Życie bez wyboru: dobre czy niebezpieczne?

Życie bez wyboru: dobre czy niebezpieczne?

Alexey Kondrashov, Nadezhda Markina
"Opcja Trójcy" nr 23 (117), 20 listopada 2012 r

Aleksiej Kondrashov

Osoba w cywilizowanym społeczeństwie żyje coraz bardziej społecznie i coraz mniej biologicznie. Z powodzeniem pokonuje ograniczenia, które natura na niego nałożyła: żyje w każdym klimacie, opanowuje nowe zasoby żywności, nauczył się walczyć z chorobami zakaźnymi. Wiele czynników, które wcześniej musiały zabić człowieka, przestało być dla niego śmiertelne. Lekarze nauczyli się, jak dbać o wcześniaków i słabe noworodki; szczepienie chroni przed niebezpiecznymi infekcjami, aw przypadku zakażenia zakażeniem zwalcza antybiotyki; społeczeństwo troszczy się o chorych i niepełnosprawnych. Chociaż wszystko to działa niedoskonale, cywilizacja radykalnie poprawiła biologiczną zdolność przystosowania się człowieka – jego przetrwanie w środowisku. Ale człowiek nie może uciec od swojej genetyki i nie możemy zmienić procesów zachodzących w tych warunkach. Aby zrozumieć, co dzieje się dzisiaj z człowiekiem i co czeka nas w przyszłości, próbowaliśmy z pomocą biologa ewolucyjnego, doktora nauk biologicznych Aleksiej Kondrashov, profesor Uniwersytetu Michigan i Wydziału Bioinżynierii i Bioinformatyki Moskiewskiego Uniwersytetu Państwowego, który wygłosił publiczny wykład na Ogólnorosyjskim Festiwalu Nauki 2012.

Jeśli chodzi o biologię ewolucyjną, dobór naturalny ma coraz mniejszy wpływ na współczesnego człowieka, czyli na taką siłę, która usuwa mniej przystosowane osobniki z populacji, pozostawiając im więcej pasujących, ponieważ te ostatnie pozostawiają więcej potomstwa. "Istnieje wybór pozytywnych i negatywnych– wyjaśnia Alexey Kondrashov. – Pozytywny wybór faworyzuje jakąś nową użyteczną cechę. Na przykład, wszyscy w populacji byli biały, pojawił się czarny mutant, ta cecha okazała się użyteczna, a po chwili potomkowie tego czarnego mutanta mogli zalać całą populację. Negatywny wybór, przeciwnie, sprzyja starym i wspólnym cechom. Wszystko białe i białe, żeby być dobre, ale pojawiła się mutacja i pojawiła się czerń, a czerń jest zła. W związku z tym potomstwo tego mutanta nie przetrwa, a "czarny" gen wyleci z populacji. Darwin był głównie zainteresowany ewolucją, tj. Powolnymi zmianami, a on głównie myślał i pisał o pozytywnej selekcji.I o wielu negatywnych pomysłach, Iwan Iwanowicz Schmalhausen dużo myślał."Ta selekcja została osłabiona we współczesnym człowieku – niekorzystne geny z populacji nie latają, ale akumulują się. Na poziomie koncepcji ogólnej stało się to jasne od dawna, ale w ostatnich latach, dzięki opracowaniu nowoczesnych metod badawczych, pojawiły się dane umożliwiające ilościową ocenę tego procesu.

Błędy w maszynach biomolekularnych

Mutacje ciągle pojawiają się w naszym DNA – zmiany. W tym celu nie jest konieczne ani narażenie na promieniowanie, ani mutageny chemiczne – proces przebiega spontanicznie. "Jak powiedział Budda, wszystko złożone z części zostało zniszczone, mówi Kondrashov. "Zanim poszedł do nirwany, zebrał uczniów i wypowiedział te cztery słowa. Zastosowany do cząsteczek biologicznych, Budda miał całkowitą rację, w rzeczywistości składa się z części i może się zwinąć. A proces mutacji jest manifestacją tendencji całego materialnego świata do chaosu."Mutacje są nieuniknione, ponieważ DNA jest bardzo długą cząsteczką (całkowita długość wszystkich genomowych cząsteczek w ludzkiej komórce wynosi około jednego metra) grubość jednego nukleotydu – naturalnie nie może być doskonała.

Istnieją trzy główne źródła mutacji. Pierwszym z nich są błędy, które występują podczas replikacji – podwojenie cząsteczki DNA. Głównym aktorem w tym procesie jest enzym polimerazy DNA. Po podwójnej helisie DNA rozplątuje się w dwóch oddzielnych nici, polimeraza DNA idzie wzdłuż każdej nici i składa się z nią pary, używając starej nici jako matrycy. Oznacza to, że jeśli widzi literę A (adenina) na starym wątku, to dołącza literę T (tyminę) do nowego wątku. "Ale w jednym przypadku na 100 tysięcy wstawia błędną literę, wyjaśnia Alexey Kondrashov. – A najbardziej niezwykłą rzeczą jest to, że po dodaniu listu, natychmiast próbuje ją oderwać. Powoduje to, że litera dołącza niepoprawnie z prawdopodobieństwem wynoszącym około 10-5a jeśli litera jest niepoprawnie dołączona, to nie zostanie zerwana, z prawdopodobieństwem 10-5. Więc prawdopodobieństwo mutacji wynosi około 10-10 litera do replikacji. Spróbuj pisać i zgadnij, że polimeraza DNA działa dobrze.„.

Jednak błędy replikacji występują z prawdopodobieństwem 1010 litera jest głównym źródłem mutacji. Drugim źródłem mutacji są błędy naprawy DNA.Naprawienie jest naprawą uszkodzenia, a uszkodzenie jest tym, co rozbija strukturę chemiczną cząsteczki, tak że DNA ulega pogorszeniu. Mówimy na przykład o złamaniu jednej lub obu nitek, łącząc nici nie za pomocą słabych wiązań wodorowych, ale za pomocą wiązań kowalencyjnych, aby nie mogły się rozejść itp. "W każdej ludzkiej komórce codziennie pojawia się kilkaset tysięcy spontanicznych urazów, – mówi Kondrashov. – I muszą zostać naprawione, bo inaczej komórka umrze. A jeśli jakiś błąd wystąpił w wyniku naprawy, będzie to również mutacja"Trzecie źródło mutacji to błędy podczas rekombinacji podczas mejozy – redukcja podziału komórek prowadząca do powstania diploidalnych komórek z podwójnym zestawem chromosomów, haploidalnych, z pojedynczym zestawem chromosomów Jest to niezbędny etap dojrzewania komórek płciowych, a podczas rekombinacji, kiedy chromosomy są wymieniane w porcjach – mogą wystąpić błędy.

Co i ile

99% mutacji to substytucje nukleotydów, mówi Alexey Kondrashov, na przykład, gdy cytozyna (C) zmienia się w guaninę (G). Jest to źródło polimorfizmu pojedynczego nukleotydu (polimorfizm pojedynczego nukleotyduSNP). Ponadto mogą występować krótkie przerwy kilku liter lub, odwrotnie, krótkie wstawienia jednego lub dwóch lub trzech nukleotydów.Rzadziej występują duże zdarzenia – opadanie lub wstawianie 100 lub więcej, czasem nawet do miliona nukleotydów, lub przekształcanie fragmentu DNA o 180 °. Trzeba zrozumieć, że mutacje są dalekie od zawsze złych. Jest źródłem zmienności genetycznej i bez mutacji nie byłoby ewolucji, w wyniku czego powstała cała różnorodność świata żywego.

Wraz z pojawieniem się metod sekwencjonowania, koszt określania sekwencji nukleotydów w pełnym genomie radykalnie się zmniejszył. Pojawiły się nowe możliwości ilościowego określenia częstości występowania mutacji. Jeśli wcześniej, jak wspomina Kondrashov, musiał spędzić kilka lat na dokładnym badaniu skrzydeł Drosophila i selekcji mutantów, teraz możliwe jest sekwencjonowanie genotypów mamy, taty i matki-córki za 300 USD i porównanie ich. W rezultacie zostaną znalezione wszystkie nowe mutacje, które wystąpiły podczas zmiany generacji, co oznacza, że ​​powstały w macierzystych komórkach płciowych. Jeśli chodzi o ludzi, wskaźnik mutacji w ludzkim genomie, jak obliczyli naukowcy, wynosi około 10-8 na każde generowanie na nukleotyd.

Pułapki w genomie

Wszyscy ludzie różnią się między sobą różnymi cechami zewnętrznymi i wewnętrznymi. A genetycznie dwie ludzkie jednostki różnią się jedną literą kodu genetycznego na każde 1000 nukleotydów. Jedna różnica na 1000 nie jest duża, biorąc pod uwagę, że na przykład muszki owocowe mają jedną różnicę na 100, a schizophilum w grzybie – jedna różnica na 10, a to jest teraz absolutnym zapisem różnorodności genetycznej. Jednak wiele znaczy, że pomiędzy dwiema ludzkimi jednostkami istnieje 35 milionów krótkich wyróżnień, jedna litera zamienników. Ale ponieważ każdy aminokwas jest kodowany przez trzy nukleotydy (triplet lub kodon), nie wszystkie substytucje nukleotydów w DNA prowadzą do zastąpienia aminokwasu w białku, ale tylko tak zwanego nie-synonimicznego. I takie niesynonimowe substytucje, prowadzące do zmiany w cząsteczce białka, każda osoba w genach kodujących białka około 10 tysięcy. Około 10% z nich nie jest bezużytecznych, ale szkodliwych, co zmniejsza sprawność fizyczną. Wśród nich są zabójcze. Biolodzy stwierdzili, że zarówno Drosophila, jak i zwierzęta kręgowe mają średnio jedną lub dwie śmiertelne mutacje na genotyp. Organizm nie umiera, ponieważ mutacje te są w stanie heterozygotycznym, tj.zmutowany gen jest duplikowany przez normalny gen na sparowanym chromosomie. Ponadto, ludzki genotyp średnio zawiera około 100 dużych depozycji i insercji w DNA, których całkowita długość wynosi około 3 milionów nukleotydów. Genotyp laureata nagrody Nobla, współautora modelu podwójnej helisy DNA Jamesa Watsona, jak się okazało podczas jego sekwencjonowania, przenosi zwykle słabo szkodliwe mutacje i 12 silnie szkodliwych mutacji, które ukrywają się za normalnymi genami w stanie heterozygotycznym. Oczywiście nie wpłynęły one na kondycję i sukces Jamesa Watsona. Ale jeśli istnieje więcej szkodliwych mutacji i nie zostaną one oczyszczone przez selekcję, równowaga zostanie zerwana, a kondycja w populacji ludzkiej nieuchronnie spadnie.

Jak podkreślił Aleksiej Kondrashov, Darwin rozumiał ten problem, który napisał: "W dzikusach ci, którzy są słabi, zarówno w ciele, jak i umyśle, umierają szybko. A ci, którzy przeżyją, zwykle demonstrują potężne zdrowie. A my, cywilizowani ludzie, staramy się jak najlepiej zapobiegać temu procesowi eliminacji: tworzymy schronienia dla osób upośledzonych umysłowo, niepełnosprawnych i chorych, wydajemy przepisy, które wspierają ubogich, a nasi lekarze starają się jak najlepiej ratować życie każdej osoby do ostatniej okazji.Istnieje powód, by sądzić, że szczepienia uratowały setki istnień ludzkich, które w przeciwnym razie umarłyby z powodu ospy. Dlatego nawet słabi członkowie cywilizowanych społeczeństw wciąż się mnożą. Każdy zainteresowany hodowlą zwierząt domowych nie będzie wątpił, że jest wyjątkowo szkodliwy dla populacji ludzkiej.„.

Model ludzkości na muchach

Co ciekawe, okazało się, że można potwierdzić w eksperymencie. Taki eksperyment – z wyłączeniem selekcji – Kondrashov i jego koledzy założyli 15 lat temu. Modelowali warunki życia współczesnej osoby na muszkach muszki owocowej. Pary much – samce i samice – zostały umieszczone w osobnych "mieszkaniach" – probówkach, gdzie nie rywalizowały o pokarm z innymi muchami, jak to ma miejsce w przypadku "wspólnego" przesiedlenia. Pary otrzymały potomstwo, a biolodzy ograniczyli liczbę jaj złożonych w celu wyeliminowania konkurencji między larwami. Z każdej "rodziny" much, młodych samców i samic pobierano, mieszano i mieszano w nowych "oddzielnych mieszkaniach". Wykluczenie selekcji wyrażono przy braku konkurencji oraz w tym, że każda para, niezależnie od jej genotypu, przynosiła taką samą liczbę potomków. I tak przez 30 pokoleń.Co 10 pokoleń naukowcy oceniali kondycję larw – ich konkurencyjność w przypadku żywności w trudnych warunkach. Rezultat – podczas eksperymentu (ponad 30 pokoleń) sprawność larw wzrosła ponad dwukrotnie. W jednym pokoleniu naukowcy obliczyli, że spadł on o 2%. Aleksiej Kondrashov uważa, że ​​w przyrodzie zmniejszyłby się nawet bardziej niż w laboratorium. "Chciałbym powtórzyć ten eksperyment i rozciągnąć go na co najmniej 100 pokoleń, ponieważ istnieje hipoteza, że ​​po 100 pokoleniach wszystkie muchy umrą„.

Mamy nadzieję, że w najbliższej przyszłości naukowcy będą mogli bezpośrednio zobaczyć, co dzieje się z ludzkim genomem. Kiedy projekt "1000 genomów" zostanie ukończony, będą mieli 1000 całkowicie zsekwencjonowanych pojedynczych genomów (genotypów) w swoich rękach, które można porównać do mutacji. Za dziesięć lat te genomy będą już milionami. "Negatywny wybór jest rozłożony o kilka rzędów wielkości bardziej niż pozytywny. Dlatego rozumowanie, że po pewnym czasie, z powodu pozytywnej selekcji, będziemy mieli ogromną głowę i małe ręce, a wszyscy będziemy bardzo sprytni itp., To wszystko jest kwestią science fiction", – precyzuje Aleksiej Kondrashov, ale to, co stanie się z naszym zdrowiem, jest kwestią, ale za dziesięć lat będzie można odpowiedzieć na to mniej więcej dokładnie, ponieważ możemy oszacować zmiany zachodzące w populacji ludzkiej.

O ryzyku późnego ojcostwa

Powtarzamy, że wskaźnik mutacji u osoby, jak obliczono przez genetykę, wynosi około 10-8 na każde generowanie na nukleotyd. Ale to ciekawe, że mężczyźni i kobiety wnoszą różny wkład w mutacje swoich dzieci. Mianowicie, dziecko otrzymuje kilka razy więcej mutacji od ojca niż od matki. Pierwszym, który wykazał tę różnicę, był angielski genetyk John Burdon Sanderson Huldain (John burdon sanderson haldane), jeden z twórców syntetycznej teorii ewolucji. Zbadał genetykę hemofilii – choroby dziedzicznej, wyrażonej w krzepnięciu krwi. Wiadomo, że gen odpowiedzialny za hemofilię znajduje się na chromosomie X. Dlatego kobiety, które noszą wadliwy chromosom X w tym genie, nie cierpią na hemofilię, ponieważ kompensują je normalnym genem na sparowanym chromosomie X, ale ich chromosom X przenosi się wraz z chorobą na synów. Ale pytanie, gdzie ta mutacja powstaje,w żeńskich lub męskich komórkach płciowych? Haldane rozważał oba warianty i, porównując ich prawdopodobieństwo, doszedł do wniosku, że większość mutacji w hemofilii występuje w męskich komórkach rozrodczych. Nosicielka otrzymuje tę mutację od ojca i przekazuje ją swojemu synowi, który zachoruje.

Później badacze analizowali kilka dziedzicznych chorób związanych z genami chromosomowymi X, takich jak wieloogniskowa neoplazja, acrocephalosindactyly. Okazało się, że w większości przypadków mutacja pojawia się najpierw w chromosomie męskim X. Jak pisze James Crow (James F. Crow, artykuł w PNAS, 1997), u wyższych naczelnych, w tym u ludzi, występuje średnio pięciokrotnie więcej mutacji męskich niż u kobiet.

Powodem tej różnicy jest to, że męskie i żeńskie komórki rozrodcze są tworzone inaczej. Poprzednicy jaj przechodzą zwykle podział komórek (mitozę) tylko w okresie embrionalnym. Dziewczyna rodzi się z gotowym zestawem niedojrzałych oocytów (oocytów pierwszego rzędu), które na początku dojrzewania na przemian wchodzą do działu redukcji, mejozy i tworzą jaja (oocyty drugiego rzędu).Poprzednicy plemników – spermatogonia – są aktywnie mitotycznie dzielone w jądrach od dojrzewania do starości. W rezultacie jajo przechodzi przez 25 mitoz, zakończonych mejozą, a liczba mitozy, przez które przechodzi plemnik przed mejozą, zależy od wieku mężczyzny: jeśli ma 18 lat, to jest około 100 mitoz, a jeśli ma 50, to około 800 mitozy. Im więcej podziałów komórkowych, tym więcej replikacji DNA, tym więcej mutacji.

Wynika z tego, że liczba mutacji, które dziecko otrzymuje od ojca, w dużej mierze zależy od wieku jego ojca. Ten wniosek nie jest nowy. Jak wyjaśnia Aleksiej Kondrashov, Wilhelm Weinberg po raz pierwszy przyszedł do niego (Wilhelm Weinberg), niemiecki lekarz, jeden z odkrywców podstawowego prawa genetyki populacyjnej (prawo Hardy'ego-Weinberga). Ale teraz ten wzór można potwierdzić przez bezpośrednie badania, ponieważ stało się możliwe sekwencjonowanie genomu i policzenie liczby mutacji. W sierpniu 2012 r. W Natura opublikował artykuł islandzkich naukowców (pierwszy autor – Augustine Kong (Augustine Kong)), który opisuje wyniki pełnej analizy genomu 78 rodzin. Każda rodzina sekwencjonowała genom ojca, matki i dziecka. Porównując je ze sobą, obliczyli liczbę nowych mutacji, które dziecko nabyło.Okazało się, że dziecko otrzymuje średnio 15 mutacji od matki, niezależnie od jej wieku. A od ojca – w zależności od wieku: jeśli ojciec ma 20 lat – 25 mutacji, jeśli 40 lat – 65, a jeśli 50 lat – 85 mutacji. Oznacza to, że każdy rok życia ojca dodaje do dziecka dwie nowe mutacje. Wniosek autorów pracy: mężczyźni opóźniający narodziny dziecka do późnego wieku powinni ponownie rozważyć ich plany życiowe. I właśnie teraz na świecie istnieje tendencja do późniejszego ojcostwa. Jeżeli w 2004 r. Średni wiek ojców wynosił 35 lat, w 2007 r. Osiągnął już 40 lat. Prawie co dziesiąty nowonarodzony ojciec ma ponad 50 lat.

Więcej mutacji, tym bardziej szkodliwych wśród nich, związanych z chorobami. W kilku badaniach uzyskano dane, że późniejsze ojcostwo zagraża dziecku ryzyku chorób neurologicznych i psychicznych. Tak więc, zgodnie z danymi uzyskanymi w Brain Institute w Queensland, dzieci 50-letnich ojców są dwukrotnie bardziej narażone na schizofrenię i autyzm niż dzieci 20-letnich ojców. W eksperymencie na myszach naukowcy wykazali, że potomstwo starych samców zmutowało geny związane ze schizofrenią i autyzmem u ludzi. Według naukowców z Uniwersytetu w Tel Awiwie, ojcowie w wieku 55 lat i starsi mają pięciokrotnie większą szansę na dziecko z zespołem Downa,ryzyko wystąpienia psychozy maniakalno-depresyjnej u dziecka wzrasta o 37%, a każde kolejne 10 lat ryzyko schizofrenii u dziecka wzrasta o 30%. W artykule opublikowanym trzy lata temu w Natura, pokazuje wykresy wydajności poznawczej dziecka w stosunku do wieku rodziców Okazuje się, że zbyt młoda matka jest niepożądana dla inteligencji dziecka – do 20 lat, a później w jej wieku praktycznie nie wpływa na ten poziom. Ale wraz z wiekiem ojca spada wydajność poznawcza dziecka: jeśli ojciec ma 60 lat, oczekiwany rozwój umysłowy dziecka jest o 5% niższy niż w przypadku 20-letniego ojca. Wyniki można ufać, ponieważ są one uzyskiwane na bardzo dużej próbie – ponad 30 tysięcy dzieci. Starszy ojciec przekazuje dziecku 60 dodatkowych mutacji w porównaniu z młodymi – powiedział Kondrashov. I zmniejsza zdolności intelektualne o około 5%. Wygląda na to, że jest trochę, ale dla całej populacji wspólne małe defekty są znacznie gorsze niż duże, ale rzadkie defekty. Praktycznie nie ma selekcji przeciwko słabym mutacjom u ludzi, z pewnością nie wpływają one na liczbę dzieci. W rezultacie gromadzą się w populacji.

Powstaje pytanie: co z zespołem Downa – konsekwencją dodatkowego chromosomu – prawdopodobieństwo, o którym, jak wiadomo, zwiększa się wraz z wiekiem matki? Wydaje się, że dzieje się tak dlatego, że niediagnozowanie chromosomu występuje podczas ostatniego podziału mejozy – odpowiada Aleksey Kondrashov. Przypomnijmy, że podział ten występuje już w dorosłym ciele kobiety. Ale może się to zdarzyć w plemniku i faktem jest, że pewna ilość zespołów Downa nie powstaje z matki, ale z ojca: "Niedawno opublikowany artykuł pobrał 90 pojedynczych plemników i zsekwencjonował je, dwa z nich okazały się aneuploidalne – zawierały dodatkowy chromosom, więc wszystko to dzieje się cały czas, tylko my tego nie widzimy, ponieważ zazwyczaj te plemniki umierają we wczesnych stadiach."

Więc co robić?

Sposób radzenia sobie z tym problemem jest trudnym pytaniem, przede wszystkim dlatego, że ma wpływ na kwestie etyczne. "Zasadniczo nie chcę udzielać żadnych zaleceń, ponieważ w kwestiach etycznych naukowcy nie mają żadnej specjalnej wiedzy – mówi profesor Kondrashov. – Znam fakty, a co jest dobre, co jest złe, wiem lub nie wiem tak dużo jak każda inna osoba. " Stosowanie sztucznego doboru ludzi to faszyzm, a wymuszona sterylizacja około 400 tysięcy ludzi w nazistowskich Niemczech jest uznawana za zbrodnię przeciwko ludzkości. Kolejną rzeczą jest poradnictwo genetyczne, które pozwoli ci uniknąć posiadania dziecka z chorobą dziedziczną, chociaż dzisiaj tylko najtrudniejsze z nich można uciąć w ten sposób. W przyszłości prawdopodobnie wszystko będzie wiadomo o dziecku, w tym o jego intelekcie i oczekiwanej długości życia.

Być może, jak uważa Kondrashov, pewnego dnia nauczymy się "oczyścić" genom ze szkodliwych mutacji, przywracając je do "stanu idealnego": "Teraz brzmi jak fantazja, ale 50 lat temu i sekwencjonowanie za dwa tysiące dolarów wyglądało fantastycznie." Według niego ludzkość stanie w obliczu tego problemu w niedalekiej przyszłości i będzie zmuszona go jakoś rozwiązać. W międzyczasie możesz przynajmniej uratować dziecko przed ryzykiem późnego ojcostwa – mężczyźni mogą zamrozić swoje nasienie w młodym wieku, aby później mogli z niego korzystać w razie potrzeby. I przez całe życie być "na zawsze młodymi" ojcami.


Like this post? Please share to your friends:

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