Human Papillomavirus 31/33 (HPV 31/33), ДНК [реал-тайм ПЦР]

Молекулярно-генетическое исследование, направленное на выявление ДНК высокоонкогенных генотипов вируса папилломы человека, ассоциированных с риском развития рака шейки матки.

Синонимы русские

Вирус папилломы человека (ВПЧ) 31-го и 33-го генотипов.

Синонимы английские

Human Papillomavirus (HPV), DNA, High Risk, Genotypes 31 and 33.

Метод исследования

Полимеразная цепная реакция в режиме реального времени в режиме реального времени.

Какой биоматериал можно использовать для исследования?

Соскоб из прямой кишки, соскоб урогенитальный.

Общая информация об исследовании

Вирус папилломы человека – ДНКсодержащий вирус из семейства паповавирусов, ассоциированный с развитием остроконечных кондилом, бородавок, предраковых изменений аногенитальной области, рака шейки матки. Существует более 100 типов ВГЧ, около 30 из них могут инфицировать половые пути, и около 14 генотипов повышают риск рака шейки матки, прямой кишки, полового члена и новообразований некоторых других локализаций (например, орофарингеальной карциномы).

Онкогенные папиллома-вирусы имеют в составе ДНК белки Е6/Е7, которые способны подавлять процессы апоптоза (запрограммированной гибели) в клетках с измененным генетическим материалом. Генотипы 1, 2, 3, 5 считаются неонкогенными, а генотипы 6, 11, 42, 43, 44 относятся к папиллома-вирусам низкого онкогенного риска. К ВПЧ высокого онкогенного риска относятся генотипы 16, 18, 31, 33, 35, 39, 45, 51, 52, 56, 58, 59 и 68.

Основной путь их распространения – половой. Возможна вертикальная (от матери ребенку) и контактно-бытовая передача инфекции. В организм человека может попасть несколько типов ВПЧ одновременно. Заражение обычно происходит после начала половой жизни в возрасте 16-25 лет. При инфицировании онкогенными генотипами вируса между 25 и 35 годами иногда возникают интраэпителиальные поражения, и через несколько лет развивается рак. В 70  % случаев в течение первого года и в 90 % случаев через 2 года после инфицирования возможно самоизлечение.

Рак шейки матки по распространенности занимает 3-е место среди всех злокачественных опухолей у женщин (после рака молочной железы и рака толстой кишки). Частота инвазивного рака шейки матки в мире составляет 15-25 на 100 000 женщин. Новообразования шейки матки возникают в основном у женщин среднего возраста (35-55 лет), редко диагностируются у женщин моложе 20 лет и в 20 % случаев выявляются у женщин старше 65. 5-летняя выживаемость при локализованном (местном) раке шейки матки равна 88  %, в то время как выживаемость при распространенном раке не превышает 13  %. Кроме инфицирования онкогенными генотипами ВПЧ, факторами риска являются курение, хламидийная или герпетическая инфекция, хронические воспалительные гинекологические заболевания, длительное применение противозачаточных препаратов, случаи рака шейки матки в семье, раннее начало половой жизни, частая смена половых партнеров, недостаточное поступление с пищей витаминов А и С, иммунодефициты и ВИЧ-инфекция. Несмотря на то что вирус папилломы человека не всегда приводит к новообразованиям, с ним ассоциировано более 93 % случаев рака шейки матки.

Во многих странах мира существуют специальные программы профилактического обследования для исключения рака шейки матки, которые позволяют значительно снижать число смертельных исходов. Риск развития инвазивного рака в 5-10 раз выше у женщин, которые никогда не участвовали в скрининге. При выявлении изменений в материале из шейки матки рекомендовано исключение папиллома-вирусной инфекции и определение генотипа вируса, с помощью которых можно оценить риск развития опухоли и разработать тактику лечения.

Полимеразная цепная реакция (ПЦР) выявляет ДНК вируса папилломы человека (ВПЧ) в более чем 90  % случаев рака и 75-85  % интраэпителиальной неоплазии с выраженной дисплазией.

Определение ДНК различных генотипов вируса папилломы человека должно обязательно проводиться с учетом результатов цитологического исследования мазка из шейки матки или гистологического материала участка с дисплазией, метаплазией или признаками малигнизации.

Для чего используется исследование?

• Для скрининга инфицирования вирусом папилломы человека 31-го и 33-го генотипов.
• Чтобы оценить риск развития рака шейки матки.
• В качестве дополнительного обследования при скрининге рака шейки матки.
• Для дифференциальной диагностики генотипов ВПЧ.

Когда назначается исследование?

• При выявлении цитологических изменений в мазке на атипию, в мазке по Папаниколау.
• При кондиломах и других морфологических изменениях половых путей.
• При скрининге рака шейки матки (в качестве дополнительного исследования).
• При уточнении генотипа вируса папилломы человека.

Что означают результаты?

Референсные значения: отрицательно.

Причины положительного результата:

• наличие ВПЧ 31-го и 33-го генотипов в исследуемом материале, что ассоциировано с высоким риском развития рака шейки матки и других новообразований аногенитальной области.

Причины отрицательного результата:

• отсутствие ВПЧ 31-го и 33-го генотипов в исследуемом материале, что не исключает вероятного инфицирования ВПЧ других генотипов.

Иммунозависимые заболевания и иммуногенетика человека (достижения и перспективы) | Дедов

Одной из основных проблем мирового здравоохранения в период конца XX – начала XXI вв. является резкий рост иммунозависимых заболеваний. Это относится не только к синдрому приобретенного иммунодефицита (СПИД), который остается одной из основных угроз человечеству, но и к «новым» вызовам. В первую очередь, это касается неуклонного роста иммунозависимых патологий самого различного генеза. Они заставляют говорить о развитии эпидемии патологий, например, аутоиммунного генеза, как диабет и еще целый ряд системных заболеваний, в которых значительная роль принадлежит иммунным эндокринопатиям.

Следует также отметить, что наибольшие успехи в противостоянии таким вызовам обусловлены решением ряда фундаментальных и прикладных аспектов молекулярной иммуногенетики. Данная отрасль современной медицины в последние годы не только значительно расширила представления о генезе развития аутоиммунных заболеваний, но и предложила принципиально новые подходы к профилактике и доклинической диагностике наиболее актуальных для здравоохранения патологий.

Наибольший успех достигнут в области изучения сахарного диабета 1 типа (СД1). На сегодняшний день СД1 является наиболее хорошо изученным в плане установления механизмов реализации иммуногенетической предрасположенности или же устойчивости к его развитию. Уже около 40 лет данное заболевание занимает приоритетное место в международных программах исследований, направленных на изучение роли и механизмов реализации иммунозависимых заболеваний.

Отечественные исследователи, прежде всего из Эндокринологического научного центра МЗ РФ и Института иммунологии ФМБА России, внесли значимый вклад в решение задач как фундаментального, так и прикладного характера, поставленных данным перспективным направлением мирового здравоохранения.

Разумеется, интенсивные исследования в области изучения роли генов иммунного ответа человека ведутся и в отношении других заболеваний, в основе которых лежит развитие аутоиммунной атаки на различные органы, ткани и физиологические системы человека. Но основные принципы и механизмы развития патологических процессов, вероятнее всего, в значительной степени близки или идентичны, как это было установлено в отношении СД1.

Это же относится и к наиболее перспективным путям дальнейшего развития фундаментальных и прикладных задач медицины и здравоохранения, которые целесообразно сегодня решать опять таки на примере хорошо изученной, с точки зрения иммуногенетики, патологии – СД1.

Особого внимания заслуживает тот факт, что сама история развития исследований в области изучения иммуногенетических основ СД1 и полученные результаты свидетельствуют о необходимости дальнейшего развития персонализированной медицины, поскольку только индивидуальный анализ, выполненный на молекулярно-генетическом уровне, предоставляет в руки исследователя и практического врача возможность объективно оценить вероятность развития заболевания у конкретного лица.

СД1 – заболевание с выраженной генетической составляющей [1], в пользу чего свидетельствует значительная, однако не полная конкордантность у монозиготных и дизиготных близнецов [2].

Приблизительно 40–50% семейной кластеризации СД1 связывают с HLA-регионом, о чем сообщалось в широкомасштабном многонациональном исследовании семей с СД1 [3]. Генетические, функциональные, структурные и модельные исследования свидетельствуют о том, что гены HLA класса II (HLA-DRB1 и -DQB1), вероятно, сами являются первичными факторами локуса IDDM1. Частоты чувствительных аллелей HLA класса II также хорошо коррелируют с популяционной частотой СД1 [4]. Полногеномные исследования СД1, проведенные на членах более 2000 «ядерных» семей, еще раз подтвердили, что локус HLA, расположенный на хромосоме 6p21 (IDDM1) является главным локусом, определяющим генетический риск развития СД1 [5].

Подавляющее большинство исследований по генетике СД1 было выполнено среди европейских популяций. В этих исследованиях было показано, что самыми высокоассоциированными с СД1 вариантами HLA являются DR3 иDR4 [6], а самым распространенным генотипом среди больных СД1 является DR3/DR4. Частота этого генотипа среди большинства этнических групп, населяющих Европу, составляет 38,1%, в то время как в общей популяции коренных европейцев – только 2,5% [7]. Что касается этнических групп неевропейского происхождения, может наблюдаться иная картина, так, например, указанный генотип (DR3/4) может иметь меньшее значение для развития СД1: например, у больных СД1 филиппинцев генотип DR3/4 был менее частым, чем DR3/3 и DR3/9 [8]. В совместном исследовании, проведенном сотрудниками Эндокринологического научного центра и Институтом иммунологии, было показано, что генотип DRB1*03/*04 является наиболее частым среди большинства популяций [9], населяющих Россию, однако в некоторых популяционных группах более часто встречались другие вариантыDRB1-генотипов, например DRB1*01/*04 у марийцев [10].

Со времени установления ассоциаций между предрасположенностью к СД1 и определенными специфичностями (в первую очередь) HLA-DRB1*03*4, наличие в генотипе члена семьи, включающей больных СД1 (ядерной семьи), указанных специфичностей служило основанием для включения их в группу риска развития СД1. Естественно, еще больший риск развития СД1 представляли указанные выше специфичности в гомозиготном состоянии или в гаплотипе HLA-DRB1*3/DRB1*4. В случае наличия HLA-DRB1*03 и *04 в гетерозиготном варианте роль второй специфичности не принималась во внимание.

В то же время является хорошо установленным фактом повышение вероятности заболевания СД1 при генотипе HLA-DRB1*3/DRB1*4 по сравнению с генотипом HLA-DRB1*4/*4, как и HLA-DRB1*3/DRB1*3. То есть ясно, что отличный гаплотип в гетерозиготе может привести к эффекту гомозиготы.

Таким образом, эти факты свидетельствуют о том, что предрасположенность к СД1 возрастает в том случае, если в генотипе присутствуют две различных HLA-DRB1 специфичности, положительно ассоциированные с СД1. В данном случае может иметь место синергический эффект.

Для проверки этой гипотезы было проведено исследование, основанное на изучении возможной роли в предрасположенности к СД1 «однонаправленных» – положительно или отрицательно, так и нейтрально ассоции­рованных с СД1 HLA-DRB1 гетерозиготных комбинаций и разнонаправленных (один гаплотип ассоциирован положительно, второй – отрицательно). Естественно, что при этом уровень выраженности той или иной специ­фичности в расчет не принимался [12].

Выбор конкретных специфичностей осуществлялся на основе собственных и литературных данных.

В качестве положительно ассоциированных с развитием СД1 были выбраны HLA-DRB*01, DR*03, DR*04, DR*08, DR*09, DR*10, в качестве отрицательных (или нейтральных) – HLA-DRB*07, DR011, DRB13, DR014, DR15. Первую из этих групп HLA-гаплотипов обозначили как маркерную, вторую – как немаркерную.

На основании этих данных было сделано предположение о целесообразности проведения анализа роли ассоциированных и неассоциированных HLA0DRB1-гаплотипов в предрасположенности или устойчивости к развитию СД1. Для проведения такого анализа коллектив исследователей ЭНЦ и ИИ провел иммуногенетическое обследование 1004 больных СД1 и 1547 «здоровых» добровольцев. Результаты исследований опубликованы в журнале «Вестник РАМН» [11].

Согласно полученным данным, относительный риск в группе, где оба HLA-DRB1-гаплотипа были положительно ассоциированы с СД1, составил 7,8 (при Р=2,8×10-18), то есть имела место выраженная положительная ассоциация. При смешанном HLA-DRB1-генотипе, где один гаплотип был положительно ассоциирован с СД1, а второй – отрицательно или нейтрально, относительный риск развития СД1 составил 0,59 (Р=8,8×10-11). И наконец, в случаях, когда в генотипе обследованных положительно ассоциированный гаплотип HLA-DRB1 отсутствовал, значение относительного риска было равно 0,11 (Р=2,7×10-83). Таким образом, в  двух последних группах (особенно в третьей) выявлена повышенная устойчивость к СД1.

В таблице 1 представлены данные семейного анализа (89 ядерных семей), проведенного сотрудниками ИИ и ЭНЦ.

Таблица 1. Относительный риск развития СД1 в зависимости от комбинаций гаплотипов в HLA-DRB1-генотипе у детей, больных СД1 (семейный анализ)

№	Комбинация HLA-DRB1-гаплотипов	Количество обследованных	Относительный риск (ОР)	Р (вероятность)
1	2 гаплотипа, положительно ассоциированных с СД1	84	17,0	7,0×10-31
2	1 гаплотип, положительно ассоциированный с СД1	28	0,49	0,001
3	Отсутствие гаплотипов, ассоциированных с СД1	5	0,005	2,7×10-20

Как следует из представленных в табл. 1 данных, результаты семейного обследования принципиально не отличаются от данных, полученных при популяционном анализе. При этом принципиальным является тот факт, что предрасположенность к СД1 реализовалась лишь у детей, несущих в генотипе два ассоциированных с СД1 гаплотипа (ОР=17). Присутствие одного гаплотипа не было ассоциировано с риском развития заболевания (ОР=0,49).

С целью изучения вопроса о том, какое влияние оказывало на результаты анализа в группе №2 (один гаплотип положительно ассоциирован с СД1) (см. табл. 1) присутствие «классических» HLA-маркеров СД1 (HLA-DR1*03,HLA-DRB1*04), мы оценили, насколько данные HLA-специфичности представлены среди анализируемых гаплотипов. Было установлено, что в анализируемой группе данные гаплотипы среди больных СД1 представлены в 24,6% случаев по сравнению с 21,2% в контрольной группе (см. табл. 1). Относительный риск развития СД1 при этом составлял 1,21 (p=0,01).

В анализируемой группе дети, больные СД1, составили 21,2%, при этом относительный риск развития СД1 составил 1,1 (p=0,01) (см. табл. 1).

Примечательно, что при популяционных исследованиях в группе 1 (см. табл. 1) суммарный процент генотипов, состоящих из высокоассоциированных с СД1 гаплотипов – HLA-DRB1*03/*03; HLA-DRB1*04/*04 и HLA-DRB1*03/*04 среди больных СД1 составил 37% по сравнению со здоровым контролем – 4,5%. В этой же таблице в группе 2 суммарный процент гаплотипов HLA-DRB1*03 и -*04 (второй гаплотип был иным, нежели *03 или*04) среди больных СД1 составил 25%.

Из представленного семейного анализа следует, что в группе 1 (см. табл. 1) с наиболее высоким относительным риском развития СД1 (при популяционном анализе) только в 37% случаев предрасположенность к СД1 была связана с генотипами, включающими HLA-DRB1*03/*04 (в различных вариантах). В то же время большая часть анализированных больных СД1 (63%) несли генотип, включающий иные, нежели HLA-DRB1*03/*04, гаплотипы. В то же время, в группе 2, где в генотипе присутствовал лишь один из гаплотипов HLA-DRB1*03/*04, среднее значение относительного риска определялось на уровне, недостаточном для осуществления клинического прогнозирования, а именно: ОР~1.

Таким образом, представленные данные свидетельствуют о том, что наличие в генотипе лишь одного маркерного гаплотипа из числа HLA-DRB1*03/*04 существенным образом не оказывает влияния на уровень относительного риска развития СД1. В то же время, стало ясным, что учет наличия в HLA-DRB1-генотипе положительно ассоциированных с СД1, но не относящихся к HLA-DRB1*03/*04 гаплотипов, играет существенную роль в предрасположенности к СД1.

Иначе говоря, открывается возможность исключения из числа лиц, которые ранее рассматривались как имеющие генетическую предрасположенность к СД1 (за счет наличия у них одной маркерной HLA-специфичности), тех, кто имеет вторую «нейтральную» или отрицательно ассоциированную HLA-DRB1-специфичность.

Тем самым, естественно, повышается уровень установления генетической предрасположенности и появляется возможность установления индивидуального риска развития СД1 при популяционном анализе.

В то же время индивидуальный анализ обследуемых позволяет выявить с более высокой точностью, чем это было возможно ранее, так называемых членов ядерных семей.

Какие же еще возможности и перспективы открывает развитие молекулярной иммуногенетики? Первая – это, безусловно, возможность повышения эффективности и уровня персонализации за счет перехода на иммуногенетический метод анализа, а именно анализа исследуемого генотипа на уровне аллельных вариантов генов HLA.

Следует также отметить, что основанное на результатах данного исследования заключение об отсутствии положительной ассоциации с СД1 HLA-DRB1-генотипов, включающих отрицательно ассоциированный гаплотип, естественно, касается и тех случаев, когда вторым HLA-DRB1-гаплотипом являлся HLA-DRB1*03 или DRB1*04.

Таким образом, предложен новый, инновационный, эффективный способ оценки индивидуальной и семейной генетической предрасположенности к развитию СД1, который позволяет оценивать генетический риск развития СД1 вне зависимости от этнической принадлежности обследуемого на основе молекулярно-генетического метода HLA-DRB1-генотипирования с использованием отечественной высокоэффективной приборно-реагентной базы. В том числе, наиболее перспективным для оснащения региональных учреждений, обеспечивающих мониторинг заболеваемости СД1, является отечественный прибор DTprime (производство ЗАО «НПФ ДНК-технология»), позволяющий в автоматическом режиме проводить широкомасштабный иммуногенетический мониторинг населения, а также создавать Центры медико-генетического консультирования в различных регионах Российской Федерации.

Такой подход позволяет в короткие сроки объективно оценить индивидуальный и семейный риск развития СД1, связанный с генами HLA вне зависимости от этнической принадлежности обследуемого.

Вместе с тем, возникает вопрос о возможных механизмах взаимодействия HLA-DRB1-специфичностей, расположенных на различных, но гомологичных хромосомах, в реализации предрасположенности к СД1. В этом плане наиболее вероятной представляется предложенная ранее гипотеза по формированию трансдимеров между аллелями HLA, расположенными на гомологичных хромосомах, и названная «формированием трансдимеров». Это предположение было ранее сформулировано на основе анализа взаимодействия HLA-DQA1 и HLA-DQB1, расположенных на гомологичных хромосомах, в эффекте предрасположенности к СД1 [13]. Есть основания предполагать, что этот механизм может быть реализован при взаимодействии HLA-DRB1 аллелей, также расположенных на гомологичных хромосомах. При этом, как и в случаях с HLA-DQ-аллелями, это взаимодействие может быть реализовано в усилении предрасположенности к СД1. Следует отметить, что гипотеза, выдвинутая Н. Erlich с соавт. [13], базировалась на результатах исследований, выполненных в тот период, когда HLA-DQ молекулы рассматривались в качестве основного участника реализации иммуногенетической предрасположенности к СД1. В настоящее время более вероятными кандидатами являются HLA-DRB1-гены, обладающие значительно более выраженным аллельным полиморфизмом по сравнению с DQ и, соответственно, более выраженной ассоциацией на уровне аллельных вариантов. При этом роль HLA-DQ рассматривается как вторичная за счет неравновесного сцепления с HLA-DRB1. Таким образом, можно предположить, что более вероятной основой совместного эффекта являются HLA-DRB1-специфичности (и скорее всего, определенные их аллельные варианты), участвующие в трансдимерном взаимодействии.

Разумеется, в дальнейшем целесообразно провести подобный анализ и на уровне отдельных аллелей DRB1, для части которых, и в первую очередь входящих в специ­фичность DRB1*04, уже хорошо установлено наличие как положительных, так и отрицательных ассоциаций с СД1.

Вторая возможность для повышения эффективности формирования групп повышенного риска развития СД1 на основе внедрения высоких технологий, позволяющих осуществлять персонализированный мониторинг в целях профилактики и эффективной терапии СД1, открывается в случае перехода прикладного иммуногенотипирования на более высокий уровень установления аллельных вариантов, составляющих HLA-DRB1-генотип обследуемых. Такие исследования были проведены сотрудниками коллективов Эндокринологического научного центра Минздрава РФ и Института иммунологии ФМБА России. В работе были исследованы частоты встречаемости аллельных вариантов высокоассоциированной HLA, среди них HLA-DRB1*04 в 7 этнических группах, населяющих Россию.

Если предыдущие исследования были проведены на основании HLA-генотипирования на уровне низкого разрешения, то на уровне высокого разрешения, т.е. на уровне выявления аллельных вариантов генов HLA, представлялось целесообразным представить данные о межэтническом HLA-разнообразии на уровне аллельного полиморфизма одной лишь специфичности – HLA-DRB1*04. Выбор именно данной специфичности не случаен, поскольку она является «классическим» маркером предрасположенности к СД1, а также потому, что при проведении данного исследования впервые были установлены выраженные различия в HLA-полиморфизме на уровне отдельных аллельных вариантов одного гена, не только на межэтническом, но и на внутриэтническом уровне [14, 15].

В таблице 2 представлены данные по исследованию частоты встречаемости аллельных вариантов гена HLA-DRB1*04 в 7 популяционных группах России. Выбор для анализа аллельных вариантов именно данного гена связан с тем, что с отдельными его аллелями HLA-DRB1*0401, HLA-DRB1*0404 и HLA-DRB1*0405 ассоциирована предрасположенность к СД1. В то же время с другим аллелем – HLA-DRB1*0403 – ассоциирована устойчивость к развитию данного заболевания.

Таблица 2. Частота встречаемости аллельных вариантов гена HLA-DRB1*04 в различных популяционных группах России

№	Русские-москвичи	Русские-поморы	Саамы	Татары	Мари	Тувинцы	Ненцы
04	11,64	35,37	33,52	17,78	16,34	28,74	17,39
0401*	3,80	16,21	9,14	5,61	12,65	12,13	0,73
0402	1,66	0	0,76	0,93	0	0	0
0403**	0,95	1,47	8,38	1,87	1,05	5,75	7,16
0404*	3,09	17,69	5,33	7,9	0,53	1,28	10,14
0405*	0	0	0	0	0	5,75	0
0407	1,66	0	0	0	0,53	0	0
0408	1,19	0	16,00	1,87	1,58	2,93	0
0410	0	0	0	0	0	1,28	0

* – ассоциация с предрасположенностью к СД1; ** – ассоциация с устойчивостью к СД1.

Из представленных в таблице 2 данных следует, что, помимо выраженных различий в частоте встречаемости гена HLA-DRB1-04 (верхняя строка табл. 2), аналогичная картина наблюдается и в 8 проанализированных аллельных вариантах данного гена. Наибольшие значения как в частоте встречаемости самого гена, так и его аллельных вариантов, ассоциированных с предрасположенностью к СД1, отмечены у русских-поморов (жителей Архангельской области). В то же время для них характерен один из наиболее низких показателей встречаемости аллельных вариантов, ассоциированных с устойчивостью к СД1. При этом следует отметить, что именно в этой этнической группе русского населения России установлен наиболее высокий уровень заболеваемости СД1. Более того, эта группа занимает по данному показателю второе место в мире, уступая лишь финнам. Относительно высокая встречаемость вариантов генов, ассоциированных с предрасположенностью к СД1 (аллели 0401 и 0404), отмечена также среди русских-москвичей, татар, саамов, мари и тувинцев. Для ненцев характерна следующая особенность распределения маркерных аллелей: ассоциация с 0401 является минимальной для всех обследованных групп, в которых были выявлены данные аллели. В то же время частота встречаемости аллельного варианта 0404 оказалась одной из самых выраженных. Что касается тувинцев, то только у них обнаружен ассоциированный с предрасположенностью к СД1 аллельный вариант 0405. По литературным данным, данный аллельный вариант распространен только среди некоторых групп монголоидного происхождения. Что касается аллельного варианта HLA-DRB1*0403, ассоциированного с устойчивостью к СД1, можно отметить следующее. Наиболее его высокое значение выявлено среди саамов, ненцев и тувинцев.

Анализ результатов, представленных в данной таблице, выявляет следующую закономерность. Более высокая заболеваемость СД1 отмечается в группах, для которых характерна высокая частота встречаемости положительно ассоциированных с СД1 аллельных вариантов гена HLA-DRB1*04 при низком уровне встречаемости аллельных вариантов, ассоциированных с устойчивостью. В то же время в случаях одновременного выявления в популяции аллельных вариантов, ассоциированных как с предрасположенностью, так и устойчивостью с приблизительно равной частотой, что характерно для монголоидных популяций, заболеваемость СД1 была низкой. Следует отметить следующее. В данном исследовании были изучены только 8 из числа более 30 известных аллельных вариантов гена HLA-DRB1*04. Выбор именно этих аллельных вариантов обусловлен тем, что они, по данным литературы, являются наиболее распространенными на территории Евразии. То есть, полученные данные представляют собой наглядный пример межэтнического полиморфизма в распределении аллельных вариантов гена HLA-DRB1*04 – одного из наиболее клинически значимых генов при выявлении генетической предрасположенности к аутоиммунным заболеваниям. Вместе с тем эта таблица служит наглядным доказательством внутриэтнических различий по распределению аллелей HLA. Так, внутри русской популяции между москвичами и жителями Архангельской области имеются выраженные различия по аллелям HLA-DRB1*0401 и -*0404. Причем, оба аллеля имеют выраженную ассоциацию с предрасположенностью к СД1, его частота достаточно высока в обеих указанных группах.

По-видимому, в дальнейшем также станет целесообразным проведение аналогичного исследования по изучению роли HLA-полиморфизма на уровне аллельных вариантов в отношении аллелей генов HLA-DQA1 и -DQB1, которые, несмотря на выраженную генетическую связь с HLA-DRB1-генами, также могут вносить самостоятельный вклад в реализацию генетической предрасположенности к СД1. Об этом, в частности, может свидетельствовать тот факт, что HLA-молекулы, кодируемые генами DQA1 и DQB1, обладают индивидуальными пептид-связывающими сайтами, отличающимися от пептид-связывающих сайтов молекул HLA-DRB1.

С точки зрения клинической диабетологии и клиники аутоиммунных заболеваний в целом, на наш взгляд, несомненный интерес представляет возможность установления индивидуального риска развития заболевания, открывающаяся на основании анализа полного HLA-DRB1 генотипа. Сопоставляя присутствие в нем «диабетогенных», нейтральных и протективных HLA-DRB1 специфичностей, можно прийти к заключению о наличии или отсутствии у данного лица, в том числе, из числа членов семьи со случаями диабета, повышенной предрасположенности к развитию заболевания. Таким образом, подобный подход открывает принципиальную возможность установления индивидуального риска развития СД1. Разумеется, дальнейшие исследования в области иммуногенетики СД1 могут резко повысить эффективность этого подхода. Тот уровень (HLA-DRB1-генотипирование), на котором удалось установить такую возможность, уже сегодня позволяет проводить подобного рода оценку не только в специализированных научных центрах, но и в любом практическом учреждении, имеющем обычную ПЦР лабораторию и осуществляющем HLA-генотипирование на уровне низкого и среднего разрешения. Последнее в значительной мере облегчает методику HLA-генотипирования.

Как указывалось выше, в настоящее время развитие молекулярной генетики позволяет проводить HLA-генотипирование на уровне высокого разрешения, при котором выявляются отдельные аллельные варианты HLA-специфичности. При этом, в частности, было установлено, что отдельные аллельные варианты, входящие в ту или иную специфичность, могут иметь «разнонаправленные» ассоциации с заболеваниями, для которых данная специфичность является маркерной. Естественно, что в этой ситуации наличие в HLA-генотипе аллельного варианта, имеющего высокую степень ассоциации с предрасположенностью к заболеванию, ОР может значительно возрастать. Более того, не исключено, что, во всяком случае, в отдельных этнических группах речь может идти о возможности использования HLA-генотипирования на уровне высокого разрешения для проведения скрининговых исследований с целью выявления лиц с генетической предрасположенностью к тем или иным заболеваниям.

Все больные, HLA-DRB1-генотип которых был гомозиготен и содержал две идентичные специфичности из числа положительно ассоциированных с СД1, учитывались в группе, где относительный риск имел положительное значение. Таким образом, наличие HLA-DRB1-гомозиготных по этим специфичностям индивидуумов существенно повышает вероятность развития у них СД1. Это относится и к другим заболеваниям аутоиммунного генеза, например, хроническому гломерулонефриту, который также в значительном проценте случаев поражает лиц молодого возраста. При этом известно, что среди больных хроническим гломерулонефритом жителей г. Москвы процент HLA-DRB1-гомозигот вдвое превышает средний показатель по г. Москве [16].

Естественно, что представленные выше данные не только могут найти широкое применение в практике борьбы с СД1, а также, возможно, и другими аутоиммунными заболеваниями, но и открывают перспективы для фундаментальных исследований, целью которых явится установление молекулярных механизмов взаимодействия продуктов двух HLA-гаплотипов, в состав которых входят синергически действующие HLA-специфичности. Результатом такого синергического взаимодействия и является генетически обусловленная предрасположенность к развитию СД1. В пользу роли такого синергизма свидетельствует факт отсутствия реализации генетической предрасположенности в случае наличия HLA-специфичности лишь в одном из гаплотипов.

Что касается преимуществ определения HLA-генотипа (вместо HLA-гаплотипа – как это имело место до настоящего времени) в установлении генетической предрасположенности к СД1, у нового подхода, на наш взгляд, имеются значительные дополнительные преимущества и перспективы.

Дело в том, что СД1 в ходе всего процесса развития человечества относился к заболеваниям, поражавшим в основном нерепродуктивные контингенты. С учетом генетического характера наследования, заболеваемость СД1 поддерживалась на определенном относительно невысоком уровне. Разработка и применение поддерживающей инсулинотерапии в XX в. в корне изменили сложившуюся ситуацию, это в значительной степени позволяет говорить об ограничении влияния СД1 на репродуктивный процесс, что не могло не привести к повышению заболеваемости СД1. Именно поэтому мировое здравоохранение в начале XX в. столкнулось с эпидемией СД. Вместе с тем необходимо учитывать, что потенциальные родители в семьях, включающих членов с установленным диагнозом СД1, как правило, информированы о вероятности развития заболевания у потомства.

Таким образом, переход на иммуногенотипирование с учетом анализа полного HLA-DRB1-генотипа (то есть обоих гаплотипов) уже сейчас позволяет в значительном проценте случаев «выводить» из группы риска развития СД1 значительные контингенты населения (в первую очередь, детей и молодежь). Нет сомнения, что развитие иммуногенетических исследований, и, в частности, переход на более высокий уровень разрешения при генотипировании, позволит повысить эффективность иммуногенетического прогноза вероятности развития и мониторинга не только СД1, но и других аутоиммунных заболеваний и прежде всего – эндокринопатий.

Следует заметить, что варианты *01, *03 и *04, наиболее часто обнаруживаемые у больных с аутоиммунной патологией, являются чрезвычайно распространенными среди населения планеты вариантами гена DRB1. В самых разных популяциях различной расовой принадлежности эти три варианта встречаются с частотами до 18–25% [17]. Вероятно, такая распространенность аутоиммунных маркеров неслучайна. Как указывалось в начале главы, установлено, что DRB1-специфичности, входящие в группу аутоиммунных маркеров, часто являются одновременно «маркерами», обеспечивающими эффективный иммунный ответ на вирусы гепатита С [18, 19], HIV-1 [20], тяжелой малярии [21].

И наоборот, DRB1-специфичности, входящие в группу DRB1-специфичностей, которые являются «протекторами» аутоиммунитета – *07, *11, *12, *13, *14, *15 и *16, ассоциированы с чувствительностью к HIV-1 [20], к гепатиту В [22], лепре [23], легочному туберкулезу [24]. Тем не менее, большинство перечисленных вариантов гена DRB1 не является чем-то уникальным, будучи широко распространенными среди представителей разных популяционных групп [17].

Помимо «классического» направления в развитии иммуногенетики СД и других аутоиммунных заболеваний, в самые последние годы получило развитие новое направление – исследование роли генов иммунного ответа человека, не входящих в систему HLA, в развитии аутоиммунных заболеваний.

В самое последнее время классическая иммуногенетика человека, достижения которой базировались, в первую очередь, на использовании знаний в области главного комплекса генов тканевой совместимости (включающего как классические, так и неклассические гены иммунного ответа), была дополнена новыми данными и представлениями. Так, помимо данных о неклассических генах HLA, были получены данные о роли генов, контролирующих звенья иммунного ответа, не находящиеся под прямым контролем генов HLA. Развитию данного направления способствовало появление новых возможностей молекулярной генетики, позволяющих идентифицировать присутствующие в генотипе того или иного человека варианты генов, регулирующих различные этапы иммунного ответа. Наличие таких вариантов (генный полиморфизм) обусловлено, как правило, присутствием в геноме одиночных нуклеотидных замен – SNP (single nucleotide polymorphism).

Биологическим эффектом этих SNP может быть изменение экспрессии гена (если полиморфизм затрагивает регуляторные участки гена) или изменение аминокислотного состава продукта.

При обследовании больных СД1 среди SNP были установлены следующие замены одиночных нуклеотидов: -238 G/A и -308 G/A в гене TNF (tumor necrosis factor, member 2) и +874 T/A в гене IFNG (interferon gamma), ассоциированные с развитием СД1 [25, 26]. Следует отметить, что, согласно литературным данным [27], белковые продукты данных генов обладают широким спектром иммуномодулирующих, противовирусных и противоопухолевых эффектов, что позволило выдвинуть предположение о том, что изменение уровня их экспрессии, в том числе обусловленное заменами одиночных нуклеотидов, может повлиять на развитие иммунного ответа по отношению к вирусным инфекциям, а также привести к повреждению β-клеток поджелудочной железы.

Следует отметить, что при проведении аналогичных исследований в русской популяции жителей г. Москвы ассоциация между наличием вышеуказанных SNP и предрасположенностью к СД1 не выявлена. Есть основания говорить, что данные ассоциации могут быть характерны только для определенных этнических групп [28, 29].

В пользу этого, в частности, может свидетельствовать следующее. Ассоциации СД1 с аллельными вариантами генов HLA, характерные для одних этнических групп, отсутствуют в других. Между тем, чрезвычайно выраженный на уровне аллельных вариантов полиморфизм системы HLA является, по существу, следствием возникших на разных этапах развития человека одиночных нуклеотидных замен, закрепившихся вследствие своей биологической целесообразности. Например, благодаря повышению устойчивости носителей определенных SNP к инфекционным заболеваниям. Именно тот факт, что прародители представителей тех или иных этнических групп сталкивались с различными вызовами для их иммунной системы, нашел отражение в современном различии между вариантами генов, регулирующих иммунный ответ.

Иная картина имела место при изучении SNP, ассоциация которых с развитием СД1 установлена при изучении различных популяционных групп. Речь идет об однонуклеотидной замене +49A/G (rs231775) в гене CTLA4(cytotoxic T-lymphocyte associated antigen-4, поверхностный антиген цитотоксических Т-лимфоцитов) [28–32]. Данная замена нуклеотида, в свою очередь, приводит к замене аминокислоты в 17-й позиции белкового продукта гена CTLA4, участвующего в регуляции активации Т-лимфоцитов, и, соответственно, к изменению его физиологического действия. Изменение свойств белкового продукта гена CTLA4 может привести к нарушению регуляции деятельности Т-лимфоцитов и развитию аутоиммунного процесса. При проведении совместных исследований сотрудниками ФГБУ «ГНЦ «Института иммунологии» ФМБА России и ФГБУ «Эндокринологический научный центр» Министерства здравоохранения Российской Федерации была установлена ассоциация с предрасположенностью к СД1 у 70% больных СД1 из числа не имеющих ассоциаций с HLA-DRB1-генами, при отсутствии у нихHLA-маркеров СД1, в то время как в контрольной группе частота генотипа 49GG не превышала 10%. Эти данные позволили сделать вывод, что генотип CTLA4 49GG может маркировать предрасположенность к СД1, не зависимую от HLA.

Таким образом, установление SNPCTLA4 49GG позволяет повысить эффективность прогноза развития СД1 при совместном генотипировании как по генам HLA, так и по данному SNP. Во всяком случае, в данном исследовании такой подход позволил установить генетические маркеры предрасположенности к СД1 у 94% из обследованной группы больных [28].

Расчетный уровень вклада HLA в генетически обусловленную предрасположенность к СД1 составляет, по разным оценкам, от 40 до 70%. Вклад CTLA-4 оценивается приблизительно в 10%. Естественно, что эти цифры достаточно приблизительны, то есть при суммировании процентных содержаний всех известных на сегодняшний день генетических маркеров СД1, получается цифра, значительно превышающая 90%. Таким образом, имеется практическая возможность повысить «общую» достоверность и клиническую значимость прогнозирования развития СД1, поскольку несколько генетических маркеров предрасположенности к СД1 могут присутствовать в одном геноме одновременно. Целесообразно было бы использовать вышеописанный подход для установления других маркеров, определяющих персональную предрасположенность к СД1 независимо друг от друга, но в сумме повышающих уровень предрасположенности к СД1.

Заключение

Представленные в статье данные, полученные на основании анализа роли HLA-DRB1-генотипов в предрасположенности и реализации наиболее хорошо изученного с точки зрения его иммуногенетических основ развития заболевания – СД1, делают перспективным выполнение подобного анализа и при других аутоиммунных патологиях, особенно эндокринопатий.

Весьма вероятна возможность того, что проведение такого исследования может открыть новые эффективные возможности при формировании групп повышенного риска развития аутоиммунных патологий, а также их профилактики и ранней диагностики. Перспективой развития данного направления является создание новых подходов в противостоянии Российского здравоохр

Питание по генотипу и коллаген из чешуи рыбы. Какие разработки обсудили ученые в Воронеже. Последние свежие новости Воронежа и области

Шестая международная научно-практическая конференция «Продовольственная безопасность: научное, кадровое и информационное обеспечение» прошла в Воронеже 10 и 11 декабря. Ученые обсудили новейшие технологии, которые в перспективе помогут сделать продукты целебными, а пищевое производство безотходным. Самые прорывные и интересные разработки – в обзоре РИА «Воронеж».

Гены и рацион

Одно из самых прорывных направлений, которое представили на конференции, – нутригеномика. Это наука, которая изучает взаимосвязь генов и питания.

– Мы все живые люди, у каждого из нас свой генотип, который определяет не только нашу внешность и особенности поведения, но и все биохимические реакции организма. И процессы, протекающие внутри организма каждого из нас, не идентичны, они тоже отличаются в зависимости от того, какой набор генов нам достался, – рассказала профессор Воронежского университета инженерных технологий (ВГУИТ), доктор технических наук Наталья Родионова.

Этим и объясняется тот факт, что для одного человека какой-то продукт может оказаться безусловно полезным, а у другого будет плохо усваиваться, а то и вовсе усугубит проблемы со здоровьем.

– Я сама решила поставить на себе эксперимент. Установила свой генотип и выяснила, что отношусь к типу людей, у которых есть генетически обусловленная тенденция к повышению концентрации омега-6 ненасыщенных жирных кислот. Это по большому счету безобидные и даже полезные вещества, которые содержатся во многих продуктах. Например, из них практически полностью состоит подсолнечное масло. Эти же омега-6 являются противовоспалительными агентами в организме человека. Все дело только в их концентрации в организме. У меня это вещество накапливается в крови, и его уровень понижается с большим трудом. При этом я долгие годы страдала аутоиммунным заболеванием – артритом. У меня сильно болели суставы. В рамках эксперимента я исключила подсолнечное масло из рациона, и у меня снизились ревматоидные атаки. Хотите верьте, хотите нет, но мне стало намного легче, и противовоспалительные препараты мне теперь нужны намного реже. Я позволяю себе подсолнечное масло иногда, но в основном перешла на жиры, состоящие из омега-3, – это оливковое и льняное масло, рыбий жир, – добавила Родионова.

Сейчас анализ на определение генома становится все более доступным и ученые получают возможность составлять обоснованные варианты персональных рационов в соответствии с генотипом человека. Вполне возможно, вскоре питание по генотипу станет обычной практикой.

Геном бактерий

Ученые утверждают, что большое значение в правильном подборе питания имеет не только генотип, но и генотипы бактерий, которые живут в организме. Если условно подсчитать количество клеток нашего тела и число клеток микрофлоры, которые живут внутри нас, то окажется, что последних примерно в 100 раз больше. Организм человека – целая планета, населенная микроорганизмами. Эти «жильцы» очень нужны и важны: без многих из них пищеварение станет практически невозможным.

Бактерии в организме делятся на два основных вида: эндогенная микрофлора (при любых условиях несет только пользу, и без нее мы вообще жить не можем) и условно патогенная (в нормальном количестве эти бактерии нам не вредят, а иногда и помогают, но при росте их численности становятся болезнетворными).

– Сейчас активно развиваются технологии определения генома микробиома (сообщество бактерий). И теперь, когда мы определили, кто, собственно, в нас живет, мы можем отрегулировать видовой состав «поселенцев». Сделать это можно элементарно – едой. У бактерий тоже есть свои предпочтения в пище, они не всеядные. Грубо говоря, кого мы кормим, тот и растет, – пояснила Наталья Родионова. – Самый простой пример безусловно полезных «жильцов» – лакто- и бифидобактерии. Они попадают в организм человека вместе с молоком матери. Если мы будем стимулировать размножение «молочных» бактерий в организме, они смогут захватить большие территории в нашем кишечнике, тем самым вытесняя условно патогенную флору и не давая ей места для жизни и ресурсов для питания. Поэтому нам очень важно кормить «хороших». Пищей для них служат пребиотики – пищевые вещества, которые не усваиваются кишечником напрямую, но становятся вполне усвояемыми после того, как их «обработают» бактерии. Этими веществами микроорганизмы и питаются. Вопреки стереотипам, «корм» для «молочных» бактерий можно найти не только в молочных продуктах, но и бананах, отрубях, клетчатке и даже некоторых видах грибов. Это уже доказано учеными.

Со временем исследование генома наших бактерий и создание индивидуального рациона с подбором правильных пребиотиков может стать одной из основ здорового питания.

Йодирование растений

Воронежская область относится к числу регионов с дефицитом йода. Концентрация этого вещества в почве и воде в регионе недостаточна, соответственно, в местных продуктах его тоже не хватает.

Взрослому человеку йод нужен для выработки гормонов щитовидной железы, которые, в свою очередь, регулируют жировой и углеводный обмен. Детям же этот минерал необходим для проводного формирования мозга и нервной системы. Поэтому недостаток йода в организме беременных женщин и малышей до трех лет особенно опасен.

Многие врачи рекомендуют жителям йододефицитных регионов принимать этот минерал в таблетках в профилактической дозировке. Но еще одна проблема состоит в том, что органический йод, особенно тот, что содержится в пище, усваивается гораздо лучше, чем неорганический или из биодобавок.

Ученые выяснили, что можно определенным способом воздействовать на растения в процессе проращивания, чтобы они выросли чрезвычайно богатыми йодом.

Опыты проводили на чечевице. В результате эксперимента в водном йодированном растении оказалась суточная норма минерала.

– В натуральном виде йод в большом количестве в основном встречается в продуктах, которые в нашей местности стоят очень дорого – например, в океанической рыбе. Теперь благодаря научным разработкам можно просто съесть горсточку чечевицы и получить суточную норму йода, – рассказала профессор ВГУИТ, доктор технических наук Людмила Антипова.

Коллаген из отходов

Еще одна важнейшая разработка в сфере питания – технологии безотходного пищевого производства. Сейчас, например, значительная часть остатков от переработки мяса и рыбы выбрасывается.

– Но рыбья чешуя и кости – прекрасный источник натурального коллагена. Он может использоваться как в пищевой, так и в косметической промышленности. Женщины знают, как ценен коллаген в ходовых средствах для кожи. Сейчас разработан удобный и не очень дорогостоящий способ переработки этих отходов в коллаген, – сообщила Людмила Антипова.

Похожим образом можно перерабатывать и растительные пищевые отходы. Например, из яблочных очистков можно получать пектин (используется в кулинарии) и органические витамины, которые прекрасно усваиваются организмом.

Заметили ошибку? Выделите ее мышью и нажмите Ctrl+Enter

Вирус папилломы человека, показания к назначению, правила подготовки к сдаче анализа, расшифровка результатов и показатели нормы.

ВАЖНО!

Информацию из данного раздела нельзя использовать для самодиагностики и самолечения. В случае боли или иного обострения заболевания диагностические исследования должен назначать только лечащий врач. Для постановки диагноза и правильного назначения лечения следует обращаться к Вашему лечащему врачу.

Напоминаем вам, что самостоятельная интерпретация результатов недопустима, приведенная ниже информация носит исключительно справочный характер

Определение ДНК вируса папилломы человека: показания к назначению, правила подготовки к сдаче анализа, расшифровка результатов и показатели нормы.

Показание к назначению исследования

Вирусы папилломы человека (ВПЧ) — это группа генетически разнообразных ДНК-содержащих вирусов, относящихся к семейству Papillomaviridae и поражающих эпителий кожных покровов и слизистых оболочек ротовой полости и аногенитальной зоны.

Инфицирование вирусом папилломы человека клинически может проявляться остроконечными кондиломами, папилломами или злокачественной трансформацией клеток. По данным, которые приводит Всемирная организация здравоохранения, 50-80% населения инфицировано ВПЧ, а 5-10% из них имеют клинические проявления заболевания.

Наследственный материал (геном) вируса папилломы человека заключен в белковую оболочку, состоящую из больших (L1) и малых (L2) структурных белков. В зависимости от строения генома L1 были выявлены и описаны различные типы вируса папилломы человека. К настоящему времени выявлено и описано более 200 генотипов вируса папилломы человека, около 45 из них могут инфицировать эпителиальный слой урогенитального тракта.

ВПЧ обладает тропностью (свойством поражать определенные органы и/или ткани) к коже и слизистым оболочкам. Источником возбудителя инфекции является больной человек или вирусоноситель.

Вирус папилломы человека относится к высококонтагиозным (очень заразным) вирусам.

Основной путь передачи возбудителя — половой (генитально-генитальный, мануально-генитальный, орально-генитальный), однако возможна передача и при соприкосновении (при кожном контакте). Кроме того, ВПЧ может передаваться от матери плоду во время родов.

Риск передачи при однократном половом контакте равен 80% — особенно у девушек, не достигших половой зрелости, из-за особенностей строения эпителия шейки матки в юном возрасте.

Факторы, способствующие инфицированию вирусом папилломы человека и развитию заболевания:

• раннее начало половой жизни;
• частая смена половых партнеров;
• сопутствующая урогенитальная инфекция и нарушение биоценоза влагалища;
• частые роды и аборты;
• иммунодефицитные состояния;
• генетическая предрасположенность и гормональные факторы.

Чаще всего инфицирование заканчивается самопроизвольной элиминацией (удалением) вируса из организма, но у 5–10% пациентов ВПЧ персистирует (остается длительное время), приводя к доброкачественным или злокачественным изменениям кожи и слизистых оболочек.

Интервал между инфицированием ВПЧ и инвазивным (проникающим) раком составляет около 10 лет или более.

Инвазивному раку предшествуют предраковые поражения шейки матки, вульвы, влагалища, анального канала, полового члена различной степени тяжести.

Вирус папилломы человека не проникает в кровь, поэтому инфекционный процесс протекает без развития воспалительной реакции.

Выделяют вирусы высокого онкогенного (или канцерогенного) риска (типы 16, 18, 31, 33, 35, 39, 45, 51, 52, 56, 58, 59) и низкого онкогенного риска (типы 6, 11, 42, 43, 44).

Типы ВПЧ низкого канцерогенного риска связаны с развитием остроконечных кондилом, папиллом и дисплазиями легкой степени. Типы ВПЧ высокого канцерогенного риска, наряду с остроконечными кондиломами и дисплазиями, также могут вызывать злокачественную трансформацию эпителия, приводя к развитию рака.

Например, высокоонкогенные типы ВПЧ 16 и 18 вызывают в 70% случаев рак шейки матки, в 80% рак вульвы и влагалища, в 92% анальный рак, в 95% рак ротовой полости, в 89% рак ротоглотки, в 63% рак полового члена. Генотипы ВПЧ 6 и 11 обуславливают практически все виды аногенитальных бородавок и большинство случаев рецидивирующего респираторного папилломатоза.

Таким образом, дифференцированное определение ДНК вируса папилломы человека назначают в следующих случаях:

• для подтверждения ВПЧ при наличии папилломатозных разрастаний и изменений на слизистых оболочках половых органов;
• для скрининга (обследования лиц, не считающих себя больными) с целью выявления скрыто протекающего заболевания;
• для контроля эффективности проводимой терапии.

В соответствии с приказом Министерства здравоохранения РФ от 26.10.2017 № 869н «Об утверждении порядка проведения диспансеризации определенных групп взрослого населения» цитологическое исследование мазка шейки матки и цервикального канала рекомендуется пациенткам с 21 года до 69 лет за исключением случаев невозможности проведения исследования у девственниц и в связи с экстирпацией матки:

• с 21 года до 29 лет — не реже 1 раза в 3 года;
• с 30 до 69 лет — не реже 1 раза в 5 лет.

При обнаружении аномальных результатов мазков необходимо ВПЧ-тестирование.

Высокая сексуальная активность предполагает проведение скрининга с18 лет.

Подготовка к процедуре

Обследование женщин целесообразно проводить в первую половину менструального цикла, но не ранее 5-го дня. Допустимо обследование во второй половине цикла, но не позднее, чем за 5 дней до предполагаемого начала менструации.

При наличии патологических изменений взятие материала выполняется в день обращения.

Накануне и в день обследования пациентке не рекомендуется спринцевать влагалище. Забор биоматериала не следует осуществлять ранее 24-48 часов после полового контакта, интравагинального УЗИ и кольпоскопии.

Соскоб из уретры проводят до или через 2-3 часа после мочеиспускания.

Мужчинам необходимо исключить половые контакты за 1–2 суток до взятия мазка (соскоба). Нельзя мочиться в течение 1,5-2 часов до процедуры.

Срок исполнения

До 2 рабочих дней, указанный срок не включает день взятия биоматериала.

Что может повлиять на результат

В случае несоблюдения правил подготовки полученный результат может быть некорректным.

Дифференцированное определение ДНК ВПЧ (вируса папилломы человека, Humanpapillomavirus, HPV) 21 типа (6, 11, 16, 18, 26, 31, 33, 35, 39, 44, 45, 51, 52, 53, 56, 58, 59, 66, 68, 73, 82) + КВМ

Ученые установили, что генетически человек почти неотличим от гориллы

Ученые из Университета Вашингтон представили обновленную версию генетической карты гориллы, базирующуюся на ДНК 11-летней равнинной гориллы Сьюзи из зоопарка Columbus (штат Огайо, США). Карта заполняет многие пробелы, присутствующие в первой версии генома, опубликованной в 2012 году. Кратко об этом сообщает агентство Reuters, более подробно об исследовании можно прочитать в Science.

Новое исследование показало, что гориллы и люди более тесно связаны генетически, чем считалось ранее: их геномы различаются всего на 1,6 процента. Исследователи, в частности выявили различия в иммунной и репродуктивной системах, чувственном восприятии, производстве кератина (ключевого белка в структуре волос, ногтей и кожи), а также в выработке инсулина — гормона, который регулирует уровень сахара в крови.

«Различия между видами могут помочь исследователям выявить области человеческого генома, которые связаны с высшими формами познания, сложным языком, поведением и неврологическими заболеваниями. Имея для сравнения полные и точные опорные генетические карты, исследователи смогут выявить эти различия», прокомментировал агентству результаты научной работы генетик Кристофер Хилл (Christopher Hill).

Впрочем, горилла — не самый близкий родственник человека. Шимпанзе и бонобо (карликовый шимпанзе) еще более тесно связаны с людьми генетически.

Цель научного проекта — создать полный каталог генетических различий между людьми и большими обезьянами: гориллами орангутангами, шимпанзе и бонобо.

Гориллы являются крупнейшими приматами и относятся к числу ближайших родственников человека. Недавние исследования показали, что наши эволюционные родословные разделились в период от 12 до 8,5 миллионов лет назад. Как правило, гориллы встречаются в равнинных и горных тропических лесах Центральной Африки. Вес взрослых самцов достигает 200 килограммов. Человеческая деятельность угрожает их популяции, так как человек, охотясь на диких животных, разрушает естественную среду обитания приматов.

46 — норма? Считаем хромосомы: сколько человеку для счастья нужно

Прожиточный оптимум

Сначала договоримся о терминологии. Окончательно человеческие хромосомы посчитали чуть больше полувека назад — в 1956 году. С тех пор мы знаем, что в соматических, то есть не половых клетках, их обычно 46 штук — 23 пары.

Хромосомы в паре (одна получена от отца, другая — от матери) называют гомологичными. На них расположены гены, выполняющие одинаковые функции, однако нередко различающиеся по строению. Исключение составляют половые хромосомы — Х и Y, генный состав которых совпадает не полностью. Все остальные хромосомы, кроме половых, называют аутосомами.

Количество наборов гомологичных хромосом — плоидность — в половых клетках равно одному, а в соматических, как правило, двум.

 

 

 

Интересно, что не у всех видов млекопитающих число хромосом постоянно. Например, у некоторых представителей грызунов, собак и оленей обнаружили так называемые В-хромосомы. Это небольшие дополнительные хромосомы, в которых практически нет участков, кодирующих белки, а делятся и наследуются они вместе с основным набором и, как правило, не влияют на работу организма. Полагают, что В-хромосомы — это просто удвоенные фрагменты ДНК, «паразитирующие» на основном геноме.

У человека до сих пор В-хромосомы обнаружены не были. Зато иногда в клетках возникает дополнительный набор хромосом — тогда говорят о полиплоидии, а если их число не кратно 23 — об анеуплоидии. Полиплоидия встречается у отдельных типов клеток и способствует их усиленной работе, в то время как анеуплоидия обычно свидетельствует о нарушениях в работе клетки и нередко приводит к ее гибели.

Делиться надо честно

Чаще всего неправильное количество хромосом является следствием неудачного деления клеток. В соматических клетках после удвоения ДНК материнская хромосома и ее копия оказываются сцеплены вместе белками когезинами. Потом на их центральные части садятся белковые комплексы кинетохоры, к которым позже прикрепляются микротрубочки. При делении по микротрубочкам кинетохоры разъезжаются к разным полюсам клетки и тянут за собой хромосомы. Если сшивки между копиями хромосомы разрушатся раньше времени, то к ним могут прикрепиться микротрубочки от одного и того же полюса, и тогда одна из дочерних клеток получит лишнюю хромосому, а вторая останется обделенной.

 

Деление при образовании половых клеток (мейоз) устроено более сложно. После удвоения ДНК каждая хромосома и ее копия, как обычно, сшиты когезинами. Затем гомологичные хромосомы (полученные от отца и матери), а точнее их пары, тоже сцепляются друг с другом, и получается так называемая тетрада, или четверка. А дальше клетке предстоит поделиться два раза. В ходе первого деления расходятся гомологичные хромосомы, то есть дочерние клетки содержат пары одинаковых хромосом. А во втором делении эти пары расходятся, и в результате половые клетки несут одинарный набор хромосом.

Мейоз тоже нередко проходит с ошибками. Проблема в том, что конструкция из сцепленных двух пар гомологичных хромосом может перекручиваться в пространстве или разделяться в неположенных местах. Результатом снова будет неравномерное распределение хромосом. Иногда половой клетке удается это отследить, чтобы не передавать дефект по наследству. Лишние хромосомы часто неправильно уложены или разорваны, что запускает программу гибели. Например, среди сперматозоидов действует такой отбор по качеству. А вот яйцеклеткам повезло меньше. Все они у человека образуются еще до рождения, готовятся к делению, а потом замирают. Хромосомы уже удвоены, тетрады образованы, а деление отложено. В таком виде они живут до репродуктивного периода. Дальше яйцеклетки по очереди созревают, делятся первый раз и снова замирают. Второе деление происходит уже сразу после оплодотворения. И на этом этапе проконтролировать качество деления уже сложно. А риски больше, ведь четыре хромосомы в яйцеклетке остаются сшитыми в течение десятков лет. За это время в когезинах накапливаются поломки, и хромосомы могут спонтанно разделяться. Поэтому чем старше женщина, тем больше вероятность неправильного расхождения хромосом в яйцеклетке.

 

Анеуплоидия в половых клетках неизбежно ведет к анеуплоидии зародыша. При оплодотворении здоровой яйцеклетки с 23 хромосомами сперматозоидом с лишней или недостающей хромосомами (или наоборот) число хромосом у зиготы, очевидно, будет отлично от 46. Но даже если половые клетки здоровы, это не дает гарантий здорового развития. В первые дни после оплодотворения клетки зародыша активно делятся, чтобы быстро набрать клеточную массу. Судя по всему, в ходе быстрых делений нет времени проверять корректность расхождения хромосом, поэтому могут возникнуть анеуплоидные клетки. И если произойдет ошибка, то дальнейшая судьба зародыша зависит от того, в каком делении это случилось. Если равновесие нарушено уже в первом делении зиготы, то весь организм вырастет анеуплоидным. Если же проблема возникла позже, то исход определяется соотношением здоровых и аномальных клеток.

Часть последних может дальше погибнуть, и мы никогда не узнаем об их существовании. А может принять участие в развитии организма, и тогда он получится мозаичным — разные клетки будут нести разный генетический материал. Мозаицизм доставляет немало хлопот пренатальным диагностам. Например, при риске рождения ребенка с синдромом Дауна иногда извлекают одну или несколько клеток зародыша (на той стадии, когда это не должно представлять опасности) и считают в них хромосомы. Но если зародыш мозаичен, то такой метод становится не особенно эффективным.

Третий лишний

Все случаи анеуплоидии логично делятся на две группы: недостаток и избыток хромосом. Проблемы, возникающие при недостатке, вполне ожидаемы: минус одна хромосома означает минус сотни генов.

 

Расположение хромосом в ядре клетки человека (хромосомные территории). Изображение: Bolzer et al., 2005 / Wikimedia Commons / CC BY 2.5

Если гомологичная хромосома работает нормально, то клетка может отделаться только недостаточным количеством закодированных там белков. Но если среди оставшихся на гомологичной хромосоме генов какие-то не работают, то соответствующих белков в клетке не появится совсем.

В случае избытка хромосом все не так очевидно. Генов становится больше, но здесь — увы — больше не значит лучше.

Во-первых, лишний генетический материал увеличивает нагрузку на ядро: дополнительную нить ДНК нужно разместить в ядре и обслужить системами считывания информации.

Ученые обнаружили, что у людей с синдромом Дауна, чьи клетки несут дополнительную 21-ю хромосому, в основном нарушается работа генов, находящихся на других хромосомах. Видимо, избыток ДНК в ядре приводит к тому, что белков, поддерживающих работу хромосом, не хватает на всех.

Во-вторых, нарушается баланс в количестве клеточных белков. Например, если за какой-то процесс в клетке отвечают белки-активаторы и белки-ингибиторы и их соотношение обычно зависит от внешних сигналов, то дополнительная доза одних или других приведет к тому, что клетка перестанет адекватно реагировать на внешний сигнал. И наконец, у анеуплоидной клетки растут шансы погибнуть. При удвоении ДНК перед делением неизбежно возникают ошибки, и клеточные белки системы репарации их распознают, чинят и запускают удвоение снова. Если хромосом слишком много, то белков не хватает, ошибки накапливаются и запускается апоптоз — программируемая гибель клетки. Но даже если клетка не погибает и делится, то результатом такого деления тоже, скорее всего, станут анеуплоиды.

Жить будете

Если даже в пределах одной клетки анеуплоидия чревата нарушениями работы и гибелью, то неудивительно, что целому анеуплоидному организму выжить непросто. На данный момент известно только три аутосомы — 13, 18 и 21-я, трисомия по которым (то есть лишняя, третья хромосома в клетках) как-то совместима с жизнью. Вероятно, это связано с тем, что они самые маленькие и несут меньше всего генов. При этом дети с трисомией по 13-й (синдром Патау) и 18-й (синдром Эдвардса) хромосомам доживают в лучшем случае до 10 лет, а чаще живут меньше года. И только трисомия по самой маленькой в геноме, 21-й хромосоме, известная как синдром Дауна, позволяет жить до 60 лет.

Совсем редко встречаются люди с общей полиплоидией. В норме полиплоидные клетки (несущие не две, а от четырех до 128 наборов хромосом) можно обнаружить в организме человека, например в печени или красном костном мозге. Это, как правило, большие клетки с усиленным синтезом белка, которым не требуется активное деление.

Дополнительный набор хромосом усложняет задачу их распределения по дочерним клеткам, поэтому полиплоидные зародыши, как правило, не выживают. Тем не менее описано около 10 случаев, когда дети с 92 хромосомами (тетраплоиды) появлялись на свет и жили от нескольких часов до нескольких лет. Впрочем, как и в случае других хромосомных аномалий, они отставали в развитии, в том числе и умственном. Однако многим людям с генетическими аномалиями приходит на помощь мозаицизм. Если аномалия развилась уже в ходе дробления зародыша, то некоторое количество клеток могут остаться здоровыми. В таких случаях тяжесть симптомов снижается, а продолжительность жизни растет.

Гендерные несправедливости

Однако есть и такие хромосомы, увеличение числа которых совместимо с жизнью человека или даже проходит незаметно. И это, как ни удивительно, половые хромосомы. Причиной тому — гендерная несправедливость: примерно у половины людей в нашей популяции (девочек) Х-хромосом в два раза больше, чем у других (мальчиков). При этом Х-хромосомы служат не только для определения пола, но и несут более 800 генов (то есть в два раза больше, чем лишняя 21-я хромосома, доставляющая немало хлопот организму). Но девочкам приходит на помощь естественный механизм устранения неравенства: одна из Х-хромосом инактивируется, скручивается и превращается в тельце Барра. В большинстве случаев выбор происходит случайно, и в ряде клеток в результате активна материнская Х-хромосома, а в других — отцовская. Таким образом, все девочки оказываются мозаичными, потому что в разных клетках работают разные копии генов. Классическим примером такой мозаичности являются черепаховые кошки: на их Х-хромосоме находится ген, отвечающий за меланин (пигмент, определяющий, среди прочего, цвет шерсти). В разных клетках работают разные копии, поэтому окраска получается пятнистой и не передается по наследству, так как инактивация происходит случайным образом.

 

Кошка черепахового окраса. Фото: Lisa Ann Yount / Flickr / Public domain

В результате инактивации в клетках человека всегда работает только одна Х-хромосома. Этот механизм позволяет избежать серьезных неприятностей при Х-трисомии (девочки ХХХ) и синдромах Шерешевского — Тернера (девочки ХО) или Клайнфельтера (мальчики ХХY). Таким рождается примерно один из 400 детей, но жизненные функции в этих случаях обычно не нарушены существенно, и даже бесплодие возникает не всегда. Сложнее бывает тем, у кого хромосом больше трех. Обычно это значит, что хромосомы не разошлись дважды при образовании половых клеток. Случаи тетрасомии (ХХХХ, ХХYY, ХХХY, XYYY) и пентасомии (XXXXX, XXXXY, XXXYY, XXYYY, XYYYY) встречаются редко, некоторые из них описаны всего несколько раз за всю историю медицины. Все эти варианты совместимы с жизнью, и люди часто доживают до преклонных лет, при этом отклонения проявляются в аномальном развитии скелета, дефектах половых органов и снижении умственных способностей. Что характерно, дополнительная Y-хромосома сама по себе влияет на работу организма несильно. Многие мужчины c генотипом XYY даже не узнают о своей особенности. Это связано с тем, что Y-хромосома сильно меньше Х и почти не несет генов, влияющих на жизнеспособность.

У половых хромосом есть и еще одна интересная особенность. Многие мутации генов, расположенных на аутосомах, приводят к отклонениям в работе многих тканей и органов. В то же время большинство мутаций генов на половых хромосомах проявляется только в нарушении умственной деятельности. Получается, что в существенной степени половые хромосомы контролируют развитие мозга. На основании этого некоторые ученые высказывают гипотезу, что именно на них лежит ответственность за различия (впрочем, не до конца подтвержденные) между умственными способностями мужчин и женщин.

Кому выгодно быть неправильным

Несмотря на то что медицина знакома с хромосомными аномалиями давно, в последнее время анеуплоидия продолжает привлекать внимание ученых. Оказалось, что более 80% клеток опухолей содержат необычное количество хромосом. С одной стороны, причиной этому может служить тот факт, что белки, контролирующие качество деления, способны его затормозить. В опухолевых клетках часто мутируют эти самые белки-контролеры, поэтому снимаются ограничения на деление и не работает проверка хромосом. С другой стороны, ученые полагают, что это может служить фактором отбора опухолей на выживаемость. Согласно такой модели, клетки опухоли сначала становятся полиплоидными, а дальше в результате ошибок деления теряют разные хромосомы или их части. Получается целая популяция клеток с большим разнообразием хромосомных аномалий. Большинство из них нежизнеспособны, но некоторые могут случайно оказаться успешными, например если случайно получат дополнительные копии генов, запускающих деление, или потеряют гены, его подавляющие. Однако если дополнительно стимулировать накопление ошибок при делении, то клетки выживать не будут. На этом принципе основано действие таксола — распространенного лекарства от рака: он вызывает системное нерасхождение хромосом в клетках опухоли, которое должно запускать их программируемую гибель.

Получается, что каждый из нас может оказаться носителем лишних хромосом, по крайней мере в отдельных клетках. Однако современная наука продолжает разрабатывать стратегии борьбы с этими нежеланными пассажирами. Одна из них предлагает использовать белки, отвечающие за Х-хромосому, и натравить, например, на лишнюю 21-ю хромосому людей с синдромом Дауна. Сообщается, что на клеточных культурах этот механизм удалось привести в действие. Так что, возможно, в обозримом будущем опасные лишние хромосомы окажутся укрощены и обезврежены.

Navigating MARRVEL, a Web-Based Tool that Integrates Human Genomics and Model Organism Genetics Information

Генетики человека и модельные ученые используют MARRVEL по-разному, каждый с различными желаемыми результатами. Ниже приведены три виньетки возможного использования для MARRVEL.

Оценка патогенности варианта доминирующего заболевания
Большинство пользователей, посещающих MARRVEL, используют этот веб-сайт для анализа вероятности того, что редкий человеческий вариант может вызвать определенное заболевание. Например, было установлено, что в аутосомно-доминантном режиме в небольшой семье с дисморфическими особенностями и расщелиной неба, сердечными дефектами, скелетными и цифровыми аномалиями был сегрегирован вариант неправильного отношения в аутосомно-доминантном режиме в небольшой семье с дисморфическими свойствами и расщелиной неба, сердечными дефектами, скелетными и цифровыми аномалиями, связанными с щитовидной железой фенотипы, и иммунные дефекты¹². Мать и 2 детей affected с этими симптомами снесли вариант, тогда как отец не сделал. У 9-летнего сына был самый тяжелый фенотип, в то время как у 36-летней матери и 6-летней дочери были более мягкие формы этого заболевания. Чтобы оценить, является ли этот вариант вероятным патогенным, можно начать поиск MARRVEL, введя ген и варианты на стартовой странице http://MARRVEL.org. Обратите внимание, что вариант поиска бар требует удаления Chr перед вариантом, если это перечислено в первоначальном клиническом отчете, чтобы указать «Хромосома». Во время первоначально изучения, страница результатов показала что никакой phenotype OMIM связанный с этим геном, и этот вариант найден только раз_{в gnomAD но не в ExAC, ClinVar, или Mp Geno 2. Можно подумать, что это определение одного человека может быть доказательством против p.R20 «является патогенным вариантом, но важно отметить, что мать семьи выставлены мягкой форме заболевания. Вариант, найденный в 1 / 150 000 человек действительно очень редкий вариант и идентификации человека с идентичным вариантом может быть объяснено снижение выразительности или penetrance. В таблице функции гена часто полезно проверить, выражается ли ген в соответствующих тканях человека (через GTEx и Protein Atlas) по отношению к фенотипам пациента. В этом случае, модель выражения совпадает, так как пациент имеет фенотипы в нескольких тканях и ген также широко выражен, в том числе сердечных и иммунных органов.}

Основываясь на информации о модельном организме, отображаемой в MARRVEL, можно быстро увидеть, что ген сохраняется от C. elegans и Drosophila к человеку и аминокислоты интереса, p.R20 также высоко сохраняется на протяжении всей эволюции, как показано в Рисунок 2 (обратите внимание, что крыса Tbx2 не выравнивается хорошо в этом регионе, вероятно, из-за стенограммы, которая используется для выравнивания). Фенотипическая информация в мыши и зебры указывает на то, что этот ген влияет на развитие или функцию ряда тканей, включая сердечно-сосудистую систему, краниофациальный / palate, и цифры. В целом, эти данные свидетельствуют о том, что этот вариант, возможно, патогенный и дальнейшее функциональное исследование является ценным. Учитывая, что ген и вариант сохраняются в организмах, как C. elegans и Drosophila, функциональные исследования у беспозвоночных животных будет быстрее и дешевле по сравнению с выполнением того же эксперимента в позвоночных модели организмов таких как зебрафиш, мышь и крыса. Пожалуйста, смотрите сопроводительную статью Harnish et al.²¹ о том, как мы разработали и выполнили функциональные анализы для этого случая¹². Участие этого гена/варианта в болезни этой семьи было еще более усилено путем идентификации неродственного 8-летнего пациента мужского пола с перекрывающимися фенотипами с вариантом de novo missense в том же гене, использующего GeneMatcher. Варианты в двух семействах были признаны функциональными с помощью экспериментов в Drosophila, дальнейшее поддержание патогенности редких вариантов в TBX2. Болезнь недавно была куратором как «Позвоночные аномалии и переменной эндокринной и Т-клеточной дисфункции (VETD, OMIM #618223)» в OMIM. См Рисунок 3 для всего вывода для TBX2 17:59477596 ГЗТ;

Оценка патогенности варианта рецессивного заболевания
Существуют значительные различия между анализом человеческих вариантов в доминирующих и рецессивных заболеваний. Например, оценка pLI, незначительная частота аллелей и наличие удаления в контрольной популяции становятся менее важными, потому что два аллеля необходимы для выявления любого фенотипа.

Один из примеров анализа рецессивной болезни подробно описан в ^{Yoon et al33 и Wang et al 4, которые кратко изложены здесь. 15-летняя девочка продемонстрировала задержку развития, микроцефалию, атаксию, двигательные нарушения, гипотонию, языковые нарушения, аномалии мозга и гипоплазию мозоли33. Proband, ее незатронутые родители, и незатронутый брат получил WES. После фильтрации вариантов, которые были уникальными для пробандии и редки в популяции, остались варианты в 13 различных генах. Ручная фильтрация и анализ 13 кандидатов путем выполнения описанного здесь протокола привели к тому, что один конкретный вариант в OGDHL стал хорошим кандидатом для функциональных исследований. Ключевые части информации, которые привели к приоритетам p.S778L в OGDHL (10:50946295 ГЗТТ; А) по сравнению с другими вариантами включают в себя: (1) нет предыдущей ассоциации болезни в OMIM, (2) вариант не найден в контрольных популяций, (3) гена онтологии, связанные с microtubule и митохондрии, две системы, которые имеют много связей с неврологическими расстройствами34,35, (4) высоко выражены в мозжечок человека, ткани серьезно пострадавших в этом пациенте, и (5) вариант интереса, влияющих на весьма сохраняется аминокислота (от дрожжей до человека) и находится в каталитической области4. оценка pLI для этого гена 0.00 но это не влияет на приоритетность этого варианта/гена для этого случая в виду того что мы заподозрив рецессивный режим унаследования и что носители вредных вариантов в этом гене могут представить в вообще населенности. См. Рисунок 4 для выхода MARRVEL для OGDHL 10:50946295 ГЗТ;А.}

Модельные исследования организма, проведенные параллельно показали, что потеря Ogdh(также называемый Nc73EF), Ортолог Дрозофилы OGDHL, в нервной системе экспонатов нейродегенеративного фенотипа в соответствии с неврологическое расстройство proband³³. Функциональные исследования в Дрозофиле показали, что вариант интереса (p.S778L) влияет на функцию белка, что делает это сильным геном кандидата на это заболевание. С тех пор эта информация о потенциальном патогенном варианте в OGDHL, связанном с новым неврологическим расстройством, была включена в OMIM (https://www.omim.org/entry/617513) совсем недавно, но еще не была назначена болезнь-фенотип число, поскольку только один случай был зарегистрирован по состоянию на январь 2019 года.

Связан ли человеческий ортолог модельного гена организма, представляющий интерес для генетических заболеваний?
Многие исследователи модельного организма могут быть заинтересованы, чтобы увидеть, является ли человеческий ортог их гена интереса может иметь связь с генетическими заболеваниями. В этом примере мы будем искать, имеет ли человеческий ортологи (ы) гена fly Notch (N) какое-либо отношение к генетическим заболеваниям. Для этого мы начнем с выполнения «МодельНые организмы Поиск (1.3.1.-1.3.2.)» и выберем«Drosophila melanogaster» в качестве названия вида и«N» в качестве названия гена гена модели. Четыре предсказанных ортолота для этого гена мухи будут отображаться в окне результатов как NOTCh2, NOTCh3, NOTCh4 и NOTCh5. Четыре гена имеют различные оценки DIOPT (10/12 для NOTCh2, 8/12 для NOTCh3 и NOTCh4, 5/12 для NOTCh5) из-за степени гомологии между мухой N и каждым человеческим геном. Учитывая «Лучший балл от гена человека летать» перечислены как «Да» для всех четырех генов, обратный поиск от каждого человеческого гена поднимает летать N гена в качестве наиболее вероятного кандидата ортодокса. Действительно, четыре человека NOTCH генов, как полагают, возникли из одного гена Notch в течение двух раундов всего генома дублирования событий, которые произошли в позвоночных линии после расщепления от беспозвоночных линии³⁶. Нажав кнопки «MARRVEL it» для каждого гена человека, можно получить выводы генов человека для NOTCh2-4.  На странице результатов каждого гена, верхние коробки для OMIM показывают, что в то время как NOTCh2, 2 и 3 связаны с генетическими заболеваниями, NOTCh5 в настоящее время не связанс с любыми заболеваниями человека. Обратите внимание, что были дебаты о том, варианты в NOTCh5 связаны с шизофренией на основе генома всей ассоциации исследований (GWAS)^37,38. Поскольку OMIM обычно не курирует данные GWAS с некоторыми исключениями (например, APOE, PTPN22),эта информация недоступна из окна OMIM. Аналогичным образом, поскольку OMIM обычно не курирует связанную с раком соматическую мутацию информацию, информация о том, связаны ли соматические мутации в этих генах с определенными типами рака, не будет перечислена за некоторыми исключениями (например, TP53, RB1, BRCA1). Нажав на поле PubMed или Monarch, можно определить некоторые связанные с болезнью документы, которые не курируются в OMIM. Смотрите Рисунок 5 для всего выхода MARRVEL для гена мухи N и человеческого гена NOTCh5.

Рисунок 1 . Вывод представителя из поиска MARRVEL. Этот конкретный пример показывает ген / вариант поиска «TBX2/17:59477596 ГЗТ;А» (http://marrvel.org/search/pair/TBX2/17:59477596%20G%3EA). Боковая панель слева поддерживает навигацию через выход данных. Обратите внимание, что знаки «внешняя ссылка» здесь предоставляют ссылки на соответствующие страницы браузера генома UCSC (https://genome.ucsc.edu/). Вкладки сверху позволяют выполнять генные поиски модельного организма, получать дополнительную информацию о MARRVEL и обеспечивать обратную связь с пользователями. Панели «Результаты поиска» отображают информацию о генах и вариантах из источников, указанных на изображении. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть большую версию этой цифры.

Рисунок 2 . Резюме модели таблицы орфогного организма и многовидового выравнивания для TBX2. A) MARRVEL выбирает главного ортолога-кандидата для каждого вида на основе инструмента DIOPT. Например, DIOPT оценка 10/12 показано для гена Drosophila би означает 10 из 12 программ прогнозирования ортологии, используемых DIOPT предсказал, что би является наиболее вероятной летать ортологии человека TBX2. Поскольку 25% генов дублируются в зебрафиш по сравнению с человеком, MARRVEL отображает два паралоговых генов (в данном случае tbx2a и tbx2b), когда это применимо. B) Снимок многовидового окна выравнивания. Выбрав конкретный организм (в данном случае человека (hs)) и введя аминокислоту, интересующую его, можно выделить специфическую аминокислоту в чирок. В этом примере, p.R20 человека TBX2, кажется, сохраняется в мыши (mm1), как ортолологи зебры (dr1 и dr2), Drosophila (dm1) и C. elegans (ce1). Крыса Tbx2, кажется, не выровнять хорошо по сравнению с другими видами, скорее всего, из-за изоформы, используемой DIOPT для выполнения многовидового выравнивания. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть большую версию этой цифры.

Рисунок 3 : Весь выход для TBX2 17:59477596 ГЗТ;А. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы загрузить этот файл.

Рисунок 4 : Выход MARRVEL для OGDHL 10:50946295 ГЗТ;А. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы загрузить этот файл.

Рисунок 5 : выход MARRVEL для гена мухи N и человеческого гена NOTCh5. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы загрузить этот файл.

Тип базы данных	Название базы данных	URL/Ссылка на базу данных	Обоснование для включения в MARRVEL	Справочник (PMID)
Генетика человека	КлинВар	https://www.ncbi.nlm.nih.gov/clinvar/	ClinVar является публичным архивом докладов о взаимосвязи между человеческими вариациями и фенотипами, с подтверждающими доказательствами. Варианты с интерпретациями, представленными исследователями и клиницистами, ценны для анализа вероятности патогенного варианта.	PMID: 29165669
Генетика человека	Расшифровать	https://decipher.sanger.ac.uk/	Данные DECIPHER, отображаемые на MARRVEL, включают общие варианты из контрольной популяции. Отображаемые данные включают структурные варианты, которые охватывают геномное расположение варианта ввода. DECIPHER также содержит вариант и фенотипическую информацию для пострадавших лиц, но можно получить доступ только непосредственно через их веб-сайт.	PMID: 19344873
Генетика человека	DGV	http://dgv.tcag.ca/dgv/app/home	Насколько нам известно, DGV является крупнейшим общественным доступом коллекция структурных вариантов из более чем 54000 человек. База данных включает образцы, как сообщается, здоровых людей, на момент установления, от до 72 различных исследований. Возможные ограничения этих данных включают изменение источника и метода полученных данных, отсутствие информации о неполном пенетрансе патогенных CNV и о том, будут ли у отдельных лиц развиваться связанные с ними заболевания после сбора данных.	PMID: 24174537
Прогноз ортологии	ДИОПТ	https://www.flyrnai.org/cgi-bin/DRSC_orthologs.pl	DIOPT обеспечило множественные выравнивания последовательности протеина самых лучших предсказанных orthologs в 6 модельных организмах против последовательности протеина людского гена интереса. Выравнивание обеспечит информацию о сохранении специфических аминокислот, а также функциональных белковых доменов.	PMID: 21880147
Человеческий ген/Стенограмма номенклатуры	Энсембл	https://useast.ensembl.org/	Идентиповные идентизаны генов Ensembl используются для связи различных баз данных.	PMID: 29155950
Генетика человека	ExAC	http://exac.broadinstitute.org/	ExAC содержит более 60000 экзомов и, кроме gnomAD (http://gnomad.broadinstitute.org/), крупнейшая публичная коллекция экзомов, которые были выбраны в отношении лиц с тяжелыми раннего начала мендельских фенотипов. Для целей MARRVEL, ExAC и gnomAD служит лучшим набором данных для управления популяционными данными для расчета незначительной частоты аллелей. Мы предоставляем два набора выходов от ExAC. Первый выход представляет собой генно-ориентированный обзор ожидаемого и наблюдаемого количества несомненность и потери функции (LOF) аллелей. Метрика, называемая pLI (вероятность непереносимости LOF) колеблется от 0,00 до 1,00, отражает селективное давление на определенные варианты до репродуктивного возраста. pLI оценка 1,00 означает, что этот ген очень нетерпимк любых вариантов LOF и гаплоиносцификции этого гена может вызвать болезнь у человека. Второй вывод — это данные ExAC, относящиеся к конкретному варианту. Если идентичный вариант виден в ExAC, MARRVEL будет отображать незначительную частоту аллелей.	PMID: 27535533
Базы данных первичных типов	FlyBase (Дрософила)	http://flybase.org	MARRVEL собирает и отображает данные из нескольких баз данных типов. Мы предоставляем резюме молекулярной, клеточной и биологической функции гена с использованием терминов GO. Наиболее вероятная орфога получена DIOPT.	PMID:26467478
Инструменты интеграции базы данных для баз данных модели	Gene2Function	http://www.gene2function.org/search/	MARRVEL сотрудничает с DIOPT и Gene2Function, чтобы предоставить функцию «Поиск модельных организмов». Hyperlink предоставляется пользователям для доступа к их веб-сайт, который интегрирует ряд баз данных MO и отображает их в другом стиле от того, как MARREL делает.	PMID: 28663344
Генетика человека	Geno2MP	http://geno2mp.gs.washington.edu/Geno2MP/	Geno2MP представляет собой коллекцию образцов из Университета Вашингтона Центр менделей генетики. Он содержит 9 650 экзомов пострадавших лиц и незатронутых родственников. Эта база данных связывает фенотипическую информацию, а также режим наследования информацию с конкретными аллелями. Для фенотипа, сравнивая пораженную систему органов пациента, интересуемого с пострадавшими лицами в Geno2MP, можно найти потенциальные совпадения. Совпадение в аллеле, режиме наследования и фенотипе обеспечивает повышенную вероятность того, что вариант вероятно патогенный. Однако из-за небольшого размера выборки отрицательная ассоциация не обязательно уменьшает патогенный приоритет варианта. В первоначальном источнике предусмотрен механизм обращения к основному врачу интересуемого пациента.	N/A
Генетика человека	гномАД	http://gnomad.broadinstitute.org/	gnomAd содержит в общей сложности 123 136 экзомических последовательностей и 15 496 последовательностей всего генома от неродственных людей, секвенированных в рамках различных генетических исследований, связанных с конкретными болезнями и популяциями. Значительная часть данных ExAC интергергируется в gnomAD. В MARRVEL в настоящее время отображаются частоты популяций, относящиеся к конкретному варианту.	PMID: 27535533
Ген Онтология	GO Центральный	http://www.geneontology.org/	MARRVEL отображает только генонологии (GO) термины (молекулярная функция, клеточный компонент, и биологический процесс), полученных из экспериментальных доказательств для каждого гена. Они фильтруются с помощью «экспериментальных кодов доказательств» и терминов GO, основанных на «кодах доказательств вычислительного анализа» и «электронных кодах доказательств аннотации» (прогнозы) избегаются.	PMID: 10802651, 25428369
Выражение гена/белка человека	GTEx	https://gtexportal.org/home/	MARRVEL отображает как мРНК, так и модель экспрессии белка в тканях человека каждого гена. Шаблон выражения может добавить понимание фенотипов, наблюдаемых у пациентов и/или модельных организмов.	PMID: 29019975, 23715323
Номенклатура гена человека	HGNC	https://www.genenames.org/	Для поиска MARRVEL используются официальные символы гена HGNC.	PMID: 27799471
Базы данных первичных типов	IMPC (мышь)	http://www.mousephenotype.org/	MARRVEL предоставляет гиперссылку на страницы гена мыши на веб-сайте IMPC. Если была выбивая мышь, сделанная IMPC, исчерпывающий список анализов и их результаты становятся доступными публично и может обеспечить понимание фенотипа, когда ген теряется. Некоторая информация кураторва в MGI но возможно запаздывание времени.	PMID: 27626380
Базы данных первичных типов	MGI (мышь)	http://www.informatics.jax.org/	MARRVEL собирает и отображает данные из нескольких баз данных типов. Мы предоставляем резюме молекулярной, клеточной и биологической функции гена с использованием терминов GO. Наиболее вероятная орфога получена DIOPT.	PMID:25348401
Инструменты интеграции базы данных для баз данных модели	Монархическая инициатива	https://monarchinitiative.org/	MARRVEL предоставляет ссылку на Феногрид человеческого гена на Монарх инициативы. Эта сетка обеспечивает сравнение между фенотипом модельных организмов и известными болезнями человека.	PMID: 27899636
Номенклатура человека Вариант	Мутализер	https://mutalyzer.nl/	MARRVEL использует API Mutalyzer для преобразования номенклатуры различных вариантов в геномное расположение.	PMID: 18000842
Генетика человека	ОМИМ	https://omim.org/	Три основные части информации, которые мы черпаем из OMIM являются: функция гена, связанные фенотипы, и сообщил аллелей. Полезно знать, связан ли ген с известным мендельским фенотипом (записи), молекулярная основа которого известна. Гены без этого знания будут выбранными для нового открытия гена. Для генов, которые являются этой категории, если фенотип пациента не соответствует зарегистрированной болезни и фенотипа, а также пациентов в литературе, то это увеличивает возможность обеспечить фенотипическое расширение гена интереса.	PMID: 28654725
Базы данных первичных типов	PomBase (расщепление дрожжей)	https://www.pombase.org/	MARRVEL собирает и отображает данные из нескольких баз данных типов. Мы предоставляем резюме молекулярной, клеточной и биологической функции гена с использованием терминов GO. Наиболее вероятная орфога получена DIOPT.	PMID:22039153
Литературы	Pubmed	https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/	MARRVEL обеспечивает гиперссылку на «Джин» на основе поиска PubMed. Нажав на эту ссылку позволит искать биомедицинских работ, что относится к гену интереса на основе предыдущих имен генов и символов.	N/A
Базы данных первичных типов	RGD (крыса)	https://rgd.mcw.edu/	MARRVEL собирает и отображает данные из нескольких баз данных типов. Мы предоставляем резюме молекулярной, клеточной и биологической функции гена с использованием терминов GO. Наиболее вероятная орфога получена DIOPT.	PMID:25355511
Базы данных первичных типов	SGD (подающий надежды дрожжи)	https://www.yeastgenome.org/	MARRVEL собирает и отображает данные из нескольких баз данных типов. Мы предоставляем резюме молекулярной, клеточной и биологической функции гена с использованием терминов GO. Наиболее вероятная орфога получена DIOPT.	PMID: 22110037
Выражение гена/белка человека	Атлас человеческого белка	https://www.proteinatlas.org/	MARRVEL отображает как мРНК, так и модель экспрессии белка в тканях человека каждого гена. Шаблон выражения может добавить понимание фенотипов, наблюдаемых у пациентов и/или модельных организмов.	PMID: 21752111
Базы данных первичных типов	WormBase (C. elegans)	http://wormbase.org	MARRVEL собирает и отображает данные из нескольких баз данных типов. Мы предоставляем резюме молекулярной, клеточной и биологической функции гена с использованием терминов GO. Наиболее вероятная орфога получена DIOPT.	PMID:26578572
Базы данных первичных типов	«ФИН» (зебрафиш)	https://zfin.org/	MARRVEL собирает и отображает данные из нескольких баз данных типов. Мы предоставляем резюме молекулярной, клеточной и биологической функции гена с использованием терминов GO. Наиболее вероятная орфога получена DIOPT.	PMID:26097180

Таблица 1. Список источников данных для MARRVEL. Все базы данных, из которых MARRVEL получает данные, перечислены в этой таблице. Для каждой базы данных мы перечисляем тип базы данных, URL/Link, обоснование включения в MARRVEL и первичные ссылки.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Следы бессмысленного замысла внутри человеческого генома

Аннотация

Интеллектуальный замысел (ID) — последнее воплощение религиозного креационизма — утверждает, что сложные биологические особенности не возникли постепенно в результате естественных эволюционных сил, а были созданы ex nihilo когнитивным агентом. Тем не менее, многие сложные биологические черты неоправданно усложняются, плохо функционируют и ослабляют своих носителей. Более того, такие дисфункциональные черты изобилуют не только фенотипами, но и геномами эукариотических видов.Здесь я выделяю несколько диковинных особенностей генома человека, которые не поддаются идее идентификации со стороны заботливого когнитивного агента. Они варьируются от de novo мутационных сбоев, которые коллективно убивают или калечат бесчисленное количество людей (включая эмбрионы и зародыши), до всеобъемлющих архитектурных недостатков (включая псевдогены, паразитические мобильные элементы и излишне причудливые регуляторные пути), которые являются эндогенными в каждом геноме человека. Грубое несовершенство на молекулярном уровне представляет собой загадку для традиционных парадигм естественного богословия, а также для недавних утверждений ИД, но это согласуется с понятием бессмысленных изобретений эволюционных сил.В этом важном философском смысле наука об эволюционной генетике по праву должна рассматриваться как союзник (а не противник) основных религий, поскольку она помогает последним избежать глубоких теологических загадок, связанных с понятиями ИД.

Результатом этих кумулятивных усилий по исследованию клетки — исследованию жизни на молекулярном уровне — стал громкий, ясный, пронзительный крик «замысел!» Результат настолько однозначен и настолько значим, что его следует причислить к одному из величайших достижений в истории науки.… Наблюдение за разумным устройством жизни столь же важно, как наблюдение, что Земля вращается вокруг Солнца или что болезнь вызывается бактериями…

Майкл Бихи (ссылка 1, стр. 232–233)

Майкл Предполагаемый биохимический вызов эволюции Бихи основан на утверждении, что дарвиновские механизмы просто неадекватны для объяснения существования сложных биохимических машин. Он не только ошибается, он ошибается самым ярким образом. Биохимические машины, происхождение которых он считает столь загадочным, на самом деле предоставляют нам убедительные и убедительные примеры эволюции в действии.

Кеннет Миллер (ссылка 2, стр. 160)

В «Черном ящике Дарвина » биохимик Майкл Бих (1) бросил вызов эволюционной биологии, заявив, что различные молекулярные аппараты в клетках «неразрешимо сложны» и, следовательно, мог быть разработан специально только высшим разумом. Нет никаких сомнений в том, что молекулярные системы могут быть удивительно сложными, но большинство генетиков приписывают такую ​​биологическую сложность кумулятивным эффектам эволюционного вмешательства естественных сил (включая бессмысленный управляющий агент, естественный отбор), а не сознательной инженерии сверхъестественной сущностью.В поддержку этого утверждения биологи-эволюционисты проанализировали генетические механизмы и вероятные поэтапные филогенетические истории, с помощью которых сложные биологические особенности [в том числе некоторые, которые Бихи считал неснижаемо сложными, такие как глаз (3, 4), бактериальная flagellum (5⇓ – 7) и биохимические устройства свертывания крови (2, 8)] каждый мог постепенно развиться из более простых систем предшественников.

Тем не менее, каждый год мы становимся свидетелями возобновления давления на издателей учебников, а также на государственные и местные советы по образованию с целью включения интеллектуального замысла (ИД) в учебные программы государственных школ по естествознанию.В последние десятилетия суды в Соединенных Штатах, как правило, выносили решения против подобных креационистских инициатив на том основании, что правительство не должно поддерживать определенные религиозные верования (9) (Таблица 1). Однако социальное давление продолжается не только со стороны евангельского христианства, но и со стороны фундаменталистских ветвей некоторых других религий, включая ислам (10, 11). Эта ситуация свидетельствует о значительной глобальной симпатии к ИД (а также о глубоком непонимании общественностью эволюционной биологии), несомненно, усугубляемой интуитивным обращением к высшему разуму для объяснения превосходных адаптаций, таких как глаз позвоночных.На поверхностном уровне хорошо работающие адаптивные черты легко рационализировать; Людям креационистского толка нужно только призвать внимательное мастерство любящего Бога, тогда как люди с научным складом ума могут задействовать бессознательный агент, естественный отбор. И Бог-Создатель, и естественный отбор являются мощными формирующими силами, которые, как можно ожидать, превратили прекрасную функциональность и эффективность в сложные биологические особенности, такие как геном человека. Гораздо более серьезная проблема — как для сторонников ИД, так и для ученых — состоит в том, чтобы объяснить сложные биологические особенности, которые действуют неэффективно или даже открыто.При более внимательном рассмотрении геном человека сам становится ярким примером очень сложной характеристики с серьезными молекулярными недостатками.

Таблица 1.

Решения или выдержки из четырех самых известных судебных дел, связанных с попытками санкционировать обучение креационистов или исключить эволюционную биологию из учебных классов (9)

Эскизы историй трех видов древнего мира

Естественное богословие и аргументы замысла.

До Дарвина большинство ученых и богословов принимали то, что казалось очевидным: божественное вмешательство должно было лежать в основе замысла природы.Стандартный «аргумент от замысла» восходит, по крайней мере, к классическому греческому философу Сократу (12). Действительно, в последние века и, безусловно, в западных культурах распространено мнение, что религия и биологические исследования были интеллектуальными союзниками в великой миссии по объяснению и тем самым прославлению Бога и Его творения. Ученые и религиозные лидеры часто разделяли убеждение, что тщательное изучение природы подтвердит изобретение Бога и контроль над жизнью. Многие ученые были признанными деистами, и многие священнослужители также были учеными, все вместе участвовали в подтверждении Бога посредством рационального исследования (которое часто рассматривалось как полезное дополнение к традиционным знаниям о Боге из евангельских истин и религиозных откровений).Когда в богословии высказывались возражения против науки (а они часто возникали), они обычно исходили из представления о том, что еретическим или даже опасным (учитывая гневный Бог) пытаться эмпирически доказать то, что не требует доказательств: величие Бога, подробно описанное в Священное Писание.

В 1802 году преподобный Уильям Пейли (13) опубликовал красноречивую и содержательную книгу ( Natural Theology ), в которой формально объяснялось, чего многие ученые его эпохи стремились достичь в своих исследованиях природы: доказательство и прославление величия Бога посредством эмпирических исследований. его работ.Эти биологи (т.е.теологи-естественники) обычно исходили из двух предпосылок: красота и сложность жизни были prima facie свидетельством творческой силы Бога и что, тщательно анализируя живую природу, они неизбежно превозносят Бога и, возможно, лучше понимают Его намерения. Эти темы получили дальнейшее развитие в последующих Бриджуотерских трактатах , наборе из восьми работ различных экспертов в области биологии, геологии и физики, опубликованных между 1833 и 1840 годами. Эти книги были написаны по заказу преподобного Фрэнсиса Генри, графа Бриджуотера, который умер в 1829 году, но его последняя воля и завещание побуждали и финансировали уважаемых ученых к написанию трактатов «о силе, мудрости и доброте Бога, проявленных в Сотворении мира».

Сам Дарвин был прирожденным теологом, когда садился на борт HMS Beagle в 1831 году. Позже он вспоминает в своей автобиографии, что логика Пэли «доставила мне столько же удовольствия, как и Евклид», и что это была «часть академического курса». [в Кембриджском университете], который … был самым полезным для меня в воспитании моего ума ». Пятилетнее путешествие на HMS Beagle окажется роковым путешествием — не только для Дарвина, но и для человечества — в ранее неизведанные воды науки и философии.Позже объяснение Дарвином естественного отбора положило бы начало революционной парадигме в биологии, в которой биологические результаты (виды и особенности, которыми они обладают) могли быть поняты как продукты естественных сил (а не сверхъестественного), которые полностью поддаются критическому научному анализу. Дарвиновская революция сделала для биологии то же, что революция Коперника тремя веками ранее сделала для физических наук: позволила интерпретировать работу Вселенной как отражение естественных законов, которые можно было бы изучать и проверять с помощью объективных научных гипотез, наблюдений и экспериментов (14). , 15).

Креационизм и ид.

Креационизм во многих его проявлениях также является древней человеческой философией. Действительно, почти все человеческие культуры и религии имели свои собственные мифологии творения: о происхождении жизни в целом и / или о генах человека в частности (16, 17). Естественное богословие (как описано ранее) и его ответвление, ID, как правило, были движениями внутри христианства, но многие другие культуры придерживались схожих взглядов на то, как Бог-Создатель или боги сознательно манипулируют биологическим миром.Современная идентификационная версия естественного богословия может быть приурочена к публикации в 1984 году выпуска «Тайна происхождения жизни » (18). Этот проект был поддержан Фондом мысли и этики (FTE), христианской организацией из Далласа. Книга была призвана осветить трудности с научным объяснением происхождения жизни; действительно, он категорически утверждал, что жизнь не может возникнуть естественными причинами. Вскоре FTE спонсировала школьный учебник Of Pandas and People (19), который также враждебно относился к научным свидетельствам эволюции.

Движение ID получило поддержку СМИ после публикации в 1991 г. книги Дарвина по делу (20), которая, хотя и была антиэволюционистской по своей позиции, имела более серьезную ауру учености и не рекламировала жесткие креационистские мантры (например, , молодая Земля, всемирный потоп), которые были явно несостоятельны с научной точки зрения. В том же году консервативный аналитический центр, известный как Discovery Institute (DI), открыл магазин в Сиэтле. С того времени DI в значительной степени вытеснила FTE в качестве основного центра деятельности ID-движения в Северной Америке.Еще одной заслуживающей внимания публикацией в движении ID стала книга Уильяма Дембски «Нет бесплатного обеда: почему указанная сложность не может быть приобретена без разведки» (21). Это перекликается с утверждениями креационистов о том, что сложные биологические черты не могут возникнуть в результате естественных эволюционных процессов, и призваны подтвердить их. Тем не менее, современная идентификационная книга, возможно, имеющая наибольшее влияние на публику, — это Дарвиновский черный ящик (1), в котором биохимик Майкл Бихи ввел термин неразложимая сложность .Согласно Бихи, клеточная структура или другая биологическая особенность является неснижаемой сложностью, если удаление любой из ее частей приводит к потере функции. Такая структура, утверждает Бихи, не могла развиваться постепенно путем естественного отбора, а должна была быть спроектирована — целиком и для ее нынешней роли — разумным агентом. Этот агент не указан; однако здесь явно говорится о Боге. Аргументы Бихи в Черном ящике Дарвина , хотя и сформулированы уникальным языком и метафорами и применяются на уникальном фенотипическом уровне биохимии и молекул, по существу повторяют мнение Пэли в Natural Theology (13).

Эти и другие публикации сообщества ID были опровергнуты в научной литературе, и я не собираюсь здесь повторять многочисленные доказательства того, как естественный отбор в сочетании с другими бессмысленными эволюционными силами может приводить к сложной адаптации. Вместо этого я сосредоточен в этой статье на относительно игнорируемой категории аргументов против ИД и в пользу эволюции: аргументе от несовершенства применительно к человеческому геному в данном случае.

Теодицея.

Теодицея (от греческих корней theós для Бога и dik для справедливости) — это оборотная сторона или темная сторона естественного богословия. Это формальный термин для философских попыток оправдать святость и справедливость Бога в установлении мира, изобилующего злом и бедами. На протяжении веков богословы размышляли, почему любящее и всемогущее божество допускает человеческие страдания. Что касается человеческих фенотипов, почему Бог допускает диабет, сердечные приступы, геморрой, ретинированные зубы мудрости, трудные роды или проблемы со спиной (не говоря уже о поведенческих недостатках, этических недостатках и смерти)? Для некоторых христианских конфессий выход из этой головоломки состоит в том, чтобы утверждать, что такие слабости являются результатом падения человечества из-за Благодати в Эдемском саду.У других религий есть свои собственные объяснения. То же самое и с биологическими науками. С научной точки зрения, биологические недостатки человека (и других видов) являются понятным побочным продуктом эволюции бессознательных и безразличных сил природы. Есть много веских научных причин, почему ожидается, что биологические результаты эволюции путем естественного отбора обычно не дотягивают до дизайнерского совершенства (таблица 2).

Таблица 2.

Некоторые причины, по которым эволюция обычно дает неоптимальные биологические результаты

Теодицея и связанный с ней «контраргумент замыслу» также имеют долгую историю (вероятно, столь же древнюю, как человеческий вид).В 1779 году шотландский философ-историк Дэвид Хьюм лаконично уловил эту идею в словесном обмене между двумя своими вымышленными персонажами в Диалогах о естественной религии :

[Клеантес]: Автор Природы чем-то похож на человеческий разум. , хотя и обладал гораздо большими способностями, соразмерными величию проделанной им работы … Только этим аргументом мы сразу же доказываем существование Божества.

[Филон]: Какое удивление мы должны развлечь, когда находим его глупым механиком.

Сам Дарвин прекрасно понимал (и временами казался огорченным), что биологическое несовершенство является мощным контраргументом против ИД. В главе 14 книги «Происхождение видов посредством естественного отбора» (22):

он писал о том, что каждое органическое существо и каждый отдельный орган были специально созданы, насколько совершенно необъяснимо то, что части… должны так часто несут на себе печать бесполезности.

Он также знал, что биологическая эволюция бессмысленных сил природы, в сущности, может облегчить большую часть теодического парадокса.

Геном человека

В 2001 году был опубликован первый проект последовательности генома человека (23, 24). Ее длина составляла около 3 миллиардов пар нуклеотидов, что примерно в 50 000 раз больше, чем длина статьи, которую вы сейчас читаете (если каждый буквенный символ или пробел можно приравнять к паре нуклеотидов). Геном человека, секвенированный исследователями в 2001 году, на самом деле представлял собой совокупность последовательностей ДНК, собранных у разных людей; однако в совокупности он представлял один «геномный эквивалент» нашего вида.В 2007 году был полностью секвенирован полный геном одного человека (25), и вскоре последовали аналогичные отчеты о последовательностях полного генома других людей (например, 26, 27). Недавно был объявлен проект Personal Genome Project (28), цель которого — использовать быстрое секвенирование ДНК для сбора многочисленных геномных последовательностей человека. Такие исследования — это всего лишь последнее поколение научных исследований в области генетики и биохимии человека, начавшееся около столетия назад.

Извечная дилемма теодицеи традиционно была мотивирована человеческими слабостями на наблюдаемых уровнях морфологии и поведения.Распространяются ли биологические недостатки и на молекулярный уровень? Особенно за последние полвека ученые ответили на этот вопрос окончательно, утвердительно. Затем я опишу несколько сложных особенностей генома человека, которые дают убедительные доказательства отсутствия идентификации, а затем я закончу, выделив некоторые философские разветвления этих молекулярных открытий. Для более полного рассмотрения всех этих тем см. Исх. 29.

Ошибочный дизайн: последовательности ДНК, кодирующие белок

К началу 1900-х годов врачи начали понимать, что биохимические нарушения в организме человека могут вызывать физические недомогания и аномалии.Арчибальд Гаррод стал пионером этого революционного взгляда в двух новаторских книгах: Врожденные ошибки метаболизма (1909) и Врожденные факторы наследственных болезней (1931). В книге Inborn Errors of Metabolism Гаррод подробно описал то, что тогда было известно о биохимии и наследовании четырех атипичных состояний человека: альбинизма, алкаптонурии, цистинурии и пентозурии. Сегодня мы знаем, например, что алкаптонурия — это редкое заболевание (1 из 200 000 рождений), вызванное биохимическим дефектом (в пути деградации фенилаланина и тирозина), который, в свою очередь, является следствием различных мутационных дефектов в гене, кодирующем оксидазу гомогентизиновой кислоты. который в противном случае катализирует распад гомогентизиновой кислоты.По мере того, как эта кислота накапливается, она необратимо связывается с коллагеном в организме пациента, в конечном итоге вызывая дегенеративный артрит в крупных суставах и позвоночнике, обычно начинающийся в среднем возрасте. До Гаррода это и многие другие расстройства часто приписывали неземным или мистическим явлениям, таким как плохая карма или злобные демоны. После Гаррода медицинские работники начали понимать, что тщательное научное исследование метаболических нарушений может выявить их механистическую (генетическую и биохимическую) основу и, возможно, когда-нибудь даже привести к лечению или излечению.

Современный аналог Inborn Errors of Metabolism был запущен в 1960 году с публикацией The Metabolic Basis of Inherited Disease (30). С тех пор книга увидела более полдюжины обновленных изданий (примерно с 6-летними интервалами), и название работы также расширилось до Метаболические и молекулярные основы наследственных заболеваний ( MMBID ), что отражает недавний взрывной рост. данных о последовательности ДНК и белков. Последнее издание MMBID включает более 6000 страниц в четырех томах.В 255 главах, каждая из которых посвящена отдельному наследственному заболеванию или набору связанных генетических нарушений, ведущие биомедицинские эксперты обобщают текущие знания о молекулярных механизмах, лежащих в основе врожденных болезней человека. Они фокусируют внимание на генетической основе каждого заболевания, а также на структуре и функции белкового продукта каждого гена. Более 500 хорошо охарактеризованных генетических заболеваний описаны с поразительной детализацией, и это число будет только резко расти по мере того, как медицинская профессия продвигается дальше в эру геномики.Правдоподобное предположение состоит в том, что по крайней мере некоторые вредные мутации существуют где-то у человека в каждом из ≈24000 локусов, кодирующих белок.

Мутационные дефекты, описанные в MMBID , встречаются почти во всех функциональных категориях белков, включая ферментно-опосредованный энергетический метаболизм, обработку ДНК / РНК, фолдинг и деградацию белка, молекулярный транспорт и секрецию, передачу сигналов (механизмы, связывающие механические или химические стимулы к клеточному ответу), цитоскелетные элементы, функции рибосом, а также структуры и функции экспортируемых (внеклеточных) белков.Известно, что различные мутации ослабляют нервную систему, печень, поджелудочную железу, кости, глаза, уши, кожу, мочевыводящие и репродуктивные тракты, эндокринную систему, кровь и другие элементы системы кровообращения, мышц, суставов, зубов, иммунной системы, пищеварительного тракта. , конечности, легкие и почти любую другую часть тела, которую вы можете назвать. Что касается возраста начала, то различные генетические нарушения появляются в утробе матери, от рождения до первого года жизни (наиболее часто диагностируемый класс), от первого года до полового созревания, от полового созревания до 50 лет или у пожилых людей.Примерно две трети генетических дефектов, описанных в MMBID , сокращают продолжительность жизни человека, а около трех четвертей из них вызывают смерть в возрасте до 30 лет.

Другой сборник такого рода, выпущенный в 1966 году, — это Mendelian Inheritance in Man ( MIM ), текущая версия которого описывает тысячи человеческих генов, из которых более 75% имеют мутационные дефекты, связанные с болезненное состояние. MIM появился в десятке печатных изданий, а теперь также доступен в Интернете ( OMIM ), где он регулярно обновляется путем компьютерного поиска литературы.Еще одна подобная компиляция — это Интернет-база данных мутаций генов человека (HGMD) (31), последние версии которой описывают более 75000 различных мутаций, вызывающих заболевания, выявленных на сегодняшний день у Homo sapiens . Более 50% этих молекулярных повреждений связаны с несинонимичными заменами в кодирующих белки сегментах (экзонах) генов, тогда как остальные молекулярные повреждения попадают в множество категорий, включая большие и малые вставки или делеции генетического материала, перестройки ДНК, регуляторные мутации. в областях, фланкирующих ген, и изменениях того, как определенные молекулы мРНК были сплайсированы вместе.HGMD ссылается на OMIM и обновляется еженедельно. HGMD представляет собой краткое изложение всех задокументированных мутаций, лежащих в основе данного метаболического нарушения. Например, он описывает 86 различных мутаций, вызывающих нарушение, известных в гене глюкозо-6-фосфатазы, 63 из которых являются несинонимичными заменами, 18 из которых являются небольшими добавлениями и / или делециями, 4 связаны с аномалиями сплайсинга, а 1 касается регуляторной области. фланкирующую кодирующую последовательность. Предоставляется множество дополнительных молекулярных подробностей о каждой мутации, а также электронные ссылки на оригинальные статьи.

У апологета разумного конструктора может возникнуть соблазн заявить, что такие вредные мутации — просто неизбежные сбои или вторичные отклонения от прототипного генома человека, который в противном случае был разработан и сконструирован почти до совершенства. Однако, как я кратко опишу в следующих двух разделах, это оправдание было бы несостоятельным, потому что все человеческие геномы также испещрены внутренними (эндогенными) конструктивными недостатками.

Барочный дизайн: беспричинная сложность генома

Для естественных богословов в прошлые века, а также для приверженцев современных версий строгого религиозного креационизма биотическая сложность является отличительной чертой — бесспорной подписью — ID.Однако беспричинная или ненужная биологическая сложность — в отличие от экономии дизайна — может показаться полной противоположностью продуманной органической инженерии. Тем не менее, согласно объективным научным данным, необоснованные и часто дисфункциональные сложности (как в молекулярной структуре, так и в молекулярных операциях) настолько распространены, что подтверждают статус отличительных черт человеческого генома. Вот несколько характерных примеров.

Расщепленные гены.

Открытие в 1977 году того, что стандартные локусы, кодирующие белок, разделены на кодирующие области (экзоны), перемежающиеся с некодирующими областями (интронами), стало полной неожиданностью.То же самое произошло и с открытием больших рибонуклеопротеинов, известных как сплайсосомы, которые биохимическим путем удаляют производные от интронов сегменты из каждой пре-мессенджера (прем) РНК, а затем сплавляют экзоны каждого гена от конца к концу для создания зрелой мРНК. Примерно 1% всех известных генов в геноме человека кодируют молекулярные продукты, которые наши клетки используют для создания сплайсосом и проведения операций сплайсинга на премРНК. Вся эта чепуха имеет некоторые преимущества (например, возможности для альтернативного сплайсинга во время онтогенеза и перетасовки экзонов во время эволюции, оба из которых могут генерировать функциональное разнообразие белков), но такие преимущества не обходятся без больших затрат на приспособленность.

Есть веские причины полагать, что в идеальном мире клетки могли бы жить лучше без интронов. Интроны создают энергетическую нагрузку на клетки. В среднем они в 30 раз длиннее экзонов и транскрибируются в премРНК перед тем, как вырезаются; таким образом, они, вероятно, увеличивают время производства каждой зрелой мРНК по крайней мере в 30 раз (по сравнению с ожиданиями для нерасщепленных генов). Даже если для соматических клеток время не важно, метаболические затраты на поддержание и репликацию всех дополнительных нуклеотидов в интронах должны быть значительными.К этим клеточным затратам необходимо добавить метаболические затраты на создание сплайсосом и запуск обширного механизма процессинга премРНК. Также можно отметить, что многие организмы (например, бактерии) прекрасно обходятся без расщепления генов и интронов, как и митохондриальные геномы в клетках человека; таким образом, не существует универсальной биологической необходимости, чтобы эти особенности существовали. Наконец, в ядерном геноме человека было бы достаточно места для размещения нерасщепленных генов для всех необходимых ему белков (включая те, которые теперь альтернативно сращиваются), если бы разумный разработчик просто выбросил ненужную ДНК генома (см. Далее).

Тем не менее, ради аргумента, предположим, что метаболические издержки, налагаемые интронами, незначительны. Свидетельствуют ли интроны об оптимальном дизайне генома? Нет, потому что процессинг премРНК также открыл огромные возможности для клеточных сбоев в производстве белка. Такие неудачи не являются чисто гипотетическими. Поразительным открытием является то, что большая часть (возможно, одна треть) всех известных генетических нарушений человека по крайней мере в некоторых клинических случаях связана с мутационными ошибками в том, как обрабатываются молекулы премРНК (32, 33).Например, давно известно, что мутации на границах интрон-экзон часто нарушают сплайсинг премРНК, изменяя продукты генов и приводя к бесчисленным генетическим нарушениям, включая различные виды рака и другие метаболические дефекты (34). Есть также убедительные доказательства того, что количество интронов в генах человека положительно коррелирует с вероятностью того, что ген может быть возбудителем болезни (35). Avise (29) суммирует многие из документально подтвержденных генетических недугов человека (в конкретных клинических случаях) с молекулярными ошибками в сплайсинге мРНК в специфицируемых локусах.Они варьируются от множества нейродегенеративных заболеваний до истощения кровеносной, выделительной и других систем организма. Многие из этих генетических нарушений начинаются в младенчестве или раннем детстве; другие полагаются на пожилых людей. Разрушительные симптомы многих таких заболеваний, таких как болезнь Лу Герига (боковой амиотрофический склероз), просто ужасны по любым человеческим меркам.

Регулирование генов и надзор за нуклеиновыми кислотами.

Каждый ген, кодирующий белок, или «структурный ген» также имеет смежные ( цис-) регуляторные последовательности, которые помогают модулировать, когда во время развития и в различных тканях или органах он экспрессируется.Наиболее примечательным является сердцевинный промотор, обычно длиной в несколько десятков пар оснований, с которым связываются наборы белков, известных как факторы транскрипции, к которым присоединяются молекулы РНК-полимеразы, которые катализируют производство премРНК из соседнего структурного гена. Другие регуляторные последовательности, называемые энхансерами и сайленсерами, иногда на тысячи нуклеотидов выше или ниже основного промотора, дополнительно усиливают или ингибируют транскрипцию. У каждого гена может быть несколько энхансеров и сайленсеров; они могут быть общими для разных генов, но разные гены имеют разные комбинации.Энхансеры и сайленсеры влияют на транскрипцию через свои связи с большими семействами белков-активаторов и репрессоров, которые передают регуляторные сигналы РНК-полимеразе через коактиваторы и другие белки. Разные батареи факторов транскрипции и их молекулярных ассоциаций действуют в разных типах клеток, помогая тем самым объяснить, как разные ткани и органы внутри человека могут иметь разные паттерны экспрессии генов, несмотря на то, что они используют один и тот же основной геном.

После того, как ген, кодирующий белок, был включен соответствующими регуляторными сигналами и мРНК была транскрибирована, в действие вступают механизмы наблюдения за РНК.По любой из множества причин некоторые молекулы мРНК становятся ошибочно усеченными или иным образом искаженными, что препятствует их эффективной трансляции в полезный полипептид. Соматические клетки отслеживают такие дефекты и активно разрушают многие поврежденные копии мРНК. Что касается исправления генетических ошибок, надзор за РНК является аналогом на уровне РНК многих клеточных механизмов репарации генов, которые действуют непосредственно на уровне ДНК. Во многом это имеет смысл с точки зрения дизайна; если ДНК не восстанавливалась в обычном порядке или если дефектные мРНК не были разрушены, дисфункциональные белки-изгоя могут появляться в клетках гораздо чаще, чем это происходит.Однако, если за такие механизмы восстановления отвечает разумный конструктор, он также должен предвидеть или понимать, что его первоначальный геномный дизайн будет включать в себя множество недостатков.

В широком смысле генетическая регуляция генов, кодирующих белок, также может происходить на любой посттранскрипционной стадии производства белка, включая редактирование премРНК, экспорт зрелых мРНК из ядра, различия в стабильности и транспорте молекул мРНК после они достигли цитоплазмы, факторы, влияющие на процесс трансляции, посредством которого полипептиды конструируются из мРНК на рибосомах, сборку полипептидов в функциональные белки и посттрансляционные модификации или деградации белков.Многие из этих регуляторных механизмов включают сложные биохимические пути, и в совокупности они требуют значительных затрат на клеточные усилия и молекулярные материалы. Вероятно, можно считать, что 50% или более всех кодирующих генов в геноме человека играют некоторую прямую или косвенную регулирующую роль в развитии; например, в передаче сигналов и коммуникации клеток контроль над экспрессией генов как таковой или влияние на деление, структуру или подвижность клеток.

Протеинкиназы служат главной иллюстрацией посттранскрипционной регуляции в эукариотических клетках.Киназы — это ферменты, которые фосфорилируют и тем самым изменяют активность молекул субстрата. Геном человека содержит около 518 функциональных генов протеинкиназ, которые могут быть организованы в несколько десятков функциональных семейств и подсемейств локусов, все из которых возникли, согласно эволюционной интерпретации, в результате последовательных событий дупликации генов на протяжении долгой истории позвоночных животных (36). Изменяя профили активности белков, киназы осуществляют регуляторный контроль над многочисленными клеточными процессами, включая метаболизм, развитие клеточного цикла, движение и дифференциацию клеток, физиологический гомеостаз, функционирование нервной и иммунной систем и передачу сигналов (механистические пути, с помощью которых химические вещества или другие раздражители окружающей среды вызывают клеточные реакции).

Микро-РНК (miRNAs) — еще один важный класс локусов, участвующих в посттранскрипционной генетической регуляции (37–39). Каждая миРНК представляет собой короткий (около 20 нуклеотидов) участок РНК, который может связываться с комплементарными последовательностями в молекулах информационной РНК генов, кодирующих белок, и тем самым ингибировать трансляцию или вызывать деградацию определенных генетических сообщений. Хотя точное количество и точная роль miRNAs в геноме человека еще предстоит выяснить, более 500 таких локусов уже известны, и результаты предполагают, что miRNAs могут быть основными клеточными настройщиками синтеза белка.Другой интересный класс молекул — длинные некодирующие РНК, каждая из которых обычно состоит из сотен или тысяч пар оснований (40). Некоторые генетики полагают, что длинные некодирующие РНК окажутся важными регуляторами экспрессии генов; другие пока возражают против этой возможности, указывая на противодействующие доказательства, такие как тот факт, что клетки, по-видимому, разрушают длинные РНК почти сразу после их образования.

Таким образом, описанные здесь различные механизмы помогают управлять тем, как определенные гены и их белковые продукты экспрессируются в клетке.Существует множество дополнительных путей регуляции генов, например, как последовательности нуклеиновых кислот пространственно организованы и упакованы в хроматиновые волокна и хромосомы, как молекулы ДНК образуют комплексы с гистоновыми белками, а также структура, по которой цитозиновые основания в ДНК иногда модифицируются посредством химического метилирования. Короче говоря, абсолютная сложность структуры и функции генетического регуляторного аппарата клетки не вызывает сомнений.

Однако регуляторная сложность в процессе развития — палка о двух концах для любого организма.Молекулярные механизмы регуляции генов являются метаболически дорогостоящими и часто дают сбой с катастрофическими последствиями для здоровья. Несоответствия в том или ином аспекте регуляции генов ответственны за многие человеческие недуги, начиная от конкретных случаев астмы и заканчивая различными иммунными нарушениями, проблемами кровообращения и сердечными заболеваниями. Многие проявления рака связаны с паттернами аберрантного метилирования в промоторных областях определенных генов (41). Талассемии — генетические нарушения, возникающие из-за недостаточного снабжения кровью глобинов, переносящих кислород, — это еще один большой класс метаболических заболеваний, связанных с проблемами регуляции генов (42).Протеинкиназы также подвержены нарушениям, вызывающим нарушения, при этом более 160 различных киназ участвуют в раковых заболеваниях благодаря их общей ассоциации с определенными типами опухолей, а 80 киназ были связаны, по крайней мере, временно с различными другими болезненными состояниями (36). Точно так же исследования показывают, что случайная неправильная регуляция молекул miRNA вносит свой вклад в общий пул метаболических нарушений у человека, включая, возможно, синдром ДиДжорджи, а также некоторые виды рака (43).

Почему умный и любящий дизайнер мог бы наполнить человеческий геном таким количеством потенциальных (и часто осознаваемых) нормативных недостатков, остается открытым для богословских споров. Любая такая философская дискуссия, вероятно, должна включать вопрос о том, был ли дизайнер ошибаться (и если да, то почему?). Следует также выяснить, мог ли разработчик признать свою собственную инженерную ошибочность, о чем, возможно, свидетельствуют, например, механизмы наблюдения ДНК и РНК, которые улавливают некоторые (но не все) из многочисленных молекулярных ошибок.

С эволюционной точки зрения такие геномные недостатки объяснить легче. Случайные ошибки в регуляции генов и надзоре следует ожидать в любом сложном изобретении, которое создавалось в течение эонов бесконечными манипуляциями бессмысленных эволюционных сил: мутации, рекомбинации, генетического дрейфа и естественного отбора. Опять же, сложность геномной архитектуры кажется более верным признаком искусственной эволюции естественными процессами, чем прямого изобретения всемогущим интеллектуальным агентом.

мтДНК.

Митохондрии — единственные цитоплазматические органеллы человека, в которых размещается собственная ДНК (мтДНК). Прототип молекулы мтДНК человека имеет длину 16 569 п.н. Это замкнутый круг из 37 генов, наследуемых от матери, 22 из которых кодируют тРНК, 13 определяют полипептиды и 2 кодируют рРНК.

Митохондрии являются основным местом производства энергии в клетках. Основным биохимическим путем в митохондриях, посредством которого это осуществляется, является окислительное фосфорилирование, ключевым компонентом которого является дыхательная цепь.Дыхательная цепь состоит из пяти ферментных комплексов (I – V) плюс кофермент Q и цитохром c . Комплексы I и II окисляют НАДН и сукцинат соответственно; комплексы I, III и IV накачивают протоны для создания электрохимического градиента; а комплекс V использует энергию этого градиента для синтеза аденозинтрифосфата из аденозиндифосфата. Примечателен тот факт, что четыре из этих пяти ферментных комплексов состоят из комбинаций полипептидов митохондриального и ядерного геномов (44).В комплексе IV, например, 3 из 13 полипептидов кодируются митохондриальными локусами (COI, COII и COIII), тогда как остальные полипептиды кодируются ядерными генами. Только в комплексе II все необходимые ферментные субъединицы (в данном случае четыре) кодируются только одним геномом (ядерным). Ядерные гены также непосредственно участвуют в других основных митохондриальных функциях. Действительно, мтДНК не кодирует какие-либо белки, которые непосредственно участвуют в ее собственной репликации, транскрипции, трансляции, наблюдении или репарации.Короче говоря, мтДНК — это всего лишь крошечный фрагмент ДНК, который сам по себе был бы абсолютно беспомощным для себя и для организма, в котором он находится. Ничто из этого не имеет никакого биологического смысла, кроме как в свете эволюционной науки (которая обнаружила, что современные митохондрии являются остатками микроба, который вторгся или был поглощен протоэукариотической клеткой в ​​результате эндосимбиотического слияния, которое произошло миллиарды лет назад).

Подобно другим генетическим системам, которые мы рассматривали до сих пор, митохондриальный геном страдает от мутаций, которые часто ставят под угрозу молекулярные операции.Действительно, в расчете на нуклеотид мтДНК претерпевает примерно на 5–10 мутаций в единицу времени больше, чем типичные ядерные гены, кодирующие белок (45). Многие мутации мтДНК практически не влияют на здоровье человека, но многие другие имеют негативные последствия, от умеренно ослабляющих до смертельных. Клинические нарушения в результате мутаций мтДНК непропорционально поражают высокоэнергетические ткани и органы (46, 47): мозг, глаза и другие компоненты периферической нервной системы, сердце, скелетные мышцы, почки и эндокринную систему.Мутации в мтДНК также участвуют в ряде видов рака (48). Короче говоря, возникающая парадигма состоит в том, что многие из дегенеративных заболеваний старения имеют свою этиологию в митохондриях либо в виде вредных мутаций в самих молекулах мтДНК, либо в виде операционных недостатков ядерно-митохондриальных взаимодействий.

Серьезные проблемы со здоровьем, возникающие из-за мутаций мтДНК, немедленно ставят под сомнение любые претензии на всемогущее совершенство митохондриального дизайна. Возможно, эти мутационные аберрации можно рассматривать как неудачные, но неизбежные побочные продукты молекулярной сложности.Однако интеллектуальные проблемы идентификации намного глубже. Учитывая критическую роль производства клеточной энергии в здоровье человека и метаболических процессах, почему умный дизайнер доверил бы так много производственного процесса митохондрии, учитывая возмутительные молекулярные особенности, которыми обладает эта органелла? Почему мудрый разработчик наделил мтДНК некоторыми, но не всеми генами, необходимыми для выполнения ее метаболической роли (а затем вместо этого поместил оставшиеся гены в ядро)? Зачем мудрому инженеру поместить какие-либо важные гены в едкую цитоплазматическую среду, в которой они регулярно подвергаются воздействию высоких концентраций мутагенных кислородных радикалов? Зачем ему было диктовать, что митохондриальный генетический код должен отличаться от ядерного генетического кода, тем самым исключая перекрестную трансляцию между двумя геномами, для которых эффективная коммуникация представляется весьма желательной? Зачем разумному конструктору создавать структуры мтДНК (например,g., замкнутый кольцевой геном, без интронов, без мусорной ДНК, отсутствие связывающих гистонов) и операции мтДНК (например, небольшая генетическая рекомбинация или ее отсутствие, производство полигенного транскрипта, ограниченная способность к самовосстановлению, отсутствие самодостаточности в транскрипции или перевод) так кардинально отличаться от своих аналогов чертами в ядерном геноме? Короче говоря, основная структура всей митохондриальной операции, кажется, не имеет (тео) логического смысла. Мало того, что общий дизайн мтДНК неоптимален, он выглядит просто смехотворным!

Расточительный дизайн: повторяющиеся элементы ДНК

До того, как ученые получили прямой доступ к последовательностям ДНК с помощью современных инструментов молекулярной биологии, широко предполагалось, что ядерные геномы состоят из гладких и эффективных генов, кодирующих белок, нанизанных вместе вдоль хромосом, как плотные бусины. на струнах.На самом деле, однако, структурные гены имеют сложные внутренние структуры, в которых экзоны обычно похожи на небольшие островки в гораздо более крупных наследственных реках некодирующих интронов и регуляторных областей. Еще большим сюрпризом стало открытие того, что подавляющее большинство ДНК человека существует не как функциональные генные области какого-либо вида, а вместо этого состоит из различных классов повторяющихся последовательностей ДНК, включая разлагающиеся трупы структурных генов умерших и легионы активных и списанные сменные элементы.

Дубликоны и псевдогены.

По крайней мере, 4000 генов, кодирующих белок, и другие длинные участки ДНК (до 200000 п.н.) присутствуют не один раз, а в небольших или умеренных количествах копий на геном. По крайней мере, 5% ядерного генома человека состоит из таких семейств генов, в которых повторяющиеся элементы (названные дупликонов , возникшие в результате процессов дупликации генов) обычно более чем на 90% идентичны друг другу по нуклеотидной последовательности (49, 50). .Дублирующиеся гены часто выполняют полезные функции, но здесь нас интересуют доказательства геномных ошибок, а не преимущества.

Поскольку повторяющиеся гены демонстрируют близкое сходство последовательностей, они предрасполагают хромосомы к неправильному спариванию во время мейоза. Такая гомологичная рекомбинация может вызвать делеции, добавления, инверсии или транслокации генетического материала в полученных гаметах, что, в свою очередь, может вызвать проблемы со здоровьем у полученного потомства. Нарушения метаболизма, которые возникают в результате геномных перестроек, опосредованных дупликонами, обычно возникают из-за дисбаланса дозировки, связанного с наличием слишком большого или слишком малого количества копий гена или с измененной ориентацией определенных генов относительно их регуляторных областей.

Многочисленные метаболические нарушения были связаны с рекомбинацией, опосредованной дуплонами. Кажется, что ни одна система органов не застрахована от повреждений; Известно, что различные нарушения влияют на элементы кровеносной, дыхательной, гормональной, скелетной, мышечной, репродуктивной, выделительной или нервной систем. Некоторые генетические заболевания, такие как красно-зеленая дальтонизм, довольно доброкачественные, тогда как другие, такие как синдром Прадера-Вилли, серьезно изнуряют. Многие тяжелые заболевания, как правило, не передаются через семью (поскольку больные редко могут воспроизводить потомство), а вместо этого рецидивируют в человеческой популяции в результате мутаций de novo в отцовских или материнских зародышевых линиях.Примерно 0,1% людей, доживающих до рождения, имеют инвалидность, связанную с дупликоном, а это означает, что миллионы людей во всем мире страдают от этой категории метаболических нарушений. Многие другие люди, вероятно, умирают в утробе матери. Очевидно, что человечество несет серьезное бремя для здоровья из-за геномных нарушений, опосредованных дупликоном.

Мобильные элементы.

Возможно, самая удивительная находка в геноме последних десятилетий касается изобилия мобильных элементов. Эти участки ДНК обладают — или во многих случаях имели ранее — способность колонизировать уникальные хромосомные участки, репликативно перемещаясь из одного геномного положения в другое в клеточном клоне.Невероятно, но мобильные элементы составляют не менее 45% генома человека, а истинная доля, вероятно, составляет 75% или более, если в подсчет включены (–) обработанные псевдогены, которые возникли как побочный продукт активности мобильных элементов (51) и ( ii ) другие межгенные области ДНК, которые, вероятно, возникли давно как мобильные элементы, но больше не идентифицируются как таковые из-за постформационных мутаций.

Мобильные элементы потенциально могут вызывать заболевания человека по нескольким причинам.Когда мобильный элемент вставляется в геном хозяина, он обычно делает это случайным образом в зависимости от того, повредит ли его воздействие на место посадки хозяину. Если он попадает в экзон, это может нарушить рамку считывания функционального гена с катастрофическими последствиями. Если он перескакивает на интрон или границу между интроном и экзоном, это может вызвать проблемы, изменяя способ сплайсинга генного продукта во время обработки РНК. Если он внедряется в регуляторную область гена, он также может нанести серьезный ущерб.Потенциал вреда от такого инсерционного мутагенеза велик. Было подсчитано, например, что мобильный элемент L1 или Alu вновь вставляется где-нибудь в геноме примерно в 1-2% и 5%, соответственно, человеческих рождений (52, 53). Другая проблема заключается в том, что когда мобильный элемент попадает в функциональный ген, иногда наблюдается генетическая нестабильность, которая приводит к удаленным частям локуса-реципиента. Некоторые генетические нарушения были связаны с делециями генома, связанными со вставками мобильных элементов de novo (54).Наконец, мобильные элементы (или их неподвижные потомки, которые ранее накапливались в геноме человека) также могут вызывать нарушения генома через неаллельную гомологичную рекомбинацию (55). Это может привести к серьезным нарушениям обмена веществ (56).

Несмотря на относительно недавнее открытие мобильных элементов, список генетических нарушений, полностью или частично связанных с их активностью, уже велик. Тем не менее, любой такой список дает лишь минимальную оценку коллективного ущерба, наносимого этими элементами здоровью человека.Это связано с тем, что некоторые из наиболее серьезных медицинских проблем, вероятно, возникают на столь раннем этапе онтогенеза, что вызывают выкидыши, которые обычно остаются неизвестной этиологии. Действительно, большинство подвижных элементов особенно активны в зародышевой линии; таким образом, многие из их пагубных эффектов, вероятно, приводят к смерти гамет и снижению фертильности.

Примирение: эволюция как спасение теологии

На основании научных данных, собранных в прошлом веке, и особенно в последние десятилетия, мы теперь понимаем, что человеческий геном и лежащие в его основе метаболические процессы пронизаны структурными и функциональными недостатками, начиная от от тонкого к вопиющему.Эти генетические дефекты регистрируются не только как вредные мутационные отклонения от некоего гипотетического геномного идеала, но и как универсальные архитектурные недостатки самих стандартных геномов. Таким образом, открытия молекулярной биологии бросают огромный вызов понятиям ID. Они распространяют извечный вызов теодицеи, традиционно мотивированный очевидными недостатками на уровне человеческой морфологии и поведения, в самое сокровенное молекулярное святилище нашего физического существа.

Как именно падение благодати в Эдемском саду могло быть переведено в эти молекулярные дефекты, механически неясно (мягко говоря).Однако то, как возникают и сохраняются такие геномные недостатки, не представляет собой непреодолимой загадки с научной точки зрения генетики и эволюции. В этом, как я полагаю, кроется прекрасная возможность для нефундаменталистских религий.

Эволюция по естественным причинам фактически освобождает религию от оков теодицеи. Нам больше не нужно беспокоиться о том, почему Бог-Создатель является ведущим в мире абортом и массовым убийцей. Нам больше не нужно сомневаться в мотивах Бога-Создателя изнурять бесчисленное количество невинных людей ужасными генетическими заболеваниями.Мы больше не должны мучиться из-за интервенционистских мотивов высшего разума, допускающего грубое зло и страдания в мире. Нам больше не нужно подвергаться соблазну хулить всемогущее Божество, обвиняя Его в прямой ответственности за человеческие слабости и физические недостатки (включая те, которые, как мы теперь понимаем, являются обычным явлением на молекулярном и биохимическом уровнях). Нам больше не нужно винить прямую руку Бога-Создателя за любой из этих тревожных эмпирических фактов. Вместо этого мы можем полностью винить неразумную естественную эволюционную причинность.С этой точки зрения эволюционные науки могут стать желанным партнером (а не традиционно воспринимаемым противником) основной религии (рис. 1).

Рис. 1.

( Верхний ) Традиционное размещение эволюционной биологии как необычного человека в сферах основной религии и идентичности во многих философских дискурсах о человеческом состоянии. ( Нижний ) Уникальная и, возможно, просвещенная перспектива, в которой ИД является странным человеком по отношению к основным религиям и эволюционным наукам (чьи сферы или магистерии могут пересекаться в спорных степенях).

Таким образом, эволюционно-генетические науки могут помочь религиям уйти от глубоких загадок идентификации и тем самым вернуть религию в ее законное царство — не в качестве светского толкователя биологических мелочей нашего физического существования, а, скорее, в качестве респектабельного философского советник по более важным вопросам, включая этику и мораль, душу, духовность, святость и другие подобные вопросы, которые всегда были первостепенной заботой человечества.

Сноски

• Вклад авторов: J.C.A. разработал исследование, провел исследование и написал статью.

• Автор заявляет об отсутствии конфликта интересов.

• Эта статья представляет собой прямое представление PNAS.

• Настоящий документ является результатом Коллоквиума Артура М. Саклера Национальной академии наук «В свете эволюции IV: условия жизни человека», состоявшегося 10–12 декабря 2009 г. в Центре Арнольда и Мейбл Бекман. Национальные академии наук и инженерии в Ирвине, Калифорния.Полная программа и аудиофайлы большинства презентаций доступны на веб-сайте NAS по адресу www.nasonline.org/SACKLER_Human_Condition.

Что такое ген? (для детей)

Гены (скажем: jeenz ) играют важную роль в определении физических качеств — того, как мы выглядим — и многих других вещей о нас. Они несут информацию, которая делает вас тем, кто вы есть и как вы выглядите: вьющиеся или прямые волосы, длинные или короткие ноги, даже то, как вы можете улыбаться или смеяться.Многие из этих вещей передаются от одного поколения к другому в семье по генам.

Что такое ген?

Гены несут информацию, которая определяет ваши черты (скажем: trates ), то есть черты или характеристики, которые передаются вам — или унаследованы — от ваших родителей. Каждая клетка человеческого тела содержит от 25 000 до 35 000 генов.

Например, если у обоих ваших родителей зеленые глаза, вы можете унаследовать от них черту зеленых глаз.Или, если у вашей мамы есть веснушки, у вас тоже могут быть веснушки, потому что вы унаследовали черту веснушек. Гены есть не только у людей, но и у всех животных и растений.

Где эти важные гены? Они такие маленькие, что их не видно. Гены находятся на крошечных структурах, похожих на спагетти, называемых хромосомами (скажем: KRO-moh-somes). А хромосомы находятся внутри клеток. Ваше тело состоит из миллиардов клеток. Клетки — это очень маленькие единицы, из которых состоит все живое.Клетка настолько крошечная, что увидеть ее можно только в сильный микроскоп.

Хромосомы входят в соответствующие наборы из двух (или пар), и всего в одной хромосоме находятся сотни, а иногда и тысячи генов. Хромосомы и гены состоят из ДНК, что является сокращением от дезоксирибонуклеиновой (скажем: ди-окс-си-ри-бо-нью-глиняной) кислоты.

Большинство клеток имеют одно ядро ​​(скажем: NOO-clee-us). Ядро — это небольшая яйцевидная структура внутри клетки, которая действует как мозг клетки.Он сообщает каждой части клетки, что делать. Но откуда ядро ​​так много знает? Он содержит наши хромосомы и гены. Каким бы крошечным оно ни было, ядро ​​содержит больше информации, чем самый большой словарь, который вы когда-либо видели.

У человека ядро ​​клетки содержит 46 отдельных хромосом или 23 пары хромосом (хромосомы бывают парами, помните? 23 x 2 = 46). Половина этих хромосом принадлежит одному из родителей, а половина — другому.

Под микроскопом мы видим, что хромосомы бывают разной длины и разной структуры.Когда они выстраиваются в линию по размеру и схожему рисунку полос, первые двадцать две пары называются аутосомами; последняя пара хромосом называется половыми хромосомами, X и Y. Половые хромосомы определяют, мальчик вы или девочка: у женщин две хромосомы X, а у мужчин — одна X и одна Y.

Но не каждое живое существо имеет 46 хромосом внутри своих клеток. Например, у клетки плодовой мушки всего четыре хромосомы!

Как работают гены?

У каждого гена своя собственная работа.ДНК в гене дает конкретные инструкции — как в рецепте поваренной книги — для производства белков (скажем, PRO-подростков) в клетке. Белки — это строительные блоки всего в вашем теле. Кости и зубы, волосы и мочки ушей, мышцы и кровь состоят из белков. Эти белки помогают нашему телу расти, правильно работать и оставаться здоровым. По сегодняшним оценкам ученых, каждый ген в организме может вырабатывать до 10 различных белков. Это более 300 000 белков!

Как и хромосомы, гены тоже попадают в пары.У каждого из ваших родителей есть две копии каждого из своих генов, и каждый родитель передает только одну копию, чтобы составить гены, которые у вас есть. Гены, которые передаются вам, определяют многие ваши черты, например цвет волос и цвет кожи.

Может быть, у матери Эммы один ген каштановых волос и один — рыжих, и она передала ген рыжих волос Эмме. Если у ее отца два гена рыжих волос, это может объяснить ее рыжие волосы. Эмма получила два гена рыжих волос, по одному от каждого из ее родителей.

Вы также можете увидеть гены в действии, если подумайте обо всех породах собак. У всех них есть гены, которые делают их собаками, а не кошками, рыбами или людьми. Но те же самые гены, которые делают собаку собакой, также определяют разные собачьи черты. Итак, одни породы маленькие, а другие большие. У одних длинная шерсть, у других — короткая. У далматинов есть гены белого меха и черных пятен, а у игрушечных пуделей есть гены, которые делают их маленькими с вьющейся шерстью. Вы поняли!

Когда возникают проблемы с генами

Ученые очень заняты изучением генов.Они хотят знать, какие белки вырабатывает каждый ген и что эти белки делают. Они также хотят знать, какие болезни вызваны неправильными генами. Измененные гены называются мутациями. Исследователи считают, что мутации могут быть частично виноваты в проблемах с легкими, раке и многих других заболеваниях. Другие болезни и проблемы со здоровьем возникают, когда отсутствуют гены или лишние части генов или хромосом.

Некоторые из этих генных проблем могут быть унаследованы от родителей.Например, возьмем ген, который помогает организму вырабатывать гемоглобин (скажем: HEE-muh-glow-bin). Гемоглобин — важный белок, необходимый эритроцитам для переноса кислорода по всему телу. Если родители передают своему ребенку измененные гены гемоглобина, ребенок может вырабатывать только гемоглобин того типа, который не работает должным образом. Это может вызвать состояние, известное как анемия (скажем: э-э-э-э-э-э), состояние, при котором у человека меньше здоровых эритроцитов. Серповидно-клеточная анемия — это один из видов анемии, который передается по генам от родителей к детям.

Муковисцидоз (скажем: SIS-tick fi-BRO-sus) или CF — еще одно заболевание, которое наследуют некоторые дети. Родители с измененным геном CF могут передать его своим детям. Людям с муковисцидозом часто трудно дышать, потому что в их организме вырабатывается много слизи (скажем: MYOO-kus) — слизистого вещества, которое выходит из носа, когда вы больны, — и застревает в легких. Людям с МВ необходимо лечение на протяжении всей жизни, чтобы их легкие были как можно более здоровыми.

Что такое генная терапия?

Генная терапия — это новый вид медицины, настолько новый, что ученые все еще проводят эксперименты, чтобы проверить, работает ли оно.Он использует технологию генной инженерии для лечения болезни, вызванной каким-либо образом изменившимся геном. Один из тестируемых методов — замена больных генов здоровыми. Испытания генной терапии — где исследования проводятся на людях — и другие исследования могут привести к новым способам лечения или даже предотвращения многих заболеваний.

Гены и хромосомы — Основы

Чтобы предотвратить ошибки во время репликации, в клетках есть функция «корректуры», которая помогает гарантировать правильное спаривание оснований.Существуют также химические механизмы восстановления ДНК, которая не была скопирована должным образом. Однако из-за миллиардов пар оснований, вовлеченных в процесс синтеза белка, и сложности процесса могут возникать ошибки. Такие ошибки могут возникать по многим причинам (включая воздействие радиации, лекарств или вирусов) или без видимых причин. Незначительные вариации ДНК очень распространены и встречаются у большинства людей. Большинство вариаций не влияет на последующие копии гена. Ошибки, которые повторяются в последующих копиях, называются мутациями.

Унаследованные мутации — это мутации, которые могут передаваться потомству. Мутации могут передаваться по наследству только тогда, когда они затрагивают репродуктивные клетки (сперматозоиды или яйцеклетки). Мутации, не влияющие на репродуктивные клетки, влияют на потомков мутировавшей клетки (например, становятся раком), но не передаются потомству.

Мутации могут быть уникальными для отдельного человека или семьи, и наиболее опасные мутации встречаются редко. Мутации, которые становятся настолько распространенными, что затрагивают более 1% населения, называются полиморфизмами (например, группы крови человека A, B, AB и O).Большинство полиморфизмов практически не влияют на фенотип ( фактическая структура и функция тела человека ).

Мутации могут вовлекать малые или большие сегменты ДНК. В зависимости от размера и местоположения мутация может не иметь видимого эффекта или может изменять аминокислотную последовательность в белке или уменьшать количество продуцируемого белка. Если белок имеет другую аминокислотную последовательность, он может функционировать по-другому или не функционировать совсем. Отсутствующий или нефункционирующий белок часто опасен или фатален.Например, при фенилкетонурии Фенилкетонурия (ФКУ) Фенилкетонурия — это нарушение обмена аминокислот, которое возникает у младенцев, рожденных без способности нормально расщеплять аминокислоту, называемую фенилаланином. Фенилаланин, который токсичен … подробнее, мутация приводит к дефициту или отсутствию фермента фенилаланингидроксилазы. Этот дефицит позволяет аминокислоте фенилаланину (абсорбированной с пищей) накапливаться в организме, что в конечном итоге вызывает серьезную умственную отсталость.В редких случаях мутация вносит выгодное изменение. Например, в случае гена серповидных клеток, когда человек наследует две копии аномального гена, у человека разовьется серповидноклеточная болезнь Серповидноклеточная болезнь Серповидноклеточная болезнь — это наследственная генетическая аномалия гемоглобина (обнаруженный белок, переносящий кислород. в эритроцитах) характеризуется серповидными (серповидными) эритроцитами и хроническими … читать дальше. Однако, когда человек наследует только одну копию гена серповидных клеток (называемого носителем), у человека появляется некоторая защита от малярии. Малярия Малярия — это инфицирование красных кровяных телец одним из пяти видов Plasmodium, простейшими.Малярия вызывает жар, озноб, потливость, общее недомогание (недомогание), а иногда и диарею … подробнее (инфекция крови). Хотя защита от малярии может помочь носителю выжить, серповидно-клеточная анемия (у человека, имеющего две копии гена) вызывает симптомы и осложнения, которые могут сократить продолжительность жизни.

Естественный отбор относится к концепции, согласно которой мутации, ухудшающие выживаемость в данной среде, с меньшей вероятностью передаются потомству (и, таким образом, становятся менее распространенными в популяции), тогда как мутации, улучшающие выживаемость, становятся все более распространенными.Таким образом, полезные мутации, хотя изначально редки, в конечном итоге становятся обычным явлением. Медленные изменения, которые происходят с течением времени, вызванные мутациями и естественным отбором в скрещивающейся популяции, в совокупности называются эволюцией .

Декларация о геноме человека и правах человека

Всеобщая декларация о геноме человека и правах человека

Принята Генеральной конференцией Организации Объединенных Наций по вопросам образования, науки и культуры на ее двадцать девятой сессии

11 ноября 1997 г .; одобрено резолюцией 53/152 Генеральной Ассамблеи от 9 декабря 1998 г.

Генеральная конференция,

Напоминая, что в Преамбуле Устава ЮНЕСКО говорится о «демократических принципах достоинства, равенства и взаимного уважения мужчин», отвергается всякая «доктрина неравенства мужчин и рас», оговаривается, «что широкое распространение культуры и воспитание человечества в духе справедливости, свободы и мира необходимы для достоинства людей и представляют собой священный долг, который все народы должны выполнять в духе взаимопомощи и заботы », провозглашает, что« мир должен быть основан на интеллектуальной и моральной солидарности. человечества «, и заявляет, что Организация стремится продвигать» через образовательные, научные и культурные связи народов мира цели международного мира и общего благополучия человечества, ради которых была создана Организация Объединенных Наций и которое ее Устав провозглашает «,

торжественно напоминая о своей приверженности универсальным принципам прав человека, подтвержденным, в частности, Всеобщей декларацией прав человека от 10 декабря 1948 года и двумя Международными пактами Организации Объединенных Наций об экономических, социальных и культурных правах и о гражданских и политических правах 16. В декабре 1966 года в Конвенции Организации Объединенных Наций о предупреждении преступления геноцида и наказании за него от 9 декабря 1948 года, Международной конвенции Организации Объединенных Наций о ликвидации всех форм расовой дискриминации от 21 декабря 1965 года, Декларации Организации Объединенных Наций о правах человека. Умственно отсталые лица от 20 декабря 1971 г., Декларация Организации Объединенных Наций о правах инвалидов от 9 декабря 1975 г., Конвенция Организации Объединенных Наций о ликвидации всех форм дискриминации в отношении женщин от 18 декабря 1979 г., Декларация основных принципов Организации Объединенных Наций Правосудие для жертв преступлений и злоупотребления властью от 29 ноября 1985 г., Конвенция Организации Объединенных Наций о правах ребенка от 20 ноября 1989 г., Стандартные правила Организации Объединенных Наций по обеспечению равных возможностей для людей с ограниченными возможностями от 20 декабря 1993 г., Конвенция о запрещении разработки, производства и накопления бактериологических (биологических) и токсинов Оружие и его уничтожение от 16 декабря 1971 г., Конвенция ЮНЕСКО о борьбе с дискриминацией в области образования от 14 декабря 1960 г., Декларация ЮНЕСКО о принципах международного культурного сотрудничества от 4 ноября 1966 г., Рекомендация ЮНЕСКО о статусе научных исследователей от 20 Ноябрь 1974 г., Декларация ЮНЕСКО о расе и расовых предрассудках от 27 ноября 1978 г., Конвенция МОТ (№ 111) о дискриминации в области труда и занятий от 25 июня 1958 г. и Конвенция МОТ (№ 169) о коренных народах и народах, ведущих племенной образ жизни. в независимых странах от 27 июня 1989 г.,

Принимая во внимание и без ущерба для международных инструментов, которые могут иметь отношение к применению генетики в области интеллектуальной собственности, в частности, Бернскую конвенцию об охране литературных и художественных произведений от 9 сентября 1886 г. и ЮНЕСКО Всемирная конвенция об авторском праве от 6 сентября 1952 г., в последний раз пересматриваемая в Париже 24 июля 1971 г., Парижская конвенция по охране промышленной собственности от 20 марта 1883 г., последняя редакция в Стокгольме 14 июля 1967 г., Будапештский договор ВОИС о международном Признание депонирования микроорганизмов для целей патентных процедур от 28 апреля 1977 г. и Соглашения о торговых аспектах прав интеллектуальной собственности (ТРИПС), прилагаемого к Соглашению об учреждении Всемирной торговой организации, которое вступило в силу 1 января 1995 г. ,

Принимая во внимание также Конвенцию Организации Объединенных Наций о биологическом разнообразии от 5 июня 1992 г. и подчеркивая в этой связи, что признание генетического разнообразия человечества не должно приводить к какой-либо интерпретации социального или политического характера, которая могла бы поставить под сомнение » врожденное достоинство и (…) равные и неотъемлемые права всех членов человеческой семьи «в соответствии с Преамбулой Всеобщей декларации прав человека,

напоминая о резолюциях 22 C / 13.1, 23 C / 13.1, 24 C / 13.1, 25 C / 5.2 и 7.3, 27 C / 5.15 и 28 C / 0.12, 2.1 и 2.2, призывая ЮНЕСКО поощрять и развивать этические исследования и вытекающие из них действия, касающиеся последствий научно-технического прогресса в области биологии и генетики, в рамках уважения прав человека и основных свобод,

Признавая, что исследования генома человека и связанные с ним приложения открывают широкие перспективы для прогресса в улучшении здоровья людей и человечества в целом, но подчеркивая, что такие исследования должны полностью уважать человеческое достоинство, свободу и права человека, а также запрет всех форм дискриминации на основе генетических характеристик,

провозглашает принципы, которым следует и принимает настоящую Декларацию.

A. Человеческое достоинство и геном человека

Артикул 1

Геном человека лежит в основе фундаментального единства всех членов человеческой семьи, а также признания присущего им достоинства и разнообразия. В символическом смысле это наследие человечества.

Статья 2

(a) Каждый человек имеет право на уважение его достоинства и прав независимо от его генетических характеристик.

(b) Это достоинство требует не сводить людей к их генетическим характеристикам и уважать их уникальность и разнообразие.

Статья 3

Геном человека, который по своей природе эволюционирует, подвержен мутациям. Он содержит возможности, которые выражаются по-разному в зависимости от естественной и социальной среды каждого человека, включая состояние здоровья, условия жизни, питание и образование человека.

Статья 4

Геном человека в его естественном состоянии не должен приносить финансовую прибыль.

Б. Права заинтересованных лиц

Статья 5

(a) Исследования, лечение или диагностика, влияющие на геном человека, должны проводиться только после тщательной и предварительной оценки потенциальных рисков и выгод, связанных с ними, и в соответствии с любыми другими требованиями национального законодательства.

(b) Во всех случаях должно быть получено предварительное, свободное и осознанное согласие заинтересованного лица. Если последний не в состоянии дать согласие, согласие или разрешение должно быть получено в порядке, установленном законом, исходя из наилучших интересов лица.

(c) Право каждого человека решать, следует ли ему быть проинформированным о результатах генетической экспертизы и связанных с этим последствиях.

(d) В случае исследования протоколы, кроме того, должны быть представлены на предварительное рассмотрение в соответствии с соответствующими национальными и международными стандартами или руководящими принципами исследований.

(e) Если в соответствии с законом лицо не имеет возможности дать согласие, исследования, влияющие на его или ее геном, могут проводиться только для его или ее непосредственной пользы для здоровья при условии получения разрешения и условий защиты, предусмотренных законом. Исследования, не приносящие ожидаемой прямой пользы для здоровья, могут проводиться только в виде исключения, с максимальной сдержанностью, подвергая человека только минимальному риску и минимальному бремени, и если исследование направлено на то, чтобы внести вклад в пользу здоровья других людей. в той же возрастной категории или с одним и тем же генетическим заболеванием, при соблюдении условий, установленных законом, и при условии, что такое исследование совместимо с защитой прав человека.

Статья 6

Никто не должен подвергаться дискриминации на основе генетических характеристик, которая направлена ​​на ущемление или имеет следствием посягательство на права человека, основные свободы и человеческое достоинство.

Статья 7

Генетические данные, связанные с идентифицируемым лицом и хранящиеся или обрабатываемые в исследовательских или любых других целях, должны оставаться конфиденциальными в соответствии с условиями, установленными законом.

Статья 8

Каждый человек имеет право в соответствии с международным и национальным законодательством на справедливое возмещение любого ущерба, причиненного как прямой и определяющий результат вмешательства, затрагивающего его или ее геном.

Статья 9

В целях защиты прав человека и основных свобод ограничения принципов согласия и конфиденциальности могут быть предписаны только законом по веским причинам в рамках международного публичного права и международного права прав человека.

C. Исследования генома человека

Статья 10

Никакие исследования или прикладные исследования, касающиеся генома человека, в частности в областях биологии, генетики и медицины, не должны преобладать над уважением прав человека, основных свобод и человеческого достоинства отдельных лиц или, где это применимо, групп людей.

Статья 11

Действия, противоречащие человеческому достоинству, такие как репродуктивное клонирование человека, не допускаются. Государствам и компетентным международным организациям предлагается сотрудничать в выявлении такой практики и в принятии на национальном или международном уровне мер, необходимых для обеспечения соблюдения принципов, изложенных в настоящей Декларации.

Статья 12

(a) Преимущества достижений биологии, генетики и медицины, касающиеся генома человека, должны быть доступны всем с должным учетом достоинства и прав человека каждого человека.

(b) Свобода исследований, необходимая для прогресса знания, является частью свободы мысли. Приложения исследований, в том числе приложения в биологии, генетике и медицине, касающиеся генома человека, должны быть направлены на облегчение страданий и улучшение здоровья отдельных людей и человечества в целом.

D. Условия осуществления научной деятельности

Статья 13

Обязанности, присущие деятельности исследователей, включая скрупулезность, осторожность, интеллектуальную честность и порядочность при проведении своих исследований, а также в представлении и использовании их результатов, должны быть предметом особого внимания в рамках исследования геном человека из-за его этических и социальных последствий.Особую ответственность в этом отношении несут лица, определяющие государственную и частную научную политику.

Статья 14

Государствам следует принимать соответствующие меры для создания интеллектуальных и материальных условий, благоприятных для свободы проведения исследований генома человека, и учитывать этические, правовые, социальные и экономические последствия таких исследований на основе принципов, изложенных в настоящей Декларации.

Статья 15

Государствам следует предпринять соответствующие шаги для создания основы для свободного проведения исследований генома человека с должным учетом принципов, изложенных в настоящей Декларации, с тем чтобы гарантировать уважение прав человека, основных свобод и человеческого достоинства и защитить общественное мнение. здоровье.Им следует стремиться к тому, чтобы результаты исследований не использовались в немирных целях.

Статья 16

Государствам следует признать ценность поощрения на различных уровнях, в зависимости от обстоятельств, создания независимых, междисциплинарных и плюралистических комитетов по этике для оценки этических, правовых и социальных вопросов, возникающих в результате исследований генома человека и его применения.

E. Солидарность и международное сотрудничество

Статья 17

Государствам следует уважать и поощрять практику солидарности с отдельными лицами, семьями и группами населения, которые особенно уязвимы или затронуты болезнями или инвалидностью генетического характера.Они должны способствовать, среди прочего, исследованиям по выявлению, профилактике и лечению генетически обусловленных заболеваний, в частности редких, а также эндемических заболеваний, от которых страдает большое количество населения мира.

Статья 18

Государства должны приложить все усилия, с должным и надлежащим учетом принципов, изложенных в настоящей Декларации, для дальнейшего содействия международному распространению научных знаний, касающихся генома человека, человеческого разнообразия и генетических исследований, и, в этой связи, для содействия научным и научным исследованиям. культурное сотрудничество, особенно между промышленно развитыми и развивающимися странами.

Артикул 19

(a) В рамках международного сотрудничества с развивающимися странами государствам следует стремиться поощрять меры, позволяющие:

(i) оценка рисков и преимуществ, связанных с исследованиями генома человека, которые необходимо провести, и предотвращение злоупотреблений;

(ii) возможности развивающихся стран по проведению исследований в области биологии и генетики человека с учетом их конкретных проблем, которые необходимо развивать и укреплять;

(iii) развивающиеся страны извлекают выгоду из достижений научно-технических исследований, с тем чтобы их использование в интересах экономического и социального прогресса могло принести пользу всем;

(iv) Содействовать свободному обмену научными знаниями и информацией в области биологии, генетики и медицины.

(b) Соответствующие международные организации должны поддерживать и продвигать инициативы, предпринимаемые государствами для вышеупомянутых целей.

F. Продвижение принципов, изложенных в Декларации

Статья 20

Государствам следует принять соответствующие меры для продвижения принципов, изложенных в Декларации, посредством образования и соответствующих средств, в том числе посредством проведения исследований и подготовки кадров в междисциплинарных областях и посредством поощрения образования в области биоэтики на всех уровнях, в частности для ответственные за научную политику.

Статья 21

Государствам следует принимать соответствующие меры для поощрения других форм исследований, подготовки кадров и распространения информации, способствующих повышению осведомленности общества и всех его членов об их ответственности в отношении фундаментальных вопросов, касающихся защиты человеческого достоинства, которые могут быть подняты в ходе исследований в биология, генетика и медицина, и ее приложения. Они также должны взять на себя обязательство способствовать открытому международному обсуждению этого вопроса, обеспечивая свободное выражение различных социокультурных, религиозных и философских мнений.

G. Осуществление Декларации

Статья 22

Государства должны прилагать все усилия для продвижения принципов, изложенных в настоящей Декларации, и должны посредством всех соответствующих мер содействовать их осуществлению.

Статья 23

Государствам следует принимать соответствующие меры для поощрения посредством образования, обучения и распространения информации уважения вышеупомянутых принципов и содействия их признанию и эффективному применению.Государствам следует также поощрять обмены и сети между независимыми комитетами по этике по мере их создания, чтобы способствовать полноценному сотрудничеству.

Статья 24

Международный комитет ЮНЕСКО по биоэтике должен способствовать распространению принципов, изложенных в настоящей Декларации, и дальнейшему изучению вопросов, возникающих в связи с их применением и развитием соответствующих технологий. Ему следует организовать соответствующие консультации с заинтересованными сторонами, такими как уязвимые группы.Он должен давать рекомендации в соответствии с уставными процедурами ЮНЕСКО, адресованные Генеральной конференции, и давать советы относительно выполнения этой Декларации, в частности, в отношении выявления действий, которые могут противоречить человеческому достоинству, таких как вмешательство в отношении зародышевой линии. .

Статья 25

Ничто в настоящей Декларации не может быть истолковано как подразумевающее для какого-либо государства, группы или лица какие-либо притязания на участие в какой-либо деятельности или совершение каких-либо действий, противоречащих правам и основным свободам человека, включая принципы, изложенные в этой Декларации.

ДНК: генотипы и фенотипы | Программа «Происхождение человека» Смитсоновского института

Хотя большая часть генетического разнообразия, о котором говорилось выше, происходила из неактивных, некодирующих или иным образом эволюционно нейтральных сегментов генома, есть много сайтов, которые демонстрируют явные доказательства избирательного давления на различия между современными людьми и неандертальцами. . Исследователи обнаружили 78 локусов, в которых неандертальцы имели наследственное состояние, а современные люди имели более новое производное состояние (Green et al 2010).Пять из этих генов имели более одного изменения последовательности, которое повлияло на структуру белка. Эти белки включают SPAG17, который участвует в движении сперматозоидов, PCD16, который может участвовать в заживлении ран, TTF1, который участвует в транскрипции рибосомных генов, и RPTN, который находится в коже, волосах и потовых железах. Другие изменения могут не изменить последовательность самого гена, но изменить факторы, которые контролируют репликацию этого гена в клетке, вторично изменяя его экспрессию.

Это говорит нам о том, что эти черты были выбраны в ходе эволюции современных людей и, возможно, были выбраны против неандертальцев. Хотя некоторые из областей генома, которые могли быть положительно выбраны у современных людей, могли быть закодированы для структурных или регуляторных областей, другие могли быть связаны с энергетическим метаболизмом, когнитивным развитием и морфологией головы и верхней части тела. Это лишь некоторые из областей, в которых у нас есть негенетические доказательства различия между современными людьми и неандертальцами.

Хотя изучение ДНК выявляет аспекты родства и происхождения, ее основная функция, конечно же, состоит в том, чтобы контролировать производство белков, которые регулируют биологию организма. Каждый ген может иметь множество генотипов, которые представляют собой вариации, которые могут возникать в пределах участка конкретного гена. Каждый генотип кодирует соответствующий фенотип, который является физическим выражением этого гена. Когда мы изучаем ДНК неандертальцев, мы можем исследовать генотипы в локусах с известной функцией и можем сделать вывод, какой фенотип мутации неандертальца могли проявить в жизни.Ниже рассмотрите несколько примеров генов неандертальцев и возможные фенотипы, которые они могли бы проявить.

Неандертальцы с красными головами

Древняя ДНК использовалась, чтобы показать аспекты внешности неандертальца. Фрагмент гена рецептора меланокортина 1 (MRC1) был секвенирован с использованием ДНК двух образцов неандертальцев из Испании и Италии: Эль Сидрон 1252 и Монте Лессини (Lalueza-Fox et al. 2007). MC1R — это рецепторный ген, который контролирует выработку меланина, белка, ответственного за пигментацию волос и кожи.У неандертальцев была мутация в этом гене рецептора, которая изменила аминокислоту, что сделало полученный белок менее эффективным и, вероятно, создало фенотип рыжих волос и бледной кожи. (Реконструкция мужчины-неандертальца, приведенная ниже, выполненная Джоном Гурчем, имеет бледную кожу, но не рыжие волосы.) Как мы знаем, как бы выглядел этот фенотип? Современные люди демонстрируют аналогичные мутации MC1R, а люди, у которых есть две копии этой мутации, имеют рыжие волосы и бледную кожу. Однако ни у одного современного человека нет точной мутации, которая была у неандертальцев, а это означает, что и неандертальцы, и люди развили этот фенотип независимо друг от друга.

. Если современные люди и неандертальцы, жившие в Европе в один и тот же период времени, развили это снижение пигментации, вполне вероятно, что эта черта имела преимущество. Одна из гипотез, объясняющих преимущества этой адаптации, связана с выработкой витамина D. Наш организм в первую очередь синтезирует запас витамина D, а не полагается на витамин D из пищевых источников. Витамин D синтезируется, когда солнечные ультрафиолетовые лучи проникают в нашу кожу. Более темная кожа затрудняет проникновение солнечного света в самые внешние слои и стимуляцию выработки витамина D, и хотя люди, живущие в районах с высоким солнечным светом, по-прежнему будут получать много витамина D, люди, живущие далеко от экватора, не подвергаются его воздействию. много солнечного света, и им необходимо оптимизировать пребывание на солнце.Поэтому для населения в более холодном климате было бы полезно иметь более бледную кожу, чтобы они могли вырабатывать достаточно витамина D даже при меньшем воздействии солнца.

Реконструкция близких эволюционных кузенов, неандертальцев (Homo neanderthalensis), по черепу из Шанидара 1, Ирак. (Работа Джона Гурча)

(© Авторское право Смитсоновского института, Программа происхождения человека)

Неандертальцы, язык и FOXP2

Ген FOXP2 участвует в речи и языке (Lai et al.2001). Мутации в последовательности гена FOXP2 привели к проблемам с речью, контролем за ротовыми и лицевыми мышцами у современных людей. Ген FOXP2 человека находится на гаплотипе, который подвергся сильному избирательному сканированию. Гаплотип — это набор аллелей, которые наследуются вместе на одной и той же хромосоме, а выборочная развертка — это уменьшение или устранение вариации среди нуклеотидов рядом с конкретной мутацией ДНК. У современных людей и неандертальцев есть два общих изменения в FOXP2 по сравнению с последовательностью у шимпанзе (Krause et al.2007). Как этот вариант FOXP2 был обнаружен как у неандертальцев, так и у современных людей? Один из сценариев состоит в том, что он мог передаваться между видами через поток генов. Другая возможность заключается в том, что производный FOXP2 присутствовал у предков как современных людей, так и неандертальцев, и что этот ген был настолько популярен, что размножился в обеих популяциях. Третий сценарий, который, по мнению авторов, наиболее вероятен, заключается в том, что изменения и выборочная зачистка произошли до расхождения между популяциями.Хотя может возникнуть соблазн сделать вывод о том, что наличие одного и того же гаплотипа у неандертальцев и людей означает, что неандертальцы обладали схожими сложными языковыми способностями, для такого вывода пока недостаточно доказательств. Неандертальцы также могут иметь свои собственные уникальные производные характеристики в гене FOXP2, которые не были проверены в этом исследовании. Гены — лишь один из многих факторов развития языка.

ABO Группы крови и неандертальцы

Ген, продуцирующий систему крови ABO, полиморфен у человека, что означает, что существует более двух возможных проявлений этого гена.Гены для групп крови A и B являются доминантными, а группа O — рецессивной, что означает, что люди, принадлежащие к типу A или B, могут иметь генотипы AA или AO (или BB и BO) и при этом иметь кровь A (или B). тип, но чтобы иметь кровь типа O, нужно иметь генотип OO. Различные факторы отбора могут благоприятствовать разным аллелям, что приводит к сохранению различных групп крови в современных популяциях людей. Хотя у шимпанзе также разные группы крови, они не совпадают с группами крови человека. В то время как мутация, вызывающая группу крови человека B, возникла около 3.5 млн лет назад мутация группы O датируется примерно 1,15 млн лет назад. Когда ученые проверили, была ли группа крови у неандертальцев O, они обнаружили, что два неандертальца из Испании, вероятно, имели группу крови O, хотя есть вероятность, что они были OA или OB (Lalueza-Fox et al. 2008). Хотя аллель O, вероятно, уже появился до раскола между людьми и неандертальцами, он также мог возникнуть в геноме неандертальцев через поток генов от современных людей.

Восприятие горького вкуса и неандертальцы

Способность ощущать горькие вещества контролируется геном TAS2R38.Некоторые люди способны ощущать вкус горьких веществ, в то время как у других есть другая версия гена, которая не позволяет им ощущать вкус горькой пищи. Обладание двумя копиями аллеля положительного вкуса дает человеку более сильное восприятие горького вкуса, чем гетерозиготное состояние, в котором люди имеют один аллель вкуса и один аллель без вкуса. Две копии не дегустационного аллеля приводят к невозможности вкуса горьких веществ.

Когда ученые секвенировали ДНК неандертальца из Эль-Сидрона, Испания, секвенировали ген TAS23R38, они обнаружили, что этот человек был гетерозиготным и, таким образом, был способен воспринимать горький вкус, хотя и не так сильно, как гомозиготный человек с двумя копиями дегустационный аллель сможет (Lalueza-Fox et al.2009 г.). Оба этих гаплотипа все еще присутствуют у современных людей, и поскольку последовательность неандертальцев была гетерозиготной, два аллеля (дегустационный и не дегустационный), вероятно, оба присутствовали у общего предка неандертальцев и современных людей. Хотя шимпанзе также различаются по своей способности ощущать горечь, их способности контролируются другими аллелями, чем у людей, что указывает на то, что не вкусовые аллели эволюционировали отдельно в линии гомининов.

Микроцефалин и архаические гоминины

Ген микроцефалина определяет размер мозга во время развития.Мутация в гене микроцефалина, MCPh2, является частой причиной микроцефалии. Мутации в микроцефалине приводят к уменьшению размера мозга в 3-4 раза. Вариант MCPh2, гаплогруппа D, мог быть положительно выбран для современных людей — и, возможно, также произошел от события скрещивания с архаичной популяцией (Evans et al. 2006). Все варианты гаплогруппы D происходят от единственной копии, появившейся у современных людей около 37000 лет назад. Однако сама гаплогруппа D произошла от линии, которая расходилась с линией, которая привела к современным людям около 1 года.1 миллион лет назад. Хотя было предположение, что неандертальцы были источником гаплогруппы D микроцефалина (Evans et al. 2006), недавно секвенированная ДНК неандертальца не содержит гаплогруппу D микроцефалина (Green et al. 2010).

Формирование эмали и морфология зубов

В то время как изменения в геноме могут напрямую влиять на фенотипы, отображаемые в организме, изменение временного механизма производства белка может вызывать очень похожие эффекты. МикроРНК (miRNA) является одним из таких механизмов: клетка использует miRNA для подавления экспрессии гена до тех пор, пока этот ген не станет необходимым.Одна миРНК может нацеливаться на несколько генов, связывая свою зародышевую область с информационной РНК, которая в противном случае несла бы эту информацию в рибосому для транскрипции в белки, предотвращая транскрипцию. У гомининов одна конкретная miRNA, называемая miR-1304, проявляется как в наследственном, так и в производном состоянии. Производное состояние имеет мутацию в затравочной области, которая позволяет ему нацеливаться на большее количество сегментов мРНК, но менее эффективно. Это означает, что в производном состоянии некоторые гены будут экспрессироваться сильнее из-за отсутствия супрессии.Одной из таких черт является выработка белков эмелина и амелотина, которые используются в формировании зубов во время развития. Подавление продуктивности у неандертальцев и последующее отсутствие подавления у современных людей могло быть фактором, способствующим некоторым морфологическим различиям между зубными рядами неандертальцев и современного человека.

Иммунный ответ

Исследования показывают, что ДНК неандертальцев сегодня внесла свой вклад в нашу иммунную систему. Недавнее исследование генома человека обнаружило неожиданное вторжение ДНК неандертальцев в современный геном человека, особенно в области, которая кодирует наш иммунный ответ на патогены (Dannemann et al, 2016).Эти конкретные гены неандертальцев были бы полезны для современных людей, прибывающих в Европу, чья иммунная система никогда не сталкивалась с патогенами в Европе и была бы уязвима для них, в отличие от неандертальцев, у которых сформировалась устойчивость к этим болезням на протяжении нескольких поколений. Когда люди и неандертальцы скрещивались, они передавали эту генетическую устойчивость к болезням своим потомкам, что давало им больше шансов на выживание, чем у тех, у кого не было этой дополнительной устойчивости к болезням.Свидетельства этой генетической устойчивости показывают, что произошло по крайней мере три вторжения нечеловеческой ДНК в гены иммунного ответа, два из которых исходили от неандертальцев, а одно — от наших малоизученных родственников, денисовцев.

Свертывание, депрессия и аллергия

Хотя многие из генов, которые мы сохраняем из поколения в поколение, либо полезны, либо нейтральны, некоторые из них стали вредными в нашей новой, современной жизни. Есть несколько генов, которые наши родственники-неандертальцы внесли в наш геном, которые когда-то были полезны в прошлом, но теперь могут вызывать проблемы со здоровьем (Simonti et al, 2016).Один из этих генов позволяет нашей крови быстро свертываться или свертываться, что является полезной адаптацией у существ, которые часто получали травмы во время охоты. Однако у современных людей, которые живут дольше, эта же черта быстро свертывающейся крови может вызывать образование вредных тромбов в организме в более позднем возрасте. Исследователи обнаружили еще один ген, который может вызывать депрессию и другие неврологические расстройства и запускается нарушениями циркадных ритмов. Поскольку маловероятно, что неандертальцы испытывали такие нарушения естественного цикла сна, они, возможно, никогда не экспрессировали этот ген, но у современных людей, которые могут контролировать наш климат и для которых наш образ жизни часто нарушает наши циркадные ритмы, этот ген экспрессируется чаще.

Геном человека — наконец-то! — завершен — The Atlantic

Когда в 2000 году геном человека был впервые признан «завершенным», эта новость была встречена с большой международной помпой. Две конкурирующие группы, стремящиеся первыми закончить геном — одна из крупных правительственных консорциумов, а другая из частных компаний-неудачников — согласились объявить о совместном успехе. Они пожали друг другу руки в Белом доме. Билл Клинтон председательствовал. Тони Блэр просиял из Лондона. «Мы находимся в необычайном моменте в истории науки», — заявил один выдающийся ученый, когда были опубликованы эти геномы.«Как будто мы поднялись на вершину Гималаев».

Но на самом деле геном человека был неполным. Ни одна из групп не достигла настоящей вершины. Как признало даже современное освещение, эта версия была скорее черновиком, пронизанным длинными участками, где последовательность ДНК все еще была нечеткой или отсутствовала. Вскоре частная компания развернулась и завершила свой проект генома человека, хотя ученые с общественным консорциумом продолжили свою работу. В 2003 году, когда было меньше блеска, но все еще много заголовков, геном человека снова был объявлен завершенным.

Но на самом деле геном человека был , но еще не завершен. Даже в исправленном проекте отсутствовало около 8 процентов генома. Это были регионы с наиболее сложными последовательностями, полные повторяющихся букв, которые в то время было просто невозможно прочитать с помощью этой технологии.

Прочитано: в геноме человека отсутствуют 300 миллионов букв ДНК

Наконец, в мае этого года отдельная группа ученых незаметно разместила в Интернете препринт, описывающий то, что можно считать первым по-настоящему полным геномом человека — считывание всех трех.055 миллиардов букв в 23 хромосомах человека. Группа, возглавляемая относительно молодыми исследователями, объединилась в Slack со всего мира, чтобы завершить задачу, от которой отказались 20 лет назад. На этот раз не было ни громкого объявления Белого дома, ни разговоров о восхождении на Гималаи; сама статья все еще находится на рассмотрении для официальной публикации в журнале. Но отсутствие пышности противоречит тому, что это за достижение: чтобы завершить геном человека, этим ученым пришлось придумать, как нанести на карту его самые загадочные и заброшенные повторяющиеся области, которые теперь, возможно, наконец-то получат свою научную должность.

«Я считаю это вехой», — говорит Стивен Хеникофф, молекулярный биолог из Онкологического исследовательского центра Фреда Хатчинсона, который не принимал участия в проекте. Хеникофф изучает одну из тех загадочных, трудно поддающихся секвенированию областей, в которых предыдущие проекты генома человека не оправдались: центромеры, которые представляют собой слегка защемленные середины каждой хромосомы. Хромосомы, 23 пары которых у человека, каждая состоит из длинного непрерывного участка ДНК, который может быть конденсирован в форму стержня; ДНК в центромере особенно плотная.

На пяти хромосомах человека центромера находится не посередине, а очень близко к одному концу, разделяя хромосому на одно длинное и одно очень короткое плечо. Эти короткие руки также полны повторов, которые до сих пор никогда не были полностью упорядочены. Центромеры, короткие рукава и другие типы повторяющихся областей составили большую часть из 238 миллионов букв, которые консорциум в конечном итоге добавил или исправил в геноме человека.

Прочтите: таинственный «прыгающий ген», который 500 000 раз встречается в ДНК человека

Сегменты человеческого генома, богатые повторами, обычно не содержат генов, что является одной из причин, по которой ими долгое время пренебрегали.Генетики в основном сосредоточились на генах, потому что их функция очевидна и проста: ген кодирует белок. (Одним из больших сюрпризов ранних проектов генома человека является то, как мало в нашей ДНК на самом деле кодирует белки — всего 1 процент. Роль оставшихся 99 процентов становится более ясной.) Действительно, были намеки на то, что эти богатые повторами области также играют важную роль в том, как гены экспрессируются и передаются, а аномалии в них связаны с раком и старением. Консорциум также обнаружил 79 новых генов, спрятанных среди повторов.Наконец, имея карту этих повторяющихся областей, ученые могут более тщательно исследовать их функцию.

Усилия по завершению генома были «исключительно низовыми», — говорит Адам Филлиппи, специалист по компьютерной генетике из Национального института здоровья, который является одним из руководителей консорциума «теломеры-теломеры» (T2T), завершившего геном. (Теломеры — это области на концах хромосом, поэтому теломеры к теломерам означают «конец в конец».) Филлиппи и Карен Мига, генетики из Калифорнийского университета в Санта-Крус, решили создать консорциум в 2018 году после телефонного разговора, когда они поняли, что они оба вынашивали амбиции закончить геном человека.

«Я обожаю повторы», — говорит Мига, который пришел на проект в качестве биолога, пытаясь понять, что делают эти повторы. Филлиппи, ученый-компьютерщик по образованию, принес с собой технические навыки. Традиционные технологии секвенирования фрагментируют ДНК на мелкие кусочки, а компьютерные алгоритмы должны собирать их заново, как кусочки пазла. Проблема в том, что все части из повторяющихся областей выглядят почти одинаково. Теперь две новые технологии «длительного считывания» — PacBio HiFi и Oxford Nanopore — позволяют ученым считывать более длинные участки генома.Эти секвенсоры по-прежнему не могут обрабатывать куски, достаточно большие, чтобы пересечь всю центромеру или короткое плечо, но, по крайней мере, у алгоритмов есть большие кусочки головоломки, которые нужно собрать.

Роль последовательностей центромер, как и многих других повторяющихся областей, еще не полностью изучена, но они наиболее классически известны как ключ к делению клетки. Когда клетка делится на две, к центромерам прикрепляется белковое веретено, раздвигающее хромосомы, чтобы гарантировать, что каждая клетка получит правильный номер. Когда что-то идет не так с яйцеклетками или сперматозоидами, дети могут родиться с хромосомными аномалиями, такими как синдром Дауна или синдром Тернера.Когда что-то идет не так в других частях тела, мы можем получить, например, клетки крови, у которых слишком много или слишком мало хромосом. Это признак старения: мужчины старше 70 лет нередко теряют Y-хромосомы в своих клетках крови. В одной из двух сопутствующих статей, загруженных вместе с полным геномом, консорциум T2T показал, что технология длительного считывания Oxford Nanopore также может быть использована для определения того, где именно белковое веретено прикрепляется к центромере. Изучение последовательностей в этих областях может дать новые ключи к разгадке хромосомных аномалий.

Читайте: все еще не нанесенные на карту области Y-хромосомы

Не менее загадочны и богатые повторами короткие ветви хромосом. Они определенно играют определенную роль в клеточном механизме, который переводит гены в белки, и знание их последовательностей может пролить больше света на эту функцию. Брайан Макстей, биолог из Национального университета Ирландии в Голуэе, сравнивает полный геном со «списком частей» хромосом, который позволяет ученым пробовать извлекать строительные блоки один за другим.«Зная, что это за список частей, мы можем сказать:« Именно так выглядит наша хромосома », — говорит Макстей. «Давайте удалим это и посмотрим, как это влияет на функцию этой хромосомы».

Каким бы впечатляющим ни был технический подвиг секвенирования полного генома человека, ученые сказали мне, что один геном — это только один снимок. Намного интереснее будет наблюдать, как эти повторяющиеся области меняются со временем от человека к человеку, от вида к виду. «Что происходит при раке? Что происходит в разработке? Что произойдет, если вы сравните потомство с родителями? » Хеникофф говорит.Консорциум доказал, что эти повторяющиеся области могут быть секвенированы с помощью новых технологий длительного чтения. Теперь их можно применять к большему количеству геномов, что позволяет ученым сравнивать один с другим.

В самом деле, Мига говорит, что высшая мечта — сделать каждый геном, который ученые пытаются упорядочить, завершенным от конца до конца, от теломер к теломерам. Но сначала у группы есть более непосредственная цель. Если вы хотите обвинить новый геном в том, что он неполный, вы можете указать на тот факт, что он состоит только из одного набора из 23 хромосом, тогда как нормальные человеческие клетки имеют 23 пары.Чтобы упростить задачу, группа использовала клетки определенного типа опухоли, которая развивается из аномально оплодотворенной яйцеклетки и имеет всего 23 отдельные хромосомы. Команде придется использовать разные клетки с 23 парами хромосом, чтобы завершить так называемый «диплоидный» геном.

Прочтите: поиск генов, уникальных для людей

«Следующей важной вехой станет рутинное диплоидное геномное исследование», — говорит Шилпа Гарг, генетик из Копенгагенского университета в Дании.Гарг использовал PacBio HiFi для быстрой сборки геномов человека — за исключением некоторых сложных областей, таких как центромеры — по несколько штук в день. Такая скорость может помочь и в клинических условиях, поскольку врачам будет проще более регулярно диагностировать пациентов с помощью секвенирования генома. (Для сравнения, по ее словам, сборка геномов с помощью более старых технологий секвенирования занимает целых три недели.) На самом деле полных секвенирований генома, повторяющихся областей и всего остального, становится проще и быстрее. Скоро о другом полном геноме человека вообще не будет новостей.

Что такое генотипирование? | Thermo Fisher Scientific

Введение однонуклеотидных полиморфизмов

О однонуклеотидных полиморфизмах

Генотипирование — это технология, которая обнаруживает небольшие генетические различия, которые могут привести к серьезным изменениям фенотипа, включая как физические различия, которые делают нас уникальными, так и патологические изменения, лежащие в основе заболевания. Он имеет широкий спектр применения в фундаментальных научных исследованиях, медицине и сельском хозяйстве.

Генотипирование определяет различия в генетическом комплементе путем сравнения последовательности ДНК с последовательностью другого образца или эталонной последовательностью. Он выявляет небольшие вариации генетической последовательности в популяциях, такие как однонуклеотидные полиморфизмы (SNP).

SNP (часто произносится как «ножницы») представляют собой изменения одной пары оснований в ДНК, которые происходят в определенных местах генома. Например, большинство людей несут нуклеотид C в определенном положении основания в геноме, но у меньшинства он заменен на A.Это означает, что в этом конкретном положении есть SNP с двумя возможными нуклеотидными вариациями: C или A.

В геноме человека более 660 миллионов SNP, что делает их наиболее распространенным типом генетических вариаций у людей. Они могут объяснять такие черты, как цвет глаз и наследственные заболевания, такие как муковисцидоз и серповидно-клеточная анемия, а также выступать в качестве маркеров, указывающих на риск развития сложных распространенных заболеваний, таких как диабет и болезнь Альцгеймера.

Генотипирование SNP может ускорить эру персонализированной медицины за счет прогнозирования индивидуального риска развития определенных заболеваний или разработки целевых методов лечения, специфичных для генетической основы заболевания.Поскольку SNP также связаны с индивидуальным терапевтическим ответом, анализы на основе SNP могут помочь выбрать лучший курс лечения.

Верх

Обнаружение SNP

Существует множество методов обнаружения новых и известных SNP. К ним относятся секвенирование ДНК, масс-спектрометрия, молекулярные маяки, микрочипы SNP и методы на основе ПЦР.

Обнаружение SNP можно разбить на две подгруппы: обнаружение SNP и скрининг SNP. Обнаружение SNP включает еще неизвестные SNP.Исследователи ищут новые SNP в целевых областях и в масштабе всего генома. Скрининг SNP относится к известным SNP, и исследователи обычно ищут людей с генотипом или определяют, участвует ли конкретный SNP в создании определенной характеристики. Есть много методов как для обнаружения, так и для проверки. Исторический отчет см. В статье Квок и Чен (1).

Верх

Зачем проводить генотипирование по SNP?

Генотипирование SNP имеет множество применений, в том числе:

Ассоциация заболеваний

Полногеномные исследования ассоциации (GWAS) могут выявить связи между SNP и общим риском заболевания путем сравнения полиморфизмов в двух разных популяциях (одна здоровая и одна больная).

Помимо стратификации риска, GWAS может начать распутывать биологические процессы, лежащие в основе болезненных состояний, путем выявления потенциальных причинных факторов (2,3,4,5).

Популяционная геномика

SNP также имеют значение для эволюционной биологии, поэтому GWAS может быть полезен для выявления форм генетической изменчивости, лежащих в основе фенотипических различий между здоровыми людьми. Понимание этой нормальной генетической изменчивости в разных популяциях помогает нам понять, как разные группы эволюционировали и расходились, и может иметь значение для защиты видов от будущих экологических проблем.

Отбор по признакам в сельском хозяйстве

Понимание генетической изменчивости имеет особое преимущество в сельскохозяйственном мире, где отбор по признакам растений и домашнего скота веками использовался для повышения урожайности и качества.

В то время как традиционное селективное разведение включает чисто наблюдательные методы (отбирают для разведения только растения или животных с превосходными фенотипическими признаками, такими как размер или сила), современное селекционное разведение в значительной степени опирается на методы молекулярной биологии, включая генотипирование SNP.

В результате селективного селекционного давления были созданы породы с более желательными фенотипами и изменения в конкретных геномных регионах, связанных с этими фенотипами.
Обнаружение этих функционально значимых генетических изменений помогает нам понять, какие конкретные гены и последовательности связаны с определенными фенотипическими признаками. Это полезно для разработки новых и более интеллектуальных программ разведения.

Микроорганизмы

Одноклеточные организмы, такие как бактерии, также имеют SNP.Генотипирование SNP позволяет различать бактериальные изоляты, а также может использоваться для характеристики штаммов с устойчивостью к антибиотикам (6,7). Обнаружение штаммов на основе SNP актуально как для клинических, так и для сельскохозяйственных исследований и использовалось для изучения ряда инфекционных заболеваний как у людей, так и у растений

Top

Использование ПЦР в реальном времени для генотипирования SNP

ПЦР в реальном времени позволяет просматривать известные SNP. Преимущества ПЦР в реальном времени заключаются в том, что она проста, точна и может масштабироваться до высокой пропускной способности.Еще одно преимущество ПЦР в реальном времени состоит в том, что биоинформатический анализ менее сложен, чем для других технологий, таких как секвенирование и микроматрицы.

Вы можете использовать химический анализ 5′-нуклеазы TaqMan, чтобы определить, присутствует ли данный SNP в вашем образце. Анализы генотипирования TaqMan SNP включают как пару праймеров для амплификации целевой области, так и два аллель-специфичных зонда для обнаружения ваших целевых аллелей SNP и регистрации генотипов ваших образцов.

Существуют миллионы предварительно разработанных тестов TaqMan SNP-генотипирования, доступных для SNP-генотипирования как у людей, так и у мышей.Вы также можете разработать собственные тесты генотипирования TaqMan SNP, в том числе тесты для других видов, с помощью онлайн-инструмента Custom Assay Design Tool.

TaqMan SNP-анализы генотипирования могут применяться не только к видам животных, но и к видам растений, которые несут по крайней мере два парных набора хромосом. 30–80% полиплоидных видов растений также можно генотипировать с помощью анализа TaqMan. Каждый анализ уникально соотносится с геномом для специфического обнаружения любого аллеля в интересующей последовательности. Их можно использовать с различными типами приборов для ПЦР в реальном времени, что обеспечивает беспрецедентную универсальность.

Top

1. Kwok P-Y, Chen X (2003) Выявление однонуклеотидных полиморфизмов. Curr Issues Mol Biol 5: 43–60.
2. Visscher PM, Wray NR, Zhang Q, et al. (2017) 10 лет открытия GWAS: биология, функция и перевод. Am J Hum Genet. 6 июля; 101 (1): 5-22.
3. Gaj P, Maryan N, Hennig EE et al. (2012) GWAS на основе объединенной выборки: рентабельная альтернатива для выявления вариантов риска колоректального рака и рака простаты у населения Польши. PLOS One 7 (4): e35307.
4. Фигероа JD, Ye Y, Siddiq A et al. (2014) Полногеномное ассоциативное исследование выявляет множественные локусы, связанные с риском рака мочевого пузыря. Hum Mol Gen 23 (5): 1387–1398.
5. Редди MPL, Ван Х., Лю С. и др. (2011) Связь между диабетом 1 типа и SNP GWAS в кавказской популяции юго-востока США. Genes Immun 12 (3): 208–212.
6. Sengstake S, Bablishvili N, Schuitema A et al. (2014) Оптимизация анализа данных на основе мультиплексных SNP для генотипирования изолятов Mycobacterium tuberculosis, BMC Genomics , 15 (1): 572.