Взломать Дарвина: генная инженерия и будущее человечества

Чтобы понять, куда идти дальше, необходимо сделать шаг назад и разобраться с тем, откуда мы пришли.

* * *

На протяжении первых 2,5 миллиарда лет жизни на Земле наши одноклеточные предки размножались «клонированием». Например, одна бактерия делилась на две отдельные бактерии с одинаковым набором генов, а затем процесс повторялся. Это был отличный способ репродукции, поскольку вам не нужно было тратить время и энергию на поиски партнера. Все, что от вас требовалось, – найти еду и разделиться, и ваш род продолжался. Отрицательной стороной клонирования являлось то, что такое размножение приводило к генетическому однообразию в сообществе одноклеточных организмов и ограничивало естественный отбор.[3 - Около 3,5 миллиарда лет назад первые одноклеточные микробы разделились на две ветви: бактерии и археи. Некоторые биологи выделяют еще и третью ветвь – эукариоты.]

Стоит сказать, что однообразие было непостоянным. Бактерии развились таким образом, что могли буквально захватывать чужие гены с помощью микроскопических гарпунов, которые называются ворсинками, или пили[4 - Ознакомиться с красочной визуализацией этого процесса можно в работе Courtney K. Ellison, Triana N. Dalia, Alfredo Vidal Ceballos, Joseph Che-Yen Wang, Nicolas Biais, Yves V. Brun, Ankur B. Dalia. Retraction of DNA-Bound Type IV Competence Pili Initiates DNA Uptake during Natural Transformation in Vibrio Cholerae// Nature Microbiology. – 2018. – doi:10.1038 /s41564-018-0174-y.]. Несмотря на то что клонирование помогало бактериям передавать полезные мутации, оно также бывало опасным для колоний (например, при появлении поражающих бактерии вирусов), поскольку клонированные особи сохраняли слишком много одинаковых дефектов в защитных механизмах. Многое изменилось с появлением полового размножения.

Точные копии в биологии почти всегда несовершенны. Мы не можем указать точное время, однако палеонтологические ископаемые показывают, что около 1,2 миллиарда лет назад какой-то один из простейших организмов развил странную мутацию. Вместо того чтобы скопировать самого себя или получить несколько генов из других микроорганизмов, такие особи спарились с другими микробами, и их потомство получило ДНК обоих родителей. Тогда и возникло половое размножение, которое невероятным образом расширило эволюционные возможности видов.

Для поиска партнера требовалось больше энергии, чем для клонирования себя. А сами потенциальные партнеры отсутствовали по определению. Искатели «второй половинки» должны были развить в себе новые, усовершенствованные способности для привлечения наиболее перспективных вариантов и конкурирования с соперниками. Но когда партнер находился, обе особи могли смешивать свои гены более полноценно и произвольно, что давало им огромное преимущество.

У организмов с половым размножением было больше генетических дефектов, чем у их клонирующихся собратьев. Зато возрастали и возможности для создания генетических преимуществ. Благодаря тому, что постоянно появлялись новые организмы с различными моделями полового размножения, оно позволяло видам быстрее адаптироваться к изменяющимся обстоятельствам, лучше справляться с защитой от хищников и добычей пропитания, а также ускорять процесс эволюционных изменений. Вся наша эволюционная история состоит из таких зачастую случайных генетических мутаций и вариаций, породивших множество новых признаков, самые полезные из которых распространились внутри вида. Вооружившись генетическими различиями, наши предки конкурировали друг с другом и с окружающей средой в процессе, который Дарвин назвал естественным отбором.

Со временем сам процесс полового размножения столкнулся с эволюционным давлением, на которое живые существа отреагировали по-разному. Некоторые, например современный лосось, начинали откладывать как можно больше икры – в надежде, что какие-то икринки успеют оплодотвориться. Откладывание тысяч икринок в ямки на дне рек повышало шансы, что хоть какие-то из них успеет оплодотворить самец. Однако этот способ размножения не предусматривает родительской заботы о потомстве.

Чтобы вы ни думали о своих родителях, сама возможность заботы о потомстве является очень важным эволюционным преимуществом. Другие особи (в том числе наши более современные предки) предпочитали не откладывать икру наружу, а до оплодотворения хранить яйца внутри женского организма. Сами эмбрионы вынашивались внутри самок. Если представить половое размножение в виде игры в казино, то особи, похожие на лосося, ставили бы фишки на каждую цифру, а существа, подобные нам, выбирали бы несколько одинаковых чисел. Производя меньше потомков, чем другие млекопитающие, и удерживая их рядом с домом, наши предки активно содействовали взрослению новых поколений. Это означало, что наши дети развивали навыки, недоступные для малька лосося, который вылуплялся из икринки и сразу был предоставлен самому себе.

Половое размножение активно способствовало разнообразию, создавая плацдарм для непрерывной эволюционной гонки. Когда в этой гонке побеждал лосось, он мог активно размножаться, производя потомство в большом количестве. В то же время лосось никак не участвовал в заботе о детях, поскольку его отпрыски быстро разбегались. Мы же, наоборот, защищали свое уязвимое потомство сразу после рождения, позволяя растущему мозгу развиваться, и ухаживали за детьми, обучая их новым навыкам. Способность к уходу за потомством была заложена в нашей природе эволюционно. Побеждая в этой гонке, мы смогли создать цивилизацию.

«Встроенный» половой инстинкт гарантировал, что наши предки продолжали размножаться, даже не до конца понимая, что происходит, – как минимум на техническом уровне. Древние цивилизации приписывали магию деторождения богам, но наши пытливые умы были настроены на то, чтобы еще глубже понять мир вокруг. На протяжении тысячи лет прогресс в изучении биологии шел очень медленно. Но затем с развитием философии и инструментов научной революции наши знания стали стремительно углубляться.

* * *

В 1677 году окрыленный голландец Антони ван Левенгук вспорхнул с постели. Изобретатель микроскопа, на порядок превосходившего прежние, уже самостоятельно изучил телесные жидкости: кровь, слюну и слезы. В этот раз он решил привлечь к эксперименту жену. После полового акта Левенгук поместил часть своего эякулята под микроскоп и в удивлении увидел, как «семенные зверьки» извивались, «будто угри, плавающие в воде»[5 - Priya Verm. Reproduction and the Discovery of Sperm // Elawoman. URL: https://elawomn.quora.com/Reproduction-and-the-Discovery-of-Sperm (дата обращения: 25 июня 2018 года).]. Но какую же роль, гадал ученый, выполняли эти изворотливые зверьки?

По бытовавшему тогда убеждению, которое дошло до Европы от древних греков, в мужском семени содержались гомункулы – маленькие человечки, которые ждали момента для того, чтобы начать расти. Согласно этой гипотезе, женское тело подобно почве, в которой прорастают семена. По другой теории, в женской яйцеклетке живет мини-копия человека, а мужская сперма стимулирует ее рост. Третья группа, состоящая в основном из малообразованной прослойки населения, полагала, будто жизнь зарождается спонтанно – как мухи, появляющиеся в тухлом мясе.

В XVIII веке выдающийся католический священник из Италии Ладзаро Великолепный Спалланцани, чтобы проверить свою гипотезу о размножении, провел гениальный эксперимент. Он сшил из тафты крошечные лягушачьи трусы, которые не позволяли самцам лягушек передавать свои «жидкости». Сегодня каждый подросток узнает это на уроках полового воспитания, однако в XVIII веке новость о том, что самки лягушек не могут забеременеть, если мужская сперма задерживается в трусах, стала настоящей сенсацией. Когда Спалланцани искусственно осеменил самок лягушек спермой самцов, те смогли забеременеть. Теперь стало понятно, что в сперме содержится необходимый компонент, который нужен, чтобы женские особи могли завести потомство[6 - F. Gilbert. Structure of the Gametes// Developmental Biology. – 6 Edition. – Sunderland, MA: Sinauer Associates, 2000. URL: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK10005/.]. Великолепно! Ученым понадобилось еще 100 лет, чтобы догадаться, что в оплодотворение мужские и женские половые клетки вносят одинаковый вклад.

Новые знания о процессе зачатия и деторождения соединились с интуитивным, но не до конца понятым осознанием наших предков – наукой о наследовании.

* * *

Тысячу лет наши предки пытались понять, как работает наследственность. Каждый раз, когда у высокого мужчины и высокой женщины рождался высокий ребенок, они получали подсказку. Если же у высокого мужчины и высокой женщины рождался низкорослый ребенок, ученые, должно быть, удивлялись. Да и мужчина, скорее всего, недоверчиво косился в сторону шустрого и низкорослого Казановы из соседней пещеры. Наши предки использовали эти ограниченные знания о наследственности, чтобы изменять окружающий мир.

Например, кочующие охотники-собиратели стали замечать, что некоторые волки, копающиеся в мусоре, были дружелюбнее своих сородичей. И примерно 15 000 лет назад где-то на просторах Центральной Азии кочевники начали сводить этих дружелюбных волков между собой. В результате появились собаки. Нетронутая человеком природа вряд ли бы смогла своими силами превратить гордого волка в чихуахуа. Но наши предки поспособствовали созданию совершенно нового подвида.

Аналогичным образом люди одомашнивали и растения. После отступления ледников около 12 000 лет назад наши предки взялись за выращивание самых полезных растений, которые находили в природе[7 - Некоторые антропологи считают, что люди начали одомашнивать культуры около 23 000 лет назад. См. Ainit Snir, Dani Nadel, Iris Groman-Yaroslavski, Yoel Melamed, Marcelo Sternberg, Ofer Bar-Yosef, Ehud Weiss. The Origin of Cultivation and Proto-Weeds, Long Before Neolithic Farming // Plos One 10. – No. 7 (2015). – doi:10.1371 /journal.pone.0131422.]. Задолго до того, как Monsanto начала генетически модифицировать семена, наши предки заметили, что одни растения качественно отличались от других и несли больше желаемых признаков. Древние люди заметили: если они выращивали семена от таких растений, в следующем поколении чаще присутствовал желаемый признак. Все следующее тысячелетие это селекционное разведение использовали, чтобы превратить дикорастущие культуры в то, что сегодня мы знаем как пшеницу, ячмень и горох с Ближнего Востока, рис и просо из Китая, а также тыкву и кукурузу из Мексики. А поскольку люди по всему миру сами замечали эффект от одомашнивания и селекции растений и животных либо узнавали об этом от других, мы все больше интересовались природой наследственности.

Наши предки знали, как получить наследуемые признаки, но мало разбирались в механике этого процесса. Веками многие великие мыслители, включая Гиппократа и Аристотеля в Древней Греции, Чараку в Индии, Абу аль-Касима аз-Захрави и Иегуды Галеви из исламской Испании, выдвигали гипотезы о человеческой наследственности, но никто так и не понял процесса.

В 1831 году английский исследователь с незаурядной любознательностью отправился в пятилетнюю исследовательскую экспедицию по берегам Африки, Южной Америки, Австралии и Новой Зеландии. Увлеченный наблюдатель Чарльз Дарвин тщательно изучал окружающую среду. В ходе экспедиции он собрал огромную коллекцию образцов и сохранил подробные записи. Вернувшись в Англию в 1836 году, ученый провел следующие 23 года, одержимо изучая свои находки и обдумывая всем известную гипотезу о развитии организмов. Дарвин понимал, что его теория пошатнет христианские догматы, поэтому хотел убедиться в своей правоте до публикации работ. В 1859 году Дарвин наконец-то публикует книгу «Происхождение видов путем естественного отбора», узнав, что его конкурент с удивительно схожими идеями решил поделиться ими с общественностью.

В этом гениальном шедевре Дарвин описывает свою теорию о том что все формы жизни связаны, а различные виды появляются благодаря небольшим изменениям в наследуемых признаках в ходе процесса, который он назвал естественным отбором. Виды, наделенные признаками, которые дают преимущества в конкретной среде, со временем процветают и размножаются активнее, чем их сородичи с менее полезными признаками. Изменение среды в ходе нескончаемого процесса адаптации и эволюции отбора оказывает разное давление на разные признаки. Самый благоприятный признак в одной среде может стать уязвимостью в другой – и наоборот. Дарвин безупречно изложил свою теорию эволюции, однако мало знал о работе наследственности на молекулярном уровне. Разгадать эту тайну смог другой гений.

К моменту, когда Дарвин опубликовал свою величайшую работу, монах-августинец Грегор Мендель весь свой аналитический ум, свободное время и умение скрупулезно вести записи приложил к тому, чтобы понять, как именно признаки передавались между поколениями.

В 1843 году выдающийся сын крестьянина Мендель поступил в Августинский монастырь св. Фомы в Брно (ныне Чешская Республика). Он сразу же проявил активный интерес к работе других монахов, которые пытались понять механизм передачи признаков у овец. Оценив способности Менделя, настоятель отправил молодого Грегора изучать физику, химию и зоологию в Венский университет. Вернувшись из университета, Мендель убедил аббата предоставить ему свободу действий для проведения еще более амбициозных экспериментов. В период с 1856 по 1863 год Мендель вырастил свыше 10 000 растений гороха 22 различных сортов и тщательно записал, как различные признаки передавались от родительских особей потомству, выводя законы наследственности, которые не потеряли своей актуальности и в наши дни.

Во-первых, как проследил Мендель, каждый наследуемый признак определяется парой генов, по одному от каждого родителя. Во-вторых, каждый признак формируется при объединении двух генов этого признака и независимо от других признаков. В-третьих, если в генной паре присутствует два разных гена одного и того же признака, то одна из форм всегда будет доминантной. Эти революционные открытия Мендель опубликовал в своей выдающейся работе 1866 года «Опыты над растительными гибридами», а затем… тишина. Работу Менделя, которую изначально опубликовали в мало читаемом журнале Proceedings of the Natural History Society of Br?nn, заметили лишь немногие ученые. Таким образом, выдающиеся труды Менделя остались без внимания.

Но когда другие ученые, изучавшие природу наследственности в 1900 году, наткнулись на потрепанные копии удивительных открытий Менделя, семя генетики нашло новую почву. Десятью годами позже американский биолог Томас Хант Морган доказал, что гены, описанные Менделем, объединяются в структуры молекул под названием хромосомы. В течение следующих десятилетий ученые показали принципы работы генетики у разных организмов. Менделевская генетика стала фундаментом, лежащим в основе всей жизни. В сочетании с дарвиновской эволюцией она подарила нам ключи, нужные для расшифровки и дальнейшего изменения всей биологии, включая нашу собственную.

* * *

Весь генетический код состоит из очень длинных цепей дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК), в которой зашифрованы клеточные инструкции для производства белков. У всех видов с половым размножением (включая нас) есть две цепочки ДНК в ядрах почти всех клеток (кроме эритроцитов, у которых нет ядра) – по одной от матери и отца. Если бы мы были пирогом, то каждый из наших родителей вкладывался бы вполовину в каждый ингредиент.

Но наша ДНК состоит не из муки, сахара или пищевой соды, а из четырех типов молекул под названием нуклеотиды. Эти нуклеотидные основы называются гуанин, аденин, тимин и цитозин. Однако чаще всего их записывают по первым буквам: Г, А, Т или Ц. Пары Т и А, Г и Ц связываются вместе, подобно поездам, идущим по параллельным путям и едва касающимся друг друга. Порядок поездов, или последовательность ДНК, которую мы называем генами, создает уникальный набор инструкций для производства белков. Эти инструкции доставляются в клетки через особого проводника – рибонуклеиновую кислоту (РНК). Белки – настоящие клеточные «актеры», способные сыграть нужную роль: превратиться в определенный тип клетки, формировать структуру и регулировать работу органов и тканей, вызывать химические реакции или даже расти.

Обычно наши человеческие гены упакованы в 23 пары ДНК-цепочек внутри клеток – хромосомы, а каждая хромосома отвечает за определенный набор функций в организме. Внутри людей сокрыта примерно 21 000 генов и 3,2 миллиарда пар оснований – участков генома, создающих полный набор генов в организме. В каждой паре оснований Г соединяется с Ц, а Т – с А.

Ключевые гены в нашем организме, как правило, предоставляют клеткам инструкции для производства белков. Но около 99 % всей ДНК в кодировании белка не участвует никак. Такие гены раньше назывались мусорной ДНК ведь, по мнению ученых, они не выполняли значимых биологических функций. Сегодня же их можно считать игроками на скамейке запасных, которые подбадривают, подсказывают и направляют свою команду на поле. Эти некодирующие гены играют важную роль, управляя созданием определенных РНК-молекул, которые передают инструкции от генов к клеточному ядру и регулируют экспрессию генов, кодирующих белки.

Каждая наша клетка, обладающая ядром, содержит чертеж всего нашего тела. Но если бы каждая клетка пыталась создавать всего человека, результат оказался бы плачевным. Вместо этого нашу генетическую ДНК регулирует особый процесс – эпигенетика которая определяет, какие именно гены экспрессируются. Например, в клетках кожи можно найти схему строения клеток печени и других типов, однако эпигенетические отметки заставляют такие клетки создавать именно кожу. Возвращаясь к аллегории с футболом, каждый игрок знает план игры, но выполняет только свою определенную роль – по команде[8 - Большую часть эпигенетических меток создают в зарождающемся организме с нуля. Однако недавнее исследование показало, что небольшой процент таких меток на самом деле наследуется от родителей. Поэтому ряд исследователей усомнился в общепринятой вере, что теории Жана-Батиста де Ламарка ошибочны.].

Именно поэтому одна клетка нашей оплодотворенной яйцеклетки может развиться в столь сложное существо, как человек. В этой единственной клетке содержатся инструкции для создания клеток любого типа. Однако сами клетки постепенно дифференцируются и начинают выполнять свои собственные функции. Такие специализированные клетки не являются обособленными частицам. Это, скорее, четко выраженные составляющие во взаимосвязанной клеточной экосистеме. И точно так же, как наши органы взаимодействуют в нашем теле, гены влияют друг на друга внутри динамической системы нашего генома.

Все это кажется на редкость сложным. Так оно и есть. Поэтому нам потребовались сотни лет, чтобы понять, как работают системы, и до сих пор мы не дошли до половины. Но рецепт и понимание инструкций с природой ингредиентов критически необходимы, чтобы начать готовить пирог. Хотя ученые поняли, что гены – это алфавит жизни, им еще предстояло разобраться, что означала каждая буква, чтобы иметь возможность прочесть эту книгу.

Двойная спираль ДНК оказалась руководством из букв. Но что эти буквы гласили?

Полноценная расшифровка генома человека оказалась чрезвычайно сложной для людей задачей. К счастью, на помощь пришла техника. В середине 1970-х годов ученые из Кембриджа Фредерик Сенгер и Алан Коулсон придумали гениальный способ: нужно провести электрический ток через гель, чтобы разрушить геном клетки, окрасить фрагменты генома и рассортировать разные нуклеотиды по длине. Затем этот гель пропускали через специально разработанную камеру, чтобы считать генетические структуры. Этот ранний процесс секвенирования генома был медленным и затратным. Однако он стал огромным скачком вперед.

Поняв, как автоматизировать этот процесс и улучшить считывание световых вспышек, проходящих по «буквам» ДНК, исследователи Ли Худ и Ллойд Смит смогли увеличить скорость и эффективность секвенирования, а также заложить основу для еще одного шага вперед. В 1988 году Национальный институт здравоохранения США запустил глобальную кампанию по активной разработке следующего поколения машин, секвенирующих ДНК, и она стала плацдармом для еще более амбициозных кампаний по расшифровке всего генома[9 - Почитать про техническую составляющую секвенирования ДНК можно в работе James M. Heather, Benjamin Chain. The Sequence of Sequencers: The History of Sequencing DNA // Genomics 107. – Vol. 1 (2016): 1–8. – doi:10.1016/j.ygeno.2015.11.003.].

Проект «Геном человека» – амбициозная попытка мировых ученых под руководством США секвенировать и создать карту первого генома человека – обошелся в 2,7 миллиарда долларов и длился целых 13 лет, его завершили в 2003 году. К этому времени частная компания, возглавляемая ученым и предпринимателем Крейгом Вентером, придумала альтернативный способ секвенирования генома – не столь масштабный, но более быстрый, чем правительственный вариант. Обе этих программы стали колоссальным скачком для человечества, и дальнейшее развитие не прекращалось. Появление таких компаний, как Illumina в Сан-Диего или BGI-Shenzhen в Китае, превратило секвенирование генома в конкурирующую, быстро развивающуюся и многомиллиардную глобальную индустрию. Следующее поколение нанопоровых секвенаторов, которые под действием тока пропускают ДНК через крошечные отверстия в белках и считывают с них содержимое, как с телеграфной ленты, может стать еще большим революционным прорывом[10 - John J. Kasianowicz, Sergey M. Bezrukov. On Three Decades of Nanopore Sequencing // Nature Biotechnology. – Vol. 34 (2016). – PP: 481–482.].

По мере того, как технологии становились точнее и мощнее, их стоимость стремительно снижалась. График ниже показывает, как резко снизилась стоимость секвенирования генома за последние 15 лет.

Источник: The Cost of Sequencing a Human Genome, NIH, дата последнего изменения 6 июля 2016 года, https://www.genome.gov/27565109/the-cost-of-sequencing-a-human-genome/.

Сегодня секвенирование всего генома выполняют за день, и оно стоит порядка 700 долларов. В начале 2017 года генеральный директор Illumina Фрэнсис де Соуза объявил, что в недалеком будущем его компания планирует секвенировать целый геном за 100 долларов. По мере того, как стоимость секвенирования приближается к затратам на материалы, а само секвенирование оказывается все более доступным, за меньшие деньги вы можете получить все больше данных. А поскольку геномика – это настоящий полигон для больших массивов данных, увеличение объема и удешевление данных заложат основу для важных открытий.

Но даже если секвенирование станет повсеместным, обыденным и бесплатным, это ничего не изменит, если ученые не научатся понимать язык геномов.

* * *

Если бы марсианка прилетела на Землю, желая выяснить, как люди структурируют информацию, ей бы пришлось узнать, что у нас есть определенные вещи, которые мы называем «книги». Затем ей пришлось бы понять, что такие книги состоят из страниц, которые заполнены словами, а те, в свою очередь, образуются из букв. Точно так же и мы узнали, что ДНК находится в генах, упакованных в хромосомы, кодирующие белки и инструктирующие клетки о дальнейших действиях. Если бы марсианка захотела понять, что сказано в книгах, ей пришлось бы разобраться, что означают слова и как их читать. Аналогично, когда ученые вывели основы организации генов, еще предстояло понять, чем на самом деле эти гены занимаются.

Хорошая новость заключается в том, что у ученых много козырей в рукаве. По мере того, как исследователи секвенировали геномы отдельных червей, мух, мышей и прочих сравнительно простых «модельных организмов», чтобы разобраться в общих биологических процессах, ученые пытали сопоставить различия между схожими типами организмов и непохожесть их генов. Сформулировав гипотезу, они стали выводить организмы с одинаковыми генетическими мутациями, чтобы выяснить, будут ли проявляться те же признаки у потомства. Со временем ученые научились включать и выключать различные гены в живых организмах и наблюдать, как в результате менялись отдельные признаки. Они использовали усовершенствованные вычислительные инструменты, чтобы анализировать взаимодействие генов, и проводили более масштабные исследования ассоциаций, чтобы обработать еще большие наборы генетических данных.

Даже если бы вся биология опиралась только на экспрессию генов, расшифровать наборы генетических данных было бы довольно трудно. Однако все намного сложнее. Сам по себе геном – это невероятно сложная экосистема, которая взаимодействует как с другими сложными системами внутри организма, так и с изменяющейся средой вокруг. Экспрессия одного гена приводит к проявлению только небольшого процента признаков или заболеваний. Большинство же из них обусловлено группой генов, работающих сообща и взаимодействующих с окружающей средой.

По сути, никто не знает точного числа, но было подсчитано, что в определении сложных признаков, например интеллекта, веса и типа личности, играют роль сотни или тысячи генов. Они не работают в одиночку. Рибонуклеиновая кислота, или РНК, которая когда-то считалась проводником между ДНК и клеточным механизмом по производству белка, теперь признана важным участником экспрессии. Эпигенетические метки помогают определить, как гены делают это. На первых этапах изучения геномики понять, как эти перекрестные процессы влияют на сложные генетические признаки, было необычайно сложно. И все же обозначить сравнительно небольшой процент признаков и болезней, обусловленных мутациями одного гена, было немного проще.

Муковисцидоз, болезнь Гентингтона, мышечная дистрофия, серповидно-клеточная анемия, болезнь Тея – Сакса – все это примеры заболеваний, вызванных мутацией одного гена. Также они известны как менделевские заболевания, потому что четко следуют законам генетического наследования. Какие-то из этих заболеваний называются доминантными, поскольку в этом случае ребенку достаточно унаследовать только одну копию мутации от родителя с той же патологией. В случае же таких рецессивных патологий, как болезнь Тея – Сакса, ребенок должен унаследовать мутацию от обоих родителей. (В редких случаях люди с подобными мутациями не наследуют определенное заболевание, чаще всего потому, что эту мутацию сдерживают другие гены.) Из примерно 25 000 уже известных менделевских заболеваний около 10 000 изучены на достаточном уровне, позволяющем связывать с проявлением определенного заболевания определенный ген[11 - Статистика из онлайн-базы данных OMIM, дата последнего изменения – 24 июля 2018 года. URL: http://www.omim.org/statistics/entry.]. На сегодняшний день лечению поддаются лишь 5 % подобных мутаций.

Менделевские заболевания очень редки. Например, в Америке с муковисцидозом рождается только 1 из 13 000 детей, 1 из 10 000 наследует болезнь Гентингтона и 1 из 7250 мужчин наследует мышечную дистрофию Дюшенна. Один из 365 афроамериканских детей рождается с серповидно-клеточной анемией. Эта болезнь чаще проявляется в группах людей, чьи недалекие предки жили в районах, где многие болели малярией. Остальные менделевские заболевания встречаются с частотой один на миллионы или даже десятки миллионов людей[12 - Небольшое число недавних исследований дает основания предполагать, что мутации, вызывающие риск возникновения менделевских заболеваний, есть у 15 % населения. Если это так, то данное открытие изменит нашу оценку опасности подобных мутаций и, возможно, увеличит поток инвестиций, направленных на изучение данных заболеваний и их потенциальное лечение. А поскольку при образовании сперматозоидов и яйцеклеток люди создают десятки дополнительных мутаций, возможно, хотя и менее вероятно, что менделевские заболевания начнут развиваться у детей, чьи родители не являлись носителями определенной мутации.][13 - См. Jason L. Vassy et al. The Impact of Whole-Genome Sequencing on the Primary Care and Outcomes of Healthy Adult Patients // Annals of Internal Medicine 167. – No. 3 (2017). P: 159. – doi:10.7326/m17–0188; и P. Natarajan et al. Aggregate Penetrance of Genomic Variants for Actionable Disorders in European and African Americans // Science Translational Medicine 8. – No. 364 (2016). – doi:10.1126/scitranslmed.aag2367.]. Многие из них приносят ужасные страдания и ведут к преждевременной смерти. Но ввиду их редкости в поиск лекарств от этих заболеваний общество в целом инвестирует менее охотно, по сравнению с более распространенными, например раком, сердечными и легочными заболеваниями, которые затрагивают прослойки населения с большей численностью, гласностью и политическим весом. Хотя ряд новых исследований предполагает, что различные варианты менделевских генов могут играть большую роль в возникновении таких распространенных заболеваний, как метастатический рак предстательной железы, эти предварительные данные пока не смогли изменить ситуацию с финансированием[14 - Rachel D. Melamed et al. Genetic Similarity between Cancers and Comorbid Mendelian Diseases Identifies Candidate Driver Genes // Nature Communications. – No. 1 (2015). – doi:10.1038/ncomms8033.].