Мутации и популяции

Сб, 06/07/2014 - 20:59

В поисках основателя

Уравновешивающий отбор поддерживает на определенном уровне частоту в популяции потенциально опасных генов. В тех регионах, где часто возникают эпидемии малярии, распространяемой через укусы москитов, носители одной дефектной копии гена гемоглобина оказываются невосприимчивыми к возбудителю. Они живут дольше, чем те, у кого мутантный ген вообще отсутствует. Но зато носители двух дефектных копий заболевают серповидно-клеточной анемией и имеют гораздо меньшую, чем в среднем по популяции, продолжительность жизни. Под влиянием этих двух разнонаправленных факторов в популяции поддерживается стабильный уровень частоты мутаций в гене гемоглобина.

Уравновешивающий отбор поддерживает на определенном уровне частоту в популяции потенциально опасных генов. В тех регионах, где часто возникают эпидемии малярии, распространяемой через укусы москитов, носители одной дефектной копии гена гемоглобина оказываются невосприимчивыми к возбудителю. Они живут дольше, чем те, у кого мутантный ген вообще отсутствует. Но зато носители двух дефектных копий заболевают серповидно-клеточной анемией и имеют гораздо меньшую, чем в среднем по популяции, продолжительность жизни. Под влиянием этих двух разнонаправленных факторов в популяции поддерживается стабильный уровень частоты мутаций в гене гемоглобина

Более детальное изучение гаплотипа, находящегося у истоков наследственного гемохроматоза, показывает, что, совместив исторические свидетельства и результаты генетического анализа, мы получаем возможность по-новому взглянуть на причину и историю возникновения того или иного наследственного заболевания. В 1980-х гг., когда генетическая подоплека гемохроматоза еще не была известна, специалисты в области медицинской генетики обратили внимание на то, что почти у всех больных в определенной области хромосомы 6 находится одинаковый сегмент ДНК. Это было очень странно, поскольку большинство наблюдавшихся пациентов не состояли в родстве друг с другом, а потому вероятность нахождения в какой-то области генома участка с идентичными нуклеотидными последовательностями была крайне мала. Однако у больных наследственным гемохроматозом наблюдалась эта невероятная ситуация, и ученым не оставалось ничего другого, как предположить, что все они происходят от одного древнего предка и что ген, ответственный за данную патологию, локализован у них в одном и том же месте.

Опираясь на данную гипотезу, наша исследовательская группа в 1990-х гг. предприняла детальный анализ генов хромосомы 6 у 101 пациента, находящихся в упомянутой области. В качестве контроля использовалась ДНК здоровых индивидов. В геномной ДНК большинства больных гемохроматозом мы обнаружили одинаковый участок длиной несколько миллионов пар нуклеотидов, однако у небольшого числа обследуемых присутствовал лишь небольшой «осколок» этого протяженного участка. Когда мы сопоставили области хромосомы, совпадающие у всех пациентов, то обнаружилось, что они содержат по 16 генов. Тринадцать из них кодируют белки под названием гистоны. Они связываются с ДНК и переводят ее в ту компактную форму, которую мы наблюдаем под микроскопом при делении клетки. Гистоны и кодирующие их гены практически одинаковы у всех организмов и вряд ли имеют какое-либо отношение к гемохроматозу. Таким образом, остается всего три гена — возможных виновника патологии.

Два из них оказались идентичными у больных и здоровых людей. И, наконец, в последнем гене, HFE, мы обнаружили мутацию, которая имелась исключительно у больных гемохроматозом. У нас были все основания думать, что именно этот ген содержал мутацию­-основателя, ответственную за наследственный гемохроматоз.

И сразу возникло несколько вопросов. Кто был индивидом-основателем — первым носителем мутации? Когда и где он жил?
Поиски ответа на эти вопросы заставили генетиков объединиться с антропологами и историками. Ответ был получен совсем недавно: наследственный гемохроматоз встречается у жителей всех европейских стран, однако в северных регионах его частота все-таки выше. Более того, мутация-основатель присутствует практически у всех больных, проживающих на севере Европы, но менее чем у 2/3 тех, кто живет в восточных и южных регионах. Это означает, что у оставшейся 1/3 больных может быть какая-то другая мутация в гене HFE или совсем иное заболевание, тоже связанное с аномалиями в метаболизме железа.

Мы остановимся только на северо-западных регионах Европы. Детальный генетический анализ показывает, что наиболее высока частота данной мутации-основателя в Ирландии, на западе Великобритании и на территории Бретани (одной из провинций Франции), прилегающей к заливу Ла-Манш. Полученная картина практически совпадает с нынешним распределением потомков древних племен — кельтов.

Эти племена распространились в Центральной Европе более 2 тыс. лет назад. Одна их часть была позже вытеснена к северу и западу древними римлянами, другая перемешалась с пришельцами и осталась на прежнем месте — в более южных регионах Европы. Возникла ли мутация-основатель, связанная с гемохроматозом, в Центральной Европе и переместилась ли вместе с носителями к северу? Или она появилась позже, уже в северных регионах? Ответ на этот вопрос, возможно, дадут дальнейшие исследования прилегающих к мутантному гену сегментов ДНК на хромосоме 6.

Большая длина консервативного участка, представляющего современный гаплотип, свидетельствует о том, что мутация-основатель еще очень молода. Скорее всего она «родилась» 60-70 поколений назад, т.е. примерно в 800-х гг. н.э. Если бы такое событие произошло раньше, то мы должны были бы сделать вывод, что индивид-основатель жил в Центральной Европе и что его потомки (носители мутантного гена) были вытеснены к северу римскими воинами. Но к 800-м гг. н.э. империя пала, так что, скорее всего, первый обладатель мутации-основателя жил все-таки на северо-западе Европы. Впоследствии его потомки расселились к югу и востоку, а вместе с ними туда попал и мутантный ген.

Ранее для отслеживания путей расселения человеческих субпопуляций антропологи опирались на анализ другого типа изменений в ДНК. С выявлением мутаций-основателей исследования перешли на более высокий уровень: калибруя длину консервативного участка ДНК, представляющего гаплотип, мы можем датировать мутацию, а определяя частоту этого гаплотипа в популяции — судить о географической распространенности потомков основателя.
Каждый из нас несет в себе биохимические и генетические свидетельства общности всего человеческого рода. Анализ распространенности мутаций-основателей не только дал новые свидетельства в пользу гипотезы об африканском происхождении всех нас, но и выявил родство различных групп, на первый взгляд никак не связанных между собой. Так, результаты недавних исследований, проведенных учеными из Университета Дьюка, совершенно неожиданно указали на генетическую связь между кельтами и басками. Дальнейшие исследования распространенности мутаций-основателей и соответствующих гаплотипов, несомненно, вскроют новые генетические связи между различными человеческими субпопуляциями и помогут понять, откуда и какими путями они пришли в свои нынешние места проживания. Такие работы принесут много неожиданного, что позволит глубже проникнуть в тайну происхождения человека и воссоздать «семейное древо» человечества со всеми его могучими ветвями и тонкими веточками.

Идентификация мутаций-основателей имеет большое значение для практической медицины. Например, позволяет выявлять больных, относящихся к группе риска в отношении конкретного наследственного заболевания. Сегодня при оценке вероятности того, что у пациента обнаружится определенное заболевание, медики нередко используют его этническую принадлежность. Так, серповидно-клеточная анемия встречается чаще всего среди выходцев из Африки. Но по мере генетического «перемешивания» популяций такое понятие, как этническая принадлежность, будет становиться все более расплывчатым. Это заставит медиков при определении риска того или иного заболевания или для выяснения причины появления тех или иных симптомов опираться в основном на результаты ДНК-тестирования. Выявление же мутаций-основателей сегодня, когда субпопуляции человека остаются генетически неидентичными, поможет в идентификации генов, ответственных за многочисленные заболевания человека.

Генетический анализ имеет большую ценность для практической медицины, поскольку многочисленные варианты, возможно, обусловливают нашу предрасположенность ко многим обычным, а не только к редким наследственным заболеваниям. Так, известен генетический вариант, который раньше отвечал за нормальную способность человека синтезировать холестерин, а в нынешних условиях обусловливает его гиперпродукцию. Или вариант, ранее способствовавший удержанию соли в организме, теперь отвечает за повышение артериального давления в связи с ее переизбытком. Научившись выявлять генетическую подоплеку широко распространенных патологических состояний, генетики становятся не просто специалистами, к помощи которых врачи прибегают, когда нужно диагностировать какое-то редкое заболевание, а центральной фигурой в предотвращении, диагностике и лечении болезней человека.

Определение этнической принадлежности пациента – один из способов быстрой оценки вероятности развития у него определенного заболевания. Однако судить об этом можно, только проведя ДНК-тестирование.

Другие материалы рубрики


  • Те, кто по тем или иным причинам интересуется своим здоровьем и возможностью его улучшения, знают, что забота о здоровье стала дорогим удовольствием. Если раньше достаточно было бросить пить, курить, заняться утренними пробежками и чаще есть фрукты и овощи, то теперь приходится еще и покупать всевозможные товары, без которых, как утверждает реклама, здоровья не получишь. В частности, неотъемлемыми спутниками здорового образа жизни считаются биологически активные добавки к пище (БАДы), спрос на которые усиленно поддерживают статьи в популярных журналах, где подробно и со ссылками на научные данные расписываются достоинства того или иного препарата.
    Все БАДы можно разделить на несколько функциональных групп. Это, прежде всего, вещества, которые либо вообще не синтезируются в организме (являются незаменимыми), либо их синтез часто нарушается по тем или иным причинам. Из этой группы пищевых добавок наиболее известны витамины. Само слово «витамины» было придумано для обозначения веществ, которые должны поступать в организм в небольших количествах и нехватка которых приводит к различным проблемам со здоровьем — авитаминозам.

    • Страницы
    • 1
    • 2


  • Вообще говоря, проблема зарождения жизни некорректна с точки зрения нормальной науки. Действительно, речь здесь может идти лишь о создании более или менее правдоподобной и аргументированной гипотезы либо теории. Проверить же эту гипотезу экспериментально, как того требует серьезная наука, по понятным причинам никто и никогда не сможет... Тем не менее, такие гипотезы и теории существуют, о них спорят и пишут. В последние годы — даже российские химики, которым еще недавно было совсем не до того. В частности, об этой проблеме задумались химики из новосибирского Академгородка.

    • Страницы
    • 1
    • 2


  • Человечество впервые за всю известную историю приблизилось к моменту, когда в авангарде мирового прогресса появился инструмент, способный объединить большинство естественных и технических наук, и через призму философского мировоззрения породить единую систему управления живой и неживой природой. Имя этого новшества: бионанотехнологии, а стоят они на перекрестках биологии, нанонауки, химии, физики, информатики, робототехники и т.п.
    Направление зародилось в 2004 году, когда голландский профессор технического университета г. Делфтса Сиз Деккер объединил углеродную нанотрубку с молекулой ДНК.
    Бионанотехнологии — революционное направление нанонауки, изучающее взаимодействие нанообъектов с живыми системами, получение наночастиц с использованием биореакторов и применение бионаноструктур для решения актуальных вопросов медицины, экологии, сельского хозяйства и других отраслей практической или теоретической деятельности.



  • Некоторые ученые всю жизнь занимаются одним-единственным объектом и одной-единственной проблемой. Меня же все время носило из стороны в сторону. Одним из таких «заносов» было увлечение кошками. Не могу сказать, что я их страстный любитель... Но я посвятил этим домашним хищникам изрядную часть своего свободного времени, потому что их генетика оказалась безумно интересной. Да и знакомиться с наукой о наследственности намного увлекательнее на таком обаятельном объекте, чем на классической мушке-дрозофиле.

    • Страницы
    • 1
    • 2


  • Личинки жуков-щелкунов (сем. Elateridae), или, как их еще называют за твердое цилиндрическое тело, проволочников, точат клубни, едят корни. Личинки хрущей (сем. Scarabaeidae) грызут корешки, и в лесах, где прошли лесозаготовки, не растут молодые деревца, так как их корни уничтожены хрущами. Достается и корням трав — там, где много хрущей, лесную траву можно оторвать от земли вместе с дерном.
    Личинки цикад (сем. Cicadidae) незримо копошатся в земле, тоже поедая корешки трав. В корнях деревьев живут некоторые усачи и короеды. Питаются корнями растений личинки некоторых комаров-долгоножек (сем. Tipulidae), когда нет другой подходящей добычи.

    • Страницы
    • 1
    • 2
    • 3
    • 4


  • Иммунитет — это не только выработка антител и активация фагоцитов. Растения и многие животные справляются с инфекциями с помощью пептидов, способных уничтожать патогенные микроорганизмы. Антимикробные пептиды растений, простейших, насекомых и высших животных, включая человека, близки по структуре. Это наводит на мысль, что они представляют собой древнейшую систему защиты организма от инфекции, которая сохранилась даже у животных с развитой иммунной системой практически в первозданном виде. Несмотря на свой «преклонный возраст», антимикробные пептиды эффективно борются с бактериями, что создает перспективы для их практического применения.



  • ...За годы, прошедшие с момента, когда на микро-РНК всерьез обратили внимание, были обнаружены сотни подобных молекул — у одного человека их оказалось более 150. Живые организмы используют их как надежный инструмент для контроля экспрессии генов; примерно половина микроРНК, присутствующих у человека, обнаружена у иглобрюха, хотя оба вида дивергировали 400 млн. лет назад...

    • Страницы
    • 1
    • 2


  • В современном обществе особо популярной становится тема избыточного веса и возможных путей устранения этой проблемы. Известны сотни самых разнообразных диет, различные физические упражнения и даже хирургические вмешательства, призванные избавить человечество от этой напасти. Общей особенностью всех перечисленных «панацей» является их малая эффективность (если она вообще есть) и недолговечность позитивного результата. Чем же это вызвано? Прежде всего, тем, что жир — это не просто балластная часть организма, созданная для обезображивания нашего внешнего вида, а сложнейшая многофункциональная система, вырабатывающая огромное количество жизненно важных гормонов и влияющая почти на все физиологические процессы, протекающие в других органах (см. рис. 1). От «жирных» гормонов зависят и внешние формы организма, и артериальное давление, и пигментация тела, и настроение человека и многое-многое другое, так необходимое для полноценной жизни. Так что избавление от избыточного веса — проблема комплексная и многоотраслевая, которую нельзя свести к банальному постулату: «кушай — не кушай». Да и что такое лишний вес? Вопрос также не из легких. Постараемся внести ясность в эту животрепещущую проблему, так будоражащую умы всего прогрессивного человечества.

    • Страницы
    • 1
    • 2
    • 3
    • 4


  • Не торопитесь отвечать на этот простой, как кажется, вопрос, потому что за вас на него ответил шведский невролог Йонас Фрисен: каждому взрослому человеку в среднем пятнадцать с половиной лет. Если по паспорту вам, например, шестьдесят, то хрусталики ваших глаз в среднем на 22 недели старше, мозг примерно ваш ровесник, а вот вашей коже всего две недели от роду.
    Из одной научно-популярной книги в другую кочует утверждение: наше тело почти полностью обновляется за семь лет. Старые клетки постепенно отмирают, их места занимают новые.
    Клетки действительно обновляются, но откуда взялась мифическая цифра «семь», никто толком не знает. Для некоторых клеток срок обновления установлен более или менее точно, а именно: 150 дней для клеток крови, за постепенным замещением которых можно проследить после переливания крови, и две недели для клеток кожи, которые появляются в ее глубинных слоях, постепенно мигрируют на поверхность, отмирают и отшелушиваются.



  • Знаете ли вы, что наши клетки обладают памятью? Они помнят не только то, что вы обычно едите на завтрак, но и чем питалась во время беременности ваша мама и бабушка. Ваши клетки хорошо помнят, занимаетесь ли вы спортом и как часто употребляете алкоголь. Память клеток хранит в себе ваши встречи с вирусами и то, насколько сильно вас любили в детстве. Клеточная память решает, будете ли вы склонны к ожирению и депрессиям. И во многом благодаря клеточной памяти мы отличаемся от шимпанзе, хотя имеем с ними примерно одинаковый набор генов. И эту удивительную особенность наших клеток помогла понять наука эпигенетика.
    пигенетика — довольно молодое направление современной науки. И пока она не так широко известна, как ее «родная» сестра, генетика. Многие, возможно, вообще впервые слышат это слово. В переводе с греческого предлог «эпи-» означает «над», «выше», «поверх».