Мутации, которые всегда с нами. Повлиял ли Чернобыль на мутации в наших генах

Авария на Чернобыльской АЭС 31 год назад породила множество мифов. Один из них — мутанты. Газетные фотографии теленка с двумя головами или сорняка в человеческий рост якобы служили верным доказательством мутагенной силы чернобыльской радиации. А между тем самые настоящие генетические мутации возникают не из-за аварий на атомных станциях, и они куда ближе, чем многие из нас думают, — внутри нас самих.

Геном человека — то есть все "инструкции", по которым работает наш организм от момента зачатия до смерти, записан с помощью алфавита из четырех букв. В каждой нормальной клетке нашего тела (кроме половых, конечно) эта "инструкция" содержит около 6 млрд букв — половина отцовские, половина — материнские.

Когда клетка делится, инструкция копируется. Но в процессе копирования ошибки неизбежны. Подобно тому, как накапливались при переписывании древних рукописей, они возникают и в наших генах.

Если сравнить гены ребенка и его родителей, окажется, что у него в среднем около 100 "букв" не такие, как у папы и мамы. Другими словами, у каждого, кто читает это строки, есть в среднем 100 мутаций, которых у его родителей не было, или, говоря научным языком, мутаций de novo. Большинство из них появилось в процессе деления клеток, из которых произошел тот самый сперматозоид, оплодотворивший яйцеклетку вашей матери. И чем старше был ваш отец, когда это случилось, тем больше мутаций de novo в вашем организме. А вот возраст матери в подавляющем большинстве случаев здесь не так важен, как возраст отца.

К счастью, приблизительно 90% этих мутаций оказывается в части генома, практически никак не влияющей на нашу жизнь (именно 90% нашего ДНК — это, грубо говоря, ненужный мусор). А вот оставшиеся 10% случаются в "рабочих" генах. Лишь некоторые из них дают о себе знать сразу и однозначно, но подавляющее большинство могут проявиться во взрослом возрасте или в старости. А могут и не проявиться — это зависит от факторов среды. Сегодня, например, известна по меньшей мере тысяча генов, мутации в которых могут привести к шизофрении.

При этом не стоит забывать, что кроме мутаций de novo в наших генах есть еще больше мутаций, унаследованных через наших родителей от предыдущих поколений.

Так все же увеличил ли Чернобыль число мутаций в наших генах? Этот вопрос мы задали профессору Мичиганского университета (США) Алексею Кондрашову. Во-первых, потому что он один из ведущих в мире специалистов по мутациям в человеческих популяциях. А во-вторых, в прошлом году он был в Киеве, где прочитал ряд специальных и популярных лекций. Вы их наверняка пропустили, а мы там были и выше уже пересказали самое основное.

А заодно мы поговорили с Алексеем Кондрашовым об эволюции современного человека, наших родственниках — неандертальцах и денисовцах, а также о модных генетических тестах.

В своих популярных лекциях вы рассказываете о том, что у любого человека есть генетические мутации — в среднем около тысячи, и с каждым поколением их число растет. В Украине 31 год назад произошла авария на Чернобыльской АЭС, люди получили определенную дозу облучения. Можно ли говорить, что у среднего украинца из-за этого стало больше генетических мутаций?

— Если говорить о мутациях, то радиация, плохой мутаген, потому что она очень вредна. Это значит, что с помощью радиации вы не сможете у человека или другого млекопитающего удвоить скорость мутации. Потому что прежде, чем она удвоится, в организме что-то сломается. Другими словами, она гораздо быстрее приведет к смерти, чем будет передаваться по наследству и накапливаться в следующих поколениях.

Это подтверждают исследования, связанные с Хиросимой. Там после взрыва четко наблюдалось повышение частоты лейкозов и рака у тех, кто получил облучение. При этом долго изучали потомство людей, переживших облучение, и ничего особенного не обнаружили. Так что я бы по поводу отдаленных последствий радиации не переживал.

Страшнее химический мутагенез. Он не убивает сразу, поэтому количество мутаций у позвоночных может увеличится в десятки раз. Самые страшные мутагены — так называемые алкилирующие соединения, которых в природе в общем мало. Классический пример — заплесневелый арахис. В нем образуется вещество, которое среди прочего является мутагеном.

Но если не ставить перед собой задачу травить человека мутагенами намеренно, то большая часть мутаций, которые происходят в наших генах, являются спонтанными. То есть они ничем специальным не спровоцированы.

А можно как-то снизить скорость накопления мутаций?

— Пока способ снизить скорость мутаций не известен. Говорят, что полезны полифенолы, мол, пейте зеленый чай. Но никаких научных работ, показывающих снижение скорости мутаций, передаваемых потомству, сегодня нет.

В лекциях вы упоминаете о том, что когда был секвенирован геном нобелевского лауреата Джеймса Уотсона (определена последовательность нуклеотидов — "букв", из которых состоит ДНК. — Фокус), в его ДНК нашли много плохого в смысле мутаций. Почему именно его вы приводите в пример — гены Уотсона были чем-то необычны в этом плане?

— Нет. Просто именно его геном был секвенирован первым в истории. Надо было с кого-то начать. Если меня секвенировать, то и у меня найдется какая-нибудь гадость, если вас — то и у вас.

Вы знаете свой генотип?

— Нет. Во-первых, коммерческие компании, занимающиеся этим, не смотрят на весь генотип, а только на некоторые гены. А во-вторых, эта информация совершенно бесполезна. Ну скажут, сколько во мне процентов неандертальца, полтора или два с половиной. Это, конечно, интересно, но как моя жизнь изменится после этого?

Кстати, о компаниях, предлагающих генетические тесты. Если эти тесты напрямую связаны с медицинскими аспектами, то здесь все более-менее понятно. Но многие из них якобы могут выявить у человека склонности или таланты. Или с помощью таких тестов дают рекомендации, кому кофе или мясо можно, а кому лучше воздержаться. Понятно, что это делается на научной основе, но насколько все честно по отношению к "обычному человеку", который, скорее всего, не может понять тонкостей и нюансов результата?

— Тут возможны два основных варианта. Первый, когда у человека есть какая-то четкая "клиника" — он болен и диагноз поставить не удается. Тогда начинают его секвенировать и находят генетические причины болезни приблизительно лишь в 20% случаев. А в оставшихся 80% ничего найти не удается.

И второй вариант, когда человек в разумной степени здоров (но, как известно, здоровых людей не бывает, бывают недообследованные). В таких случаях сегодня с медицинской точки зрения секвенировать геном не показано. Хотя когда-то эта ситуация, скорее всего, поменяется. Но если по вашему генотипу говорят, будете вы шахматистом, бандитом или музыкантом, то это просто вранье. Была в Америке знаменитая компания 23andMe, выдававшая всякие медицинские советы по генотипу. Соответствующее американское ведомство запретило им этим заниматься — сказало, мол, не вешайте людям лапшу на уши.

Но неожиданным образом оказалось, что кое-какая польза от этих генетических анализов все-таки есть. Что бы у человека в геноме ни нашли, совет практически один: есть больше овощей и бегать по утрам. А это очень полезно, как известно. То есть такой психотерапевтический прием.

Не могу не спросить о родственниках и предках человека. Сейчас много научно-популярных публикаций о том, что люди современного типа в свое время скрещивались с неандертальцами и денисовцами. Следовательно, среди современных людей есть те, кто несет в себе гены тех или других родственников человека разумного. Но еще в школе нас учили, что если два вида скрещиваются, то у них или не будет потомства или будет, но бесплодное.

— Что такое разные виды организмов — сложный вопрос. Если сравнить слона и крокодила, то очевидно, что это разные виды. Но часто бывают пограничные ситуации. Как они могут возникать — объясню на примере. Пять миллионов лет назад Южная Америка ударила Северную Америку, возник Панамский перешеек. Он разделил современное Карибское море и Тихий океан. Соответственно, единые популяции разных морских организмов вдруг оказались разделены огромными континентами. Они стали независимо эволюционировать, и сейчас мы видим множество пар близких видов — один сидит в Карибском море, а другой — в Тихом океане. Сегодня они уже не скрещиваются, но в какой момент — через сколько тысяч лет после возникновения перешейка они стали разными видами? Конечно же, нельзя сказать, что еще вчера они были одним видом, а уже сегодня стали двумя разными. Процесс накопления различий и возникновение репродуктивной изоляции не случается в один момент.

Что же касается сапиенсов и неандертальцев, то они разделились приблизительно 600–700 тысяч лет назад. Это считается немного. Например, платаны, выращиваемые в городе, это гибриды двух видов, которые разделились 20 миллионов лет назад. Но они скрещиваются и дают плодовитое потомство. Можно скрестить верблюда с ламой, которые разошлись 15 миллионов лет назад. Правда, потомки у них будут слабые и бесплодные.

Можно спорить о том, называть или не называть сапиенсов и неандертальцев разными видами, но нет оснований думать, что между ними были репродуктивные барьеры. Именно поэтому мы с вами теперь на 2% неандертальцы и на 98% — сапиенсы.

А что конкретно хорошего или плохого эти гены, неандертальские или денисовские, дают современному человеку?

— Гены денисовцев находятся в основном у папуасов и австралийских аборигенов. Почему так получилось, никто точно не знает. Но несколько лет назад удалось обнаружить, что у тибетцев ген одного из белков гемоглобина сильно отличается от такого же гена современных людей. Выяснилось, что этот ген они позаимствовали у денисовцев и он помогает им адаптироваться к условиям высокогорья.

Что касается неандертальских генов, на эту тему сейчас много всего написано. Говорят, что с этими генами связан метаболизм липидов и они влияют на какие-то иммунные процессы. Но лично я думаю, что это еще будет проясняться и уточняться.

Существует обывательское мнение, что, поскольку современный человек меньше мерзнет, меньше работает физически, не так сильно зависит от некоторых болезней, другими словами, живет в относительно тепличных условиях по сравнению с нашими предками, то через какое-то время человечество просто выродится. Доказать в эксперименте на людях это, конечно, нельзя, зато вы и другие исследователи проводили похожие эксперименты над животными. Насколько их результаты применимы к людям?

— Это обывательское мнение восходит к Дарвину. Он говорил, что в примитивных обществах все, кто остается в живых, — здоровые и сильные, а в цивилизованных обществах мы изо всех сил стараемся, чтобы никто не погибал, поэтому слабые тоже часто выживают. У того, кто когда-нибудь занимался разведением сельскохозяйственных животных, не будет сомнений в том, что для человеческих популяций это чрезвычайно вредно.

Думаю, в значительной степени это правда. Если отбор ослабевает, это плохо, потому что вредные мутации никуда не деваются, а накапливаются в следующих поколениях.

Мы пытались проверить это в эксперименте на дрозофилах, исключив естественный отбор, насколько это возможно. Оказалось, что за одно поколение приспособленность популяции снижалась приблизительно на 2% по сравнению с предыдущим. Это значит, что за 40 поколений она упала более чем вдвое. То есть эксперимент доказывает, что если исключить естественный отбор, будет плохо.

• Читайте также: Диалог с природой. Как продать свои услуги окружающей среде

Но здесь возникает интересный вопрос: до какой степени отбор в современной человеческой популяции отключен? Точного ответа на него никто не знает. В том, что он ослаблен, не приходится сомневаться, поскольку в современном мире смертность гораздо ниже, чем была раньше. Но остались другие возможности для отбора. Например, отбор до рождения. Люди обычно плохо представляют, что из человеческих зигот (клетка, образующаяся в результате слияния яйцеклетки и сперматозоида. — Фокус) до рождения доживают только 30%. Остальные 70% погибают — обычно на ранней стадии. Если отбросить явные генетические аномалии, то в оставшихся случаях никто не знает, почему именно это происходит. Получается, что отбор полностью не исчез. Поэтому обывательское мнение в первом приближении верно, но количественного ответа нет.