Гены чемпионов жизни

Светлана Боринская

Светлана Александровна Боринская, кандидат биологических наук, ведущий научный сотрудник лаборатории анализа генома Института общей генетики им. Н.И. Вавилова РАН

Гены чемпионов жизни

Существуют ли генетические различия между расами и народами? Да, и это давно установленный наукой факт. Благодаря генетическим мутациям в одних уголках мира травятся молоком и совсем не переносят алкоголь, а в других бобы грозят людям внезапной смертью. Но то же генетическое разнообразие позволяет науке заглянуть в далекое прошлое человечества и дает важные подсказки медицине.

Данные этногеномики и этногеографии позволяют наглядно представить себе, какими ветвями и миграционными потоками расселялось человечество со своей африканской прародины. Для каких-то этапов истории homo sapiens данные этногеномики могут быть дополнены данными палеоантропологии, археологии и лингвистики. Таким образом науки, дополняя друг друга, рисуют более подробную картину истории человечества

В 80-е годы прошлого века мир охватила паническая волна, связанная с обнаружением вируса СПИДа. Человечество почувствовало себя совершенно незащищенным перед лицом смертельной болезни, которая может наступить в результате заражения вирусом иммунодефицита. Были забыты лозунги «свободной любви» предыдущей эпохи: теперь всё чаще говорили о «безопасном сексе», из парикмахерских исчезли опасные бритвы, а в медицине была сделана ставка на всё одноразовое.

Позже выяснилась, однако, интересная вещь: есть люди, устойчивые к заражению ВИЧ. У этих людей мутация отключила ген хемокинового рецептора, который кодирует белок, являющийся своего рода «посадочной площадкой» для вируса. Нет площадки — нет заражения. Больше всего таких людей в Северной Европе, но и там их не больше 2–4%. А обнаруженная учеными «посадочная площадка» для вируса стала мишенью разрабатываемых терапевтических препаратов и вакцин против ВИЧ.

Анти-СПИД — без СПИДа

Самое поразительное в этой истории даже не то, что по каким-то причинам именно в Северной Европе нашлось некоторое количество людей, которым не страшна «чума XX века». Интереснее другое: мутация, причем практически с современной частотой, присутствовала в геноме североевропейцев еще... 3000 лет назад. Как это могло случиться? Ведь, согласно данным современной науки, вирус СПИДа мутировал и «переселился» от африканских обезьян к человеку никак не раньше 20-х годов прошлого века. В форме ВИЧ ему нет и сотни лет!

Очевидно, некогда возникшая мутация гена хемокинового рецептора была закреплена отбором именно в североевропейском регионе, так как давала преимущество выживания на фоне распространения какой-то другой вирусной инфекции. Ее проникновение в человеческий организм происходило с использованием аналогичного СПИДу молекулярного механизма. Что это была за инфекция, сейчас точно не известно, но более-менее очевидно, что отбор, дававший преимущество обладателям мутации, шел тысячелетиями и зафиксирован уже в историческую эпоху. Как это удалось установить?

Как уже говорилось, еще 3000 лет назад среди жителей региона «антиСПИДовая» мутация уже имела практически современную частоту. Но точно такая же частота встречается у ашкеназских евреев, поселившихся изначально в Германии, а затем мигрировавших в соседние области Центральной и Восточной Европы. Евреи стали массово селиться в Европе 2000 лет назад после поражения антиримского восстания в I веке н.э. и падения Иерусалима. Помимо ашкеназской (германской) ветви была и южная, «сефардская», с локализацией преимущественно в Испании.

На родине евреев, в Передней Азии, мутация гена хемокинового рецептора тоже встречалась, но с частотой не более 1–2%. Такой она и осталась у евреев, которые поколениями жили в Азии (Палестина, Иран, Ирак, Йемен), в Северной Африке, а также у сефардов. И только евреи, обитающие в регионе, близком к Северной Европе, обрели местную высокую частоту мутации. Другой пример — цыгане, пришедшие из Индии в Европу около 1000 лет назад. На их родине частота мутации была не больше 1%, но сейчас среди европейских цыган она составляет 15%.

Разумеется, и в случае с евреями, и в случае с цыганами имел место приток генов извне за счет смешанных браков. Но существующие в науке оценки не позволяют отнести такой рост частоты на счет лишь этого фактора. Здесь явно работал естественный отбор.

Часы человечества

Известно, что мутации в человеческом геноме происходят постоянно, они работают как своего рода биологические часы, по которым можно установить, как мигрировали далекие предки человечества: сначала они расселились по Африке, а затем, покинув родной континент, и по остальному миру, кроме Антарктиды.

В этих изысканиях наибольшую помощь оказывают митохондриальные ДНК, передающиеся по женской линии, и мужские Y-хромосомы, передающиеся по мужской. Ни генная информация митохондрий, ни часть генома, хранящаяся в Y-хромосоме, практически не участвуют в рекомбинации генов, происходящей в половом процессе, а потому восходят к генетическим текстам праматери человечества — «митохондриальной Евы» — или некоему африканскому «Адаму», Y-хромосомы которого унаследовали все мужчины на Земле.

Хотя мтДНК и Y-хромосомы и не рекомбинировали, это не значит, что они дошли от пращуров в неизменном виде. Как раз накопление мутаций в этих двух хранилищах генетической информации наиболее достоверно демонстрирует генеалогию человечества с его бесконечными ветвлениями и расселениями.

Однако гораздо более значимы для человека и человечества мутации, происходящие в подлежащей рекомбинации части генома, то есть в X-хромосомах. При исследовании адаптации больше внимания уделяют мутациям, возникшим в подлежащей рекомбинации части генома — то есть всех хромосомах, кроме Y-хромосомы. Причем возраст этих мутаций тоже можно отследить. Дело в том, что рядом с подвергшейся мутации части ДНК есть другие вполне узнаваемые участки хромосомы (возможно, несущие следы других, более старых мутаций).

При рекомбинациях фрагменты родительских хромосом перемешиваются, однако на первых этапах окружение интересующей нас мутации будет сохраняться. Затем новые рекомбинации постепенно раздробят его и принесут новых «соседей». Этот процесс можно оценить во времени и получить приблизительное время возникновения интересующей нас мутации.

С точки зрения отдельного организма или общности, в которой наблюдается та или иная частота мутаций, мутации могут быть нейтральными или негативными, а могут нести в себе адаптивный потенциал. Он может проявиться не в месте происхождения мутации, а там, где ее эффект окажется наиболее востребованным и будет поддержан отбором. И это одна из важных причин генетического разнообразия народов на этнологической карте мира.

Врожденная уязвимость

Очевидно, что на земле есть региональные популяции или даже целые этносы, в геноме представителей которых развились мутации, делающие этих людей более уязвимыми.

Вопросы и ответ

И это касается не только употребления алкоголя, но и определенных заболеваний. Отсюда может возникнуть мысль о возможности создания генетического оружия, которое поражало бы людей одной расы или одного этноса, и оставляло бы невредимыми представителей других. На вопрос о том, можно ли осуществить подобное на практике, современная наука отвечает «нет». Правда, в шутку можно говорить как об этническом оружии, о молоке.

Молочная «бомба»

Учитывая, что более 90% китайского населения страдает генетически предопределенной лактазной недостаточностью и от употребления молока у большинства взрослых китайцев нарушается пищеварение, можно вывести из строя армию КНР, отправив ее в отхожие места, если, конечно, найти способ напоить ее молоком. Более серьезный пример — непереносимость бобовых у жителей ряда средиземноморских стран, о которой рассказывается в статье. Впрочем, даже пыльца бобовых растений не позволит вывести из строя, скажем, только всех итальянцев в многонациональной толпе, а именно такого рода селекция имеется в виду, когда говорят о фантастических проектах этнического оружия.

Мутация трезвости

В уже приведенном примере мутация, дающая устойчивость к СПИДу, с небольшими частотами присутствует и в Индии, и на Ближнем Востоке, и в Южной Европе. Но только на севере Европы ее частота резко рванула вверх. Есть другой схожий пример — мутация, ведущая к непереносимости алкоголя. В 1970-х при исследованиях препаратов биопсии печени у китайцев и японцев было обнаружено, что у представителей этих дальневосточных народов весьма активен вырабатываемый печенью фермент алкогольдегидрогеназа, превращающий спирт в ацетальдегид — токсичное вещество, которое не дает опьянения, зато отравляет организм.

В принципе, переработка этанола в ацетальдегид — нормальный этап борьбы организма с этанолом, но за этим этапом должен последовать второй — окисление ацетальдегида ферментом альдегиддегидрогеназой и получение безвредных, легко выводимых компонентов. Но вот этот-то второй фермент у обследованных японцев и китайцев вообще не вырабатывался. Печень быстро превращала спирт в отраву, которая долго потом не выводилась из организма.

Отсюда вместо «кайфа» человек после первой же рюмки получал тремор в руках, покраснение кожи лица, тошноту и головокружение. Очень маловероятно, чтобы такой человек смог стать алкоголиком.

Как выяснилось, мутация, порождающая неприятие спиртного, возникла примерно с началом земледелия где-то на Ближнем Востоке (там до сих пор у арабов и азиатских евреев ее частота составляет около 30%). Затем, минуя Индию (через степи Причерноморья и Южной Сибири), она оказалась на Дальнем Востоке, где была поддержана отбором, охватив 70% населения. Более того, в Юго-Восточном Китае появился свой вариант «антиалкогольной» мутации, и он также распространился на большую территорию вплоть до степей Казахстана.

Всё это означает, что на Дальнем Востоке на подобную мутацию был у местных популяций высокий спрос, вот только... надо вспомнить, что дело происходило несколько тысяч лет назад, и алкоголь в человеческой культуре практически не присутствовал. Откуда же взялись антиалкогольные гены?

Очевидно, в свое время они также пришлись ко двору как средство борьбы с какой-то инфекцией, а затем — о чудо! — случилось так, что и на Дальнем, и на Ближнем Востоке есть теперь множество людей, генетически не приемлющих пьянства. Вся эта история, как и история с геном устойчивости к СПИДу, отлично показывает, что та или иная мутация могла в прошлом быть поддержана отбором совсем не по тому признаку, по которому ее обнаружили в наше время.

А что же Россия? В России мутация, отвечающая за отвращение к выпивке, имеет частоту 4%, то есть ее носителями являются не более 10% населения. Причем речь идет об обеих мутациях — и в ближневосточном, и в китайском вариантах. Но и совокупными силами они у нас не прижились, так что в борьбе с пьянством гены нам не подмога.

Лекарство или ахиллесова пята?

Во время войны в Корее солдатам американской армии, страдавшим от малярии, давали лекарство под названием примахин. Фармакологическим действием этого лекарства была дестабилизация мембраны эритроцитов. Дело в том, что малярийный плазмодий, проникая в кровь, «захватывает» эритроцит и внутри него развивается. Чтобы развиваться было удобнее, плазмодий дестабилизирует мембрану эритроцита.

Тут-то являлся примахин, который буквально вышибал клин клином. Он дополнительно «размягчал» мембрану, ослабленную плазмодием, она и лопалась. Дальше возбудитель малярии развиваться не мог, болезнь отступала. А что же происходило с остальными эритроцитами, которые не были захвачены плазмодиями? А ничего. Действие лекарства проходило, мембрана вновь стабилизировалась. Но так было не у всех.

Некоторое количество солдат, принявших примахин, умирали от гемолиза — полного уничтожения эритроцитов. Когда начали исследовать вопрос, выяснилось следующее. Во-первых, все умершие обладали дефицитом фермента глюкозо-6-фосфатдегидрогеназы, который отвечал за стабилизацию мембран эритроцитов, и этот дефицит происходил от генетической мутации. А во-вторых, умершие солдаты имели либо афроамериканскую, либо средиземноморскую родословную.

Мутация, как выяснилось, встречалась лишь у некоторых народов.

На сегодняшний день известно, что примерно 16–20% итальянских мужчин (у женщин этот эффект не проявляется) подвержены риску смерти от гемолиза, и не только после принятия примахина (который ослабляет и без того слабые мембраны эритроцитов и приводит к их массовой гибели).

Этим людям также противопоказаны бобы и еще некоторые виды пищи и лекарств, в которых содержатся сильные оксиданты. Даже запах пыльцы бобов может вызвать фатальную реакцию. Странный характер этой мутации перестает быть странным, если учесть, что отбором она была поддержана именно в местах распространения малярии и являлась своего рода «естественным» примахином.

Кроме Италии относительно большое количество носителей мутации отмечено в Испании, а также около 2% ее частота составляет в Северной Африке и Азербайджане. В советское время было даже принято решение о запрете возделывания бобовых в Азербайджанской СССР, так часты были случаи фавизма, то есть возникновения гемолиза от контакта с бобами.

Победители — все!

Активно развивающаяся в последние годы наука этногеномика, исследующая генетические особенности рас и этносов, как можно увидеть хотя бы на приведенных примерах, является вполне прикладной дисциплиной. С ней тесно связана фармакогеномика, изучающая действие лекарственных препаратов на людей с разными генетическими характеристиками, в том числе с характеристиками, свойственными отдельным этническим и расовым группам.

Ведь для некоторых из них какие-то лекарства могут быть вредны (пример — примахин), а какие-то — наоборот, гораздо более действенны. Кроме того, этногеномика стала большим подспорьем в составлении основанной на научных данных, а не на мифах картины дописьменной истории человечества и его языков.

И один из главных выводов, которые мы сегодня можем сделать из исследований по этногеномике, заключается в том, что при всём разнообразии человечества нет оснований говорить о генетически более или менее развитых народах. Все ныне живущие поколения — чемпионы жизни, ибо их предки сумели пережить суровые капризы природы, эпидемии, долгие миграции и дать будущее потомству. А генетическое разнообразие — это лишь память о том, с помощью каких именно биологических механизмов разным частям человечества удалось приспособиться, выжить и победить.

Поиск по сайту: