Важные отличия мамы от папы в современной генетике

В наше время любые рассуждения об отличии мужчины от женщины попахивают сексизмом. Если вы человек по своей природе неконфликтный, вам проще считать, что таких отличий вовсе нет. Исключение составляют, возможно, краткие мгновения непосредственной активности по продолжению рода, хотя и тут ассортимент магазинов для взрослых почти уравнивает все возможности. В некоторых семьях у ребенка сейчас даже бывает две мамы и ни одного папы, или наоборот. Пока еще так можно выразиться только в социальном, а не в биологическом смысле, но, наверное, очень скоро ученые придумают, как делать спермии и ооциты из соматических клеток. Тогда любые два гражданина смогут по согласию завести ребеночка и вообще не париться, кто из них кто.

Вроде бы тут нет принципиальных затруднений, ведь с точки зрения генетики вклады мамы и папы совершенно симметричны. В спермии и ооците ровно по 23 хромосомы (забудем на время о митохондриальном геноме, никому он не интересен, кроме сумасшедших этногенетиков). А то, что одна из клеток большая и круглая, а другая маленькая и с хвостом, для генетика иррелевантно.

Все эти крайне разумные соображения ставит под сомнение статья исландских генетиков, опубликованная на прошлой неделе в Science. Почему генетики именно исландские? Об этом чуть ниже. Главное же в том, что, если им верить, то, что мы получаем в наследство от мамы и папы, очень сильно различается. Рассказывать эту непростую историю нам придется по порядку, хотя и слишком затягивать ее мы не намерены: все, кому станет чуть более интересно, чем рассчитывает автор, могут обо всем разузнать из популярного пересказа в Science, а то и из оригинальной статьи.

История унисекс

Напомним для начала то, чему должны всех учить в школе. У каждого из ваших родителей двойной набор хромосом: то, что они получили от вашей бабушки, и то, что досталось от дедушки. Почти во всех родительских клетках бабушкины и дедушкины хромосомы существуют независимо. Однако при созревании половых клеток соответствующие хромосомы дедушки и бабушки находят друг друга и соединяются по всей длине. Затем они обмениваются кусками. Все это называется «мейозом».

Затем эти новые лоскутные хромосомы, в которых уже непонятно, где бабушкино добро, а где дедушкино, независимо расходятся по дочерним клеткам, так что в итоге в каждой половой клетке вместо двойного набора хромосом присутствует одинарный. После этого родительские половые клетки готовы слиться и дать начало вам. У вас, в свою очередь, мамины и папины хромосомы тоже будут существовать отдельно друг от друга, пока вновь не настанет пора мейоза.

Еще кое-что об обменах между хромосомами, чему не учат в школе. Обмены бывают разные. Иногда хромосомы просто рвутся и соединяются крест-накрест. А иногда начинаются сложности: множественные обмены на небольшом участке или даже такая ситуация, что в каком-то месте бабушкина хромосома как будто полностью превращается в дедушкину. Такая неразбериха называется «сложными кроссоверами». Кстати, об этих штуках — некоторые из них называют «генной конверсией» — мы пытались занимательно рассказать читателю некоторое время назад. Там еще один читатель прославился тем, что не смог дочитать до конца. История сохранила его имя: Антон Горелкин, депутат Госдумы VII созыва.

И еще один важный, хотя и самоочевидный момент. Хромосомы могут мутировать. Какое-то количество мутаций были получены мамой и папой в наследство от дедушек и бабушек, однако мутации продолжали накапливаться и после этого. Все, что случилось у родителей в клетках кишок, мозга или кожи, вас в целом не касается. Но мутации, накопленные каждым родителем в линии их половых клеток, вполне могут перейти к вам и стать вашими. Много ли их? По современным подсчетам, больше полусотни на весь геном. Вы — первый человек на планете, который несет эти мутации в своем геноме, но не последний: их вы передадите своим детям.

Пока все симметрично: маму с папой можно поменять местами, и ничего не изменится. А вот сейчас начнутся нюансы.

Папина история

Когда человеку говорят, что у него происходит мейоз, очень мало кто задается вопросом, когда он происходит и, главное, где. Между тем для мужчины ответ совсем простой: там, где созревают сперматозоиды, и не будем показывать туда пальцем. Начинается все это лет в 10–12 и продолжается, пока может. Чтобы из ничем не примечательной диплоидной клетки-сперматогония получился зрелый хвостатый сперматозоид, нужно около двух месяцев, а сам мейоз проходит значительно быстрее. Обменялись хромосомы дедушки и бабушки кусочками, разошлись восвояси, и дело в шляпе.

Между тем клетки, из которых получаются сперматогонии (их неизобретательно называют «сперматогонии А»), продолжают делиться всю жизнь. Чем старше мужчина, тем больше делений за плечами у каждого его сперматозоида и тем, видимо, больше должно в нем накопиться мутаций. Это в теории. О практике чуть ниже.

Мамина история

С женщиной вообще не стоит обсуждать, где и когда у нее происходит мейоз, тем более при первом знакомстве. И не потому, что это неприлично (как раз с этим все на удивление благополучно, ибо он происходит в животе), а потому, что слишком сложно.

Дело в том, что все мамины мейозы начинаются еще в тот момент, когда мама сидит в животе у бабушки. Уже тогда становится точно известно, сколько яйцеклеток произведет за свою жизнь будущая мама, и в последующей жизни ничего к ним добавить не получится. Там, в бабушкиной матке и в том, что станет потом мамиными яичниками, бабушкины и дедушкины хромосомы находят друг друга и объединяются, чтобы обменяться участками и как следует перетасовать гены.

Однако в этот момент звучит команда «стоп». Дальше этого момента ничего не происходит. Это называется мейотическим арестом (точнее, первым арестом, потому что потом будет еще и второй, не имеющий отношения к нашему повествованию). В этом промежуточном состоянии будущие яйцеклетки застревают надолго — пока не настанет их очередь дозреть перед очередной овуляцией. Лишь тогда хромосомы — уже не бабушкины и дедушкины, а перетасованные — расходятся навсегда. А окончательно гаплоидной яйцеклетка становится лишь после того, как в нее проникнет сперматозоид — это, кстати, и есть снятие второго ареста.

Глупая логика подсказывает, что раз яйцеклетка проходит гораздо меньше делений, чем сперматозоид, то и мутаций в ней должно накопиться меньше. Зато, раз хромосомы бабушки и дедушки так долго были вместе, они могли успеть получше перемешаться между собой. Глупую логику, однако, неплохо бы проверить экспериментами. Теперь мы, наконец, знаем достаточно гендерных подробностей, чтобы перейти к изложению самих этих экспериментов.

Что узнали в Исландии

Исландия — маленькая страна, в ней живет всего 300 000 человек. Однако это довольно продвинутая страна, и больше половины ее населения заказали себе полный анализ генома. Таким образом, в руках генетиков оказался бесценный материал: они получили возможность в деталях сравнить хромосомы множества дедушек и бабушек, мам и пап, а также их детей. В исследовании, о котором пойдет речь, сравнивали геномы 150 000 человек. Это огромный материал, о котором еще 10 лет назад никто не мог и мечтать.

Первые данные были опубликованы еще пару лет назад. Тогда исследователи разбирались со «сложными кроссоверами». Оказалось, что обмены между бабушкиными и дедушкиным хромосомами, происшедшие в теле папы, сильно отличаются от маминых. У мамы происходит значительно больше таких сложных событий, они захватывают более длинные участки хромосом. Более того, это число еще и заметно увеличивается с возрастом женщины.

Тут мы, конечно, можем снова применить свою глупую логику и сказать: «Ничего удивительного: раз в теле мамы бабушкины и дедушкины хромосомы десятилетиями остаются вместе, у них куда больше времени, чтобы перетасоваться между собой причудливым образом». Но можем и с важным видом заявить, что про это науке ничего не известно, зато теперь известен финальный результат: рекомбинация между дедушкой и бабушкой по материнской линии куда причудливее, чем по отцовской. Другими словами, вероятнее, что вы получите в наследство большой и цельный кусок генома папиного папы, со всеми его причудами и странностями, закодированными в этом куске, чем такой же кусок от маминого папы. С маминой стороны все будет сложнее и запутаннее.

Но это из той, старой статьи, а в новой авторы занялись кое-чем еще: мутациями, возникшими в одном поколении. Оказалось, что эти мутации очень сильно тяготеют к тем самым точкам, где бабушкины и дедушкины хромосомы обменивались участками. Насколько сильно? На расстоянии до 1000 букв-нуклеотидов от точки хромосомного обмена появление мутации в 50 раз вероятнее, чем в среднем по геному.

Ну и поскольку мы уже знаем, что у мам число и сложность кроссоверов растет с возрастом, то должно расти и число мутаций. А именно, каждый прожитый мамой год добавляет ребенку 0,38 новых мутаций (вспомним, что все эти годы с яйцеклетками вроде бы ничего не происходит: они находятся в состоянии ареста, а уж как там в них договариваются бабушкины и дедушкины хромосомы, нам судить сложновато). А что же у папы? С папой все хуже: каждый папин год жизни — 1,39 новых мутаций у младенца. Что неудивительно, поскольку папины клетки делятся.

Таким образом, от папы (а особенно, как говорится, «возрастного») наш младенец получит крупно порубленную смесь из дедушкиных и бабушкиных хромосом, подпорченных мутациями. От мамы — куда более прихотливый, но, с другой стороны, лучше сохранившийся, коктейль из генов. Никакой симметрии на уровне базовой генетики.

К счастью, ни один дремучий невежда не смог бы интерпретировать этот результат в том смысле, что мужчина — или, наоборот, женщина — главнее в деле передачи генов от предков к потомкам. Ученые ведь в принципе могли бы открыть и такое. Они вообще все что угодно могут открыть, а нам потом объясняться с массовым читателем, уточнять, что никто тут не сексист, а просто так уж устроена природа. Для нас главное — чтобы не случилось так, как с Джеймсом Уотсоном, одного скандала генетикам на этот год вполне достаточно.

А политкорректный вывод состоит в том, что сразу, одним махом удалось узнать, насколько сложно формируется генетическое разнообразие человечества. Благодарить за это надо, во-первых, любознательных исландцев, массово расшифровавших собственные геномы. И, во-вторых, генетиков, которые сделали возможным исследование, о котором совсем недавно никто и подумать не мог. Там, в этих исландских данных, наверняка скрывается еще масса поучительных фактов, исследователи только начали в них разбираться, а уже столько всего узнали. Когда узнают что-то еще, мы вам непременно расскажем.