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

Если в Восточной Азии преобладают варианты генов первой группы, а в Европе – второй, то в Южной Азии и те и другие представлены в достаточном количестве.

В процессе эволюции происходили всевозможные генетические комбинации и случайные мутации, которые до сих пор сохранились в геноме.

Неандерталец не прямой предок современного человека: раскол видов произошел давно, и общий предок пока не установлен. Американские ученые проанализировали генотипы трех древних людей и 279 современных. Оказалось, что наш геном отличается всего на 1,5–7% от генома древних людей [6]. Основная часть генетических изменений произошла еще до разделения неандертальцев и кроманьонцев (наших прямых предков) около 520–630 тыс. лет назад. Исследователи обнаружили доказательства того, что современный человек развивался поэтапно, не сразу отделившись от представителей других родов.

Палеогенетика призвана изучить влияние вымерших веток развития человека на наш род. Так, известно, что все неафриканские люди несут в себе 2–6% неандертальских генов, а некоторые народы Азии, Австралии получили еще и денисовские гены. Благодаря этим данным можно отследить перемещение человека по земному шару в процессе эволюции [7].

Интересно, что отличия в генах современного человека и неандертальца заключаются не только в областях, отвечающих за их регуляцию, но и в разной активности самих генов. Проще говоря, одни и те же гены работают с разной активностью [8].

Взяв на анализ образцы тканей трех неандертальцев возрастом около 120 тыс. лет, ученые обнаружили разницу в регуляции около 760 генов. Эти изменения могут влиять на работу сердечно-сосудистой, иммунной, зубочелюстной систем и опорно-двигательного аппарата.

Найдя в нашем генотипе следы неандертальцев, специалисты заинтересовались, как они могут влиять на современного человека. В одной работе немецкие исследователи в команде с коллегами из Швеции выяснили, что определенный набор вариантов неандертальских генов у женщины помогает лучше переносить беременность [9]. Для исследования были взяты данные около 450 тыс. образцов из биобанка Великобритании, а также данные биобанка Японии. У европейцев, коренных американцев, а также у некоторых азиатов с частотой от 2 % до 22 % обнаружили те самые варианты генов. Они оказались менее склонны к внезапным кровотечениям, выкидышам и в целом рожают больше детей. Все дело в особенном строении рецептора прогестерона – главного гормона, отвечающего за спокойное течение беременности.

А если вы с детства не можете набрать массу, то, возможно, в вас просто есть те самые «гены неандертальца».

Екатерина Храмеева и Филипп Хайтович из Сколтеха сравнили генетический материал представителей 11 этнических групп: пяти европейских и по три азиатские и африканские группы [10].

Искали генетические варианты, характерные для неандертальцев, и выясняли, на что они влияют. Оказалось, что некоторые фрагменты генома неандертальца отвечают за состав и сжигание жира! Это связано с их миграцией и изменением обмена веществ.

Существует много признаков, по которым неандерталец выигрывает у современного человека, но, как показывает история, этого все равно было мало. Даже устойчивость, которая была у неандертальцев к вредным продуктам сгорания и дыму, не поспособствовала их выживанию [11]. Когда климатические изменения на юге Африки привели к тому, что территории из лесов превратились в саванны, у древних людей появился новый фактор естественного отбора: выживал тот, кто был менее восприимчив к пыли и аэрозольным частичкам опасных веществ. А появление огня усилило влияние продуктов сгорания на здоровье. Развитие скотоводства способствовало контакту людей и животных, следовательно, люди страдали от аллергии и инфекционных заболеваний. Через тысячелетия эти варианты генов немного затерялись: помимо положительного эффекта устойчивости к вредным воздействиям, они повышали вероятность болезней сосудистой системы, что могло привести к меньшей продолжительности жизни. Новые варианты генов, которые есть у нас, не дают такую большую устойчивость к инфекциям, но и не вызывают негативных последствий.

Как же неандертальцы могли повлиять на наш мозг? Например, у людей с большим количеством неандертальских вариантов гена строение черепа во многом напоминает строение черепа неандертальцев, особенно затылок. Так же в зависимости от того, насколько человек «богат» неандертальскими вариантами генов, отличается количество серого и белого веществ в определенных частях мозга [12].

Популярная в наше время тема – устойчивость к вирусной инфекции ковид-19 – также была изучена на предмет вклада генетических факторов. Более тяжелое течение болезни может быть вызвано наличием определенных генных комбинаций, которые достались нам от неандертальцев [13]. Такая комбинация очень распространена в Бангладеше и Южной Азии и редко встречается в Европе и почти никогда в Африке: вероятно, дело в том, что предки современных жителей теплого континента не выходили за пределы материка и не скрещивались с неандертальцами. Как раз в этих географических областях наблюдается большой процент тяжелых случаев болезни.

А чем же хорош Homo Sapience? Неожиданно, но в геноме наших предков были варианты генов, которые могут быть связаны с творчеством и коммуникацией [14]. Сапиенсы склонны к более глубокому и всестороннему анализу явлений, лучше находят причинно-следственные связи и способны творчески воспроизводить информацию. Большое количество изменений в геноме после разделения веток человеческого вида на Ното и неандертальцев затрудняет процесс поиска того самого гена, который связывают с творчеством и способностью к коммуникациям. Изучать это ученые начали издалека: выявляли гены, влияющие на обучение и память человека. И обнаружили, что совокупность таких генов характерна только для наших предков, появившихся 100 тыс. лет назад и позже. Вероятно, лучшая способность коммуницировать друг с другом и добиваться целей не в одиночку позволила сапиенсам получить эволюционное преимущество в гонке за выживание. Поэтому только умение разговаривать друг с другом и дружить позволит нам развиваться дальше, без этих навыков мы просто вымрем, как неандертальцы.

Пол и ориентация, виноваты ли гены?

Когда речь идет о каком-то признаке, где нужно установить, что его предопределяет – генетика или влияние внешней среды, – правильным ответом будет и то и другое.

Как понять, какой ген отвечает за проявление конкретного признака?

Есть участки ДНК, которые регулируют друг друга: в какой ситуации повышать свою активность, а в какой снижать. Чтобы узнать, насколько велика активность конкретного гена, можно измерить уровень мРНК – посредника между ДНК и новым белком. Чем активнее ген, тем больше мРНК с него считывается. Поэтому по уровню мРНК в интересующей нас клетке можно понять, где какие гены более активны.

Так, ученые составили карту тканевой генетической активности, чтобы выяснить, насколько активность одинаковых генов различается у мужчин и женщин [15].

Несмотря на большое сходство генотипа мужчин и женщин, существуют гены, которые есть у обоих полов, но их экспрессия (влияние на проявление признака) происходит по-разному. Действительно, исследователи выяснили, что 37 % наших генов работают по-разному у мужчин и женщин хотя бы в какой-то одной ткани. Например, у мужчин с разными вариантами гена DPYSL4 будет разный процент жира в теле. А вот у женщин ген DPYSL4 на жир в теле не влияет.

Всерьез заинтересовались проблемой соответствия участка гена и кодируемого им признака у мужчин и женщин авторы статьи, опубликованной в ВМС Biology [16]. Выборка состояла из 357 мужчин и 187 женщин. Исследователи выявили отличие в 6,5 тыс. генов, отвечающих за развитие тканей. Например, в мышцах мужчин выше активность генов, которые отвечают за большую мышечную массу. А в молочных железах мужчин обнаружили гены, которые не работают в женском организме: скорее всего, они подавляют лактацию.

Это дало ученым возможность сделать предположение о причинах различной подверженности болезням: на такие «полоспецифичные» гены сильнее действует естественный отбор, быстрее накапливаются мутации именно у мужчин. Вспомним, что болезнь Паркинсона развивается у мужчин чаще, чем у женщин. Возможно, на подобные данные в будущем будут опираться при разработке индивидуальной терапии препаратами.

Однако есть и более радостные новости: отличий в работе «генов головного мозга» не выявили [17].

Что же касается только женщин, на сегодняшний день есть информация по поводу взаимосвязи гиперэкспрессии (чрезмерной активности генов, которая усиливает проявление какого-либо признака) генного комплекса ESC/E(Z) и предменструального дисфорического расстройства (ПМДР) – тяжелой формы ПМС, которая является наследуемой [18].

В развитии ПМС ведущая роль принадлежит половым гормонам. Их уровень меняется в зависимости от фазы цикла. Причины возникновения всех симптомов еще не до конца ясны, так как имеет место огромный комплекс факторов. Например, индивидуальные генетические особенности женщины, диета, уровень стресса, количество алкоголя и наличие вредных привычек [19].

В исследуемой группе женщин с ПМДР ученые выявили гиперэкспрессию более половины генов комплекса ESC/E(Z), которые кодируют синтез половых гормонов в ответ на факторы среды по сравнению с контрольной группой [17]. Один и тот же стероидный гормональный стимул яичников вызывает разную реакцию у женщин с ПМДР по сравнению с контрольной группой. Стоит заметить, что дизайн исследования полностью исключал влияние многих внешних факторов, таких как питание, стресс или физическая активность. Более подробный механизм связи с изменением настроения и воздействием на нейроны еще предстоит выяснить.

А что насчет ориентации? Согласно данным одного исследования гомосексуальную ориентацию от 8 до 25 % могут определять гены [20]. Сразу хочется отметить: все-таки на сексуальную ориентацию влияет множество факторов, которые еще предстоит изучить, и притом нет единого «гомо-гена». Кроме того, авторы исследования не использовали чтения полных геномов. Они смотрели вариации в некоторых, далеко не во всех, участках ДНК. Поэтому требуется провести еще много исследований, чтобы наверняка установить генетическую природу ориентации [21].

Но на этом поиски не остановились: группа ученых под руководством Андреа Ганна из Массачусетской больницы в Бостоне взяла генетический материал 409 тыс. человек 40–69 лет, зарегистрированный в UK Biobank, и 68,5 тыс. из базы данных 23AndMe. Этот генетический материал проанализировали, чтобы узнать о наличии каких-то закономерностей в геноме в зависимости от сексуальной ориентации.

И что же? В своей работе ученые использовали огромную выборку, но так и не нашли единого гена, который отвечал бы за гомосексуальность. Были отмечены предрасполагающие комбинации генов, которые при определенных условиях могут проявить себя. А могут и нет. Думаю, что работы в этом направлении еще будут появляться в ближайшее время, ведь геном до сих пор остается не до конца изученным, а вопрос открытым.