Вся_библиотека

    

      

ГЕНОМ ЧЕЛОВЕКА И БИОЛОГИЯ XXI ВЕКА

Л. Л. Киселев

 

Киселев Лев Львович - член-корреспондент РАН,

заведующий лабораторией Института молекулярной биологии им. В.А. Энгельгардта РАН,

председатель научного совета

Российской национальной программы "Геном человека"

Министерства науки и технологий РФ.

 

 

В 1988 г. один из первооткрывателей знаменитой двойной спирали ДНК, нобелевский лауреат Дж. Уотсон, публично высказал мысль о том, что наука вплотную приблизилась к раскрытию химической основы наследственности, причем не какого-либо низшего организма, а "царя природы" - человека. К тому времени было уже известно, что наследственный аппарат человека, геном, то есть совокупность всех генов и межгенных участков ДНК, составляет около 3 млрд. нуклеотидных пар. (Напомним, что нуклеотид - элементарное химическое звено, мономер, из которых построена полимерная цепь ДНК.) Эта величина казалась необозримо большой, и сама мысль, что такой объем информации может быть получен, представлялась совершенно фантастической. Критики считали, что решение данной задачи малореально в научном отношении, к тому же потребует разорительных затрат.

 

В том же самом 1988-м с аналогичной идеей выступил выдающийся российский молекулярный биолог и биохимик, академик А.А. Баев (1904-1994). После консультаций с коллегами он обратился к М.С. Горбачеву с письмом, в котором предложил организовать государственный научный проект по изучению генома человека. В России, как и за ее пределами, эта идея также была встречена весьма критически, однако время шло, и очень скоро научное сообщество во всем мире стало обсуждать ее всерьез. С 1989 г. и в США, и в СССР функционируют соответствующие научные программы; позднее возникла Международная организация по изучению генома человека (HUGO), вице-президентом которой несколько лет был академик А.Д. Мирзабеков.

 

В СССР по решению правительства было открыто финансирование и организован Научный совет по программе "Геном человека" под руководством А.А. Баева. Расположившийся в головном учреждении программы - Институте молекулярной биологии им. В.А. Энгельгардта РАН, совет весьма быстро создал инфраструктуру, объединил исследования многих разрозненных групп, преодолевая ведомственные барьеры и географическую удаленность.

 

Важно подчеркнуть, что с самого начала работ по геномному проекту мир договорился об открытости, доступности всей получаемой информации для его участников независимо от их вклада и государственной принадлежности. Сейчас существуют десятки мощных баз данных, в которых аккумулирована гигантская информация о структуре не только генома человека, но и геномов многих других организмов.

Вклад России в международное сотрудничество признан в мире: 70 отечественных исследователей являются членами HUGO (избрание осуществляется тайным голосованием на основании международных публикаций кандидатов). В международной научной прессе за десятилетие функционирования российской национальной программы опубликовано свыше 400 работ, в банках данных зарегистрировано более миллиона нуклеотидных пар фрагментов ДНК человека, многие сотни маркеров, что имеет большое значение для детального анализа генома человека. Российская геномная программа финансируется Министерством науки и технологий РФ и поддерживается Президиумом РАН.

ГЕНОМИКА - КЛЮЧЕВОЕ СЛОВО НОВОЙ БИОЛОГИИ

В российской национальной программе важное место занимают, помимо структурного и функционального анализа генома, два направления исследований: компьютерный анализ генома и медицинские приложения - медицинская геномика.

Создано программное обеспечение, позволяющее опознавать кодирующие и некодирующие участки генома по анализу нуклеотидной последовательности, а затем это компьютерное предсказание проверять экспериментально; организованы базы данных в Москве, Новосибирске, Пущине, где систематизируются непрерывно пополняющиеся сведения о геномике человека.

 

Благодаря тому что в мире идентифицировано множество генов, ответственных за многие болезни человека, в том числе онкологические, наследственные, нейродегенеративные, возникли и бурно прогрессируют два направления медицинской геномики - геномная диагностика, а также поиск и идентификация не только "больных" генов, ответственных за те или иные патологии, но и генов, определяющих предрасположенность ко многим тяжелым болезням человека. Медико-генетические центры Москвы, Санкт-Петербурга, Томска, Новосибирска активно используют и развивают методы геномной диагностики, включая дородовую (пренатальную).

 

В 1999 г. в нашей стране можно было диагностировать не менее 30 различных заболеваний, главным образом наследственных: болезнь Альцгеймера, болезнь Гоше, атаксию, муковисцидоз, мышечную дистрофию Дюшенна, дистонию, гемофилию А и В, миотоническую дистрофию, нейрофиброматоз 1-го типа, фенилкетонурию, серповидно-клеточную анемию, талассемию, синдром хрупкости Х-хромосомы, хорею Хантингтона, наследуемый рак молочных желез и яичников и др.

 

В 1999 г. в рамках российской программы работали около 400 исследователей в составе примерно 100 групп из 30 научных учреждений РАН и РАМН, госцентров и университетов. За достижения в геномике 16 российских ученых удостоены премии имени А.А. Баева, учрежденной Научным советом по программе "Геном человека" в честь организатора и первого руководителя геномной программы России.

 

Как далеко продвинулись структурные исследования генома человека в мире? Приведу только две цифры. Пять лет назад за год в мире расшифровывали несколько миллионов нуклеотидных пар ДНК, и это воспринималось как замечательное достижение. На исходе 1999 г. американская фирма "Celera", возглавляемая выдающимся исследователем и организатором Г. Вентером, расшифровывает (секвенирует) не менее 10 млн. нуклеотидных пар в сутки. На фирме секвенирование ДНК осуществляют около 250 приборов, снабженных роботами, которые функционируют в автоматическом режиме и передают всю информацию непосредственно в банки данных, где она систематизируется, аннотируется и становится доступной ученым всего мира.

Вентер официально объявил, что "Celera" планирует завершить расшифровку генома человека к концу 2001 г. В свою очередь Консорциум европейских и японских центров расшифровки структуры ДНК сообщил, что ту же цель планирует достичь к 2003 г. Очевидно, что это соревнование (независимо от того, кто придет к финишу первым) в ближайшие два-три года завершится достижением эпохальной цели - познанием всего наследственного материала человека на уровне его точного химического строения. Вероятно, в истории человечества трудно найти что-либо сопоставимое с этим событием по его общетеоретическим последствиям и практическому значению. Может быть, оно сравнимо с открытием электричества или путей использования атомной энергии, может быть, с выходом человека в космос, но в любом случае знаменует окончание одной эры и начало новой, как минимум, в биологии и медицине, а скорее, во всем естествознании.

 

Таблица 1. Сравнение размеров геномов и числа генов

 

Организмы    Размер генома,

млн. п.н.       Число генов,

тыс.    Плотность,

тыс. п.н./ген

Бактерии

Дрожжи

Нематода

Человек       0.5-5

12

97

3000   0.47-4.29

6

19

80-100         1-1.7

2

5

>30

 

Исследования генома человека с самого начала потянули за собой, как паровоз, исследования геномов огромного числа других организмов, гораздо более простых (табл. 1). Их расшифровка ведется во все возрастающем темпе и объеме параллельно с изучением человеческого генома. Что же сделано конкретно к концу 1999 г.?

Известна полная геномная структура свыше 100 микроорганизмов (табл. 2), среди которых как обычные бактерии, в том числе вызывающие многие тяжелые заболевания человека и животных, так и архебактерии - особое царство живой природы, находящееся как бы между клеточными организмами (эукариоты) и истинными бактериями (прокариоты).

 

Таблица2. Геномы некоторых микроорганизмов, расшифрованные в 1995-1998 годах

 

Название      Размер генома,

млн. п.н.       Число генов  Свойства

Mycoplasma genitalius

Mycoplasma pneumoniae

Ricketsia provazekii

Treponema pallidum

Helicohacter pylori

Haemophilus influenzae

Mycobacterium tuherculosus

Escherichia coli К 12

Metanococcus jannaschii

Pyrococcus horikoshii         0.580

0.816

0.112

1.138

1.668

1.830

4.412

4.639

1.660

1.739  468

677

834

1041

1590

1073

3924

4288

1738

2061   Возбудитель урогенитального воспаления

Возбудитель пневмонии

Возбудитель сыпного тифа

Возбудитель сифилиса