Život bez výběru: dobrý nebo nebezpečný?

Život bez výběru: dobrý nebo nebezpečný?

Alexey Kondrashov, Nadežda Markina
"Trinity Option" č. 23 (117), 20. listopadu 2012

Alexey Kondrashov

Člověk v civilizované společnosti žije více a více společensky a méně a méně biologicky. Úspěšně překonává omezení, která mu příroda ukládá: žije v jakémkoli klimatu, ovládá nové zdroje potravin, naučil se bojovat proti infekčním chorobám. Mnoho faktorů, které dříve musely zabít člověka, přestaly být pro něj smrtelné. Lékaři se naučili, jak pečovat o předčasné a slabé novorozence; očkování chrání před nebezpečnými infekcemi a v případě infekce infekčními antibiotiky; společnost pečuje o nemocné a zdravotně postižené. I když to všechno funguje nedokonalě, civilizace radikálně zlepšila biologickou zdatnost člověka – jeho přežití v životním prostředí. Ale člověk se nemůže dostat pryč od své genetiky a nemůžeme měnit procesy, které se vyskytují za těchto podmínek. Abychom pochopili, co se dnes s člověkem děje a čeká nás v budoucnu, jsme se pokusili s pomocí evolučního biologa, doktora biologických věd Alexey Kondrashov, profesor na univerzitě v Michiganu a fakultu bioinženýrství a bioinformatiky Moskevské státní univerzity, který přednesl veřejnou přednášku na všestranném festivalu vědy v roce 2012.

Pokud jde o evoluční biologii, přírodní výběr má méně a méně vliv na moderní člověka, to je taková síla, která odstraňuje méně přizpůsobené jednotlivce od obyvatelstva a zanechává je více vhodnější, protože oni nechávají více potomků. "Existuje výběr pozitivních a negativních– vysvětluje Alexey Kondrashov. – Pozitivní výběr upřednostňuje některé nové užitečné rysy. Například všichni v populaci byli bílí, pak se objevil černý mutant, tento rys se ukázal jako užitečný a po chvíli potomci tohoto černého mutanta mohli zaplavit celou populaci. Negativní výběr naopak upřednostňuje staré a společné rysy. Všechny bílé a bílé být dobré, ale nastala mutace a objevila se černá a černá je špatná. Proto potomci tohoto mutanta nebudou přežít a "černý" gen bude ležet z populace. Darwin se zajímal hlavně o evoluci, tj. O pomalé změny, a většinou si myslel a psal o pozitivním výběru.A o spoustě negativních myšlenek Ivan Ivanovich Schmalhausen hodně přemýšlel."Tento výběr je v moderním člověku oslabován – nepříznivé geny z obyvatelstva neletí, ale hromadí se. Na úrovni obecné koncepce to už dávno bylo jasné, avšak v posledních letech díky vývoji moderních výzkumných metod se objevily data, které umožňují kvantitativní posouzení tohoto procesu.

Chyby v biomolekulárních strojích

Mutace se neustále objevují v našich změnách DNA. Nevyžaduje to ani záření ani chemické mutageny – proces probíhá spontánně. "Jak říká Buddha, všechno, co tvoří součásti, je zničeno, – říká Kondrashov. "Než šel do nirvány, shromáždil učedníky a promluvil tyto čtyři slova. Aplikoval na biologické molekuly, byl Buddha naprosto pravdivý, ve skutečnosti jsou složeny z částí a mohou se zhroutit. A proces mutace je projevem tendence celého hmotného světa k chaosu."Mutace jsou nevyhnutelné, protože DNA je velmi dlouhá molekula (celková délka všech genomových molekul v lidské buňce je asi jeden metr), jeden nukleotid tlustý – přirozeně to nemůže být dokonalé.

Existují tři hlavní zdroje mutací. První je chyba, která se vyskytuje během replikace – zdvojnásobení molekuly DNA. Hlavním hercem v tomto procesu je enzym DNA polymerázy. Po dvojité spirále DNA se rozkládá na dva oddělené řetězce, DNA polymeráza prochází podél každého vlákna a sestaví páru k sobě, za použití starého vlákna jako matrice. To znamená, že pokud uvidí dopis A (adenin) na starém vlákně, pak přiloží písmeno T (tymin) na nový podproces. "Ale v jednom případě ze 100 tisíc, vloží špatný dopis, – vysvětluje Alexey Kondrashov. – A nejpozoruhodnější je, že poté, co přidá dopis, se okamžitě pokusí odtrhnout to. Výsledkem je, že se písmeno nespojí s pravděpodobností asi 10-5a pokud je písmeno nesprávně připojeno, nebude ani odškrtnuto, s pravděpodobností 10-5. Takže pravděpodobnost mutace je asi 10-10 dopis pro replikaci. Zkuste psát a souhlaste s tím, že DNA polymeráza funguje dobře.„.

Chyby replikace se však vyskytují s pravděpodobností 1010 dopis je hlavním zdrojem mutací. Druhým zdrojem mutací jsou chyby při opravě DNA.Oprava je opravou poškození a poškozením je to, co porušuje chemickou strukturu molekuly, takže DNA se zhoršuje. Mluvíme například o rozbití jedné nebo obou nití, spojování závitů dohromady nikoli slabými vodíkovými vazbami, ale kovalentními vazbami, aby se nemohli odklonit, atd. "V každé lidské buňce dochází každý den k několika stovkám tisíc spontánních zranění. říká Kondrashov. – A musí být opraveny, protože jinak buňka zemře. A pokud dojde k nějaké chybě v důsledku opravy, bude to také mutace"Třetím zdrojem mutací jsou chyby během rekombinace během dělení buněčných linií, které vedou k tvorbě diploidních buněk s dvojitou sadou chromozomů, haploidní, s jediným souborem chromozomů, což je nezbytný stupeň zrání zárodečných buněk a během rekombinace, kdy jsou chromozomy vyměněny v kusech – mohou dojít k chybám.

Co a kolik

99% mutací je substituce nukleotidů, říká například Alexey Kondrashov, když se cytosin (C) mění na guanin (G). To je zdroj jediného nukleotidového polymorfismu (jeden-nukleotidový polymorfismusSNP). Navíc může docházet k krátkým výpadkům několika písmen nebo naopak k krátkým vložením jednoho nebo dvou nebo tří nukleotidů.Méně často dochází k velkým událostem – spadnutí nebo vkládání 100 nebo více, někdy až do milionu nukleotidů, nebo otočení kusu DNA o 180 °. Je třeba pochopit, že mutace jsou daleko od vždy špatné. Je zdrojem genetické variability a bez mutací nedojde k žádnému vývoji, v jehož důsledku vznikla veškerá rozmanitost živého světa.

S nástupem sekvenačních metod se radikálně snížily náklady na určení sekvence nukleotidů v genomu. A existovaly nové možnosti pro kvantifikaci výskytu mutací. Pokud dříve, jak si Kondrashov vzpomíná, musel strávit několik let, když pečlivě studoval křídla Drosophily a vybíral mutanty, nyní je možné sekvenovat genotypy maminky, táty a maminky za 300 dolarů a porovnat je. V důsledku toho budou nalezeny všechny nové mutace, ke kterým došlo během generační změny, což znamená, že se objevily v buňkách genitálií rodičů. Pokud jde o člověka, míra mutací v lidském genomu, jak odhadli vědci, je asi 10-8 na jednu generaci na nukleotid.

Úskalí v genomu

Všichni lidé se mezi sebou liší v různých vnějších a vnitřních rysech. A geneticky se dva lidské jedince liší v jednom písmenu genetického kódu pro každých 1000 nukleotidů. Jeden rozdíl na 1000 není velký, s ohledem na to, že například ovocné mušky mají jeden rozdíl na 100 a schizofil v houbce – jeden rozdíl na 10, a to je nyní absolutní záznam o genetické rozmanitosti. Přesto to znamená hodně, že mezi dvěma lidskými jedinci existuje 35 milionů krátkých rozdílů, jediné nahrazení dopisů. Protože každá aminokyselina je kódována třemi nukleotidy (triplet nebo kodon), ne všechny substituce nukleotidů v DNA vedou k náhradě aminokyseliny v proteinu, ale pouze takzvaným nesynonymním. A taková nesynonymní substituce, která vede ke změně molekuly proteinu, každá osoba v genech kódujících proteiny přibližně 10 tisíc. Přibližně 10% z nich není zbytečné, ale škodlivé, což snižuje kondici. Mezi nimi jsou smrtící. Biologové zjistili, že jak Drosophila tak i obratlovci mají průměrně jednu nebo dvě letální mutace na genotyp. Organismus neumírá, protože tyto mutace jsou v heterozygotním stavu, tj.mutantní gen je duplikován normálním genem na párovém chromozomu. Kromě toho lidský genotyp v průměru nese přibližně 100 velkých depozic a inzercí v DNA, jejichž celková délka činí asi 3 miliony nukleotidů. Genotyp laureáta Nobelovy ceny, spoluautora modelu DNA double helixu Jamese Watsona, jak se ukázalo během jeho sekvencování, nese obvyklý počet slabě škodlivých mutací a 12 silně škodlivých mutací, které se schovávají za normálními geny v heterozygotním stavu. Samozřejmě, neměli vliv na zdraví a úspěch Jamese Watsona. Pokud však existují více škodlivé mutace a nebudou vyčištěny výběrem, rovnováha bude rozdělena a způsobilost v lidské populaci se nevyhnutelně sníží.

Jak zdůraznil Alexey Kondrashov, Darwin pochopil tento problém, který napsal:U divochů zemřou ti, kteří jsou slabí, buď v těle, nebo v mysli. A ti, kteří přežijí, obvykle vykazují mocné zdraví. A my, civilizovaní lidé, se snažíme zabránit tomuto eliminačnímu procesu: vytváříme úkryty pro mentálně retardované, zdravotně postižené a nemocné, vydáváme zákony, které podporují chudé, a naši doktoři se snaží co nejlépe zachránit život každého člověka na poslední příležitost.Existuje důvod se domnívat, že očkování ušetřilo stovky životů, které by jinak zemřely na neštovic. Proto i ti slabí členové civilizovaných společností se nadále množí. Každý, kdo má zájem o chov zvířat, nepochybuje o tom, že je pro lidskou populaci velmi škodlivý.„.

Model lidstva na muškách

Je zajímavé, že bylo možné v experimentu potvrdit. Takový experiment – na vyloučení výběru – Kondrashov a jeho kolegové zřídili před 15 lety. Modelovali životní podmínky moderní osoby na drosophila muchách. Páry mušek – muže a ženy – byly umístěny do oddělených "apartmánů" – zkumavek, kde se nesoutěšovali o jídlo s jinými muchami, což se děje s "komunálním" přesídlením. Páry dostaly potomky a biologové omezili počet vajíček, které byly odstraněny, aby se eliminovala konkurence mezi larvy. Z každé "rodiny" mušek byli mladí muži a ženy odebírány, smíchány a smíchány v nových "oddělených bytech". Vyřazení výběru bylo vyjádřeno v nepřítomnosti konkurence a ve skutečnosti, že každý pár, bez ohledu na jeho genotyp, přinesl stejný počet potomků. A tak po dobu 30 generací.Každých deset generací vědci zhodnotili kondici larvy – jejich konkurenceschopnost pro potraviny v drsných podmínkách. Výsledek – během experimentu (více než 30 generací) se larvální zdatnost více než zdvojnásobila. A v jedné generaci výzkumníci vypočítali, že klesl o 2%. Alexey Kondrashov věří, že v přírodě by se snížil ještě více než v laboratoři. "Chtěl bych tento experiment opakovat a prodloužit jej alespoň na 100 generací, protože existuje hypotéza, že po 100 generacích zemře všechny mouchy„.

Doufáme, že v blízké budoucnosti budou vědci schopni přímo vidět, co se děje s lidským genomem. Když bude projekt "1000 genomů" dokončen, budou mít v rukách 1000 kompletně sekvenovaných genomů (genotypů), které lze porovnat s mutacemi. A za deset let budou tyto genomy již miliony. "Negativní výběr je distribuován o několik řádů více než pozitivní. Proto argumenty, že po nějaké době, kvůli pozitivnímu výběru, budeme mít obrovskou hlavu a malé ruce a my všichni budeme velmi chytří, atd., To je vše věc sci-fi"- uvedl Alexey Kondrashov, ale co se stane s naším zdravím, je otázka, avšak za deset let bude možné odpovědět více či méně přesně, protože můžeme kvantifikovat změny, ke kterým dochází v lidské populaci.

O rizicích pozdní otcovství

Opakujeme, že míra mutací u člověka, vypočtená podle genetiky, je asi 10-8 na jednu generaci na nukleotid. Je zajímavé, že muži a ženy přispívají různě k mutacím svých dětí. Dítě dostane vícekrát více otázek od otce než od matky. Prvním, který ukázal tento rozdíl, byl anglický genetik John Burdon Sanderson Huldain (John burdon sanderson haldane), jeden z tvůrců syntetické teorie evoluce. Vyšetřoval genetiku hemofilie – dědičného onemocnění, vyjádřeného koagulací krve. Je známo, že gen zodpovědný za hemofilii je na chromozomu X. Proto ženy, které nesou defektní chromozom X v tomto genu, netrpí hemofilií, protože je kompenzují normálním genem na páru chromozomu X, ale jejich chromozom X je přenášen spolu s onemocněním na syny. Otázkou však je, kde vzniká tato mutace,v ženských nebo mužských sexuálních buňkách? Haldane zvažoval oba varianty a při srovnání jejich pravděpodobnosti dospěl k závěru, že většina mutací v hemofilii se vyskytuje u mužských zárodečných buněk. Žena nosí tuto mutaci od svého otce a předává ji svému synovi, který se onemocní.

Později vědci analyzovali několik dědičných onemocnění spojených s X-chromozomálními geny, jako je mnohočetná endokrinní neoplazie, akrocefaloindividuálně. A ukázalo se, že ve většině případů se mutace nejprve objevuje u chromozomu X mužského pohlaví. Jak píše James Crow (James F. Crow, článek v PNAS, 1997), u vyšších primátů, včetně lidí, existuje průměrně pětkrát více mutací mužů než mutace žen.

Důvody této rozdíly spočívají v tom, že mužské a ženské pohlavní buňky se vytvářejí různými způsoby. Předchůdci vajíček podstupují obvyklé dělení buněk (mitóza) pouze v embryonálním období. Dívka se narodila s hotovou sadou nezralých oocytů (oocyty prvního řádu), které na začátku puberty střídavě vstupují do redukčního dělení, meiózy a tvoří vajíčka (oocyty druhého řádu).Předchůdci spermií – spermatogonie – jsou aktivně mitoticky rozděleni do varlat od puberty až po stáří. Výsledkem je, že vejce prochází 25 mitózami, které kulminují v meióze, a počet mitóz, kterými spermie prochází před meiosisem, závisí na věku muže: pokud má 18 let, jedná se o 100 mitóz a pokud je 50, pak asi 800 mitóz. A čím více buněčných dělení, tím více DNA replikace, tím více mutací.

Z toho vyplývá, že počet mutací, které dítě dostává od otce, je do značné míry ovlivněno věkem jeho otce. Tento závěr není nový. Jak Alexey Kondrashov vysvětluje, nejprve k němu přišel Wilhelm Weinberg (Wilhelm weinberg), německý lékař, jeden z objevitelů základního zákona populační genetiky (zákon Hardy-Weinberga). Ale tento vzorec lze nyní potvrdit přímým výzkumem, protože bylo možné sekvenovat genom a počítat počet mutací. V srpnu 2012 v Příroda publikoval článek islandských vědců (první autor – Augustine Kong (Augustine Kong)), který popisuje výsledky úplné genomové analýzy 78 rodin. Každá rodina sekvenovala genom otec, matku a dítě. A porovnávali je mezi sebou, vypočítali, kolik nových mutací dítě získalo.Ukázalo se, že dítě dostává od matky průměrně 15 mutací bez ohledu na její věk. A od otce – v závislosti na věku: pokud je otec 20 let – 25 mutací, pokud je 40 let – 65, a pokud je 50 let – 85 mutací. To znamená, že každý rok života otce přidává do dítěte dvě nové mutace. Závěr autorů práce: muži, kteří odložili narození dítěte do pozdního věku, by měli přehodnotit své životní plány. A právě teď na světě existuje tendence pozdějšího otcovství. Pokud byl v roce 2004 průměrný věk otců 35 let, v roce 2007 již dosáhl 40 let. Téměř každý desátý novorozený otec má více než 50 let.

Čím více mutací, tím více škodlivých, spojených s nemocemi. V několika studiích bylo zjištěno, že pozdější otcovství ohrožuje dítě s rizikem neurologických a duševních onemocnění. Podle údajů získaných u Brainského institutu v Queenslandu mají děti 50letých otců dvakrát větší pravděpodobnost schizofrenie a autismu než děti 20letých otců. V experimentu na myších vědci prokázali, že potomci starých mužů mutaci genů, které jsou spojeny se schizofrenií a autismem u lidí. Podle výzkumníků z Tel Avivské univerzity mají otcové ve věku 55 let a pětkrát vyšší pravděpodobnost, že budou mít dítě s Downovým syndromem,riziko manické depresivní psychózy u dítěte se zvyšuje o 37% a každých dalších 10 let se riziko schizofrenie u dítěte zvyšuje o 30%. V příspěvku zveřejněném před třemi lety v Příroda, ukazuje grafy dětského kognitivního výkonu proti věku rodičů. Ukazuje se, že příliš mladá matka je nežádoucí pro intelekt dítěte – až 20 let, a později její věk prakticky nemá vliv na tuto úroveň. Ale s věkem otce kognitivní výkon dítěte klesá: jestliže je otec 60 let, očekávaný duševní vývoj dítěte je o 5% nižší než u 20letého otce. Výsledky lze důvěřovat, jelikož jsou získávány na velkém vzorku – více než 30 tisíc dětí. Starší otec dává dítěti 60 dalších mutací ve srovnání s mladými, specifikuje Kondrashov. A to snižuje intelektuální schopnosti o zhruba 5%. Zdá se, že je to trochu, ale pro obyvatelstvo jako celek, společné malé vady jsou mnohem horší než velké, ale vzácné vady. Neexistuje prakticky žádný výběr proti slabým mutacím u lidí, určitě neovlivňují počet dětí. A jako výsledek, oni se hromadí v populaci.

Vzniká otázka: co je to s Downovým syndromem – důsledkem dalšího chromozomu – jehož pravděpodobnost, jak víme, se zvyšuje s věkem matky? Zjevně je tomu tak proto, že chromozomická nedisjunkce nastává během posledního rozdělení meiózy, odpovídá Aleksey Kondrashov. Připomeňme, že toto dělení se objevuje již v dospělém těle ženy. Ale může se to stát v spermatozoze a je fakt, že určité množství Downových syndromů nevyplývá z matky, ale od otce: "Nedávno publikovaný článek odebral 90 jednotlivých spermatozoidů a jejich sekvence se ukázalo být neuploidní – nosili další chromozom, takže se to všechno děje, jenom to nevidíme, protože tyto spermie většinou umírají v raných fázích."

Tak co dělat?

Jak řešit tento problém je obtížná otázka, především proto, že se týká etických otázek. "V zásadě nechci dávat žádné doporučení, protože v etických záležitostech vědci nemají žádné zvláštní znalosti – říká profesor Kondrashov. – Znám fakta a co je dobré, co je špatné, vím nebo nevím stejně jako kterákoli jiná osoba. " Uplatňování umělého výběru lidem je fašismem a nucená sterilizace asi 400 tisíc lidí v nacistickém Německu je považována za zločin proti lidskosti. Další věcí je genetické poradenství, které vám umožní vyhnout se dětem s dědičným onemocněním, i když dnes může být tímto způsobem odříznuta pouze ta nejtěžší z nich. V budoucnu je pravděpodobné, že všechno o dítěti bude známo, včetně jeho intelektu a očekávané délky života.

Možná, podle Kondrashova, se jednou naučíme "vyčistit" genom od škodlivých mutací a vrátit ho do "ideálního stavu": "Teď to zní jako fantazie, ale před 50 lety a pořadí za dva tisíce dolarů vypadalo fantasticky." Podle něj bude lidstvo čelit tomuto problému v blízké budoucnosti a bude nuceno nějak vyřešit. Zatím můžete své dítě alespoň zachránit před rizikem pozdního otcovství – muži mohou zmrazit spermie v mladém věku, aby je mohli později použít, pokud je to potřeba. A po celý život být "navždy mladí" otcové.


Like this post? Please share to your friends:

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