В Калининграде старший научный сотрудник (senior PostDoc) центра интегративной генетики университета в Лозанне (Швейцария), профессор-исследователь института живых систем БФУ имени Канта Константин Попадьин рассказал коллегам из БФУ о том, что с точки зрения генетики отличает одного человека от другого, почему груз мелких генетических поломок у людей с синдромом Дауна понижен, и о том, как строится сотрудничество с нашим университетом.
– Константин Юрьевич, недавно вы с коллегами завершили серьезное исследование. В чем оно заключается? К каким результатам удалось прийти?
– Американский научный журнал Genome Research принял к публикации статью, которая выйдет в первых числах января 2018 года. Сейчас идет верстка номера и подготовка иллюстраций. Эта статья – плод многолетней работы, которую мы провели вместе со швейцарскими и российскими коллегами. В ней излагается одна любопытная, на наш взгляд, теория. Попытаюсь её изложить в популярной форме. Ученые уже достаточно давно научились находить крупные ошибки в геноме человека. Очень часто такие ошибки приводят к разнообразным заболеваниям. Однако генетики пока не до конца понимают, почему здоровые люди сильно отличаются друг от друга — мы все разного роста, воспринимаем информацию с разной скоростью, по разному выдерживаем физические и психологические нагрузки…
Причину здесь, помимо воздействия окружающей среды, следует искать в свойствах нашего генома.
Геномы людей отличаются друг от друга тремя типами генетических вариантов — нейтральными, полезными и вредными.
Подавляюще большинство отличий между геномами разных людей – нейтральные. То есть, безвредные. Они, по определению, не влияют ни на какие наши свойства и особенности. Очень редко бывают положительные мутации.
Например, несколько десятков тысяч лет назад у людей появилась способность перерабатывать лактозу (сахар, содержащийся в молоке) не только в детском, но и во взрослом состоянии. Генетический вариант, обусловливающий эту способность, увеличил приспособленность человека, поскольку позволил взрослым людям употреблять коровье молоко – продукт, который богат энергией. Но распространена эта мутация не во всех популяциях. Например, в Китае, где молочные продукты не в ходу, данный вариант достаточно редок (содержится меньше чем у 5 процентов населения), а в северной Европе, где молочные продукты часто используются в пищу — этот вариант существует у 80 процентов населения. Налицо результат естественного отбора.
Помимо нейтральных и полезных мутаций существуют еще вредные мутации. Причем сильновредные мутации быстро элиминируются отбором и, таким образом, очень редки в нашей популяции, а вот слабовредные мутации — те, которые уменьшают нашу приспособленность совсем чуть-чуть (например, на одну сотую или одну десятую процента), — могут быть очень частыми. Во многом именно они определяют то, почему мы такие разные.
– То есть, мы отличаемся друг от друга количеством мелких поломок в геноме?
– По большей части – да. Мы разные потому, что у нас разный фон слабовредных мутаций. У каждого человека, даже, если он абсолютно здоров, около тысячи таких мелких поломок в геноме. У кого-то, положим, их 1200, а у кого-то всего 800.
И это, скорее всего, объясняет, почему один бегает быстрее, а другой медленнее, почему у одного больше детей, чем у другого, почему люди стареют с разной скоростью, почему по-разному усваивают новые знания и так далее.
И в этой связи мы обратили внимания на парадокс, связанный с людьми с синдромом Дауна. Посмотрите, что получается.
Эти люди имеют серьезный генетический дефект — дополнительную хромосому под номером 21. Большинство плодов с синдромом Дауна (где-то 80 процентов) элиминируются на первом триместре беременности — происходят спонтанные выкидыши. Однако 20 процентов таких плодов выживает, дети появляются на свет.
Почему это происходит? В чем разница между плодами, которые были элиминированы, и теми, что родились? Ведь во всех случаях существует дополнительная хромосома под номером 21. Мы предположили, что у тех, кто смог родиться, несмотря на серьезный генетический дефект, груз мелких мутаций понижен.
Чтобы было понятно, предлагаю представить двух людей с мешками за спиной. В мешках – мелкие камни. У кого-то этих камней много, у кого-то – мало. И, если в оба мешка положить по большому, тяжелому камню, то тот, у кого много мелких камней, может не выдержать общего груза. А тот, у кого маленьких камней поменьше, вполне может сдюжить. Переводя эту аналогию на генетический язык, мы предполагаем, что небольшое число мелких генетических поломок помогает выдержать дополнительную сильно вредную мутацию (экстра хромосома 21).
Иными словами, люди с синдромом Дауна, как это ни парадоксально, имеют меньше слабовредных мутаций по сравнению с обычными людьми. Если пофантазировать и представить себе, что мы можем удалить (вылечить) эту экстра хромосому, то мы ожидаем, что люди с синдромом Дауна окажутся здоровее, чем средний человек в популяции. Ведь они прошли очень суровый, очень жесткий эмбриональный отбор и сумели выжить. Вот, собственно, об этом и идет речь в статье, которая будет опубликована в Genome Research.
– А как это знание может использовать на практике?
– Очень важно, что мы начинаем понимать, как происходит эмбриональный отбор, как проходит эмбриогенез, и это полезно для того, чтобы научиться лечить некоторые генетические заболевания в будущем.
– Как будет строиться ваше сотрудничество с БФУ?
– Первый раз я приехал в Калининград где-то около года назад по приглашению моего коллеги Ильи Мазунина, который возглавляет лабораторию молекулярно-генетических технологий Института живых систем. Я прочитал здесь лекцию, и мне понравилось. Особенно понравились студенты. Они пытливые, заинтересованные, по-хорошему мотивированные. Мне очень удобно, комфортно здесь работать, и я надеюсь осуществить здесь много интересных проектов. В том числе будем развивать тему, о которой я рассказал. Она представляется весьма перспективной. Я рад что БФУ имени И. Канта участвует в программе "5-100" по повышению международной конкурентоспособности российских университетов. Программа 5-100 поддерживала моё исследование людей с синдромом Дануа и, в данный момент, поддерживает мою лабораторию и студентов в институте живых систем.
Максим Патрушев, директор Института живых систем БФУ им. Канта:
– Исследование профессора нашего института Константина Попадьина имеет фундаментальный характер, оно дает нам возможность лучше понять то, как проходит эволюционный процесс и процесс онтогенеза, то есть, индивидуальное развитие организма. Теоретически полученные знания можно использовать для определения степени риска рождения ребенка с синдромом Дауна. Можно провести генетический анализ родителей (это дорого, но технически возможно) и выяснить, какова генетическая нагрузка. Если она очень большая и, если женщине за сорок лет, то тогда вероятность рождения ребенка с синдромом Дауна, к сожалению, достаточно велика.
Дзен