люди с хорошими генами

От чего страдают сверхлюди: обратная сторона полезных мутаций

756322301289968

Мутации — двигатель эволюции живых организмов

Слово «мутация» в обычной жизни окрашено, как правило, не в самые радужные цвета. На ум приходят патологии, заболевания и другие неприятные изменения организма. Однако мутации — это не добро или зло, но стандартный механизм природы. В живом организме такие изменения происходят постоянно. Клетки делятся все время и иногда делают это с ошибкой. Большинство неточностей тут же находит такой механизм организма, как репарация, и моментально исправляет.

Геном — это совокупность всех хромосом. Каждая хромосома состоит из ДНК и белков. Гены образованы из группы последовательных нуклеотидов и расположены по всей молекуле ДНК.

Но иногда, по разным причинам, например, когда ошибок очень много, репарация оказывается бессильна, и «неправильные» клетки продолжают развиваться с поломкой. Значительная часть мутаций обычно «вымывается» из популяции, как невыгодная: это делает естественный отбор, к тому же около 20% людей по разным причинам не оставляют потомства. Однако некоторые мутации закрепляются, в одних случаях они приводят к врожденным болезням, в других — могут вывести человечество на новый этап развития.

«Если мутация дает какое-то явное преимущество, — увеличивает приспособленность, вероятность выжить, повышает плодовитость, делает организм более адаптированным, то обычно этот вариант вытесняет все остальные. Очень быстро, в течение нескольких поколений, он фиксируется в популяции, что поддерживается естественным отбором. Вместо изменчивости, или иначе — полиморфизма генов, мы наблюдаем один вариант», — объясняет Константин Крутовский, профессор Гёттингенского университета (Германия), ведущий научный сотрудник Института общей генетики им. Н. И. Вавилова РАН, профессор кафедры геномики и биоинформатики Сибирского федерального университета.

Так случилось с нашими предками. Ученые Калифорнийского университета (Сан-Диего, США) обнаружили, что 2–3 млн лет назад у гоминид, древних предков современных людей, случилась мутация гена CMAH, благодаря которой у них появилось больше мышц, потовых желез, а также возросла выносливость. Эти новые особенности обеспечили первым людям доминирование над другими обитателями планеты: теперь они могли быстро бегать, причем на дальние расстояния, и охотиться днем в жару, когда другие хищники прятались в тени.

50 тыс. лет назад мигрировать из Африки на территорию современной Европы людям помогла мутация в гене ACTN3, кодирующем белок α-актинин-3. Благодаря ей предки европейцев смогли справиться с прохладным климатом, тело научилось обогревать само себя. Этот генотип редко встречается у этнических групп, живущих в жарких регионах: его имеет всего 1% кенийцев и нигерийцев.

Какие бывают мутации

Все мутации возникают спонтанно. От тех из них, что случаются без внешних воздействий, не застрахован абсолютно никто — даже самый здоровый человек, живущий в идеальном климате и питающийся правильной едой.

В другом случае клетка может мутировать под влиянием внешних факторов:

Все эти изменения происходят в теле конкретного организма и касаются только его. Другое дело, когда мутации затрагивают половые клетки. Будущее потомство может унаследовать измененные гены, которые «поломались» у родителей.

Мутировавшие гены могут нести нейтральные, вредные и полезные последствия. Последних — меньше всего. Когда случается мутация, шансов, что она что-то улучшит, а не наоборот, — очень мало. Но бывают и счастливые исключения. В гене происходят изменения, которые дают человеку новую способность, помогающую лучше приспособиться или даже выжить в конкретной среде.

Полезные мутации — дар или наказание?

87% тибетцев имеют мутацию в гене EPAS1, позволяющую им комфортно дышать разреженным горным воздухом: высота Тибетского плато составляет 4 тыс. м над уровнем моря, и здесь на 40% меньше кислорода, чем на равнине.

Житель низины не смог бы так жить, у него развилась бы высотная болезнь: головные боли, быстрая утомляемость, детская смертность была бы гораздо выше, чем у жителей гор. У тибетцев нет ни одной из этих проблем. Однако часто такие особенности имеют изнанку.

В 1994 году стала известна история о людях со сверхпрочным скелетом: в Коннектикуте (США) из страшной автокатастрофы водитель вышел без единого перелома. Рентгеновские снимки показали аномально плотные кости. Мужчину отправили в Йельский костный центр где обнаружилось, что его кости плотнее скелета обычного человека такого же возраста в восемь раз.

756322265933142

Позже выяснилось, что никто из его родных никогда ничего себе не ломал и не жаловался на ушибы. Исследования ДНК выявили мутацию в гене LRP5, сделавшую этих людей невероятно устойчивыми к различным повреждениям и ударам. Однако мужчина пожаловался, что ему никогда не удавалось держаться на воде, он всегда считал себя слишком тяжелым для плавания.

«С одной стороны, такие плотные кости менее ломкие, и человеку комфортно жить, осознавая, что риск получить переломы и травмы минимален. С другой стороны, такая плотность костей означает, что человек с большей вероятностью может утонуть, он менее плавучий, в отличие от того, у кого кости более полые», — объясняет Оксана Максименко, руководитель Центра высокоточного редактирования и генетических технологий для биомедицины ИБГ РАН.

Носители мутации G6PD-Mahidol487A, затрагивающей ген фермента G6PD, практически невосприимчивы к малярии. Изменение в структуре серповидноклеточного белка гемоглобина делает эритроцит устойчивым к малярийному плазмодию, передаваемому через укусы комаров.

Естественный отбор позаботился о том, чтобы особенность прижилась в Азии и Африке, страдающих от малярии. Это очень опасный для жизни недуг: в 2019 году от него скончались 274 тыс. детей в возрасте до 5 лет (67% от всех «малярийных» смертей в мире).

Однако, например, от 18% до 25% населения юго-восточной Азии эта болезнь не страшна. Ученые из Института Пастера (Франция) и Университета Махидол (Таиланд) провели крупномасштабное эволюционное и эпидемиологическое исследование и доказали, что мутация позволяет своим обладателям не заболеть от укуса заразного комара, ответственного за половину всех случаев малярии в регионе.

Побочным эффектом мутаций могут стать заболевания крови, например, серповидноклеточная анемия, которая несет целый ряд необратимых последствий: от детских ишемических инсультов, повреждения селезенки у взрослых, легочной гипертензии, почечной недостаточности до летальных исходов.

Мутация в генах SCN9A, SCN11A и PRDM12 куда более редка: известно о полутора сотнях носителей на всей планете. Ее обладатели совсем не чувствуют боли, как Эшлин Блокер из американского городка Паттерсон. Повреждения в генах влияют на нервы, несущие болевые сигналы в мозг.

Эшлин окунала руки в кипяток, сдирала кожу с ладоней под струей отцовской мойки высокого давления, два дня ходила со сломанной лодыжкой, была укушена сотней огненных муравьев и получила много других травм. Никакой боли при этом она не ощущала, зато на теле каждый раз оставались отметины и шрамы.

756322266139979

Люди с такой мутацией редко доживают до 20 лет. Они могут погибнуть даже от аппендицита, потому что у них ничего не болит и проблему они замечают слишком поздно, когда уже началось смертельное воспаление. Эшлин Блокер сейчас 22 года, не так давно она попала в серьезное ДТП, отделавшись испугом.

Источник

Пресс-центр

Как передать ребенку «хорошие» гены

Что нужно знать родителям о «хороших» и «плохих» генах, наследственных болезнях и что мамы и папы могут сделать для здоровья будущего ребенка.

Как возникают наследственные болезни

blobid1536131951190Если генетический код нарушается, то и белок получается «неправильным», либо вырабатывается в слишком большом или слишком малом количестве. Это может привести к расстройствам важных процессов в организме. Так возникают наследственные болезни.

Если изменение произошло в определенном гене и нарушено производство определенного белка, то мутация называется генной. Иногда возникают более грубые нарушения – хромосомные мутации. Самый знаменитый пример хромосомной болезни – синдром Дауна, когда у человека есть добавочная – 21 – хромосома.

Некоторые генные мутации передаются по наследству от родителей к детям. Другие возникают впервые, если у родителя не было нарушения, и оно впервые произошло в яйцеклетке или сперматозоиде. Хромосомные болезни обычно не наследуются: они возникают по разным причинам до, во время или после оплодотворения.

Когда важно посетить генетика

В некоторых семьях повышен риск наследственных болезней. Будущим родителям стоит посетить клинического генетика до наступления беременности в следующих случаях:

Иногда помогает родословная

Из школьного курса биологии многие помнят, что половину генов ребенок получает от мамы, половину – от папы. Следуя той же логике, можно предположить, что от каждой бабушки и каждого дедушки ему достается по четверти генотипа, и можно проследить, от кого ребенок получил половинку той или иной хромосомы.

На деле все не так просто. Яйцеклетка получает новый набор хромосом – точно такого нет ни в одной клетке тела женщины. Одни участки новой хромосомы могут оказаться бабушкиными, другие – дедушкиными. И в каждом случае набор получается уникальным – поэтому (и по ряду других причин) родные братья и сестры не становятся копией своих родителей и друг друга, если только они – не однояйцевые близнецы.

В каждом человеке сильно перемешаны гены от разных поколений. Источник некоторых наследственных заболеваний еще можно проследить, составив родословную. Но если «плохих» генов много, и они не проявляют себя явно, вызывают лишь предрасположенность к тем или иным болезням – понять, откуда они, невозможно. Поэтому и обвинять кого-то из членов семьи в том, что от него ребенку достались «плохие» гены, бессмысленно.

Папы после 50 чаще делают генные «опечатки»

Чем старше родители, тем выше риск того, что их ребенок родится с наследственным заболеванием – это справедливо и для мужчин, и для женщин. В зависимости от того, у кого из родителей произошел сбой, у ребенка могут возникать разные проблемы.

Организм мужчины постоянно производит новые сперматозоиды – до 1500 в секунду. Как бы тщательно ни копировала себя ДНК, в ней могут быть «опечатки», вероятность которых растет вместе с количеством клеточных делений. В мужских сперматозоидах со временем возникают генные мутации. Количество хромосом не нарушено, но в гене может быть ошибка, из-за которой производится неправильный белок.

У отцов старше 50 лет в три раза чаще, чем у 25-летних, рождаются дети, страдающие шизофренией, и в шесть раз чаще, чем у 27-летних, – дети с редким генетическим заболеванием, которое называется синдромом Апера.

Беременная «носит» в своем животе внуков и внучек

У женщин риск наследственных болезней возрастает после 35 лет. Когда девочка появляется на свет, в ее яичниках уже есть половые клетки. Беременная женщина уже носит в своем животе будущих внуков и внучек.

Половые клетки в яичниках долго находятся в «спящем» состоянии, редко делятся, и если в них возникают ошибки, то обычно «по-крупному», на уровне хромосом. У матерей старше 35 лет повышен риск рождения ребенка с синдромом Дауна, у них чаще случаются выкидыши.

В клетках человека есть собственные «электростанции» – митохондрии, они постепенно разрушаются. Чем дольше яйцеклетка «спит» в яичнике, тем «слабее» становятся ее митохондрии. А ведь организм ребенка получает их именно из яйцеклетки, все митохондрии в организме каждого из нас – материнские. Если плод получает от матери «слабые» митохондрии, они копируют себя во всех клетках организма. Есть данные о том, что из-за этого сокращается продолжительность жизни потомства.

Но это не означает, что такая проблема будет у каждой «поздней» мамы. Многие рожают вполне здоровых малышей с «хорошими» генами. Но родителям старшего возраста стоит помнить о повышенных рисках, более тщательно подходить к планированию беременности.

Можно ли выбрать глаз и уровень интеллекта будущего ребенка?

Процедура ЭКО часто дополняется предимплантационной генетической диагностикой (ПГД). Обычно врачи-репродуктологи исследуют гены эмбрионов до подсадки в матку на предмет хромосомных и генных нарушений. Задача – выбрать самого здорового будущего малыша.

А можно ли по генам определить пол будущего ребенка, посмотреть, какой у него будет цвет глаз, волос, уровень интеллекта или физического развития? Оказывается, можно. Но в большинстве стран это запрещено. Врачи помогут зачать здорового ребенка, но заниматься искусственной селекцией не станут.

Если зачатие произошло естественным путем, гены будущего ребенка тоже можно проверить. Для этого используют неинвазивное пренатальное тестирование (НИПТ).

Гены, которые действуют на расстоянии

Как мы уже разобрались, каждый родитель передает ребенку половину своих хромосом. Казалось бы, вторая половина генов, которая не передалась малышу, не имеет к нему отношения. В 2018 году ученые провели исследование, которое показало, что это не так.

Было установлено, что гены мамы и папы, которые не были переданы ребенку, примерно на 30% влияют на уровень его образования. Как гены могут действовать на расстоянии? Если разобраться, в этом нет ничего удивительного.

Когда женщина готовится к зачатию, вынашивает ребенка, затем вскармливает его грудью, в ее организме продолжают функционировать оба набора хромосом. Ребенку передался лишь один из них, но и второй оказывает на него влияние на через материнский организм, грудное молоко. От этого в будущем зависят привычки питания, здоровье.

Отец не носит ребенка в животе и не кормит грудью. Он влияет на то, каким вырастет ребенок, через воспитание, личный пример.

Не хромосомами едиными

Из всего вышесказанного следует, что у родителей есть не так много способов повлиять на гены будущего ребенка. Но ведь на наследственности свет клином не сошелся. Многое зависит от внешней среды.

Характер и личность формируются благодаря воспитанию, высокий интеллект – обучению, а рост и вес зависят от питания. Здоровье и продолжительность жизни тоже на роду не написаны, если заботиться о своем организме. И это как раз то, на что мама и папа могут повлиять. Хорошие привычки закладываются в детстве.

Источник

Комфортная антиутопия: как мир примиряется с генной модификацией людей

GettyImages 1124680799

Двойняшки, которым запрограммировали иммунитет к ВИЧ на генетическом уровне, родились пять месяцев назад. Тогда научное сообщество раскритиковало подобные исследования. Теперь Всемирная организация здравоохранения призывает ученых поделиться опытом. За тем, как из антиутопии генная инженерия превращается в норму, наблюдают «Известия».

RIAN 5694213.HR .ru

В ноябре 2018 Хэ Цзянькуй (He Jiankui), китайский ученый из Южного университета науки и технологий в Шэньчжэне, рассказал о рождении близняшек с измененным геномом. Чтобы защитить детей от ВИЧ, он был отредактирован во время беременности.

Задачей ученого было «отключить» ген CCR5, который связан с формированием белка, позволяющего вирусу попасть в клетку. Хэ работал с парами, в которых ВИЧ-положительными были только мужчины. Они принимали препараты и потому были незаразны. Геном был изменен в 16 эмбрионах, из них 11 были использованы для искусственного оплодотворения. Одна женщина в результате забеременела. Обе копии гена CCR5 удалось изменить лишь у одной из близняшек. У второй отредактирована одна копия, так что она может в будущем заразиться ВИЧ. Позже Хэ заявил, что еще одна женщина ждет ребенка с отредактированным геномом.

Об этой работе ученый рассказал на Втором международном саммите по генетическому редактированию человека в Гонконге. И хотя отдельные коллеги поддержали его исследования, большинство отнеслось к ним негативно.

png

ERS 5962 1

Отредактированные дети

Ведущий конференции в Гонконге нобелевский лауреат Дэвид Балтимор (David Baltimore) назвал эксперимент безответственным. «Отключение» гена CCR5 повышает опасность заражения лихорадкой Западного Нила и другими вирусными заболеваниями, а также увеличивает вероятность смерти от гриппа. «Я не думаю, что в этом была медицинская необходимость. Список заболеваний [к которым в результате эксперимента снизилась сопротивляемость двойняшек], который был озвучен во время дискуссий, вызывает гораздо больше опасений», — заявил Балтимор.

Неприемлемым назвала эксперимент и Дженнифер Дудна (Jennifer Doudna), одна из создательниц технологии редактирования генома CRISPR/Cas9, которую, предположительно, использовал Хе. Коллега Дудны Фэн Чжан также поддержал мораторий на имплантацию отредактированных эмбрионов.

png

Вскоре от исследований Хэ открестился его университет. На сайте появилось объявление о том, что он не ставил руководство в известность о своей работе. И вообще с февраля 2018 года по январь 2021-го находится в неоплачиваемом отпуске. Раздел, посвященный работе с детьми, на сайте лаборатории самого Хэ недоступен. И он не выпустил ни одной статьи об исследовании в рецензируемом научном журнале, хоть и говорил на конференции, что статья передана в одну из редакций. Так что все сведения об успехе эксперимента основаны на выступлении в Гонконге и интервью Associated Press. В университете, как и в больнице, которая якобы одобрила исследования, отметили, что шокированы произошедшим и проводят собственные расследования.

Непонятно и на чьи деньги проводился эксперимент. На саммите Хэ отказался отвечать на этот вопрос. Позже в одном из интервью сказал, что работа финансировалась на частные средства.

Финалом скандала стало заявление правительства Китая о запрете редактирования генома эмбрионов. Подобный запрет до этого был введен во многих странах. Из-за этого Китай и был выбран местом эксперимента Хэ и его бывшим научным руководителем, физиком и биоинженером Майклом Димом (Michael Deem) из Университета Райса в Хьюстоне.

Сюй Нанпин, вице-министр Китая по науке и технологиям

Эксперимент перешел грань морали и этики, которых придерживается академическое сообщество, и оказался шокирующим и неприемлемым.

RIAN 3318221.HR .ru

Ген на милость

За пять месяцев, прошедших с тех пор, отношение к редактированию генома в научном сообществе изменилось. Резкое осуждение превратилось в острожный интерес.

Сторонники китайских опытов были с самого начала, пусть и в меньшинстве. Например, гарвардский генетик Джордж Черч (George Church), обративший внимание на то, что ВИЧ — растущая угроза для человечества. Или заведующий лабораторией эпигенетики развития Института цитологии и генетики СО РАН Сурен Закиян. По его словам, если заявления Хэ правда, «то это колоссальный прорыв для фундаментальной науки».

Тут надо отметить, что вопрос о том, реально ли Хэ достиг успеха, остается открытым. Все личные данные участников эксперимента конфиденциальны.

Больше того, вскоре после скандала выяснилось, что подобными исследованиями занимаются ученые во многих странах. В том числе в России с 2017 года в Национальном медицинском исследовательском центре имени Кулакова.

png

Денис Ребриков, заведующий лабораторией редактирования генома Национального медицинского исследовательского центра имени Кулакова

В рамках нашей исследовательской работы, продолжающейся с начала 2017 года, мы вносим в геном зиготы такую же модификацию, что и Хэ, с той лишь разницей, что мы не подсаживаем полученные эмбрионы пациенткам.

Отказ от выращивания эмбрионов с отредактированным геномом заведующий лабораторией редактирования генома Денис Ребриков объяснил тем, что побочные эффекты не изучены. И этически эта технология оправдана только для планирующих беременность ВИЧ-положительных женщин с плохим ответом на антиретровирусную терапию.

20140321 gaf uv7 1659

В феврале 2019 года в американском рецензируемом журнале Cell вышла статья о позитивном побочном эффекте редактирования генома. Тесты показали, что удаление у мышей того самого гена CCR5 улучшает их когнитивные (познавательные) функции. Также ученые выяснили, что люди, у которых CCR5 отсутствует из-за естественной мутации, быстрее восстанавливаются после инсульта.

Одна из авторов статьи, Альчино Сильва (Alcino Silva) из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе, подчеркнула, что последствия от такого воздействия известны пока только для мышей. Так что ученые сконцентрировались на разработке препаратов, которые смогут блокировать этот ген у пациентов, проходящих реабилитацию после инсульта.

В апреле авторы другого исследования побочных эффектов редактирования генома отозвали статью из британского научного журнала Nature Methods. За год с момента публикации ее несколько раз критиковали за некорректную постановку эксперимента. Ученые из Стэнфордского и Колумбийского университетов сравнивали мышей с отредактированным геномом с другими мышами той же линии (так называют группы искусственно выведенных мышей). И пришли к выводу, что мутацию, приводящую к слепоте, можно вылечить с минимальным количеством побочных эффектов. Научное сообщество, среди прочего, указало на то, что сравнивать подопытных нужно было с их родителями. В таком случае в геноме после тестов обнаруживается более 100 крупных мутаций. В новой публикации ученые признают, что их начальные выводы ошибочны. Однако с отзывом статьи согласились только двое из шести авторов.

png

Редактирование генома отдельных клеток с помощью системы CRISPR/Cas9 по всему миру продолжается. В Китае, где запретили менять геном эмбриона, пациентам вводят модифицированные лимфоциты в качестве иммунотерапии рака. Тестировать технологию по борьбе с этим заболеванием на 18 добровольцах начали в США еще в январе 2018 года. А на 2019 год в Соединенных Штатах и Европе запланировано начало клинических испытаний по редактированию стволовых клеток крови для лечения бета-талассемии и серповидноклеточной анемии (связанных с гемоглобином заболеваний).

RIAN 3137551.HR .ru

Кстати, в Великобритании, где в 2016 году было разрешено в исследовательских целях редактировать геном эмбрионов человека, запрет после истории с китайскими двойняшками так и не был введен. И там в том же 2016 году на свет появился ребенок, родителями которого можно считать трех человек. Исследования, которые к этому привели, очевидно, велись до официального разрешения.

Российские ученые планируют заняться редактированием генома у живого человека в ближайшие три-четыре года, сообщила в августе прошлого года «РИА Новости» сотрудник лаборатории мутагенеза ФГБНУ «Медико-генетический научный центр», кандидат медицинских наук Светлана Смирнихина.

Экономика против этики

RIAN 413820.HR .ru

Через несколько дней после того, как правительство Китая запретило редактировать геном эмбрионов, глава Всемирной организации здравоохранения Тедрос Адханом Гебрейесус призвал обсудить возможные последствия использования генной инженерии. И отметил, что надо начать обсуждение с того, стоит ли вообще подобное обсуждать, так как «есть большая часть населения, которая говорит: «Не надо это трогать».

И вот несколько дней назад эксперты ВОЗ пришли к выводу, что обсуждать, как и трогать, нужно. Они призвали создать регистр проводимых в мире исследований в сфере редактирования генов человека. И надеются на дискуссию с учеными, чтобы «лучше понять технические условия и нынешние мероприятия в сфере управления» исследованиями. Также ВОЗ будет проводить консультации с общественниками, группами пациентов, специалистами по этике и учеными в области социальных отношений.

По мнению профессора юриспруденции в Стэнфорде Хэнка Грили (Henry T. Greely), вопрос, когда ученым позволят улучшать людей, связан не столько с этикой, сколько с экономикой. Общественное мнение может измениться, если какая-нибудь крупная фармацевтическая компания начнет работать в этой сфере. И достаточно будет нескольких ярких маркетинговых кампаний под лозунгом «Мы изменим ваших детей», а также социологических опросов, посвященных праву родителей убирать возможные наследственные заболевания у потомков.

png

06 NORKA Getty Images EyeEm Mitchell Smith

Правда, Грили полагает, что произойдет это нескоро. Пока технология CRISPR слишком сложна. И крупные игроки не будут заниматься незаконными исследованиями, чтобы спрогнозировать возможную выгоду.

Есть успехи с CRISPR и у сельского хозяйства. Так, в Китае удалось создать свиней с пониженным содержанием жира после замены части генов генами мышей. А американская компания Monsanto планирует использовать CRISPR, чтобы вывести новые сорта растений, более урожайные и устойчивые к экстремальным условиями среды.

CRISPR, или короткие палиндромные повторы, регулярно расположенные группами, обнаружили в Японии еще в 1980-е годы. Но догадались, как использовать особенности генома этой бактерии, только в 2010-е французские генетики Филипп Хорват (Philippe Horvath), Эммануэль Шарпентье (Emmanuelle Marie Charpentier) и их американская коллега Дженнифер Дудна (Jennifer Doudna).

Отличие CRISPR/Cas9 от других способов генного редактирования в том, что изменения ДНК можно четко направлять. Раньше конструкцию клетки изменяли, не имея возможности предсказать, куда встанет новая последовательность. К тому же невозможно было изменить существующие свойства организма — только добавить новые.

В CRISPR/Cas9 есть специальный фермент, который разрывает нужно место в геноме. Cas в названии — это белок, участвующий в разрушении клеток. Когда организм начинает восстанавливать клетку, он ищет для этого нужные последовательности в соседних геномах. По технологии, клетка должна найти ее в ферментах, которые ввели в организм генетики.

Источник

Поделиться с друзьями
admin
Adblock
detector