Život bez výberu: dobrý alebo nebezpečný?

Život bez výberu: dobrý alebo nebezpečný?

Alexey Kondrashov, Nadežda Markina
"Trinity Option" č. 23 (117), 20. november 2012

Alexey Kondrashov

Človek v civilizovanej spoločnosti žije čoraz viac spoločensky a čoraz menej biologicky. Úspešne prekonáva obmedzenia, ktoré mu príroda kladie: žije v akomkoľvek podnebí, ovládne nové potravinové zdroje, naučil sa bojovať proti infekčným chorobám. Mnohé faktory, ktoré predtým museli zabiť ľudského človeka, prestali byť smrteľné pre neho. Lekári sa naučili, ako sa starať o predčasné a slabé novorodencov; očkovanie chráni pred nebezpečnými infekciami av prípade infekcie infekčnými antibiotikami; spoločnosť sa stará o chorých a zdravotne postihnutých. Aj keď to všetko nefunguje, civilizácia radikálne zlepšila biologickú prispôsobivosť človeka – jeho prežitie v životnom prostredí. Ale človek sa nemôže dostať zo svojej genetiky a nemôžeme meniť procesy, ktoré sa vyskytujú za týchto podmienok. Aby sme pochopili, čo sa deje s človekom a čo nás čaká v budúcnosti, skúsili sme s pomocou evolučného biológa, doktora biologických vied Alexey Kondrashov, profesorka na University of Michigan a Fakulty bioinžinierstva a bioinformatiky Moskovskej štátnej univerzity, ktorá predniesla verejnú prednášku na All-Russian Science Festival 2012.

Pokiaľ ide o evolučnú biológiu, prirodzený výber má menej a menej vplyv na moderného človeka, teda na takú silu, ktorá odstraňuje menej prispôsobených jednotlivcov z obyvateľstva a umožňuje im viac prispôsobiť sa, keďže títo ľudia nechávajú viac potomkov. "Existuje výber pozitívnych a negatívnych– vysvetľuje Alexey Kondrashov. – Pozitívny výber uprednostňuje niektoré nové užitočné vlastnosti. Napríklad všetci v populácii boli biele, potom sa objavil čierny mutant, tento rys sa ukázal ako užitočný a po chvíli potomci tohto čierneho mutanta mohli zaplaviť celú populáciu. Negatívny výber, naopak, podporuje staré a spoločné charakteristiky. Všetky biele a biele boli dobré, ale nastala mutácia a objavila sa čierna a čierna je zlá. Preto potomkovia tohto mutanta neprežijú a "čierny" gén bude lietať z populácie. Darwin sa zaoberal predovšetkým vývojom, t. J. Pomalými zmenami, a väčšinou si myslel a napísal o pozitívnom výbere.A o mnohých negatívnych nápadoch Ivan Ivanovič Schmalhausen veľa myslel."Tento výber bol v modernom človeku oslabený – nepriaznivé gény z obyvateľstva nelejú, ale sa hromadia Na úrovni všeobecnej koncepcie to už dávno bolo jasné, ale v posledných rokoch sa vďaka rozvoju moderných výskumných metód objavili údaje, ktoré umožňujú kvantitatívne zhodnotenie tohto procesu.

Chyby v biomolekulárnych strojoch

Mutácie sa neustále vyskytujú v našich zmenách DNA. Preto nie je potrebné vystavenie žiarenia ani chemické mutagény – proces sa spontánne rozvíja. "Ako povedal Buddha, všetko, ktoré tvoria časti, je zničené, – hovorí Kondrashov, "Predtým než šiel do nirvány, zhromaždil učeníkov a rozprával tieto štyri slová. Aplikovaný na biologické molekuly bol Buddha úplne pravdivý, v skutočnosti sú zložené z častí a môžu sa zrútiť. A proces mutácie je prejavom tendencie celého hmotného sveta k chaosu."Mutácie sú nevyhnutné, pretože DNA je veľmi dlhá molekula (celková dĺžka všetkých genómových molekúl v ľudskej bunke je asi jeden meter), jeden nukleotid je hrubý – prirodzene to nemôže byť dokonalé.

Existujú tri hlavné zdroje mutácií. Prvým sú chyby, ktoré sa vyskytujú počas replikácie – zdvojnásobenie molekuly DNA. Hlavným aktérom v tomto procese je enzým DNA polymerázy. Potom, čo sa dvojitá špirála DNA rozprestiera do dvoch oddelených vlákien, DNA polymeráza prechádza pozdĺž každého vlákna a zostaví s ňou pár pomocou starého vlákna ako matrice. To znamená, že keď vidí písmeno A (adenín) na starom vlákne, potom pripojí písmeno T (tymín) k novej vlákennej. "Ale v jednom prípade zo 100 tisíc, vkladá nesprávny list, – vysvetľuje Alexey Kondrashov. – A najpozoruhodnejšia vec je to, že po tom, čo pridá list, sa okamžite pokúša to odtrhnúť. Výsledkom je, že sa písmeno spája nesprávne s pravdepodobnosťou približne 10-5a ak je písmeno nesprávne pripojené, potom nebude ani odtrhnuté, s pravdepodobnosťou 10-5, Takže pravdepodobnosť mutácie je približne 10-10 list pre replikáciu. Skúste písať a súhlasíte s tým, že DNA polymeráza funguje dobre.„.

Chyby replikácie sa však vyskytujú s pravdepodobnosťou 1010 písmeno je hlavným zdrojom mutácií. Druhým zdrojom mutácií sú chyby pri opravách DNA.Oprava je oprava poškodenia a poškodenie je to, čo porušuje chemickú štruktúru molekuly, takže DNA sa zhoršuje. Hovoríme napríklad o pretrhnutí jedného alebo oboch vlákien, spájaní vlákien nielen slabými vodíkovými väzbami, ale kovalentnými väzbami, takže sa nemôžu rozchádzať atď. "V každej ľudskej bunke sa niekoľko stoviek spontánnych zranení vyskytuje každý deň. hovorí Kondrashov. – A musia byť opravené, pretože inak bunka zomrie. A ak sa v dôsledku opravy vyskytne nejaká chyba, bude to aj mutácia"Tretím zdrojom mutácií sú chyby počas rekombinácie počas meióza – redukčná bunková deľba vedúca k tvorbe diploidných buniek s dvojitým súborom chromozómov, haploidných, s jedným súborom chromozómov, čo je nevyhnutné štádium dozrievania zárodočných buniek a počas rekombinácie, keď sa vymieňajú chromozómy v kusoch – môžu sa vyskytnúť chyby.

Čo a koľko

99% mutácií sú nukleotidové substitúcie, napríklad Alexey Kondrashov, keď sa cytosín (C) mení na guanín (G). Toto je zdroj jediného nukleotidového polymorfizmu (jednonukleotidový polymorfizmus, SNP). Navyše môže dôjsť k krátkym výpadkom niekoľkých písmen alebo naopak krátkym vložením jedného alebo dvoch alebo troch nukleotidov.Menej často sa vyskytujú veľké udalosti – spadnutie alebo vkladanie 100 alebo viac, niekedy až milión nukleotidov, alebo otočenie kusu DNA o 180 °. Je potrebné pochopiť, že mutácie nie sú vždy zlé. Je to zdroj genetických variácií a bez mutácií by neexistovala žiadna evolúcia, v dôsledku ktorej vznikla všetka rozmanitosť živého sveta.

S príchodom postupov sekvenovania sa náklady na určenie sekvencie nukleotidov v plnom genóme radikálne znížili. A existovali nové príležitosti na kvantifikáciu výskytu mutácií. Ak už skôr, ako spomína Kondrashov, musel stráviť niekoľko rokov, keď starostlivo študoval krídla Drosophily a vyberal mutanty, teraz je možné sekvenovať genotypy mamky, otca a mamy-dcéry za 300 dolárov a porovnať ich. V dôsledku toho sa objavia všetky nové mutácie, ktoré sa vyskytli počas generačnej zmeny, čo znamená, že sa vyskytli v bunkách genitálií rodičov. Pokiaľ ide o človeka, rýchlosť mutácií v ľudskom genóme, ako dokázali vedci, je približne 10-8 na jednu generáciu na nukleotid.

Úskalia v genóme

Všetci ľudia sa medzi sebou navzájom líšia rôznymi vonkajšími a vnútornými vlastnosťami. A geneticky sa dva ľudia líšia v jednom liste genetického kódu pre každých 1000 nukleotidov. Jeden rozdiel na 1000 nie je veľa, keďže napríklad ovocné mušky majú jeden rozdiel na 100 a schizofil v hríbe – jeden rozdiel na 10, čo je teraz absolútny záznam genetickej rozmanitosti. Napriek tomu to znamená veľa, že medzi dvoma ľudskými jedincami sa nachádza 35 miliónov krátkych rozdielov, jednorazové náhrady. Ale pretože každá aminokyselina je kódovaná troma nukleotidmi (triplet alebo kodón), nie všetky nukleotidové substitúcie v DNA vedú k nahradeniu aminokyseliny v proteíne, ale iba takzvaným nesynonymným. A takéto nesynonymné substitúcie, ktoré vedú k zmene proteínovej molekuly, každá osoba v génoch kódujúcich proteíny približne 10 tisíc. Približne 10% z nich nie je zbytočné, ale škodlivé, čo znižuje kondíciu. Medzi nimi sú smrteľné. Biológovia zistili, že aj Drosophila a stavovci majú v priemere jednu alebo dve letálne mutácie na genotyp. Organizmus nezomrie, pretože tieto mutácie sú v heterozygotnom stave, t.j.mutantný gén je duplikovaný normálnym génom na párovanom chromozóme. Okrem toho ľudský genotyp v priemere nesie približne 100 veľkých depozít a inzercií v DNA, ktorých celková dĺžka je približne 3 milióny nukleotidov. Genotyp laureáta Nobelovej ceny, spoluautor modelu DNA dvojitej helixy Jamesa Watsona, ako sa ukázalo počas jeho sekvenovania, nesie obvyklý počet slabo škodlivých mutácií a 12 silno škodlivých mutácií, ktoré sa schovávajú za normálnymi génmi v heterozygotnom stave. Samozrejme, nemali vplyv na fitness a úspech Jamesa Watsona. Ak však existujú viac škodlivé mutácie a nebudú vyčistené výberom, rovnováha sa rozbije a fitness v ľudskej populácii sa nevyhnutne zníži.

Ako zdôraznil Alexey Kondrashov, Darwin pochopil tento problém, ktorý napísal:U divochov tí, ktorí sú slabí, buď v tele, alebo v mysli, zomrú rýchlo. A tí, ktorí prežijú, zvyčajne prejavujú silné zdravie. A my, civilizovaní ľudia, sa snažíme zabrániť tomuto procesu eliminácie: vytvárame útulky pre mentálne retardované, zdravotne postihnutých a chorých, vydávame zákony, ktoré podporujú chudobných a naši lekári sa snažia všetko zachrániť život každého človeka na poslednú príležitosť.Existuje dôvod domnievať sa, že očkovanie zachránilo stovky životov, ktoré by inak zomreli na kiahne. Preto sa i naďalej rozmnožujú aj slabí členovia civilizovaných spoločností. Každý, kto má záujem o chov domácich miláčikov, nepochybuje o tom, že je mimoriadne škodlivý pre ľudskú populáciu.„.

Model ľudstva na muchách

Zaujímavé je, že v experimente bolo možné potvrdiť. Takýto experiment – na vylúčenie výberu – Kondrashov a jeho kolegovia sa zriadili pred 15 rokmi. Modelovali životné podmienky modernej osoby na drosophila muchách. Páry mušiek – muža a ženy – boli umiestnené v samostatných "apartmánoch" – skúmavkách, kde sa nekonkurovali na jedlo s inými muchami, ako sa to stalo pri "komunálnom" presídlení. Páry dostali potomky a biológovia obmedzili počet vajíčok, ktoré boli položené na odstránenie konkurencie medzi larvami. Z každej "rodiny" muchov sa mladí samci a samice odniesli, miešali a miešali v nových "samostatných apartmánoch". Vylúčenie výberu bolo vyjadrené v neprítomnosti súťaže a vo fakte, že každý pár, bez ohľadu na jeho genotyp, priniesol rovnaký počet potomkov. A tak už 30 generácií.Každých 10 generácií, vedci zhodnotili kondíciu lariev – ich konkurencieschopnosť pri jedle v nepriaznivých podmienkach. Výsledok – počas experimentu (viac ako 30 generácií) sa kondícia lariev viac ako zdvojnásobila. A v jednej generácii, podľa výskumníkov, klesol o 2%. Alexey Kondrashov je presvedčený, že v prírode by klesol ešte viac ako v laboratóriu. "Chcel by som zopakovať tento experiment a roztiahnuť ho aspoň na 100 generácií, pretože existuje hypotéza, že po 100 generáciách zomrie všetky mouchy„.

Dúfame, že v blízkej budúcnosti vedci budú schopní priamo vidieť, čo sa deje s ľudským genómom. Keď bude dokončený projekt "1000 genómov", bude mať v rukách 1000 úplne sekvenovaných individuálnych genómov (genotypov), ktoré možno porovnať s mutáciami. A za desať rokov budú tieto genómy už miliónmi. "Negatívny výber je distribuovaný o niekoľko rádov viac ako pozitívny. Z toho dôvodu, že po určitom čase, kvôli pozitívnemu výberu, budeme mať obrovskú hlavu a malé ruky a my všetci budeme veľmi múdri, atď. Je to všetko vec vedeckej fantázie"- Ale Alexey Kondrashov špecifikuje, ale čo sa stane s našim zdravím, je otázka, avšak po desiatich rokoch bude možné odpovedať viac či menej presne, pretože môžeme kvantifikovať zmeny, ku ktorým dochádza v ľudskej populácii.

O rizikách neskorého otcovstva

Opakujeme, že miera mutácií u človeka, vypočítaná podľa genetiky, je približne 10-8 na jednu generáciu na nukleotid. Je zaujímavé, že muži a ženy prispievajú k mutáciám svojich detí. Dieťa dostáva od otca niekoľkokrát viac mutácií než od matky. Prvý ukazoval tento rozdiel anglický genetik John Burdon Sanderson Huldain (John burdon sanderson haldane), jeden z tvorcov syntetickej teórie vývoja. Vyšetroval genetiku hemofílie – dedičného ochorenia vyjadreného v koagulácii krvi. Je známe, že gén zodpovedný za hemofíliu je na X chromozóme. Preto ženy, ktoré nesú defektný X chromozóm v tomto géne, netrpia hemofíliou, pretože ich kompenzujú normálnym génom na párovanom X chromozóme, ale ich X chromozóm sa prenáša spolu s ochorením na synov. Ale otázkou je, kde táto mutácia vzniká,v ženských alebo mužských pohlavných bunkách? Haldane zvažoval oba varianty a porovnával ich pravdepodobnosť a dospel k záveru, že väčšina mutácií hemofílie sa vyskytuje v samčích zárodočných bunkách. Žena nosí túto mutáciu od svojho otca a odovzdá ju svojmu synovi, ktorý sa chorý.

Neskôr výskumníci analyzovali niekoľko dedičných ochorení spojených s X-chromozomálnymi génmi, ako je viacnásobná endokrinná neoplázia, akrocefaloindividuálne. A ukázalo sa, že vo väčšine prípadov sa mutácia objaví najskôr v chromozóme X mužov. Ako píše James Crow (článok James F. Crow, článok v PNAS, 1997), u vyšších primátov, vrátane ľudí, existuje priemerne päťkrát viac mutácií mužov než mutácie u žien.

Dôvody tejto rozdielnosti spočívajú v tom, že zárodočné bunky samcov a samíc sa vytvárajú odlišne. Predchodcovia vajíčok podstupujú bežné delenie buniek (mitózu) iba v embryonálnom období. Dievča sa narodí s hotovou sadou nezrelých oocytov (oocyty prvého rádu), ktoré na začiatku puberty striedavo vstupujú do redukčnej časti, meiózy a tvoria vajíčka (oocyty druhého rádu).Predchodcovia spermií – spermatogóniu – sú aktívne mitoticky rozdelení v semenníkoch od puberty až po starnutie. Výsledkom je, že vajcia prechádza cez 25 mitóz, ktoré kulminujú v meióze a počet mitóz, ktorými sperma prechádza pred meióziou závisí od veku človeka: ak má 18 rokov, je to asi 100 mitóz a ak je 50, potom asi 800 mitóz. A čím viac bunkových delení, tým viac DNA replikácií, tým viac mutácií.

Z toho vyplýva, že počet mutácií, ktoré dieťa dostáva od otca, je vo veľkej miere ovplyvňované vekom jeho otca. Tento záver nie je nový. Ako vysvetľuje Alexey Kondrashov, najprv k nemu prišiel Wilhelm Weinberg (Wilhelm weinberg), nemecký lekár, jeden z objaviteľov základného zákona genetiky obyvateľstva (zákon Hardy-Weinberga). Ale teraz tento model možno potvrdiť priamym výskumom, keďže je možné sekvenovať genóm a počítať počet mutácií. V auguste 2012 v príroda publikoval článok islandských vedcov (prvý autor – Augustine Kong (Augustine Kong)), ktorý opisuje výsledky kompletnej genómovej analýzy 78 rodín. Každá rodina sekvenovala genóm otca, matky a dieťaťa. A porovnávali ich medzi sebou, vypočítali, koľko nových mutácií získalo dieťa.Ukázalo sa, že dieťa dostáva od matky priemerne 15 mutácií bez ohľadu na vek. A od otca – v závislosti od veku: ak je otec 20 rokov – 25 mutácií, ak je 40 rokov – 65 rokov a ak je 50 rokov – 85 mutácií. To znamená, že každý rok života otec pridáva dieťaťu dve nové mutácie. Záver tvorcov diela: muži, ktorí odkladajú narodenie dieťaťa do neskorého veku, by mali prehodnotiť svoje životné plány. A práve teraz vo svete existuje tendencia neskoršej otcovstva. Ak bol v roku 2004 priemerný vek otcov 35 rokov, v roku 2007 už dosiahol 40 rokov. Takmer každý desiaty novonarodený otec má viac ako 50 rokov.

Čím viac mutácií, tým škodlivejších je spojených s chorobami. V niekoľkých štúdiách sa získali údaje, že neskoršie otcovstvo ohrozuje dieťa s rizikom neurologických a duševných ochorení. Podľa údajov získaných na Brainovom inštitúte v Queenslande sú deti 50-ročných otcov dvakrát viac pravdepodobné, že trpia schizofréniou a autizmom ako deti 20-ročných otcov. V experimente na myšiach vedci preukázali, že potomkov starých mužov mutovali gény, ktoré sú spojené s schizofréniou a autizmom u ľudí. Podľa výskumníkov z Tel Avivskej univerzity majú otcovia vo veku 55 rokov a viac päťkrát vyššiu pravdepodobnosť, že budú mať dieťa s Downovým syndrómom,riziko manických depresívnych psychóz u dieťaťa sa zvyšuje o 37% a každé nasledujúce 10 rokov sa riziko schizofrénie u dieťaťa zvyšuje o 30%. V článku, ktorý bol publikovaný pred troma rokmi Nature, ukazuje grafy kognitívneho výkonu dieťaťa proti veku rodičov. Ukazuje sa, že príliš mladá matka je nežiaduca pre intelekt dieťaťa – až 20 rokov a neskôr jej vek prakticky neovplyvňuje túto úroveň. Ale s vekom otca kognitívna výkonnosť dieťaťa klesá: ak je otec 60 rokov, očakávaný duševný vývoj dieťaťa je o 5% nižší ako u 20-ročného otca. Výsledky možno dôverovať, pretože sa získavajú na veľmi veľkej vzorke – viac ako 30 tisíc detí. Starší otec dáva dieťaťu 60 ďalších mutácií, v porovnaní s mladými, hovorí Kondrashov. A znižuje intelektuálne schopnosti o približne 5%. Zdá sa, že to je trochu, ale pre obyvateľstvo ako celok, bežné malé chyby sú oveľa horšie ako veľké, ale zriedkavé chyby. Neexistuje prakticky žiadny výber proti slabým mutáciám u ľudí, určite neovplyvňujú počet detí. A ako výsledok sa hromadia v populácii.

Vzniká otázka: čo je to s Downovým syndrómom – dôsledkom ďalšieho chromozómu – ktorého pravdepodobnosť, ako vieme, sa zvyšuje s vekom matky? Zdá sa, že je to preto, že nedodržanie chromozómov nastáva počas posledného rozdelenia meiózy, odpovedá Aleksey Kondrashov. Pripomeňme si, že toto rozdelenie sa už vyskytuje v dospelom tele ženy. Ale to sa môže stať v spermozóme a je faktom, že určité množstvo Downových syndrómov nevzniká od matky, ale od otca: Nedávno uverejnený článok zobral 90 samostatných spermií a ich sekvenovanie sa ukázalo ako dve aneuploidy, ktoré nesú ďalší chromozóm, takže sa to všetko stáva, len to nevidíme, pretože zvyčajne tieto spermie zomierajú v počiatočných fázach.

Čo robiť?

Ako sa s týmto problémom zaoberať je ťažká otázka, najmä preto, že sa týka etických otázok. "V podstate nechcem uvádzať žiadne odporúčania, pretože v etických záležitostiach vedci nemajú žiadne špeciálne vedomosti – hovorí profesor Kondrashov. – Viem fakty a čo je dobré, čo je zlé, viem alebo neviem toľko ako ktorákoľvek iná osoba. " Aplikácia umelého výberu ľuďom je fašizmus a nútená sterilizácia približne 400 tisíc ľudí v nacistickom Nemecku je považovaná za zločin proti ľudskosti. Ďalšou vecou je genetické poradenstvo, ktoré vám umožní vyhnúť sa dieťaťu s dedičnou chorobou, hoci dnes môže byť týmto spôsobom odrezaná len najťažšia z nich. V budúcnosti je pravdepodobné, že všetko bude o dieťaťi známe, vrátane jeho intelektu a očakávanej dĺžky života.

Možno Kondrasov verí, že sa jedného dňa naučíme "vyčistiť" genóm od škodlivých mutácií a vrátiť ho do "ideálneho stavu": "Teraz to znie ako fantázia, ale pred 50 rokmi a sekvenovanie za dvetisíc dolárov vyzeralo fantasticky." Podľa neho bude ľudstvo čeliť tomuto problému v blízkej budúcnosti a bude musieť nejako vyriešiť. Medzitým môžete svoje dieťa aspoň zachrániť pred rizikami neskorého otcovstva – muži môžu zmraziť svoje spermie v mladom veku, aby ich mohli neskôr použiť v prípade potreby. A po celý život byť "navždy mladými" otcami.


Like this post? Please share to your friends:
Pridaj komentár

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: