Александр Панчин - Сумма биотехнологии. Руководство по борьбе с мифами о генетической модификации растений, животных и людей
Человек, не страдающий серповидноклеточной анемией, сам того не зная, может быть носителем одной испорченной копии гена гемоглобина. Такие люди здоровы, но если двое носителей мутации захотят завести ребенка, то с вероятностью 25 % ребенок родится с анемией. Казалось бы, носители испорченного гена имеют сниженные шансы оставить здоровое потомство. Почему же вредная мутация не была устранена из популяции силой естественного отбора?
Оказывается, что “вредность” того или иного генетического варианта нередко зависит от условий, в которых живет его носитель. Иметь два испорченных варианта гена гемоглобина плохо, но одна испорченная копия дает человеку повышенную устойчивость к возбудителю малярии337. В популяции, подверженной малярии, быть единственным человеком с одной нормальной и одной испорченной копией гена гемоглобина выгодно: и анемия детям не грозит (ведь для этого второй родитель тоже должен быть носителем испорченного варианта гена), и от малярийного паразита защищен. Из поколения в поколение мутация будет распространяться в популяции, пока количество людей с таким вариантом гена не станет слишком большим, а риск встретить партнера, являющегося носителем такой же мутации, – слишком высоким. Когда защита от малярии перестанет компенсировать высокий риск анемии у потомства, рост частоты испорченного аллеля гемоглобина остановится. Возникает своеобразное равновесие: там, где малярии не бывает, испорченный аллель встречается редко, а там, где малярия распространена (например, в Африке), он встречается часто, но далеко не у всех.
Сегодня с помощью генетического анализа можно узнать о наличии у человека почти любых распространенных мутаций, ведущих к наследственным заболеваниям. Кроме серповидноклеточной анемии, существуют десятки других болезней разной степени тяжести. Фенилкетонурия приводит к поражению центральной нервной системы и нарушению умственного развития. При муковисцидозе поражаются железы внешней секреции и органы дыхания. При гемофилии даже маленькая ранка может привести к серьезной кровопотере, а ушиб – к значительному внутреннему кровоизлиянию. Синдром Ретта является причиной тяжелой умственной отсталости. Наследственная мышечная дистрофия ведет к неспособности самостоятельно передвигаться и даже дышать. Список болезней можно продолжать.
Проблемы с наследственными заболеваниями часто возникают при близкородственных браках. В примере с серповидноклеточной анемией носитель испорченного варианта гена не рискует родить ребенка с тяжелым наследственным заболеванием, пока не столкнется с другим носителем той же самой болезни. Вероятность встретить такого человека среди близких родственников намного выше. Рассмотрим муковисцидоз – заболевание, которое встречается в России примерно в одном случае на 10 тысяч новорожденных. Если партнер и партнерша выбраны произвольно, то с вероятностью 0,02 каждый из них окажется носителем, а риск муковисцидоза у их ребенка будет среднестатистическим (1/10 000 = 0,02*0,02*0,25). Если партнер является родным братом партнерши, то у каждого из них вероятность оказаться носителем заболевания по-прежнему равна 0,02, но эти вероятности перестают быть независимыми, они оказываются “сцепленными". Стоит нам установить, что партнер – носитель заболевания, вероятность того, что носителем окажется и партнерша, станет 0,5, а не 0,02. Из-за этого у ребенка брата и сестры риск муковисцидоза увеличивается в 25 раз и становится равным 0,0025.
Если сестра родит от брата, у их ребенка есть дополнительные 1,25–10,5 % шансов родиться с каким-нибудь наследственным заболеванием, из-за которого он утратит репродуктивную функцию или умрет до достижения совершеннолетия338. Если речь идет не о родных братьях и сестрах, а о двоюродных, то дополнительная вероятность наследственных заболеваний будет в два раза меньше. Возможно, с проблемами близкородственных браков связано распространенное во многих культурах табу на инцест. Похожая логика относится не только к откровенно вредным мутациям, которые могут приводить к серьезным врожденным заболеваниям, но и к мутациям чуть менее вредным, делающим нас слабее, глупее, менее устойчивыми к инфекциям, более предрасположенными к раку и так далее.
Есть и обратный эффект. Селекционеры давно обратили внимание на эффект гетерозиса – повышенной приспособленности гибридов, полученных в результате скрещивания разнородных родителей. При таком скрещивании хромосомы у потомков оказываются максимально разнообразными, присутствуют альтернативные аллели одних и тех же генов, не проявляются вредные рецессивные признаки.
При планировании беременности часто обращают внимание на резус-фактор. У резус-отрицательных людей, составляющих около 15 % населения Европы, нет гена, кодирующего резус-фактор, или этот ген испорчен. Проблема в том, что у резус-отрицательной матери может возникнуть иммунная реакция на резус-положительный плод. Функция резус-фактора все еще является загадкой для современной науки, но мы знаем, что люди прекрасно живут без него. Кажется, что наличие резус-фактора в популяции только вредит резус-отрицательным женщинам и резус-положительным мужчинам. Почему же оба генетических варианта так распространены?
Профессор Пражского университета Ярослав Флегр считает, что здесь, как и в случае с испорченной копией гена гемоглобина, имеется положительный эффект комбинации двух аллелей. Исследования научной группы Флегра говорят о том, что резус-положительные люди лучше защищены от некоторых негативных последствий заражения одноклеточным паразитом, принадлежащим к тому же типу, что и возбудитель малярии, – токсоплазмой (Toxoplasma gondii.)339.
Считается, что токсоплазмой заражено около 30 % населения Земли340, и известно, что она умеет проникать в мозг млекопитающих, в том числе человека. Возможно, метафора “тараканы в голове" не так уж далека от реальности? Инфицированные токсоплазмой грызуны, манипулируемые этим паразитом, бегут на запах кошачьей мочи, а паразит благодаря этому попадает вместе с закуской внутрь кошки и продолжает свой жизненный цикл. Хотя заражение токсоплазмой чаще всего не вызывает у людей серьезных проблем со здоровьем, считается, что оно повышает риск шизофрении и депрессии, а также может нарушать координацию движений, из-за чего люди чаще попадают в автомобильные аварии341. Кроме того, токсоплазма может вызывать серьезные заболевания при передаче от матери к плоду, поэтому при планировании беременности матерям рекомендуется провериться на этого паразита, а при его наличии проконсультироваться с врачом насчет методов лечения.
Если в вашем роду не было наследственных заболеваний, то генетический тест с большой вероятностью покажет, что носителями опасных аллелей генов вы не являетесь. Не скрою, что испытал радость, узнав по результатам анализа ДНК, что не являюсь носителем известных наследственных заболеваний. Если партнер и партнерша являются носителями одного и того же заболевания (или если мать является носителем наследственного заболевания, сцепленного с Х-хромосомой, вроде тяжелой формы гемофилии), они сильно рискуют при попытке завести ребенка “стандартным путем”. Возможно, в будущем станут популярны сайты знакомств, где поиск партнера будет осуществляться с учетом наследственной информации. Но что делать тем парам, которые уже нашли друг друга и оказались “генетически несовместимы”? Не заводить детей или расставаться из-за капризов природы?
На помощь таким парам приходит искусственное оплодотворение. Для этого у партнерши берется несколько яйцеклеток, которые оплодотворяются в пробирке сперматозоидами партнера. Оплодотворенным яйцеклеткам дают время поделиться, пока не будет достигнуто определенное количество клеток в эмбрионе (около восьми). Затем одну клетку из такого эмбриона вынимают и проводят диагностику содержащегося в ней генетического материала (это называется преимплантационная генетическая диагностика). Если сочетаний генетических вариантов, опасных для здоровья, не найдено, оставшийся эмбрион переносят в утробу матери, где он развивается самым обычным способом. Этот подход позволяет исключить не только те наследственные заболевания, которые возникают в результате плохой комбинации генов родителей, но и заболевания в результате каких-то новых мутаций или хромосомных нарушений (например, ведущих к синдрому Дауна). На ранних этапах эмбриогенеза все клетки эмбриона обладают потенциалом дать целый организм, и удаление одной клетки не приводит к каким-либо нарушениям развития.
Число детей, рожденных при помощи методов искусственного оплодотворения, уже перевалило за 4 миллиона – и с ними все в порядке (хотя, конечно, не все такие дети проходили преимплантационную генетическую диагностику). Повышенных рисков каких-либо серьезных отклонений в физическом342 или в умственном развитии343 “детей из пробирки” ученые пока не нашли. Небольшие отличия, которые наблюдаются между группами детей (вроде отличий в средних значениях кровяного давления или количестве жировой ткани), могут быть связаны с генетическими или иными особенностями их родителей. Люди прибегают к искусственному оплодотворению не потому, что это какая-то модная роскошь, а либо потому, что им не удается зачать ребенка обычным способом, либо потому, что они являются носителями опасных наследственных заболеваний.
