Книга: Геном человека

ВСЕ ЛИ В НАС ЗАВИСИТ ОТ ГЕНОМА? (геном и окружающая среда)

ВСЕ ЛИ В НАС ЗАВИСИТ ОТ ГЕНОМА? (геном и окружающая среда)

Конечно же, надо понимать, что секвенированный геном человека не есть полный ключ к раскрытию всех тайн возникновения, развития и формирования современного человека. Мы живем не в безвоздушном пространстве, а в постоянном ежедневном тесном контакте с окружающей нас средой, с тысячами физических, химических и биологических факторов, которые действуют на нас на протяжении всей нашей жизни. Уже говорилось, что геном — это корень жизни. Поэтому мы и зрим в него. Однако ясно, что многочисленные внешние воздействия также могут влиять на организм, на его функциональное состояние и развитие. Но какова значимость этого влияния? Вопрос очень непростой, особенно если вспомнить трагическую историю развития генетики в нашей стране. Был тяжелый период, когда генетика была отброшена назад на многие годы, когда окружающая среда официально провозглашалась главным фактором развития всего живого.

Одним из важных подходов, который был использован для ответа на поставленный в этой главе вопрос, явилось наблюдение за так называемыми однояйцовыми (монозиготными) близнецами. Такой подход в генетике существует уже давно, он получил и специальное название «близнецовый метод». Этот метод основан на изучении однояйцовых близнецов (то есть людей, имеющих полностью идентичный генетический аппарат) для разделения ролей между участием наследственности и окружающей среды в формировании отдельных признаков и свойств человека. Высокий коэффициент корреляции, близкий к единице, в паре монозиготных близнецов свидетельствует о генетическом происхождении признака, а в паре дизиготных (происходящих из двух разных зигот) близнецов — о формировании признака под влиянием среды.

Однояйцовые близнецы образуются в результате деления одной и той же зиготы и, следовательно, содержат идентичные геномы. Важно, что это не искусственный материал, а материал, поставляемый в руки исследователей самой природой. Хотя появление близнецов — довольно редкое явление (считается, что у человека одна двойня приходится на 80–85 родов; значительно более редки случаи рождения трех, четырех и более близнецов), тем не менее, и имеющихся случаев достаточно для проведения соответствующих исследований.

Близнецы, как необычное явление, привлекли к себе внимание задолго до возникновения естественных наук, в том числе и генетики. Это нашло отражение в многочисленных мифах, легендах, сказках, в изобразительном искусстве. В древности близнецы служили одновременно и предметом страха, и предметом восхищения. В мифах о братьях-близнецах, характерных для индейцев Северной и Южной Америки, один из братьев часто представляется хорошим во всех отношениях, тогда как другой — плохой во всем. Согласно греческой мифологии близнецы Диоскуры (сыновья Зевса) — Кастор и Полидевк — отличались тем, что один из них был смертным, а другой бессмертным. Из легендарных близнецов древнего Рима хорошо известны его основатели Ромул и Рем, вскормленные волчицей. Обращались к этому вопросу и древние философы, и многочисленные ученые в последующие столетия. Однако лишь во второй половине XIX века (1875 год), то есть после трудов Менделя, двоюродный брат Ч. Дарвина антрополог Френсис Гальтон осознал, какое важное методологическое значение имеют однояйцовые близнецы, и понял, что их исследование может быть одним из подходов для понимания взаимодействия наследственности и среды в процессе формирования признаков и свойств организмов.

Близнецовый метод подразумевает сравнение тех или иных свойств, признаков или характеристик между разными однояйцовыми близнецами, а также сопоставление полученных данных с разнояйцовыми близнецами (они происходят из разных зигот и генетически разнятся) и с человеческой популяцией вообще. Насколько генетически подобные близнецы подобны друг другу по фенотипу? Как влияет на их различия окружающая среда? Многолетние исследования позволяют пока лишь частично ответить на все эти вопросы.

Так, еще в XIX веке уже упомнянутый Ф. Гальтон начал изучать папиллярные узоры на крайних фалангах пальцев человека и основал дисциплину под названием дактилоскопия, которая до сих пор с успехом используется в криминалистике (об этом мы поговорим подробнее далее). Отпечатки пальцев являются одним из наиболее признанных способов идентификации человека. Характерные «узоры» закладываются у зародыша уже на третьем месяце развития и сохраняются без изменения в течение всей жизни. При сравнении кожных «узоров» у близнецов было выявлено, что они очень похожи (это очень важно), но, что удивительно, эти «узоры» не всегда полностью идентичны. При исследовании ряда других признаков также наблюдали их небольшие вариации у близнецов: цвет глаз и волос, форма губ, носа, уха. Выявлены и различия в физиологии высшей нервной деятельности. В то же время анализ групп и факторов крови показал полную идентичность близнецов по этому показателю. Таким образом, последние признаки полностью генетически детерминированы. Сложнее обстоит дело в отношении многих других признаков. Использование близнецового метода позволяет говорить лишь о неодинаковой изменчивости разных наследственных свойств человека: группа крови не меняется всю жизнь, цвет глаз и волос меняются относительно мало, а вес тела может значительно варьировать. Вместе с тем исследование близнецов дает ценные данные о роли генетических факторов и факторов среды в аномалиях и болезнях человека. Так, при анализе однояйцовых близнецов и их родителей было обнаружено, что наличие шестого пальца (шестипалость) в некоторой степени определяется генетически, а не есть только результат патологии развития. Крупномасштабное сравнение однояйцовых близнецов друг с другом и с разнояйцовыми близнецами показало, что возникновение таких инфекционных заболеваний, как корь, коклюш, ветряная оспа практически полностью зависит от возбудителя заболевания, а вот полиомиелит и туберкулез определяются кроме того (хотя и в не большой мере) наследственными свойствами человека. В частности, заболеваемость туберкулезом обоих однояйцовых близнецов более чем в 3 раза выше, чем у двух разнояйцовых близнецов. Исследование близнецов, проведенное в Каролинском институте в Стокгольме, убедительно показало существенное воздействие факторов окружающей среды (курения, загрязнений, питания, образа жизни) на развитие некоторых форм злокачественных заболеваний. Вместе с тем отмечено и определенное влияние генетических факторов на возникновение рака простаты, рака прямой кишки и рака груди.

При анализе близнецов удалось выяснить, что умственное развитие, различия в привычках людей также могут объясняться генетически. Так, выяснилось, что однояйцовые близнецы значительно более сходны между собой в отношении умственных способностей, чем двуяйцовые. Если один из пары однояйцовых близнецов слабоумен, то второй оказывается таким же почти всегда. В то же время у двуяйцовых близнецов такое совпадение отмечено лишь в 25 %.

Корреляция коэффициента интеллектуального развития (всем хорошо известного IQ) для воспитанных совместно однояйцовых близнецов почти столь же высока, как, например, корреляция веса тела. Но в то же время корреляция IQ между однояйцовыми близнецами, воспитанными порознь, не выше, чем у разнояйцовых близнецов одного пола, воспитанных совместно. Из этого следует, что одинаковые внешние условия способны в той же мере дать вклад в достижение сходных показателей интеллекта, что и генетические различия между разнояйцовыми и однояйцовыми близнецами.

Или другой пример. У детей известна такая патология, как дислексия — неспособность к чтению. Анализ показал, что у однояйцовых близнецов оба ребенка страдают дислексией в 84 % случаев.

Канадскими учеными было проведено исследование 336 пар близнецов (как однояйцовых, так и разнояйцовых) на тягу к различным пристрастиям. Оказалось, что из 30 проанализированных пристрастий тяга к 26 из них в той или иной степени объясняется генами. По мнению ученых, наиболее тесно от генов зависят такие пристрастия, как тяга к чтению, занятие групповыми видами спорта, катание на водном мотоцикле. Более того, генетически обусловлены оказались и некоторые мировоззренческие установки — отношение к смертной казни за убийство и проблема запрещения абортов. На интересы близнецов оказывали воздействие многие характеристики личности, в высокой степени передаваемые потомкам. Тем не менее, ученые отмечают, что ненаследуемые характеристики (такие, как индивидуальный жизненный опыт) также чрезвычайно важны в формировании предпочтений.

Российскими учеными было проведено исследование детей-близнецов в возрасте от 7 до 12 месяцев на предмет того, в какой мере генетика и среда влияют на формирование пяти интегральных черт темперамента: агрессивности, раздражительности, активности, чувствительности к наказанию и общительности. Оказалось, что первые три черты темперамента находятся под жестким генетическим контролем: агрессивность поведения младенца во втором полугодии жизни на 94 процента определяется его генотипом, активность — на 89 процентов, раздражительность — на 85 процентов. Но вот чувствительность к наказанию, зависимость от матери и страх перед незнакомыми почти в равной мере зависят от генотипических особенностей и факторов среды. То есть родительское воспитание и влияние семейной среды могут изменить эти биологически обусловленные черты. Наконец, общительность почти на 90 % формируется под влиянием среды, которую создают родители.

Интересно, что гены вмешиваются даже в такой интимный процесс, как продолжительность и прочность брака между людьми. Чтобы установить этот факт, исследователи изучили данные о 800 мужчинах-близнецах, как однояйцовых, так и разнояйцовых. Как и ожидалось, состояние дел в семейной жизни у генетически идентичных однояйцовых близнецов было чрезвычайно схожим, а для генетически неидентичных различалось, и часто весьма значительно. Исходя из этого и был сделан вывод о существовании генетической предрасположенности к разводу. По мнению исследователей, зависимость устойчивости брака от генов может быть связана с такими факторами, как склонность к алкоголизму, наркотикам или депрессии, наследственная природа которых известна достаточно давно. Результаты опроса позволили также сделать вывод о том, что на отношение к первому браку в большей мере влияет окружение человека, в частности, устойчивость брака родителей. Генетические же факторы вступают в дело уже в процессе семейной жизни.

Такие тонкие чувства, как ощущение благополучия и удовлетворенности жизнью («счастливость»), значительно сильнее коррелируют у идентичных близнецов по сравнению с разнояйцовыми близнецами, независимо от материального положения, возраста и образования. Проводившие это исследование ученые утверждают, что у нас чувство благополучия на 50 % зависит от генетики, а другие 50 % — «от сожалений и удовольствий последних часов, дней и недель», то есть от внешних факторов.

Благодаря методу близнецового анализа на генетический уровень вышла и широко обсуждаемая проблема гомосексуализма. Уже имеются достоверные данные, что около 57 % однояйцовых близнецов, 24 % разнояйцовых близнецов и 13 % братьев мужчин-гомосексуалов также являются гомосексуалами. По данным для женщин-лесбиянок, приблизительно 50 % однояйцовых близнецов, 16 % разнояйцовых близнецов и 13 % родных сестер этих женщин также являются лесбиянками. Более того, недавно ученые вышли на гены, коротые во всем этом «виноваты». Таким образом, при определенных обстоятельствах люди становятся гомосексуалистами в силу генетических причин, то есть по сути они — больные люди. Осознание этого поможет решить, хотя бы частично, две проблемы: проблему гомофобии (плохо ненавидеть больных людей) и проблему наметившегося во всем мире агрессивного гомосексуализма (эти люди требуют признания их здоровыми и полноценными, порой даже гордятся своей особенностью). Однако, если рассматривать гомосексуализм как болезнь, как патологию, ситуация кардинально меняется. Трудно представить себе человека, гордо стоящего с плакатом: «Я страдаю импотенцией, поэтому требую к себе уважения, как к полноценному члену общества!». А ведь гомосексуалисты именно так и утверждают себя.

Согласно современным оценкам, такие показатели, как продолжительность жизни, здоровье человека, также в первую очередь связаны с генетическими факторами, роль которых оценивается на уровне 65–70 %. Для каждого из нас важно, что при этом все-таки не меньше 30 % шансов отводится окружающей среде, нашему образу жизни и особенно нашему питанию.

Многочисленные и разнообразные данные, приведенные выше, позволяют дать ответ на вопрос, поставленный в заголовке этой главы: геном определяет многое в нас, но и окружающая среда не бездействует, а иногда и весьма заметно вмешивается в нашу сущность. Взаимосвязь между генами и окружающей средой ученые иногда сравнивают с заряженным пистолетом и курком. Пистолет не выстрелит, пока не будет нажат курок. Также обстоит ситуация и в клетке, где в качестве заряженного пистолета служит весьма чувствительный ген или комбинация генов, а функцию курка выполняют всевозможные факторы окружающей среды. Имеется и другое сравнение — с карточной игрой: хороший игрок может выиграть и с плохими картами.

Чтобы разобраться в тех многочисленных взаимосвязях, которые существуют между проявлением отдельных вариантов генов и влиянием на этот процесс различных факторов окружающей среды, был создан специальный международный проект — The Environmental Genome Project. Среди множества задач данного проекта главной является, конечно же, изучение влияния окружающей среды на продолжительность жизни, а также на возникновение и развитие различных заболеваний человека. В конечном итоге этот проект может оказаться не менее важным и сложным, чем знаменитый и очень дорогостоящий проект по секвенированию генома человека. А в том, что он будет продолжаться по времени значительно дольше, чем геномный проект, нет никакого сомнения.