Биохранилища открывают новые горизонты в изучении эволюции человека

от

Более чем через десятилетие после секвенирования первого генома неандертальца учёные всё ещё работают над пониманием того, как изменения в ДНК, специфичные для человека, повлияли на эволюцию.

Новое исследование, опубликованное в журнале Science Advances, предлагает инновационный подход. Используя данные из популяционного биобанка, исследователи могут идентифицировать людей, несущих очень редкие архаичные версии генетических изменений. Это позволяет напрямую наблюдать их влияние на современных людей.

Исследование Института Макса Планка

Институт Макса Планка по психолингвистике опубликовал исследование, в котором описывается, как, сравнивая современные геномы с геномами вымерших неандертальцев, можно составить каталог изменений в ДНК, которые возникли на ветви, ведущей к человеку. Однако до сих пор мало известно о роли этих изменений в нашей эволюционной истории.

В предыдущих исследованиях учёные в основном ограничивались тестированием воздействия изменений в геноме человека путём «очеловечивания» животных моделей или введения архаичных вариантов ДНК в ткани человека, выращенные в лаборатории.

Авторы нового исследования рассуждали, что дополнительные идеи могут быть получены из инновационного источника — популяционных биобанков.

«Исследования показывают, что генетические варианты, возникшие относительно недавно в ходе эволюции человека, могут иметь особое значение для здоровья, — говорит Барбара Мольц, одна из ведущих авторов исследования. — Доступность огромных коллекций данных с участием сотен тысяч людей открывает новые возможности».

Поиск редких случаев

Мольц и её коллеги сосредоточились на одном классе изменений в ДНК, которые привлекли особое внимание в более ранних исследованиях эволюции человека — вариантах, изменяющих структуру белка.

Белки составляют большую часть молекулярного механизма клеток, играя важную роль в развитии и функционировании наших тканей и органов. Команда сосредоточилась на наборе эволюционных изменений, специфичных для человека, которые влияют на кодирование белка и которые до сих пор считались неизменными («фиксированными») у всех современных людей.

При тщательном сканировании последовательностей ДНК более чем 450 000 человек в британском популяционном биобанке исследователи обнаружили, что для многих предположительно фиксированных эволюционных изменений в кодировании белка (17 из 37, которые можно было протестировать) было по крайней мере несколько живых людей с архаичной версией гена, соответствующей статусу нашего общего предка с неандертальцами.

Они сосредоточились на одном из вариантов с наибольшим количеством носителей — варианте в SSH2 — гене, который связан с развитием клеток мозга, среди других функций. Исследуя ряд признаков здоровья, психических и когнитивных особенностей у 19 не связанных между собой людей с архаичным SSH2, они не обнаружили явных последствий наличия этого древнего варианта.

Дальнейшие исследования

Затем исследователи изучили другой вариант, представляющий особый интерес, влияющий на ген под названием TKTL1. Большие различия между воздействием человеческих и архаичных версий TKTL1 были ранее показаны в экспериментах с животными моделями, генетически модифицированными органоидами мозга и нокаутами генов в тканях головного мозга человеческого плода.

Эти эксперименты показали ключевую роль TKTL1 в эволюции человека, когда человеческое изменение привело к увеличению генерации нейронов во фронтальных областях мозга, что могло иметь последствия для человеческого познания и поведения.

Однако, когда Мольц и её коллеги изучили британский популяционный биобанк, они обнаружили, что 62 человека несут архаичную версию TKTL1. Поскольку TKTL1 находится на X-хромосоме, у мужчин среди них (16 человек) есть только архаичный вариант; у них полностью отсутствует человеческий вариант.

Подмножество людей в британском популяционном биобанке прошло нейровизуализацию в рамках исследований, что позволило учёным изучить влияние наличия архаичной версии TKTL1 на структуру лобных долей мозга. Но никаких экстремальных различий обнаружено не было, даже у мужчин. И значительная часть носителей имела высшее образование, что опровергает предположение о серьёзном влиянии на когнитивные функции.

Результаты показывают, что иногда драматические эффекты, наблюдаемые в лабораторных экспериментах с эволюционными вариантами, могут не соответствовать их реальному влиянию на жизнь человека.

«Результаты ставят под сомнение идею о том, что отличительные черты Homo sapiens могут быть объяснены каким-либо одним геном с большим эффектом, влияющим на мозг и поведение», — говорит Саймон Фишер, старший автор нового исследования.

«В целом, эта работа показывает, как усилия по созданию биохранилищ могут дать важные сведения не только о здоровье и болезнях, но и помочь пролить свет на глубокие вопросы о нашем эволюционном происхождении».

Авторы подчёркивают, что остаются серьёзные проблемы, и предлагают рекомендации по их преодолению. Например, редкость людей, несущих архаичные варианты, ограничивает размер выборки, что затрудняет исключение более умеренных эффектов. И во многих популяционных биобанках отсутствует информация о признаках, представляющих особый эволюционный интерес, таких как языковые навыки.

В будущей работе необходимо также расширить разнообразие предков в усилиях по созданию биохранилищ и разработать методы, которые могут лучше разобраться в том, как множественные эволюционные изменения взаимодействуют, формируя человеческую биологию.

Предоставлено:
[Общество Макса Планка](https://phys.org/partners/max-planck-society/)

Источник

Другие новости по теме

Другие новости на сайте