Синдром Паганини и другие правдивые истории о гениальности, записанные в нашем генетическом коде - Кин Сэм
Ученые уже полвека знали о мутациях, но только исследования процесса «ДНК → РНК → белок», проводимые группой клуба галстуков РНК и другими, в точности установили, как устроены эти мутации. В большинстве мутаций встречаются «опечатки» – случайные замены оснований ДНК при ее репликации: например, триплет ЦАГ может превратиться в ЦЦГ. «Тихие» мутации не причиняют вреда, поскольку код ДНК является избыточным. Триплеты, следующие перед мутированным и после него, вызовут одну и ту же аминокислоту, и поэтому общий эффект можно сравнить с вариантами написания слова, вроде «карате» вместо «каратэ». Но если триплеты ЦАГ и ЦЦГ приведут к разным аминокислотам («бессмысленная» мутация), то такая ошибка может нарушить структуру белка и искалечить его.
Гораздо хуже «безумные» мутации. При создании белков клетки будут продолжать трансляцию РНК в аминокислоты до тех пор, пока не встретится один из трех «завершающих» триплетов (например, УГА), который останавливает процесс. «Безумная» мутация случайно превращает нормальный триплет в один из таких стоп-сигналов, который обрывает белок раньше времени и, как правило, выводит его из строя. Мутации могут также отменить стоп-сигнал, и тогда белок будет расти все дальше и дальше. Мутация, которая подобна черной мамбе, – мутация сдвига рамки считывания – не содержит «опечаток». Вместо этого исчезает какое-либо основание или происходит внедрение лишнего. А поскольку клетки считывают РНК последовательными группами по три основания, такая вставка или удаление искажают не только данный триплет, но и все последующие, вызывая многоступенчатую катастрофу.
Обычно клетки моментально исправляют простые «опечатки», но если что-либо пойдет не так (и ведь обязательно пойдет), дефект может навсегда зафиксироваться в ДНК. Каждый живущий ныне человек на деле родился с десятками мутаций, которых избежали его родители. Некоторые из этих мутаций могли бы привести к летальному исходу, если бы у каждого из нас не было двух копий каждого гена, по одному от каждого родителя. Если один из генов работает неправильно, его может подменить второй. Тем не менее все живые организмы с возрастом продолжают накапливать мутации. Небольшие существа, которые обладают высокой температурой тела, особо подвержены риску: на молекулярном уровне тепло является интенсивным движением, а чем сильнее это движение, тем более вероятна возможность ошибки в извивах ДНК при ее копировании. Млекопитающие являются достаточно крупными созданиями и, к счастью, поддерживают постоянную температуру тела, но и они становятся жертвами других мутаций. Когда в цепочке ДНК оказываются рядом два основания Т, ультрафиолетовое излучение может соединить их под неправильным углом, в результате чего образуется петля в ДНК. Такие дефекты могут полностью убить клетку или вывести ее из нормального режима. По сути, все животные (и растения) обладают специальными ферментами, которые расправляют петли T-оснований, но млекопитающие в процессе эволюции лишились таких веществ – именно поэтому млекопитающие подвержены солнечным ожогам.
Помимо самопроизвольных мутаций ДНК может быть повреждена также и внешними факторами, которые называются мутагенами. Некоторые мутагены причиняют больший урон, чем радиоактивность. Опять же, радиоактивные гамма-лучи приводят к образованию свободных радикалов, которые расщепляют фосфатно-сахарную основу ДНК. Теперь ученые знают, что если разорвется лишь одна из нитей двойной спирали, клетки способны с легкостью исправить повреждение, зачастую в течение часа. У клеток есть молекулярные «ножницы», с их помощью вырезается искалеченный участок ДНК, после чего в ход идут ферменты, которые прочесывает неповрежденную нить и добавляют в каждой точке комплементарные основания А, Ц, Г или Т. Процесс восстановления быстр, прост и точен.
Двойная спираль разрывается реже, но последствия этого более страшные. Двойные разрывы напоминают наспех ампутированные конечности: с обеих концов разорванной ДНК выступают остатки одиночной спирали. В клетках есть две практически одинаковые копии каждой хромосомы. Если в одной из них произойдет разрыв двойной спирали, клетки способны сравнить испорченные участки с другой хромосомой (будем надеяться, неповрежденной) и выполнить исправление. Но процесс этот трудоемкий, и если клетки обнаруживают, что вокруг есть повреждения, для которых необходимо быстрое восстановление, то зачастую происходит просто сцепление выступающих обрывков спирали по нескольким выровненным основаниям (даже если остальные не выровнены), а отсутствующие основания спешно заполняются. Неверно определенные основания могут вызвать ужасающую мутацию сдвига рамки считывания – и таких неверных «угадываний» предостаточно. Клетки, которые восстанавливают разрывы двойной спирали, совершают неверные действия приблизительно в 3000 раз чаще, чем при обычном копировании ДНК.
Хуже того, радиоактивность способна уничтожать фрагменты ДНК. Высокоорганизованным существам приходится сворачивать многочисленные витки ДНК, образуя маленькие ядра; человеческий рост (чуть менее двух метров) сжался бы до размеров меньше двух тысячных долей сантиметра. Такое интенсивное сдавливание часто приводит к тому, что ДНК становится похожей на запутанный телефонный шнур: спираль пересекает саму себя или многократно изгибается. Если гамма-лучи проникнут в ДНК и разорвут ее рядом с одним из таких пересечений, то появится множество свободных концов, расположенных близко друг к другу. Клетки «не знают», как были выстроены исходные спирали (у них нет памяти), и поэтому, стремясь спешно исправить повреждение, они иногда скрепляют то, что должно быть отдельными спиралями. Так вырезается и фактически уничтожается промежуточный участок ДНК.
Что же происходит в результате таких мутаций? Клетки, которые подавлены большим числом повреждений ДНК, могут почувствовать неладное и уничтожить себя, чтобы не жить с нарушениями функций. В небольших дозах такое самопожертвование щадит тело, но если одновременно умрет слишком много клеток, то могут отключиться целые системы органов. В сочетании с интенсивными ожогами такие отключения органов вызвали многочисленные случаи смертей в Японии, и некоторые из жертв, которые не умерли сразу же, вероятно, желали бы такого исхода. Те, кому удалось выжить, рассказывают о том, что ногти у людей отпадали словно высохшая скорлупа. Они вспоминают «обугленные куклы» ростом с человека, которые были свалены штабелями в проходах между домами. Кто-то вспоминает человека, ползущего на двух культях и держащего обугленного ребенка вниз головой. Кому-то из памяти появляется женщина без сорочки, с пылающими, как «плоды граната», грудями.
Ямагучи во время своих мучений в бомбоубежище – безволосый, обожженный, лихорадочный, наполовину глухой – чуть было не присоединился к этому списку погибших. И только благодаря преданному уходу со стороны семьи ему удалось выкарабкаться. Некоторым ранам все еще требовались повязки, причем на несколько лет. Но в целом его удел Иова превратился в судьбу Самсона: раны большей частью зажили, сила возвратилась, волосы отросли заново. Он снова устроился на работу, сначала в «Мицубиси», а затем в качестве учителя.
Но до полного избавления было еще далеко – теперь Ямагучи оказался лицом к лицу с более коварной и настойчивой угрозой. Если радиоактивность и не убивает клетки моментально, она может вызвать мутации, которые приведут к раку. Эта зависимость может показаться нелогичной, так как мутации обычно повреждают клетки, но клетки опухоли начинают буйно раз растаться, делясь и увеличиваясь в количестве с ужасающей быстротой. В действительности у всех здоровых клеток есть гены, которые играют роль регулятора для двигателя, снижая «обороты» и поддерживая метаболизм в норме. Если мутация выводит регулятор из строя, то клетка может не увидеть веской причины для того, чтобы убить себя, и в итоге (особенно если другие гены, например те, которые регулируют скорость деления клеток, также повреждены) она начинает поглощать ресурсы, а также своих соседей.
