ЗАВОДЧИКИ ВСЕГДА ЗНАЛИ, ЧТО ЭТО НЕ БУДЕТ ЛЕГКИМ:
наше все более глубокое понимание ДНК
Сандра Мюррэй
Разведение собак не для трусов и слабонервных. Каждому опытному заводчику знакомы часы, проведенные в исследованиях родословных и анализе особенностей экстерьера (фенотипа) потенциальных родителей будущего помета. Мы исследовали возможные рецессивные черты, о которых известно, что они существуют в линиях обеих собак (генотип). Мы сделали все тесты состояния здоровья, доступные для нашей породы, и как кобель, так и сука, оказались вполне здоровы. Начинающий заводчик, возможно, уже представляет себе, что один щенок (а может, и не один?) из планируемого помета выиграет Бест группы на Вестминстере, но мы все очень хорошо знаем, что даже самым лучшим образом спланированные дела часто идут наперекосяк. Мы, заводчики с многолетним опытом, возможно, не знали, почему, но мы видели своими глазами, как нечто генетически загадочное случалось с нашим прекрасно спланированным пометом, в результате чего потомство получалось, мягко скажем, совсем не звездным. Некоторые, возможно, даже получали такую проблему со здоровьем, которая не встречалась уже во многих поколениях. Но почему такие вещи происходят?!? Добро пожаловать в мир геномики!
После ряда лет образовательных усилий AKC и национальных породных клубов большинство заводчиков узнало основы генетики. Мы понимаем, что такое доминантные и рецессивные гены. Уже осмыслены аутосомные рецессивные признаки, и мы даже понимаем, что некоторые признаки являются полигенными. Это случай "с неопределенной пенетрантностью (пенетрантность - это частота или вероятность проявления гена)", то, что всегда казалось нам довольно таинственным. Сейчас, благодаря недавним открытиям в геномике, исследователи имеют лучшее понимание того, что диктует эта самая "неопределенная пенетрантность". Геномика, как научная дисциплина, появилась недавно. Она стремится определить и описать полную генетическую структуру организма и ее функционирование. Фокусируясь на всем геноме организма - будь то подсолнечник, кальмар, собака или человек - и на взаимодействии его генов друг с другом, исследователи получают новое понимание того, как генетика работает. Геномика изучает типы сигналов, передаваемых ДНК, рецепторы для этих клеточных сигналов, и пути прохождения сигналов. Также эта новая наука исследует, как эта клеточная коммуникация непосредственно влияет на развитие организма, его здоровье и функционирование. Например, ученые знают, что хондродисплазия является результатом того, что зоны роста получают преждевременный сигнал об остановке, при этом их рост останавливается, что приводит к проявлению у животного или человека различных физических особенностей недоразвития (карликовости). Если две половины развивающегося эмбриона получают преждевременный сигнал остановить их объединение в одно тело, то результатом может быть расщелина позвоночника, волчья пасть и заячья губа.
Конечно, первым шагом должно было быть идентифицирование всех генов в любом организме. Проект человеческого генома завершился идентификацией всех человеческих генов в 2001 году. В 2005 году исследователи завершили составление генетической карты собаки, конкретно, боксера. В общем количестве ДНК в любом млекопитающем, однако, существует намного больше ДНК, чем ученые готовы были идентифицировать и описать выполняемые функции. Фактически, только 1,2 процента нашей ДНК составлены из генов. Остальная часть ДНК, как думали, является неким "наполнителем", мешаниной эволюционных остатков, которые ни на что не влияют. С некоторым неосведомленным высокомерием часть этой неизвестной ДНК ученые назвали "бесполезной ДНК", а остальную часть ее они никогда не называли вообще. Однако, в последнее десятилетие исследователи поняли, что эта большая часть игнорируемой ДНК крайне важна!
Один из ведущих ученых, сделавших это открытие в генетике - это биолог Рэнди Джиртл из Университета Дюка. Он начал эксперимент с двумя группами мышей, которые родили группы идентичных мышат, несущих те же самые гены. Эти мышата были выращены одинаково, в одних и тех же условиях и должны были выглядеть идентичными, но вместо этого они всего лишь напоминали друг друга. В первой группе мышата были грузными, склонными к диабету и раку, и были покрыты шерстью цвета прогорклого масла. Во второй группе мышата были худощавыми и здоровыми с нормальной коричневой шерстью. Что же все-таки здесь произошло? Такие различия между двумя группами мышей не имели никакого отношения к генетическому коду или к окружающей среде, а скорее, к механизму, который был посредником между этими двумя факторами. Геном, который являлся причиной болезней мышей, был ген под названием Агути, который также влияет на окрас шерсти. Нормальные мышата тоже имели тот же самый ген, но он не был активным, не затрагивал мышей. Матери нормальных мышат ели в течение беременности пищу, которая была богата фолиевой кислотой. Фолиевая кислота обогащала организм крошечными четырехатомными частичками под названием метиловые группы, которые проникали в развивающиеся мышиные эмбрионы и вцеплялись в дефектный ген, выключая его. Джиртл показал, почему на биохимическом уровне генетическая последовательность сама по себе не определяет наше здоровье. Четырех крошечных атомов было достаточно, чтобы аннулировать серьезный дефект в геномах нормальных мышей.
Ученые знали об этих метиловых группах в течение многих десятилетий, но начиная с 1990-ых годов они обнаружили несколько других типов выключателей, которые могут включать гены и выключать. Только недавно они начали понимать, что эти выключатели являются критической связью между ДНК и внешним миром. Там, где ранее исследователи рассматривали порядок базовых пар генов в ДНК как своего рода неизменный шаблон, теперь они увидели все более и более сложный "танец" между сигнализирующими генами и базовыми парами генов. Почти сразу после зачатия, в то время как эмбрион - это все еще только набор нескольких клеток, он начинает анализировать мельчайшие сигналы, которые приходят из окружающей его среды. Эмбрион как бы исследует свой собственный геном, переключая гены в различных клетках в положение "включен" или "выключен" согласно сигналам, которые он получает. В это время "природа" становится податливой, и генетически идентичные клетки превращаются в совершенно разные сущности с разными функциями. Поставьте переключатели в одну комбинацию, и клетки превращаются в сердце. Поставьте их иначе, и клетки становятся печенью. К совершеннолетию человек (или собака) состоит из поразительно сложного множества клеток, тканей и органов. Псалмист, который написал, "... Я дивно устроен", сделал верный сложный вывод, которого он, возможно, никогда не знал!
Эти биохимические выключатели управляют почти всеми функциями тела. В той же степени, что и непосредственно гены, они являются биологическими строителями, которые делают наших собак - и нас- тем, что мы есть. Генетические выключатели, которые работают со сбоями, играют важную роль в подавляющем большинстве неинфекционных болезней, таких как рак, ожирение и неврологические расстройства. Некоторые из выключателей, будучи раз установленными, не могут быть изменены в течение жизни, но есть и такие, что могут быть обратимыми. Один исследовательский проект в Испании изучал идентичных близнецов с одинаковым набором генов. В этом исследовании один близнец заболел раком, в то время как другой близнец остался здоровым. Биохимические выключатели, которые управляют таким проявлением генов, принадлежат к эпигеномике, подкатегории геномики. Сейчас почти каждую неделю в каком-либо серьезном научном журнале сообщается о новом открытии. В то время как геномная информация - местоположение хромосом и генов - является одинаковым в различных клетках сложных организмов, эпигеномика управляет проявлением генов в определенных клетках. Программирование генного проявления поэтому зависит от эпигеномики. Фармацевтические компании уже разработали методы химиотерапии, которые включают и выключают гены в раковых клетках. Они надеются когда-нибудь, основываясь на тех же самых принципах, разработать лекарства для почти каждой болезни с генетическим компонентом.
Ученые исследовали и разработали несколько типов генетических переключателей за последние несколько лет. Микрочастички РНК - крошечные, свободно плавающие нити нуклеиновой кислоты, которые вынуждают гены выключиться - являются одними из самых интригующих. Ученые открыли, как подражать им, используя искусственно созданные версии, чтобы выключить гены. Метод, названный интерференцией РНК (RNAi), получил Нобелевскую премию в прошлом году, и теперь он вышел из академических лабораторий в производство. В ноябре 2007 компания "Кварк Фармацевтикалс" начала испытания на людях препарата, который при систематических инъекциях выключает ген, вызывающий смерть клеток в почках. Метиловые группы наподобие тех четырехатомных конфигураций, которые заставили замолчать ген Агути в эксперименте доктора Джиртла с мышами, являются другой важной категорией переключателей. Гистоны - еще один тип белка, который действует как выключатель. Рик Юнг, биолог Массачусетского технологического института, обнаружил в июле 2007 года, что по крайней мере одна треть наших генов имеет гистоновые выключатели, которые зависли где-то между состояниями "включено" и "выключено", позволяя генам начать изготовлять свои белки, но не позволяя им закончить работу. Это означает, что некоторые из генов, которые остаются в таком полу- состоянии, являются критически важными на ранней стадии развития организма. Когда гены полностью включены - и это может случиться случайно - они могут полностью разрушить всю структуру клетки, превращая ее как бы в чистый сланец, что очень опасно, наподобие стволовой клетки рака. Доктор Юнг исследует гипотезу, что полувключенные гены непосредственно связаны с раком - они необходимы для развития организма, но они также могут предрасположить животных и людей к злокачественным опухолям позднее в жизни.
В настоящее время исследователи как в геномике собак, так и в геномике людей сотрудничают и делятся открытиями как никогда прежде. Без сомнения, некоторые из новых методов, использующих искусственно созданные биохимические переключатели, будут проверены на собаках прежде, чем они будут использоваться в экспериментах с людьми. Мы раздвигаем горизонты науки, стараясь быть в курсе последних открытий и новейших методов лечения, разработанных в области геномики и, особенно, эпигеномики. Был бы мудро с нашей стороны помогать нашим практикующим ветеринарам узнавать обо всех этих новых открытиях. К тому времени, когда ветеринары получают свои каталоги, информация в них отстает на срок от восемнадцати месяцев до двух лет, а это уже древняя история в эпигеномике! Более творческие и продвинутые ветеринары захотят связаться с исследователями, чтобы узнать, как внедрить некоторые из этих новых методов лечения и медикаментов в их собственную практику.
Как заводчики мы теперь знаем, почему так много из наших тщательно спланированных пометов не вырастают в то, чем они должны были бы стать в соответствии с указаниями традиционной генетики. Весь процесс зачатия и развития щенка намного более сложен, чем мы ранее представляли себе. Собаки, несомненно, тоже "дивно устроены". Вглядываясь в будущее, чтобы увидеть будущие возможности для заводчиков в этом прекрасном новом мире геномики и эпигеномики, мы видим, что генетическое вмешательство станет отличной возможностью предотвратить генетические болезни, наподобие рака, дисплазии ТБС, кардиомиопатии, болезней печени и почек. Такая цель стоит наших финансовых пожертвований и сотрудничества с ветеринарными исследователями для того, чтобы ускорить приближение этого дня.
Перевод А. Заброда питомник французских бульдогов "Зон Мирэкл"
__________________
