29 мая 2024, среда, 21:21
TelegramVK.comTwitterYouTubeЯндекс.ДзенОдноклассники

НОВОСТИ

СТАТЬИ

PRO SCIENCE

МЕДЛЕННОЕ ЧТЕНИЕ

ЛЕКЦИИ

АВТОРЫ

06 августа 2023, 18:00

Генетика счастья, или Жизнь в четырех буквах

Полит.ру знакомит читателей с книгами, вошедшими в длинный список претендентов на премию «Просветитель.Перевод» 2023 года. Премия уже в четвертый раз отмечает лучшие работы редакторов и переводчиков научно-популярной литературы на русский язык. Всего в длинный список вошли двадцать книг. Короткий список премии «Просветитель.Перевод» будет объявлен до конца сентября.

Издательство «Портал» представляет книгу профессора молекулярной биологии и биохимии Карлоса Лопес-Отина «Генетика счастья, или Жизнь в четырех буквах» (перевод Евгения Чуднова).

Почему одни люди всегда кажутся счастливыми и радуются каждой минуте жизни, а другие ощущают себя несчастными и подавленными? Записано ли счастье в наших генах или оно зависит от внешних условий? Отвечая на эти вопросы, автор познакомит нас с языком человеческого генома, и мы станем свидетелями потрясающих открытий, которые показали, что происхождение жизни было вписано в цепочку ДНК с помощью всего четырех букв — нуклеотидов. Благодаря этой увлекательной книге вы узнаете, что, помимо информации, закодированной в нашей ДНК, существуют и другие биологические причины здоровья, болезней и возникновения различных эмоций, которые определяются нашим взаимодействием с окружающей средой.

Предлагаем прочитать фрагмент книги.

 

Ничего не делает нас более уязвимыми, чем рак, но происхождение этой серьезнейшей патологии гораздо проще, чем многие думают. Исследование его молекулярной логики показало, что это заболевание возникает из-за накопленных в человеческом геноме мутаций, к которым добавляются некоторые значительные отклонения в эпигеноме и метагеноме. Поэтому рак — болезнь генов, но это не значит, что она передается по наследству, так как менее 10 % злокачественных опухолей возникают непосредственно в результате унаследованных мутаций. Эти унаследованные от семьи опухоли можно легко распознать, а также определить мутации, которые их порождают, и предложить их носителям генетическую консультацию и способы медицинского вмешательства, наиболее подходящие для каждого пациента1.

Большой резонанс в СМИ получил случай актрисы Анджелины Джоли, у которой была обнаружена мутация в гене BRCA1, предрасполагающая к раку молочной железы и яичников. Ее бабушка, мама и тетя тоже были носителями этой мутации, все три умерли от рака, поэтому актриса решилась на двойную мастэктомию, а затем на удаление яичников в качестве профилактики. Однако подавляющее большинство онкозаболеваний не являются наследственными; они вызваны геномными мутациями, приобретенными на протяжении всей жизни из-за воздействия агрессивной окружающей среды, в частности, солнечного излучения, деятельности некоторых вирусов и токсичных веществ, таких как табак, или просто из-за неизбежных сбоев в механизмах репликации или восстановления генетического материала.

Так как рак является следствием накопленных повреждений генома, казалось очевидным, что если бы мы смогли секвенировать геном опухолей, то смогли бы понять причины болезни и разработать новые методы лечения. Однако этот подход, каким бы логичным он ни казался, столкнулся с трудностью расшифровки геномов быстро и дешево. Неожиданно, в ноябре 2008 года, ситуация в корне изменилась. Я до сих пор прекрасно помню ту ночь, когда я прочитал несколько статей в журнале Nature, где были представлены первые полные геномные данные некоторых людей, полученные с помощью техники «массового секвенирования нового поколения». Среди этих данных были геномные данные Джеймса Уотсона, одного из открывателей спиральной структуры ДНК, а также данные одной пациентки, больной раком2. В ту же ночь я переписывался с моими коллегами и учениками, обсуждая возможности освоить эту технику для глобальной расшифровки геномов рака. Это позволило бы нам расширить перспективы нашей лаборатории, которая уже больше двадцати лет изучала гены рака изолированно — подход, который до того времени был совершенно необходим, но в свете новых достижений внезапно показался нам минималистским и недостаточным.

После конференции в Торонто, в которой приняли участие представители восьми стран, включая Испанию, был основан Международный консорциум генома рака (International Cancer Genome Consortium — ICGC) — проект, который на начальном этапе стремился расшифровать геном опухоли двадцати пяти тысяч пациентов с диагнозом «рак» и сравнить его с геномом здоровых клеток тех же самых пациентов. Таким образом могли бы быть идентифицированы самые частые мутации для наиболее распространенных или хуже всего поддающихся лечению типов рака, известных к тому моменту. В тесном сотрудничестве с несколькими учеными из различных испанских центров, особенно с Элиасом Кампо и Ксавьером Эстивилем, мы приступили к решению задачи, соответствующей ситуации в нашей стране: расшифровке генома пятисот пациентов с хроническим лимфолейкозом — самой распространенной формой рака в западном мире. Предстоящий масштаб работы казался неохватным, особенно принимая во внимание, что до того момента во всем мире были секвенированы лишь несколько геномов человека. Но скоординированные усилия многих ученых принесли плоды, и мы вскоре смогли получить первые картины генетического ландшафта при этом типе лейкемии. Мы увидели настоящую мутационную бурю, разыгравшуюся в изученных геномах: в каждом из них были обнаружены более двух тысяч мутаций3.

С тех пор каждый раз, когда я сталкиваюсь с громадными объемами данных об опухолевом геноме, я вспоминаю трогательный рассказ Эдуардо Галеано, в котором описано, как отец решил показать сыну море, и они отправились в долгий путь. Когда же, наконец, добрались, мальчик, пораженный, буквально лишился дара речи, а когда оправился, то сумел произнести всего три слова: «Помоги мне смотреть». Настолько велико было то, что он впервые увидел, что непривыкшие глаза не могли справиться без посторонней помощи4. Нечто подобное происходит, когда мы анализируем геномную биографию больного раком. Настолько велик объем информации, которую мы должны обработать и встроить в систему, что нужно объединить взгляды многих, чтобы хоть немного упорядочить геномный хаос, который представляет собой рак.

К счастью, во всех геномных катастрофах всегда есть место и время для надежды. В конце 2015 года, по окончании нашей работы над геномом пятисот пациентов с лейкемией, мы обнаружили повторяющиеся мутации, то есть у некоторых пациентов были повреждены одни и те же гены. Кроме того, у некоторых больных мутации были идентичными, во что было сложно поверить, потому что наш геном состоит из трех миллиардов частей, и любая из них имеет все шансы стать мишенью для мутаций. Эти результаты вкупе с другими, полученными в геномных проектах по другим типам рака (особенно в рамках американского проекта под названием Cancer Genome Atlas, то есть «Атлас ракового генома»), позволили выделить многочисленные мутантные гены, к которым опухоли приобретают зависимость. Понятно, что именно эти гены в первую очередь стали объектом терапевтического вмешательства. В конечном счете такое глобальное изучение рака сделает возможной разработку более избирательных и эффективных лекарств, чем те, что мы имеем на данный момент, и приведет к созданию индивидуализированного лечения для каждого пациента5.

Под названием «рак» объединяется множество разных заболеваний, и глобальный геномный взгляд на биографию рака — это только первый шаг на пути к будущему. Параллельное изучение многих других генетических заболеваний тоже приведет к подобным результатам, а значит, и к новым методам лечения. Кроме того, технологический прогресс позволил расшифровать эпигеномный и метагеномный языки, и сегодня мы можем с уверенностью и эффективно определять изменения, которые появляются в процессе развития рака в опухолевом эпигеноме или метагеноме человека. Итак, мы вступили во время геномов — в новую эру, которая обещает нам знания, но не скрывает, что путь, который нам еще только предстоит пройти, долог и труден. Поэтому стоит отметить, что расшифровка генома злокачественных опухолей или любого другого заболевания, написанного на языке четырех букв жизни, не означает быстрого и окончательного исцеления этих патологий. Однако эти новые технологии предоставят клиническим специалистам точные биологические и молекулярные данные, которые позволят им выработать наиболее подходящие методы лечения для каждого пациента. Таким образом, расшифровка геномов станет необходимым инструментом, дающим пациенту здоровье и время, а значит, новым эликсиром благополучия и счастья.

И пока многие из нас увлеклись поисками генетических изменений, вызывающих рак, Синъя Яманака завершал в Японии эксперименты, которые должны были пошатнуть некоторые классические парадигмы биологии. Используя только свое воображение и четыре фактора транскрипции (белки с регуляторными функциями, о которых мы говорили в главе 6), доктор Яманака и его ученик Кадзутоши Такахаши перепрограммировали взрослые клетки, стирая эпигенетические маркеры, накопленные клетками за всю их жизнь, и вернули их обратно в прошлое, полное плюрипотентности и биохимической молодости. Сначала такие перепрограммированные клетки, известные как iPS-клетки (по-русски — иПСК, индуцированные плюрипотентные стволовые клетки), были получены из клеток кожи мыши, но несколько месяцев спустя та же самая технология была применена и к человеческим клеткам6. Вот таким удивительным и неожиданным образом Яманака и Такахаши обратили стрелу времени вспять, воплощая в жизнь заветную мечту человечества.

Я отлично помню тот день, когда познакомился с Синъя Яманака. Это было 13 июня 2011 года во время ужина в посольстве Японии в Испании. Его работы вызвали необычайно большой отклик в научных кругах, но сам Синъя был очень скромным и сдержанным человеком, а так как власти его страны предполагали, что он может получить Нобелевскую премию, они делали все, чтобы он стал всемирно известным ученым. В рамках этой инициативы несколько японских посольств, в том числе испанское, организовали встречи с учеными, на которых в приятной и спокойной обстановке можно было обсудить достижения доктора Яманака и будущие перспективы его работы.

Я прибыл на встречу с моей дочерью Лаурой, в то время студенткой медицинского факультета. Вместе с десятью другими приглашенными гостями мы собрались вокруг Синъя Яманака и его жены по имени Чика и наслаждались чудесной мадридской ночью, замаскированной под настоящую дзенскую атмосферу. Синъя Яманака был таким же скромным и почтительным, как мы себе его и представляли; он мало говорил, хотя в этом и не было необходимости, так как все присутствующие были прекрасно осведомлены о ходе и важности его работы. В целом было понятно, что его эксперименты по перепрограммированию клеток доказали несостоятельность давней идеи о необратимости дифференцированного состояния клетки. Многие из тех, кто присутствовал на том ужине, уже подтвердили в наших лабораториях, что коктейль простых факторов Яманака (Oct4, Sox2, c-Myc и Klf4) может вернуть обработанные клетки в плюрипотентное состояние, из которого могут быть созданы клетки того типа, который нужен ученым. Поэтому разговор был сосредоточен на возможном клиническом применении иПСК, и в этом вопросе Яманака был убедителен: цель заключалась не в том, чтобы задерживать время, а в борьбе с болезнями, связанными с течением времени.

В этом плане преимущество iPS-клеток кроется в том, что они могут быть получены из любой взрослой клетки, что чрезвычайно упрощает проведение экспериментов, уменьшает риск отторжения при будущих трансплантациях этих клеток и устраняет этические барьеры, связанные с использованием клеток-предшественников эмбрионального происхождения. Тем не менее иПСК по-прежнему имеют те же самые ограничения, что и другие стволовые клетки, в том числе их способность порождать злокачественные опухоли, что требует предельной строгости и максимального медицинского контроля при их использовании у пациентов. Поэтому, несмотря на то, что шокирующая концептуальная революция, вызванная перепрограммированными клетками, сразу нашла применение в фундаментальных исследованиях механизмов болезней и в создании клеточных моделей, которые их воспроизводят, внедрение этих методов в клиническую практику требовало гораздо больше времени7.

16 марта 2017 года престижный медицинский журнал New England Journal of Medicine опубликовал результаты первого успешного лечения, основанного на использовании иПСК. Японские исследователи под началом доктора Масайо Такахаши извлекли клетки кожи пациентки, страдающей макулодистрофией (дегенерацией желтого пятна) — болезнью, которая вызывает потерю зрения. После перепрограммирования этих кожных клеток в плюрипотентные иПСК исследователи превратили их в клетки сетчатки глаза и пересадили в один глаз пациентки. Результаты были положительными, но скромными, так как после этой инновационной аутотрансплантации (пересадки родных клеток) ухудшение зрения остановилось, оно оставалось на том же уровне более двух лет, но добиться улучшения так и не удалось.

Исследования, нацеленные на получение иПСК из клеток самих пациентов, стали важной вехой в регенеративной медицине, но высокая стоимость может сделать их применение на общей основе невозможным. Поэтому в Японии и некоторых других странах начали готовить клеточные линии, совместимые с генетическими характеристиками значительной части населения этих стран, чтобы их можно было эффективно и в глобальном масштабе использовать для трансплантации клеток. Сам доктор Яманака подсчитал, что ста клеточных линий iPS-клеток вполне достаточно для всего населения Японии, а двумястами можно обеспечить население Соединенных Штатов. Кроме того, эти клетки имеют ограниченную область применения: их можно использовать при лечении десятка с небольшим болезней с особыми характеристиками, например с дефектами только в одном типе клеток. Использование иПСК для лечения пациентов со сложными заболеваниями, которые поражают органы, состоящие из различных типов клеток, все еще остается большим вызовом для науки и самой медицины.

Прошло уже больше десяти лет с момента первых публикаций Синъя Яманака, в которых он описывал, как создавались iPS-клетки. Эта научная область расширялась стремительно, но ее клиническая эволюция следовала осторожным рекомендациям, установленным ее основателем. Все еще довольно далек тот момент, когда утреннее вливание коктейля из факторов Яманака сможет незамедлительно омолодить наши клетки. Однако создание клеточных моделей человеческих болезней и их клиническое применение в определенных ситуациях превращают иПСК в один из новых эликсиров счастья, которые помогут нам жить немного дольше, а главное, немного лучше.

1. Больше информации о наследственных опухолях: Real-Arribas et al., «Genes, herencia y cáncer», en Farreras-Rozman, Medicina Interna, 2017.

2. Первая работа, посвященная секвенированию генома опухоли: Ley et al. DNA sequencing of a cytogenetically normal acute myeloid leukaemia genome. Nature, 2008, v. 456, pp. 66−72.

3. Среди образцовых работ Испанского консорциума по изучению генома рака, который в первую очередь занимается расшифровкой генома хронического лимфоцитарного лейкоза, стоит упомянуть: Puente et al. Whole-genome sequencing identifies recurrent mutations in chronic lymphocytic leukemia. Nature, 2011, v. 475, pp. 101−105; Quesada et al. Exome sequencing identifies recurrent mutations of the splicing factor SF3B1 gene in chronic lymphocytic leukemia. Nature Genetics, 2012, v. 44, pp. 47−52; Ramsay et al. POT1 mutations cause telomere dysfunction in chronic lymphocytic leukemia. Nature Genetics, 2013, v. 45, pp. 526−530; Puente et al. Non-coding recurrent mutations in chronic lymphocytic leukaemia. Nature, 2015, v. 526, pp. 519−524; и Beekman et al. The reference epigenome and regulatory chromatin landscape of chronic lymphocytic leukemia. Nature Medicine, 2018, v. 24, pp. 868−880.

4. Цитата, использованная для сравнения величия моря с величием генома, взята из короткого рассказа El mar («Море») Эдуардо Галеано: «Диего никогда не видел моря. Его отец, Сантьяго Ковадлов, решил показать сыну, что это. Они поехали на юг. Оно, море, находилось там, за высокими дюнами, ожидая. Когда мальчик и его отец после долгого пути, наконец, достигли вершины тех дюн, море взорвалось перед их глазами. И море было таким необъятным и так сверкало, что мальчик онемел от красоты. И когда он, наконец, обрел дар речи, то дрожа и заикаясь, попросил отца: "Помоги мне смотреть!"» — Перевод заимствован с сайта: https://desaparecida.livejournal.com/207577.html. — Прим. перев.

5. Обзор результатов различных проектов, посвященных геному рака, можно найти в книге: DeVita V. T., Lawrence T. S., Rosenberg S. A. Cancer. Principles and practice of oncology. Philadelphia, Lippincott Williams & Wilkins, 2018.

6 Первые работы Синъя Яманака о перепрограммировании клеток: Takahashi, Yamanaka. Induction of pluripotent stem cells from mouse embryonic and adult fibroblast cultures by defined factors. Cell, 2006, v. 126, pp. 663−676; и Takahashi et al. Induction of pluripotent stem cells from adult human fibroblasts by defined factors. Cell, 2007, v. 131, pp. 861−872.

7. Актуальное видение терапевтических возможностей иПСК можно найти в статье: Takahashi, Yamanaka. A decade of transcription factor-mediated reprogramming to pluripotency. Nature Reviews Molecular Cell Biology, 2016, v. 7, pp. 183−193. Полный текст статьи, описывающей результаты первого эффективного лечения с использованием иПСК: Mandai et al. Autologous induced stem-cell-derived retinal cells for macular degeneration. The New England Journal of Medicine, 2017, v. 376, pp. 1038−1046.

Ранее в рубрике «Медленное чтение» были представлены следующие книги, вошедшие в длинной список премии «Просветитель.Перевод»:

Питер Годфри-Смит. Метазоа: Зарождение разума в животном мире / Пер. с англ.: Галина Бородина; научные редакторы Анна Винкельман, Михаил Никитин; редактор Андрей Захаров. — М.: Альпина нон-фикшн, 2023.

Сиддхартха Мукерджи. Ген. Очень личная история / Пер. с англ.: Ольга Волкова, Ксения Сайфулина; редактор Ольга Волкова. — CORPUS, 2023.

Сара Мэннинг Пескин. В молекуле от безумия: Истории о том, как ломается мозг / Пер. с англ.: Анастасия Смирнова; научный редактор Ольга Ивашкина, редактор Екатерина Иванкевич. — М.: Альпина Паблишер, 2023.

Марта Нуссбаум. Политические эмоции: Почему любовь важна для справедливости / Пер. с англ.: Софья Порфирьева; научный редактор Дмитрий Турко, редактор серии Арсений Куманьков. — М.: Новое литературное обозрение, 2023.

Роланд Паульсен. А вдруг?.. Тревога: как она управляет нами, а мы — ею / Пер. со швед.: Елена Тепляшина; научный редактор Полина Цыганкова, редактор Алексей Андреев. — М.: Лайвбук, 2023.

Герлинде Пауэр-Штудер, Дж. Дэвид Веллеман. Конрад Морген: Совесть нацистского судьи / Пер. с англ.: Юрий Чижов; научный редактор Дмитрий Гурин, редактор Наталья Нарциссова. — М.: Альпина нон-фикшн, 2023.

Анил Сет. Быть собой: Новая теория сознания / Пер. с англ.: Мария Десятова; научный редактор Ольга Ивашкина, редактор Наталья Нарциссова. — М.: Альпина нон-фикшн, 2023.

Редакция

Электронная почта: polit@polit.ru
VK.com Twitter Telegram YouTube Яндекс.Дзен Одноклассники
Свидетельство о регистрации средства массовой информации
Эл. № 77-8425 от 1 декабря 2003 года. Выдано министерством
Российской Федерации по делам печати, телерадиовещания и
средств массовой информации. Выходит с 21 февраля 1998 года.
При любом использовании материалов веб-сайта ссылка на Полит.ру обязательна.
При перепечатке в Интернете обязательна гиперссылка polit.ru.
Все права защищены и охраняются законом.
© Полит.ру, 1998–2024.