Малюнок 1: Порівняння контролю транскрипції в E. Coli (ліворуч) з графіком викликів Linux (праворуч). Бактеріальна клітина здатна контролювати багато генів, що кодують білки (зелені лінії внизу), за допомогою відносно невеликої кількості елементів управління (жовті та фіолетові лінії). Linux, хоча і є очевидним результатом інтелектуального проєктування, значно поступається в цьому відношенні, оскільки вимагає набагато більшої кількості високорівневих інструкцій для управління відносно невеликою кількістю виходів. За Yan et al. 2010.¹Геном людини – це найскладніша комп'ютерна операційна система в усьому відомому всесвіті. Він контролює надскладну біохімію, яка діє з точністю до однієї молекули. Він контролює мережу взаємодії сотень тисяч білків. Це чудове свідчення творчого генія Бога й відмінний приклад наукової неспроможності неодарвінської теорії. Чому? Тому що чим складніше життя, тим менш обґрунтованою стає еволюційна теорія. Надскладні машини не можна бездумно ремонтувати, інакше вони зламаються. А надскладні машини не виникають в результаті випадкових змін.

Я серйозно порівнюю геном з операційною системою комп'ютера. Єдина проблема цієї аналогії полягає в тому, що у нас немає комп'ютерів, які можна було б порівняти з геномом за складністю або ефективністю. Аналогія працює тільки на найбазовішому рівні, але саме це робить порівняння таким переконливим. Після мільйонів годин написання та налагодження ми зуміли створити тільки операційні системи, які можуть працювати на ноутбуці або сервері, й вони часто виходять з ладу. Геном же керує надскладною машиною, яка називається людським тілом. Організація цих двох систем також радикально відрізняється. Команда, що складається із вчених-комп'ютерників, біофізиків та експертів у галузі біоінформатики (іншими словами, дуже розумних людей), порівняла геном скромної бактерії E. coli з операційною системою Linux (малюнок 1) й виявила, що наші штучні операційні системи набагато менш ефективні, тому що вони більш «важкі».¹ Виявилося, що бактеріальний геном містить кілька інструкцій високого рівня, які контролюють кілька процесів середнього рівня, які, в свою чергу, контролюють величезну кількість генів, що кодують білки. Linux – повна протилежність. Він набагато більш «поверхневий» і, отже, набагато менш ефективний у виконанні завдань. Бактерія може зробити набагато більше з меншою кількістю елементів управління. Я прогнозую, що вивчення геноміки вплине на майбутній розвиток комп'ютерів.

Окрім того, наші комп'ютери використовують порівняно прості програми. Програмісти говорять про «рядки коду». Всі ми вчили в школі на уроках математики, що рядок – це одновимірний об'єкт. Таким чином, наші комп'ютерні програми по суті є одновимірними. Людський геном функціонує в чотирьох вимірах. Це одне з найбільших свідчень творчого генія Бога.

Перший вимір: молекула ДНК

Довжина людського геному становить близько 1,8 м. Він повністю поміщається в ядрі клітини. Щоб уявити собі це, уявіть, що якби ваша ДНК була товщиною з людську волосину, то її довжина становила б понад 50 кілометрів, стиснутих в грудку розміром з м'яч для Малюнок 2: Початок Y-хромосоми людини, як його можна побачити за допомогою інструменту візуалізації геному Skittle.² На цьому зображенні ми бачимо багато повторюваних елементів ДНК (смужки). Ці повторення можуть не містити «генів», але вони служать для утримання генів у певному місці в тривимірному просторі (третій вимір буде обговорюватися нижче). Велика чорна ділянка – це повторення, яке проєкт з вивчення геному людини пропустив (у них ще не було технології для секвенування високоповторюваної ДНК). Чотири літери, що використовуються для позначення першого виміру геному, містять багато інформації, але це навіть не верхівка айсберга загального інформаційного змісту геному.гольфу. Вже на цьому етапі ми повинні зрозуміти, що Бог – неймовірний інженер.

Якби ми подивилися на послідовність букв у ДНК, вона могла б виглядати так: 

Це перші 700 літер Y-хромосоми людини. Не дуже вражає, правда? Але якщо взяти ту саму послідовність й замінити чотири літери чотирма кольоровими пікселями, вийде щось схоже на малюнок 2.

Перший вимір геному – це просто порядок букв. Вони складають гени, а гени дають клітині команди. Це не так вже й складно, але далі все змінюється.

Другий вимір: мережа взаємодій

Другий вимір геному стосується взаємодії однієї частини ДНК з іншою. Як ми вже бачили, перший вимір можна легко зобразити графічно. Але якщо ви спробуєте зобразити другий вимір, вам спочатку потрібно буде Малюнок 3: Невелика частина регуляторної мережі мікроРНК служить чудовим прикладом другого виміру геному. Тут помаранчеві ділянки представляють 13 генів, які активуються у зв'язку з атеросклерозом 262 мікроРНК (зелені точки з мітками), які, в свою чергу, виробляються в інших частинах геному. (за Lin et al. 2014³)намалювати безліч стрілок, що з'єднують різні частини лінійного ланцюга ДНК. Зобразити всю мережу взаємодій геному неможливо, тому доведеться обмежитися невеликим прикладом. Мікро-РНК (miRNA) – це дуже маленькі молекули (близько 22 нуклеотидів), які беруть участь в регуляції функцій генів. На малюнку 3 показана частина мережі регуляції miRNA, яка впливає тільки на 13 генів, що активуються у зв'язку з атеросклерозом (затвердінням артерій). Ці гени є мішенню для 262 miRNA, створюючи 372 «регуляторних взаємозв'язки». На малюнку 3 не показані 33 інших гени, експресія яких знижується під дією 295 miRNA, коли організм бореться з цим захворюванням. Пам'ятайте, що це лише невелика частина другого виміру геному!

Другий вимір стосується таких речей, як фактори специфічності [амінокислотна послідовність, яка розпізнає мішені в РНК-полімеразі – прим. перекл.], енхансери, репресори, активатори та фактори транскрипції. Це білки, які кодуються в ДНК, але після синтезу переміщуються в іншу частину геному й вмикають або вимикають щось. Але в цьому вимірі відбуваються й інші речі. В процесі синтезу білка ген «зчитується» клітиною в ході процесу, який називається транскрипцією. Тут ДНК копіюється в молекулу, яка називається РНК. Потім РНК транслятується в білок. Але в процесі, який називається посттранскрипційною регуляцією, РНК може бути інактивована або активована іншими факторами (такими як miRNA), закодованими в інших частинах геному.

Масштабний багатомільйонний проект ENCODE розкрив деякі особливості геному, які ми досі намагаємося повністю зрозуміти. Однією з найбільших загадок є те, як всього близько 22 000 генів можуть виробляти понад 300 000 різних білків. Відповідь полягає в тому, що клітина проходить процес, який називається альтернативним сплайсингом, при якому гени розрізаються на частини й різні частини використовуються різними клітинами в різний час і за різних обставин для виробництва безлічі різних білків. Цей неймовірно складний процес є лише однією з частин другого виміру геному.

Третій вимір: тривимірна архітектура ДНК

Третій вимір стосується того, як форма молекули ДНК впливає на експресію та контроль різних генів. Ми дізналися, що ділянки ДНК, які знаходяться глибоко всередині згорнутої молекули, не можуть бути легко активовані.⁴ Тому гени, якіМалюнок 4: Тривимірне розташування хромосом людини в ядрі. Гени, які знаходяться глибоко, недоступні, тому тривимірне згортання хромосом надзвичайно важливе для загальної функції геному. (за Bolzer⁵) використовуються часто, як правило, легкодоступні. Таким чином, коли Бог записав інформацію в геномі вздовж цієї одновимірної нитки, Він навмисно розташував її в певному порядку, щоб вона опинилася в потрібному місці, коли ДНК згорнеться в тривимірну форму.

Одним з важливих відкриттів проекту «Геном людини» було те, що гени, які використовуються разом, не обов'язково знаходяться поруч один з одним в геномі. З'явилися твердження типу «Це просто сміття» й «Геном – не більше ніж результат мільйонів років генетичних випадковостей». Однак це тривало недовго, оскільки, як тільки люди почали вивчати організацію геному в ядрі,⁵ вони зрозуміли, що не тільки кожна хромосома має певне положення в ядрі, але й гени, які використовуються разом, як правило, знаходяться поруч один з одним у тривимірному просторі, навіть якщо вони розташовані на різних хромосомах!

Четвертий вимір: зміни в перших трьох вимірах

Четвертий вимір геному пов'язаний з тим, як перші три виміри змінюються в четвертому вимірі, часі. Так, ви правильно прочитали. Форма (3-й вимір), мережа взаємодій (2-й вимір) і послідовність букв (1-й вимір) – все це змінюється. Це настільки перевершує можливості навіть найсучасніших комп'ютерів, що аналогія вже не є справедливою.

Цей четвертий вимір можна проілюструвати декількома способами. Ми знаємо, що різні клітини печінки мають різну кількість хромосом.⁶ Це пов'язано з тим, що печінка потребує великої кількості копій певних генів, які беруть участь в метаболізмі та детоксикації. Замість того, щоб заповнювати геном безліччю копій цих генів, печінка просто створює їх копії для власного використання. Ми також знаємо, що різні клітини мозку мають різну кількість і розташування різних транспозонів.⁷ Це «стрибаючі гени», які, на думку еволюціоністів, є рештками древніх вірусних інфекцій. Проблема в тому, що вони життєво важливі для розвитку людського мозку. Ви це зрозуміли? Геном динамічно перепрограмовує себе. Це те, над чим комп'ютерні вчені давно працюють. Як можна створити самомодифікуючий (або самозмінюваний) код, який не вийде з-під контролю? Ми також знаємо, що транспозони мають вирішальне значення для контролю ембріонального розвитку у мишей.⁸ Тож не варто називати їх «сміттєвою ДНК»!

Висновки

Геном являє собою багатовимірну операційну систему для надскладного біологічного комп'ютера з вбудованими кодами виправлення помилок і самомодифікації. Існує безліч перекриваючих кодів ДНК, кодів РНК й структурних кодів. Є гени ДНК і гени РНК. Геном був спеціально розроблений з великою кількістю надмірності високоінтелектуальною істотою, яка при його створенні використовувала надійні інженерні принципи. Незважаючи на надмірність, він демонструє дивовижний ступінь компактності, оскільки всього близько 22 000 кодуючих білки генів комбінаторно створюють кілька сотень тисяч різних білків.

У мене є завдання для еволюціоністів: поясніть походження геному! Чарльз Дарвін писав у «Походженні видів»:

«Якби можна було довести, що будь-який складний орган не міг утворитися в результаті численних, послідовних, незначних змін, моя теорія була б повністю спростована».

Я знаю, що цією цитатою часто зловживали (обома сторонами суперечки), але давайте на секунду замислимося над цим. Чим простіше життя, тим легше його пояснити з точки зору дарвінізму. З іншого боку, чим складнішим стає життя, тим більш нерозв'язною стає проблема для еволюційної теорії. Ми щойно побачили, що геном – це повна протилежність простоти. Це повинно викликати сильне занепокоєння у всіх дарвіністів.

Я стверджую, що геном не міг виникнути в результаті відомих природних процесів. Еволюціоністи, які бажають прийняти цей виклик, повинні представити нам реалістичний сценарій, що включає джерело інформаційних змін, оцінку необхідної кількості мутацій та опис необхідних селективних сил, і все це в рамках відповідних часових рамок. Вони виявлять, що еволюція не може зробити те, що від неї вимагається, навіть за мільйони років.