Люди и мутанты
Кирилл Стасевич, Компьюлента
Рост населения Земли привёл к появлению редких мутаций
Возникновение новых генетических отклонений и повышение частоты редких мутаций не обязательно требует зашкаливающего радиационного фона вокруг – достаточно лишь резко увеличить численность популяции.
Причина, по которой в современном мире всё чаще встречаются генетические заболевания, кроется не только в загрязнённой окружающей среде, кишащей мутагенами. Как сообщают в журнале Science учёные из Корнеллского университета (США), новые, прежде невиданные мутации начали проявляться лишь потому, что нас стало больше (Recent Explosive Human Population Growth Has Resulted in an Excess of Rare Genetic Variants).
Частоту той или иной мутации можно предсказать с помощью методов популяционной генетики, которая совмещает инструментарий классической генетики с положениями эволюционной теории. Основные параметры, которые при этом берутся в расчёт, – это величина популяции, её динамика, уровень мутагенеза, характер интересующей нас мутации. Это позволяет предсказать будущее генетического отклонения – закрепится ли эта мутация в популяции или же исчезнет, и как скоро это произойдёт. Однако, как утверждают авторы статьи, обычные математические модели не приспособлены к ускоренному росту численности вида.
А именно это и произошло с человечеством: за последние десять тысяч лет численность людей подскочила с нескольких миллионов до 7 миллиардов, причём наибольшее ускорение случилось за последние две тысячи лет, или за последние сто поколений. Разумеется, даже внутри последнего отрезка времени рост этот был нерегулярным, какое-то время численность человечества росла постепенно, пока общий прогресс не сделал существование человека более комфортным и безопасным. Чтобы оценить генетическую динамику популяции, исследователи обычно моделируют её рост из какого-то начального числа особей. В данном случае было показано, что генетическую динамику в человеческих популяциях лучше оценивать в выборке в 10 тысяч индивидуумов – против нескольких десятков, которые использовались в предыдущих моделях. Старые модели, исходившие из линейного, а не экспоненциального роста популяции, в предсказаниях частот мутаций давали пятисотпроцентную ошибку. Следует подчеркнуть, что тут в первую очередь важен характер роста: постепенный, линейный рост популяции даёт время редким мутациям уйти из генофонда.
Взрыв численности населения привёл к тому, что многие редкие варианты генов встречаются намного чаще, чем ожидалось. Таким образом, естественный мутагенез имеет огромное поле для работы, и в будущем человечество ждут новые мутации, вызванные из небытия перекосом в популяционной динамике. Возможно, фантастические «Люди Х» станут банальной реальностью – и не выйдут из секретных лабораторий, а образуются естественным эволюционно-генетическим путём.
Вряд ли будет большим преувеличением сказать, что уже сейчас почти каждый из нас хоть в чём-то, но мутант. Но в первую очередь, конечно, полученные результаты позволят по-новому оценить, насколько большую опасность представляют генетические заболевания, от самых простых до сложных вроде аутизма, который может развиться из-за десятков и сотен различных мутаций.
Подтверждено увеличение числа редких мутаций у человека
На прошлой неделе учёные из Корнеллского университета (США) сообщили о том, что существующие популяционно-генетические модели не могут адекватно описать динамику генов у человека. Взрывной рост человеческой популяции должен был повысить частоту многих редких мутаций, на которые до сих пор генетики не обращали внимания. Исследователи проводили анализ теоретических моделей, чтобы узнать, какая лучше подходит для описания роста численности человечества. А на днях теория получила экспериментальное подкрепление: в журнале Science появились две статьи (Evolution and Functional Impact of Rare Coding Variation from Deep Sequencing of Human Exomes и An Abundance of Rare Functional Variants in 202 Drug Target Genes Sequenced in 14,002 People), авторы которых полностью подтверждают предположение о повышенной частоте редких мутаций в геноме современных людей.
Вот некоторые цифры. Исследователи из Вашингтонского университета в Сиэтле (США) прочитали 15 585 генов у 2 440 людей и обнаружили, что у 86% из них были варианты генов, которые принято считать редкими. Тут следует сказать, что из всех мутаций, традиционно связываемых с медицинскими последствиями, 95% относятся именно к редкой группе. Второй проект был выполнен командой из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе (США). Её результат: 202 просеквенированных гена у 14 тысяч людей, 95% вариантов генов оказались редкими. При этом 74% видов мутаций обнаруживались не более чем у двух человек. Такой урожай редких генетических вариантов удалось собрать благодаря особой методике чтения генов, когда одна и та же «буква» в ДНК анализировалась почти сотню раз.
Столбиками обозначены прочитанные гены, их высота указывает на число вариантов этих генов.
Вероятность обнаружения большинства мутаций менее 0,5%, и чтобы увидеть их,
требуется большее количество генетического материала
(рисунок авторов исследования).
Значение этих результатов для генетики вообще и для медицинской генетики в частности, что называется, трудно переоценить. Модели популяционной динамики могли лишь предполагать вероятность повышения частот редких мутаций. Но конкретные цифры и конкретные варианты генов можно узнать только вот из таких экспериментальных и чудовищно трудоёмких исследований. В последние годы генетики усиленно охотятся за мутациями, которые помогли бы объяснить происхождение многих наследственно-генетических заболеваний. Но обычные, легко обнаруживаемые мутации постоянно оказывались недостаточными, чтобы объяснить болезнь. Теперь же, с полученными результатами по редким мутациям, многое в медицинской генетике может стать понятным.
При этом исследователям ещё предстоит научиться анализу такого рода данных. Во-первых, очевидно, что для выявления генетических вариантов нужно порой использовать колоссальное количество материала – образцы ДНК от тысяч и десятков тысяч человек. Во-вторых, распределение и проявление этих мутаций может зависеть от конкретной популяции, то есть один и тот же вариант гена может по-разному влиять на жителей Центральных штатов США и Среднерусской возвышенности. И последнее: по оценкам исследователей, каждый человек из тех, чью ДНК они анализировали, несёт в среднем от 25 до 31 мутаций. Чтобы оценить шансы получить генетическое заболевание, нужно уметь во всех тонкостях разбираться в этом мутационном букете.
Портал «Вечная молодость» http://vechnayamolodost.ru
18.05.2012