Человеческий суперорганизм - [36]

Без преувеличения можно сказать, что механизмы, управляющие переключениями генов, отвечают практически за все события, происходящие в клетке. Когда в 1990-х гг. близился к завершению проект «Геном человека», расхожим стало представление о том, что гены определяют не только нашу принадлежность к человеческому роду, но и нашу внешность, личность и здоровье. Возможно, вам доводилось слышать о гене преступности, гене гомосексуальности и даже о гене интеллекта. Эти качества человека вместе с другими его характеристиками составляют то, что биологи называют фенотипом — совокупность всех различимых, измеряемых и поддающихся наблюдению признаков человека. К числу таких характеристик относятся как признаки, которые мы можем видеть воочию (например, цвет глаз, рост и черты лица), так и признаки, которые не проявляются внешне, но поддаются измерению (размеры сердца, активность щитовидной железы, скорость метаболизма, биохимические показатели). Биологи установили, однако, что фенотип далеко не всегда определяется унаследованными генами и различными формами генов (так называемых аллелей). Это обстоятельство они объясняли взаимодействиями между генами и некоторыми внешними влияниями. Но все это — из области «старой» биологии. Сегодня мы всё лучше понимаем, что одно только присутствие гена лишь в слабой степени определяет то, как, когда и в какой мере он будет использован. На самом деле все зависит от того, окажется ли этот ген во «включенном» (активном) состоянии и когда произойдет это включение. В большинстве случаев, если ген просто «сидит» в хромосоме и не используется, никакой пользы от него нет. Механизмы изменения активности генов и управления ими получили название «эпигенетики». Эти механизмы и составляют ключевой компонент новой биологии.

Как отмечалось во введении, люди обладают не особо впечатляющим количеством собственных генов (то есть генов, свойственных нам как млекопитающим), и сами по себе эти гены не способны поддержать существование человека. Вот почему наш второй, микробиомный, геном не роскошь, а необходимая и фундаментальная часть нашего бытия. Гены тем не менее в некотором отношении напоминают электричество в современном мире. Оно позволяет нам делать удивительные вещи, например освещать и обогревать дома и квартиры, но пользу оно приносит только в том случае, если мы имеем возможность подключиться к его источнику (электросети).

Оснащение дома или квартиры электропроводкой дает нам лишь потенциальную возможность использования электричества, в частности освещать помещение или пользоваться электроприборами. Для этого нужно еще установить щиток с пробками-предохранителями, розетки и выключатели. Если дом подключен к электросети, но в нем нет предохранителей, выключателей и розеток, никакой пользы от его оснащения электропроводкой не будет. Электричество для вас недоступно, есть лишь потенциальная возможность его использования. Точно такая же ситуация и с генами. Достались ли они нам от млекопитающих, микробов или космических пришельцев, если их нельзя включить, в любом случае работать они не будут.

Нашему организму повезло больше, чем дому, который специалист-электрик должен оснастить выключателями и розетками: человеческий геном оснащен ими изначально. К тому же работа этих «выключателей» не требует от нас никаких физических усилий, ими не нужно щелкать или вертеть их из стороны в сторону. Их работу обеспечивают химические процессы. Существует несколько различных типов химических выключателей генов. В понимании механизмов их работы и их усовершенствовании — одна из главных задач новой биологии и будущее медицины.

Способность управлять включением и выключением гена на разных стадиях развития организма и выработкой продуктов, осуществляемой под его контролем, может означать вопрос здоровья и болезни или даже жизни и смерти. Для примера рассмотрим выработку гемоглобина — белка крови, переносящего кислород. Без надлежащего снабжения кислородом клетки и ткани нашего тела обречены на гибель. Оказывается, у человека имеется несколько разных типов гемоглобина, точно «скроенных» для различных стадий его жизни и удовлетворения кислородных потребностей тканей на этих стадиях. Продукция эмбрионального, плодного и «взрослого» гемоглобина находится под контролем эпигенетических переключений генов. Их включение и выключение точно приурочено к началу и концу различных стадий развития, ибо только в этом случае может быть обеспечена жизнедеятельность организма. Ученые установили, что эти переключения генов и выработку гемоглобина контролирует бутират натрия, низкомолекулярный метаболит одной из кишечных бактерий. Сегодня проводятся испытания бутирата натрия и родственных ему химических соединений с целью их возможного использования для лечения серповидно-клеточной анемии, бета-талассемии и других заболеваний, связанных с нарушением синтеза гемоглобина. При этих болезнях ткани нередко недополучают кислород. Бутират натрия способен повышать в крови уровень гемоглобина с высоким сродством к кислороду. Очевидно, микробиом играет важную биологическую роль в управлении переключениями генов.