генетика

Очередной шаг к «Планете обезьян»

Учёные ввели специфический человеческий ген, связанный с развитием неокортекса, эмбрионам обезьянок-игрунок, чтобы проверить, не приведёт ли это к увеличению мозга и развитию извилин. Как говорится в статье, из этических соображений мозговитым детёнышам родиться не дали, а сделали их матерям кесарево сечение на 101 дне беременности (очень этично!) и изучили получившийся результат. Об исследовании, проведённом Институтом молекулярной клеточной биологии и генетики Общества Макса Планка в Дрездене, Германия, и Центральным институтом экспериментальных животных в Кавасаки, Япония, сообщает новая статья в Science.

Сравнение мозга двух игрунок. Слева мозг обычной обезьяны, справа — с человеческим геним ARHGAP11B.

С помощью модифицированного вируса учёные внедрили в оплодотворённые яйцеклетки игрунок сконструированную генетическую последовательность длиной: сначала промотор человеческого гена ARGHAP11B (стартовая площадка, с которой начинается считывание гена), затем ген флюоресцентного белка EGFP и следом сам ARHGAP11B. Флюоресцентный белок использовался в качестве светящейся метки, чтобы отследить работу человеческого гена в тканях эмбрионов. Затем ранние эмбрионы ввели семи суррогатным матерям, беременность которых, как уже сообщалось, прервали на 101 дне (игрунки вынашивают детёнышей в течение 150 дней), и занялись изучением получившихся эмбрионов. У пяти из них работа гена ARHGAP11B была зафиксирована в коре мозга, причем с интенсивностью, сходной с человеческой. У этих эмбрионов, в сравнении с обычными, неокортекс действительно увеличился в размерах, причём на поверхности появились, как говорится в статье, «извилиноподобные структуры» — в отличие от гладкой поверхности мозга обычных обезьянок. Эти структуры возникли при утолщении новой коры в результате, как полагают исследователи, увеличения числа нейронов поверхностного слоя.

Мы ещё раз убеждаемся, что совсем немного нужно, чтобы сделать примата человеком.

Радиоактивные люди

  В аргентинских Андах шведские учёные нашли людей, организм которых за несколько тысячелетий приспособился к токсичному воздействию мышьяка 

  Аргентинская деревушка Сан-Антонио-де-лос-Кобрес находится высоко в горах, в пустыне Атакама. Сюда, на высоту 4 тысячи метров, можно добраться по официально «самой страшной железной дороге мира», убегающей серпантином вверх. По прибытии отчаянных туристов у поезда встречают местные жители, продающие яркие полосатые пончо из шерсти гуанако. Интересно, что все эти люди мутанты в буквальном смысле слова. Благодаря наличию AS3MT в организме местного населения (а их в аргентинской деревне порядка 5 тысяч человек) удивительным образом утилизируется мышьяк. Они могут принять смертельную дозу яда и даже не заметить этого: большая часть отравы выводится организмом с мочой.

  Результаты открытия опубликованы в журнале Molecular Biology and Evolution.

— Ген AS3MT(Аrsenite methyltransferase) обеспечивает выработку фермента, нейтрализующего токсическое действие мышьяка. Это первый в истории науки случай естественного отбора людей по принципу толерантности к мышьяку, — рассказала «Огоньку» генетик Каролинского института Швеции Карин Броберг, которая стала первооткрывателем нового типа человека. — Можно сказать, что нам удалось увидеть недавние эволюционные изменения в организме современного человека.

  Сделать открытие ученым помогли мумии, обнаруженные в пустыне Атаками пару лет назад. Высушенные тела возрастом 7000 лет неплохо сохранились под масками из глины и рыбьего клея, но особенно поразил ученых химический состав волос — они были пропитаны мышьяком. Оказалось, что почва здесь представляет собой километры вулканических пород, содержащих огромное количество тяжелых металлов, в том числе мышьяка. В подземных источниках его здесь примерно в 20 раз больше безопасного уровня (0,01 микрограмма на литр). Люди пришли сюда около 11 тысяч лет назад, а полезная мутация закрепилась, судя по всему, примерно 7-8 тысяч лет назад — в образцах более ранних захоронений ген AS3MT не обнаружен.

— Мы планируем найти подобные случаи адаптации к мышьяку в других местах, — говорит профессор Карин Броберг. — Кроме того, было бы интересно узнать, какие еще токсичные вещества из окружающей среды или пищевых продуктов человек научился усваивать в процессе эволюции.

 Великий и ужасный

 Тот факт, что люди научились усваивать именно мышьяк — удивителен, ведь это одно из самых ядовитых веществ на Земле. Для летального исхода человеку достаточно вдохнуть или проглотить несколько миллиграммов производного мышьяка арсина. Опасность мышьяка и его соединений в том, что они, как правило, не имеют ни запаха, ни вкуса. Именно эти свойства сделали мышьяк идеальным средством отравления. Историки до сих пор спорят, почему у Наполеона, официально умершего от рака желудка, в волосах оказалось повышенное содержание мышьяка: то ли его постепенно подмешивали в пищу, то ли это следствие вдыхания частичек обоев, покрашенных популярной в то время зеленой краской, содержащей мышьяк. Более или менее сносно химики научились выявлять факт отравления мышьяком только к середине XIX века.

  Сегодня мышьяк в том или ином виде постоянно попадает в организм человека — вместе с материалом зубных пломб, морепродуктами, аэрозолями для уничтожения насекомых и сигаретным дымом. Если мышьяк попадает в почву, то им оказывается заражена питьевая вода, овощи, фрукты, особенно виноград и виноградные вина.

— В человеческой популяции, как мы видим, есть люди, предки которых сумели приспособиться к новым условиям окружающей среды, а есть те, кто наоборот слишком чувствителен к токсическим веществам, — говорит профессор Карин Броберг из Каролинского института. — Ведь во множестве стран есть районы, где люди подвергаются длительному воздействию мышьяка, содержащегося в питьевой воде, и при этом так и не приспособились к нему. Их тоже нужно исследовать, потому что это зона риска, о которой должны предупреждать токсикологи.

 Модифицированный рабочий

  Сколько людей имеют геном, особо чувствительный к химикатам, вопрос сложный. По данным российских ученых из Уфимского НИИ медицины труда и экологии человека, таковых примерно 10 процентов. Здесь уже в течение 7 лет изучают геном человека и находят маркеры, которые могут определить, насколько человек подвержен вредному влиянию токсичных веществ.

— Современные методики позволяют выявить людей, у которых генетически обусловлена повышенная восприимчивость к вредным факторам предприятий химической и нефтехимической отрасли, — рассказывает руководитель лаборатории молекулярно-генетических исследований Уфимского НИИ медицины труда и экологии человека Денис Каримов. — Если у человека обнаруживается какой-либо маркер в геноме, мы можем посоветовать ему избегать каких-то профессий, чтобы предотвратить развитие профессионального заболевания. Правда, тут возникает этический момент: эту информацию должен знать только пациент, потому что, если она попадет к работодателю, может возникнуть дискриминация по генетическому принципу — никто не хочет лишний раз оплачивать страховку.

  Оказывается, что одинаковая доза того же кадмия для человека с одним генотипом совершенно безвредна, а с другим — грозит сильнейшей аллергией и поражением печени.

  Изучение подобных особенностей генома дало и другой результат — ученые этой лаборатории разрабатывают генно-инженерные препараты для выведения тяжелых металлов. Известно, что у большинства людей они накапливаются в тканях и вызывают хроническое отравление. Уфимские ученые придумали особую генно-инженерную конструкцию, которая будет встроена в бактерию — основу препарата. Попав в организм, белковая часть препарата будет связываться с ионами тяжелых металлов и выводить их из организма.

 Новый поворот

— В последнее время в США появились работы о людях, которые чрезвычайно быстро адаптировались к новым химическим веществам в окружающей среде, — говорит профессор Карин Броберг. — В связи с этим очень интересен вопрос: сможем ли мы приспособить человеческий геном к все более загрязняющейся окружающей среде? Если да, то это приведет к новому витку естественного отбора.

  Из относительно недавней истории человечества нам известны подобные случаи: например, в Африке некоторые люди выработали устойчивость к малярии, а в Европе в геноме человека произошли изменения, позволившие взрослому организму переваривать молоко. Но сегодня важным фактом адаптации становится именно скорость реакции на изменяющуюся среду — в науке подобный феномен называется «поворот на универсализацию». Пока на этом пути человека сильно обгоняют другие существа — тараканы, крысы и городские птицы.

Елена Кудрявцева

1. Human Adaptation to Arsenic-Rich Environments. Doi: 10.1093/molbev/msv046. — http://mbe.oxfordjournals.org/content/early/2015/02/26/molbev.msv046.full.pdf+html

Источник — http://kommersant.ru/doc/2692856