Максим Іванович Дідрук - Теорія неймовірності, Максим Іванович Дідрук

що належить до раннього етапу їхньої еволюції, тоді як їхні зістарювані конкуренти з кожним новим поколінням стають дедалі пристосованішими до навколишніх умов. За раптової зміни температури, вмісту кисню чи кислотно-лужного балансу короткоживучий вид швидше адаптується та з більшою ймовірністю виживе. Зрештою колонія простих смертних мікробів витіснить колонію довгожителів, оскільки останні гірше пристосовуються до змін. Саме тому практично все живе на сьогодні старіє та помирає. Старіння — це невідворотний наслідок еволюції. Ми успадкували його від перших примітивних форм життя.

Із цим розібралися. Але як саме старіння реалізується на молекулярному рівні? Тобто що відрізняє клітини, які старіють і помирають, від клітин, які можуть жити вічно?

Ось тут починається справді цікаве.

Зі шкільного курсу біології ви мали би пам’ятати, що таке хромосоми. Молекулярні структури в ядрі клітини, які нагадують літеру X і всередині яких захована ДНК. Так ось, на кінцях хромосом розташовані спеціальні ділянки, що їх називають теломерами. Останні нагадують пістончики на краях шнурівки, які захищають її від розтріпування. Річ у тім, що хромосома дуже крихка. Який-небудь високоенергетичний протон, який прилетів із космосу, легко її розірве. На щастя, у клітині є механізми репарації. Спеціальні ферменти мчать до місця розриву та швидко латають його. Теломери ж на кінцях хромосом потрібні для того, щоб ферменти-ремонтники не плутали ці кінці з розривом у спіралі ДНК. Якби теломер не було, ферменти з’єднували б кінці між собою, перетворюючи хромосому на незрозумілу кільцеву структуру, абсолютно непридатну для копіювання.

Під час кожного поділу клітини вже інший фермент кріпиться за краєчок теломери, а потім рухається вгору вздовж хромосоми, створюючи її копію. Він копіює все, за винятком ділянки, до якої кріпився. Тобто у скопійованій хромосомі теломери будуть трохи коротші й коротшатимуть далі з кожним новим поділом. Це означає, що, по-перше, будь-яка клітина має певний ліміт, після якого припиняє ділитися. А по-друге, вчені встановили, що довжина теломер безпосередньо впливає на геномну стабільність. Що коротші теломери, то повільніше відбувається експресія генів, що зумовлює зниження швидкості ремонту ДНК та накопичення у клітині дедалі більшої кількості пошкоджень. Це і є старіння: клітини діляться — теломери коротшають — оновлення молекул сповільнюється — в ДНК накопичуються помилки — і зрештою клітина гине.

Ну й найважливіше: як щодо безсмертної медузи? Що дає її клітинам змогу не старішати та ділитися незліченну кількість разів? Усі вони зазнають дії ферменту з назвою теломераза, який після кожного копіювання повертається на початок хромосоми та доточує до теломери той шматок, що не був скопійований. Будь-яка клітина з теломеразою існуватиме вічно. І якщо ви зараз подумали про еліксир молодості, то, певно, ваша правда. Учені поки що не уявляють, як можна доправити теломеразу до кожної клітини в тілі дорослої людини, проте й перешкод, які зробили б цей процес принципово неможливим, немає. І якщо спосіб доправлення знайдеться, він миттю стане ключем до вічного життя.

Дизайнерські діти

Поговорімо про дизайнерських дітей. У сенсі не про дітей дизайнерів, а про немовлят, чиї властивості можна запрограмувати до народження. Чи варто найближчим часом очікувати на появу генетично модифікованих дітлахів, і коли так, то яким буде це ГМО-покоління?

2020-го американська біохімікиня Дженніфер Дудна розділила Нобелівську премію з хімії із француженкою Емманюель Шарпантьє. Жінки досліджували повторювані фрагменти в ДНК бактерій, які мають назву CRISPR і забезпечують захист від вірусів-бактеріофагів. У двох словах: бактерія, що успішно відбилася від вірусів, розрізає залишки нападників і зберігає фрагменти їхнього ДНК всередині послідовностей CRISPR. Ця інформація допомагає відбивати наступні атаки. Як саме?

Бактерія порівнює фрагменти, збережені в CRISPR, із ДНК вірусу, і якщо ті збігаються, спеціальний білок миттєво розрізає вірус на шматки. Дудна й Шарпантьє, вивчаючи роботу CRISPR, виявили, що цей білок можна обдурити, підсунувши йому штучну ДНК. Як наслідок — вони розробили простий і точний метод розрізання та редагування будь-якого геному в обраному місці. Будь-якого означає й людського також.

Із використанням цього методу вже інші вчені вивели покращену породу біглів. Вони змінили один нуклеотид у гені, який відповідає за формування м’язів, і замість худорлявого потішного песика отримали собачу подобу Арнольда Шварценеггера. Під час іншого експерименту науковці в геномі свині деактивували ген, який відповідає за продукування гормону росту, і створили цілком життєздатну мікросвинку, завбільшки з кота.

То як щодо людей? Чи можливі такі самі зміни з людським організмом?

Відповідь: і так, і ні. Все насправді трохи складно. І перш ніж продовжити, треба розібратися, що таке фенотип. Загалом фенотип — це сукупність усіх спостережуваних характеристик організму. Фенотипними ознаками є не лише зріст, вага, колір очей чи волосся, а й індивідуальні особливості розвитку та поведінка. Фенотип формується на основі генотипу. Тобто гени визначають, якими будуть фенотипні ознаки. Іноді один ген відповідає за одну ознаку. Проте більшість складних, зокрема поведінкових, характеристик реалізує поєднання різних генів, їхній певний патерн. Що важливіше, нерідко одна й та сама ділянка ДНК належить до різних патернів, тобто залучена до реалізації не пов’язаних між собою фенотипних ознак.

Що ж на практиці? Ну, по-перше, те, що не існує єдиного гена, який відповідав би, скажімо, за інтелект. У людській ДНК просто немає регулятора, який можна підкрутити, наче гучність на динаміках, і одержати на виході вундеркінда. По-друге, навіть якщо колись науковці встановлять генний патерн, який відповідає за розумові здібності, навряд чи хтось наважиться його чіпати, бо людський геном — це щось на кшталт безладного горища: пересунеш щось в одному місці — одразу щось завалиться в іншому. Дженніфер Дудна у книзі «Зламати ДНК» наводить аналогію, яка це чудово демонструє. Візьмімо яке-небудь достатньо довге слово, нехай ПЕРШІСТЬ, і уявімо, що це фрагмент ДНК, а кожна літера в ньому — окремий нуклеотид. І домовмося, що білки, які цей фрагмент кодує, мають бути осмисленими словами, а не просто довільним набором літер. Отже, які «білки» можна створити на основі фрагмента ПЕРШІСТЬ? Їх декілька. Наприклад, ПІСТ. Перша, п’ята, шоста й сьома літери. Або ШІСТЬ — п’ять останніх літер. А ще ПЕРСТ, ПІТ, РІСТ і так далі. Це все — осмислені слова, створені на основі слова ПЕРШІСТЬ.

А тепер припустімо, ніби вчені дізналися, що заміна білка ПІТ на білок ПІК зробить людину вчетверо розумнішою. Завдяки Дудні та Шарпантьє ми володіємо технологією, яка дає змогу у фрагменті ДНК ПЕРШІСТЬ замінити нуклеотид Т на нуклеотид К, щоби замість білка ПІТ формувався білок ПІК. Ось тільки це не створить