Как генетика помогает сегодня

Сегодня генетика затрагивает многие исследования, касающиеся жизни и здоровья человека. Гены могут оказывать влияние на его поведение, болезни, пристрастия и даже на социальное устройство в мире. Современные исследования доказали, что, зная, как работает тот или иной ген, можно победить некоторые наследственные заболевания.

Как генетика помогает сегодня, в интервью «ФедералПресс» рассказала генетик, доктор биологических наук, заведующая лабораторией анализа генома института общей генетики им. Вавилова РАН Светлана Боринская.

«Гены могут влиять на то, что человек себя чувствует счастливым или подавленным»

Светлана Александровна, известно, что у человека 20 тысяч генов, можно ли условно их разделить на хорошие и плохие? И какие за что отвечают?

— Нет деления на хорошие и плохие гены. У вас две руки, две ноги – можно их разделить на хорошие и плохие? То же самое с генами, но если в них есть ошибки, как в словах, то ген не работает, он портит человеку жизнь или вообще лишает возможности существовать. Здесь подразумевается прерывание беременности на ранних сроках, бесплодие. Но это не ген, это ошибки в нем, мутации.

А есть ли ген счастья, счастливости? Если есть, то у каких людей его больше. У каких меньше? Говорят, люди, живущие в солнечных странах, счастливее и добрее. Постоянный приток витамина D, солнце, тепло. А вот жителей Урала, напротив, называют суровыми…

— Опросы, которые проводятся во всем мире, и подсчеты показывают, что люди в скандинавских странах очень счастливые, несмотря на то что солнца там мало. Но там развита социальная поддержка, благополучное общество, и это определяет то, что люди счастливые. Гены могут давать вклад в то, что человек себя чувствует счастливым или подавленным. Есть варианты генов, которые повышают риск депрессии. Они в том числе связаны с серотонином, который называют гормоном счастья. Но на самом деле это не гормон, а нейромедиатор – вещество, передающее сигналы между клетками мозга, между нейронами. Это происходит в тех участках, которые называют зоной рая. Ее открыли еще в 60-х годах XX века в экспериментах на крысах.

Крысам вживляли электроды в различные участки мозга, стимулировали зону, чтобы понять, какая зона за что отвечает. Нашлась зона, которую крысы готовы были стимулировать бесконечно. Когда сделали установку так, чтобы крыса нажимала на рычаг, замыкала электрическую цепь, посылая сигналы на этот вживленный электрод, то она переставала есть и пить, только нажимала на рычаг, то есть крыса стала наркоманом. Эта зона рая обеспечивает мотивацию действий человека, показывая, что «все хорошо». Обычно сигналы идут от биологически полезных действий: поел хорошо, умеренно физически подвигался, побегал, попрыгал, ощутив так называемую мышечную радость, поразмножался – это тоже полезное занятие для вида. У человека социальная поддержка и одобрение тоже вызывают сигналы в этой зоне. Если недостаточно активны системы этого участка, то человеку не хватает сигналов «все хорошо», и это повышает риск развития химической зависимости: алкоголизма или наркомании.

Алкоголь и наркотики обманывают мозг – у человека вся жизнь разрушена, жена ушла, квартиру потерял, того и гляди помрет, но вещества, попадая в зону рая, дают сигнал «все хорошо». Эти вещества действуют гораздо сильнее, чем естественные стимулы; для наркоманов настолько протоптана дорожка к этому химическому сигналу, у них остальные связи перестают работать. Наркоманы перестают получать радость от прогулки на природе – слишком просто и слишком слабый сигнал. Есть люди, которые не стремятся искусственно стимулировать зону рая, для них жизнь и так яркая и полноценная.

Затронем тему человеческих слабостей и пороков. Например, алкоголь и сигареты – действительно ли у детей алкоголиков больше предрасположенность и сильнее ген пристрастия к спиртному и табаку?

— Есть варианты генов, нарушающие работу зоны рая, когда человеку неуютно, он не чувствует, что у него в жизни все хорошо, он начинает себя химически радовать. Но то, как проявляются эти варианты генов, в значительной мере зависит от условий воспитания. Здесь идет взаимодействие генов и среды. Если не очень хорошие варианты генов попались, но очень хорошая среда, благоприятная, поддерживающая, понимающая, то риск снижается.

А есть ли гены, отвечающие за девиантное поведение людей, за агрессию, например, за их выбор преступного пути? Вот здесь гены играют какую-то роль, или важно воспитание родителей, заложенное в детстве, и среда, которая окружала человека?

— Нет ни одного гена, полностью отвечающего за агрессию. Хотя известно несколько семей в мире, где встречалась мутация одного гена, приводящая к агрессивности у мужчин. У женщин этого не было, потому что ген расположен на Х-хромосоме. У женщин две Х-хромосомы, поэтому если в одной из них ген дефектен, то на второй хромосоме нормальный ген «прикрывает» его, обеспечивает нужную функцию. У мужчины одна Х-хромосома и одна Y. Поэтому все дефекты на Х-хромосоме у них неприкрыты, они все проявляются. При мутации этого гена мужчины были очень агрессивны.

Эту мутацию нашли, когда в голландской семье женщина, имеющая таких агрессивных родственников, пришла к врачу и спросила: если она родит ребенка и если это будет мальчик, не будет ли он таким же агрессивным, как ее братья и дядя? Когда их обследовали, то нашли вот такую мутацию в трех поколениях. Такая мутация существует всего у пяти семей в мире. Но даже при наличии такой мутации поведение мужчин в семье отличалось. Потому что на поведение влияет множество генов, может быть, не все 20 тысяч, но очень много.

К слову, нет ни одного гена, делающего человека убийцей. Есть гены, при суммарном эффекте которых человек может быть менее стабилен эмоционально, у него хуже контроль поведения и при соответствующем влиянии среды он может стать преступником, психопатом.

А что можно сказать о так называемых людях-гениях? Это какая-то концентрация определенного гена у них заложена, или просто их мозг работает лучше, быстрее, что отражается на способностях? Гены как-то влияют на уровень интеллекта?

— Есть исследования, но не гениев, их трудно наловить много, чтобы исследовать. Речь в исследованиях идет не о том, что есть какой-то специальный ген, делающий людей гениями, – там речь идет о том, что у людей нет вредных мутаций, нарушающих работу мозга. Вредные мутации могут мешать. Но, опять же, возьмите Стивена Хокинга. Он признан гениальным человеком; он был болен, но это не мешало ему быть гением. Есть нобелевский лауреат, математик с шизофренией; это не помешало ему сделать открытие. Эти люди могут быть социально неадекватными, неоптимальными в своих коммуникациях. Гении бывают странные, но бывают и гении общения. Исследования показывают: для высокого интеллекта важно, чтобы не было разрушающих мутаций, вызывающих наследственные заболевания с нарушением функций мозга, приводящие к умственной отсталости, или связанных с болезнью Альцгеймера. У людей с высоким интеллектом таких мутаций нет.

Не могу не спросить: ген предрасположенности к полноте существует?

— Есть несколько генов, влияющих на полноту. Например, когда мы едим, у нас выделяются вещества, которые сигнализируют организму, что ты сыт. Эти вещества связываются с определенными рецепторами, например, с рецептором лептина. Если этот рецептор не работает, то вещество сообщает, что ты сыт, но услышать это некому, и люди с такой мутацией все время едят и запредельно полные. А вот есть люди, у которых испорчен синтез лептина, их пытались лечить введением лептина. Ну, в общем, если их не кормить, они будут голодные, но стройные.

Есть нарушения гормональные, которые ведут к набору веса. Есть нарушения поведенческие – булимия, когда человек заедает стресс. А есть противоположная проблема – анорексия, смертельное недоедание. Иногда это можно чисто психотерапевтически корректировать, иногда необходимо медикаментозное лечение, которое назначает психиатр.

Светлана Боринская / Фото: Евгений Поторочин (ФедералПресс)

«Национальность к генам не пришита»

Ранее вы говорили о том, что не существует такого понятия, как национальный ген. Можете прокомментировать свою позицию? От чего тогда зависит схожесть людей, имеющих общие географические корни?

— Очень многие люди путают понятия национальности или этнической принадлежности, то есть культурные особенности, с биологическими. Внешнее сходство действительно основано на генетическом сходстве, это биологический признак, но антропологи говорят, что по внешности они национальность определить не могут. Они, конечно, видят, что человек из Африки, Европы или Азии. Но национальность ни к носу не пришита, ни к генам не пришита – это культурное понятие. У человека предки могут быть разной национальности, он может выбрать сам себе ту или иную национальность.

Всем понятно, что гены не определяют язык. То есть ребенок может заговорить на любом языке. Очень многие не понимают и думают: вот национальность – это по крови. Этническая принадлежность – это другое. Обычно люди не различают такие тонкости. Известный этнолог Сергей Соколовский говорит, что национальность – это политическая категория.

В силу исторической общности, в силу того, что люди жили в одной группе и браки заключались преимущественно внутри этой группы, они сохраняли общность внешних признаков, сохраняли генетическую общность и сохраняли язык и культурные традиции – это совпадало исторически. Если перемешивать народ, это все перестает совпадать.

Какое влияние оказывает среда, в которой находится человек, на проявление тех или иных генов?

— Среда влияет на проявление генов. Она может испортить даже жизнь с хорошими вариантами генов, а может вывести к норме жизнь с плохими вариантами генов. При подсчете риска возникновения алкоголизма у родственников больного этот риск повышен у братьев, детей, а у родственников второго порядка он ниже, но тоже имеется, дальше уже эффект нивелируется. В этом есть вклад генетических особенностей, ведь ребенку достаются те же гены, которые способствовали алкоголизму его родителя. Есть и влияние среды, в которой ребенок с детства видит пьяных родителей и считает, что это норма.

В России, к сожалению, употребление алкоголя продолжает оставаться большой проблемой. Введенные в нашей стране ограничения на его продажу дают эффект: у нас снизилась алкогольная смертность, но до этого, лет 10 назад, у нас в стране была катастрофическая ситуация. Независимыми исследованиями показано, что половина смертей мужчин трудоспособного возраста связана с алкоголем – и из-за большого количества потребляемого алкоголя, и из-за того, что преимущественно это крепкие напитки в виде водки или самогона. Это гораздо тяжелее, чем вино и пиво. Например, пиво употребляешь в режиме «пью и писаю», оно выводится. Когда пьют водку, ее не запивают литром сока или воды, поэтому алкоголь долго не выводится из организма и повреждает его.

Кто генетически не может переносить алкоголь? Например, коренные народы Севера ненцы – считается, что они на уровне генов не переваривают спиртное.

— Это ошибочное представление. Оно имеет занятную историю. Наша биохимия так устроена, что в печени поступивший спирт превращается в ядовитое вещество ацетальдегид. От этого человеку плохо: сердцебиение, потливость, покраснение лица, головная боль, тошнота – то есть человек просто отравляется. Есть специальный фермент, который превращает спирт в ацетальдегид.

В 70-е обнаружили, что у населения Китая, Кореи, Японии этот фермент работает в десятки раз быстрее, чем у европейцев. Из-за этого много выпить невозможно – спирт, который вызывает эйфорию, очень быстро переходит в ацетальдегид, а от него никакой радости, он вызывает отравление. Сейчас известно, что в Китае и в Японии, в некоторых районах более 70 % населения имеют такую особенность.

В самых первых статьях об этом сравнивали немцев и французов с японцами и китайцами. То есть европеоидов и монголоидов. И писали в выводах: «Монголоиды имеют такие-то особенности». И хотя из монголоидов изучили только две группы, вывод распространили на всех. У нас есть южные монголоиды – корейцы, китайцы, японцы, вьетнамцы, а есть северные – чукчи, ненцы. К тому моменту чукчей и ненцев никто не исследовал, но раз они монголоиды, то стали утверждать, что у них тоже изменен этот фермент, а значит, изменена реакция на спиртное.

Мы и другие российские ученые показали, что у наших северных народов с этим ферментом полный порядок, он такой же, как у европейских народов, а не как у южных монголоидов. Именно поэтому ненцы и чукчи могут пить как европейцы, у них нет гена, который мешает пить, они не отравляются алкоголем. У них другие проблемы – культурный шок, так как после революции 1917 года их стали приобщать к «цивилизованной жизни», лишив традиционного образа жизни. Детей забирали в интернаты, разрушали преемственность, запрещали говорить на родном языке, запрещали традиционную кухню и спаивали – на Север завозили спирт.

У них, наоборот, выделена большая склонность к алкоголизму, а связана она с изменением традиционного питания. Их нормальное питание: 2 килограмма мяса в день, 200 граммов рыбьего или оленьего жира. При переходе на европейский тип питания количество жира резко снижается, а большое количество жира снижает уровень стресса биохимически. Гены, которые заставляют их пить, не найдены. Им, так же как и русским, гены позволяют пить.

Возможно ли убрать такой ген предрасположенности к спиртному?

— Гены убирать не нужно. Есть такие лекарства, которые используют при кодировке, «Эспераль», например. Так вот, это лекарство действует как раз на эту систему. Оно из русского делает китайца по обмену веществ и окислению алкоголя. У них начинает накапливаться токсичный ацетальдегид. Если выпьет – умрет.

«Если отстреливать вредные мутации, тогда надо отстрелять каждого жителя Земли»

Коснемся здоровья человека. Что может означать фраза врача «У него плохой набор генов»?

— Такая фраза некорректна терминологически, у человека могут быть наследственные дефекты, но это не набор генов. Набор генов – это 20 тысяч генов. Это число может немного варьировать, какие-то могут быть дублированы, какие-то могут отсутствовать. Вот, например, есть ген, который кодирует белок, являющийся посадочной площадкой для вируса иммунодефицита. Если в этом гене теряется кусок, белок перестает работать. Вирусу иммунодефицита не за что зацепиться, чтобы проникнуть в клетку. Для людей, которые подвергаются опасности, это хорошая мутация, но она распространена только на северо-западе Европы, гораздо меньше на юге Европы, у населения Азии и Африки почти нет. Эта мутация может иметь вредные эффекты. То есть это хорошо, когда есть опасность быть зараженным, но плохо в обычных условиях.

Есть более известные мутации, например, защищающие от малярии. Они распространены только в зоне, где есть тяжелая малярия, потому что вообще с такими мутациями жить хуже: они меняют гемоглобин или другие белки. При удалении из зоны малярии очень быстро частота этих мутаций падает, потому что иметь такие мутации в гене невыгодно. Если рядом есть малярия – иметь эту мутацию выгодно, потому что иначе помрешь от малярии. Лучше жить немного хуже, но жить, хоть и с мутацией. Нет ответа – вот эта мутация гена плохая или хорошая. Бывает, что мутация хорошая, потому что она помогает выжить.

Есть пример с серповидноклеточной анемией – с мутацией, которая помогает выжить при малярии. Серповидноклеточная анемия нарушает форму эритроцитов, и они менее эффективно переносят кислород, но зато при заражении малярией человек не умирает. Но если ребенок получил эту мутацию и от папы, и от мамы, то он умирал независимо от того, есть малярия или нет. Сейчас есть лечение, люди с таким заболеванием живут долго и имеют семьи. То есть для популяции в целом есть некая оптимальная частота этой мутации, так чтобы умирал минимум, а выживал максимум.

Некоторые заболевания передаются людям по наследству. За это отвечает какой-то ген. А можно ли взять и отменить или притупить работу этого гена, так чтобы в семье представитель следующего поколения был менее расположен или вовсе не болел, например, онкологией, или сахарным диабетом, или шизофренией? Какие исследования проводятся в этой области, и каковы результаты?

— Давайте разделим заболевания, передающиеся по наследству. Они называются моногенные, или менделирующие, заболевания – это болезни, связанные с нарушениями и мутацией в одном гене. До последнего времени считалось: есть мутация – есть болезнь. Наиболее известный случай – фенилкетонурия. Новорожденных сейчас в роддомах проверяют после рождения на наличие пяти мутаций, вызывающих нарушения обмена веществ или другие нарушения, которые, с одной стороны, достаточно часты (одно на 10 тысяч. – Прим. ред.). Если частота один на миллион, то всеобщий скрининг не оправдан, слишком дорого было бы на один выявленный случай. Здесь частота оправдывает всеобщий скрининг, потому что выявленные в раннем детстве нарушения позволяют начать лечение, которое нормализует ребенка.

Фенилкетонурия – это нарушение активности фермента, когда блокируется одна из реакций превращения фенилпировиноградной кислоты. Когда она накапливается, она оказывает токсическое воздействие на мозг ребенка и на другие системы, ребенок становится умственно отсталым, и у него есть ряд других нарушений. Если дать ребенку специальное питание, диету, он вырастает практически нормальным. Другие нарушения могут корректироваться либо диетой, либо лекарственными препаратами. Мы имеем дело с тяжелым наследственным заболеванием, от которого раньше дети либо умирали, либо жили тяжело с болезнями, а сейчас подобрано лечение, которое позволяет нормализовать ситуацию. То же самое с серповидноклеточной анемией: раньше эти дети умирали, а сейчас у них есть возможность жить с определенными проблемами в здоровье.

Есть и другой подход к оздоровлению потомства, например, на Сардинии, где такие мутации были распространены. Там проводили программу скрининга эмбрионов и определяли генотипы родителей, есть ли у них мутации. Рождение больного ребенка возможно, только если оба родителя имеют мутацию. Если один, то у ребенка будет дефект, но гены здоровые, хотя он будет носителем этой болезнетворной мутации. Если у родителей, имеющих мутацию, на раннем этапе развития плода проводили генетический анализ и определяли, что у него две мутации, рекомендовали прервать беременность, но решение оставалось за родителями.

А заболевание в чем именно проявлялось?

— У ребенка эритроциты имеют неправильную форму и плохо переносят кислород. Он просто от этого умирал, у него начинались разные проблемы с органами. Вероятность рождения больного ребенка, если оба родителя являются носителями мутации, – 25 %. Но если эту беременность прервали, то есть шансы, что в следующую мутации не будет. Поэтому многие родители принимали решение прервать беременность, поэтому частота рождения больных детей во время этой программы снизилась в 20 раз.

Если к заболеванию есть генетическая расположенность, значит ли это, что методы его профилактики бесполезны?

— Метод профилактики – это как раз прерывание беременности на ранних этапах, если показано, что у плода имеются мутации, связанные с неизбежным развитием заболевания. Либо экстракорпоральное оплодотворение, когда отбор проводится не на этапе эмбриона несколько недель, а до зачатия, когда оплодотворенные яйцеклетки в лаборатории начинают развиваться, и там отбирают, какая из них здоровая. Ее подсаживают матери для вынашивания здорового ребенка. Это методы профилактики. А методов профилактики по типу «отстреливать носителей мутации» – такого сейчас нет, но раньше было.

В начале и середине ХХ века в ряде стран были программы стерилизации. В Швеции, Канаде, Америке, не говоря уже о нацистской Германии. В Чехословакии стерилизовали цыганок. В Америке десятки тысяч людей стерилизовали по принятым отдельными штатами пунктам, включавшим психически больных, бедных, матерей, рожавших детей вне брака. До 1970-х годов продолжалась принудительная стерилизация женщин коренного населения, индейцев. Не так давно в нескольких штатах правительство принесло извинения населению, что такая программа была.

В Германии неполноценных с точки зрения рейха людей уничтожали. Они полагали, что этим оздоравливают свою расу. Помимо того, что это этически недопустимо, это еще и абсолютно бессмысленно, потому что, например, если отстрелять всех больных серповидноклеточной анемией, это не снизит частоту мутаций в популяции, потому что здоровых носителей мутации только в одном из пары генов намного больше. И в следующем поколении все воспроизведется. Таким же образом действует естественный отбор: он уничтожает вредные варианты, но умирают носители определенных генотипов.

Каждый человек в среднем является носителем восьми вредных мутаций, которые могут дать заболевание, если он встретится с таким же носителем, просто эти заболевания не так часты. Известно около 6 тысяч наследственных заболеваний такого рода, их частота разная: один на четыре тысячи, один на десять тысяч, один на сто тысяч. Поэтому если отстреливать носителей вредных мутаций, надо тогда каждого жителя земли отстрелять.

В будущем родителям ребенка после исследования его генов в утробе будут выдавать таблицу: где сколько каких генов, их предрасположенность и рекомендации, что делать, как растить дитя, чем кормить, куда отдавать учиться и прочее?

— В будущем, скорее всего, будет генетический паспорт. Те наследственные заболевания, на которые сейчас проверяют новорожденных, – это его прообраз. Список планируют расширить. Проверяют то, что достаточно часто встречается и есть смысл проверять, и то, что излечимо. Выявлять слишком редкие мутации, которые дают смертельные эффекты, пока нет экономических и технологических возможностей. Но ожидается, что через некоторое время, в неотдаленном будущем, младенцы будут получать полный генетический паспорт, то есть будут смотреть все гены, нет ли в них каких-либо дефектов.

Но и здесь есть проблема. Если такая мутация встречалась, ну хотя бы у трех человек в мире, и известно, что она вызвала у них заболевание, когда ее найдут, то скажут: да, есть мутация, вызывающая заболевание. А если это новая мутация? Ребенок получает от своих родителей примерно сотню новых мутаций, которых никогда раньше не было. В целом генетические исследования ведут к пониманию причин как наследственных болезней, так и приобретенных, потому что и в том, и в другом случае меняется работа генов. И сейчас разрабатывают подходы к лечению на основе препаратов, воздействующих непосредственно на гены, чтобы, если их работа нарушена, нормализовать ее.