Использование палеогеномики для выяснения 10 000 лет эволюции иммунной системы

 

В 1950-х годах генетик Дж. Б. С. Холдейн объяснил сохранение или постоянство мутаций, ответственных за аномалии в эритроцитах, обычно наблюдаемые в Африке, защитой, которую эти аномалии обеспечивают от малярии, эндемической инфекции, уносящей миллионы жизней. Эта теория предполагала, что патогены являются одним из самых сильных селективных давлений, с которыми сталкивается человек. Несколько исследований в области популяционной генетики впоследствии подтвердили эту теорию.

Однако остались серьезные вопросы, особенно в отношении конкретных эпох, когда селективное давление, оказываемое патогенами на человеческие популяции, было наиболее сильным, и их влияния на современный риск развития воспалительных или аутоиммунных заболеваний.

Для решения этих вопросов ученые из Института Пастера, Университета Париж Сите, CNRS и Коллеж де Франс в сотрудничестве с Институтом Имаджин и Университетом Рокфеллера (США) применили подход, основанный на палеогеномике.

 

Эта дисциплина, изучающая ДНК из ископаемых останков, привела к крупным открытиям в области истории и эволюции человека и человеческих заболеваний, о чем свидетельствует решение о присуждении Нобелевской премии по физиологии и медицине 2022 года палеогенетику Сванте Пяэбо.

В исследовании, проведенном Институтом Пастера и опубликованном 13 января в журнале Cell Genomics, ученые проанализировали изменчивость геномов более чем 2800 человек, живших в Европе на протяжении последних десяти тысячелетий - период, охватывающий неолит, бронзовый век, железный век, средние века и современность.

Воссоздав эволюцию сотен тысяч генетических мутаций во времени, ученые сначала выявили мутации, частота которых быстро росла в Европе, что свидетельствует об их преимуществах. Эти мутации, которые развивались под действием "положительного" естественного отбора, в основном расположены в 89 генах, обогащенных функциями, связанными с врожденным иммунным ответом, включая, в частности, гены OAS, которые отвечают за противовирусную активность, и ген, отвечающий за систему групп крови ABO.

Удивительно, но большинство этих событий положительного отбора, которые демонстрируют генетическую адаптацию к патогенной среде, начались недавно, с начала бронзового века, около 4 500 лет назад. Ученые объясняют такое "ускорение" адаптации ростом человеческой популяции в этот период и/или сильным селективным давлением, оказываемым патогенами в бронзовом веке, вероятно, связанным с распространением тяжелых инфекционных заболеваний, таких как чума.

В то же время ученые рассмотрели и обратную ситуацию, другими словами, мутации, частота которых значительно снизилась за последние десять тысячелетий. Эти мутации, вероятно, подвергаются "отрицательному" отбору, поскольку они повышают риск заболевания.

Они отметили, что, опять же, эти события отбора в основном начались в бронзовом веке. Многие из этих неблагоприятных мутаций были также расположены в генах, связанных с врожденным иммунным ответом, таких как TYK2, LPB, TLR3 и IL23R, и в экспериментальных исследованиях было подтверждено, что они оказывают пагубное влияние с точки зрения риска инфекционных заболеваний. Полученные результаты подчеркивают ценность применения эволюционного подхода в исследованиях генетической восприимчивости к инфекционным заболеваниям.

Наконец, ученые исследовали теорию о том, что отбор, осуществляемый патогенами в прошлом, дал преимущество аллелям, обеспечивающим устойчивость к инфекционным заболеваниям, но в свою очередь эти аллели увеличили современный риск аутоиммунных или воспалительных заболеваний. Они исследовали несколько тысяч мутаций, которые, как известно, повышают восприимчивость, во-первых, к туберкулезу, гепатиту, ВИЧ или COVID-19, а во-вторых, к ревматоидному артриту, системной красной волчанке или воспалительным заболеваниям кишечника.

Изучая эволюцию этих мутаций во времени, они заметили, что те, которые связаны с повышенным риском воспалительных заболеваний - в том числе болезни Крона - стали более частыми за последние 10 000 лет, в то время как частота тех, которые связаны с риском развития инфекционных заболеваний, снизилась.

"Эти результаты позволяют предположить, что риск воспалительных заболеваний увеличился у европейцев с эпохи неолита из-за положительного отбора мутаций, повышающих устойчивость к инфекционным заболеваниям", - объясняет Ллуис Кинтана-Мурси, руководитель исследования и глава отдела эволюционной генетики человека (Институт Пастера/CNRS Evolutionary Genomics, Modeling and Health Unit/Université Paris Cité).

Результаты исследования, в котором использован огромный потенциал палеогеномики, показывают, что за последние десять тысячелетий в Европе, особенно с начала бронзового века, естественный отбор был направлен на гены иммунитета человека и способствовал сегодняшнему неравенству в плане риска инфекционных и воспалительных заболеваний.

Категория: Наука и Техника | Добавил: fantast (14.01.2023)
Просмотров: 20 | Рейтинг: 0.0/0