Gyvenimas be atrankos: geras ar pavojingas?

Gyvenimas be atrankos: geras ar pavojingas?

Aleksejus Кондрашов, Надежда Маркина
"Trejybės pasirinkimas" Nr. 23 (117), 2012 m. Lapkričio 20 d

Aleksejus Кондрашов

Žmonės civilizuotos visuomenės gyvena vis labiau ir labiau socialiai, mažiau biologiškai. Jis sėkmingai įveikia gamtos apribojimus: jis gyvena bet kokiame klimate, jis valdo naujus maisto resursus, išmoko kovoti su infekcinėmis ligomis. Daug veiksnių, kurie anksčiau turėjo nužudyti žmogų, dabar jam nebėra mirtini. Gydytojai išmoko rūpintis priešlaikiniais ir silpnais naujagimiais; skiepijimas apsaugo nuo pavojingų infekcijų ir infekcijos infekcijos atveju kenkia antibiotikams; visuomenė rūpinasi ligoniais ir neįgaliaisiais. Nors visa tai veikia netinkamai, civilizacija radikaliai pagerino žmogaus biologinį tinkamumą – jo išlikimą aplinkoje. Tačiau žmogus negali atsikratyti savo genetikos ir mes negalime pakeisti procesų, vykstančių šiomis sąlygomis. Norėdami suvokti, kas vyksta šiandien su vyru ir kas laukia mūsų ateityje, bandėme su evoliucijos biologu, biologijos mokslų daktaru Aleksejus Кондрашов, Mičigano universiteto profesorius ir Maskvos valstybinio universiteto bioinžinerijos ir bioinformatikos fakultetas, kuris viešoje paskaitoje dalyvavo All-Russian Science Festival 2012.

Kalbant apie evoliucinę biologiją, natūrali atranka daro vis mažiau įtakos šiuolaikiniam žmogui, tai yra jėga, kuri pašalina mažiau pritaikytus individus iš gyventojų, paliekant jiems daugiau tinka, nes pastarieji palieka daugiau palikuonių. "Yra pasirinkta teigiama ir neigiama– aiškina Aleksejus Kondrašovas. – Teigiama atranka palanki naujai naudingam bruožui. Pavyzdžiui, visi gyventojai buvo baltos, tada pasirodė juodas mutantas, šis požymis pasirodė esąs naudingas, o po kurio laiko šio juodo mutanto palikuonys gali užplūsti visą gyventojų skaičių. Neigiamas atrankas, atvirkščiai, pritaria senoms ir bendroms savybėms. Visi balti ir baltos, kad būtų geros, bet atsirado mutacija, pasirodė juoda, o juoda bloga. Atitinkamai, šio mutanto palikuonys nebus išgyventi, o "juodas" genas išplauks iš gyventojų. Darvinas labiausiai domėjosi evoliucija, t. Y. Lėtaisiais pokyčiais, ir jis dažniausiai minėjo ir parašė apie teigiamą atranką.Ir apie daugybę neigiamų idėjų, Ivanas Ivanovičius Schmalhausenas labai mąstė."Ši šiuolaikinio žmogaus silpnoji atranka – nepalankūs gyventojų genai neišskleidžia, bet kaupiasi. Bendrosios koncepcijos lygiu tai jau seniai tapo aišku, tačiau pastaraisiais metais, atsiradus šiuolaikiniams tyrimų metodams, pasirodė duomenys, leidžiantys kiekybiškai įvertinti šį procesą.

Klaidos biomolekulinėse mašinose

Mutacijos nuolat atsiranda mūsų DNR pokyčiuose. Dėl šios priežasties nei radiacijos, nei cheminių mutagenų nereikia – procesas vyksta savanoriškai. "Kaip sakė Buda, viskas, sudaryta iš dalių, yra sunaikinta, sako Kondrašovas. "Prieš eidamas į nirvaną, jis surinko mokinius ir kalbėjo šiais keturiais žodžiais. Būdai, taikomi biologinėms molekulėms, buvo visiškai teisingi, iš tikrųjų jie susideda iš dalių ir gali žlugti. Ir mutacijos procesas yra visos materialiojo pasaulio tendencijos manifestacija chaosui."Mutacijos yra neišvengiamos, nes DNR yra labai ilga molekulė (bendras žmogaus geno molekulių ilgis yra maždaug vienas metras), vienas nukleotidas storas – natūraliai, jis negali būti tobulas.

Yra trys pagrindiniai mutacijų šaltiniai. Pirmasis yra klaidos, atsirandančios replikacijos metu – DNR molekulės padvigubėjimas. Pagrindinis šio proceso dalyvis yra DNR polimerazės fermentas. Po to, kai dvigubos DNR sluoksniai suskaidomos į dvi atskiras dalis, DNR polimerazė eina per kiekvieną grandinę ir surenka porą prie jo, naudojant seną grandinę kaip matricą. Tai yra, jei ji mato raidę A (adeniną) ant senojo gijos, tada ji prideda raidę T (timiną) į naują siūlą. "Bet maždaug viename iš 100 tūkstančių atvejų jis įterpia neteisingą raidę, aiškina Aleksejus Kondrašovas. – Ir labiausiai pastebimas dalykas yra tai, kad po to, kai ji prideda laišką, ji nedelsdama bando jį išplėsti. Rezultatas yra tas, kad raidė prisijungia klaidingai su tikimybe apie 10-5ir jei laiškas neteisingai pritvirtintas, jis taip pat nebus pertrauktas, tikėtina, kad bus 10-5. Taigi mutacijos tikimybė yra apie 10-10 laiškas, skirtas replikacijai. Pabandykite įvesti ir sutinkate, kad DNR polimerazė puikiai veikia.„.

Tačiau replikacijos klaidos atsiranda su 10 tikimybe10 laiškas yra pagrindinis mutacijų šaltinis. Antrasis mutacijų šaltinis yra DNR atkūrimo klaidos.Atlyginimas yra žalos taisymas, o žalos priežastis yra tai, kas pažeidžia cheminę molekulės struktūrą, todėl DNR blogėja. Pavyzdžiui, kalbame apie vieno ar abiejų siūlų lenkimą, siūlus siūlus sudėjus ne silpnai vandenilio ryšiais, o kovalentiniais ryšiais, kad jie negalėtų nukrypti ir tt "Kiekvienoje žmogaus ląstelėje kas kelis šimtus tūkstančių savaiminių sužalojimų atsiranda, – sako Kondrašovas. – Ir jie turi būti suremontuoti, nes kitaip ląstelė mirs. Ir jei dėl remonto atsirastų kokia nors klaida, tai taip pat bus mutacija"Trečias mutacijų šaltinis yra klaidos per rekombinaciją per mejozės-redukcijos ląstelių dalijimą, dėl kurio susidaro diploidinės ląstelės su dvigubu chromosomų rinkiniu, haploidu, su vienu chromosomų komplektu. Tai yra būtinas lytinių ląstelių brandinimo etapas ir rekombinacijos metu, kai keičiamos chromosomos gabaliukuose – gali atsirasti klaidų.

Ką ir kiek

99% mutacijų yra nukleotidų pakaitalai, sako Aleksejus Kondrašovas, pavyzdžiui, kai citozinas (C) pakeičia guanino (G). Tai yra vieno nukleotido polimorfizmo šaltinis (vieno nukleotidų polimorfizmasSNP). Be to, gali būti trumpas kelių raidžių ištraukimas arba, priešingai, trumpas vieno ar dviejų ar trijų nukleotidų įterpimas.Retai atsiranda dideli įvykiai – 100 ar daugiau kartų išpjauti arba įterpti, kartais iki milijono nukleotidų, arba pasukti DNR dalį 180 °. Būtina suprasti, kad mutacijos yra toli gražu ne visada blogos. Tai yra genetinių pokyčių šaltinis, be mutacijų evoliucija nebus, dėl ko atsirado visa gyvojo pasaulio įvairovė.

Su sekvenavimo metodų atsiradimu radikaliai sumažėjo nukleotidų sekos nustatymo viso genomo kaina. Ir buvo naujų galimybių kiekybiškai įvertinti mutacijų atsiradimo dažnumą. Jei anksčiau, kaip tikintis Kondrašovas, jis turėjo kelis metus praleisti, rūpestingai studijuodamas Drosofilos sparnus ir atrenkant mutantus, dabar galima sekti motinos, tėvo ir mamos dukters genotipus už 300 dolerių ir palyginti juos. Kaip rezultatas, bus nustatytos visos naujos mutacijos, atsiradusios generuojant pokyčius, o tai reiškia, kad jie atsirado tėvų lytinių organų ląstelėse. Kaip ir mokslininkai, žmogaus genomo mutacijų greitis yra apie 10-8 vienos kartos vienam nukleotidui.

Gripas genome

Visi žmonės skiriasi įvairiomis išorinėmis ir vidinėmis funkcijomis. Genetiškai du žmonės individai skiriasi vienu raidiniu genetiniu kodu kiekvienam 1000 nukleotidų. Vieno skirtumo, tenkančio 1000, nėra daug, atsižvelgiant į tai, kad, pavyzdžiui, vaisių muses turi vieną skirtumą 100, o šizofilas – grybų – vienas skirtumas yra 10, ir tai yra absoliutus genetinės įvairovės rekordas. Vis dėlto tai reiškia, kad tarp dviejų žmonių yra 35 milijonų trumpų skirtumų, vienos raidės pakeičiamos. Tačiau kadangi kiekviena aminorūgštis yra užkoduota trimis nukleotidais (tripletais arba kodonais), ne visi nukleotidų pakaitalai DNR sukelia amino rūgšties pakeitimą baltymu, o tik vadinamieji nesinonimai. Ir tokie nesinonimai pakeitimai, dėl kurių pasikeičia baltymų molekulė, kiekvienas baltymo koduojančių genų asmuo apie 10 tūkstančių. Maždaug 10% iš jų nėra nenaudingi, bet kenksmingi, dėl kurių sumažėja fitnesas. Tarp jų yra mirtini. Biologai nustatė, kad ir Drosophila, ir stuburiniai gyvūnai turi vidutiniškai vieną ar du mirtinais mutacijas vienam genotipui. Šis organizmas nemiršta, nes šios mutacijos yra heterozigotinės būklės, t. Y.mutantinis genas yra dubliuojamas su įprastiniu susietos chromosomos genu. Be to, žmogaus genotipas vidutiniškai turi apie 100 didelių DNR nuosėdų ir įterpimų, kurių bendras ilgis yra apie 3 milijonus nukleotidų. Nobelio premijos laureato genijus, vienas iš Jameso Watsono DNR dvigubo spiralės modelio, kuris buvo jo sekvenavimo metu, bendraautorius, atlieka įprastą silpnų žalingų mutacijų skaičių ir 12 stiprių kenksmingų mutacijų, kurios slepiasi už įprastų genų heterozigotinėje būsenoje. Akivaizdu, kad jie neturėjo įtakos James Watson tinkamumui ir sėkmei. Bet jei yra daugiau kenksmingų mutacijų ir jie nebus išvalomi atrankos būdu, pusiausvyra bus pažeista, o fitnesas žmonių populiacijoje neišvengiamai sumažės.

Kaip pabrėžė Aleksejus Kondrašovas, Darvinas suprato šią problemą, kuri rašė: "Žvalgyboje tie, kurie yra silpni, kūne ar protu, miršta greitai. Ir tie, kurie išgyvena, paprastai demonstruoja galingą sveikatą. Ir mes, civilizuoti žmonės, darome viską, kad išvengtume šio pašalinimo proceso: kurdami prieglaudas, skirtas protiškai atsilikusioms, neįgaliesiems ir sergantiems, išleisti įstatymus, kuriais remiami vargšai, o mūsų gydytojai stengiasi išsaugoti kiekvieno žmogaus gyvenimą iki paskutinės galimybės.Yra pagrindo manyti, kad vakcinacija išgelbėjo šimtus gyvybių, kurie kitaip būtų mirę nuo raupų. Todėl net silpni civilizuotos visuomenės nariai ir toliau dauginasi. Visi, kurie nori veisti naminius gyvūnėlius, neturės abejonių, kad tai labai kenkia žmonių populiacijai.„.

Žmonijos modelis ant musių

Įdomu tai, kad eksperimente pasirodė įmanoma. Toks eksperimentas – išskyrus pasirinkimą – Kondrašovas ir jo kolegos, įsteigti prieš 15 metų. Jie modeliuodavo šiuolaikinio žmogaus gyvenimo sąlygas drosofilos muses. Muses poros – vyrų ir moterų – buvo dedamos į atskirus "apartamentus" – mėgintuvėlius, kuriuose jie nekonkuruoja dėl maisto su kitais musiais, kaip tai vyksta "bendruomenės" persikėlimo metu. Poros turėjo palikuonių, o biologai apribojo kiaušinių skaičių, kad būtų pašalinta lervų konkurencija. Iš kiekvienos "mėsos" "šeimos" buvo paimti jauni vyrai ir moterys, sumaišyti ir sumaišyti su naujais "atskirais butais". Atrankos nebuvimas buvo išreikštas nesant konkurencijos ir dėl to, kad kiekviena pora, nepriklausomai nuo jos genotipo, atnešė tokį patį skaičių palikuonių. Ir taip 30 kartų.Kas dešimt kartų mokslininkai įvertino lervų sveikumą – jų konkurencingumą maiste sunkiomis sąlygomis. Rezultatas – per eksperimentą (daugiau nei 30 kartų) lavinia fitnesas padidėjo daugiau nei dvigubai. Ir vienos kartos tyrėjai apskaičiavo, kad sumažėjo 2%. Aleksejus Kondrašovas mano, kad gamtoje būtų sumažėjęs net daugiau nei laboratorijoje. "Norėčiau pakartoti šį eksperimentą ir ištempti bent 100 kartų, nes yra hipotezė, kad po 100 kartų visi muses mirs„.

Tikimasi, kad netolimoje ateityje mokslininkai galės tiesiogiai pamatyti, kas vyksta su žmogaus genomu. Kai "1000 genomų" projektas bus baigtas, jų rankose bus 1000 visiškai atskirai sekančių atskirų genomų (genotipų), kurias galima palyginti su mutacijomis. Per dešimt metų šie genomai jau bus milijonai. "Neigiama atranka paskirstoma keliais dydžiais daugiau nei teigiama. Todėl argumentai, kad po tam tikro laiko, dėl teigiamos atrankos, turėsime didžiulę galą ir mažas rankas, o mes visi busime labai protingi ir tt, tai viskas iš mokslinės fantastikos dalyko"- sako Aleksejus Kondrašovas, bet tai, kas atsitiks mūsų sveikatai, yra klausimas. Vis dėlto per dešimt metų į jį galėsime atsakyti daugiau ar mažiau tiksliai, nes mes galime kiekybiškai įvertinti pokyčius, vykstančius žmonių populiacijoje.

Apie pavėluotą tėvystę

Mes pakartojame, kad pagal genetą apskaičiuotas žmogaus mutacijų greitis yra apie 10-8 vienos kartos vienam nukleotidui. Tačiau įdomu, kad vyrai ir moterys skirtingai prisideda prie jų vaikų mutacijų. Būtent, vaikas gauna kelis kartus daugiau tautiečių, nei iš motinos. Pirmas, kuris parodė šį skirtumą, buvo anglų genetikas John Burdon Sandersonas Huldainas (John burdon sanderson haldane), vienas iš sintetinės evoliucijos teorijos kūrėjų. Jis ištyrė hemofilijos genetą – paveldimą liga, išreikštą kraujo krešėjimo. Yra žinoma, kad genų, atsakingų už hemofiliją, yra X chromosomos. Todėl moterys, turinčios neigiamą šio geno X chromosomą, nekenčia nuo hemofilijos, nes jos kompensuoja įprastą sujungtos X chromosomos geną, tačiau jų X chromosoma yra perduodama kartu su liga tėvams. Tačiau klausimas yra, kur ši mutacija atsiranda,moterų ar vyrų lytinių ląstelių? Haldane apsvarstė abu variantus ir, lygindamas jų tikimybę, padarė išvadą, kad dauguma hemofilijos mutacijų atsiranda vyriškos lyties ląstelėse. Motininis vežėjas šią mutaciją gauna iš savo tėvo ir perduoda ją sūnui, kuris serga.

Vėliau mokslininkai išanalizavo keletą paveldimų ligų, susijusių su X chromosomų genais, pvz., Daugybe endokrininės neoplazijos, akrocefalozindaktiliais. Ir paaiškėjo, kad daugeliu atvejų pirmoji mutacija pasirodo vyro X chromosomos. Pasak Jameso Crowo (James F. Crow, straipsnis PNAS, 1997 m.), Aukštesniuose primatuose, įskaitant ir žmones, vidutiniškai penkis kartus daugiau vyriškų mutacijų nei moterų mutacijos.

Šio skirtumo priežastys yra tai, kad vyriškos ir moteriškos lyties ląstelės yra formuojamos įvairiais būdais. Kiaušinių pirmtakams būdingas įprastas ląstelių susiskirstymas (mitozė) tik embrioniniame laikotarpyje. Mergaitė gimsta su paruošta neaugos oocitų (pirmosios eilės oocitų), kuri savo brendimo pradžioje pakaitomis patenka į redukcijos padalinį, mejozę ir formuoja kiaušinius (antrojo tvarkos oocitus).Spermatozoidų pirmtakai – spermatogonija – aktyviai mitotiniu būdu skirstomi į sėklidės nuo brendimo iki senatvės. Dėl to kiaušinis praeina per 25 mitozes, kulminacijos iki mejozės, o mitozių, per kuriuos sperma praeina prieš mejozę, skaičius priklauso nuo vyro amžių: jei jam yra 18, tai yra apie 100 mitozių, o jei jis yra 50, tada apie 800 mitozių. Ir kuo daugiau ląstelių dalijimosi, tuo daugiau DNR replikacijų, tuo daugiau mutacijų.

Iš to išplaukia, kad dauguma vaikų, kuriuos vaikas gauna iš tėvo, turi įtakos tėvo amžiui. Ši išvada nėra nauja. Kaip paaiškina Aleksejus Kondrašovas, pirmiausia jam atėjo Wilhelmas Weinbergas (Wilhelm Weinberg), vokiečių daktaras, vienas iš pagrindinių gyventojų genetikos įstatymo (Hardy-Weinberg įstatymo) atradėjų. Bet dabar šį modelį galima patvirtinti tiesioginiais tyrimais, nes tapo įmanoma sekti genomą ir skaičiuoti mutacijų skaičių. 2012 m. Rugpjūčio mėn Gamta paskelbė Islandijos mokslininkų (pirmasis autorius – Augustinas Kongas (Augustinas Kongas)), kuriame aprašyti 78 genų analizės rezultatai. Kiekviena šeima nustatė tėvo, motinos ir vaiko genomą. Ir, lygindami juos tarpusavyje, jie apskaičiavo, kiek naujų vaistų įgytų mutacijų.Paaiškėjo, kad vaikas gauna vidutiniškai 15 motinų mutacijų, neatsižvelgiant į jų amžių. Ir iš tėvo – priklausomai nuo amžiaus: jei tėvas yra 20 metų – 25 mutacijos, jei 40 metų – 65, o jei 50 metų – 85 mutacijos. Tai reiškia, kad kiekvienais tėvo gyvenimo metais prie vaiko pridedamos dvi naujos mutacijos. Darbo autorių išvada: vyrų, atidėjusių vaiko gimimą iki vėlyvo amžiaus, turėtų persvarstyti savo gyvenimo planus. Ir tik dabar pasaulyje yra tendencija vėlesnėje tėvystėje. Jei 2004 m. Vidutinis tėvų amžius buvo 35 metai, 2007 m. Jis jau pasiekė 40 metų. Beveik kas dešimtoji naujagis yra daugiau nei 50 metų.

Kuo daugiau mutacijų, tuo labiau kenksminga tarp jų, yra susijusi su ligomis. Keliuose tyrimuose buvo gauti įrodymai, kad vėliau tėvystė kelia grėsmę vaiko nuo neurologinių ir psichinių ligų rizikai. Taigi, remiantis Kveinlando smegenų instituto duomenimis, 50 metų tėvų vaikai dvigubai dažniau kenčia nuo šizofrenijos ir autizmo nei 20 metų tėvų vaikai. Palyginus su pelėmis, mokslininkai parodė, kad senų vyriškų palikuonių yra mutavusių genų, susijusių su šizofrenija ir autizmu žmonėse. Ir, pasak Tel Avivo universiteto mokslininkų, 55 metų amžiaus tėvai yra penkis kartus dažniau linkę turėti vaiką su Dauno sindromu,manijos ir depresijos psichozės rizika vaikui padidėja 37%, o kiekvienais paskesniais 10 metų šizofrenijos rizika vaikui padidėja 30%. Straipsnyje, paskelbtame prieš trejus metus Gamta, rodo vaiko pažinimo veiklos diagramas pagal tėvų amžių. Pasirodo, kad pernelyg maža motina yra nepageidaujama vaiko žvalgybai – iki 20 metų, o vėliau jos amžius beveik nekeičia šio lygio. Tačiau su tėvo amžiumi vaiko pažinimo funkcija sumažėja: jei tėvas yra 60 metų, vaiko laukiama psichinė raida yra 5% mažesnė nei 20 metų tėvas. Rezultatus galima patikėti, nes jie gaunami labai didelėje imtyje – daugiau nei 30 tūkstančių vaikų. Vyresnio amžiaus tėvas vaikui suteikia 60 papildomų mutacijų, palyginti su jaunais, nurodo Kondrašovas. Tai sumažina intelektualinius gebėjimus apie 5%. Atrodytų, kad šiek tiek, bet visai visuomenei, bendri nedideli trūkumai yra daug blogesni už didelius, bet retus defektus. Žmonėms silpnų mutacijų praktiškai nėra atrankos, jie tikrai neturi įtakos vaikų skaičiui. Ir dėl to jie kaupiasi gyventojų.

Kyla klausimas: ar apie Dauno sindromą – dėl papildomos chromosomos pasekmės – kurių tikimybė, kaip žinome, didėja kartu su motinos amžiumi? Matyt, tai yra todėl, kad chromosomos nesusijungimas atsiranda per paskutinį mejozės pasiskirstymą, atsako Aleksejus Kondrašovas. Prisiminkite, kad šis susiskaldymas vyksta jau suaugusiame moters kūne. Bet tai gali atsitikti spermatozoidui, ir tai yra faktas, kad tam tikra Dauno sindromų dalis nėra kilusi iš motinos, o iš tėvo: "Neseniai paskelbtame straipsnyje pasirodė 90 atskirų spermatozoidų ir jų sekvenavome, du iš jų pasirodė aneuploidai – jie nešiojo papildomą chromosomą. Taigi visa tai vyksta visą laiką, tik mes nemato, nes paprastai šie spermatozoidai miršta ankstyvosiose stadijose."

Taigi ką daryti?

Kaip elgtis su šia problema yra sunkus klausimas, pirmiausia todėl, kad jis daro įtaką etinėms problemoms. "Aš iš esmės nenoriu duoti jokių rekomendacijų, nes etiniais klausimais mokslininkai neturi jokių specialių žinių – sako profesorius Kondrašovas. – Aš žinau faktus, o kas gerai, kas yra bloga, aš žinau ar nežinau kaip bet kuris kitas žmogus. " Žmonėms dirbtinį atranką taikyti yra fašizmas, o priverstinė sterilizacija apie 400 tūkst. Žmonių nacių Vokietijoje pripažįstama nusikaltimu žmonijai. Kitas dalykas yra genetinis konsultavimas, leidžiantis išvengti paveldimo liga sergančio vaiko, nors šiuo metu tokiu būdu gali būti nutrauktas tik sunkiausias iš jų. Ateityje tikėtina, kad viskas bus žinoma apie vaiką, įskaitant jo intelektą ir gyvenimo trukmę.

Galbūt Kondrašovas tiki, kad mes kada nors išmokysime "išvalyti" genomą nuo kenksmingų mutacijų, grąžindami jį į "idealią valstybę": "Dabar tai skamba kaip fantazija, bet prieš 50 metų ir sekimas už du tūkstančius dolerių atrodė puikiai." Pasak jo, artimiausiu metu žmonija susidurs su šia problema ir bus priversta kažkaip ją išspręsti. Tuo tarpu jūs bent jau galite išsaugoti savo vaiką nuo pavėluoto tėvystės pavojaus – vyrai gali užšaldyti savo spermą jaunesniame amžiuje, kad vėliau jie galėtų jį naudoti, kai to reikia. Ir per visą gyvenimą būti "amžinai jaunais" tėvais.


Like this post? Please share to your friends:
Parašykite komentarą

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