Вас не раздражают инструкции по эксплуатации бытовых приборов? По-моему, это что-то ужасное. Кажется, что в них всегда недостает именной той информации, которая нужна. Многочисленные ссылки гоняют вас по инструкции от первой страницы до последней и назад.
В конце концов вы убеждаетесь, что во время перевода с китайского пара страниц была пропущена. Но по крайней мере издатели не вставили в середину текста пару глав из Шиллера, или инструкцию по управлению лошадью под седлом, или детальное описание машинки, годящейся только для копирования собственного описания. Ну а если главы инструкции к прибору будут перепутаны, а на большинстве страниц вместо текста будут кляксы и каракули, ваши нервы не выдержат, и вы пошлете гневную жалобу в общество защиты прав потребителей. Какие вы нервные. Клетки вашего организма заняты чтением таких инструкций денно и нощно. Например, ген ретинобластомы разбит на 27 небольших частей, разделенных 26 длиннющими бессмысленными локусами ДНК.
Мать Природа несколько перемудрила со строением генов, сделав их сложнее, чем они могли бы быть. Каждый ген разбит на несколько или множество «абзацев», называемых экзонами, между которыми простираются длинные куски бессмысленной ДНК, называемые интронами, — бесконечные повторы какой-нибудь «фразы», которая никогда не становится белком. Впрочем, некоторые интроны содержат в себе настоящие гены, но эти гены никак не связаны с тем геном, внутри которого они находятся, и вообще не связаны с целями и потребностями данного организма.
Причиной такого безобразия было то, что геном — это книга, которая пишет сама себя в течение миллиардов лет, как писатель работает над черновиком, добавляя и удаляя фрагменты ранее написанного текста. Но у этой живой книги есть еще свои уникальные особенности. В частности, геном — это излюбленное место проживания генетических паразитов. Аналогия может показаться неестественной, но представьте себе писателя, который каждое утро садится за свой компьютер, чтобы продолжить текст инструкции, и видит на экране кричащие и взывающие к нему абзацы с просьбой скопировать их. Те, которые более настойчивы, добиваются своего. И вот в тексте появляется еще пять копий фрагментов, не имеющих к этой теме вообще никакого отношения. Текст инструкции при этом никуда не девается, но распухает от настырных и нахальных паразитических абзацев, процветающих на почве уступчивости писателя.
Мать Природа несколько перемудрила со строением генов, сделав их сложнее, чем они могли бы быть. Каждый ген разбит на несколько или множество «абзацев», называемых экзонами, между которыми простираются длинные куски бессмысленной ДНК, называемые интронами, — бесконечные повторы какой-нибудь «фразы», которая никогда не становится белком. Впрочем, некоторые интроны содержат в себе настоящие гены, но эти гены никак не связаны с тем геном, внутри которого они находятся, и вообще не связаны с целями и потребностями данного организма.
Причиной такого безобразия было то, что геном — это книга, которая пишет сама себя в течение миллиардов лет, как писатель работает над черновиком, добавляя и удаляя фрагменты ранее написанного текста. Но у этой живой книги есть еще свои уникальные особенности. В частности, геном — это излюбленное место проживания генетических паразитов. Аналогия может показаться неестественной, но представьте себе писателя, который каждое утро садится за свой компьютер, чтобы продолжить текст инструкции, и видит на экране кричащие и взывающие к нему абзацы с просьбой скопировать их. Те, которые более настойчивы, добиваются своего. И вот в тексте появляется еще пять копий фрагментов, не имеющих к этой теме вообще никакого отношения. Текст инструкции при этом никуда не девается, но распухает от настырных и нахальных паразитических абзацев, процветающих на почве уступчивости писателя.
С возникновением Интернет и электронной почты появились еще более точные аналоги паразитических генов — компьютерные вирусы в широком смысле. Например, если я пошлю сообщение по электронной почте: «Будьте осторожны. В Интернет появился новый опасный вирус, передающийся по почте с прикрепленным файлом „marmalade“. Если вы щелкнете на этом файле, то вся информация с жесткого диска будет удалена. Перешлите это письмо по почте своим друзьям, чтобы предупредить их». В действительности никакого вируса под именем «marmalade» не существует. Но мое тревожное письмо заставит получателя скопировать его и переслать друзьям. Таким образом, мое письмо — это и есть самокопирующийся вирус[88].
До сих пор в этой книге мы рассматривали гены, у которых в геноме было определенное назначение. Напомню, ген — это последовательность ДНК, в которой записан рецепт одного белка. Но 97% ДНК нашего генома не содержит никаких генов вообще. Все это огромное пространство населяют «существа», называемые псевдогенами, ретропсевдогенами, сателлитами, минисателлитами, транспозонами и ретротранспозонами, одним словом, «бесполезная ДНК», или еще более точный термин — «эгоистичная ДНК». Некоторые представители этой братии действительно являются генами, но в большинстве своем эти локусы ДНК никогда не транслируются в какие-либо белки. Поскольку эгоизм тематически связан с половым антагонизмом, который мы рассмотрели в предыдущей главе, эту главу посвятим эгоистичным генам.
По правде говоря, я зарезервировал эту тему для хромосомы 8 только лишь потому, что не нашел на ней ничего примечательного для этой книги. Я не хочу сказать, что на хромосоме 8 собрались особенно скучные гены или что их мало. Просто до сих пор гены данной хромосомы очень мало изучены и роль многих из них не ясна. По крайней мере, мне не попалась на глаза ни одна яркая публикация, которая привлекла бы мое внимание. (Возможно, из-за того что это не самая длинная и не самая короткая хромосома, исследователи мало обращали на нее внимания.) Бессмысленная ДНК составляет большую часть не только этой, но и всех остальных хромосом. Несмотря на то что мы называем эту ДНК бессмысленной, именно для нее впервые нашлось практическое применение в криминалистике для установления личности с помощью генетического анализа.
Гены содержат в себе прописи белков, но не все белки, прописи которых есть в геноме, нужны и желанны в организме. Чаще всего в нашем геноме встречается ген, кодирующий белок обратную транскриптазу. В организме человека для этого белка нет никакой работы. Если бы из генома отдельно взятого человека извлекли и удалили все копии гена обратной транскриптазы, здоровье, долголетие и благополучие человека от этого совершенно не пострадали бы, скорее наоборот.
Обратная транскриптаза нужна только одной группе паразитов — ретровирусам. Это необходимый элемент жизненного цикла вируса СПИДа, без которого он не смог бы заражать и убивать людей. Для клеток человека этот белок бесполезен, он несет только дополнительную угрозу. Тем не менее это самый обычный ген в нашем геноме. Насчитывается несколько сотен, а может быть, даже тысяч копий данного гена по всему геному человека. Открытие, которое должно насторожить нас не меньше чем факт, что половина продаваемых лекарств в аптеках — подделки. Почему так получилось?
Объяснение заключается в функции белка обратной транскриптазы. Данный фермент прикрепляется к РНК, копирует ее обратно в ДНК и встраивает полученный фрагмент ДНК в геном. Это обратный билет для генов, покинувших геном. С помощью обратной транскриптазы вирус СПИДа встраивает свой геном в хромосому человека — лучший способ спрятаться и копироваться вместе с хромосомой, не затрачивая на это никакого труда. Множество генов обратной транскриптазы — это тела вирусов, выстроившихся когда-то давно или недавно в геном человека и оставшихся здесь на века, а может, на время. Несколько тысяч таких инертных вирусных частиц насчитывается во всех хромосомах человека. В общей сложности человеческие эндогенные ретровирусы (human endogenous retroviruses, HERVs) составляют 1,3% длины всего генома. Может показаться, что это не так много, но следует вспомнить, что все родные гены человека составляют всего 3% длины генома. Если идея о том, что вы произошли от обезьяны, ранит ваше достоинство, то задумайтесь над тем, что с еще большей уверенностью можно сказать, что мы все произошли от вирусов.
Но что делают все эти вирусы в нашем геноме? В действительности большинство из них уже нельзя назвать вирусами. Они потеряли многие свои гены, в некоторых случаях осталась одна обратная транскриптаза. На каком-то этапе активный паразит прекратил свой небезопасный бизнес заражения окружающих людей с помощью слюны или во время полового акта, а вместо этого устроился бесплатным пассажиром в хромосоме и передается уже не от человека к человеку, а из поколения в поколение. Генетический паразит в чистом виде. При этом некоторые бывшие вирусы, называемые ретротранспозонами, продолжают копировать себя, плодясь внутри генома в невероятных количествах.
Наиболее известным из них является самокопируемая последовательность ДНК, называемая LINE-1. Это «абзац» ДНК длиной от 1000 до 6000 «букв», ближе к середине которого находится пропись обратной транскриптазы. Последовательность LINE-1 не только часто встречается в геноме — насчитывается более 100 000 копий, — но еще и склонна к образованию колоний. В некоторых местах на хромосомах этот «абзац» текста повторяется множество раз, образуя длинную цепь. LINE-1 занимает своими копиями 14,6% генома, т. е. эта последовательность встречается примерно в 5 раз чаще, чем нормальные гены человека. При этом пандемия LINE-1 продолжается. Вся последовательность LINE-1 может транскрибироваться с хромосомы, синтезировать свой собственный белок обратную транскриптазу, которая опять превращает РНК LINE-1 в ДНК и встраивает новую копию в любом месте генома. Вот почему в геноме так много копий LINE-1. Возмутительно, не правда ли? Наш геном полон генов, которые хороши лишь тем, что могут успешно копировать себя. «У блохи есть меньшая блоха, которая живет на ней, а ту кусает еще меньшая блоха, и так до бесконечности».
Последовательность LINE-1 в этом плане не исключение. На ней успешно паразитирует другой, более мелкий, но еще более успешный паразит — ретротранспозон Alu. Этот ретротранспозон давно забросил куда-то свою обратную транскриптазу (а зачем она ему, когда вокруг так много LINE-1), сократив свое тельце всего до 180–280 «букв». Несмотря на то что в тексте Alu не записана структура никаких белков, он успешно транскрибируется и использует чужие обратные транскриптазы для возвращения своих копий в геном. Всего в геноме человека более 2 млн копий Alu, которыми заполнено 10% генома человека[89].
Последовательность нуклеотидов в Alu очень сильно напоминает один настоящий ген — ген белка, который входит в состав рибосомы, — органеллы, выполняющей синтез белков в соответствии с кодом, записанным в РНК. Насколько случайно такое сходство, пока неизвестно. Характерной особенностью этого гена является наличие так называемого внутреннего промотора — особой последовательности ДНК, которая для белков, выполняющих считывание генов с хромосом, служит призывной надписью: «ПРОЧТИ МЕНЯ». Обычно промоторы находятся перед началом гена, но в данном случае команда на чтение гена объединена с самим геном, что объясняет столь высокую частоту его копирования. Alu, скорее всего, является псевдогеном. Псевдогены в большинстве своем — это остатки генов, которые в результате мутаций утратили свои функции, но благодаря свойству самокопирования зависли на грани существования и исчезновения. Они остаются балластом в геноме и продолжают накапливать мутации.
В конце концов, они совсем перестают напоминать гены, от которых произошли. Например, один псевдоген повторяется в хромосоме 14 раз на 11 хромосомах. Когда-то это были 14 копий одного, вероятно, важного гена, который утратил свое значение в ходе эволюции. Мутации в «молчащих» генах стали стремительно накапливаться, поскольку не вели ни к каким положительным или отрицательным последствиям для организма. В результате в геноме появилось 14 призраков, отдаленно напоминающих гены. Это не единственный пример, но что интересно, именно эти 14 генов обнаружены также в геномах обезьян. По крайней мере три копии этого гена уже не функционировали, когда приматы разделились на обезьян Старого и Нового Света. Это свидетельствует о том, затаив дыхание, говорят ученые, что эти гены утратили свои функции и остаются балластом на протяжении вот уже почти 35 млн лет[90].
Миллионы копий Alu накопились в нашем геноме относительно недавно. Эта последовательность известна только у приматов. Различают пять подтипов Alu, причем один подтип появился уже после того, когда наши предки отделились от предков шимпанзе, т. е. в течение последних 5 млн лет. У других животных есть свои внутренние генетические паразиты. Так, в геноме мышей было обнаружено много копий другой последовательности, названной B1.
Последовательности LINE-1 и Alu были открыты и подсчитаны недавно, что привело ученых в шок. Оказывается, наш геном — это большая помойка. Он напоминает компьютер, зараженный разнообразными вирусами, способными только к копированию самих себя и заполонившими весь жесткий диск. Примерно 35% генома представлено эгоистичными псевдогенами. Каждый раз, когда клетка копирует хромосомы перед делением, она тратит 35% энергии впустую. В нашем геноме давно пора навести порядок.
Никто не ожидал таких результатов. Когда ученые только приближались к геному как к святыне, никто не мог себе представить, что основными его жильцами будут неконтролируемые и эгоистичные псевдогены. Хотя нам следовало это предвидеть, поскольку все предшествующие уровни жизни также кишели паразитами: черви в кишечнике, бактерии в крови и вирусы в клетках. Почему бы в геноме не развестись ретротранспозонам? Кроме того, с середины 70-х годов прошлого столетия среди биологов-эволюционистов появилось и крепнет представление о том, что в основе естественного отбора лежит не столько состязание между видами, или подвидами, или отдельными особями, сколько состязание между генами, использующими организмы или их сообщества в качестве временных «боевых слонов» для борьбы с другими генами. Именно поэтому, вместо того чтобы с наслаждением и комфортом провести собственную жизнь, все живые организмы расходуют всю свою энергию и рискуют жизнью ради того, чтобы родить и вырастить свое потомство.
И все живые организмы устроены так, что очень быстро стареют и умирают после прохождения репродуктивного периода жизни, а в случае с тихоокеанским лососем — умирают одновременно с появлением своего потомства. В этом нет никакого здравого смысла, если посмотреть на жизнь глазами эгоиста, но в этом есть огромный смысл для эгоистичных генов, управляющих нами изнутри как своими гоночными машинами, чтобы победить в соревновании и оставить как можно больше копий самих себя. Генам не важна продолжительность жизни отдельной особи. Им важно, чтобы эта особь оставила после себя как можно больше потомков в следующем поколении. Если гены «эгоистичны», а наши тела — это лишь их «машины» (спорная терминология, позаимствованная у Ричарда Докинза), то стоит ли удивляться, что некоторые гены нашли способ размножаться, даже не связывая себя никакими обязательствами перед организмом. Нет также ничего удивительного в том, что геном, как и организмы, оказался сам полем боя и эволюционного соревнования между генами. С 70-х годов прошлого столетия эволюционная биология стала наукой не о животных, а о генах.
В 1980 году двое ученых впервые попытались объяснить наличие в геноме огромных локусов ДНК, не кодирующих белки, тем, что эти локусы заполнены эгоистичными генетическими элементами, занятыми лишь копированием самих себя. «Поиск других объяснений, — пишут они, — может быть полезной тренировкой ума, но бесполезен в плане результатов». За такое дерзкое предсказание они были высмеяны научным миром. В среде генетиков того времени все еще царило убеждение, что если в геноме человека что-то есть, то это должно быть наполнено определенным значением для человека, а не для самого себя. Гены представлялись всего лишь прописями белков. Смешно было думать, что они преследуют какие-то собственные далеко идущие планы. Но предположение об эгоистичной природе генов вскоре было блестяще доказано. Хотя гены не могут мыслить и строить планы, те из них, которые отличаются эгоистичным нравом, просто копируют и продлевают себя, в то время как все остальные быстро сходят со сцены[91].
Сегменты эгоистичной ДНК— это не просто бесплатные пассажиры, чье присутствие просто увеличивает длину хромосом и приводит к большим затратам энергии во время их копирования. Эти сегменты еще нарушают целостность генов. Поскольку эгоистичные сегменты имеют обыкновение перепрыгивать с места на место или встраивать свои копии в любом месте на хромосомах, иногда случается, что они появляются внутри действующего гена, разрывая его на части, а потом перескакивают в новое место, вновь сшивая ген в прежнем месте. Именно такое поведение транспозонов впервые описала в 1940 году блестящий ученый-генетик Барбара Мак-Клинток (Barbara McClintock), которую ученый мир долго игнорировал и не замечал. (В конце концов за свои открытия она была удостоена в 1983 году Нобелевской премии.) Свое открытие она сделала, наблюдая за изменениями цвета зерен кукурузы в початках — признак, безусловно, наследуемый, но передающийся с нарушениями закона Менделя, что можно было объяснить только обратимой мутацией в гене, определяющем цвет зерен[92].
В геноме человека ретротранспозоны LINE-1 и Alu также вызывают мутации, «приземляясь» в середине генов. Например, разрывая на части ген фактора сворачиваемости крови, они вызывают гемофилию. Но по пока непонятным причинам наш геном в меньшей степени страдает от транспозонов, чем геномы других организмов. В среднем только 1 из 700 мутаций у человека вызывается «прыгающими генами», тогда как у мышей примерно 10% мутаций связано с активностью транспозонов. Потенциальная опасность транспозонов была продемонстрирована в 1950-х годах в экспериментах на плодовых мушках дрозофилах. Дрозофилы — излюбленный объект для генетических исследований. Для чистоты экспериментов обычно используют мушек одного вида, Drosophila melanogaster, которых развели в лабораториях всего мира. Естественно, мелкие, едва заметные мушки часто сбегают из лабораторий и скрещиваются с аборигенными видами. Один из родственных видов мушек, Drosophila willistoni, несет в своем геноме активный транспозон, названный P-элементом. Однажды в 50-х годах прошлого столетия где-то в Южной Америке вероятно в результате кровосмешения P-элемент из Drosophila willistoniперепрыгнул в Drosophila melanogaster.
(Одна из угроз, которую несут в себе так называемые ксенотрансплантанты — органы свиньи или бабуинов, используемые для лечения людей, — состоит в том, что с этими органами в геном человека могут попасть чужеродные транспозоны, так, как это произошло с P-элементом у плодовых мушек.) С тех пор P-элемент распространился среди плодовых мушек как степной пожар. Сейчас этот транспозон может быть обнаружен практически в любой дикой плодовой мушке, хотя это уже не та форма, которая впервые была зарегистрирована в 1950-х годах. P-элемент отличался способностью встраиваться в гены и инактивировать их. Со временем у мушек сработали какие-то механизмы подавления транспозона и его копии застыли в геноме вечными бесплатными пассажирами.
В геноме человека такие активные разрушители генов, как P-элемент, пока не зарегистрированы. Похожий транспозон с именем «спящая красавица» был обнаружен в лососе. Когда в лабораторных условиях его внедрили в культуру клеток человека, он проявил незаурядную способность «скакать» по хромосомам, разрушая встречающиеся гены. Видимо, что-то подобное когда-то произошло и с транспозоном Alu, который был занесен в геном предков человека. Перенос скачущих генов от вида к виду сначала вызывает их бурную экспансию, пока геном не выработает механизмы подавления транспозона, после чего его малоактивные или инактивированные копии навсегда остаются «вшитыми» в геном. Тот факт, что гены человека сейчас не сильно страдают от активности транспозонов, говорит о том, что последняя инвазия случилась довольно давно, и геном уже успел справиться с ней.
В этом плане, как и во многих других, нам очень повезло в отличие от мушек дрозофил. Механизм подавления транспозонов у нас один и тот же. Согласно последней теории этот механизм состоит в метилировании цитозина. Цитозин, как вы помните, это «буква» С в генетическом алфавите. Метилирование, или, другими словами, добавление к цитозину метильной группы из атома углерода и трех атомов водорода, препятствует считыванию информации с генов. Большинство генов в геноме, а также их промоторы (структуры в начале генов, запускающих их считывание) находятся в заблокированном состоянии. Общепризнано, что метилирование в клетках используется для отключения генов, которые не нужны в данной ткани. Вот почему мозг отличается от печени, а печень от кожи и т. д. Но недавно получила подтверждение альтернативная теория назначения метилирования ДНК, согласно которой этот процесс не столь важен для дифференциации тканей, как для подавления транспозонов и других внутригеномных паразитов.
Действительно, ДНК ретротранспозонов Alu и LINE-1 наиболее метилирована в геноме. На ранних стадиях развития эмбриона в клетках почти нет метилированной ДНК и все гены находятся в рабочем состоянии. В это время особые белки проходят с инспекцией вдоль всех хромосом, распознают и метилируют гены вирусов и транспозонов. Первое, что происходит в раковых клетках, — это демитилирование ДНК. В результате все генетические паразиты оказываются на свободе и быстро увеличиваются в числе. Именно в результате их активности в раковых клетках стремительно накапливаются мутации, до неузнаваемости изменяя клетки. Метилирование — это первый рубеж, который выстраивает клетка против проникших в нее генетических паразитов[93].
Генетические паразиты чрезвычайно разнообразны по размерам и поведению. LINE-1 состоит примерно из 1400 «букв», Alu содержит как минимум 180 «букв», но есть еще более мелкие элементы, способные к копированию себя в длинные повторяющиеся последовательности. Их даже трудно назвать паразитами. Они не способны прыгать по геному и разрушать гены, но они существуют только потому, что способны обманным способом копировать себя. Именно эти короткие чередующиеся последовательности ДНК нашли применение в криминалистике. Познакомьтесь с «гипервариабельным минисателлитом». Эти последовательности не обошли своим вниманием ни одной хромосомы и образовали более 1000 колоний по всему геному. И во всех случаях данный участок хромосомы представляет собой множество повторов одного «слова» длиною примерно в 20 «букв».
Само «слово» может меняться в разных местах хромосомы и у разных людей, но чаще всего оно представлено такой последовательностью нуклеотидов: GGGCAGGAXG (где X — любой нуклеотид). Интересно, что эта последовательность очень напоминает аналогичный генетический элемент в геномах микроорганизмов, где он служит точкой инициации процесса обмена генами между бактериями одного вида. Есть данные, что и в геноме человека эти последовательности вовлечены в обмен генами между хромосомами. Для соответствующих белков эта последовательность выступает в роли транспаранта «ЗАМЕНИ МЕНЯ».
Посмотрите, примерно так выглядит минисателлит:
GGGCAGGATG-GGGCAGGATG-GGGCAGGATG-GGGCAGGATG-GGGCAGGATG-GGGCAGGATG-GGGCAGGATG-GGGCAGGATG-GGGCAGGATG-GGGCAGGATG
Вданном случае у нас 10 повторов одного «слова». В других местах на хромосомах (а таких мест тысячи) может быть от 5 до 50 повторов. Следуя инструкциям, клетка приступает к обмену между аналогичными последовательностями минисателлитов на одной или разных хромосомах. При этом обмен происходит случайным образом, в результате чего в одном месте количество повторов уменьшается, а в другом — увеличивается. Такие обмены случаются достаточно часто, чтобы гарантировать, что у каждого человека образуется совершенно уникальное чередование минисателлитов в хромосомах. В то же время этот процесс не настолько быстрый, чтобы нельзя было заметить явное сходство между родителями и детьми. Сравнение повторов в тысячах серий минисателлитов позволяет достоверно установить родственные связи и идентифицировать человека по биологическим образцам.
Минисателлиты впервые были обнаружены совершенно случайно Алеком Джеффрисом (Alec Jeffreys) и его помощницей Вики Уилсон (Vicky Wilson) в 1984 году. Они изучали эволюцию генов, сравнивая между собой гены человеческого мышечного белка миоглобина и аналогичного белка тюленей, и вдруг в середине гена обнаружили серию повторяющихся последовательностей ДНК. Поскольку «слова» во всех минисателлитах почти одинаковы, но количество повторов разное, они оказались удобными элементами для обнаружения их в геноме и подсчета отличий между индивидами. Оказалось, что число повторов в одном и том же месте на хромосоме настолько изменчиво, что минисателлиты могут служить генетическими «отпечатками пальцев». Полоски минисателлитов на генетической карте хромосомы выглядят, как штрих-код на товарах в супермаркете. Джеффрис сразу же осознал значимость своего открытия. Забыв о гене миоглобина, который был темой его исследований, он разрабатывает различные методы применения минисателлитов на практике.
Созданием базы данных минисателлитов первыми заинтересовались иммиграционные службы. Они решили, что с помощью биологических тестов можно определять, есть ли у человека, подавшего заявление на получение туристической визы для поездки в какую-либо страну, близкие родственники, которые уже ранее проникли в эту страну и осели там. Генетическая идентификация на практике показала всю свою мощь. Но наиболее широкое применение этот метод нашел в криминалистике, о чем речь пойдет ниже[94].
2 августа 1986 года неподалеку от деревни Нарборо (Narborough) в английском графстве Лестершир (Leicestershir) в кустах терновника было обнаружено тело пятнадцатилетней школьницы. Дон Эшуорт (Dawn Ashworth) была изнасилована и убита. Неделей позже полиция арестовала молодого грузчика из местного госпиталя Ричарда Бакланда (Richard Buckland), которому было предъявлено обвинение. На этом можно было бы поставить точку. Бакланд уже был на пути в тюрьму за изнасилование и убийство. Но полиции не давал покоя другой случай изнасилования и убийства пятнадцатилетней школьницы, Линды Манн (Lynda Mann), здесь же в Нарборо тремя годами ранее. Ее тело было брошено посреди поля, и многое указывало на то, что оба изнасилования совершил один и тот же человек. Но Бакланд отказывался признаться в совершении убийства.
О новом методе Алека Джеффриса полицейские узнали из газет. Джеффрис работал в Лестершире всего в 10 милях от Нарборо. Полицейские обратились к Джеффрису с просьбой помочь установить убийцу Линды Манн. Он согласился попробовать. Полицейские предоставили ученому образцы спермы с обоих мест преступления, а также образец крови Бакланда.
Получение и анализ ДНК были связаны с некоторыми проблемами, но через неделю работа была завершена. Действительно, два образца спермы были идентичными, но они не совпадали с образцом крови. ДНК из крови Бакланда содержала совершенно иные последовательности минисателлитов. Бакланд не мог быть убийцей.
Полиция Лестершира считала, что, должно быть, Джеффрис допустил в своих методах какую-то ошибку — результат совершенно абсурдный. Джеффрис повторил тест. Независимую экспертизу провели в лаборатории министерства внутренних дел Великобритании. Результаты совпали. Полиции ничего не оставалось делать, как закрыть дело в отношении Ричарда Бакланда. Впервые в истории криминалистики невиновность человека была доказана по его геному.
Сомнения у полиции все же оставались, ведь Бакланд признал себя виновным в убийстве второй школьницы. Но позже полицейские убедились, что генетика предоставляет наиболее совершенные методы как для выявления преступника, так и для снятия ложных обвинений и самооговоров. Через пять месяцев после убийства Эшуорт полиция взяла анализы крови у 5 500 жителей Нарборо и окрестных селений для проведения генетического тестирования. Ни один из образцов не совпал с образцами ДНК с мест преступлений.
Но шило в мешке не утаишь. Однажды рабочий пекарни по имени Ян Келли (Ian Kelly) рассказал своим друзьям, что сдавал анализ крови, хотя и не проживал в Нарборо. Его об этом попросил другой рабочий пекарни родом из Нарборо — Колин Питчфорк (Colin Pitchfork). Питчфорк говорил Келли, что полиция имеет на него зуб и хочет посадить без всяких причин. Как только коллеги Келли сообщили об этом в полицию, Питчфорк был арестован и вскоре признался в обоих убийствах. На этот раз его признание подтвердил и генетический тест. Минисателлиты в ДНК из крови Питчфорка точно совпали с образцами, взятыми с мест преступления. 23 января 1988 года Питчфорк был приговорен к пожизненному заключению.
Генетический фингерпринт сразу же стал наиболее востребованным и надежным методом современной криминалистики. Дело Питчфорка стало убедительной демонстрацией возможностей метода и задало тон в криминалистике на десятилетия вперед. Это метод, который четко и убедительно может показать невиновность человека, несмотря на множество свидетельств и улик, доказывающих его вину. И только одно упоминание этого метода заставляет преступников признаться в своих преступлениях, поскольку им хорошо известна надежность и точность генетического фингерпринта. При умелом использовании для достоверного установления личности человека достаточно ничтожного количества биологического материала: выделений из носа, слюны, фрагментов волос и костей, десятилетия пролежавших в земле.
После дела Питчфорка генетический фингерпринт стал одним из наиболее распространенных методов криминалистики. Так, в Великобритании только за 1998 год на судебную экспертизу было взято 320 000 проб ДНК, что позволило установить вину 28 000 преступников, и вдвое больше людей были оправданы благодаря этому методу. С тех пор техника была усовершенствована. Сейчас сравнение проводят по единственной, наиболее изменчивой серии минисателлитов. Упростить генетический фингерпринт позволили методы амплификации ДНК. Теперь минисателлиты, или даже микросателлиты, действительно выглядят, как штрих-код на полосках агара. Для достижения большей точности анализу подвергается не только длина минисателлита, но и последовательность «букв» в нем.
Впрочем, есть много дискредитирующих примеров предвзятого использования этого метода в суде, что не удивительно, раз уж юристы берутся за дело. (В большинстве случаев, когда на основе генетического фингерпринта в суде принимались ложные решения, причина была не в самом методе, а в человеческой неграмотности в вопросах статистики. Так, суд присяжных скорее оставит результаты генетического теста без внимания, если объявить, что ошибка метода составляет 0,1%. Напротив, присяжных легко убедить в достоверности результатов, если сказать, что метод позволяет четко идентифицировать одного человека из тысячи. Сказано одно и то же, а эффект разный.)[95].
Генетический фингерпринт произвел революцию не только в криминалистике, но и в других областях медицины и биологии. Этот метод был использован в 1990 году для того, чтобы убедиться в подлинности эксгумированного тела Йозефа Менгеле (Josef Mengele). Этот метод использовался также в нашумевшем деле, касавшемся президента США и запятнанного платья Моники Левински (Monica Lewinsky). Этот же метод позволил вывести на чистую воду лже-наследников Томаса Джефферсона (Thomas Jefferson). Наверное, наиболее востребованным этот метод стал для установления отцовства. В 1998 году частная компания Identigene вдоль всех трасс Америки расставила свои рекламные щиты с надписью «КТО ОТЕЦ? ЗВОНИТЕ 1-800-DNA-TYPE». Компания принимала по 300 звонков в день, несмотря на то что стоимость одного теста составляла 600 долл. Звонки поступали как от матерей-одиночек, желающих прищучить убежавших отцов, так и от отцов, встревоженных тем, что ребенок уж слишком похож на соседа. Примерно две трети случаев обращений матерей подтверждались тестированием. Неизвестно, перетянула ли чаша горечи мужчин, узнавших о неверности своих супруг, чашу облегчения от подтверждения отцовства.
Не удивительно, что в Великобритании первые частные компании по выяснению отцовства подверглись резкой обструкции со стороны прессы, поскольку согласно общественному мнению такими методами могут пользоваться только государственные организации, но не частные компании. Отвлечемся на более романтическую историю. Методы генетического фингерпринта позволили узнать, зачем поют птицы. Вы замечали, что дрозды, малиновки и соловьи продолжают петь уже после того, как обзавелись гнездами и птенцами? Это как будто противоречит представлению о том, что птицы поют исключительно для привлечения самок. В конце 1980-х годов орнитологи начали генетическое тестирование птиц с целью установить, отцом каких птенцов и в чьих гнездах являются самцы певчих птиц. К удивлению, было обнаружено, что в птичьих семьях, чья верность служила нам примером в сказках и рассказах и которые так дружно вместе строят гнездо и нянчат птенцов, очень часто птенцы оказывались не от «супруга». Измены оказались гораздо более частым явлением, чем этого можно было ожидать (видимо, потому что и у птиц самки делают это под большим секретом). Первые эксперименты с тестированием ДНК вызвали широкий интерес у ученых, изучающих другие организмы.
На основе многочисленных данных была сформулирована теория о «семенном соревновании». Эта теория объясняла, почему семенники у шимпанзе в четыре раза больше, чем у горилл, хотя гориллы почти втрое больше по размеру, чем шимпанзе. Горилла-самец монополизирует свой гарем, поэтому его семени не с кем соревноваться. В стае шимпанзе беспорядочные половые связи. Шанс оставить потомство есть только у тех самцов, которые беспрерывно занимаются оплодотворением. Соревнование между самцами шимпанзе идет на уровне объемов производимого семени. Тесты также объяснили, почему птицы продолжают петь все лето. В заботах о семье они не забывают «сходить налево»
До сих пор в этой книге мы рассматривали гены, у которых в геноме было определенное назначение. Напомню, ген — это последовательность ДНК, в которой записан рецепт одного белка. Но 97% ДНК нашего генома не содержит никаких генов вообще. Все это огромное пространство населяют «существа», называемые псевдогенами, ретропсевдогенами, сателлитами, минисателлитами, транспозонами и ретротранспозонами, одним словом, «бесполезная ДНК», или еще более точный термин — «эгоистичная ДНК». Некоторые представители этой братии действительно являются генами, но в большинстве своем эти локусы ДНК никогда не транслируются в какие-либо белки. Поскольку эгоизм тематически связан с половым антагонизмом, который мы рассмотрели в предыдущей главе, эту главу посвятим эгоистичным генам.
По правде говоря, я зарезервировал эту тему для хромосомы 8 только лишь потому, что не нашел на ней ничего примечательного для этой книги. Я не хочу сказать, что на хромосоме 8 собрались особенно скучные гены или что их мало. Просто до сих пор гены данной хромосомы очень мало изучены и роль многих из них не ясна. По крайней мере, мне не попалась на глаза ни одна яркая публикация, которая привлекла бы мое внимание. (Возможно, из-за того что это не самая длинная и не самая короткая хромосома, исследователи мало обращали на нее внимания.) Бессмысленная ДНК составляет большую часть не только этой, но и всех остальных хромосом. Несмотря на то что мы называем эту ДНК бессмысленной, именно для нее впервые нашлось практическое применение в криминалистике для установления личности с помощью генетического анализа.
Гены содержат в себе прописи белков, но не все белки, прописи которых есть в геноме, нужны и желанны в организме. Чаще всего в нашем геноме встречается ген, кодирующий белок обратную транскриптазу. В организме человека для этого белка нет никакой работы. Если бы из генома отдельно взятого человека извлекли и удалили все копии гена обратной транскриптазы, здоровье, долголетие и благополучие человека от этого совершенно не пострадали бы, скорее наоборот.
Обратная транскриптаза нужна только одной группе паразитов — ретровирусам. Это необходимый элемент жизненного цикла вируса СПИДа, без которого он не смог бы заражать и убивать людей. Для клеток человека этот белок бесполезен, он несет только дополнительную угрозу. Тем не менее это самый обычный ген в нашем геноме. Насчитывается несколько сотен, а может быть, даже тысяч копий данного гена по всему геному человека. Открытие, которое должно насторожить нас не меньше чем факт, что половина продаваемых лекарств в аптеках — подделки. Почему так получилось?
Объяснение заключается в функции белка обратной транскриптазы. Данный фермент прикрепляется к РНК, копирует ее обратно в ДНК и встраивает полученный фрагмент ДНК в геном. Это обратный билет для генов, покинувших геном. С помощью обратной транскриптазы вирус СПИДа встраивает свой геном в хромосому человека — лучший способ спрятаться и копироваться вместе с хромосомой, не затрачивая на это никакого труда. Множество генов обратной транскриптазы — это тела вирусов, выстроившихся когда-то давно или недавно в геном человека и оставшихся здесь на века, а может, на время. Несколько тысяч таких инертных вирусных частиц насчитывается во всех хромосомах человека. В общей сложности человеческие эндогенные ретровирусы (human endogenous retroviruses, HERVs) составляют 1,3% длины всего генома. Может показаться, что это не так много, но следует вспомнить, что все родные гены человека составляют всего 3% длины генома. Если идея о том, что вы произошли от обезьяны, ранит ваше достоинство, то задумайтесь над тем, что с еще большей уверенностью можно сказать, что мы все произошли от вирусов.
Но что делают все эти вирусы в нашем геноме? В действительности большинство из них уже нельзя назвать вирусами. Они потеряли многие свои гены, в некоторых случаях осталась одна обратная транскриптаза. На каком-то этапе активный паразит прекратил свой небезопасный бизнес заражения окружающих людей с помощью слюны или во время полового акта, а вместо этого устроился бесплатным пассажиром в хромосоме и передается уже не от человека к человеку, а из поколения в поколение. Генетический паразит в чистом виде. При этом некоторые бывшие вирусы, называемые ретротранспозонами, продолжают копировать себя, плодясь внутри генома в невероятных количествах.
Наиболее известным из них является самокопируемая последовательность ДНК, называемая LINE-1. Это «абзац» ДНК длиной от 1000 до 6000 «букв», ближе к середине которого находится пропись обратной транскриптазы. Последовательность LINE-1 не только часто встречается в геноме — насчитывается более 100 000 копий, — но еще и склонна к образованию колоний. В некоторых местах на хромосомах этот «абзац» текста повторяется множество раз, образуя длинную цепь. LINE-1 занимает своими копиями 14,6% генома, т. е. эта последовательность встречается примерно в 5 раз чаще, чем нормальные гены человека. При этом пандемия LINE-1 продолжается. Вся последовательность LINE-1 может транскрибироваться с хромосомы, синтезировать свой собственный белок обратную транскриптазу, которая опять превращает РНК LINE-1 в ДНК и встраивает новую копию в любом месте генома. Вот почему в геноме так много копий LINE-1. Возмутительно, не правда ли? Наш геном полон генов, которые хороши лишь тем, что могут успешно копировать себя. «У блохи есть меньшая блоха, которая живет на ней, а ту кусает еще меньшая блоха, и так до бесконечности».
Последовательность LINE-1 в этом плане не исключение. На ней успешно паразитирует другой, более мелкий, но еще более успешный паразит — ретротранспозон Alu. Этот ретротранспозон давно забросил куда-то свою обратную транскриптазу (а зачем она ему, когда вокруг так много LINE-1), сократив свое тельце всего до 180–280 «букв». Несмотря на то что в тексте Alu не записана структура никаких белков, он успешно транскрибируется и использует чужие обратные транскриптазы для возвращения своих копий в геном. Всего в геноме человека более 2 млн копий Alu, которыми заполнено 10% генома человека[89].
Последовательность нуклеотидов в Alu очень сильно напоминает один настоящий ген — ген белка, который входит в состав рибосомы, — органеллы, выполняющей синтез белков в соответствии с кодом, записанным в РНК. Насколько случайно такое сходство, пока неизвестно. Характерной особенностью этого гена является наличие так называемого внутреннего промотора — особой последовательности ДНК, которая для белков, выполняющих считывание генов с хромосом, служит призывной надписью: «ПРОЧТИ МЕНЯ». Обычно промоторы находятся перед началом гена, но в данном случае команда на чтение гена объединена с самим геном, что объясняет столь высокую частоту его копирования. Alu, скорее всего, является псевдогеном. Псевдогены в большинстве своем — это остатки генов, которые в результате мутаций утратили свои функции, но благодаря свойству самокопирования зависли на грани существования и исчезновения. Они остаются балластом в геноме и продолжают накапливать мутации.
В конце концов, они совсем перестают напоминать гены, от которых произошли. Например, один псевдоген повторяется в хромосоме 14 раз на 11 хромосомах. Когда-то это были 14 копий одного, вероятно, важного гена, который утратил свое значение в ходе эволюции. Мутации в «молчащих» генах стали стремительно накапливаться, поскольку не вели ни к каким положительным или отрицательным последствиям для организма. В результате в геноме появилось 14 призраков, отдаленно напоминающих гены. Это не единственный пример, но что интересно, именно эти 14 генов обнаружены также в геномах обезьян. По крайней мере три копии этого гена уже не функционировали, когда приматы разделились на обезьян Старого и Нового Света. Это свидетельствует о том, затаив дыхание, говорят ученые, что эти гены утратили свои функции и остаются балластом на протяжении вот уже почти 35 млн лет[90].
Миллионы копий Alu накопились в нашем геноме относительно недавно. Эта последовательность известна только у приматов. Различают пять подтипов Alu, причем один подтип появился уже после того, когда наши предки отделились от предков шимпанзе, т. е. в течение последних 5 млн лет. У других животных есть свои внутренние генетические паразиты. Так, в геноме мышей было обнаружено много копий другой последовательности, названной B1.
Последовательности LINE-1 и Alu были открыты и подсчитаны недавно, что привело ученых в шок. Оказывается, наш геном — это большая помойка. Он напоминает компьютер, зараженный разнообразными вирусами, способными только к копированию самих себя и заполонившими весь жесткий диск. Примерно 35% генома представлено эгоистичными псевдогенами. Каждый раз, когда клетка копирует хромосомы перед делением, она тратит 35% энергии впустую. В нашем геноме давно пора навести порядок.
Никто не ожидал таких результатов. Когда ученые только приближались к геному как к святыне, никто не мог себе представить, что основными его жильцами будут неконтролируемые и эгоистичные псевдогены. Хотя нам следовало это предвидеть, поскольку все предшествующие уровни жизни также кишели паразитами: черви в кишечнике, бактерии в крови и вирусы в клетках. Почему бы в геноме не развестись ретротранспозонам? Кроме того, с середины 70-х годов прошлого столетия среди биологов-эволюционистов появилось и крепнет представление о том, что в основе естественного отбора лежит не столько состязание между видами, или подвидами, или отдельными особями, сколько состязание между генами, использующими организмы или их сообщества в качестве временных «боевых слонов» для борьбы с другими генами. Именно поэтому, вместо того чтобы с наслаждением и комфортом провести собственную жизнь, все живые организмы расходуют всю свою энергию и рискуют жизнью ради того, чтобы родить и вырастить свое потомство.
И все живые организмы устроены так, что очень быстро стареют и умирают после прохождения репродуктивного периода жизни, а в случае с тихоокеанским лососем — умирают одновременно с появлением своего потомства. В этом нет никакого здравого смысла, если посмотреть на жизнь глазами эгоиста, но в этом есть огромный смысл для эгоистичных генов, управляющих нами изнутри как своими гоночными машинами, чтобы победить в соревновании и оставить как можно больше копий самих себя. Генам не важна продолжительность жизни отдельной особи. Им важно, чтобы эта особь оставила после себя как можно больше потомков в следующем поколении. Если гены «эгоистичны», а наши тела — это лишь их «машины» (спорная терминология, позаимствованная у Ричарда Докинза), то стоит ли удивляться, что некоторые гены нашли способ размножаться, даже не связывая себя никакими обязательствами перед организмом. Нет также ничего удивительного в том, что геном, как и организмы, оказался сам полем боя и эволюционного соревнования между генами. С 70-х годов прошлого столетия эволюционная биология стала наукой не о животных, а о генах.
В 1980 году двое ученых впервые попытались объяснить наличие в геноме огромных локусов ДНК, не кодирующих белки, тем, что эти локусы заполнены эгоистичными генетическими элементами, занятыми лишь копированием самих себя. «Поиск других объяснений, — пишут они, — может быть полезной тренировкой ума, но бесполезен в плане результатов». За такое дерзкое предсказание они были высмеяны научным миром. В среде генетиков того времени все еще царило убеждение, что если в геноме человека что-то есть, то это должно быть наполнено определенным значением для человека, а не для самого себя. Гены представлялись всего лишь прописями белков. Смешно было думать, что они преследуют какие-то собственные далеко идущие планы. Но предположение об эгоистичной природе генов вскоре было блестяще доказано. Хотя гены не могут мыслить и строить планы, те из них, которые отличаются эгоистичным нравом, просто копируют и продлевают себя, в то время как все остальные быстро сходят со сцены[91].
Сегменты эгоистичной ДНК— это не просто бесплатные пассажиры, чье присутствие просто увеличивает длину хромосом и приводит к большим затратам энергии во время их копирования. Эти сегменты еще нарушают целостность генов. Поскольку эгоистичные сегменты имеют обыкновение перепрыгивать с места на место или встраивать свои копии в любом месте на хромосомах, иногда случается, что они появляются внутри действующего гена, разрывая его на части, а потом перескакивают в новое место, вновь сшивая ген в прежнем месте. Именно такое поведение транспозонов впервые описала в 1940 году блестящий ученый-генетик Барбара Мак-Клинток (Barbara McClintock), которую ученый мир долго игнорировал и не замечал. (В конце концов за свои открытия она была удостоена в 1983 году Нобелевской премии.) Свое открытие она сделала, наблюдая за изменениями цвета зерен кукурузы в початках — признак, безусловно, наследуемый, но передающийся с нарушениями закона Менделя, что можно было объяснить только обратимой мутацией в гене, определяющем цвет зерен[92].
В геноме человека ретротранспозоны LINE-1 и Alu также вызывают мутации, «приземляясь» в середине генов. Например, разрывая на части ген фактора сворачиваемости крови, они вызывают гемофилию. Но по пока непонятным причинам наш геном в меньшей степени страдает от транспозонов, чем геномы других организмов. В среднем только 1 из 700 мутаций у человека вызывается «прыгающими генами», тогда как у мышей примерно 10% мутаций связано с активностью транспозонов. Потенциальная опасность транспозонов была продемонстрирована в 1950-х годах в экспериментах на плодовых мушках дрозофилах. Дрозофилы — излюбленный объект для генетических исследований. Для чистоты экспериментов обычно используют мушек одного вида, Drosophila melanogaster, которых развели в лабораториях всего мира. Естественно, мелкие, едва заметные мушки часто сбегают из лабораторий и скрещиваются с аборигенными видами. Один из родственных видов мушек, Drosophila willistoni, несет в своем геноме активный транспозон, названный P-элементом. Однажды в 50-х годах прошлого столетия где-то в Южной Америке вероятно в результате кровосмешения P-элемент из Drosophila willistoniперепрыгнул в Drosophila melanogaster.
(Одна из угроз, которую несут в себе так называемые ксенотрансплантанты — органы свиньи или бабуинов, используемые для лечения людей, — состоит в том, что с этими органами в геном человека могут попасть чужеродные транспозоны, так, как это произошло с P-элементом у плодовых мушек.) С тех пор P-элемент распространился среди плодовых мушек как степной пожар. Сейчас этот транспозон может быть обнаружен практически в любой дикой плодовой мушке, хотя это уже не та форма, которая впервые была зарегистрирована в 1950-х годах. P-элемент отличался способностью встраиваться в гены и инактивировать их. Со временем у мушек сработали какие-то механизмы подавления транспозона и его копии застыли в геноме вечными бесплатными пассажирами.
В геноме человека такие активные разрушители генов, как P-элемент, пока не зарегистрированы. Похожий транспозон с именем «спящая красавица» был обнаружен в лососе. Когда в лабораторных условиях его внедрили в культуру клеток человека, он проявил незаурядную способность «скакать» по хромосомам, разрушая встречающиеся гены. Видимо, что-то подобное когда-то произошло и с транспозоном Alu, который был занесен в геном предков человека. Перенос скачущих генов от вида к виду сначала вызывает их бурную экспансию, пока геном не выработает механизмы подавления транспозона, после чего его малоактивные или инактивированные копии навсегда остаются «вшитыми» в геном. Тот факт, что гены человека сейчас не сильно страдают от активности транспозонов, говорит о том, что последняя инвазия случилась довольно давно, и геном уже успел справиться с ней.
В этом плане, как и во многих других, нам очень повезло в отличие от мушек дрозофил. Механизм подавления транспозонов у нас один и тот же. Согласно последней теории этот механизм состоит в метилировании цитозина. Цитозин, как вы помните, это «буква» С в генетическом алфавите. Метилирование, или, другими словами, добавление к цитозину метильной группы из атома углерода и трех атомов водорода, препятствует считыванию информации с генов. Большинство генов в геноме, а также их промоторы (структуры в начале генов, запускающих их считывание) находятся в заблокированном состоянии. Общепризнано, что метилирование в клетках используется для отключения генов, которые не нужны в данной ткани. Вот почему мозг отличается от печени, а печень от кожи и т. д. Но недавно получила подтверждение альтернативная теория назначения метилирования ДНК, согласно которой этот процесс не столь важен для дифференциации тканей, как для подавления транспозонов и других внутригеномных паразитов.
Действительно, ДНК ретротранспозонов Alu и LINE-1 наиболее метилирована в геноме. На ранних стадиях развития эмбриона в клетках почти нет метилированной ДНК и все гены находятся в рабочем состоянии. В это время особые белки проходят с инспекцией вдоль всех хромосом, распознают и метилируют гены вирусов и транспозонов. Первое, что происходит в раковых клетках, — это демитилирование ДНК. В результате все генетические паразиты оказываются на свободе и быстро увеличиваются в числе. Именно в результате их активности в раковых клетках стремительно накапливаются мутации, до неузнаваемости изменяя клетки. Метилирование — это первый рубеж, который выстраивает клетка против проникших в нее генетических паразитов[93].
Генетические паразиты чрезвычайно разнообразны по размерам и поведению. LINE-1 состоит примерно из 1400 «букв», Alu содержит как минимум 180 «букв», но есть еще более мелкие элементы, способные к копированию себя в длинные повторяющиеся последовательности. Их даже трудно назвать паразитами. Они не способны прыгать по геному и разрушать гены, но они существуют только потому, что способны обманным способом копировать себя. Именно эти короткие чередующиеся последовательности ДНК нашли применение в криминалистике. Познакомьтесь с «гипервариабельным минисателлитом». Эти последовательности не обошли своим вниманием ни одной хромосомы и образовали более 1000 колоний по всему геному. И во всех случаях данный участок хромосомы представляет собой множество повторов одного «слова» длиною примерно в 20 «букв».
Само «слово» может меняться в разных местах хромосомы и у разных людей, но чаще всего оно представлено такой последовательностью нуклеотидов: GGGCAGGAXG (где X — любой нуклеотид). Интересно, что эта последовательность очень напоминает аналогичный генетический элемент в геномах микроорганизмов, где он служит точкой инициации процесса обмена генами между бактериями одного вида. Есть данные, что и в геноме человека эти последовательности вовлечены в обмен генами между хромосомами. Для соответствующих белков эта последовательность выступает в роли транспаранта «ЗАМЕНИ МЕНЯ».
Посмотрите, примерно так выглядит минисателлит:
GGGCAGGATG-GGGCAGGATG-GGGCAGGATG-GGGCAGGATG-GGGCAGGATG-GGGCAGGATG-GGGCAGGATG-GGGCAGGATG-GGGCAGGATG-GGGCAGGATG
Вданном случае у нас 10 повторов одного «слова». В других местах на хромосомах (а таких мест тысячи) может быть от 5 до 50 повторов. Следуя инструкциям, клетка приступает к обмену между аналогичными последовательностями минисателлитов на одной или разных хромосомах. При этом обмен происходит случайным образом, в результате чего в одном месте количество повторов уменьшается, а в другом — увеличивается. Такие обмены случаются достаточно часто, чтобы гарантировать, что у каждого человека образуется совершенно уникальное чередование минисателлитов в хромосомах. В то же время этот процесс не настолько быстрый, чтобы нельзя было заметить явное сходство между родителями и детьми. Сравнение повторов в тысячах серий минисателлитов позволяет достоверно установить родственные связи и идентифицировать человека по биологическим образцам.
Минисателлиты впервые были обнаружены совершенно случайно Алеком Джеффрисом (Alec Jeffreys) и его помощницей Вики Уилсон (Vicky Wilson) в 1984 году. Они изучали эволюцию генов, сравнивая между собой гены человеческого мышечного белка миоглобина и аналогичного белка тюленей, и вдруг в середине гена обнаружили серию повторяющихся последовательностей ДНК. Поскольку «слова» во всех минисателлитах почти одинаковы, но количество повторов разное, они оказались удобными элементами для обнаружения их в геноме и подсчета отличий между индивидами. Оказалось, что число повторов в одном и том же месте на хромосоме настолько изменчиво, что минисателлиты могут служить генетическими «отпечатками пальцев». Полоски минисателлитов на генетической карте хромосомы выглядят, как штрих-код на товарах в супермаркете. Джеффрис сразу же осознал значимость своего открытия. Забыв о гене миоглобина, который был темой его исследований, он разрабатывает различные методы применения минисателлитов на практике.
Созданием базы данных минисателлитов первыми заинтересовались иммиграционные службы. Они решили, что с помощью биологических тестов можно определять, есть ли у человека, подавшего заявление на получение туристической визы для поездки в какую-либо страну, близкие родственники, которые уже ранее проникли в эту страну и осели там. Генетическая идентификация на практике показала всю свою мощь. Но наиболее широкое применение этот метод нашел в криминалистике, о чем речь пойдет ниже[94].
2 августа 1986 года неподалеку от деревни Нарборо (Narborough) в английском графстве Лестершир (Leicestershir) в кустах терновника было обнаружено тело пятнадцатилетней школьницы. Дон Эшуорт (Dawn Ashworth) была изнасилована и убита. Неделей позже полиция арестовала молодого грузчика из местного госпиталя Ричарда Бакланда (Richard Buckland), которому было предъявлено обвинение. На этом можно было бы поставить точку. Бакланд уже был на пути в тюрьму за изнасилование и убийство. Но полиции не давал покоя другой случай изнасилования и убийства пятнадцатилетней школьницы, Линды Манн (Lynda Mann), здесь же в Нарборо тремя годами ранее. Ее тело было брошено посреди поля, и многое указывало на то, что оба изнасилования совершил один и тот же человек. Но Бакланд отказывался признаться в совершении убийства.
О новом методе Алека Джеффриса полицейские узнали из газет. Джеффрис работал в Лестершире всего в 10 милях от Нарборо. Полицейские обратились к Джеффрису с просьбой помочь установить убийцу Линды Манн. Он согласился попробовать. Полицейские предоставили ученому образцы спермы с обоих мест преступления, а также образец крови Бакланда.
Получение и анализ ДНК были связаны с некоторыми проблемами, но через неделю работа была завершена. Действительно, два образца спермы были идентичными, но они не совпадали с образцом крови. ДНК из крови Бакланда содержала совершенно иные последовательности минисателлитов. Бакланд не мог быть убийцей.
Полиция Лестершира считала, что, должно быть, Джеффрис допустил в своих методах какую-то ошибку — результат совершенно абсурдный. Джеффрис повторил тест. Независимую экспертизу провели в лаборатории министерства внутренних дел Великобритании. Результаты совпали. Полиции ничего не оставалось делать, как закрыть дело в отношении Ричарда Бакланда. Впервые в истории криминалистики невиновность человека была доказана по его геному.
Сомнения у полиции все же оставались, ведь Бакланд признал себя виновным в убийстве второй школьницы. Но позже полицейские убедились, что генетика предоставляет наиболее совершенные методы как для выявления преступника, так и для снятия ложных обвинений и самооговоров. Через пять месяцев после убийства Эшуорт полиция взяла анализы крови у 5 500 жителей Нарборо и окрестных селений для проведения генетического тестирования. Ни один из образцов не совпал с образцами ДНК с мест преступлений.
Но шило в мешке не утаишь. Однажды рабочий пекарни по имени Ян Келли (Ian Kelly) рассказал своим друзьям, что сдавал анализ крови, хотя и не проживал в Нарборо. Его об этом попросил другой рабочий пекарни родом из Нарборо — Колин Питчфорк (Colin Pitchfork). Питчфорк говорил Келли, что полиция имеет на него зуб и хочет посадить без всяких причин. Как только коллеги Келли сообщили об этом в полицию, Питчфорк был арестован и вскоре признался в обоих убийствах. На этот раз его признание подтвердил и генетический тест. Минисателлиты в ДНК из крови Питчфорка точно совпали с образцами, взятыми с мест преступления. 23 января 1988 года Питчфорк был приговорен к пожизненному заключению.
Генетический фингерпринт сразу же стал наиболее востребованным и надежным методом современной криминалистики. Дело Питчфорка стало убедительной демонстрацией возможностей метода и задало тон в криминалистике на десятилетия вперед. Это метод, который четко и убедительно может показать невиновность человека, несмотря на множество свидетельств и улик, доказывающих его вину. И только одно упоминание этого метода заставляет преступников признаться в своих преступлениях, поскольку им хорошо известна надежность и точность генетического фингерпринта. При умелом использовании для достоверного установления личности человека достаточно ничтожного количества биологического материала: выделений из носа, слюны, фрагментов волос и костей, десятилетия пролежавших в земле.
После дела Питчфорка генетический фингерпринт стал одним из наиболее распространенных методов криминалистики. Так, в Великобритании только за 1998 год на судебную экспертизу было взято 320 000 проб ДНК, что позволило установить вину 28 000 преступников, и вдвое больше людей были оправданы благодаря этому методу. С тех пор техника была усовершенствована. Сейчас сравнение проводят по единственной, наиболее изменчивой серии минисателлитов. Упростить генетический фингерпринт позволили методы амплификации ДНК. Теперь минисателлиты, или даже микросателлиты, действительно выглядят, как штрих-код на полосках агара. Для достижения большей точности анализу подвергается не только длина минисателлита, но и последовательность «букв» в нем.
Впрочем, есть много дискредитирующих примеров предвзятого использования этого метода в суде, что не удивительно, раз уж юристы берутся за дело. (В большинстве случаев, когда на основе генетического фингерпринта в суде принимались ложные решения, причина была не в самом методе, а в человеческой неграмотности в вопросах статистики. Так, суд присяжных скорее оставит результаты генетического теста без внимания, если объявить, что ошибка метода составляет 0,1%. Напротив, присяжных легко убедить в достоверности результатов, если сказать, что метод позволяет четко идентифицировать одного человека из тысячи. Сказано одно и то же, а эффект разный.)[95].
Генетический фингерпринт произвел революцию не только в криминалистике, но и в других областях медицины и биологии. Этот метод был использован в 1990 году для того, чтобы убедиться в подлинности эксгумированного тела Йозефа Менгеле (Josef Mengele). Этот метод использовался также в нашумевшем деле, касавшемся президента США и запятнанного платья Моники Левински (Monica Lewinsky). Этот же метод позволил вывести на чистую воду лже-наследников Томаса Джефферсона (Thomas Jefferson). Наверное, наиболее востребованным этот метод стал для установления отцовства. В 1998 году частная компания Identigene вдоль всех трасс Америки расставила свои рекламные щиты с надписью «КТО ОТЕЦ? ЗВОНИТЕ 1-800-DNA-TYPE». Компания принимала по 300 звонков в день, несмотря на то что стоимость одного теста составляла 600 долл. Звонки поступали как от матерей-одиночек, желающих прищучить убежавших отцов, так и от отцов, встревоженных тем, что ребенок уж слишком похож на соседа. Примерно две трети случаев обращений матерей подтверждались тестированием. Неизвестно, перетянула ли чаша горечи мужчин, узнавших о неверности своих супруг, чашу облегчения от подтверждения отцовства.
Не удивительно, что в Великобритании первые частные компании по выяснению отцовства подверглись резкой обструкции со стороны прессы, поскольку согласно общественному мнению такими методами могут пользоваться только государственные организации, но не частные компании. Отвлечемся на более романтическую историю. Методы генетического фингерпринта позволили узнать, зачем поют птицы. Вы замечали, что дрозды, малиновки и соловьи продолжают петь уже после того, как обзавелись гнездами и птенцами? Это как будто противоречит представлению о том, что птицы поют исключительно для привлечения самок. В конце 1980-х годов орнитологи начали генетическое тестирование птиц с целью установить, отцом каких птенцов и в чьих гнездах являются самцы певчих птиц. К удивлению, было обнаружено, что в птичьих семьях, чья верность служила нам примером в сказках и рассказах и которые так дружно вместе строят гнездо и нянчат птенцов, очень часто птенцы оказывались не от «супруга». Измены оказались гораздо более частым явлением, чем этого можно было ожидать (видимо, потому что и у птиц самки делают это под большим секретом). Первые эксперименты с тестированием ДНК вызвали широкий интерес у ученых, изучающих другие организмы.
На основе многочисленных данных была сформулирована теория о «семенном соревновании». Эта теория объясняла, почему семенники у шимпанзе в четыре раза больше, чем у горилл, хотя гориллы почти втрое больше по размеру, чем шимпанзе. Горилла-самец монополизирует свой гарем, поэтому его семени не с кем соревноваться. В стае шимпанзе беспорядочные половые связи. Шанс оставить потомство есть только у тех самцов, которые беспрерывно занимаются оплодотворением. Соревнование между самцами шимпанзе идет на уровне объемов производимого семени. Тесты также объяснили, почему птицы продолжают петь все лето. В заботах о семье они не забывают «сходить налево»
