0

Следующий предел генетики

В 1974 г. я издал работу под названием "Генетика Caenorhabditis elegans ", известной также как нематода. Она начиналась так: "Главной нерешенной проблемой биологии является вопрос о том, как гены могли бы определить сложные структуры, найденные в более высоких организмах." Это остается актуальным и в настоящее время. Как гены строят органы, кости или кожу и определяют их функции? Являются ли трудности, с которыми мы сталкиваемся при выборе правильного организма для изучений, причиной нашей медлительности в выяснении этого вопроса?

До начала 60-х гг. самый важный оставшийся без ответа вопрос биологии был гораздо более скромным: как ДНК определяет самый простой из белков? Но тогда стало ясно, что все, что было необходимо сделать - это взять ген и получить его секвенцию, взять белок и получить его секвенцию и просто перевести один в другой. В принципе, мы могли изучать то, что делают гены, просто читая их химический язык.

Erdogan

Whither Turkey?

Sinan Ülgen engages the views of Carl Bildt, Dani Rodrik, Marietje Schaake, and others on the future of one of the world’s most strategically important countries in the aftermath of July’s failed coup.

Конечно, в то время у нас не было необходимых инструментов. У нас были примитивные инструменты для получения секвенции белков, с помощью которых мы могли понять их химию. Но мы не могли взяться за химию генов. Все, что мы могли сделать, это следовать за стандартной - мучительно медлительной - процедурой, установленной Грегором Менделем, основателем генетики XIX века. Согласно Менделу, присутствие гена в организме подтверждается только тогда, когда мы находим его альтернативную форму, называемую allele . Например, Мендел не мог сказать, что в каком-то виде растения присутствовал ген высоты до тех пор, пока он не обнаружил карликовых мутантов того же самого вида.

Этот подход определяет гены по заметным характерным чертам организма. К счастью, технологический прогресс позволяет нам определить гены намного быстрее, чем мог это сделать Мендел. С открытием генетической перекомбинации в вирусах, которые быстро распространяются, воспроизводя бактерии, стало возможным измерить мутацию в потомстве гораздо более скурпулезно и, таким образом, разобрать тонкую структуру гена.

Таким образом, естественно, что к этому моменту у биологов возник вопрос о том, разгадает ли подобный подход генетику более сложных многоклеточных организмов. Правилом проведения более ранних исследований бактерий было достать мутанты и изучить их как можно глубже. Организм с быстрым уровнем роста, подобный бактериям, - вот что было нужно. Это предоставило бы нам множество генетических изменений, позволив полностью проанализировать гены.

Я интересовался нервной системой и считал, что важно изучать ее таким образом, чтобы можно было подвести итог в форме схемы соединений. План состоял не в том, чтобы проследить непосредственно поведение генов, а в том, чтобы разделить проблему на два вопроса: вопрос, связанный с развитием ("как гены строят нервные системы?"), и физиологический вопрос ("как нервные системы или мозг порождают поведение?").

Идея состояла в том, чтобы изучить мутанты C . elegans в надежде найти мутанты генов, которые регулируют поведение. Но даже в организме столь же простом, как C . elegans , наши технологические пределы сделали чрезвычайно трудным процесс точного определения функции генов. Мы начали с изучения мускулов просто потому, что это дало нам большое количество белков.

Изобретение в середине 70-х гг. технологии клонирования и построения секвенции ДНК открыло новые перспективы для проведения исследований, и ее применение к людям и другим млекопитающим было чрезвычайно успешным в плане научного открытия. Но развитие генетики все еще зависит от способности изучать организмы - модели, такие как C . elegans и Drosophila (фруктовая муха).

В действительности, большой риск в настоящее время состоит в том, что с таким большим потоком генетических описаний организмов, мы тонем в море данных, но только отдаляемся от понимания биологической сложности. Основными функциональными единицами всех сложных живых организмов, это необходимо помнить, являются клетки, а не гены. Карты клеток и карты, показывающие, как клетки взаимодействуют друг с другом - вот что нам нужно в настоящее время.

Наше первое задание - установить, сколько разных клеток в сложном организме. Я думаю, что теперь мы можем ответить на этот вопрос в отношении C . elegans . Но что касается позвоночных организмов, таких, как мы сами, мы все еще очень далеки от ответа.

Это приводит нас к необходимости задуматься о людях - не просто о человеческом геноме - как об объектах биологических исследований. Мне пришло это в голову недавно, когда я присутствовал на собрании по поводу мышей, которые являются моделью человека. На собрании было предложено создать генетически смешанный бассейн с 30000 мышами. Мы бы научили людей обследовать этих мышей и диагностировать высокое кровяное давление, диабет, жадность и т.д. Тогда мы бы изучили генотипы этих мышей - особые варианты их генов.

Support Project Syndicate’s mission

Project Syndicate needs your help to provide readers everywhere equal access to the ideas and debates shaping their lives.

Learn more

Проблема состоит в том, что технологически мы неспособны создать карты 30000 генотипов. Но мне пришло в голову, что даже если можно было бы создать карты 30000 генотипов, почему работа проводилась бы с мышами? В конце концов, у нас уже есть много высоко образованных людей для обследования объектов, а именно, это врачи. Таким образом, когда технология позволяет (а я думаю, что она может позволить и позволит), почему бы нам не проводить работу непосредственно с людьми?

Правильный способ сделать это состоял бы в том, чтобы работать с населением, где каждый был бы анонимным. Мы можем доказать, что мы понимаем генетическую структуру человеческой болезни, синтезируя ту же самую болезнь в мышах. Но сама цель использования организмов - моделей состоит в том, чтобы подтвердить то, что мы видим в реальном объекте.