удается предупредить рождение детей с тяжелыми врожденными пороками, приводит в книге «Знайте свои гены» уже упоминавшийся известный американский врач и генетик Обри Милунски. Вот что он пишет по этому поводу: «Восемнадцатилетняя девушка по имени Джоан, забеременев от своего жениха, пришла на медико-генетическую консультацию, когда срок беременности насчитывал 16 недель. Причина, по которой она решила проконсультироваться, — болезнь Дауна у ее сестры, и она беспокоилась, что ее ребенок мог унаследовать эту болезнь. Но какой формой болезни Дауна больна сестра: редкой наследуемой (транслокация) или обычной, ненаследуемой (регулярная трисомия) — было неизвестно. Поскольку для носителей наследуемой формы существует весьма значительный риск передать ее ребенку, тотчас же были проведены амниоцентез и пренатальное исследование.

Результат, полученный через две недели, показал, что плод Джоан поражен наследуемой формой болезни Дауна. Будущая мать и ее жених приняли решение прервать беременность. Аборт был сделан немедленно; как и предполагалось, плод оказался пораженным болезнью. Исследование крови Джоан на хромосомы, проведенное до аборта, показало, что она является носителем транслокации. Позднее мы убедились, что ее мать также является носителем транслокации, а сестра поражена наследуемой формой болезни Дауна.

Менее чем через год Джоан, теперь уже замужняя женщина, вновь заявила о своем желании провести пренатальное исследование — на сей раз после трех месяцев беременности. В рекомендуемое для этого время (14–16 недель беременности) был проведен амниоцентез. Нам удалось показать, что у второго плода (мальчик) хромосомы были в норме.

Однако в тот день, когда был получен положительный ответ, Джоан заявила, что на сроке около трех месяцев беременности она переболела чем-то вроде классической коревой краснухи. Проведенное тотчас же исследование крови показало, что Джоан действительно была инфицирована. Поэтому был проведен вторичный амниоцентез, между 21-й и 22-й неделями беременности, и мы обнаружили в клетках амниотической жидкости вирус коревой краснухи. Супруги решили прервать и эту беременность. Исследование плода после аборта подтвердило пренатальный диагноз — плод был заражен вирусом коревой краснухи. А как мы уже говорили, у детей, зараженных краснухой внутриутробно, могут развиться тяжелые врожденные дефекты, включая умственную отсталость, катаракту, пороки сердца, карликовость и глухоту.

Третья беременность Джоан, которую она также проконтролировала с помощью амниоцентеза, протекала без осложнений, и в результате на свет появилась здоровая девочка с нормальным набором хромосом».

В начале XXI века с помощью пренатальной диагностики можно идентифицировать такие врожденные заболевания как гемофилия, мышечная дистрофия Дюшена, миотоническая дистрофия, кистозный фиброз, бета-талассемия, серповидно-клеточная анемия, резус-несовместимость, болезнь Тея-Сакса, синдром Марфана, гиперплазия надпочечников и некоторые врожденные онкологические заболевания. Не вызывает сомнения, что в будущем этот список значительно расширится.

Анализ одной клетки

Еще одним перспективным приемом анализа хромосом и даже отдельных генов будущего ребенка является так называемая преимплантационная диагностика при экстракорпоральном оплодотворении. Речь идет о случаях, когда врачи проводят оплодотворение яйцеклетки сперматозоидами вне тела матери. Такой способ обычно применяют, борясь с бесплодием некоторых супружеских пар. В этом случае готовую к оплодотворению яйцеклетку аккуратно извлекают из яичника с помощью специальной методики. Когда оплодотворенная яйцеклетка начинает делиться, ее вводят в матку женщины. Пока эффективность такой процедуры невелика. В лучшем случае процент успеха составляет 10–20 % от числа всех пройденных подобных операций. Однако со временем этот процент, безусловно, будет расти.

Перед введением зародыша в матку одну из его клеток можно осторожно отделить от остальных. Вот такую-то одиночную клетку и можно использовать для диагностики с помощью самых современных методов молекулярной биологии. Они позволяют искать и находить отдельные гены! На первый взгляд, обнаружить специфический кусочек измененной ДНК (с мутантным геном) в одной клетке так же трудно, как найти листик с шифровкой о диверсионных действиях, засунутый между страниц многотомного издания, хранящеюся в обширной библиотеке. И, тем не менее, такой способ поиска существует. Он основан на уникальности фрагментов ДНК. Достаточно сказать, что отрезок ДНК длиной всего в 15 букв-нуклеотидов может быть представлен миллиардом вариантов! Именно благодаря такому подавляющему разнообразию любой уникальный отрезок ДНК можно опознать по его небольшому фрагменту. Представьте себе, что вам в руки попался маленький клочок бумаги с единственной строчкой «Мой дядя самых честных правил…» Совершенно очевидно, что это кусок романа А. С. Пушкина «Евгений Онегин» и к творчеству Ф. М. Достоевского он отношения не имеет.

Не вдаваясь в методические тонкости, достаточно упомянуть, что методы современной молекулярной биологии позволяют, имея на руках (в пробирке) небольшой кусок уникальной последовательности нуклеотидов, Найти в растворе его комплементарную половинку (ДНК — двойная спираль). Если такая половинка существует, в пробирке с нужными реактивами запускается каскад реакций, и искомый отрезок ДНК будет скопирован тысячи раз. Обнаружить такие отрезки в образце далее уже не составляет особого труда.

Такая методика «вылавливания» отдельных кусочков ДНК из пробы получила название полимеразной цепной реакции (ПЦР). Чувствительность этого метода поиска ДНК потрясает воображение. С его помощью удается, например, обнаружить в ста миллилитрах крови один-единственный лимфоцит, зараженный вирусом СПИДа. Таким же образом можно «выудить» измененный ген из одной клетки, взятой от 8-ми клеточного зародыша. Правда, необходимо учитывать, что процедура проведения ПЦР требует дорогих реактивов. Ее можно проводить только в стенах хорошо оснащенной биологической лаборатории.

Кстати, методы манипулирования с оплодотворенной яйцеклеткой позволяют, в принципе, заняться и процедурой пренатальной генной коррекции, когда четко известно, что у будущего зародыша определенный ген будет мутантным. В теории эта процедура выглядит следующим образом. Оплодотворение выделенной из тела будущей матери яйцеклетки происходит вне организма. В результате нескольких делений образуется группа клеток будущего зародыша. В них тем или иным способом вводят нормальный ген. Определив, в какие именно клетки он успешно внедрился, отбирают одну подобную «прооперированную» клетку и вводят ее в матку женщины, предварительно соответствующим образом гормонально подготовленную для успешного проведения подобной процедуры. В результате на свет должен появиться ребенок, все клетки которого будут нести копию нормального гена, отсутствовавшего у его родителей.

Непростые вопросы

Возможности пренатальной диагностики предоставляют родителям свободу выбора: брать ли на себя ответственность появления на свет ребенка с тяжелой наследственной патологией или прибегнуть к своевременному аборту. Главный принцип пренатальной диагностики состоит в том, чтобы предоставить супружеским парам с повышенным риском рождения ребенка с генетическим дефектом избирательно иметь непораженных детей. Вероятность того, что обследованный до рождения плод окажется дефектным и степень его патологии будут ясно указывать на развитие умственной отсталости или другого тяжелого порока развития, относительно невелика. Лишь в нескольких процентах случаев ситуация, по сути, не оставляет родителям выбора.

Некоторые пары по тем или иным соображениям (религиозным, финансовым или психологическим) не хотят получать информацию о состоянии здоровья их будущего ребенка, полагаясь на волю случая. В такой ситуации уместно напомнить, что появляющийся на свет младенец тоже имеет свои права, которые были, к примеру, даже зафиксированы Верховным судом штата Род-Айленд (США): «Любой ребенок имеет законное право начать жизнь в здравом уме и со здоровым телом». Более того, в судебной практике США были случаи подачи исков за «испорченную жизнь» от имени родителей детей с врожденными патологиями.

Весьма показательный подобный случай приводит в своей книге «Знайте свои гены» Обри Милунски. Вот что он пишет: «…дело было представлено на решение Верховного суда штата Нью-Джерси. Мать под присягой утверждала, что рассказала врачам о том, что на сроке беременности в два месяца переболела коревой краснухой. Она, ее супруг и их ребенок предъявили врачам иск за небрежность на том основании, что они не предупредили женщину о возможном появлении на свет ребенка с врожденными уродствами и тем самым помешали ей сделать аборт. Ребенок действительно родился с тяжелыми дефектами зрения, слуха и речи… Таким образом, в этом случае жалоба на врача, по сути дела, есть не что иное, как иск за „испорченную жизнь“».

Почему бы не представить себе ситуацию, когда подросший ребенок, родившийся с тяжелым врожденным дефектом, подает в суд на своих родителей за то, что они не проконтролировали вовремя сложившуюся ситуацию еще на стадии беременности? Правда, «своевременный контроль» означал бы в данном случае, что ребенок-истец вообще не появился бы на свет. Родителям, которые стремятся избежать подобных ситуаций, приходится решать непростой вопрос. Что лучше: жизнь ребенка с тяжелым пороком или лишение его права появиться на свет? И что означает на практике осуществление права ребенка «…начать жизнь в здравом уме и со здоровым телом». Значит ли это, что мы должны лишать жизни эмбрионы, которые не могут в силу врожденных аномалий развиться в полноценных здоровых детей?

Это непростые вопросы, которые к тому же порождают массу других сомнений. Где, например, проходит граница, отделяющая несовместимую с нормальной жизнью патологию от врожденного заболевания, которое поддается терапевтическому воздействию? Кто до рождения и возмужания ребенка может решить за него, стоит ли ему жить с тяжелыми пороками развития? Врачи? Родители? Когда, наконец, возникает жизнь нового человека? Когда наступает тот момент, после которого аборт безоговорочно можно считать убийством? В нашей стране плод считается потенциально жизнеспособным после 28 недель беременности (при весе не менее 1 кг и росте не менее 35 см). Однако постоянный прогресс медицины позволяет выживать младенцам, рожденным и на более ранних сроках. Когда плод становится индивидуальностью? В момент зачатия или только после имплантации в стенку матки? Быть может, решающим моментом является начало сердцебиения или электрической активности клеток мозга?

Однозначных ответов на эти непростые вопросы не существует до сих пор, и вряд ли они будут быстро найдены. Их приходится самостоятельно искать каждой супружеской паре, попавшей в трудную ситуацию выбора, связанного с решением судьбы их будущего ребенка. Важно лишь, чтобы супруги обладали необходимым объемом информации для принятия ответственных решений. Развитие пренатальной диагностики способно предоставить им такие сведения.

Словарь использованных терминов

Аберрация хромосомная — изменение структуры хромосомы, возникающее в результате утраты, дупликации, изменения положения ее участка или вставки части другой хромосомы.

Австралопитеки — вымершие человекообразные обезьяны, обитавшие в Африке несколько миллионов лет назад и рассматривающиеся как непосредственные предки древнейших людей.

Аденин — одно из четырех азотистых оснований ДНК.

Азотистые основания — структурные элементы ДНК, с помощью последовательности которых записана информация о белках.

Актин — наряду с миозином основной белок мышц.

Аллельные гены — варианты одного гена, которые находятся на одних и тех же участках гомологичных хромосом.

Амилоидные бляшки — скопление атипичных белков в мозге людей с болезнью Крейцфельда-Якоба.

Аминокислоты — органические кислоты, из которых строятся молекулы белков.

Амниотическая полость — полость, стенки которой образованы оболочкой развивающегося зародыша.

Амниоцентез — взятие пробы амниотической жидкости для исследований.

Анабиоз — состояние организма, при которой все жизненные процессы замедлены.

Андрогены — мужские половые гормоны позвоночных животных и человека.

Аномалии хромосом — изменения хромосом, возникающие в результате утраты, дупликации, или изменения положения их участков.

Антиген — вещество, которое воспринимается иммунной системой как чужеродное.

Антимюллеровский гормон — гормон, угнетающий у эмбрионов развитие мюллеровых каналов, из которых у особей женского пола происходит развитие яйцоводов и в зачатков матки.

Антиоксиданты — вещества, препятствующие окислению органических веществ.

Антитело — белок, способный специфически связываться с антигеном.

Апоптоз — запрограммированная гибель клеток в ответ на стрессовые воздействия.

Аутоантитело — антитело к собственным молекулам организма.

Аутоиммунный процесс — процесс развития иммунной реакции на собственные молекулы организма.

Аутосома — неполовая хромосома.

Ацетилхолин — нейромедиатор, вещество, влияющее на прохождение электрических сигналов по цепи нервных клеток.

Белок — полимерная молекула, состоящая из остатков аминокислот.

Бензпирен — вещество, способное под воздействие ферментов печени превращается в мутаген.

Биопсия — прижизненное исследование тканей для диагностики.

Вазоконстрикция — местное сокращение кровеносных сосудов.

Вирус Энштейна-Барра — вирус, вызывающий у человека образование злокачественных опухолей.

Вольфов канал — парный проток у зародыша, из которого у мужчин образуется семявыносящий канал.

Гамета — половая клетка.

ГАМК — гамма-аминомасляная кислота, нейромедиатор, вещество, влияющее на прохождение электрических сигналов по цепи нервных клеток.

Ганцикловир — вещество, способное при помощи фермента тимидинкиназы поражать некоторые делящиеся раковые клетки человека.

Гаплоидный набор хромосом — одинарный набор хромосом.

Гемоглобин — белок крови, способный связывать молекулярный кислород.

Ген — участок ДНК, на котором записана информация о последовательности аминокислот в одном белке.

Генеалогия — научная дисциплина, изучающая родословные.

Генная терапия — введение ДНК в клетки для исправления различных врожденных дефектов.

Генотип — 1) вся генетическая информация организма. 2) информация о конкретных генах организма.

Генотропин — синтетический гормон роста.

Гермафродит — животное или человек с признаками мужского и женского пола.

Гетерозигота клетка или организм, содержащие две отличающиеся копии гена на конкретном участке гомологичных хромосом.

Гинекомастия — увеличение молочных желез у мужчин.

Гликопротеин — сложные белки, содержащие углеводы.

Гомозигота — клетка или организм, содержащие две одинаковые копии гена на конкретном участке гомологичных хромосом.

Гомологичные хромосомы — хромосомы с одинаковым набором генов.

Гуанин — одно из четырех азотистых основании ДНК.

Дактилоскопия — изучение узоров пиний кожи.

Дальтоник — человек с врожденным отклонением восприятия цветов.

Деления — потеря участка ДНК или хромосомы.

Дерма — соединительная часть кожи, расположенная ниже эпидермиса.

Дерматоглифика — синоним дактилоскопии.

Диплоидный набор хромосом — двойной набор хромосом.

Дистрофии дефектный белок, причина развития мышечной дистрофии.

Дихромат — человек, колбочки сетчатки которого не реагируют либо на зеленый, либо на красный свет.

ДНК — дезоксирибонуклеиновая кислота; сложная полимерная молекула, содержащая информацию о последовательности аминокислот в белках.

Дупликация — удвоение участка ДНК или хромосомы.

Евгеника — учение о наследственном здоровье человека.

Иммуноглобулин — выделяемый лимфоцитами белок, способный специфически связываться с антигенам.

Инверсия — изменение ориентации участка ДНК или хромосомы.

Инсерция — вставка участка ДНК или хромосомы.

Инсулин — белковый гормон, регулирующий захват клетками глюкозы.

Интрон — участок ДНК, не несущий информацию о белках.

Интерлейкин — вещество, стимулирующее активность клеток иммунной системы.

Каллус — группа растительных неспециализированных клеток.

Канцерогенез — процесс возникновения и развития опухоли.

Канцерогенные вещества — вещества, способные вызвать процесс возникновения опухолей.

Кератин — белок, входящий в состав кожи, волос, ногтей, когтей, рогов и перьев.

Карцинома — разновидность рака кожи.

Кератиноцит — стволовая клетка кожи.

Кишечная палочка — симбиотическая бактерия человека, обитающая в его кишечнике.

Клетки киллеры — клетки иммунной системы, способные убивать раковые клетки или клетки, несущие чужеродные антигены.

Клон — потомство одной клетки или организма, полученное с помощью бесполого размножения.

Коллаген — один из главных белков соединительной ткани.

Конформация — пространственная организация белка.

Кордоцентез — исследование пробы крови, взятой из пуповины зародыша.

Кортикостероиды — гормоны, вырабатывающиеся корковым слоем надпочечников.

Креатинкиназа — один из ферментов, повышенное содержание которого может указывать на развитие мышечной дистрофии.

Криоконсервация — длительное прижизненное сохранение образцов клеток, тканей и микроорганизмов при низких температурах.

Криопротекторы — соединения, препятствующие образованию кристаллов льда при замораживании клеток или организмов.

Крипторхизм — отсутствие в мошонке одного или обоих яичек.

Кроссинговер — обмен участками между гомологичными хромосомами в процессе редукционного деления клеток.

Леватор — мышца, приподнимающая веко.

Лейкемия — рак крови.

Лиофилизированный концентрат — осадок, образующийся при удалении воды из растворов, содержащих различные соединения.

Липопротеины низкой плотности — мембранные шарики для транспортировки в крови жирорастворимых веществ.

Липосома — мембранная капсула, способная переносить в водной среде нерастворимые в воде соединения.

Липостатик — вещество, снижающее уровень холестерина в крови.

Маскулинизация — развитие у женской особи мужских вторичных половых признаков.

Мейоз — редукционное деление, в результате которого число хромосом в дочерних клетках уменьшается вдвое.

Меланома — разновидность рака кожи.

Меланоцит — клетка кожи, вырабатывающая пигмент меланин.

Метастаз — вторичная опухоль, возникающая из отдельных клеток, отделившихся от материнской опухоли.

Метилтестостерон — аналог мужского гормона тестостерона.

Миозин — наряду с актином основной мышечный белок.

Миофибрилла — структурная единица мышечного волокна.

Митоз — деление клетки, при котором число хромосом в дочерних клетках не изменяется.

Моносахарид — молекула сахара, состоящая из одного пяти- или шестиуглеродного кольца.

Моносомия — недостача одной хромосомы из их диплоидного набора.

Мочевая кислота, — основной конечный продукт распада пуринов.

Мутаген — химическое вещество, способное вызывать мутации.

Мутация — наследуемое изменение в ДНК.

Мюллеров канал — один из двух парных зачатков женской половой системы у млекопитающих.

Нейромедиатор — вещество, влияющее на передачу электрических сигналов между нервными клетками.

Нейрон — нервная клетка.

Нитрозамины — сильные мутагены.

Норма реакции — границы изменчивости особей с одинаковым генотипом в разных условиях.

Нуклеотид — основной структурный элемент ДНК.

Однояйцовые близнецы — близнецы, развившиеся из одной оплодотворенной яйцеклетки.

Онкоген — ген, мутация в котором чаще всего делает клетку раковой.

Онкогенные клетки — клетки, являющиеся родоначальниками развития опухоли.

Онкология — наука, изучающая раковые опухоли.

Остеобласты — клетки кости, за счет которых происходит ее рост.

Остеокласты — клетки кости, за счет которых происходит ее разрушение.

Остеоциты — главные клетки костной системы.

Островки Лангерганса я группы клеток поджелудочной железы, выделяющие гормон инсулин.

Папиллярные линии — кожные валики на ладонях, ступнях и пальцах, образующие характерные рисунки.

Партеногенез — «девственное» размножение, происходящее без оплодотворения яйцеклетки сперматозоидом.

Пенетрантность — частота проявления заболевания, которое определяется наличием мутантного гена у гетерозигот.

Пентосомия — наличие в клетке пяти гомологичных хромосом.

Плазмида — способные к удвоению не связанные с хромосомами короткие молекулы ДНК.

Плацента — орган, осуществляющий у млекопитающих животных связь матери с плодом во время внутриутробного развития.

Полиплоидный набор хромосом — число гаплоидных наборов хромосом больше двух.

Полисахарид — полимерные углеводы, состоящие из моносахаров.

Половые хромосомы — хромосомы, определяющие пол.

Преимплантационная диагностика Hr диагностика до помещения оплодотворенной яйцеклетки или зародыша в матку.

Пренатальная диагностика — диагностика в период внутриутробного развития.

Прион — аномальный белок, вызывающий у человека болезнь Крейцфельда-Якоба.

Протромбин — белок, предшественник тромбина.

Протромбиназа — белок, стимулирующий действие протромбина.

ПЦР — полимеразная цепная реакция — метод, позволяющий многократно увеличивать число копий определенного участка ДНК.

Разнояйцовые близнецы — близнецы, образовавшиеся из двух независимо оплодотворенных яйцеклеток.

Резус-фактор — белок крови плода, способный вызывать образование на него антител у матери.

Репарация — процесс восстановления структур и функций.

Репликативное старение — старение, причиной которого является неспособность клеток к делению.

Родопсин — зрительный пигмент сетчатки животных и человека.

Сексизм — дискриминация по половому признаку.

Серотонин — гормон, нейромедиатор.

Соматическая клетка — не половая клетка.

Соматические хромосомы — все хромосомы помимо половых.

Соматомедины — биологически активные вещества печени, стимулирующие в клетках синтез белка.

Соматостатин — гормон, контролирующий выделение соматотропина.

Соматотропин — гормон роста.

Стволовая клетка — клетка, в результате деления которой возникают специализированные клетки.

Талидомид — вещество, вызывающее пороки развития эмбрионов человека. По ошибке недолго применялся в США как медицинский препарат.

Тельце Барра — половой хроматин, компактная X хромосома.

Теломераза — фермент, достраивающий кончики хромосом при делении клеток.

Теломеры — концевые участки хромосом.

Теобромин — стимулирующее вещество чая.

Тестостерон — главный мужской половой гормон позвоночных животных и человека.

Тетраилоид — организм, в клетках которого содержится два двойных набора хромосом.

Тетрасомия — наличие в клетке четырех гомологичных хромосом.

Тимин — одно из четырех азотистых оснований ДНК.

Тирозиназа — фермент, контролирующий превращение аминокислоты фенилаланина в пигмент меланин.

Транслокация — изменение положения участка хромосомы.

Трисомия — наличие в клетке трех гомологичных хромосом.

Триплоид — организм, в клетках которого содержится тройной набор хромосом.

Тромб — кровяной сгусток в кровеносном сосуде или в сердце.

Тромбин — белок, под воздействием которого в процессе образования тромба фибриноген превращается в фибрин.

Тромбогенез — процесс возникновения тромбов.

Точковая (точечная) мутация — изменение одного из оснований ДНК.

Трофобласт — наружный клеточный слой зародыша, возникающий на ранних стадиях развития, участвует в питании зародыша.

Тофус — уплотнение подкожной ткани.

УЗД ультразвуковая диагностика, исследование внутренних органов и зародыша с помощью ультразвука.

Ураты — соли мочевой кислоты.

Уриказа — фермент, разлагающий мочевую кислоту.

Фактор Коллера — вещество, принимающее участие в процессе свертывания крови.

Фактор Розенталя — вещество, принимающее участие в процессе свертывания крови.

Фактор Хагемана — вещество, принимающее участие в процессе свертывания крови.

Феминизация — развитие у мужской особи женских вторичных половых признаков.

Фенилаланин — одна из 20 аминокислот.

Фенотип — признаки, которые являются результатом работы генов.

Фермент — белок, биологический катализатор.

Фибрин — белок, за счет переплетения нитей которого образуется тромб.

Фибриноген — белок, при полимеризации которого образуются фибриновые нити тромба.

Фибринолизин — белок, разрушающий тромбы.

Фибробласт — клетка соединительной ткани.

Фолликул — пузырек, в котором в яичнике созревает яйцеклетка.

Холестерин — важнейший ненасыщенный спирт из класса стероидов.

Хромосома — компактная форма упаковки нити ДНК.

Х-хромосома — половая хромосома, определяющая у млекопитающих при отсутствии Y хромосомы развитие по женскому пути.

Число Хайфлика — максимальное число делений, которые способна осуществить клетка многоклеточного организма.

Цитозин — одно из четырех азотистых оснований ДНК.

Эвтаназия — безболезненное лишение жизни безнадежно больных по их просьбе.

Экзон — участок ДНК, кодирующий белок или его часть.

Эмбриогенез — процесс развития зародыша от зачатия до рождения.

Эндотелий — клеточная выстилка внутренних стенок кровеносных сосудов.

Эпидермис — наружный слой кожи.

Эпифизарный хрящ — зона роста трубчатых костей.

Эстрадиол — один из главных женских половых гормонов.

Эстрогены — женские половые гормоны.

Y-хромосома — половая хромосома, определяющая у млекопитающих развитие по мужскому пути.

Content

Сергей Юрьевич Афонькин
Секреты наследственности человека

Введение

Клетки, белки и гены

Хромосомы

Катушка ниток

Хромосомная колода карт

Хромосомы и пол

Гены сексуальности

Выбор пола по желанию

Нарушения определения пола

Синдром Шершевского — Тернера

Добавочные X хромосомы

Синдром Клайнфельтера

Хромосома агрессивности

Тестикулярная феминизация Секрет жаворонка Франции

Адреногенитальный синдром

Почему мы не гермафродиты?

Преимущества гермафродитов

Противоречивые задачи

Плата за донжуанство

Ответ на стресс

Прогрессивные уроды

Консерваторы и оперативники

Возможно ли непорочное зачатие? (кое-что о сомнении и чуде)

Повреждения хромосом

Лишние аутосомы

Синдром Дауна

Синдромы Патау и Эдвардса

Синдром кошачьего крика

Как наследуются генетические нарушения?

Доминантные и рецессивные гены

Доминантный тип наследования

Рецессивный тип наследования

Наследование, сцепленное с полом

Люди-мозаики

Врожденные заболевания органов и тканей

Костная и мышечная системы

Гиганты и карлики

Гормон роста

Коварный белок

Черный рынок гормонов

Шестипалость и косолапость

Волчья пасть и заячья губа

Синдром Марфана Секреты Андерсена, Паганини и Чуковского

Мышечные дистрофии

Кровеносная система

Уникальная комбинация

Зачем это надо?

Кто отец ребенка?

Резус-фактор

Гемофилия

Мудрость Талмуда

Ген кровоточивости

Фибриновая пробка

Избыточная сложность

Гены гемофилии

Кожа

Ихтиозы, кератозы и бородавки

Псориаз

Альбинизм и другие нарушения пигментации

Родинки

Папиллярные линии

Органы зрения

Изменения век, слезных путей и роговицы

Катаракта, глаукома и дефекты радужной оболочки

Близорукость, астигматизм и косоглазие

Дефекты сетчатки и цветовая слепота

Обмен веществ

Гиперхолистеринемия

Диабет

Гены гениальности

Свидетельство близнецов

Исследование британского гения

Капкан для ног

Ночь проходит в пытке

Мочевая кислота стимулирует

Сотни знаменитостей

Гениальные кучки

Гигантский потенциал

Гены старения

Смертность не изначальна

Бессмертные клетки

Опыты Хайфлика

Болезни быстрого старения

Блестящее предсказание

Теломераза

Мечта о бессмертии

Откуда берется генетическое разнообразие?

Блочное строительство

Гены-непоседы

Зубы в глотке?

Блоки поведения

Левши и правши

Загадка полушарий

Взаимное подтягивание

Отработал — передай!

Психические расстройства

Маниакально-депрессивный психоз

Эпилепсия и эпилептоидность

Генная терапия

Причины — в генах

Умелые помощники

Липоплексы Фелгнера

Голая ДНК

Приоритетные направления

Евгеника будущего

Инвентаризация генов человека

Спрятавшиеся фразы

Завещание сумасшедшего миллиардера

Деньги и нуклеотиды

Генные авгуры

Починка ДНК

Вредоносный свет

Ремонтный набор

Ложка дегтя и SOS-репарация

Ксеродерма

Трихотиодистрофия и другие нарушения

Коварные соблазны евгенизма

Темная сторона отбора

Размножение интеллектуальной аристократии

Запах газовой камеры

Как избежать генетической дискриминации?

Как сохранить свои гены?

Криоконсервирование

Коварные кристаллы

Ледяные протекторы

За все надо платить

Клонирование людей

Бомба Долли

Проблема тотипотентности

Клонирование лягушек

Скандал с мышами

Химерные кролики

Двое шустрых ягнят

Технология клонирования

Сотни гитлеров

Кто же родитель?

Медико-генетическое консультирование

Ваше генеалогическое древо

Диагностика до рождения

Исследование вод

Анализ одной клетки

Непростые вопросы

Словарь использованных терминов