English Deutsch
Новости
Эксперты отвечают

Почему мы до сих пор не сгинули от мутаций?

Вопрос читателя: Давно читаю ваш ресурс, спасибо огромное за ваши мероприятия и работу, дышится легче и узнаю много нового. Мой вопрос наверное банален, я тут прочитал данную статью на элементах. И потом мне на глаза попалось такое мнение: (полная цитата) «Абсолютно каждый новорожденный человек несет в своем геноме в среднем 70 новых мутаций. Раньше думали, что это не так уж много, потому что всего полтора процента нашего генома кодирует белки: есть вероятность, что из 70 мутаций ни одна вообще не попадет в жизненно важную область. Но теперь выясняется, что функционально значимы не менее 10% всего генома человека. И это значит, что каждый новорожденный несет около семи новых мутаций, которые потенциально вредны. Даже самый консервативный расчет показывает, что никакой отбор не успеет удалить такой мутационный груз: наш вид обречен сгинуть под ним всего за десяток поколений. И, кстати, плодовая мушка дрозофила сгинет тоже, потому что у нее похожая статистика, хоть ее и не так жалко, как нас.

Тем не менее, пока не сгинули ни мы, ни мушка. А значит, во всей этой истории с мутациями и отбором есть какая-то ошибка». 

Не могли бы вы прокомментировать данное распространённое мнение. Мои малозначительные и неуверенные догадки, что можно ответить в таком случае таковы: мутация в каком-то гене не обязательно плачевно влияет на какую-то жизненно важную функцию, то есть есть может измениться уровень экспрессии гена, переключиться какой-то триггер, важны не только белки которые требуются для какой-то внутренней химии, например фактор транскрипции может опять же изменить реакцию организма на какой-то стимул, всё это слегка модифицирует реакции организма, а не приводит к его смерти или бесплодию. Кроме того, мутации разбросаны не хаотично по хромосомам, некоторые области активно тасуются, а какие-то консервативны и активно восстанавливаются. Как-то так. Но может я не прав.

Светлана Боринская: Все генетические различия между людьми возникли в результате когда-то произошедших мутаций. Они прошли отбор в поколениях. Вредные мутации отсеиваются отбором - чем вреднее, тем быстрее. 

Вновь появившиеся мутации могут быть как нейтральными, так и вредными. Некоторые оказываются полезными. Вредность или полезность зависит от условий среды. 

Отбор начинается с момента формирования половых клеток. Часть сперматозоидов нежизнеспособна и имеющиеся у него мутации, и в том числе те, которые делают его нежизнеспособным, включая как старые, так и новые, никому передать не может. Отбор происходит и при созревании яйцеклеток. 
После зачатия отбор продолжается. Есть оценки, показывающие, что около половины беременностей спонтанно прерывается (значительная часть на ранних этапах), если зародыш имеет несовместимые с развитием нарушения. Если остановка развития происходит на ранних этапах, в первые недели, то женщина этого может даже не заметить.

Среди родившихся детей отбор продолжается. Дети с тяжелыми наследственными нарушениями погибают в первые годы жизни.  Раньше детская смертность достигала 60%, и в этом тоже большой вклад отбора. Погибшие при катастрофах, убитые в войнах - не отбор, умершие от инфекционных болезней - отбор.

Когда мы рассматриваем возможные эффекты мутаций, надо учесть,  что люди - диплоидные организмы. Вновь возникшая у папы мутация, даже очень вредная, может быть рецессивной и не проявится в присутствии нормального маминого гена. В обществах с близкородственными браками "защита" этого типа ослаблена, так как оба родителя могут оказаться носителями вредной мутации. 

То же верно и для регионов, где частота вредных мутаций высока, как в случае с мутациями, защищающими от малярии. Среди гетерозиготных носителей защитных мутаций  ниже смертность от малярии. В популяции таких носителей может быть половина и больше. Но платой за эту защиту была смерть младенцев, которым досталось две мутации - они погибали от болезни крови. Сейчас медицина позволяет спасать их, но это означает пожизненное лечение и многие проблемы как для самого пациента, так и для общества. Поэтому есть программы генетического мониторинга, позволяющие разными методами снизить долю рождения больных детей. Это тоже отбор, но уже не естественный, а управляемый обществом. 

Среди мутаций, прошедших сквозь все эти фильтры, часть не портит жизнь и не проявляется внешне, но очень вредна с точки зрения поддержания вида. Это мутации, делающие человека бесплодным (тут мы возвращаемся к нежизнеспособным сперматозоидам и яйцеклеткам). До 20% супружеских пар бесплодны, и по некоторым оценкам  треть из них - по генетическим причинам. 

Остальные мутации позволяют иметь потомство даже если внешне проявляются. Например, если человек совсем лысый и даже  бровей нет (есть такая точечная мутация в гене фосфолипазы А), это не мешает ему иметь детей. Или в случае ахондроплазии (вид карликовости, обусловленный мутацией в гене рецептора гормона роста) - 80% пациентов получили мутацию de novo, но 20% получили ее от своих родителей, также имевших ахондроплазию.

Судьбу мутаций можно проследить на известном генетическом исследовании, проведенном при идентификации останков семьи последнего российского императора Николая II. У царевича Алексея была гемофилия, мутацию он получил от своей матери императрицы Александры, которая унаследовала ее от королевы Виктории. Мутация находится на Х-хромосоме, поэтому у женщин не проявляется, у них имеется вторая Х-хромосома с нормальным геном. Ни у кого из предков королевы гемофилия не отмечена.

Современные исследования показывают, что в случае гемофилии носители мутации de novo наследуют ее в большинстве случаев от отца. Поэтому можно предположить, что королева Виктория тоже получила ее от отца. На момент рождения дочери герцогу Кентскому было за пятьдесят. В трех поколениях потомков королевы рождались мальчики с этим заболеванием, но среди ее ныне живущих потомков больных гемофилией нет.  На рис. 1 мужчины с гемофилией указаны красными квадратиками, женщины-носительницы мутации - кружками с красным сектором. Носительство мутации для женщин установлено по наличию больных сыновей, для царицы Александры и ее детей установлена конкретная мутация гемофилии. Генотипы остальных женщин не известны.

Другая мутация в царской родословной произошла, видимо, у матери Николая II Марии Федоровны. Эта мутация в митохондриальной ДНК  была обнаружена при генетическом исследовании останков из захоронения царской семьи.  У Николая II и его брата Георгия, чьи останки тоже были исследованы, имеется митохондриальная ДНК двух типов, отличающихся друг от друга одной нуклеотидной заменой. Один из вариантов (с нуклеотидом С) является "канонической версией", другой (с нуклеотидом Т) - результат мутации. У потомства произошло то, что генетики называют расщеплением - одна из версий потерялась и они имеют не два вида мтДНК, а только один. 

Анализ ДНК показал, что у внука Марии Федоровны, сына Ольги, осталась версия "С", а у праправнучки от дочери Ксении - версия "Т" (рис. 2). И если гемофилия доставила горе семьям больных детей, а в России сказалась и на судьбе империи, то мутация в мтДНК никак не проявлялась и лишь доставила дополнительные хлопоты генетикам при идентификации. 

Рисунки из статьи: Григоренко А.П., Боринская С.А., Янковский Н.К., Рогаев Е.И. Достижения и особенности в работе с древней ДНК и с ДНК из сложных криминалистических образцов. // Acta Naturae 2009, № 3, 56-68


Интересно

Бумеранг, используемый на охоте, в большинстве случаев не возвращается, это, собственно, разновидность метательной пали­цы. Возвращающийся бумеранг используется в основном только для развле­чения. Аборигены центральной и северной частей Северной Территории пер­воначально бумерангов не знали и сейчас делают их только как сувениры...

Catalog gominid Antropogenez.RU