Як 11-та хромосома відповідає за пригоди й цікавість

Геном. Автобіографія виду у 23 главах. Метт Рідлі. — Київ: КМ-Букс, 2018. —  408 с.

Генетика розвивається стрімко. Її розвиток часто порівнюють з революцією. Встежити за тим, як змінюються наші уявлення про життя і спадковості, не встигає не тільки широка публіка, а й фахівці. Це породжує масу чуток і домислів про страшних мутантів, яких підступні вчені штампують в своїх лабораторіях, тоді як вражаючі відкриття нових методів діагностики і лікування генетичних захворювань, включаючи рак, залишаються непоміченими або незрозумілими. Книжка Метта Рідлі дуже актуальна. Просто і доступно автор представив історію генетики від перших здогадок до приголомшливого прориву, що почався з відкриття структури ДНК Уотсоном і Криком.

У сьогоднішньому уривку ми дізнаємося про те, яким чином індивідуальні риси людини зумовлені особливостями будови її хромосом, а також, чому маніпуляція цими елементами геному може становити загрозу для нашого майбутнього.

Ми легко відрізняємо раси людей за багатьма ознаками: кольором шкіри, розрізом очей, формою волосся, — і водночас кожна людина є індивідуальною та неповторною. Якимось дивним чином спільність та індивідуальність людей сплелися разом в одному геномі. Ми всі схильні до стресів, і під впливом стресів у всіх нас підвищується вміст кортизолу в крові, який абсолютно однаково пригнічує імунну систему. Абсолютно однаково у клітинах наших організмів вмикаються і вимикаються гени у відповідь на зовнішні стимули.

І попри те всі ми різні. Декотрі флегматики — декотрі крутьки. Інші лякливі — декому потрібен ризик. Дехто з нас ініціативний — дехто сором’язливий. Хтось мовчазний — хтось балакучий. Ми називаємо ці особливості індивідуальними відмінностями. Цей термін охоплює дещо більше, ніж риси характеру, — це вроджені індивідуальні елементи характеру.

Щоб розібратися з генами індивідуальності, відкладемо гормони вбік і перейдемо до хімічних сполук головного мозку, хоча відмінності між цими сполуками та гормонами дуже відносні.

На короткому плечі хромосоми 11 є ген D4DR, що кодує рецептор дофаміну, — специфічного білка, який синтезується в певних відділах головного мозку.

Цей білок вбудовується в мембрану нервової клітини в тому місці, де вона стикається з іншою нервовою клітиною (синапс). Призначення білка полягає в уловлюванні маленької молекули дофаміну, яку одна нервова клітина посилає інший. Дофамін — це нейромедіатор. Нейромедіатори вивільняються в синапсах збудженою нервовою клітиною, щоб передати збудження суміжній нервовій клітині.

Щойно молекули нейромедіатора приєднаються до відповідних рецепторів, клітина починає генерувати електричний імпульс, який проходить клітинною мембраною до наступного синапса, де під впливом імпульсу починається впорскування нейромедіаторів у міжсинаптичний простір.

Так працює наш мозок: електричний сигнал генерує хімічний сигнал, який трансформується в новий електричний сигнал. Завдяки тому що в організмі використовується близько півсотні різних хімічних медіаторів, націлених на різні рецептори, нервова клітина може функціонувати в багатоканальному режимі, забезпечуючи інформаційний зв’язок між різними процесами. Хоча аналогія між мозком і комп’ютером вельми поверхова, принципи передавання інформації є цілком зіставними. Кожна нервова клітина споряджена надчуттєвими хімічними перемикачами, за допомогою яких відбувається перерозподіл електричних сигналів.

Активна експресія в нервовій клітині гена D4DR свідчить про те, що цей нейрон належить до одного з дофамін-залежних каналів головного мозку. Ці канали беруть участь у багатьох процесах, зокрема контролюють рух крові головним мозком. Брак дофаміну веде до апатії, депресії і навіть до розвитку хвороби Паркінсона.

Миша з пошкодженим геном дофаміну вмирає з голоду, цілковито втративши рухливість. Та якщо їй у мозок ввести шприцом хімічний аналог дофаміну, на якийсь час до неї повернеться життєва активність.

Надлишок дофаміну в мозку, навпаки, робить мишу вкрай допитливою і нерозважливою. Багато наркотичних речовин справляють стимулюючий ефект на синтез дофаміну, а стабільно високий вміст дофаміну в мозку призводить до шизофренії та галюцинацій. У дослідах на мишах було показано, що кокаїн сильно підвищує вміст дофаміну в ділянці мозку, яку називають центром задоволення (nucleus acumbens). Миші так сильно залежали від кокаїну, що відмовлялися від їжі заради чергової дози.

Так само і щури з підведеними до «центру задоволення» мозку електродами безперервно тиснули на важіль, що посилав імпульси в мозок, забувши про їжу. Та якщо їм у мозок вводили хімічний інгібітор дофаміну, вони швидко втрачали цікавість до «важеля задоволення». Інакше кажучи, дофамін відіграє роль стимулятора мозку. Якщо дофаміну замало, людина втрачає ініціативу та внутрішню мотивацію, якщо забагато — людині все швидко набридає і вона починає шукати нових пригод.

Вочевидь, рівень дофаміну закладає індивідуальні відмінності між людьми. Дін Хамер (Dean Hamer), перш ніж розпочати пошуки гена пригод, зазначив: «Час зрозуміти, чим відрізняються одне від одного Лоренс Аравійський і королева Вікторія». У процесах синтезу, регулювання метаболізму та сприйняття дофаміну беруть участь багато білків, ще більше генів контролюють розвиток мозку, тож ніхто, а Дін Хамер і поготів, гадки не мав, що буде знайдено той єдиний ген, який керує прагненням пригод. І ніхто не думав, що вплив цього гена на характер буде таким прямолінійним.

Дін Хамер згадує королеву Вікторію, яка є символом консервативної Англії, та Лоренса Аравійського (Edward Lawrence, більше відомого як Lawrence of Arabia) (1888–1935), британського військового діяча, який прославився своїм успішним посередництвом між британськими військами та арабськими племенами, повсталими проти турецького панування в 1916 році. Лоренса Аравійського вважають національним героєм не лише в Англії, а й у деяких країнах Близького Сходу, попри прозорі натяки Хамера щодо чуток про нетрадиційну дружбу Лоренса й одного юного шаха.

Першою та найяскравішою генетичною відмінністю між людьми з різними характерами, яку змогли встановити в лабораторії Річарда Ебштейна (Richard Ebstein’s laboratory), був ген D4DR на хромосомі 11. Всередині гена D4DR є повторювана ділянка — мінісателіт завдовжки у 48 «букв», який повторюється від 2 до 11 разів.

У більшості з нас в гені є 4–7 копій мінісателіта, тоді як в деяких людей може бути 2–3 або 8, 9, 10 і 11 копій. Що більше копій, то менш ефективно рецептор вловлює молекули дофаміну. «Довгий» ген D4DR є передумовою слабкої чутливості нейронів до дофаміну, а «короткий» ген — підвищеної чутливості.

Хамер із колегами вирішили дізнатися, як люди з «довгим» геном відрізняються за характером від людей з «коротким» геном. Таким чином, вони поставили перед собою зворотне завдання порівняно з тим, яке вирішував Роберт Пломін, намагаючись відшукати ген, відповідальний за рівень інтелекту. Хамер же, навпаки, йшов від виявленого гена до відмінностей у характері. Він протестував 124 добровольці на схильність до авантюр і пригод, а потім порівняв структуру гена D4DR в їхніх хромосомах. Еврика! Хамер з’ясував, що учасники експерименту (Хамер визнавав, що вибірка зі 124 добровольців замала для забезпечення достовірності статистичних даних), у яких була одна або дві копії «довгих» генів (нагадаємо, що в кожного з нас по дві однакові хромосоми, тому й гени у нас парні), відзначалися більш авантюрним характером порівняно з тими, у кого в геномі було по два «коротких» гени. «Довгим» вважали ген, у якому було більше шести копій мінісателіта.

Хамер побоювався, що відкритий ним ген може виявитися, як він сам казав, «геном китайських паличок». Цей термін стосується одного жартівливого твердження: люди з геном блакитного кольору очей зазвичай погано вправляються з китайськими паличками для їжі. Звісно, ніхто всерйоз не стверджуватиме, що між блакитними очима та вмінням користуватися паличками є генетичний зв’язок. Так склалося історично, що європейці з блакитними очима надають перевагу виделці. Річард Левонтін (Richard Lewontin) використовував іншу аналогію: той факт, що в людей, яким подобається вишивання, зазвичай немає хромосоми Y, не свідчить про те, що хромосома Y заважає вишиванню.

Тож, аби уникнути прихованого суспільно-культурного впливу на чистоту експерименту, Хамер повторив свої дослідження у Сполучених Штатах Америки, вивчивши характери членів однієї сім’ї. І знову виявив пряму залежність: шукачі пригод мали у своєму геномі один або два «довгих» гени D4DR.

Цього разу побічним культурним впливом можна було знехтувати, позаяк члени однієї сім’ї зростали і розвивалися в одному й тому самому соціальному середовищі. Відмінності в характерах, найімовірніше, мали генетичне підґрунтя.

Запропонували таке пояснення: люди з «довгими» генами D4DR менш сприйнятливі до дофаміну, тому мозок задля отримання необхідного рівня відчуттів має наражати організм найбільш глибокі переживання, натомість звичайним людям цілком вистачає вражень від звичайного життя. Щоб продемонструвати, до яких пригод штовхає людей «довгий» ген D4DR, Хамер провів дослідження в середовищі гомосексуалістів і бісексуалів. Виявилося, що до бісексуальних стосунків, тобто до кохання з представниками як своєї, так і протилежної статі, були схильні люди з «довгим» геном D4DR. Чоловіки як традиційної, так і гомосексуальної орієнтації, у 5 разів частіше змінювали свої сексуальні вподобання і шукали чогось новенького, якщо у них у геномі була одна або дві копії «довгих» генів (Hamer D., Copeland P. 1998. Living with our genes. Doubleday, New York).

Нам усім добре знайомі ці типажі людей: енергійні шукачі пригод і переконані консерватори, які відкидають все нове. Вочевидь, у перших на 11-й парі хромосом лежать «довгі» гени D4DR, а у других — «короткі» варіанти цих генів. Хоча, звісно, в житті все складніше. За даними Хамера, ген D4DR лише на 4% зумовлює характер. Він вважає, що схильність до пригод на 40% є вродженою рисою характеру, і є ще з десяток генів, мутації в яких впливають на цю якість. Та й сам характер людини визначається ще багатьма індивідуальними нахилами. Якщо припустити, що й решта рис характеру залежать від варіацій генів, то тоді таких генів має бути щонайменше півтисячі. І це лише варіабельні гени. До них ще варто додати чисельні консервативні гени, які змінюються вкрай рідко, однак ці зміни також можуть вплинути на характер людини.

Такою є генетика поведінки. Тепер очевидно, що слід украй обачливо ставитися до відкриття генів, які керують поведінкою, бо будь-який із цих генів буде лише одним із півтисячі. Безглуздо за одним геном робити прогноз щодо того, якою виросте людина, а вже найближчим часом техніка дасть змогу легко визначати мутації в генах ще до народження дитини, і, цілком можливо, знайдуться жінки, які захочуть позбутися плода, якщо в ньому той чи інший ген характеру відрізнятиметься від стандарту. Так можна буде перебирати без кінця, адже з-поміж півтисячі генів обов’язково знайдеться двійко «паршивих». Будь-які спроби управління спадковістю задля виведення досконалої людини будуть згубними для людства.

Перебираючи ген за геном і відбраковуючи мутантні, ми зрештою залишимося без варіантів, навіть якщо вибиратимемо серед мільйонів людей. Ми всі тією чи іншою мірою мутанти. Сподіватимемося лише, що геном виявиться надто складною і заплутаною штукою, що можновладним ревнителям генетичної чистоти буде не до снаги в ньому розібратися і вибрати гени для сортування людей.

Читайте також: «Риба всередині нас»: Ніл Шубін про таємниці людського вуха