Учёные из академического Института молекулярной генетики (ИМГ РАН) недавно вернулись из очередной экспедиции по российской глубинке — в этот раз они побывали в одной из деревень Вологодской губернии. Уже более 15 лет они ведут исследования в области этнической геномики. Накопленный материал особенно ценен для изучения русского этноса, которому до недавнего времени генетики не уделяли большого внимания, а также важен для анализа предрасположенности разных популяций к тем или иным наследственным заболеваниям.
Руководитель отдела молекулярных основ генетики человека ИМГ РАН Светлана Лимборская: «Наша задача — отодвинуть развитие тяжёлых наследственных болезней на более длительный срок. Это уже само по себе будет огромным достижением: одно дело, когда заболевание начинается в 40-50 лет и совсем другое — в 70»В кабинете руководителя отдела молекулярных основ генетики человека ИМГ РАН, профессора Светланы Лимборской висит несколько географических карт России. По ним учёные намечают маршруты своих экспедиций, которые с завидной регулярностью проводятся с 1993 года. На сегодняшний день изучено около 50 популяций (из них 20 принадлежат к русскому этносу), исследования проводились в Смоленской, Тверской, Ивановской, Курской и других областях. В последнее время генетики активно исследуют районы севера и северо-запада России, в частности, Вологодскую область. Недавно оттуда вернулась очередная экспедиция. По словам Светланы Лимборской, исследования проводились в настоящей русской глубинке — селе имени Бабушкина. Генетики специально выбирают поселения, расположенные вдали от городов, промышленных центров и железнодорожных станций, — именно там ещё можно найти этнические общности коренных жителей. Устанавливая сходства и различия в геномах ныне живущих людей, можно получить сведения об очень далёких исторических событиях, вплоть до момента происхождения человечества. В этом и заключается уникальность и значимость этногеномики. Уже имеющиеся в распоряжении учёных ИМГ РАН данные ставят под сомнение некоторые хрестоматийные взгляды, например, на возникновение восточнославянских народов.Откуда есть пошли славяне?
«Поскреби любого русского, и найдёшь татарина», — говорят в народе, но истинность этого утверждения генетики пока не доказали.«Мы пытались обнаружить в русской популяции татарские “корни”, но безрезультатно, — говорит Светлана Лимборская. — Напротив, у татар явно прослеживаются европеоидные особенности. И это можно объяснить исторически: во времена татаро-монгольского ига татары не жили на Руси. При этом известно, что они забирали к себе русских девушек, что и стало одной из причин появления в их популяции европеоидных характеристик».
Профессор Светлана Лимборская может привести в пример не один десяток генетических особенностей русского этноса. Притом что этногеномика активно развивается во всём мире (хорошо изучены народы Африки, коренное население Америки, Сибири), исследователи долгое время обходили вниманием этнические группы Восточно-Европейского региона, в частности русский этнос. Именно поэтому на его изучении и решили сосредоточиться сотрудники отдела молекулярных основ генетики человека ИМГ РАН .
Отдел молекулярных основ генетики человека открылся в Институте молекулярной генетики РАН почти 25 лет назад. Это было первое подразделение в структуре Академии наук, которое занялось молекулярной генетикой человека. В то время ещё не была создана Международная организация по изучению генома человека (HUGO), да и сам человек не являлся любимым объектом изучения молекулярной биологии и генетикиБольшую помощь в этих исследованиях им оказали историки, геологи, антропологи, этнологи. Выбирая маршруты для первых экспедиций, учёные ориентировались на карту Древней Руси и старались в первую очередь изучить те места, где исконно расселялись восточнославянские племена. Как отмечает Светлана Лимборская, для всех было полной неожиданностью, когда вдруг стало ясно, что генетика тесно связана с историей, более того, может служить для неё ещё одним источником информации.
Не так давно учёные ИМГ РАН совместно с белорусскими и украинскими коллегами изучали три восточнославянских этноса на примере жителей Киевской, Новгородской областей и Пинского района Беларуси. Проводили анализ по пяти полиморфным маркёрам, определяя их сочетания (гаплотипы). У представителей всех трёх этнических групп обнаружились два наиболее часто встречающихся гаплотипа, но для русских был характерен один, для украинцев — второй, а для белорусов — и первый и второй практически в равной степени. На основе полученных данных учёные предположили, что белорусы по своим генетическим характеристикам ближе других находятся к тому праэтносу, от которого произошли восточные славяне.
«Наши исследования показывают, что все сходства и различия этнических сообществ являются следствием генетической “истории”, — говорит Светлана Лимборская. — Как создавались сообщества, как они исторически развивались, какие группы входили в их состав — всё это отразилось в нашей ДНК. Конечно, в отдельном человеке это увидеть трудно. Хотя уже сейчас есть основания полагать, что при расшифровке генома человека можно проследить какие-то исторические события. В этом направлении делаются лишь первые шаги, поэтому мы сравниваем совокупный геном популяций, относящихся к той или иной этнической группе».
Этногеномикой сотрудники Светланы Лимборской заинтересовались буквально с начала работы отдела молекулярных основ генетики человека. Тогда появились первые результаты исследований различий в геномах людей. В частности, в 1985 году известный английский генетик сэр Алек Джеффрис установил, что по образцам крови можно идентифицировать людей, создав так называемый метод «генетической дактилоскопии». Обнаруженный вариант геномного полиморфизма был запатентован, и за лицензию на использование этих данных нужно было платить огромные деньги. Не имея таких средств, российские учёные стали самостоятельно работать в области сравнения геномов, в результате смогли обнаружить ещё одно семейство последовательностей ДНК, свойства которых позволяли применить их в качестве маркёров, подобно методу сэра Джеффриса. Так, удалось обойти все трудности с патентными правами и сделать открытие, за которое отделу Светланы Лимборской в соавторстве с учёными из Института молекулярной биологии (сейчас Институт биологии гена РАН) присудили в 1996 году Госпремию РФ
Один ген защищает от ВИЧ, другой мешает лечить рак
Исследования коллектива Светланы Лимборской в области этнической геномики имеют непосредственное отношение к медицине: изучение геномов разных этносов позволяет установить предрасположенность человека к тем или иным заболеваниям. Например, некоторое время назад генетикам удалось определить группы людей, устойчивых к инфицированию наиболее опасной разновидностью вируса иммунодефицита человека — ВИЧ-1. Учёные выяснили, что у них отсутствует небольшой участок в гене клеточного рецептора (с помощью него вирус попадает в клетку). В результате синтезируется мутантный белок, вирус ВИЧ-1 не узнаёт рецептор и не может проникнуть в клетку.
Отдел Светланы Лимборской считается одним из самых молодых в институте: студенты и аспиранты ведущих вузов страны проявляют интерес к исследованиям в области молекулярной генетики. На фото: аспирант Тимур Коломин демонстрирует действие прибора, который используется для диагностики болезни Паркинсона«В некоторых популяциях насчитывается около 10-20 процентов людей с таким “неправильным” геном, — рассказывает Светлана Лимборская. — Причём когда мы стали строить генно-географическую карту распространения этого особенного варианта, то установили, что наибольшая его концентрация в районе Балтийского моря, в том числе на нашей территории. А вот среди африканцев и азиатов он практически не встречается. Мы смогли доказать, что это связано с одним из внешнесредовых параметров, а именно годовым радиационным балансом (имеется в виду солнечная радиация — Авт.). Чем дальше на юг, тем реже встречается этот вариант генетической устойчивости к ВИЧ-1». Опубликованные результаты исследований вызвали большой резонанс, поскольку учёным ИМГ РАН удалось математически доказать то, что устойчивость к вирусу ВИЧ-1 обусловлена влиянием внешней среды.Изучая взаимосвязь между средовыми факторами и генетическими особенностями, можно выявить причины возникновения нетипичных реакций на те или иные фармацевтические препараты у представителей определённых этносов. К примеру, врачи из Российского онкологического научного центра имени Н.Н. Блохина поставили перед отделом Светланы Лимборской задачу выяснить, почему пациенты с одним и тем же типом злокачественной опухоли совершенно по-разному реагируют на предложенную схему лечения. Было подмечено, что химиотерапию жители европейской части России переносят хорошо, а, скажем, для якутов она оказывается слишком токсичной. Причём заранее предугадать реакцию конкретного человека на схему лечения нельзя.
Коллеги Светланы Лимборской лишь приступили к этому проекту, и ещё не оформили свои наблюдения в конкретные рекомендации для медиков.
Вопреки наследственности
Наряду с этногеномикой, ещё одним приоритетным направлением исследований в отделе молекулярных основ генетики человека ИМГ РАН является изучение наследственных заболеваний, в частности, инсульта и болезни Паркинсона. Ещё в начале 1980-х годов учёные заинтересовались генами, которые влияют на деятельность мозга. По словам Светланы Лимборской, им в какой-то степени повезло: несмотря на жёсткую конкуренцию в этой области (тогда уже полным ходом шла расшифровка генома человека), им удалось найти новые, не описанные ранее гены, которые активно экспрессируются в клетках мозга.В течение нескольких лет учёные отдела молекулярных основ генетики человека изучали природу болезни Паркинсона. Развивается она обычно у людей старше 60 лет и приводит к отмиранию нервных клеток в одной из структур головного мозга. Проблема в том, что первые признаки заболевания проявляются слишком поздно, когда погибает более половины нейронов и вылечить пациента уже невозможно. Поэтому врачам так важно определить начало развития болезни Паркинсона и приступить к лечению пациента до того, как у него появятся явные клинические признаки.
Учёным удалось не только изучить разнообразный спектр мутаций гена белка паркина, которые приводят к развитию болезни, но и предложить новый, прогрессивный диагностический метод. Он сводится к следующему: у пациента берётся образец крови, выделяется из него ДНК, с помощью полимеразной цепной реакции в реальном времени анализируются все участки гена паркина и определяются в его структуре мутации. Простота нового метода диагностики позволяет применять его даже в областных медцентрах, а также использовать в прогностических целях, в частности, выявлять предрасположенность к данной болезни у представителей групп риска, к ним в первую очередь относятся люди, чьи родственники страдали этим недугом. Причём молекулярно-генетический анализ можно делать в любом возрасте: ДНК человека практически не изменяется с годами.
Для своих экспедиций генетики ИМГ РАН специально выбирают поселения, расположенные вдали от городов, промышленных центров и железнодорожных станций, — именно там ещё можно найти этнические общности коренных жителей. Устанавливая сходства и различия в геномах ныне живущих людей, можно получить сведения об очень далёких исторических событиях, вплоть до момента происхождения человечестваОстанавливаться на достигнутом учёные не намерены. В их планах усовершенствование методики и создание ДНК-чипа, с помощью которого можно будет эффективно анализировать все известные мутации и в других генах, приводящие к болезни Паркинсона. Если это удастся, будет совершён настоящий прорыв в исследовании данного заболевания.В исследовании генетических факторов предрасположенности к инсульту учёным уже удалось определить ряд характеристик, от которых зависит размер очага поражения при этом заболевании. Эти работы учёные ИМГ РАН проводят совместно с клиницистами из Российского государственного медицинского университета, в частности, сотрудниками кафедры, которую возглавляет член-корреспондент РАМН Вероника Скворцова. У исследователей имеется большая коллекция генных образцов (данные по тысяче пациентов), проанализировав которую, они планируют в дальнейшем провести геномное маркирование больных.
Коллеги Светланы Лимборской надеются, что исследования природы инсульта удастся оформить в проект, реализовать который можно будет по контракту в рамках ФЦП. «Денег требуется много: чтобы проанализировать коллекцию образцов ДНК, выявить в них определённые закономерности, нужен не один миллион рублей. Молекулярная генетика по затратам уже приближается к той области физики, где исследования проводятся на сложнейшем оборудовании — вроде синхрофазотрона, — поясняет профессор Лимборская. — Наша задача — отодвинуть развитие болезней на более длительный срок. Это само по себе огромное достижение: одно дело, когда заболевание начинается в 40-50 лет и совсем другое — в 70».
Исследовательские проекты отдела молекулярных основ генетики человека ИМГ РАН в какой-то мере сопоставимы с созданием «машины времени». Причём если приближение по «путям генов» к началу истории народов позволяет лишь фиксировать какие-то моменты их прошлого, то изучение первопричин тяжёлых наследственных болезней поможет не только прогнозировать будущее конкретного человека, но и, возможно, изменять его.
http://strf.ru/science.aspx?CatalogId=222&d_no=14882
