Шифр индивидуальности

Индивидуальность каждого человека, его отличие от любого другого, живущего или жившего на планете, так привычна, что не вызывает особого удивления. Скорее, интерес пробуждает обратное: идентичные близнецы, двойники, клоны.

А английский генетик А. Джеффрис в 1985 году и наш соотечественник Е. Рогаев в 1986-м обнаружили, что образцы ДНК, взятые из одного гена у разных людей, при обработке по определенной методике всегда дают разную картину. Несовершенство метода или очень упорный артефакт? Это была первая мысль. Но очень скоро стало ясно, что непонятные картинки имеют совершенно определенный смысл: в человеческой ДНК существуют участки, обладающие особым свойством - повышенной изменчивостью, или гипервариабельностью.

Напомним, что наследственное вещество ДНК представляет собой цепочку из четырех чередующихся нуклеотидов - их принято обозначать буквами А, Г, С и Т. Эти четыре «буковки» могут чередоваться любыми способами и кодируют все разнообразие белковых молекул, существующих на нашей планете. Не будем вдаваться в подробности процессов, обеспечивающих «перевод» сухого генетического текста в реальные живые существа. Скажем только, что инструкция, «записанная» в ДНК с помощью четырех нуклеотидов, должна быть достаточно стабильной. Иначе мы встречали бы в природе не только слонов и лягушек, но и множество «промежуточных» химер. В действительности не только лягушка всегда резко отличается от слона, но и один вид лягушки, характеризующийся, к примеру, оранжевой полоской на голове, отличается от другого, таковой полоски не имеющего. С другой стороны, ширина полоски может изменяться у лягушек одного и того же вида - это уже границы, допускаемые индивидуальностью.

Наиболее ярко «разброс индивидуальности» мы можем наблюдать на существах одного с нами вида, то есть людях, в то время как отличия между лягушками для кого-то могут казаться незаметными. Как бы ни были похожи два человека, мы никогда не спутаем их друг с другом, разве что в том случае, когда они являются генетически идентичными близнецами. Но и тут восторги по поводу их «одинаковости» обычно несколько преувеличены.

Ученые много лет искали и не могли найти информационную базу такого разнообразия. Белки, выполняющие те или иные функции, обычно существуют в ограниченном количестве вариантов - максимум несколько десятков. Кодирующие их гены, как правило, тоже. Более того, постоянство «генетического текста» ревностно поддерживается специальными клеточными системами. Все случайные изменения в ДНК обычно отбраковываются или приводят к болезням, которые нередко мешают особи продолжить себя в потомстве.

Другими словами, у представителей одного и того же вида аналогичные участки ДНК, как правило, имеют строго постоянную структуру: чередование четырех букв генетического кода у них практически всегда одинаково. Именно поэтому, кстати, имеет смысл столь грандиозная работа, как расшифровка последовательности нуклеотидов всей ДНК человека. «Взглянув» на определенный участок ДНК, или сайт - именно так он называется, можно рассчитывать найти там определенную последовательность нуклеотидов.

Казалось, в этом царстве порядка и стабильности нет места для каких-то «несанкционированных» изменений. Однако открытие гипервариабельных участков ДНК показало, что существуют последовательности, которые практически никогда не совпадают у разных людей. Именно тут, видимо, и отведено место разгулу индивидуальности. Строение ДНК в этом случае можно сравнить со строго распланированным французским парком, где с точностью до сантиметра выстригаются зеленые бордюры, доводятся до стереометрического совершенства кусты и деревья, уничтожаются сорняки, но есть огороженные участки, где разрешено сажать и лопухи, и орхидеи… Можно считать эти участки ошибками природы, а можно - частью ее великого замысла.

Гипервариабельные участки ДНК представляют собой короткие повторы нуклеотидов, которые можно было бы сравнить также с определенными знаками препинания внутри генетического «текста». Разнообразие этих знаков препинания и их свойство располагаться в самых разных участках ДНК и обеспечивает практически бесконечное разнообразие их сочетаний. Какова функциональная роль гипервариабельных участков, пока окончательно не ясно. Хотя можно предположить, что она может оказаться очень важной, как и наличие запятой в классической фразе «казнить нельзя помиловать». Варианты и чередование таких повторов у каждого человека строго индивидуальны и совпадают только у идентичных близнецов.

Чтобы выявить такие участки внутри ДНК, используется маркерный зонд - фрагмент ДНК, содержащий определенную последовательность нуклеотидов - ту, которую предстоит найти. Для того чтобы определить количество и местонахождение таких гипервариабельных участков, длинную нить ДНК «нарезают» на фрагменты разной длины. Полученные фрагменты «сортируют» с помощью гель-электрофореза и смешивают с зондом, несущим радиоактивную или другую метку. В процессе гибридизации зонд с меткой «узнает» сходные с ним последовательности и присоединяется к ним. Участки ДНК, на которые «садится» зонд, тоже становятся мечеными и легко распознаются с помощью специальных методов. После несложной обработки можно увидеть чередующиеся темные и светлые полосы разной ширины, напоминающие штрих-код.

Вскоре стало ясно, что гипервариабельные участки ДНК дают новую возможность очень четко идентифицировать индивидуальность человека. Это открытие почти сразу же, с колес, нашло применение в криминалистике. Как в Англии, так и у нас, когда к Евгению Рогаеву, в то время еще недавнему выпускнику МГУ, обратились судмедэксперты с просьбой помочь в расследовании одного сложного дела.

Прежде, чем ДНК-фингерпринтинг (fingerprinting - по аналогии с отпечатками пальцев, которые тоже строго индивидуальны) был утвержден как метод криминалистической экспертизы, он уже стал применяться на практике. Это один из самых ярких примеров стремительного соединения теоретических достижений науки с реальными потребностями человечества.

Преимущества новой методики были слишком очевидны: свою ДНК нельзя изменить с помощью каких-либо операций и маскировок, она неизменна от рождения до смерти и даже после нее. ДНК сохраняется не только в крови, но и в сперме, моче, слезах, кожных чешуйках, волосах. Сам того не ведая, преступник оставляет повсюду невидимые следы, в которых хранится его генетический паспорт. Причем ДНК можно выделить из биологического материала и сохранять для исследования довольно долгое время, используя полученную информацию для опознания личности и раскрытия преступлений многолетней давности, как это и было с идентификацией останков членов царской семьи. И наконец, главный подарок криминалистам: точность этого метода близка к стопроцентной.

Неудивительно, что сегодня в большинстве стран результаты генетической экспертизы являются решающим аргументом в пользу виновности подозреваемого. А некоторые правительства просто одержимы идеей создать компьютерные банки ДНК-фингерпринтов не только преступников ( это уже практически сделано), но и вообще всех граждан страны. Теоретически с помощью современных информационных технологий это возможно. Но не очень корректно с точки зрения биоэтики: имеет ли право государство без согласия человека получать доступ к его личной генетической информации? Этот вопрос в большинстве случаев остается открытым, хотя в связи с расшифровкой генома человека обсуждается довольно активно. Большинство склоняется к тому, что в отношении законопослушных добропорядочных граждан здесь тоже должны действовать законы privacy - несанкционированное вмешательство в частную жизнь недопустимо.

ДНК-фингерпринтинг фигурирует сегодня в суде не только как свидетель преступлений, но и в менее трагической роли - при установлении отцовства. Чтобы подтвердить, что человек является отцом ребенка, не нужна даже ДНК матери: у ребенка и у его настоящего родителя совпадает примерно половина «полос» на генетическом штрих-коде. Технология эта очень актуальна при выяснении прав на наследство, появлении детей лейтенанта Шмидта и других самозванцев. А какие открываются перспективы для исследования родословных, династических корней, закрашивания «белых пятен» в мировой истории… Некоторые предполагают, что историю вообще придется переписывать заново, если подойти к вековым тайнам с «отмычкой» фингерпринтинга. Вот только нужно ли это?

Однако судебная сфера - далеко не единственная область применения ДНК-фингерпринтинга. Прежде всего оказалось, что этот метод актуален не только для людей, но и для всех живых существ. Одним из первых универсальных маркеров для обнаружения гипервариабельных последовательностей ДНК стал бактериофаг мю 13 - простейший вирус, «паразитирующий» на бактериях. Создание такого маркера группой отечественных исследователей под руководством профессора А. Рыскова сделало возможным получение ДНК-фингерпринтов не только для разных генов человека, но и кролика, мыши, свиньи, дрозофилы, пшеницы, дрожжей…

Открытия, которые делаются с помощью этого метода, иногда становятся настоящей сенсацией. Например, обнаружение в ДНК здорового человека генетического материала вируса иммунодефицита говорит о том, что СПИД вовсе не является чумой ХХ века. Человечество, похоже, «познакомилось» с ним гораздо раньше, просто научилось определять его и бить тревогу лишь в последнее время. Используется этот подход и для выявления в генах человека так называемых онкогенных вирусов - тех, которые при определенных условиях могут спровоцировать опухолевый процесс.

ДНК-фингерпринтинг оказался эффективен и совсем в другой области: при изучении родственных видов растений и животных, их эволюционных связей. Причем в последнее время для таких исследований все чаще применяют не основную часть генетического материала, которая расположена в ядре клетки и представляет собой «смесь» генов матери и отца, а так называемую митохондриальную - ту, которая хранится вне ядра клетки. Этой ДНК обладает только яйцеклетка, сперматозоид ее лишен. Поэтому каждый живой организм получает митохондриальную ДНК только от матери. Этот в своем роде генетический андерграунд меньше подвержен изменениям и позволяет выяснить степень генетического родства более точно.

Можно без преувеличения сказать, что ДНК-фингерпринтинг дал новый информативный срез почти в каждой области биологии. Если сравнить науку со слоеным пирогом, в котором чередуются различные фундаментальные отрасли, то этот метод подобен ножу, рассекающему «пирог» сверху донизу, чтобы обнажить в каждом слое новый удивительный срез.

[i39647]