Луис Кинтана-Мурси – Люди. По следам наших миграций, приспособлений и поисков компромиссов (страница 7)

Тем не менее, в некоторых случаях SNP могут менять соответствующий белок и приводить к изменению фенотипа: неопасному – как, например, пигментация кожи, или вызывающему болезнь – например, муковисцидоз. Такие SNP делятся на несколько типов: миссенс-мутация (меняющие смысл, или несинонимические), когда SNP меняют аминокислотную последовательность соответствующего белка; нонсенс-мутация (бессмысленные) – когда кодон[30], обозначающий аминокислоту, заменяется стоп-кодоном, который производит неполный белок, в большинстве случаев не работающий. Если SNP не обнаружен в пределах кодирующего участка, это вовсе не означает, что он не влияет на функции гена. Действительно, мутации, находящиеся в регуляторных областях, – таких как энхансеры или промоторы (т. е. участки ДНК, отвечающие за управление экспрессией гена), могут модифицировать процесс экспрессии и в итоге изменять фенотип.

Но разнообразие, которое можно наблюдать при сравнении геномов различных индивидов, не ограничивается только SNP. Каждый из нас в равной степени отличается от референсной последовательности на приблизительно 450 000 коротких вставок или выпадений участков генома (иначе говоря, «инсерций» и «делеций», вместе называемых «инделы»), то есть участков ДНК, состоящих как минимум из 50 нуклеотидов, которые вставлены или удалены из последовательности ДНК. К этому добавляется особая форма генетической изменчивости, важность которой в последние годы стала очевидной: изменения “структуры” генома. Сюда относятся делеции или дупликации: ученые говорят о «вариации числа копий» (или по-английски copy number variation, CNV). Они различны у каждого индивида и влияют на число копий одного и того же гена или фрагмента хромосомы.

Вариации числа копий (CNV) в значительной степени способствуют разнообразию генома человека и, следовательно, особенно актуальны для медицинской и популяционной генетики. Последние исследования показали, что CNV могут не только влиять на дозу гена[31], но и перестраивать механизмы регуляции экспрессии генов, изменяя количество копий регуляторных элементов или модифицируя трехмерную структуру генома. В геноме присутствуют, хоть и в меньшем количестве, и другие формы структурных вариаций, например, большие инсерции, хромосомные перестройки или перемещения мобильных[32] элементов.

Наконец, последняя форма изменчивости касается повторяющихся последовательностей ДНК, или тандемных повторов. Если размер одного повторяющегося фрагмента составляет от 1 до 6 нуклеотидов, то тандемные повторы называют микросателлитами, а если от 7 до 49 нуклеотидов, то мини-сателлитами. Особенно много в геноме человека микросателлитов – несколько сотен тысяч. Благодаря быстро происходящим в них мутациям они часто используются для сравнения родственных популяций, а также в судебной медицине. Микросателлиты, находящиеся в кодирующих участках генов, ученые связали с более чем 40 моногенными заболеваниями, в том числе нейродегенеративными болезнями – как, например, болезнь Хантингтона или Кеннеди; микросателлиты, локализованные в некодирующих участках, могут влиять на уровень экспрессии гена.

На сегодняшний день геномные исследования и работа международных консорциумов позволили выяснить, что каждый человек отличается от референсной последовательности генома приблизительно 10 000 мутаций типа миссенс (меняющих смысл кодона), а также является носителем от 250 до 300 генетических вариантов, приводящих к потере генов, и от 50 до 100 мутаций, которые связаны с генетическими заболеваниями. К счастью, в большинстве случаев эти вредоносные мутации находятся в гетерозиготном состоянии[33], и, как следствие, болезнь не проявляется. Мы также знаем, что в различных человеческих популяциях количество вредоносных мутаций меняется на протяжении их истории.

Человек не произошел от обезьяны… он и есть обезьяна!

Еще один вопрос, неотступно преследующий человека как минимум последние пару столетий, начиная с Дарвина, – это родство с обезьянами. Этот вопрос регулярно поднимали противники Дарвина, при этом изображая его самого в виде обезьяны. Ими руководили идеологические мотивы: необходимость развенчать эволюционные теории, выдвигая тот аргумент, что обезьяны как низшие существа не могли быть близки к человеку, которого Бог поместил в центр мироздания. Хотя Дарвин нигде не утверждает, что человек «происходит» от обезьяны, он только говорит, что человек «имеет родство» с обезьяной. В первых его работах прослеживается лишь намек на обезьян, но в одной из своих поздних книг – «Происхождение человека и половой отбор», вышедшей в 1871 году, Дарвин излагает филогенетическую[34] теорию происхождения человеческого вида, основанную главным образом на сравнительной анатомии, где подчеркивается большое сходство между человеком и обезьянами Старого Света, или узконосыми обезьянами. Тем не менее, настаивает Дарвин, «мы не должны, однако, впасть в ошибку, предполагая, что древний родоначальник всей группы обезьян, не исключая и человека, был тождествен или даже только близко сходен с какой-либо из существующих ныне обезьян». В этой книге Дарвин утверждает, что человек является обезьяной и принадлежит к узконосым обезьянам, так же, как шимпанзе, гориллы и орангутаны.

Генетика, а затем и геномика не только подтвердили предположения Дарвина и многих других об общем предке человека и обезьяны, но и помогли более глубоко изучить этот вопрос. Они предоставили ценные данные, позволив определить хронологию образования видов, их возможную гибридизацию и степень сходства их геномов. Благодаря этим наукам мы получили невероятно точные инструменты, дающие нам возможность погрузиться в прошлое и проникнуть в сокровенные тайны жизни организмов и видов. Вслед за изучением морфологических характеристик животных – живых или ископаемых – изучение морфологии их хромосом также дало информацию о связях между видами приматов. Кариотипы[35] человека и человекообразных обезьян похожи, но имеют и определенные различия: самый яркий пример – это уменьшение числа хромосом с 48 до 46 в ходе отделения ветви человека. Еще задолго до наступления эры геномики или молекулярной биологии сравнительная анатомия предоставила нам много информации о сходстве между человеком и обезьянами. В частности, она позволила нам предположить, когда произошло разделение между предками человека и предками африканских и азиатских обезьян: это случилось от 15 до 30 миллионов лет назад. Методы молекулярной биологии, сделавшие за последние десятилетия невероятный скачок в развитии, оказались очень плодотворными для изучения прошлого живых существ. Первые исследования нашего родства с обезьянами на молекулярном уровне были выполнены с помощью иммунологии и изменили наше представление о связях человека и обезьяны. В 1963 году эти исследования показали, что сходство между человеком и африканскими обезьянами гораздо больше, чем сходство между африканскими и азиатскими обезьянами. В 1967 году было датировано расхождение ветвей человека, шимпанзе и гориллы – всего 5 миллионов лет назад. Такие результаты вызвали огромное удивление – и отчасти неприятие – в научном сообществе.

Поиск даты расхождения между приматами – предками людей и приматами – предками обезьян

В 1980-х годах исследователи начали использовать ДНК для изучения связей между людьми, шимпанзе и гориллами, так как оставалось все еще неясным, как произошло разделение этих трех видов, их видообразование. Чтобы узнать, в каком порядке эти виды отделялись от общего предка-примата, ученые проводили эксперименты по гибридизации ДНК. Эта техника позволяет сравнивать ДНК двух видов посредством соединения и таким образом выявлять различия в их последовательности. Первые же генетические тесты показали, что в двух третях последовательностей ДНК люди и шимпанзе ближе друг к другу, чем каждый из этих видов – к горилле. А это значит, что на филогенетическом дереве расхождение между человеком и шимпанзе произошло позднее, чем между их общим предком и гориллой. В ходе дальнейших исследований в конце 1990-х годов эти наблюдения подтвердились при изучении митохондриальной ДНК или последовательностей аутосом (то есть неполовых хромосом). Эти данные позволили ученым объединить человека в одну группу с шимпанзе и бонобо (карликовыми шимпанзе) и определить, что ветвь горилл отделилась от общего ствола раньше, чем три этих вида. Орангутан, еще один их часто упоминаемый родственник, по сравнению с указанными членами семейства является наиболее удаленным от человека видом.

2005 год, когда был опубликован геном шимпанзе, стал годом начала революции, которая произошла в геномике благодаря изучению человекообразных обезьян (гоминоидов). На сегодняшний день, имея в своем распоряжении геномы различных видов гоминоидов, мы можем браться за исследование наших сходств и различий, хронологии разделения между человекообразными обезьянами и изменчивости каждого вида. Получив полные последовательности геномов, мы узнали, что шимпанзе и бонобо – самые близкие к человеку виды: их геномы различаются по примерно 1,4 % нуклеотидов. Однако эта цифра может увеличиться до 5 % или 6 %, если принять во внимание другие типы различий геномов: инсерции, делеции или вариации числа копий. Цифры, говорящие о нашем сходстве с другими видами, часто искажают в угоду догматике или даже идеологии. Важно уточнить, что они представляют собой среднее значение для всей совокупности геномов: в действительности степень различия между видами приматов варьируется в зависимости от той части генома, которую мы рассматриваем.