Читать онлайн «Эволюционизм. Том первый: История природы и общая теория эволюции». Страница 484

И тем не менее идея прочтения человеческого генома поселилась в умах многих учёных. В 1987 г группа учёных, занимавшаяся генетическими исследованиями при Министерстве энергетики США обратилась в это министерство с ходатайством о выделении 1 млрд. долларов для проведения работ по картированию и секвенированию генома человека. Были привлечены авторитетные эксперты, которые, несмотря на сопротивление многих скептиков, высказались «за». В 1988 г. Министерством энергетики и Национальный институт здоровья США совместными усилиями учредили проект «Геном человека».

В результате был организован Национальный институт исследования генома человека, и с 1990 г. началась реализации проекта. Вскоре к осуществлению проекта подключились 16 институтов из Великобритании, Франции, Германии, Японии и Китая. При финансовой поддержке из этих стран проект принял международный характер и был образован Международный консорциум по секвенированию генома человека.

Уже в 1988 г. к проекту присоединилась Россия. Инициатором развёртывания работ по расшифровке генома здесь выступил академик Александр Баев. Этот замечательный учёный 18 лет провёл в сталинских лагерях за упорное сопротивление лысенковской псевдонауке. В 1989 г. Баев добился создания Научного совета по программе «Геном человека».

В 1990 г. для координации исследований в мировом масштабе было создана Международная организация по расшифровке генома человека. Её президентом был избран один из первооткрывателей механизма действия двойной спирали ДНК Джеймс Уотсон, а вице-президентом стал российский академик Андрей Мирзабеков. С 1993 г. Уотсона на этом посту сменил Френсис Коллинз, известный специалист в области медицинской генетики.

При разделе функций по выявлению последовательностей оснований в молекулах ДНК России достались для исследования 3-я, 13-я и 19-я хромосомы. Однако в связи с кризисным состоянием экономики России финансирование программы исследований было сокращено до такой степени, что её выполнение стало невозможным. Как всегда, у российской бюрократии нашлись дела поважнее, чем развитие научных программ международного значения, и в дальнейшем российская наука полностью выпала из проекта и в расшифровке генома участия не принимала.

Международные исследования продолжались, но несмотря на быстрый рост скорости секвенирования (до 10 млн. нуклеотидных пар в сутки), к началу 1998 г. было расшифровано всего около 3 % генома, и многим экспертам полное осуществление проекта в обозримое время казалось безнадёжным.

И тогда в ход событий вмешалось основание частной американской компании «Селера Геномикс». Её создал американский генетик Дж. Крейг Вентер, который ранее работал в Национальном институте здоровья. Он заявил своём намерении завершить расшифровку генома на четыре года раньше международной организации. Возникшая конкуренция подстегнула финансовые вложения заинтересованных инвесторов с обеих сторон. Международный консорциум по секвенированию генома человека, созданный на базе Международной организации, включился в беспримерную гонку с «Селерой» для того, чтобы первым завершить весь проект и обрести приоритет в расшифровке всего генома.

Обе корпорации шли в расшифровке генома разными путями. Международный консорциум использовал данные пяти человек, а «Селера» – только одного. Международный консорциум использовал метод создания геномных библиотек, которые шаг за шагом распространялись на всю геномную структуру ДНК организма. Такая стратегия позволяла выстраивать фрагменты ДНК друг за другом, наносить их на карту и избавляла от многократного повторения секвенирования одних и тех же фрагментов. Но огромное время и затраты труда расходовались на подготовку фрагментов к секвенированию.

«Селера» использовала метод дробления (или дробовика), при которой ДНК дробили на минимальные по размерам фрагменты, а их пропускали через секвенатор по 10–20 раз. Затем при помощи компьютера воспроизводилась исходная последовательность цепочки ДНК. При этой стратегии относительная лёгкость дробления позволяла экономить время на подготовке генетического материала, но весьма значительные потери времени и труда были связаны с необходимостью многократного повторения секвенирования. Последовательность генома была перекрыта 35,6 раз.

Хотя вчерне работы по секвенированию генома были завершены обеими конкурирующими организациями уже в 2001 г., в определении всей последовательности пар нуклеотидов ещё оставались многочисленные бреши, и о полном заполнении этих брешей и о завершении проекта было объявлено в апреле 2003 г. И хотя секвенирование и перепроверка данных по большой хромосоме продолжалась до 2006 г., можно констатировать, что и Международный консорциум, и американская компания «Селера» пришли к финишу одновременно, а самое главное, сравнение полученных ими результатов показало их практически полную идентичность.

Обе организации, таким образом, проверили работу друг друга и не выявили каких-либо ошибок или привнесений субъективного характера. С самого начала работ по расшифровке генома все участники этих работ договорились о полной открытости и доступности получаемых результатов.

Осуществление проекта явилось, одним из первых в истории науки примеров солидарности учёных разных стран в решении грандиозной научной проблемы. Полученные результаты были опубликованы в ряде научных журналов и помещены на сайте Интернета для всеобщего доступа. В осуществлении проекта участвовали тысячи учёных из десятков стран. Они приобрели ценнейший опыт, получили импульс к дальнейшим исследованиям. Были использованы и изобретены высокие технологии, которые могут найти применение в других областях науки и техники, созданы автоматизированные устройства для проникновения в «святая святых» наследственности, образованы международные банки данных о последовательностях ДНК самых различны видов живых организмов. Любой специалист из любой страны может войти в них через Интернет и использовать содержащиеся в них сведения для своих исследований.

Наряду с полной расшифровкой генома человека было секвенировано к 2006 г. более 30 геномов бактерий и паразитов, практически все геномы вирусов, а среди растений – пекарских дрожжей. Огромное значение для науки имеет расшифровка геномов наиболее применимых для генетических исследований подопытных животных – дрозофилы, нематоды, рыбки данио, отличающейся особой простотой генома. Первым млекопитающим, удостоившимся чести расшифровки генома, стала мышь. Затем были секвенированы геномы крысы и нашей ближайшей эволюционной родственницы – шимпанзе.

Возникла и активно развивается новая наука, сравнительная геномика, занимающаяся сопоставлением расшифрованных геномов различных организмов и обладающая, по-видимому, определёнными перспективами для усовершенствования наших знаний об эволюционных процессах.

Одним из важных достижений сравнительной геномики с точки зрения развития эволюционной теории является так называемый парадокс содержания ДНК. Этот парадокс связан с установлением того непреложного факта, что прогрессивное развитие видов живых организмов очень мало отражается на повышении сложности генома.

Так, количество генов в геноме круглого червя составляет 19 000, а в геноме человека – 30 000, т. е. всего лишь на треть больше. Человеческий геном содержит всего лишь в 5 раз больше генов, чем геном пекарских дрожжей, а от мыши отличается всего лишь тремя сотнями и больше лишь на 14 %. Он на 99 % совпадает с геномом шимпанзе. Наличие этого парадокса прямо свидетельствует против геноцентризма в объяснении эволюционных процессов.

Теперь становится ясно, что виды эволюционировали не посредством усложнения генетических программ, а путём усложнения мобилизационных структур и производимой ими биологической работы. Усложнение же генетических структур осуществлялось лишь в той мере, в какой это было необходимо для закрепления достигнутых в процессе биологической работы по освоению непривычной среды мобилизационных инноваций.

В ходе исследования структурного построения молекул ДНК, наполняющих хромосомы человека, было установлено, что структуры, осуществляющие кодирование белков, составляют всего лишь 1,1–1,4 % генома. Ещё от 5 до 28 % составляют структуры, занятые транскрибированием ДНК. Остальная часть генома заполнена так называемой «молчащей» ДНК, которая только присутствует в молекулах, но ничего не делает для организма. Специалисты называют эти неработающие пространства ДНК «генетическими пустынями». Они задаются вопросом, для чего нужны эти пространства, и какую функцию они выполняют. Предполагается, что они принимают на себя огромное большинство возникающих в геноме мутаций, что повышает безопасность организма. Может быть это и так, однако мы считаем вполне естественным, что в процессе эволюции для биологической работы было отмобилизовано лишь около 25 % материи молекул ДНК, а остальные 75 % как были, так и остались физическим субстратом, продуктом физико-химической эволюции. Но продуктом, годным к использованию при кардинальном изменении условий существования, если возникнет необходимость коренного изменения генома, а с ним и вида, воспроизведение которого поддерживает этот геном.