Эмма Тилинг: Загадка генома летучих мышей

Я хочу, чтобы вы прямо сейчас попытались угадать, о каком животном я собираюсь вам рассказать. Во-первых, без этого млекопитающего просто невозможно нормальное функционирование наших экосистем. Если мы уберём это животное из наших экосистем, они просто перестанут работать. Это – первое. Во-вторых, это млекопитающее обладает уникальными сенсорными способностями. Если мы его изучим, мы поймём причины таких болезней органов чувств, как слепота и глухота. Третья интригующая особенность этого животного – то, во что я вполне верю, – что секрет вечной молодости лежит глубоко внутри его ДНК. Вы всё ещё размышляете? Итак, великолепное существо, не так ли? Кто-нибудь из вас подумал о летучей мыши? Я вижу, что половина аудитории соглашается со мной, и передо мной стоит задача убедить остальных.

В последние 20 лет я имела счастье изучать этих очаровательных и красивых животных. Летучие мыши составляют одну пятую часть всех живущих млекопитающих, и они обладают совершенно уникальными способностями. Летучие мыши, как нам известно, существуют на этой планете около 64 миллионов лет. Одна из самых необычных способностей летучих мышей – умение летать. Полёт по своей сути – очень сложный процесс. Со времён беспозвоночных полёт эволюционировал трижды: в летучих мышах, в птицах и в птеродактилях. Полёт требует от живых существ очень высокой скорости метаболизма. В процессе эволюции летучие мыши приспособились к этому.

Но есть ещё другая, чрезвычайно уникальная особенность летучих мышей – они способны использовать звук для восприятия окружающей среды. Они пользуются эхолокацией. Под эхолокацией я подразумеваю то, что они издают гортанный звук через рот или через нос. Эта звуковая волна выходит, отражается и возвращается эхом от объектов окружающей среды, и летучие мыши затем слышат эхо и преобразуют эту информацию в акустическую картину. Это позволяет им ориентироваться в полной темноте. Конечно, они выглядят очень странно. Мы – люди. Мы воспринимаем зрением. Когда учёные впервые поняли, что летучие мыши на самом деле использовали звук для того, чтобы летать, ориентироваться в полёте и передвигаться в ночное время, они не поверили в это. Сотни лет, несмотря на доказательства того, что они делают именно так, мы не верили в это.

Если вы посмотрите на эту летучую мышь, она покажется вам немного чужеродной. Очень известный философ Томас Нагель однажды сказал: «Чтобы познакомиться с инопланетной формой жизни на этой планете, вам следует запереться в комнате с летающей, эхолоцирующей летучей мышью в полной темноте». И если вы обратите внимание на особенности физического строения морды этого красивого подковоноса, вы увидите, что большинство этих особенностей предназначены для того, чтобы издавать звук и принимать его. Очень большие уши, странное строение носа, но при этом крошечные глаза. Если вы просто взглянете на эту летучую мышь, вы поймёте, что звук крайне важен для её выживания.

Так выглядит большинство летучих мышей. Однако существует род рукокрылых, которые не используют эхолокацию. Они не используют звук для восприятия окружающей среды. Это крыланы. Если кому-нибудь из вас посчастливилось побывать в Австралии, вы наверняка видели их на выходе из Ботанических Садов в Сиднее. Если вы посмотрите на них, вы можете заметить, что глаза у них – намного больше, а уши – намного меньше, чем у остальных летучих мышей. В самом отряде рукокрылых существуют огромные различия в их способности использовать чувственное восприятие. Это будет важно для моего дальнейшего рассказа.

Если идея о летучих мышах в вашей колокольне пугает вас, возможно, некоторых людей немного подташнивает, когда они смотрят на сильно увеличенный снимок летучей мыши, это неудивительно, поскольку в западной культуре летучих мышей считали демонами. Конечно, существует известная книга «Дракула», написанная дублинцем Брэмом Стокером, благодаря которой всё так и получилось. Однако, надо учитывать тот факт, что летучие мыши проявляют активность по ночам, и мы действительно не понимаем их. Мы немного боимся созданий, которые могут воспринимать мир не так, как это делаем мы. Летучие мыши обычно ассоциируются со злом. Они виновники преступлений в фильмах ужасов, таких, как знаменитый «Найтвинг». Если вы вспомните, у демонов всегда были крылья летучих мышей, в то время как у птиц, преимущественно, или у ангелов были птичьи крылья.

Таково мнение западного общества. Сегодня я надеюсь убедить вас поверить китайской традиционной культуре, которая считает летучих мышей созданиями, которые приносят удачу. Если в Китае вас пригласят зайти в гости, то в доме вы сможете увидеть такое изображение. Это Пять Благ. Китайское слово, обозначающее летучую мышь, звучит как китайское слово «счастье», и они верят, что летучие мыши приносят богатство, здоровье, долголетие, силу и спокойствие. Здесь изображено долголетие, окружённое пятью летучими мышами. Я хочу рассказать и показать вам, что по крайней мере три блага из этих пяти летучие мыши могут предоставить нам, и если мы изучим этих животных, мы станем ближе к каждому из этих благ.

Начнём с богатства. Как летучая мышь может сделать нас богатыми? Как я отметила раньше, рукокрылые необходимы нашим экосистемам для их нормальной работы. Почему? В тропических лесах летучие мыши опыляют большинство растений. Они питаются фруктами и рассеивают их семена. Летучие мыши опыляют голубую агаву, из которой получают текилу, а это многомиллионная индустрия в Мексике. Таким образом, летучие мыши необходимы для поддержания равновесия в наших экосистемах. Без них это станет проблемой. Большинство рукокрылых – ненасытные насекомоядные. В Соединённых Штатах было подсчитано, что небольшая семья больших бурых летучих мышей съедает более миллиона насекомых за год, и в Соединённых Штатах Америки, прямо сейчас, летучие мыши находятся под угрозой заболевания, известного как синдром белого носа. Оно медленно идёт по территории США и уничтожает целые популяции летучих мышей. Учёные подсчитали, что 1300 метрических тонн насекомых за год останутся в экосистемах из-за этой потери. В США летучим мышам также угрожают ветровые электростанции. Сейчас это всего лишь малая часть их проблем. Они находятся под большой угрозой в одних только Соединённых Штатах Америки.

Как это может помочь нам? Было подсчитано, что если бы мы убрали летучих мышей из общего уравнения баланса, нам бы пришлось применять инсектициды для устранения всех насекомых-вредителей, питающихся нашими сельскохозяйственными культурами. Подсчитано, что за один год в одних только Соединённых Штатах нужно было бы потратить 22 миллиарда долларов, если бы мы убрали летучих мышей. Таким образом, они приносят нам богатство. Они поддерживают здоровье наших экосистем и в то же время экономят нам деньги. Это первое благо. Летучие мыши важны для наших экосистем.

Как насчёт здоровья – второго блага? В каждой клетке вашего тела находится ваш геном. Ваш геном состоит из вашей ДНК, ваша ДНК несёт информацию о белках, которые позволяют вам функционировать, взаимодействовать и быть такими, какие вы есть. С новыми достижениями в области современных молекулярных технологий для нас стало возможным упорядочить наш собственный геном в кратчайшие сроки и с намного меньшими затратами. Когда мы делали это, мы осознали, что в нашем геноме есть различия. Я хочу, чтобы вы посмотрели на своего соседа. Просто беглый взгляд. Нам нужно понять, что благодаря каждым 300 парам оснований в вашей молекуле ДНК вы немного различаетесь. На данный момент один из самых важных вопросов для современной молекулярной медицины – определить, может ли это небольшое различие в геноме сделать вас более восприимчивыми к заболеваниям, или это различие просто меняет ваш облик? Но что в данном случае означает это различие? Что это означает на самом деле? Если мы собираемся извлечь выгоду из этих новых молекулярных данных и личной генетической информации, которые будут доступны в интернете уже в течение нескольких следующих лет, то мы сможем различать два генома. Как мы это делаем?

Я считаю, что нам нужно обратиться к природным экспериментам. Путём естественного отбора, с течением времени, мутации, изменения, нарушающие функцию белка, не будут допускаться. Эволюция – это своеобразное сито. Оно отсеивает плохие варианты. Поэтому если вы посмотрите на тот же участок генома многих млекопитающих, которые были отдалены друг от друга эволюционно, и их экологические ниши не совпадали, вы станете лучше понимать, в чём состоит эволюционная важность данного участка. Например, млекопитающее должно выполнять свои функции, иначе оно не выживет, то же самое будет для всех различных родов, видов, таксонов. Поэтому, если бы мы захотели это сделать, то нам нужно было бы упорядочить этот участок генома различных млекопитающих и убедиться, останется ли он прежним или будет различаться. Если он не изменится, это будет означать, что этот участок важен для нормальной работы организма. Таким образом болезненная мутация должна попадать в этот участок. В этом случае, если у всех млекопитающих, за которыми мы наблюдали, этот участок генома имеет жёлтый цвет, можно предположить, что фиолетовый цвет – сигнал тревоги. Более наглядно это можно наблюдать у животных, которые немного отличаются от остальных. Скажем, к примеру, что участок генома, который я рассматривала, был участком, который отвечает за зрение. Если мы посмотрим на этот же участок генома млекопитающих со слабым зрением, например, летучих мышей, мы обнаружим, что у них этот участок окрашен в фиолетовый цвет. Мы знаем, что, возможно, это и является причиной такого отклонения.

В моей лаборатории, мы используем летучих мышей для изучения двух различных типов заболеваний органов чувств. Поговорим о слепоте. Почему так происходит? 314 миллионов людей живут с нарушениями зрения, из них 45 миллионов слепы. Слепота – большое несчастье, многие такие нарушения зрения являются наследственными заболеваниями, и мы хотим разобраться в том, какие именно мутации в гене вызывают это заболевание. Теперь о глухоте. Один из тысячи появившихся на свет детей рождается глухим, и когда мы достигаем 80 лет, более чем у половины из нас имеются проблемы со слухом. Я повторюсь, эти заболевания вызваны в основном генетическими проблемами. В моей лаборатории мы наблюдаем за этими уникальными сенсорными специалистами, летучими мышами, и изучаем гены, вызывающие слепоту, если в них есть дефект, гены, вызывающие глухоту, если они повреждены. Теперь мы можем предсказать, какие участки генома наиболее вероятно могут вызвать заболевание. Таким образом, летучие мыши важны для нашего здоровья. Они позволяют нам лучше понимать, как функционирует наш геном.

Вот к чему мы пришли сейчас, но что ждёт нас в будущем? Поговорим о долголетии? Это то, к чему мы стремимся, и, как я упомянула ранее, я действительно верю, что секрет вечной молодости кроется в геноме летучей мыши. Почему мы вообще должны быть заинтересованы в старении? Эта картина, написанная в 16-том веке, называется «Фонтан Молодости». Старение рассматривается как один из самых известных, по крайней мере хорошо понимаемых, процессов во всей биологии. На самом деле, ещё на заре цивилизации человечество стремилось избежать старения. Мы уже на полпути к пониманию этого процесса. В одной Европе к 2050 году будет 70-ти процентное увеличение числа лиц старше 65, и 170-ти процентное увеличение числа лиц старше 80 лет. Поскольку мы стареем, наш организм изнашивается, и этот износ создаёт проблемы для нашего общества, и мы должны решать эти проблемы.

Каким образом секрет вечной молодости может крыться в геноме летучей мыши? Кто-нибудь из вас рискнёт предположить, сколько лет сможет прожить эта летучая мышь? Кто – поднимите ваши руки – кто говорит: «Два года»? Никто? Один год? Десять лет? Ещё? 30 лет? 40 лет? Ответы совершенно разные. Это ночница Брандта. Самая долгоживущая летучая мышь. Она дожила до 42 лет, и эта летучая мышь сегодня ещё живёт в дикой природе. Но что в этом такого удивительного?

Обычно для млекопитающих существует закономерность между размерами тела, скоростью обмена веществ и продолжительностью жизни. Можно приблизительно подсчитать, сколько проживёт млекопитающее с данными размерами тела. Обычно у маленьких животных короткая жизнь, они умирают молодыми. Представьте себе обычную мышь. Летучие мыши сильно отличаются от них. Как вы видите на этом графике, голубым цветом обозначены все остальные млекопитающие, но летучие мыши могут прожить в девять раз дольше ожидаемого, несмотря на высокий уровень метаболизма. Как же они делают это? Существует 19 видов млекопитающих, которые живут дольше ожидаемого, учитывая размеры их тела по сравнению с людьми. 18 из них – летучие мыши. Их ДНК должна содержать нечто такое, что позволяет им управлять процессом обмена веществ, особенно в полёте. Они тратят в три раза больше энергии, чем млекопитающее тех же размеров, но, похоже, не страдают от последствий таких энергозатрат. Сейчас в моей лаборатории мы комбинируем достигнутый уровень биологии рукокрылых, обычный отлов летучих мышей-долгожителей, с новейшей, современной молекулярной технологией, чтобы лучше понимать, что именно они делают для предотвращения старения. Надеюсь, что в ближайшие пять лет я выступлю с докладом для TED на эту тему. Старение – большая проблема человечества. Я верю, что, изучая летучих мышей, мы можем расшифровать те молекулярные механизмы, которые позволяют млекопитающим достигать необычайного долголетия. Если мы раскроем их секрет, то, возможно, путём генной терапии, мы сможем сделать то же самое. Потенциально это означает, что мы сможем приостановить старение или, может быть, даже повернуть его вспять. Просто представьте себе, на что это будет похоже.

На самом деле, я не считаю, что мы должны думать о них, как о летающих демонах ночи или наших супергероях. В реальности летучие мыши могут принести нам много пользы, нужно просто посмотреть куда следует. Они помогают нашим экосистемам, позволяют нам понимать, как функционирует наш геном, и, возможно, они хранят в себе секрет вечной молодости. Сегодня вечером, когда вы выйдете отсюда, поднимете глаза в ночное небо, и если увидите это красивое летающее животное, просто улыбнитесь. Спасибо. (Аплодисменты)