Книга: Властелин ДНК. Как гены меняют нашу жизнь, а наша жизнь – гены

Глава 4 Используй или отбрось Как сплетение жизненных обстоятельств и генов строит и ломает нам кости

Глава 4

Используй или отбрось

Как сплетение жизненных обстоятельств и генов строит и ломает нам кости

Что общего у врачей и наркоторговцев? Пожалуй, то, что только они до сих пор пользуются пейджерами. И каждый раз, когда я достаю свой в ресторане или у входа в театр, мне любопытно, что в этот момент обо мне думают окружающие?

Совсем недавно мой пейджер запищал, когда я утром стоял в очереди в «Старбаксе» в суетливом фойе больницы. Я уже почти был у цели и лишь один неторопливый посетитель отделял меня от вожделенного напитка.

И вот, пока он выбирал, сколько и чего ему купить, я вышел из очереди. Сообщение пришло от врача из команды педиатров, которая сейчас занималась пациенткой со множественными переломами. Меня как врача-генетика просили срочно проконсультировать эту девочку. Встреча была назначена через 15 минут. Я записал номер палаты на салфетку и встал обратно в очередь, которая за это время, как всегда бывает, заметно выросла.

Ну что ж, не так уж и плохо. Несколько лишних минут ожидания дадут мне возможность собраться с мыслями. Я начал мысленно перебирать вероятные причины повышенной ломкости костей. И в моей голове постепенно выстроился алгоритм, по которому я уточню диагноз больной девочки.

Мы все неплохо знакомы с устройством человеческого скелета. Вид человеческих костей привычен по маскарадным костюмам и фантастическому кино, наподобие «Пиратов Карибского моря». И даже если вы и не можете назвать ни одну из 206 костей человеческого скелета, набросать его общий план вам наверняка под силу. Поэтому на примере костей поговорим о том, как наше тело отвечает на разные жизненные потребности.

Как и большинство систем органов, скелет работает по общей для биологии схеме: используй или отбрось. В ответ на то, чем мы занимаемся, гены запускают процессы, благодаря которым наши кости становятся прочными и крепкими, или же, наоборот, пористыми и хрупкими, как мел. Это еще один пример того, как наша жизнь влияет на работу наших генов.

Однако не каждому достается полноценная генетическая инструкция по сборке всех типов костей. Похоже, с девочкой, к которой меня позвали, как раз такое и случилось. Взяв, наконец, долгожданный стакан чая, я поднялся на седьмой этаж и постучал в палату. На кроватке в больничной пижамке лежала крохотная черноволосая девочка. Ее звали Грейс, и было ей всего три года.

Лоб Грейс был покрыт испариной. Скорее всего, из?за того, что переломы причиняли ей сильную боль. Отметив про себя этот факт, я приступил к осмотру по привычной схеме, которую обычно использую в своей работе.

И очень скоро мое внимание привлекла одна особенность Грейс.

Ее глаза.

Лиз и Дэвид не могли иметь своих детей. И довольно долго это их вполне устраивало.

Лиз была художником, а Дэвид финансистом, у него была своя собственная компания. Супруги были вполне счастливы, получая удовольствие и от работы, и от общения друг с другом. Во время отпуска они путешествовали по миру, а приезжая домой, наслаждались покоем и достатком.

Детей у них не было, но они видели, с какими трудностями сталкивались их друзья, у которых росли дочери и сыновья. Каждый день приходилось решать, кто, кого, куда и когда должен отвезти на неделе. Школьное расписание. Родительские собрания, музыкальная школа, спортивные секции, летние лагеря. Бессонные ночи и подъемы рано утром. Казалось бы, ничего хорошего.

Но с другой же стороны, дети – это так здорово! Дети приносят в дом любовь, делают жизнь интереснее и веселее. И вот однажды, безо всяких к тому предпосылок, все в жизни Лиз и Дэвида переменилось.

Всюду в мире есть дети, которым очень нужны приемные родители. Особенно печальна статистика смертности девочек-сирот из Китая. И как только Лиз познакомилась с этой статистикой, она сразу приняла решение.

В 1979 году Китай, страна с самым большим населением в мире, установила новую демографическую политику: одна семья – один ребенок. Численность китайцев уже достигла почти миллиарда, но многие из них не имели нормальной крыши над головой, работы и еды. Чиновники от медицины запустили программу контроля рождаемости, а когда эта программа дала сбои, нормой жизни стали аборты[12]. Тем, у кого рождался второй или даже третий ребенок, часто не оставалось ничего, кроме как подбросить новорожденное дитя к ступеням государственного приюта для сирот. Однако горе для одной семьи может принести радость в другую. Китайская система создала избыток сирот, в особенности девочек. Их было куда больше, чем могли усыновить бездетные пары в самом Китае. Так, за 5 лет государственного контроля рождаемости страна, которая раньше чрезвычайно редко расставалась со своими сиротами, оказалась среди первых по числу детей, усыновляемых иностранцами.

К 2000 году Китай больше всех в мире отправлял своих сирот в семьи США и Канады. И даже несмотря на спад, наблюдаемый в последние годы, именно в Китае граждане Северной Америки в основном находят сегодня приемных детей.

Лиз и Дэвид понимали, что выбранный ими путь будет далеко не прост. Часто процесс усыновления сопряжен с коррупцией. И даже если все идет по закону, с момента, когда будущие родители начинают взаимодействовать с агентством, до момента, когда они привезут приемного ребенка к себе домой, порой проходят годы. Правда, когда пара готова взять ребенка с какими-либо проблемами со здоровьем (которые легко устраняются с помощью современной медицины), шестеренки бюрократической машины вертятся заметно быстрее.

К примеру – врожденная дисплазия тазобедренного сустава. Довольно часто дети рождаются с предрасположенностью к вывиху бедра. В развитых странах обычно удается все полностью вылечить еще в первые годы жизни ребенка. Однако, если вовремя не захватить болезнь, такие вывихи могут привести к весьма серьезным последствиям. И, как сказали Лиз и Дэвиду, именно в этом и состояли проблемы Грейс.

Но болезнь ребенка их не остановила. Они полюбили девочку сразу, как только увидели ее фотографию. И сразу поняли, что никакой другой ребенок им не нужен. Консультация с педиатром убедила их, что болезнь Грейс, скорее всего, легко вылечить, как только девочка окажется в США, и будущие приемные родители начали собирать документы.

Организация лечения казалась совсем небольшой платой за возможность стать родителями чудесного ребенка. И вот Лиз и Дэвид уже начали готовить свой дом к приезду девочки и забронировали билеты в Китай.

Они не так уж много знали о своей будущей дочери. Только то, что Грейс оставили на пороге приюта год назад и ей, по всей видимости, около двух лет. И что она не очень здорова. Вот и все, что было им известно о девочке.

Но когда Лиз и Дэвид приехали в город Куньмин на юго-западе Китая, чтобы забрать свою дочь, они поняли, что знают очень мало.

Они знали, что увидят Грейс в гипсе, закрывающем таз и фиксирующем ее ножки под углом примерно в 90°. Но гипс был больше, а сама девочка меньше, чем они ожидали. Казалось, что крошку, едва весящую 5 килограммов, заглотило чудище из бинтов и раствора.

И все же, полагаясь на слова врача, Лиз и Дэвид были уверены, что они быстро справятся с болезнью девочки. Увидев, что состояние девочки вовсе не пугает ее приемных родителей, работница сиротского приюта очень обрадовалась. По ее словам, новых родителей Грейс послала судьба. И воспитательница даже не понимала, насколько она была права.

Через несколько дней после прилета в США Грейс привезли к педиатру. После быстрого осмотра ей сняли гипс и назначили курс процедур, чтобы вылечить дисплазию раз и навсегда.

Как оказалось, под гипсом скрывались необычайно тощие ножки. Не успело пройти и дня, а Грейс уже сломала левую бедренную кость и правую большую берцовую.

Все решили, что гипсовая повязка вместо того, чтобы лечить дисплазию тазобедренного сустава, ухудшила ее и так незавидное положение. Кости от долгого отсутствия нагрузки истончились и стали хрупкими, как стекло. Но гипс пришлось наложить вновь.

Через несколько месяцев, когда гипс снова сняли, Лиз и Грейс были в спортивном магазине. Они выбирали байдарку для похода, запланированного на лето. Грейс сидела на руках матери и повернулась, чтобы повнимательнее посмотреть на приглянувшуюся ей розовую лодку.

Грейс закричала. А Лиз содрогнулась. Как она потом рассказала мне, звук, который она услышала, был громче ружейного выстрела. В считанные минуты взволнованная мать и ее плачущее дитя оказались опять в больнице.

У Грейс снова были переломаны кости ног.

Еще до того, как я услышал эту историю от родителей девочки, мне стало ясно, что дело тут далеко не только во врожденной дисплазии тазобедренного сустава.

Ответ я прочел в ее глазах. Глаза человека отличаются от глаз зверей. В них хорошо видна склера – так называемые белки глаз. У большинства других млекопитающих склера срыта за складками век и никогда не видна. Для дисморфологов это дополнительная возможность понимать, что происходит с их пациентами на генетическом уровне.

У Грейс склера была не белой, а светло-голубой. И вкупе с переломами этот факт говорил о том, что с большой вероятностью у нее один из типов несовершенного остеогенеза. При таком заболевании генетический дефект нарушает синтез коллагена или снижает его качество. А коллаген необходим для формирования крепких и здоровых костей. Тот же самый недостаток коллагена окрасил белки девочки в голубоватый цвет. И, как я быстро выяснил при дальнейшем осмотре, сделал прозрачными кончики ее зубов. Все сходилось один к одному.

Еще совсем недавно никто бы и не подумал, глядя на Грейс, про несовершенный остеогенез. Однако в последние годы это заболевание привлекает все больше внимания и не в последнюю очередь благодаря мальчику по имени Робби Новак. Он также известен по прозвищу Ребенок-президент. Серию видеозаписей его речей, в которых он призывал людей не быть такими скучными, посмотрели десятки миллионов человек по всей планете.

Сам Робби перенес более 70 переломов и 13 операций еще до того, как ему исполнилось 10 лет. Однако он записал свои обращения не для того, чтобы привлечь внимание к проблеме несовершенного остеогенеза. Как он сам сказал журналистам из CBS News, «я просто хочу, чтобы все знали, что меня не так-то легко сломать».{42} История Робби тем не менее привлекла внимание к его заболеванию и тому, что можно сделать, чтобы помочь таким, как он. На слуху остеогенез был и по другой причине. Это заболевание сыграло роль не в одной тысяче случаев, когда социальные работники подозревали родителей в насилии над детьми. Вот, например, случай британцев Эми Гарленд и Пауля Кромни. Их обвинили в насилии по отношению к их младшему сыну. В результате судья запретил им общаться еще и с их двумя старшими детьми без сопровождения соцработников. Младенца у Эми забрать не могли, потому что она еще кормила его грудью. Чиновники поместили все семейство в особые условия, где они могли наблюдать за происходящим круглосуточно. Семья прожила 18 месяцев в доме, нашпигованном скрытыми видеокамерами, как будто оказавшись в телевизионном шоу «За стеклом». И только после этого социальные работники и государственные чиновники осознали, что совершили чудовищную ошибку. Сын Эми и Пауля был жертвой не насилия, а нарушений остеогенеза.{43}

Рентгеновские снимки ребенка, страдающего нарушениями остеогенеза, действительно очень похожи на прямое свидетельство насилия: на них видны множественные переломы в разных стадиях заживления. Теперь, когда было уже столько прецедентов неверного обвинения совершенно невиновных родителей, суды требуют проверки на нарушение остеогенеза почти во всех случаях, когда подозревается насилие по отношению к маленьким детям.

Несмотря на то, что тестирование становится все более доступным, такое генетическое исследование – дело совсем не простое. Это только в телесериалах про полицейских тестирование ДНК ничем не сложнее минутного визита в лабораторию судмедэксперта, который все расскажет, просто взглянув в микроскоп. В реальных же случаях при подозрении на нарушения остеогенеза исследования порой требуют значительного времени. Кости могут стать хрупкими далеко не по одной причине. И на проведение всех генетических и биохимических исследований иногда уходят недели или даже месяцы.

Сейчас многие уже знают про несовершенный остеогенез и последствия этого заболевания, но оно все равно остается редким (в США – около 400 случаев в год). А случаи насилия над детьми довольно часты и становятся чаще с каждым годом (свыше 100 000 зарегистрированных случаев и около 1500 смертей за год){44}. Поэтому социальные службы и правоохранительные органы все еще предпочитают, возможно, и ошибившись, разлучить родителей с детьми, чем оставить малышей в потенциально неблагополучной семье. К счастью, в случае с Грейс никто всерьез не рассматривал насилие как возможную причину ее множественных переломов, а это значило, что мы могли сразу сконцентрироваться на том, что же с ней не так. Ее новые родители всеми силами старались помочь нам, делали все, только бы сделать жизнь малышки счастливой и здоровой. Такой, какую Грейс заслуживала.

Еще не так давно страдавшим от нарушения остеогенеза было трудно помочь. И сегодня это сделать непросто, но достаточно взглянуть на то, как закончилась история Грейс, чтобы понять: невозможного в мире нет!

Конечно, ни один конкретный метод лечения не исправит нарушение, возникшее глубоко на генетическом уровне. Но если собрать в правильной комбинации лекарства, процедуры и достижения современной медицинской техники, можно добиться очень существенных результатов. Благодаря врачам, собственной силе воли и неустанной заботе родителей Грейс выросла из хрупкой малышки в крепкую и полную жизни девочку. С каждым шагом, который она теперь делает, ее жизнь переиначивает ее генетический код и попирает, казалось бы, неизлечимую болезнь.

И уж если маленькая девочка смогла – сможете и вы. Ведь, хотя большинство людей об этом и не подозревают, у всех нас кости понемногу постоянно ломаются и срастаются. Небольшие надломы и трещинки в разных местах незаметны в повседневной жизни, однако процесс сборки и разборки костей идет постоянно. И в результате этого процесса наш скелет шаг за шагом становится совершеннее.

Чтобы понять, как ДНК влияет на рост и дефекты наших костей, надо сперва уяснить, как они устроены и как работают. Когда речь идет о скелете, многие представляют себе что-то твердое, крепкое, неподвижное, почти неживое. Но на самом деле все совсем не так. Кости наши очень даже живые, они постоянно обновляются и перестраиваются, чтобы лучше соответствовать нашим потребностям. Все эти перемены – результат непрерывной битвы между двумя типами клеток: остеокластами и остеобластами. Очень похоже на борьбу главных героев диснеевского мультфильма о героях видеоигры «Ральф».

Остеокласты выступают в роли Ральфа – они растворяют и разрушают кости, именно в этом состоит их задача. А остеобласты, как Мастер Феликс, непрерывно их чинят. Казалось бы, вот решение – уберем остеокласты, нашего Ральфа, и кости станут прочнее. Да только остеобласты не могут жить без остеокластов, как и герои диснеевского мультфильма – друг без друга.

Эта постоянная разборка и сборка костей приводит к тому, что наш скелет полностью обновляется примерно каждые 10 лет. Непрерывный цикл регенерации кости «сломай-построй-сломай-повтори» дает нам на выходе такой скелет, который годится именно для нашего образа жизни. Именно тот, который, если все пошло правильно, выдержит ваши прыжки, бег, катание на велосипеде, долгие прогулки, танцы – все, что вам захочется делать. Конечно, не помешает еще добавить немножечко кальция. И если вы, как многие, едите по утрам кукурузные хлопья, вы ежедневно получаете необходимую дозу этого полезного элемента.

Если вы любите готовые завтраки, вы наверняка знакомы с продукцией компании Kelloggs. Ее основал в 1906 году Уильям К. Келлог. У него был брат, доктор Джон Харви Келлог, и компании от него досталось куда больше, чем просто фамилия в названии. Для своего времени доктор Келлог был общепризнанным гуру в вопросах здоровья, хотя сегодня многие его идеи мы бы назвали по меньшей мере эксцентричными. (Он, например, считал, что несварение желудка – самая частая причина смерти людей, а секс, даже в моногамных парах, опасен для здоровья.)

Доктор Келлог был пионером в области вибрационной терапии. В своем печально известном санатории он сажал пациентов на трясущиеся кресла и табуреты. Доктор полагал, что болезнь из человека можно просто вытрясти.

Спустя столетие многие эксперты все еще смотрят на вибротерапию со скептицизмом. Более того, большинству людей крайне не рекомендуют подвергаться длительному воздействию вибрации. Однако есть особые случаи. Для некоторых групп пациентов вибрации, по всей видимости, могут быть полезны. У людей с нарушениями остеогенеза такие давно забытые процедуры, скорее всего, стимулируют совместную работу остеокластов и остеобластов, что, в свою очередь, способствует лечению остеохондроза – заболевания, от которого страдает не один миллион человек. Возможно, новый подход к вибрационной терапии позволит запускать экспрессию нужных генов и таким образом укреплять наши кости…

Но даже если у вас все идеально с генами, недостаток нагрузки, возраст и гормональные перестройки могут внести неразбериху в сложную и деликатную систему, поддерживающую наш скелет в нужном состоянии. Сегодня мы знаем, что и образ жизни существенно влияет на состояние наших костей.

То же самое справедливо и для мутаций в геноме. Вот, например, юная Али Маккин. У нее редкое генетическое заболевание: клетки ее эндотелия (те, что выстилают внутреннюю поверхность кровеносных сосудов) превращаются в остеобласты (в клетки, которые, как Мастер Феликс, непрерывно чинят наши кости). Другими словами, ее клетки все время пытаются переделать мышцы в кости. Страшное заболевание!

Самый известный случай прогрессирующей оссифицирующей фибродисплазии (сокращенно ПОФ), которую еще иногда называют синдромом каменного человека, произошел в Филадельфии. Тело Гарри Истлака начало окостеневать, когда ему было всего 5 лет. Он умер в 39 лет, когда его ткани настолько сцементировались, что он мог уже только шевелить губами. Сегодня его скелет находится в Музее медицинской истории Мюттера при Медицинском колледже Филадельфии. Он доступен для публичного просмотра и до сих пор вызывает живой интерес исследователей, пытающихся постичь природу ПОФ.

Синдромом каменного человека страдает примерно один из двух миллионов. И развитие заболевания напрямую связано с травмами. Каждый раз, когда Али заработает синяк или шишку, в это место устремляются остеобласты, которые вырастят там кость. И хирургическое вмешательство тут бессильно. На месте удаленной кости тут же вырастет новая.

В последние годы ученые сделали большие успехи в исследование ПОФ. Оказывается, ПОФ вызывают мутации в гене ACVR1.{45} По всей видимости, часть таких мутаций приводит к тому, что белок-переключатель, который должен получаться на основе ACVR1, производится во всегда включенном состоянии. В результате вместо здорового роста кости там и тогда, когда требуется, кости растут всегда, когда только возможно. Однако это открытие – только первый шаг к лечению людей с такими отклонениями. Пока что единственным путем остается ранняя диагностика – она помогает родителям и воспитателям следить, чтобы ребенок получал как можно меньше травм.

К сожалению, доктора поняли, что происходит с Али, только когда ей было уже 5 лет. Представьте, сколько синяков и ссадин она заработала к этому моменту. И эффект, который это окажет в будущем на ее здоровье, по-настоящему ужасен. А ведь кроме того были еще и медицинские процедуры. Пытаясь понять, что происходит с девочкой, доктора нанесли в итоге немало вреда.

Считается, что большинство мутаций в гене ACVR1 – de novo мутации. Они возникают заново, а не наследуются от родителей. Это только усложняет и замедляет диагностику, ведь у больных, скорее всего, нет предков, у которых тоже был ПОФ.

Однако в случае с Али был едва заметный признак болезни, который, к сожалению, пропустили. Большой палец ноги у девочки очень короткий и загнут к своим соседям.{46} Эта дисморфия в сочетании с прочими симптомами могла бы стать ключом к ранней постановке верного диагноза.{47}

Задумайтесь над этим: лучший способ диагностировать это непростое генетическое заболевание – тщательный внешний осмотр. Никаких инвазивных или технически сложных методов – нужно было просто долго и внимательно посмотреть на пальцы ног несчастной девочки.

Даже спустя долгие годы после смерти человека по его костям можно понять многое о том, что с ним происходило в его жизни и как на это влияли его гены. Скелет Гарри Истлака, изученный вдоль и поперек, – очевидный тому пример. Посетители Музея Мютерра с ужасом видят, как болезнь сплавила воедино его тело, – как паук заворачивает муху в паутину. Впрочем, есть и другие, куда более изящные примеры.

Например, представим, что мы только что нашли кости моряков, живших и бороздивших моря в XVI веке. Скажем, из команды «Мэри Роуз». Этот флагман английского флота Генриха VIII затонул 19 июля 1545 года в бою с французами. Что мы можем узнать, глядя на эти кости?

Несмотря на обилие записей, мы не знаем доподлинно, почему «Мэри Роуз» затонула. И не знаем, что за люди были на борту корабля и теперь оказались на дне пролива Солент к северу от острова Уайт в проливе Ла-Манш. Однако благодаря современной научной методике остеологического анализа мы можем понять, как эти кости использовались при жизни. Про моряков с «Мэри Роуз» их скелеты говорят многое: у всех них очень крупные левые плечевые кости{48}. Исследователи считают, что работа, которую выполняли матросы, требовала равной физической нагрузки на обе руки. Кроме, разве что, одного очень важного дела – стрельбы из длинного лука. В Англии времен Тюдоров умение стрелять из лука было обязательно для всех здоровых мужчин. И на борту «Мэри Роуз» было 250 длинных луков, большая часть которых, по-видимому, использовалась для стрельбы горящими стрелами по вражеским кораблям.

Сегодняшние луки, вроде тех, какие можно увидеть на олимпиадах, делают из современных материалов, легких сплавов и пластиков. В отличие от них, английские луки XVI века были очень тяжелыми. Многое поменялось с тех пор, как «Мэри Роуз» пошла ко дну, но если вы, как и большинство людей, правша, то лук при стрельбе, скорее всего, возьмете в левую руку.{49}

Конечно, уже довольно давно очевидно, что если человек использует одну руку чаще другой, то ее форма, тонус и размер мышц будут отличаться. Если вы сами играете в теннис или просто любите смотреть соревнования, вы наверняка замечали, насколько лучше развита та из рук, в которой игроки держат ракетку. (Прекрасным примером может послужить талантливый испанский теннисист-левша Рафаэль Надаль, ведущая рука которого выглядит так, как будто принадлежит уменьшенной и не такой зеленой копии Невероятного Халка.)

Постоянная работа, напряжение и нагрузка не только развивает мышцы – ускоряется работа остеокластов и остеобластов, что, в свою очередь, меняет экспрессию генов. Кости становятся крепче, и в их структуру вплетается история вашей жизни. Эта история живет, покуда остаются целыми ваши кости.

Однако нам не надо отправляться назад на сотни лет, чтобы понять, сколь пластичен в работе человеческий скелет. Вы наверняка не раз видели это на примере бурситов пальцев стопы. Жарким летом, когда все носят сандалии, в автобусе или метро можно наблюдать целую выставку искривленных пальцев ног. И если сами вы уже страдаете или начнете страдать в будущем от этого недуга, не спешите винить свои кости. Они ведь просто перестраиваются в ответ на все те часы, что ваши ноги провели в неудобной обуви. Конечно, дело не обошлось без генетической предрасположенности, подталкивающей ваш скелет к таким перестройкам.{50} Так что искривление пальцев ног, пожалуй, одна из немногих бед, в которых можно совершенно справедливо винить и своих родителей, и модную обувь. А кости ваши тут совершенно не виноваты, ведь как мы уже увидели, вне зависимости от тех или иных наследственных предрасположенностей, почти у каждого человека на Земле есть гены, позволяющие его скелету иметь определенную пластичность.

Другой наглядный пример, как кости меняются в ответ на то, что мы с ними делаем, нам показывают дети. Груз учебников в портфелях оставляет неизгладимый след в изгибах позвоночника младшеклассников.{51} Осознавая эту проблему, многие родители пытаются убедить детей пользоваться сумками на колесах – что-то вроде уменьшенных копий чемоданов на колесиках, с которыми мы обычно путешествуем.

Неудивительно, что большая часть школьников воспринимает такие предложения в штыки. Вот сын моего приятеля так и сказал про катающиеся портфели, что они тупые. Но тут одна канадская компания стала выпускать специальные самокаты-трансформеры, складывающиеся в сумку с колесиками. А в глазах детей это совершенно другое дело! Прошло уже два года с тех пор, как Глайд Гир (Glyde Gear) впервые разместила свою разработку для заказа в интернете, но до сих пор желающих заполучить самокат-трансформер столько, что очередь ожидания составляет около полутора месяцев и компании иногда приходится даже прекращать прием новых заказов!

Но все добрые начинания имеют не только положительную сторону. Обычные портфели и рюкзаки портят детям осанку. А сумки-каталки, оказавшись в детских руках, царапают пол и ударяются о стены. И к тому же школьники часто о них спотыкаются и падают.

К сожалению, зачастую так же выходит и с медициной. Решение старых проблем создает проблемы новые. И этим новым проблемам нужны еще более новые решения. Так, временами наш скелет бывает даже слишком пластичен, особенно в ранние годы, что в итоге может привести к неисправимым искривлениям костей.

В середине 2000?х годов в США была запущена специальная программа Американского национального института здоровья ребенка «Здоровый сон», и за несколько лет число родителей, следящих за тем, чтобы их малыши спали правильно, на спине, выросло с 10 до 70 %.

Сама эта инициатива появилась по рекомендации Американской академии педиатрии. Врачи стремились снизить частоту случаев внезапной детской смерти, меняя привычки, по-видимому, связанные с этой бедой.

Всего за 10 лет число смертей удалось снизить вдвое, а ведь до старта программы внезапная детская смерть уносила жизнь одного из тысячи младенцев. Однако, как и с любым медицинским нововведением, и здесь не обошлось без непредвиденных последствий, которые на этот раз, к счастью, были почти безобидны. У младенцев, спящих на спине во время формирования и роста костей черепа, головка нередко получается слегка асимметричной формы. В результате такая асимметрия сейчас участилась. С тех пор как большинство малышей стали укладывать спать на спине, количество таких отклонений увеличилось впятеро.{52} Научное название этого феномена – плагиоцефалия. С точки зрения медицины никакой серьезной проблемы она не представляет, только вот современное общество с каждым годом все выше ценит физическое совершенство, и потому многие родители обращаются к ортопеду. С помощью особых приспособлений специалисты могут изменять строение и функциональные характеристики мышц и костей. Форму головы младенца ортопеды умеют поправлять с помощью специального шлема. Плагиоцефалия, вызванная положением головы во сне, – блестящий пример того, что человеческое тело развивается в тесной зависимости от внешней среды. Даже незначительные, казалось бы, факторы могут навсегда изменить форму костей черепа.

Я сам впервые увидел такой шлем около 10 лет назад, гуляя по Центральному парку на Манхэттене. Я тогда еще не знал, что это такое, и сперва решил, что просто некоторые родители настолько обеспокоены безопасностью детей, что даже во время прогулки в коляске надевают на ребенка защитный головной убор.

Пришло время, и я узнал, как такие шлемы работают. Устройство создает давление на все части головы, кроме той, которая оказалась сплюснутой, и в результате череп растет там быстрее, чем в других местах. Лучше всего это работает для детей от 4 до 8 месяцев. При этом шлем надо носить по 23 часа в сутки, а каждые пару недель специалист должен его перенастраивать. Все лечение может стоить более 2000 $ и обычно не покрывается медицинской страховкой.

В раннем детстве кости черепа достаточно пластичные, и как показали исследования, если родители используют специальную гимнастику и ортопедические подушки особой формы, кости выправляются и безо всякого шлема.{53}

Но на самом деле, не так уж и важно, какой формы череп. Важно, насколько он крепок. Большинство людей довольно неуклюжи, а мозг – хрупок и неизмеримо ценен, а потому целостность и прочность черепа – жизненная необходимость.

Прочность в данном случае обусловлена не только твердостью. Когда речь заходит о костях и генах, гибкость и способность адаптироваться куда важнее. И именно поэтому я сейчас расскажу вам про «Давида» Микеланджело.

Однажды я как будто оказался внутри одного из снимков Эдварда Буртинского. Фотограф, знаменитый своими съемками индустриальных пейзажей, немало времени провел в Италии, запечатлевая мраморные карьеры Каррары. Именно там добывают знаменитый голубовато-белый мрамор, используемый скульпторами и строителями всего мира.

Путешествуя по итальянским Альпам, я побывал на одном из таких карьеров. Это зрелище, которое просто невозможно забыть! Огромные тракторы по узеньким горным дорогам везут глыбы мрамора размером с микроавтобус. Сперва камень из самых недр земли отправляется на первичную обработку в Тоскану, откуда поездами, кораблями и грузовиками его развозят по всему земному шару.

Мрамор образуется путем метаморфизма из осадочных карбонатных пород, которые появились миллионы лет назад из раковинок морских организмов, оседавших на дно. Эти осадки со временем превратились в известняк, а он под действием температуры и давления в свою очередь превратился в мрамор. А теперь в таких местах, как Каррара, люди его и добывают.

Мрамор – относительно мягкий камень, и он легко поддается обработке зубилом. Именно поэтому его так любят скульпторы. В то же время мрамор достаточно прочный материал, и потому мраморные скульптуры, например «Давид» Микеланджело, сохраняются неизменными сотни лет.

По крайней мере для большей части статуй это справедливо. У «Давида», как оказалось, слабина в лодыжках. И год за годом вибрация от ходящих туда-сюда туристов нанесла статуи серьезный урон. В каком-то смысле слабина «Давида» той же природы, что и его сила – мрамор не гибок и потому трескается.

С человеческими костями происходило бы так же. Но наши кости постоянно регенерируют, ведь у нас есть специальные гены, кодирующие все нужные белки. Например, коллаген, который задает структуру кости.

Производство коллагена зависит от ДНК, и он синтезируется в соответствии с потребностями, диктуемыми условиями нашей жизни. В отличие от «Давида» Микеланджело, наши лодыжки восстанавливаются сами, потому что в ответ на нагрузку меняется экспрессия генов и производится больше коллагена.

У человека более двух десятков форм коллагена. И есть он не только в костях. Коллаген можно найти почти везде: в трахее, в зубах и даже в волосах. Из 5 основных типов коллагена самый распространенный – коллаген первого типа. Он составляет более 90 % всего коллагена в организме человека. Тот же тип коллагена есть в стенках артерий, это придает им достаточную эластичность, чтобы выдерживать напор крови каждый раз, когда желудочек сердца сокращается.

Тем не менее, если коллаген потерял свою упругость, сильнее всего это заметно на лице, где он задает структуру кожи. Именно поэтому у многих коллаген ассоциируется с препаратом, который вкалывают себе в кожу щек дамы, стремящиеся выглядеть моложе.

Впрочем, можем начать рассказ и с морщин. На примере человеческих лиц наглядно видна роль коллагена как структурного белка, поддерживающего форму. Никто бы ведь не использовал его, чтобы сделать щеки гладкими, а губы полными, если бы это не работало, не так ли?

Само слово «коллаген» происходит от древнегреческого «колла» – клей. Когда клей нельзя было просто купить в магазине, люди использовали разные ноу-хау для скрепления деталей. Клей делали, вываривая животные кожи и жилы, содержащие много коллагена, который и давал клею связывающую способность. (В некоторых языках даже говорят «пустить на клей» вместо «пустить на мыло».)

Кетгут, из которого делают струны музыкальных инструментов, тоже в основном состоит из коллагена. Кетгут делают из кишок коз, овец и другого скота. Раньше из него же делали струны для теннисных ракеток, и на одну ракетку уходил материал от около трех коров.

Кетгут очень хорош своей упругостью благородя коллагену серозных оболочек кишечников животных. Чем более материал упругий, тем с большей силой его можно растягивать и деформировать. И чем больше упругость материала, тем менее он хрупкий.

Именно поэтому некоторая еда так затейливо жуется. Если вы любитель колбасок и сосисок, особенно таких, которые жарят на гриле или на мангале, вам должно быть интересно знать, что коллаген чаще всего и удерживает вместе кусочки мяса.

А еще, как вам расскажет любой веган, структура желе, суфле и мармелада создается с помощью желатина, который тоже делают из коллагена. Всего в мире за год производят более 350 млн кг желатина. И этот желатин становится неотъемлемой частью разных аспектов нашей жизни. Желатин есть в мороженом, капсульной оболочке витаминов и иногда даже в яблочном соке.

Коллаген определяет эластичность разных материалов. И в струне теннисной ракетки, и в упругих щеках молодых юношей и девушек, и даже в мишках из жевательного мармелада – везде упругость создается благодаря коллагену.

Пожалуй, лучший пример того, как гибкость становится силой, – арапайма. Эта двухметровая пресноводная рыба – одно из немногих существ на Земле, без всякого страха живущее бок о бок с пираньями. И все благородя тому, что у арапаймы в генах есть программа создания чешуи с особым коллагеновым каркасом, который прогибается, но не ломается, если воздействовать на нее острым предметом. Исследователи из Каролинского университета в Сан-Диего даже используют чешую арапаймы, рыбы, которая остается, не эволюционируя, неизменной уже 13 млн лет{54}, как модель для создания гибкой керамики. Такую керамику можно применять в изготовлении бронежилетов, а сама эта история еще раз показывает, как многому мы можем научится у природы, решая наши повседневные проблемы.{55}

Вы спросите: какое это все имеет отношение к генетике? Но ведь именно благодаря наследственной гибкости человеческого генома наши с вами кости так хорошо приспособлены к тяготам и неожиданным переменам в жизни. И как мы прекрасно видим на примере Грейс, нарушить сложный баланс довольно легко.

На самом-то деле достаточно всего одной буквы.

Геном человека состоит из миллиардов нуклеотидов – аденозина, тимина, цитозина и гуанина. Для записи эти нуклеотиды сокращают до одной буквы: А, Т, Ц и Г соответственно. И все эти буквы идут в строго определенном порядке.

Ген COL1A1{56} кодирует коллаген, от которого столь многое зависит в человеческом теле. В норме один из кусочков этого гена выглядит так:

ГАА-ТТТД-ТТДТ-ГГТ

Но иногда, в результате случайной мутации, одна из букв меняется и выходит:

ГАА-ТТТД-ТТДТ-ТГТ

И этого небольшого изменения достаточно, чтобы коллаген начал синтезироваться совсем иначе. Всего одна замена, и вместо крепких и гибких костей выходят кости, жесткие, как мрамор, и хрупкие, как песчаник.

Почему достаточно всего одной буквы, чтобы произошли такие разительные перемены? Представьте на минуту, что вы слушаете знаменитую «К Элизе» Бетховена. Пианист начинает играть как обычно, но вдруг ошибается на десятой ноте. Ошибается он не сильно, всего на одну клавишу. Но вы ведь все равно заметите, не так ли? Испортит ли эта ошибка ваше впечатление? А если бы вдруг игра шла под запись, нельзя же бы было просто проигнорировать промашку.

Бетховен был гением. Его произведения невероятно сложны. Но по сравнению с вашим геномом даже величайшие из шедевров Бетховена не сложнее песенки «В лесу родилась елочка».

Генетический код подобен сложнейшему танцу из многих миллиардов шагов. И достаточно одному шагу закончиться не совсем на своем месте, чтобы изменились последующие, – весь танец становится немного иным.

И все мы буквально в одном шаге-буковке от Грейс. Но, как вы уже знаете, это не значит, что мы ничего тут не можем поделать. Ведь даже всего лишь встав с дивана, вы не просто перемещаете свое тело в пространстве. И дальше я подробно объясню, как это работает.

Все, что мы не используем, мы теряем. И притом быстро.

Успешный бизнес использует стратегию «точно в срок», чтобы соотнести спрос и предложение. А наш вид в ходе эволюции научился генетически регулировать все так, чтобы минимизировать затраты организма и не делать ненужных запасов. И, наоборот, быстро производить все, что вдруг стало необходимо.

Это, вероятно, одна из причин, почему пожилые люди, страдающие ожирением, куда реже худых сверстников ломают кости. Все как у средневековых лучников. Избыточный вес и нагрузка, которую он дает на кости, подстегивает цикл совместной работы остеокластов и остеобластов. А в результате кости становятся крепче.

У спортсменов, занимающихся плаванием, и соответственно получающих нагрузку в условиях сниженной гравитации, шейка бедра минерализована гораздо меньше, чем у тяжелоатлетов, поднимающих большие грузы.{57} Скорее всего, это так, потому что пловцы, хотя и получают невероятно полезную сердечно-сосудистую нагрузку, куда меньше нагружают свой скелет, чем бегуны, борцы и прочие «сухопутные» спортсмены. То же самое мы видим каждый раз, когда космонавты возвращаются после долгого пребывания на Международной космической станции. В июле 2012 года посадочная капсула «Союза» приземлилась в южном Казахстане, вернув космонавтов из шестимесячного пребывания в космосе. На борту находились американский астронавт Дон Петтит, россиянин Олег Кононенко и датчанин Андре Кёйперс. Чтобы сделать фотографии для прессы, всех троих пришлось аккуратно посадить в специальные кресла{58}. За 193 дня, проведенные в невесомости, состояние их скелета изменилось. В результате кости стали хрупкими и неспособными поддерживать собственный вес организма в земных условиях. В этом отношении астронавты не так уж сильно отличаются от пожилых людей, страдающих остеопорозом. Их даже лечат похожим образом. Бисфосфонаты, например золедронат или алендронат, заставляют остеокласты самоуничтожиться вместо того, чтобы разрушать наши кости, поэтому такие препараты используются для лечения остеопороза. И эти же лекарства могут помочь астронавтам и людям, страдающим несовершенным остеогенезом, поддерживать свои кости в должной форме{59}. Сейчас одна частная компания уже ищет добровольцев для первого путешествия на Марс. Полет продлится минимум 17 месяцев в условиях полной невесомости. И для этой миссии такие лекарства будут незаменимы.

Однако не все так просто, как хотелось бы. Люди, принимающие бисфосфонаты, реже ломают шейку бедра в пожилом возрасте. Но при этом у них чаще бывают переломы диафиза бедренной кости.

Почему? Потому что препараты работают даже слишком хорошо. Процесс перестройки кости полностью останавливается, и в результате повышается риск некоторых типов переломов. Совсем как с лодыжками «Давида».

Согласитесь – это поразительно, сколь невероятный спектр последствий дают самые незначительные изменения нашего генетического кода или его экспрессии. Изменяется всего одна буковка из нескольких миллиардов, и кости человека начинают ломаться от малейшей нагрузки. Мизерное изменение всего в одном гене может кардинально поменять всю нашу жизнь.

И дело не только в унаследованных плохих генах. Если слишком много лежать на диване, не тренироваться, неправильно питаться, оказываться в условиях низкой гравитации или просто постареть, есть шанс получить все те же серьезные проблемы со скелетом. В то же время список известных решений этой проблемы постоянно расширяется. Лекарственные препараты, упражнения с грузом и иногда вибротерапия. Мы вовсе не заложники своих костей! Не важно, в чем проблема – в генах, в образе жизни или даже в том и другом. Существует масса способов как предотвратить, так и вылечить нарушения, которые могут вызывать повышенную ломкость костей.

Знание биологических причин потери целостности и прочности костей – ключ к их сохранению. Только вооружившись этим знанием, мы сумеем выбрать тот образ жизни, что сделает наш скелет прочнее.

А для этого нужно понять генетическую основу устройства наших костей. Изучая случаи Грейс и других людей, чья ДНК вызывает хрупкость костей, мы учимся быстрее и эффективнее лечить гораздо чаще встречающиеся заболевания, например тот же остеопороз.

Когда речь идет о генетике, очень часто именно исключения помогают понять правила. И именно миллионы неизвестных героев, подобных Грейс, дарят миру бесценное понимание генетики человека.