Секвенирование генома: почему у человека генов меньше чем у кукурузы

Был запущен большой проект ENCODE, который поставил своей целью разобраться в 100% ДНК, что 100% ДНК делают. И в общем-то этот проект, ну скажем так, не завершился особо ничем хорошим. То есть проект геном человека, который ставил своей целью прочитать всю последовательность ДНК человека и понять, сколько же у человека генов, и что же там в этих генах, какие белки кодируются, он завершился успешно.

Он шел с 90-х годов до начала 2000-х, завершился успешно, у нас появился геном человека, главное, у нас появились технологии дешевого прочтения этого человеческого генома, и в общем, все, к чему мы сейчас пришли в 2019-м, оно начинается с успехов в 90-м, начало нулевых годов. А дальнейшая идея о том, что хорошо, вот гены мы все обнаружили, их оказалось у нас всего около 20 тысяч, И это скромно. То есть у нас генов меньше, чем у лука, и значительно меньше, чем у пшеницы, скажем так, в штуках.

И размер генома у нас еще не самый большой. Это два, на самом деле, больших парадокса, почему человек такой вроде как бы сложный, Хотя мы тоже не можем сказать, как мы меряем эту сложность, но у нас есть очень хорошее представление о себе, что мы же такие сложные. Мы же тут вот культуру построили, камеры сделали, на которые мы записываем.

А пшеница, она вроде как попроще, или лук. Но геном у нас меньше. И стали выяснять, а в чем же тогда дело, а что делают остальные участки, почему так.

И вот тут мы не очень сильно преуспели. То есть в исследованиях генома за пределами генов мы понимаем по-прежнему не очень много. Да, мы знаем, что там есть специальные области, называемые сайты сплайсинга, что там есть специальные области, называемые промоторы-энхансеры, которые позволяют делать белки вот с определенных участков, которые мы теперь называем генами.

Но чем дальше мы узнаем, как работает вся эта молекулярная машинерия, тем меньше к ней начинают подходить те слова, которые мы привыкли использовать в классической генетике. Типа слово «ген», слово «мутация» и вот это вот всё. У нас есть клетка.

В клетке есть ядро. В ядре есть хромосомы. состоят из ДНК.

В ДНК только часть самой ДНК кодирует белки. Кодирующая ДНК, она же называется экзомом. А остальная часть ДНК белки не кодирует, это большая часть, 98% ДНК белки не кодирует.

Она называется некодирующей частью, и раньше ее называли мусорной ДНК. Вот. Потом выяснилось, что все-таки часть из этой мусорной ДНК все-таки тоже полезными делами занимается и помогает производить белок с той части, которая белок кодирует.

Но некоторая часть точно совсем не нужная, там, например, остатки вирусов, которые когда-то наши прапрапрапрапрепки заразились, и в общем разные выключенные гены, которые раньше у нас работали, а потом перестали работать, и все такое прочее. Но если сравнивать, ну можно сказать, как же так, зачем нам такое количество ДНК, которое не работает. И тут, наверное, хорошо сравнить это с гаражом.

Вот у нас есть гараж, в нем помещается машина, в машине мы ездим, но в гараже есть еще место снаружи, и там мы можем хранить разный хлам, который мы каждый день не используем, ну там лыжи какие-нибудь, велосипед, бабушкин сервант, еще что-нибудь. И, в общем-то, пока машина помещается, это все нам не мешает. Вот сервант когда-то был нужен, теперь стал не нужен, он место занимает, ну, в общем-то, и не страшно.

А еще у нас есть там помойное ведро. И вот помойное ведро, когда оно переполняется, оно начинает вонять, и мы это из гаража выносим. Вот.

И то же самое с нашей ДНК. Как только там появляются элементы, ну, совсем уж вредные, они потихонечку отбором вымываются. Что значит вымываются отбором?

Это значит, что те, у кого они были, умерли и не оставили потомство. То есть, естественно, отбор штука жесток, он работает очень просто. Почему там у жирафа длинная шея?

Потому что все жирафы с короткой шеей умерли. Почему у нас нет какой-нибудь последовательности, которая могла бы быть? Ну, просто потому что все, у кого она была, умерли, и, соответственно, она не сохранилась.

А все, что относительно безвредно, все, что нам жить не мешает или когда-то было полезно, а теперь уже все равно, например, разные наши рецепторы запахов. Собака отличает во много раз больше запахов, чем мы с вами. Просто нам в какой-то момент стало не так важно это количество запахов отличать.

И эти гены стали не нужны, они стали ломаться, но все равно продолжают как-то в геноме присутствовать. Вот. Это, кстати, объясняет, почему на вкус и цвет товарищей нет.

Потому что у каждого сломан какой-то свой набор генов со вкусом и запахом, и то, что мне горько, тебе может быть сладко, и наоборот. Вот ДНК, далеко не вся ДНК, состоит из кодирующих частей, то есть из генов. И это была на самом деле гипотеза совсем недавняя о том, что у человека много генов.

И только в начале 2000-х стало понятно, что нет, генов у нас все 20 тысяч, и эта цифра в общем-то в свое время людей в шок повергла. Как же так, почему у нас так мало генов? Мы же такие все сложные, такие все классные.

Но выяснилось, что нам их хватает. Собственно, проект расшифровки генова человека заключался в том, чтобы взять и вообще всю ДНК прочитать человеческую и понять, сколько же там генов на самом деле. И вот в момент завершения этого проекта стало понятно, что генов у нас всего 20 тысяч.

Остальная часть ДНК ничего не кодирует. Вернее, не кодирует белок, но может заниматься еще чем-то полезным. В чем была цель проекта «Геном человека»?

Просто прочитать всю последовательность. То есть, грубо говоря, понять в книге, какие буквы есть и какие слова. Но это совершенно не значит, что мы знаем все слова теперь, и мы знаем, что они означают.

Нет, мы как бы книгу купили, прочитали, но ничего не поняли. Вернее, поняли 2% из написанного. Даже если углубляться в детали, то мы и 2% не поняли, потому что даже вот эти 20 тысяч генов, которые мы знаем, что они существуют, мы знаем, что они кодируют белок, мы знаем последовательность белка, который они кодируют, но мы можем совершенно не представлять функцию этого белка в организме.

Если говорить о количестве генов, про которые мы что-то знаем, но это вот примерно 5-6 тысяч. Причём это что-то иногда очень такое расплывчатое что-то. А какие у нас вообще есть способы узнать что-то про гены?

Первый способ, который пришёл к нам из медицинской генетики, это наблюдать болезни, искать их связь с семейной историей, то есть с родословной, сегрегацию в семьях, то есть смотреть, что в одной и той же семье есть здоровые и больные дети. И вот у здоровых продолжают рождаться здоровые, а у больных рождаются больные. Описывать эти случаи, дальше изучать их геном и смотреть.

Ага, вот смотрите, больные от здоровых отличаются вот поломками вот здесь и так мы узнаем, что значит этот ген отвечает вот за такое семейное состояние. Это одна сторона. Вторая И другая сторона — это делать так называемые ассоциативные следования.

Ну, берем, значит, 10 тысяч одних людей, там, например, без проблем сердечных, и 10 тысяч людей с сердечными проблемами. И смотрим, что в группе с сердечными проблемами чаще мы видим какие-нибудь варианты вот таких вот генов. И говорим, ага, значит, наверное, статистически это связано.

Вот через эту статистическую связь у нас возникает гипотеза о том, что это может быть связано каким-то еще образом. Это всего лишь стартовая гипотеза, потому что дальше нам нужно раскрутить это все и показать функциональную связь, то есть объяснить, что вот этот ген в организме он занимается вот тем-то, он производит белок, который делает вот то-то, и мы эту функцию белка изучили, не знаю, на мышах, на еще на каких-то животных. И мы видим, что действительно уровень вот этого белка у больных людей ниже или белок сам неактивен, то есть какими-то биохимическими методами, другими методами мы утвердили.

И тогда у нас возникает вот это знание о том, что ага, значит, вот эта мутация влияет на белок, а белок влияет на то, как человек себя чувствует. Это называется функциональное подтверждение. И эти вещи часто путают.

То есть, когда говорят в какой-нибудь плохой научной статья, обычно даже не научная статья, а плохой журналистской статьи о науке, о том, что открыт ген Бога или открыт ген, прости Господи, гомосексуализма, тут не идет речь о том, что... Да-да-да. Тут не идет речь о том, что ученые показали, как именно мутация вот в этом гене приводит к изменению синтеза какого-то белка, который делает человека гомосексуалистом.

Ну это абсурдно. даже представить, что это работает именно так. Нет, там речь идет о том, что ученые установили статистическую взаимосвязь между вот этим уровнем, между этой мутацией и какими-то последствиями.

Мы хорошо знаем, что статистическая связь не означает причинно-следственной связи. И на то, что так получилось в статистике, может влиять очень многое, включая и недобросовестность исследователя, который всеми силами хочет показать статистическую связь. P меньше 0.05 — это как бы такой известный научный мем про то, что ты всеми силами пытаешься подобрать размер выборки так, чтобы вот эта вот вероятность, посчитанная каким-то методом, была меньше, чем 0.05%, меньше, чем 5%, потому что ты ошибся.

Вот. И поэтому информация статистическая, она ненадежная, она только для того, чтобы подтолкнуться. Информация каузативная, когда ты разобрался, что же этот белок делает, нашел много случаев, подтвердил все это биохимическим, вот она насмысленная.

И тут становится понятно, что на самом деле мы вот на таком уровне знаем вообще про ничтожное количество гена, ну там, сотню, другую, про, там, может быть, ну не больше тысяч генов, мы знаем хорошо, что именно они делают в организме, какой именно белок они кодируют, чем этот белок потом занимается, и как хорошо или плохо нам от того, что у нас этот белок работает или не работает.