30.10.2015 11:02

Расшифровка генома человека: Тайна мутации

Человеческий геном был впервые прочитан 15 лет назад. С тех пор наука обогатилась множеством знаний о том, как изменялась наша природа на протяжении тысячелетий. Американские ученые попытались выяснить, насколько быстро мы мутируем как в масштабах эволюции, так и в пределах нескольких поколений? Ответ на этот вопрос может испугать.

Фото: Источник: фотоархив Pravda.Ru

Проект по расшифровке генома человека стартовал в 1990 году. Его ведущим специалистом стал Джеймс Уотсон, американский биолог и лауреат Нобелевской премии по медицине за открытие структуры молекулы ДНК. Хотя целью исследования было понять строение генома Homo sapiens, по мере изучения генетического материала человека ученые также заинтересовались геномом некоторых бактерий, насекомых и млекопитающих — например, мышей и шимпанзе.

В 2000 году исследователи выпустили "черновик" структуры генома, а в 2003 представили полную модель. Однако анализ некоторых участков не завершен по сей день. В целом же проект исследования человеческого генома имеет как академическую, так и практическую ценность. Одна из тем, которая волнует даже тех, кто не является специалистом в биологии — мутация.

Мутагенез в каком-то смысле является естественным процессом: даже в здоровом организме клетки неизбежно мутируют. Мутации являются естественным двигателем эволюционных изменений, но они же становятся причиной многих тяжелых заболеваний. Разные виды организмов мутируют с различной скоростью, но мутаций еще никто не избежал.

По своему влиянию мутации делятся на нейтральные и не нейтральные. Нейтральные, как понятно из названия, не влияют на приспособление организма к окружающей среде, а не нейтральные, соответственно, могут оказаться вредными или полезными.

К сожалению, вредоносных мутаций по вероятностным законам всегда оказывается намного больше: удачные новые комбинации генетического материала встречаются не часто. Поэтому, чем ниже темп мутагенеза, тем выше будет выживаемость данного вида или потомков конкретного организма.

За одним исключением: при резких изменениях окружающей среды более сохранными оказываются те виды, которые мутируют быстро. К тому же, природа просто "не может позволить" себе тратить энергию организма на постоянную точную репликацию (воспроизведение) и репарацию (починку) всех клеток.

Поэтому все виды, сохранившиеся в современном мире, быстрее или медленнее мутируют. Люди не являются исключением. Более того — как выяснилось, Homo sapiens и другие млекопитающие значительно обгоняют остальных живых существ по темпам мутагенеза. Американские генетики опубликовали в журнале Science статью, в которой подвели итоги изучения процесса мутаций человеческого генома.

По словам ученых, мутации можно условно подразделить на соматические и мутации зародышевой линии. В первом случае мутация изменяет соматические клетки организма, не связанные с размножением, а мутация зародышевой линии изменяют половые клетки и передаются по наследству.

Раньше оценка скорости и частоты возникновения мутаций зародышевой линии была весьма приблизительной: генетики и врачи могли судить о них лишь по четким внешним проявлениям вроде определенных наследственных болезней. Такие врожденные патологии называют "менделевскими": они вызываются единичными мутациями и наследуются четко в соответствии с законами знаменитого ученого.

По недавним данным, темп таких мутаций оценивается примерно в 1, 28 мутаций на 100 млн пар нуклеотидных оснований за поколение (1,28×10-8 на нуклеотид за поколение). Переводя на более простой язык — это 77 новых мутаций на каждого новорожденного младенца.

Еще один способ изучения скорости мутагенеза человека — сравнение генома Homo sapiens и других приматов. Зная время расхождения видов в процессе эволюции, ученые рассчитывают скорость мутаций каждого из них с учетом нейтральных различий между видами и времени жизни последнего общего предка.

Правда, надежность данного метода невелика из-за обилия неучтенных факторов, влияющих на темп генетических изменений. Поэтому после прочтения генома шимпанзе скорость мутаций человека была оценена по этому методу как 132 новых мутации на геном — в два раза больше, чем показал метод анализа наследственных заболеваний.

В последнее же время появилась возможность оценивать темп мутагенеза напрямую, сравнивая генетический материал родителей и детей. А палеогенетические данные позволяют прочесть геном неандертальцев и вычислять, насколько меньше генетических отличий от общего предка успела накопить линия, вымершая десятки тысяч лет назад, по сравнению с сегодняшними людьми.

По данным этих сравнений, мы мутируем со скоростью примерно 1,0×10^-8 до 1,2×10^-8 замен на нуклеотид за поколение, то есть в среднем 60-72 новых мутаций на человека.

По прикидкам ученых, из 60-70 новых мутаций в геноме среднестатистического новорожденного примерно 3-7 являются вредными. Темп возникновения полезных мутаций точно не известен, но они настолько редки, что их появлением в масштабе одного поколения можно пренебречь.

Скорость мутирования человечества впечатляет. Только лишь за прошедшее поколение население планеты получило более 10¹¹ точечных мутаций. Поскольку это число значительно превышает число нуклеотидов в геноме, что каждая из возможных точечных мутаций имеется у сотни-другой людей на Земле. Полиморфизмы (различия в последовательности ДНК длиной в один нуклеотид) отследить пока намного сложнее, но, по-видимому, и их окажется немало.

Кстати, главный источник наследственных мутаций на сегодняшний день — это немолодые папы. Известно, что наибольшую долю наследственных мутаций генома дети получают именно от отцов. А чем старше мужчина, тем больше генетических изменений в его сперматозоидах.

С возрастом матери число мутаций в ее яйцеклетках не увеличивается, но вероятность рождения детей с хромосомными нарушениями, вроде синдрома Дауна, растет. Словом, предостерегают ученые, заводить детей лучше все-таки в молодом возрасте.

Тенденция к увеличению среднего возраста отцовства и материнства дополнительно усиливает и без того высокий риск генетических нарушений в масштабах человечества.

Также по теме:

Теорию эволюции можно доказать

Геном человека пролил свет на тайны истории

Человеческая цивилизация исчезнет уже в этом веке