Новая геномика: от отца до меня — 70 мутаций

Мы часто слышим о расшифровке генома очередного человека, а тут впервые расшифровали геномы целой семьи. Исследователи узнали много нового о наследовании генов, а заодно подсчитали, сколько поколений отделяет нас от австралопитеков — получилось как у палеонтологов

Фото: Chris Steele-Perkins/Magnum Photos/Agency.Photographer.ru
Фото: Chris Steele-Perkins/Magnum Photos/Agency.Photographer.ru
+T -
Поделиться:

Сотрудники компании Complete Genomics и группа университетских ученых из Юты и Вашингтона расшифровали геномы четырех членов одной американской семьи: мамы, папы и их двоих детей. Еще два года назад, в декабре 2008-го, похвастаться тем, что они знают собственную ДНК, могли всего пять человек на планете: трое ученых и два мультимиллионера. Недавно журнал Wired пообещал, что на апрельской GET Conference соберутся уже 12 знаменитостей — все, кто на февраль 2010 года обзавелись расшифровкой своего генома. С обычными же людьми (их имена не раскрываются) такое проделали впервые.

Просто четыре новых генома — все же не прорыв. Настоящей целью ученых было понять, как именно гены передаются по наследству. Ведь это только в самом грубом приближении хромосомы достаются ребенку от отца и матери в неизменном виде, по пути ДНК основательно перекраивается. Сегодня мы узнали в точности, на сколько. Заодно авторы смогли заново оценить возраст человечества, найти ген редкой болезни и, кроме того, сильно улучшили точность расшифровки отдельных геномов — 70% ошибок старого метода были устранены.

Сначала о передаче генов: что же мы узнали нового? Вкратце: точную частоту мутаций в каждом поколении. Благодаря Уотсону и Крику, раскрывшим в 1953 году структуру молекулы ДНК, мы знаем, что при передаче генов по наследству в дело могут вмешаться мутации, грубо говоря, опечатки в генетическом коде. Отдельные буквы-нуклеотиды при копировании ДНК в клетке выпадают, заменяются другими или встают не на свое место. Когда два куска генетического кода (например родительский и детский) отличаются одной опечаткой, ее называют SNP (Single Nucleotide Polymorphism, однонуклеотидным полиморфизмом), на жаргоне — «снипом».

Как много генетической информации «портится» на пути от родителя к потомку — это и попробовали выяснить исследователи. Сначала они сверили все четыре генома (по три миллиарда букв-нуклеотидов в каждом) с усредненным геномом человека, который Национальный центр биологической информации США составил из генного материала многих добровольцев.

Члены нашей семьи отличались от этого «образцового» генома в среднем на 4 миллиона снипов, то есть всего на 0,15 процента. Если угодно, это мера индивидуальности каждого из нас: настолько мы отличаемся от среднего землянина. У самих же членов семьи нашлось около 3,6 миллиона отличий между собой. Понятно, что львиная их доля — между отцом и матерью: кровного родства между ними нет, и их геномы отличаются друг от друга почти как у двух случайных людей. «Почти» — потому что они живут в одной стране, говорят на одном языке и, скорее всего, имели общих предков 200-300 лет назад.

Совсем другое дело — отличие ДНК детей от родительской. Как мы уже сказали, геном, то есть дословная последовательность букв в генетическом коде, не наследуется буквально, потому что при копировании происходят ошибки — мутации. 28 таких SNP нашлись с первой попытки. Всего же их у человека набирается примерно 70 — это и есть его уникальные отличия от родителей, которые возникли в процессе передачи генов.

Мы знаем, сколько SNР отличают нас от обезьяны: около 40 миллионов (это примерно 1,2% от общего числа «букв» нашей ДНК). Значит, можно сосчитать, как долго эти миллионы различий в генах складывались из отдельных «вкладов» по 70 SNP в каждом поколении. Вышло 6-7 миллионов лет — примерно столько и длится история человека как вида.

Еще один плюс расшифровки геномов целой семьи — изучение наследственных болезней. Конкретная семья заинтересовала ученых вот почему: родители были носителями общей мутации, их гены сошлись и «выстрелили» у детей — оба ребенка больны синдромом Миллера, невероятно редким генетическим заболеванием. Как и в случае со многими другими заболеваниями, мы не знали точно, в каком гене поломка, и не имели даже подступов к лечению. Взяв в работу 4 генома, оказалось проще локализовать гены болезней. С синдромом Миллера это проделали без труда: до «семейного» анализа генетики имели 34 кандидата на эту роль, сейчас же осталось всего четыре гена, и из них выбрали один, самый вероятный.

Наконец, практический вывод: выяснилось, что располагать ДНК родственников — лучший способ застраховаться от ошибок при расшифровке собственной. Метод сопоставления с геномами родственников делает расшифровку на 70% точнее. Это важно потому, что доступная расшифровка персональных геномов совсем близко. Пока за 499 долларов можно узнать о своей предрасположенности к сотне наследственных болезней и о шансах передать их детям — эту услугу, пользующуюся бешеной популярностью в США, предоставляет компания 23andMe. Однако анализ касается только тех болезней, генная природа которых уже изучена вдоль и поперек. Владельцам полного генома проще: едва генетики откроют какую-нибудь новую закономерность, семейный врач сможет сразу рассказать все про ваши риски, просто сравнив два файла.

Мешает только дороговизна. Полная расшифровка первого «составного» генома (фрагменты ДНК принадлежали даже не одному человеку, а разным добровольцам), проведенная в рамках Human Genome Project (1990—2003), обошлась в миллиарды долларов. В 2008-м румынский предприниматель Дан Стоическу заплатил за процедуру около 300 тысяч долларов. Услуга остается штучной и может сейчас стоить несколько десятков тысяч долларов. Для тех, у кого получится расшифровать 100 геномов за 10 дней по цене в 10 тысяч за геном, учреждена награда Archon X-Prize в 10 миллионов долларов, и на нее уже есть претенденты. Калифорнийская компания Complete Genomics и многие другие обещают, что к 2015 году цена опустится ниже одной тысячи. Похоже, есть смысл заказывать сразу семейный пакет.

Комментировать Всего 20 комментариев
расшифровали, узнали о предрасположенностях и...застрелились... а говорить об отличиях генома детей и родителей можно , когда дети достигнут возраста родителей...

осталось придумать талетки от мутаций - и бессмертие... чистая психиатрия

Толь, и ведь будут таблетки... также, как пластическая хирургия, ставшая повседневной реальностью. Вчера ужинал с женщиной из Кореи - говорит, что у них молодежь меняет форму глаз и носа (на "европейскую") так же часто, как у нас красят волосы))))

И с генами такая же фигня будет... и результаты также непредсказуемы будут, как при пластике - только при пластике может "поползти" лицо или тело у тебя, а при вмешательстве в генетику - у детей, внуков и т.д.

Тяжелая этическая проблема, Виктор - спасибо за комментарий;

эта проблема еще сложнее и мучительнее, я, если можно, добавлю.

Например, при оплодотворении в пробирке получают несколько эмбрионов. Сегодня мы можем их анализировать и отбирать при подсаживании в матку. Кого же выбрать? Например, можно отсеять тех, кто смертельно заболеет после сразу рождения. Можно выбрать пол - если уже есть 4 мальчика, и хочется девочку. Но что если ребенок - носитель гена глухоты? Очень скоро мир останется без людей с синдромом Дауна, без атуистов, без слабослышащих - люди захотят рожать Барби и Шварценеггеров. Можно ли им запретить это? Можно ли заставить рожать слабослышащего? Теперь, когда знание уже доступно, джин выпущен из бутылки - вспять не повернуть. Законы Израиля сегодня отличаются от законов Германии, но это временное - человек получил контроль над генами, и не откажется от него.

И сейчас тоже никто не хочет рожать слабослышащего или аутиста, все уже сейчас хотят барби и шварцнегера. Просто в будущем они смогут этого гарантированно не делать.

Мне непонятно, зачем заставлять? Понятно, что с точки зрения этических норм мы всех одинаково любим и барби и ребенка с синдромом Дауна, но с точки зрения природы, наверное, все же есть понятие выбраковки. Или вопрос - какова функция в мире слабослышащих и аутистов, кроме проверки на прочность нашего этического уровня?

Заставлять, конечно, нельзя - но мир без аутистов и людей с синдромом Дауна много потеряет: своеобразия, совершенно другого взгляда на вещи. Вслед за этими очевидными особенностями уйдут и более мягкие - тут нельзя поставить границу. Это то, чего хотели нацисты, затеваясь с евгеникой. Но только сделаем мы это сами, добровольно.

Мне тоже всегда безмерно жаль практически любое уходящее, и мне тоже всегда кажется, что мир без этого никогда не будет прежним.  Но при этом я понимаю, что нельзя сохранять совершенно все от этого начинается стагнация. Где-то нужно провести границу. И вот вопрос - синдром Дауна это то, что нужно сохранять? Я не уверена.

Хотя вы правы, вслед за этими особенностями исчезнут и другие, то есть вместо принципа разнообразия у нас будет однообразие...

Хм, что-то мне не верится, что природа это просто так оставит :) Явно придумает что-нибудь, этакое...

Да, именно - вопрос границы. В Чикаго в крупнеший центр по пред-имплантационному отбору обратилась пара, у которой был уже ребенок с синдромом Дауна с просьбой помочь им родить второго такого же (отобрав соотв. эмбрион): они не хотели ситуации, когда младший так сильно отличается от старшего. Им отказали (мы врачи и не создаем болезни) - и те стали биться в суде. Тут надо вспомнить, что многие настаивают на том, чтобы синдром Дауна перестал считаться болезнью, и был признан особенностью. Зная немало таких детей (моя старшая ходит в интегративный детский сад, где играют вместе нормальные и с разными особенностями), я буду первым оплакивать уход синдрома Дауна - мир много потеряет, на мой взгляд. (при этом, когда на соответствующем УЗИ врач как-то очень долго не могла померить шейную складку моему младшему - это один из способов узнать о синдроме Дауна на ранней стадии беременности -- у меня, естественно, сердце ушло в пятки; но все обошлось).

при вмешательстве в геном детей и внуков не будет...

Почему Вы так решили? Первые дети из пробирки уже выросли и вовсю рожают потомков (среди них и те, что были отобраны генетическим анализом, например, чтобы стать донорами костного мозга для сиблингов); трансгенные мыши плодятся безо всяких проблем.

Пока не было стетоскопа, люди могли узнать о болезни, только когда человек начинал плеваться кровью. Появился рентген, и люди смогли говорить: этот человек через полгода начнет плеваться кровью, и умрет от рака легкого.

Сегодня меняется - навсегда - само понятие болезни. Грамотные врачи оперируют уже сотнями генов, дающих 100% вероятность наступления болезни, или 80%, или 60%, или 15% - завтра, через два года, в 40 лет (цифры зависят от конкретной болезни). Вывод - не застрелиться (как и в случае рентгена) - а вовремя начать лечиться, или менять образ жизни.

Врач, который выбирает не знать и не понимать, что делает на этом месте наука - нарушает клятву Гиппократа. Таких, к счастью, нет в развитых странах - но увы, еще со времен преследования генетики лысенковцами, в медвузах до сих пор недостаточно преподают генетику, не говоря о молекулярной биологии.

китайской медицине 2с половиной тысячи лет, а эффективность весьма высокая... догадайтесь почему... а оперирование сотнями генов - бред... вы не просчитаете взаимодействие и 10... а клятву гиппократа перечитайте, там про науку нетути... особенно с попытками исполнять роль бога... а про понятие "болезнь" - организм не понимает?очевидно назло врачам.. особенно прогнозирующим болезнь через 10 и т. д. лет

Китайская медицина: к счастью, уже даже и у пациентов хватает образования, чтобы в случае чего-то серьезного идти не к китайцам, а к врачам. Про гены: Ваш комментарий показывает, насколько Вы знакомы с предметом. Клятва Гиппократа: я имею в виду, что врач, который игнорирует, например, рентгеновский снимок раковой опухоли, наносит пациенту вред; сегодня это же можно сказать о медицинской генетике.

да лечитесь вы сколько влезет... введение в заблуждение - это кошмар, а кладбище, которое оставила после себя эта медицина, поболее военных будет...зато научно

Введение в заблуждение - это когда гомеопаты берут и отменяют сильные препараты, ставя жизнь больных под угрозу. Такие "врачи" никогда не говорят о смертности своих пациентов; их процент исцеления -- всегда 100%, ведь другого не поймет их аудитория. Вот эти кладбища - на совести шарлатанов, только в России их - до поры - никто не расследует толком.

это ваш опыт или опять мировая наука?

Мы всей семьей подписаны на 23andME, но пока не будет полной расшифровки это не сильно оказалось полезным. Но - интересно. 

Но ответ про основные мутации от 23andMe Вы уже получили?

Илья, а как же так, Вы говорите, что не хотели бы, чтобы синдром Дауна исчез, а у самого душа в пятки на осмотре у доктора. Как-то это противоречиво.

Полина, я же ровно про эту противоречивость говорю, понимаете? Кстати, мы бы точно не стали делать аборт - про это договорились заранее.