Прорыв в генетике, объясняющий различия между людьми

Стив Коннор

Прорыв в генетике, объясняющий различия между людьми

Ученые высоко отзываются об открытии генетиков, которое изменит понимание человека

Ученые открыли поразительную вариацию в генетическом строении людей, которая может привести к глубокому переосмыслению того, что вызывает неизлечимые заболевания, и дать большее понимание человечества.

Открытие удивило ученых, исследующих человеческий геном – генетическую карту человека. До последнего времени считалось, что вариации между людьми связаны преимущественно с различиями в последовательностях отдельных "букв" генома.

Теперь представляется, что вариабельность объясняется наличием у людей множества копий некоторых важных генов, которые образуют человеческий геном.

До сих пор предполагалось, что геном, или "книга жизни", в значительной степени одинаков для всех, не считая небольших различий в написании некоторых "слов". Новое открытие наводит на мысль, что в книге есть законченные предложения, абзацы и даже целые страницы, которые повторяются.

Эти выводы означают, что люди не являются на 99,9% идентичными, как думали раньше; мы отличаемся друг от друга как минимум в 10 раз больше, чем считалось, – и этим, возможно, объясняется предрасположенность некоторых людей к тяжелым заболеваниям.

Работы, опубликованные сегодня, установили, что у людей имеется не две копии каждого гена (по одной от каждого из родителей), а, возможно, множество копий, причем их количество может варьировать от человека к человеку.

Исследователи предполагают, что вариации в количестве копий генов – это здоровая норма. Но ученые также думают, что многие заболевания может провоцировать аномальная потеря либо приобретение копий некоторых важных генов.

Выводы подразумевают также, что мы отличаемся от ближайшего из наших живых родственников – шимпанзе – сильнее, чем полагали авторы предыдущих исследований. Мы одинаковы не на 99%, а, скорее всего, на 96%.

Авторитетные ученые назвали выводы, опубликованные одновременно в трех ведущих научных журналах исследователями из 13 научных центров Британии и Америки, новаторскими.

"Я думаю, что это исследование навсегда изменит область генетики человека", – сказал профессор Джемс Лапски, всемирный авторитет в медицинской генетике из Медицинского колледжа Бэйлора в Хьюстоне, Техас.

Лапски заявил, что выводы опровергли базовые принципы генетики человека, которые отстраивались со времен Грегора Менделя, "отца" менделевской генетики XIX века, и Джима Уотсона и Фрэнсиса Крика, открывших двойную спираль ДНК в 1953 году.

"Уже невозможно считать человеческие черты результатом, прежде всего, простых изменений ДНК. При всем уважении к Уотсону и Крику, многие менделевские и сложные черты действительно могут быть результатом структурных вариаций генома", – сказал Лапски.

Расшифровку трех миллиардов "букв" в последовательности генома человека когда-то сравнивали с посадкой на Луне. Высадившись, ученые обнаружили, что "лунный ландшафт" генома сильно отличается от того, чего они ожидали.

Мэттью Херлс, один из лидеров проекта в Института Сангера Wellcome Trust в Кембридже, сказал, что выводы демонстрируют, что у каждого из нас есть уникальная модель приобретений и потерь целых секций нашей ДНК.

"Одним из настоящих сюрпризов этих исследований было то, насколько наша ДНК варьирует по количеству копий. По нашей оценке, это как минимум 12% генома – и это никогда раньше не демонстрировали", – заявил Херлс.

Ученые ранее обнаруживали вариации в количестве копий генов у некоторых людей, но полный масштаб этого явления, открытый теперь, впечатляет.

"Вариации количества копий, которые ученые видели ранее, были лишь верхушкой айсберга, а основная масса оставалась под водой, невидимой, – сказал Херлс. – Теперь мы понимаем огромное значение этого феномена с точки зрения генетических различий между людьми".

Исследования включали в себя подробный и сложный анализ геномов 270 человек азиатского, африканского и европейского происхождения. Было важно включить максимально широкую выборку пула человеческих генов.

Они обнаружили, что 2,9 тыс. генов могут варьировать по количеству копий у разных людей. Гены включали в себя множество копий фрагментов ДНК длиной до миллиона "букв".

"Раньше мы думали, что наличие у человека таких значительных изменений непременно связано с заболеванием. Но мы доказали, что у всех нас могут быть такие изменения", – сказал Стивен Шерер из Медицинского института Ховарда Хьюджеса в Чеви Чейзе, Мериленд.

Но становится также очевидным, что на многие заболевания, похоже, влияет количество копий конкретных важных генов, заявил Чарльз Ли, один из лидеров проекта в Женской больнице Бригэма и медицинской школе Гарварда в Бостоне, Массачусетс.

"Появляется множество примеров заболеваний, связанных с изменениями количества копий. В недавнем исследовании перечислено 17 расстройств только нервной системы, в число которых входят болезни Паркинсона и Альцгеймера, причиной которых может быть такое изменения количества копий", – сказал профессор Ли.

"Медицинской науке может быть действительно очень полезна эта карта, предлагающая новые способы определения генов, связанных с общими заболеваниями", – заявил он.

Марк Уолпорт, директор медицинской благотворительной организации Wellcome Trust, которая финансировала значительную часть исследования, сказал: "Эта важная работа поможет выявить генетические причины многих заболеваний".

Ответы на ключевые вопросы

Что открыли сегодня ученые?

Они обнаружили, что все мы генетически различаемся больше, чем мы думали. Идентичность может оказаться не 99,9%, а скорее 99%, и этого достаточно, чтобы объяснить множество вариаций в чертах людей. У нас не две копии каждого гена – по одной от каждого из родителей, на самом деле некоторые наши гены умножились несколько раз. Более того, эти "количества множественных копий" различны у разных людей, и этим объясняются наши физические и даже умственные отличия.

Почему это важно?

Практическая польза, например, в том, что это открытие может дать новое понимание некоторых наиболее тяжелых, неизлечимых заболеваний. Хотя оно добавляет еще один слой сложности к нашему пониманию генома человека, это открытие в результате может привести к новому пониманию и лечению заболеваний, от детских расстройств до старческого слабоумия. Ученые, например, предсказывают, что новое знание может привести к созданию новых диагностических тестов для таких заболеваний, как рак.

Как сделали это открытие?

Ученые в последние годы разработали сложные методы анализа больших сегментов ДНК. "В каком-то смысле методы, которые мы используем, являются "молекулярными микроскопами", которые трансформировали методики, применяемые с момента появления клинической генетики, где ученые пользовались микроскопами для поиска дефектов и перестройки хромосом", – пояснил Найджел Картер из Института Сангера в Кембридже.

Какие гены копируются многократно и почему?

В геноме человека меньше 3 тыс. генов, состоящих примерно из 3 млрд "букв" кода ДНК. Ученые установили, что более 10% этих генов, видимо, умножились у 270 человек, участвовавших в исследовании. Они не знают, почему одни гены копируются, а другие нет. Один ген, он называется CCL3L1, который многократно копируется у людей африканского происхождения, по-видимому, дает сопротивляемость ВИЧ. Другой ген, участвующий в создании белка крови, многократно копируется у людей из Юго-Восточной Азии и, по-видимому, помогает против малярии. Другие исследования показали, что вариации количества копий некоторых генов связаны с болезнями Альцгеймера и Паркинсона.

Есть ли другие практические применения?

Ученье работали с представителями трех больших расовых групп – африканской, азиатской и европейской. Хотя имелось глубинное сходство в смысле того, насколько распространено копирование генов, расовых различий было достаточно, чтобы правильно соотнести полоску каждого участника с этническими корнями. Это может помочь криминалистам, желающим больше узнать о расе подозреваемого.

Кто сделал открытие и где можно о нем прочитать?

В работе участвовали ученые из 13 исследовательских центров, включая британский Институт Сангера в Кембридже, который также играет ведущую роль в расшифровке генома человека. Статьи опубликованы в журналах Nature, Nature Genetics и Genome Research.