Как подружить гены в клетках. Коктейль молодости, светящиеся котики, напечатанные органы и другие прелести науки: читать начало книги онлайн

Во всем виноваты неандертальцы и фараоны

Денисовские люди, неандертальцы и кроманьонцы (последние – предки современного человека). Что их объединяет, кроме внешнего сходства? Когда ученые нашли и исследовали первые останки неандертальцев, они решили, что этот вид людей с современным человеком особо никак не связан.

Все три вида людей – денисовец, кроманьонец и неандерталец – были очень похожи, но каждый из них жил на «своей» территории. Дальнейшее изучение ДНК привело к сенсационному заключению: и денисовцы, и неандертальцы, и предки современного человека не только пересекались, но и обменивались между собой генами.

Десятилетие назад исследователи нашли фрагменты (участки) ДНК как неандертальца, так и денисовского человека у всех современных людей, кроме народов Африки.

Но на этом открытия не закончились. Для полной картины ученые разработали специальный алгоритм анализа геномов, который «узнает» сегменты ДНК, попавшие в геном человека от других видов, даже если скрещивания происходили тысячи лет назад и их источник неизвестен. Выяснилось, что 3 % генома неандертальцев произошло от интимной связи с другой древней группой приблизительно 300 тыс. лет назад. В то же время у денисовца обнаружился 1 % еще более древнего неизвестного генетического материала. И самое главное – до 15 % этого древнего генома находится в ДНК современного человека [1].

Итак, и предки современных людей, и денисовские люди, и неандертальцы контактировали с представителями разных ветвей человеческого вида.

К какому же виду или подвиду относятся обнаруженные древние фрагменты ДНК? Пока полной картины нет, но последние исследования подтверждают, что это следы независимой ветви, с которой мы разошлись примерно миллион лет назад, когда жили Homo erectus — предки всех сапиенсов, древний вид гоминид, который появился около 2 млн лет назад.

Иммунный ответ из прошлого

Около 40 тыс. лет назад все три вида людей – неандертальцы, денисовцы и кроманьонцы – заселяли территорию современной Азии. Две совершенно независимые группы ученых из Германии и Франции обнаружили, что связь предков современных людей с неандертальцами и денисовцами привела к усилению защитных сил организма сапиенсов. Неандертальцы и денисовские люди, которые за 200 тыс. лет успели адаптироваться к климату, пище и патогенным организмам Евразии, передали вновь пришедшим туда кроманьонцам повышенную устойчивость к местным условиям, а современному человеку – отличную наследственность в виде способности противостоять инфекциям.

Каким образом контакт с разными древними видами людей повлиял на усиление иммунитета сапиенсов? Виноваты три древних гена, кодирующих белки, которые называются толл-подобными рецепторами. Они распознают бактерии, грибы, вирусы и паразиты и активируют клеточный иммунный ответ. Оба вида вымерших людей повлияли на генетическое разнообразие современного человека, поскольку два сегмента гена толл-подобных рецепторов принадлежат неандертальцам, а один – денисовскому человеку. Грубо говоря, около 13 тыс. лет назад, когда наши прародители стали переходить от кочевого образа жизни к оседлому, им передались гены, которые повышали приспосабливаемость к неблагоприятным природным условиям [2].

И вот на этом единственном позитивном результате скрещивания разных видов людей можно и остановиться. Потому что современный человек унаследовал от неандертальцев массу неблагополучных генетических особенностей. Со способностью противостоять инфекциям толл-подобные рецепторы могут спровоцировать повышенную чувствительность к аллергенам. Но это еще не все.

«Плохие» гены неандертальцев

В 2016 году ученые-биомедики США, опираясь на электронные карты пациентов, собрали более чем 28 тыс. результатов генетического анализа взрослых европейцев. Анализ образцов показал, что есть четкая взаимосвязь между совокупностью аллелей неандертальского генома и наследственными заболеваниями и предрасположенностью к ним. Например, одни аллели связаны с риском развития неврологических и психических нарушений, сердечно-сосудистых заболеваний, другие могут провоцировать заболевания мочевыводящих путей и нарушение метаболизма. Неандертальские варианты генов влияют на чувствительность кожи к солнечному свету, на образование тромбов и даже на предрасположенность к никотиновой зависимости и расстройствам пищевого поведения [3].

У южноамериканских индейцев ученые выявили неандертальский вариант гена, который предрасполагает его носителей к диабету второго типа. Почему же древние люди подарили нам предрасположенность к некоторым заболеваниям? Дело в том, что сегодня некоторые функции организма просто утратили актуальность.

Например, повышенная свертываемость крови позволяла ранам быстрее затягиваться, а калорийная пища давала энергию для охоты. В современной жизни, в которой еда нам достается без физических усилий (достаточно дойти до ближайшего супермаркета), фрагменты геномов наших древних предков стали причиной тромбозов, неправильного обмена веществ, инсультов, легочной тромбоэмболии.

Секвенирование ДНК вымершего вида людей и сопоставление его результатов с данными медицинских карт современных европейцев – ценное исследование, которое дает возможность определить влияние генов на предрасположенность к заболеваниям, на их развитие и другие особенности человека.

Резистентность к антибиотикам: бактерии из склепа

Группа ученых калифорнийского университета совместно с итальянскими и пуэрториканскими исследователями провела геномный анализ остатков кишечной микрофлоры пяти мумий инков и трех итальянцев X–XVIII веков. Ученые обнаружили устойчивость в отношении антибиотиков пенициллинового ряда, тетрациклинов и ванкомицина.

Результаты говорят о том, что устойчивость к антибиотикам появилась задолго до их эры, которая началась с успеха микробиолога Александра Флеминга. Эволюция антибиотикорезис-тентности (способности микробов противостоять действию антимикробных средств, в том числе и антибиотиков) длится уже пару миллиардов лет, так как основой для большинства антибиотиков в древности послужили природные соединения, которые находились в окружающей среде, например, в почве.

Другое дело, что результатом чрезмерного использования антибиотиков в XX веке, бесконтрольного и бессистемного их употребления стало ударное и глобальное распространение устойчивости к широкому спектру лекарств.

В этом открытии значится еще и тот факт, что кишечник, а именно его микробиом, – хранилище генов антибиотикоустойчивости. И здесь напрашивается вопрос о том, почему именно появились эти гены? Какие факторы на это повлияли? Пока вопрос остается открытым [4].

Неандертальцы вернули древние гены

Первые предки неандертальцев и денисовцев покинули Африку 500 тыс. лет назад, до появления человека разумного. Все эти тысячи лет они хранили аллели.

В тот момент, когда предки современных людей пришли на евразийский континент и пересеклись с ними, прошло около 400–450 тыс. лет. Сапиенсы на тот момент составляли лишь около 20 % от числа людей, которые вышли из Африки. В результате «бутылочного горлышка», то есть сокращения генетического разнообразия вида из-за сокращения его численности, они несли в себе малую часть генов общего предка.

То есть многие архаичные аллели в человеке разумном не дошли до Евразии. Неандертальцы и денисовцы, с которыми скрещивались сапиенсы, вернули архаичные гены предкам современного человека.

В результате анализа ДНК современных людей, сделанного в рамках проекта «1000 геномов», часть переданных от неандертальцев генов условно разделили на две группы [5].

Первая группа – это аллели, которые характеризуют общего предка неандертальцев и современных людей, но отсутствуют у евразийцев, которые пришли в Евразию. Они вернулись к ним позже в результате скрещивания с неандертальцами.

Вторая группа – это аллели, которые отсутствовали у общего предка неандертальцев и современных людей и возникли только у неандертальцев, а сейчас присутствуют у всех жителей Евразии. Примечательно, что эти аллели не характеризуют некоторые народы Африки.

У разных евразийцев количество аллелей первой и второй групп неодинаково.