Геном известной национальности

В конце недели в СМИ появилась новость, что ученым удалось расшифровать геном ирландца. Это сообщение вызвало юмористическую реакцию у читателей, так же как до этого - сообщения о расшифровке генома русского и генома китайца. На первый взгляд, постановка задачи в подобных исследованиях выглядит несколько комичной, но в действительности такие работы очень важны как для фундаментальной науки, так и для медицины.

"Русский с китайцем - братья навек". Многие помнят этот советский лозунг, который обычно сопровождал плакат с изображением двух весьма непохожих внешне людей. Но если отличить "на глазок" китайца от русского довольно легко, то вот сделать выбор между, например, испанцем и итальянцем или норвежцем и шведом уже не так легко. До недавнего времени основными критериями принадлежности человека к тому или иному этносу были документы, а еще раньше - его собственные слова. Сейчас у ученых появился куда более надежный инструмент - генетический анализ, причем результаты, полученные с его помощью, зачастую весьма сильно отличаются от того, что записано в паспорте.

Прежде чем рассказать об этом инструменте, стоит разобраться с понятием этнической принадлежности как таковой. Для этого придется обратиться к очень отдаленным временам - около 60 тысяч лет назад. Именно тогда люди покинули Африку и отправились изучать другие районы Земли. Можно предположить (и сегодня эти предположения уже подтверждены при помощи того самого инструмента, о котором речь пойдет ниже), как именно происходили перемещения Homo sapiens. Люди шли, находили какое-нибудь приятное место, и часть путешественников или даже все сразу оставались там. Некоторое время (здесь речь может идти о сотнях и тысячах лет) переселенцы обитали на облюбованной территории, а потом кто-нибудь из них собирал пожитки и уходил искать лучшей жизни, и так повторялось много-много раз.

В итоге всех этих блужданий сформировались более или менее устойчивые общности людей, живущих на определенных территориях. Так как самолетов и автомобилей еще не существовало, жители этих территорий практически не пересекались с остальными обитателями планеты и заводили семьи только внутри своих небольших анклавов. Благодаря такой избирательности со временем внутри каждой общности сформировался общий пул генов, которые и определяли характерные особенности своих "хозяев" - например, цвет кожи, разрез глаз или средний рост.

Как можно определить, к какому из многочисленных генетических пулов относятся гены конкретного человека? И хотя на генах китайцев или русских нет подписей и бирок, определить "национальность" совокупности генов того или иного генома можно. Маркерами, по которым ориентируется ученые, выступают мутации - изменения в генах, которые люди обычно воспринимают со знаком "минус". В действительности же, далеко не каждая мутация плохо сказывается на организме. Некоторые изменения, напротив, улучшают работу генов (собственно, именно такие изменения лежат в основе эволюции), а часть мутаций вообще никак не влияет на жизнь своего обладателя.

Перечисленные выше три типа мутаций получили название отрицательных, положительных и нейтральных. В череде поколений могут закрепиться изменения любого из этих типов, однако чаще всего сохраняются нейтральные мутации. Собственно гены составляют лишь незначительный процент от общего количества ДНК, а большая часть генома состоит из так называемой мусорной ДНК. На сегодняшний день ученые не знают, какие функции она выполняет, и считается, что как минимум часть мусорной ДНК прямо никак не влияет на организм. Изменения в такой ДНК безразличны для живых существ, поэтому в процессе эволюции в "мусоре" скапливается множество мутаций. Кроме того, некоторые мутации, происходящие прямо в генах, не сказываются на их работе или меняют ее безопасным образом (например, мутации, определяющие цвет глаз), так что у них тоже есть неплохие шансы быть переданными от родителей детям.

Теперь вернемся к популяциям людей, живущих в относительно замкнутых общинах где-то на ранних этапах человеческой истории. Так как представители этих популяций заводят детей в основном друг с другом, многие из безвредных или не очень вредных мутаций постепенно распространяются, и в конце концов их можно встретить в геномах значительной части (а иногда и всех) жителей того или иного анклава.

При наследовании ДНК отца и матери перетасовывается, однако комбинации ее фрагментов не совсем случайны. Фактически, потомки получают множество "кассет" - участков ДНК родителей, содержащих сразу несколько генов. По сочетанию таких кассет (ученые используют термин гаплотип) исследователи и определяют, из какого древнего анклава вышли предки того или иного человека. Генетический анализ также позволяет определить, не переходили ли предки человека из анклава в анклав (такой вывод можно сделать по наличию в геноме нескольких характерных гаплотипов).

Различные гаплотипы выделяют по сочетанию мутаций, называемых однонуклетидными полиморфизмами (single nucleotide polymorphism - SNP; в русской литературе используется термин снип). Снип - это мутация в геноме, затрагивающая только одну его "букву" (нуклеотид). Ученые очень любят снипы, так как наличие этих изменений легко определять и, кроме того, они часто ассоциированы с теми или иными болезнями или же этническими особенностями. Ассоциированный с болезнью снип не обязательно находится в гене, который "контролирует" эту болезнь - однонуклеотидный полиморфизм может располагаться рядом с этим геном, но передаваться по наследству в составе одной "кассеты". Существуют огромные базы снипов, которые постоянно пополняются по мере того, как исследователи анализируют геномы все большего числа людей.

И вот теперь можно переходить к вопросу о значении работ по расшифровке геномов ирландцев, китайцев, русских и других. Сравнивая снипы и гаплотипы, характерные для различных этносов, ученые могут выяснить, какие биохимические отличия типичны для этих групп. Сейчас вряд ли кого-то можно удивить тем, что при лечении одних и тех же заболеваний афроамериканцам и белым жителям США помогают разные лекарства. Очевидно, что этот принцип работает и для представителей других рас, а также более мелких этнических групп.

Ученые, не связанные с медициной, исследуют гаплотипы для того, чтобы получить представление о том, как происходили миграции людей в древности. Более того, сейчас любой, кто хочет узнать, откуда происходят его предки, может провести такой анализ за относительно разумные деньги. Как ни странно, этот вопрос интересует огромное число людей - в интернете расплодилось множество форумов, на которых люди ищут тех, кто тоже принадлежит к гаплогруппе (совокупность гаплотипов) R1B или N3 или любой другой. Людям хочется знать, откуда родом их предки и нет ли у них родственников, скажем, среди коренного населения Скандинавии.

На самом деле, для определения особенностей биохимии какого-либо этноса или выяснения происхождения человека ученым достаточно проанализировать только отдельные фрагменты генома. Расшифровка целых геномов отдельных людей необходима для реализации другой, более глобальной задачи. С 2001 года, когда была впервые определена полногеномная последовательность человека, у ученых накопилось огромное количество данных. Но несмотря на такое изобилие (а во многом и из-за него) пока специалисты не понимают, каким образом функционирует геном как единая система. Возможно, по мере совершенствования технологий получения и, главное, анализа генетических данных исследователи смогут понять, как именно ДНК определяет наши индивидуальные особенности. А для этого, как ни крути, необходимо накопить множество информации о том, как скроены именно целые геномы.