Почему каждый человек полон генетических ошибок?

Механизмы в человеческом организме, занимающиеся копированием ДНК, иногда допускают ошибки — и из-за этого появляются раковые заболевания. Однако наука лишь недавно получила в свое распоряжение достаточно чувствительные инструменты, чтобы составить каталог генетических отклонений. И результаты показывают, что мы полны мелких ошибок.

Журнал Smithsonian рассказал, почему. Еще с момента открытия структуры ДНК в 1950-х ученые подозревали, что генетические ошибки и другие мутации, происходящие в соматических тканях, могут объяснить многие болезни и старение человека. А уже в 1970-х научное сообщество знало, что мутации, способствующие росту в единичных клетках, вызывают рак. Проблема в том, что находить и изучать подобные мутации было невероятно тяжело. Обычное секвенирование ДНК могло анализировать лишь крупные объемы генетического материала, взятого из широких групп клеток, и показывало оно лишь самые частые цепочки. Но примерно в 2008 году ситуация начала меняться в лучшую сторону. Появились новые техники, которые обладали достаточной чувствительностью для обнаружения мутаций даже в одной-единственной клетке. В начале 2010-х клеточный биолог Сиддхарта Джайсвал из Стэнфордского университета решил разобраться, сколько мутаций может накопиться в клетках крови человека, прежде чем они заболеют раком крови. На базе выборки из 17 000 человек его команда пришла к логичному выводу: раковые мутации редко встречаются в людях младше 40 лет, но постепенно учащаются по мере старения. К 70-летию около 10% клеток крови человека подвергаются мутациям. Однако Джайсвал и его коллеги также обнаружили еще один любопытный факт: мутировавшие клетки зачастую были генетически идентичными — клонами. Причина, по мнению ученого, в том, что одна из тысяч стволовых клеток получает мутации, благодаря которым ей проще расти и множиться. Постепенно таких клеток становится все больше, и они, в свою очередь, генерируют крупную группу собственных клонов. Неудивительно, но авторы исследования связали эти мутировавшие клетки с риском появления рака крови. Однако они также ассоциируются с заболеваниями сердца, инсультом и любыми другими причинами смерти, потому что клоны-мутанты способствуют процессу воспаления. При этом подобные клетки на треть снижают риск болезни Альцгеймера — вероятно, из-за их способности очищать токсичные протеины. Параллельно сотрудникам Стэнфорда похожие опыты проводили ученые из Института Сенгера. Они изучали мутации в других тканях тела, и решили начать с век. С возрастом у некоторых людей обвисают веки, для чего пациенты проходят операцию по удалению небольших фрагментов кожи. Ученые получили эти фрагменты и проанализировали их. Ни у одного из подопытных не было рака кожи, однако частички их век все равно были полны клонированных клеток. А 20-30% клеток кожи содержали раковые мутации. Позже специалисты из Института Сенгера нашли скопления идентичных, мутировавших клеток и во многих других тканях, в том числе в пищеводе, мочевом пузыре и кишечнике. Так, они изучили кишечные крипты: углубления в слизистой оболочке, каждое из которых содержит примерно 2 000 клеток. Анализ показал, что ткани, взятые из организма людей старше 50 лет, содержали сотни генетических вариаций. Приблизительно 1% здоровых крипт в этой возрастной группе содержал мутации, связанные с раком. Их недостаточно, чтобы вызвать рак кишечники, однако иногда подобные клетки могут получать дополнительные раковые мутации, выбираться за пределы крипты и вызывать заболевания. По факту, соматические мутации встречаются практически в каждом человеческом органе — но при этом мы не покрыты опухолями. У тканей организма должны быть какие-то механизмы сдерживания мутаций, которые не позволяют клонированным клеткам становиться раковыми. Мозг — единственный орган, который, по идее, должен быть исключением. Нейроны в мозге, в отличие от клеток в других частях организма, перестают делиться незадолго до или вскоре после рождения человека. Но в 2004 году исследователи обнаружили пациента, страдавшего болезнью Альцгеймера, в чьем мозге мутация случилась лишь в части клеток. Причем она была новой, не унаследованной ни от одного из родителей. К 2012 году интерес к ненаследственным мутациям мозга пошел в гору. Например, феномен мог бы объяснить давнюю загадку неврологических болезней: почему идентичные близнецы зачастую получают разные психиатрические диагнозы. Ответ кроется в т.н. мозаицизме мозга. Постепенно, по мере взросления, сегменты некоторых хромосом перемещаются в другие точки генома, а в генетическом коде нервных клеток встречаются сотни мутаций. Таким образом, мозг тоже накапливает мутировавшие клетки, и любая другая часть организма.