Пожалуй, лучший пример того, как гибкость становится силой, – арапайма. Эта двухметровая пресноводная рыба – одно из немногих существ на Земле, без всякого страха живущее бок о бок с пираньями. И все благородя тому, что у арапаймы в генах есть программа создания чешуи с особым коллагеновым каркасом, который прогибается, но не ломается, если воздействовать на нее острым предметом. Исследователи из Каролинского университета в Сан-Диего даже используют чешую арапаймы, рыбы, которая остается, не эволюционируя, неизменной уже 13 млн лет , как модель для создания гибкой керамики. Такую керамику можно применять в изготовлении бронежилетов, а сама эта история еще раз показывает, как многому мы можем научится у природы, решая наши повседневные проблемы.
Вы спросите: какое это все имеет отношение к генетике? Но ведь именно благодаря наследственной гибкости человеческого генома наши с вами кости так хорошо приспособлены к тяготам и неожиданным переменам в жизни. И как мы прекрасно видим на примере Грейс, нарушить сложный баланс довольно легко.
На самом-то деле достаточно всего одной буквы.
Геном человека состоит из миллиардов нуклеотидов – аденозина, тимина, цитозина и гуанина. Для записи эти нуклеотиды сокращают до одной буквы: А, Т, Ц и Г соответственно. И все эти буквы идут в строго определенном порядке.
Ген COL1A1 кодирует коллаген, от которого столь многое зависит в человеческом теле. В норме один из кусочков этого гена выглядит так:
ГАА-ТТТД-ТТДТ-ГГТ
Но иногда, в результате случайной мутации, одна из букв меняется и выходит:
ГАА-ТТТД-ТТДТ-ТГТ
И этого небольшого изменения достаточно, чтобы коллаген начал синтезироваться совсем иначе. Всего одна замена, и вместо крепких и гибких костей выходят кости, жесткие, как мрамор, и хрупкие, как песчаник.
Почему достаточно всего одной буквы, чтобы произошли такие разительные перемены? Представьте на минуту, что вы слушаете знаменитую "К Элизе" Бетховена. Пианист начинает играть как обычно, но вдруг ошибается на десятой ноте. Ошибается он не сильно, всего на одну клавишу. Но вы ведь все равно заметите, не так ли? Испортит ли эта ошибка ваше впечатление? А если бы вдруг игра шла под запись, нельзя же бы было просто проигнорировать промашку.
Бетховен был гением. Его произведения невероятно сложны. Но по сравнению с вашим геномом даже величайшие из шедевров Бетховена не сложнее песенки "В лесу родилась елочка".
Генетический код подобен сложнейшему танцу из многих миллиардов шагов. И достаточно одному шагу закончиться не совсем на своем месте, чтобы изменились последующие, – весь танец становится немного иным.
И все мы буквально в одном шаге-буковке от Грейс. Но, как вы уже знаете, это не значит, что мы ничего тут не можем поделать. Ведь даже всего лишь встав с дивана, вы не просто перемещаете свое тело в пространстве. И дальше я подробно объясню, как это работает.
Все, что мы не используем, мы теряем. И притом быстро.
Успешный бизнес использует стратегию "точно в срок", чтобы соотнести спрос и предложение. А наш вид в ходе эволюции научился генетически регулировать все так, чтобы минимизировать затраты организма и не делать ненужных запасов. И, наоборот, быстро производить все, что вдруг стало необходимо.
Это, вероятно, одна из причин, почему пожилые люди, страдающие ожирением, куда реже худых сверстников ломают кости. Все как у средневековых лучников. Избыточный вес и нагрузка, которую он дает на кости, подстегивает цикл совместной работы остеокластов и остеобластов. А в результате кости становятся крепче.
У спортсменов, занимающихся плаванием, и соответственно получающих нагрузку в условиях сниженной гравитации, шейка бедра минерализована гораздо меньше, чем у тяжелоатлетов, поднимающих большие грузы. Скорее всего, это так, потому что пловцы, хотя и получают невероятно полезную сердечно-сосудистую нагрузку, куда меньше нагружают свой скелет, чем бегуны, борцы и прочие "сухопутные" спортсмены. То же самое мы видим каждый раз, когда космонавты возвращаются после долгого пребывания на Международной космической станции. В июле 2012 года посадочная капсула "Союза" приземлилась в южном Казахстане, вернув космонавтов из шестимесячного пребывания в космосе. На борту находились американский астронавт Дон Петтит, россиянин Олег Кононенко и датчанин Андре Кёйперс. Чтобы сделать фотографии для прессы, всех троих пришлось аккуратно посадить в специальные кресла . За 193 дня, проведенные в невесомости, состояние их скелета изменилось. В результате кости стали хрупкими и неспособными поддерживать собственный вес организма в земных условиях. В этом отношении астронавты не так уж сильно отличаются от пожилых людей, страдающих остеопорозом. Их даже лечат похожим образом. Бисфосфонаты, например золедронат или алендронат, заставляют остеокласты самоуничтожиться вместо того, чтобы разрушать наши кости, поэтому такие препараты используются для лечения остеопороза. И эти же лекарства могут помочь астронавтам и людям, страдающим несовершенным остеогенезом, поддерживать свои кости в должной форме . Сейчас одна частная компания уже ищет добровольцев для первого путешествия на Марс. Полет продлится минимум 17 месяцев в условиях полной невесомости. И для этой миссии такие лекарства будут незаменимы.
Однако не все так просто, как хотелось бы. Люди, принимающие бисфосфонаты, реже ломают шейку бедра в пожилом возрасте. Но при этом у них чаще бывают переломы диафиза бедренной кости.
Почему? Потому что препараты работают даже слишком хорошо. Процесс перестройки кости полностью останавливается, и в результате повышается риск некоторых типов переломов. Совсем как с лодыжками "Давида".
Согласитесь – это поразительно, сколь невероятный спектр последствий дают самые незначительные изменения нашего генетического кода или его экспрессии. Изменяется всего одна буковка из нескольких миллиардов, и кости человека начинают ломаться от малейшей нагрузки. Мизерное изменение всего в одном гене может кардинально поменять всю нашу жизнь.
И дело не только в унаследованных плохих генах. Если слишком много лежать на диване, не тренироваться, неправильно питаться, оказываться в условиях низкой гравитации или просто постареть, есть шанс получить все те же серьезные проблемы со скелетом. В то же время список известных решений этой проблемы постоянно расширяется. Лекарственные препараты, упражнения с грузом и иногда вибротерапия. Мы вовсе не заложники своих костей! Не важно, в чем проблема – в генах, в образе жизни или даже в том и другом. Существует масса способов как предотвратить, так и вылечить нарушения, которые могут вызывать повышенную ломкость костей.
Знание биологических причин потери целостности и прочности костей – ключ к их сохранению. Только вооружившись этим знанием, мы сумеем выбрать тот образ жизни, что сделает наш скелет прочнее.
А для этого нужно понять генетическую основу устройства наших костей. Изучая случаи Грейс и других людей, чья ДНК вызывает хрупкость костей, мы учимся быстрее и эффективнее лечить гораздо чаще встречающиеся заболевания, например тот же остеопороз.
Когда речь идет о генетике, очень часто именно исключения помогают понять правила. И именно миллионы неизвестных героев, подобных Грейс, дарят миру бесценное понимание генетики человека.