Генетика сна: новая наука

Сейчас ученые из Мэдисона выясняют, какие гены заставляют данную муху спать больше или меньше среднего. Чирелли и ее коллеги уже замерили потребность в сне у 9000 генетически различных семейств дрозофил. Большинству насекомых – так называемому нормаль­ному типу – требовалось среднее количество сна – от 10 до 15 ч в сутки. Чем сильнее отдельные особи отклоняются от этой нормы, тем реже они встречаются. «Такое гауссовское распределение – это великолепно!», – восторгается Ирен Тоблер. – Оно доказывает, что регуляция сна – вероятнее всего, генетически обусловленный про­цесс. Тем самым появляется возможность исследовать сон методами генетики».

То, чему радуется исследователь – это не больше не меньше как возникновение внутри сомнологии новой дисциплины, которую можно назвать генетикой сна. Дрозофила, а также ниточный червь Caenorhabditis – первые герои новой науки. Ученые пользуются кро­шечными мушками и червями для широкомасштабного поиска гене­тической основы сна и его регуляции.

«Плодовые мушки и черви‑нитянки прямо‑таки напрашиваются в качестве подопытных», – говорит Ирен Тоблер, поясняя, что у легко разводимых и быстро размножающихся животных нередко появляются экземпляры с генетическими нарушениями, отклоняющиеся от средних показателей сна. Исследование таких мутантов может дать массу ин­формации о биохимической основе сна – ведь все белки, участвующие в регуляции сна, должны быть заложены в генетическом коде.

Разумеется, важную роль в экспериментах играют и особи без мута­ций. Ученые пытаются обнаружить у них гены, которые проявляют раз­ную активность во сне и в состоянии бодрствования. Нетрудно предпо­ложить, что такие гены должны кодировать белки, играющие важную роль в биохимии сна и бодрствования.

Ту же двойную стратегию ученые сейчас с большим успехом приме­няют и к другим важнейшим биологическим феноменам, например ра­боте внутренних часов, регуляции старения или развитию из яйцеклет­ки взрослого животного. Важную роль в генетических исследованиях сомнологов играют мыши и крысы как «образцовые млекопитающие», а также аквариумная рыбка данио рерио (прозванная за полоски «рыба‑зебра») как образец низших позвоночных.

Поэтому дальше генетика сна может двигаться хорошо известным, проторенным путем. Сначала ученым нужно с помощью так называемых экспрессионных анализов выявить гены, которые во сне считываются для образования кодируемых ими белков особенно часто или особен­но редко. Кроме того, они должны обнаружить мутации, влияющие на сон у мушки и червяка. Затем предстоит исследовать, какую функцию имеют изобильно или крайне скудно порождаемые во сне белки и какие последствия для организма имеют изменения наследственности.

Тем самым в центр внимания ученых неизбежно попадут новые биологически активные структуры, имеющие значение для сна. Да­лее нужно выяснить, имеются ли сходные структуры со сходными за­дачами у млекопитающих, а значит, и у человека. Это внесло бы не только важнейшие недостающие элементы в разгадку сна, но и дало бы возможность новаторских подходов к терапии всевозможных рас­стройств сна.

Новые эксперименты с плодовыми мушками, проведенные в Мэ­дисоне, показывают, что описанный путь – уже не утопия. Широкий разброс потребности в сне у 9000 линий дрозофилы показывает, что в регуляции сна участвует множество различных генов. Судя по всему, у разных штаммов они выступают в разных комбинациях. Крайние типы, обладающие почти исключительно генами краткого или долгого сна, разумеется, оказываются редкими в силу маловероятной комбинации. Такая тяга к средним значениям типична для так называемых мультигенно наследуемых свойств. По той же причине людей среднего роста много, а великанов и карликов – мало.

Чирелли и ее коллеги уже обнаружили единичный ген, деятельность которого в значительной мере определяет потребность дрозофил в сне. Сначала они отметили мушек, отличавшихся особенно коротким сном. В результате удалось выявить «мини‑сон» – штамм, который нуждает­ся лишь в трети обычной для дрозофил продолжительности сна. Выяс­нилось, что у этих малоспящих особей изменен ген, кодирующий белок, который отвечает за возбудимость нервных клеток, пропуская при оп­ределенных условиях сквозь клеточную оболочку электрически заря­женные частицы. Тем самым он способствует выделению сигнальных веществ и передаче информации в мозге мухи. Таким путем «этот ген, видимо, регулирует потребность в сне и его эффективность», заключа­ют исследователи.

Тех, кто, прочитав это, уже надеется на генную терапию или чудес­ное средство для людей, которое в один прекрасный день позволит сни­зить потребность в сне или повысить его качество, нужно сразу предуп­редить: ожидаемая продолжительность жизни малоспящих мутантов значительно меньше, чем у нормальных мушек.