Az élet kiválasztás nélkül: jó vagy veszély?

Az élet kiválasztás nélkül: jó vagy veszély?

Alexey Kondrashov, Nadezhda Markina
"Trinity Option" No. 23 (117), 2012. november 20

Alexey Kondrashov

Egy civilizált társadalomban élõ ember egyre inkább társadalmilag és kevésbé biológiailag él. Sikeresen legyőzte a természet által elrendelt korlátozásokat: minden éghajlatban él, új élelmiszert tart, megtanulta a fertőző betegségek elleni küzdelmet. Számos olyan tényező, amely korábban meg kellett ölnie az emberi egyént, most már nem halálos áldozata érte. Az orvosok megtanulják, hogyan kell gondozni a koraszülött és gyenge újszülöttekről; az oltás védelmet nyújt a veszélyes fertőzések ellen, és fertőzés elleni küzdelem esetén antibiotikumokkal küzd; a társadalom gondot fordít a betegek és a fogyatékkal élők számára. Bár mindez tökéletesen működik, a civilizáció radikálisan javította egy személy biológiai alkalmazkodóképességét – a túlélését a környezetben. De az ember nem tud elhagyni a genetikájától, és nem változtathatjuk meg az ilyen körülmények között előforduló folyamatokat. Ahhoz, hogy megértsük, mi történik az emberrel ma és mi vár ránk a jövőben, egy evolúciós biológus, a biológiai tudomány doktora Alexey Kondrashov, a Michigan Egyetem professzora és a moszkvai Állami Egyetem Bioinformatikai és Bioinformatikai Tanszéke, aki nyilvános előadást tartott az All-Russian Science Fesztiválon 2012-ben.

Az evolúciós biológiában a természeti szelekció egyre kevésbé befolyásolja a modern embert, vagyis olyan erőt, amely eltávolítja a kevésbé alkalmazkodó egyéneket a lakosságtól, és így jobban illeszkedik, mivel ez utóbbi több utódot hagy. "Van egy sor pozitív és negatív– magyarázza Alexey Kondrashov. – A pozitív kiválasztás előnyös néhány új hasznos tulajdonságot. Például a lakosság mindegyike fehér volt, majd egy fekete mutáns jelent meg, ez a tulajdonság hasznosnak bizonyult, és egy idő után a fekete mutáns leszármazottai elárasztják az egész lakosságot. A negatív szelekció ezzel ellentétben kedvez a régi és a közös jellemzőknek. Minden fehér és fehér jó, de mutáció történt, fekete megjelenik, és a fekete is rossz. Ennek megfelelően a mutáns utódai nem fognak túlélni, és a "fekete" gén elhagyja a lakosságot. Darwin fõként az evolúció iránt érdeklõdött, vagyis lassú változások, és leginkább a pozitív szelekcióról gondolt és írt.És sok negatív elképzelésről Ivan Ivanovich Schmalhausen sokat gondolkodott."Ez a választás, amelyet a modern ember gyengített, a népesség kedvezőtlen génjei nem repülnek ki, hanem felhalmozódnak. Az általános koncepció szintjén ez hosszú idő óta világossá vált, de az utóbbi években a modern kutatási módszerek fejlődésének köszönhetően olyan adatok jelentek meg, amelyek lehetővé teszik a folyamat mennyiségi értékelését.

A biomolekuláris gépek hibái

A DNS-változásokban folyamatosan fordulnak elő mutációk. Ehhez sem a sugárzás, sem a kémiai mutagének nem szükségesek – az eljárás spontán folytatódik. "Amint azt a Buddha mondta, mindent, ami részekből áll, megsemmisül, – mondja Kondrashov. "Mielőtt nirvana-ba ment, összegyűjtötte a tanítványokat, és ezt a négy szót beszélte. Biológiai molekulákra alkalmazva a Buddha teljesen helyes volt, valójában részekből állnak és összeomolhatnak. És a mutációs folyamat az egész anyagi világ káosz iránti tendenciájának megnyilvánulása."A mutációk elkerülhetetlenek, mivel a DNS nagyon hosszú molekula (az összes humán molekulában található molekulák teljes hossza körülbelül egy méter) egy nukleotid vastag – természetesen nem lehet tökéletes.

A mutációk három fő forrása van. Az első a hibák, amelyek a replikáció során előfordulnak – a DNS-molekula duplázása. A folyamat fő szereplője a DNS polimeráz enzim. Miután a DNS kettős hélixét két különálló szálra rendezték, a DNS-polimeráz minden szál mentén halad, és összeállít egy párt a régi szálat használva mátrixként. Vagyis, ha látja az A (adenin) levelet a régi szálon, akkor a T betűt (timin) az új szálhoz csatolja. "De 100 ezerről körülbelül egy esetben helytelenül írja be a levelet, – magyarázza Alexey Kondrashov. – És a leginkább figyelemre méltó dolog az, hogy miután betöltötte a levelet, azonnal megpróbálja levágni. Az eredmény az, hogy a levél tévesen csatlakozik körülbelül 10-es valószínűséggel-5és ha a levél helytelenül van csatolva, akkor sem lesz lebontva, valószínűséggel 10-5. Tehát a mutáció valószínűsége körülbelül 10-10 replikációs levél. Próbáljon beírni és elfogadni, hogy a DNS polimeráz jól működik.“.

A replikációs hibák azonban 10 valószínűséggel fordulnak elő10 a levél a mutációk fő forrása. A mutációk második forrása a DNS javítási hibái.A javítás a kár helyreállítása, és a károsodás megtöri a molekula kémiai szerkezetét, így a DNS romlik. Arról beszélünk, hogy egy vagy mindkét szálat feltörjük, a gyűrűket nem gyenge hidrogénkötések, hanem kovalens kötések kötötik össze, így nem tudnak eltérni stb. "Minden emberi sejtben több százezer spontán sérülés fordul elő minden nap, – mondja Kondrashov. – És meg kell javítani, mert különben a sejt meghal. És ha valamilyen hiba történt a javítás eredményeként, akkor is mutáció lesz"A mutációk harmadik forrása a meiózis-redukáló sejtosztódás során a rekombináció során jelentkező hibák, amelyek a kromoszómák egyetlen kromoszómakészletével rendelkező haploid kettős készletű diploid sejtek kialakulásához vezetnek, amely a csírasejtek érésének szükséges szakaszában van, és a rekombináció során, amikor a kromoszómákat kicserélik darabokban – hibák léphetnek fel.

Mi és mennyit

A mutációk 99% -a nukleotidszubsztitúciók, mondja Alexey Kondrashov, például amikor a citozin (C) guaninná (G) változik. Ez az egyetlen nukleotidpolimorfizmus (egyetlen nukleotid polimorfizmus, SNP). Ezenkívül lehet több betű rövid leesése, vagy fordítva, egy vagy két vagy három nukleotid rövid beillesztése.Kevésbé gyakoriak a nagy események – 100 vagy annál több, esetenként akár egymillió nukleotid elszennyeződése vagy beillesztése, vagy egy 180 ° -os DNS-elfordulás. Meg kell érteni, hogy a mutációk messze nem mindig rosszak. Ez a genetikai változat forrása, és mutációk nélkül nem alakulhat ki olyan evolúció, amelynek eredményeképpen létrejött az élet világának sokfélesége.

A szekvenálási módszerek megjelenésével radikálisan csökkent a nukleotidok szekvenciájának teljes genomban történő meghatározása. És volt új lehetőség arra, hogy számszerűsítsük a mutációk előfordulási gyakoriságát. Ha korábban, ahogy Kondrashov emlékszik, több évet kellett töltenie a Drosophila szárnyainak alapos tanulmányozására és a mutánsok kiválasztására, most már lehetséges, hogy 300, illetve 300 dollárra hasonlítsa össze az anya, apa és az anya lánya genotípusát. Ennek eredményeképpen a generációs változás során bekövetkezett összes új mutáció megtalálható, ami azt jelenti, hogy a szülői genitális sejtekben keletkeztek. Ami az embereket illeti, az emberi genomban a tudósok által számolt mutációk aránya körülbelül 10-8 nukleotidonként.

Bűncselekmények a genomban

Minden ember különbözik egymástól különböző külső és belső funkciókban. És genetikailag két ember különbözik a genetikai kód egy betűjében minden 1000 nukleotidnál. Az 1000-es különbség nem sok, hiszen például a gyümölcslábak 100-ban egy különbséggel és egy gomba schizophilum-val rendelkeznek – 10 különbség 10 különbséggel, és ez a genetikai sokféleség abszolút rekordja. Mégis nagyon sokat jelent, hogy két ember között 35 millió rövid különbség van, egyetlen levél helyettesítés. Mivel azonban mindegyik aminosavat három nukleotid (triplet vagy kodon) kódolja, a DNS-ben nem minden DNS-nukleotid-szubsztitúció vezet egy fehérje aminosavjának helyettesítéséhez, hanem csak az úgynevezett nem szinonimát. És az ilyen nem szinonim szubsztitúciók, amelyek megváltoztatják a fehérjemolekulát, minden egyes ember a fehérje-kódoló génekben körülbelül 10 ezer. Körülbelül 10% -uk nem haszontalan, de káros, ami csökkenti a fitneszeket. Közülük halálos. A biológusok azt találták, hogy mind a Drosophila, mind a gerinces állatok átlagosan egy vagy két halálos mutációt mutatnak genotípusonként. A szervezet nem hal meg, mert ezek a mutációk heterozigóta állapotban vannak.a mutáns gént a párosított kromoszómán lévő normális gén megkétszerezi. Ezenkívül az emberi genotípus átlagosan körülbelül 100 nagy lerakódást és DNS-beillesztést hordoz, amelyek teljes hossza körülbelül 3 millió nukleotid. A Nobel-díjas genotípus, a James Watson DNS kettős hélix modelljének társszerzője, amint az a szekvenálás során kiderült, a szokásos számú gyengén káros mutációt és 12 erősen káros mutációt hordozza, amelyek a normál gének mögött rejtőznek a heterozigóta állapotban. Nyilvánvalóan nem befolyásolták James Watson fitneszét és sikerét. De ha több káros mutáció van, és nem választják ki őket, az egyensúly megszakad, és az emberi populáció alkalmassága elkerülhetetlenül csökken.

Ahogy Alexey Kondrashov hangsúlyozta, Darwin megértette ezt a problémát, aki azt írta: "A vadonban, azok, akik gyengeek, vagy a testben vagy a lélekben, gyorsan meghalnak. És azok, akik túlélnek, általában hatalmas egészséget mutatnak. És mi, a civilizált emberek mindent megtesznek azért, hogy megakadályozzuk ezt az elhárítási folyamatot: hozzon létre menedékeket a mentálisan hátrányos helyzetűek, a fogyatékkal élők és a betegek számára, törvényeket bocsátanak ki a szegények támogatására, és orvosaink minden tőlük telhetőt megpróbálnak minden ember életét megmenteni az utolsó lehetőséghez.Okunk van feltételezni, hogy a vakcinázás több száz olyan életet mentett meg, amely egyébként a himlőből halt volna meg. Ezért a civilizált társadalmak gyenge tagjai is egyre szaporodnak. Bárki, aki érdekli a háziállatok tenyésztése, nem fogja kétségbe vonni, hogy rendkívül káros az emberi populációra nézve.“.

Az emberiség modellje a legyeken

Érdekes módon kiderült, hogy megerősíthető a kísérletben. Egy ilyen kísérlet – a kiválasztás kizárásával – Kondrashov és kollégái 15 évvel ezelőtt hoztak létre. Modellezték a modern személy életkörülményeit a drosophilákon. A legyek pártjait – a férfiakat és a nőket – különálló "apartmanokba" helyezték – tesztcsövekbe, ahol más vitorlákkal nem versenyeztek, mint ahogy a "kommunális" letelepítésnél történik. A párok utódokat kaptak, és a biológusok korlátozták a tojások számát, hogy megszüntessék a versenyt a lárvák között. A legyek minden "családjáról" fiatal férfiakat és nőstényeket vettek fel, keverték és keverték az új "különálló apartmanokban". A szelekció kizárását a verseny hiánya és az a tény, hogy mindegyik pár genotípustól függetlenül ugyanolyan számú leszármazottat hozott létre. És így 30 generáción keresztül.10 generációnként a tudósok értékelték a lárvák fitneszességét – versenyképességüket az élelmiszernek durva körülmények között. Az eredmény – a kísérlet során (több mint 30 generáció), a lárvaállomány több mint megduplázódott. És egy generáción belül a kutatók számoltak, 2% -kal esett vissza. Alexey Kondrashov úgy véli, hogy a természetben még jobban csökkent volna, mint a laboratóriumban. "Szeretném megismételni ezt a kísérletet, és legalább 100 generáción keresztül megnyitni, mert van egy hipotézis, hogy 100 generáció után minden legyek meghal“.

Remélhetőleg a közeljövőben a tudósok képesek lesznek közvetlenül látni, hogy mi történik az emberi genommal. Amikor az "1000 genom" -projekt befejeződik, 1000 embernek teljesen szekvenálnak egyéni genomokat (genotípusokat) a kezükben, amelyek a mutációkhoz hasonlíthatók. És tíz év alatt ezek a genomok már egy millió. "A negatív szelekciót több nagyságrenddel osztják el, mint pozitív. Ezért az az érvelés, hogy egy idő után, a pozitív szelekciónak köszönhetően hatalmas fejünk és kis kezünk lesz, és mindannyian nagyon okosak vagyunk, stb. Mind a tudományos fantasztika"- mondja Alexey Kondrashov, de mi fog történni az egészségünkkel, de tíz év alatt többé-kevésbé pontos választ adhatunk rá, mert számszerűsíthetjük az emberi populációban bekövetkező változásokat.

A késő apaság kockázatairól

Megismételjük, hogy az emberben mutatott mutációk sebessége a genetika alapján számítva körülbelül 10-8 nukleotidonként. De érdekes, hogy a férfiak és a nők különbözőképpen járulnak hozzá gyermekeik mutációihoz. A gyermek többször több mutációt kap az apától, mint az anyától. Az első, aki megmutatta ezt a különbséget, az angol genetikus John Burdon Sanderson Huldain (John burdon sanderson haldane), az evolúció szintetikus elméletének egyik alkotója. Megvizsgálta a hemofília genetikáját – egy örökletes betegséget, véralvadási folyamatban. Ismeretes, hogy a hemofília felelős gén az X kromoszómán van. Ezért azok a nők, akik hibás X-kromoszómát hordoznak ebben a génben, nem szenvednek hemofíliából, mivel a párosított X kromoszómán normál gént kompenzálják, de X-kromoszómájukat a betegséggel együtt a fiúk is átviszik. De a kérdés az, hogy honnan alakul ki ez a mutáció,nőstény vagy férfi nemi sejtekben? Haldane mindkét változatot tekintette, és valószínűségét összehasonlítva arra a következtetésre jutott, hogy a hemofília mutációinak többsége férfi csíritestekben fordul elő. Egy női hordozó megkapja ezt a mutációt az apjától, és átadja azt a fiának, aki megbetegszik.

Később a kutatók számos örökletes betegséget elemeztek az X-kromoszómális génekkel, például többszörös endokrin neoplázissal, acrocephalosindactyly-mal. És kiderült, hogy a legtöbb esetben a mutáció először a férfi X kromoszómában jelenik meg. Ahogy James Crow írja (James F. Crow, cikk a PNAS, 1997), a főemlősökben, beleértve az embereket is, átlagosan ötször nagyobb férfi mutációt mutatnak, mint a női mutációk.

Ennek az egyenlőtlenségnek az oka, hogy a férfi és női nemi sejtek különböző módon alakulnak ki. A tojások elődjénél a szokásos sejtosztódás (mitózis) csak az embrionális időszakban következik be. Egy lány születik készen álló éretlen petesejtekkel (elsőrendű petesejtek), amelyek a pubertás kezdetén váltakozva belépnek a redukciós részlegbe, meiózisba és tojásokat hoznak (második rendű petesejtek).A spermatozoid – spermatogónia elődjei – a pubertástól az idős korig – mitotikusan aktívak a herékben. Ennek eredményeképpen a tojás 25 meiózison átesik, ami meiózist eredményez, és a mitózisok száma, amelyeken keresztül a spermium a meiózis előtt halad, függ a férfi korától: ha 18 éves, akkor körülbelül 100 mitózis van, és ha 50, akkor kb. 800 mitózis. És minél több sejtosztódás, annál több DNS replikáció, annál több mutáció.

Ebből következik, hogy a gyermek által apa által kapott mutációk száma nagymértékben befolyásolja az apja korát. Ez a következtetés nem új. Alexey Kondrashov magyarázza, Wilhelm Weinberg először jött hozzá (Wilhelm weinberg), egy német orvos, a lakosság genetika alapjogának egyik felfedezője (Hardy-Weinberg-törvény). De most ez a mintázat igazolható közvetlen kutatással, mivel lehetővé vált a genom szekvenálása és a mutációk számának megszámlálása. 2012 augusztusában természet izlandi tudósok egy cikkét (első szerző – Augustine Kong (Augustine Kong)), amely 78 család teljes genomi analízisének eredményeit írja le. Minden család szekvenálta az apa, az anya és a gyermek genomját. Összehasonlítva egymással, számolják ki, hogy hány új mutációt kapott a gyermek.Kiderült, hogy a gyermek átlagosan 15 mutációt kap az anyától az életkorától függetlenül. És az apától – az életkorától függően: ha az apa 20 éves – 25 mutáció, ha 40 éves – 65, és 50 éves – 85 mutáció. Vagyis az apja éve minden évben két új mutációt ad a gyermeknek. A munka szerzőinek következtetése: a gyermek születésének késői korát elhalasztó férfiaknak újra meg kell fontolniuk életciklusukat. És most a világban van egy későbbi apasági tendencia. Ha 2004-ben az apák átlagos életkora 35 év volt, 2007-ben már elérte a 40 évet. Majdnem minden tizedik újszülött apja több mint 50 éves.

Minél több mutáció, annál károsabb köztük, betegségekhez kötődik. Számos tanulmányban szereztek adatokat arról, hogy a későbbi apaság veszélyezteti a gyermeket az idegrendszeri és mentális betegségek kockázatával. Így a Queensland-i Brain Intézet adatai szerint a 50 éves apák gyermekei kétszer nagyobb valószínűséggel szenvednek skizofréniában és autizmusban, mint a 20 éves apák gyermekei. Egy egéren végzett kísérlet során a tudósok bebizonyították, hogy az öreg hímek utódai mutálták a skizofréniával és az autizmussal járó géneket. A Tel Aviv Egyetem kutatói szerint az 55 évesnél idősebb apák ötször nagyobb valószínűséggel rendelkeznek Down-szindrómával,a mániás depressziós pszichózis kockázata egy gyermekben 37% -kal nő, és minden további 10 évben a skizofrénia kockázata egy gyermekben 30% -kal nő. Egy három évvel ezelőtt megjelent újságban Természet, a gyermek kognitív teljesítményének grafikonjai a szülők életkorával szemben. Kiderül, hogy túl fiatal az anya nem kívánatos a gyermek intelligenciájánál – akár 20 évig, majd későbbi korában gyakorlatilag nem befolyásolja ezt a szintet. De az apa korával a gyermek kognitív teljesítménye csökken: ha az apja 60 éves, akkor a gyermek várható szellemi fejlődése 5% -kal alacsonyabb, mint egy 20 éves apának. Az eredmények megbízhatóak lehetnek, mivel nagyon nagy mintán készülnek – több mint 30 ezer gyermek. Az idősebb apa 60 további mutációt ad a gyermeknek, szemben a fiatalokkal, állítja Kondrashov. És 5% -kal csökkenti az intellektuális képességeket. Úgy tűnik, egy kicsit, de a lakosság egésze számára a gyakori kis hibák sokkal rosszabbak, mint a nagy, de ritka hibák. Gyakorlatilag nincs kiválasztás az emberi gyengeség mutációk ellen, ők biztosan nem befolyásolják a gyermekek számát. És ennek eredményeképpen felhalmozódnak a lakosság körében.

Felmerül a kérdés: mi a helyzet a Down-szindrómával – egy extra kromoszóma következménye – amelynek valószínűsége, ahogy tudjuk, az anya korával nő? Nyilvánvalóan ez azért van, mert a meiózis utolsó osztódása során a kromoszóma megszakadt, Alexei Kondrashov válaszol. Emlékezzünk arra, hogy ez a felosztás már egy nő felnőtt testében történik. De ez megtörténhet a spermiumban, és tény, hogy egy bizonyos mennyiségű Down-szindróma nem az anyától származik, hanem az apától: "A közelmúltban megjelent cikk 90 egyedi spermatozoidot vett és szekvenált, közülük kettő aneuploidnak bizonyult – az extra kromoszómát hordozták, így mindez mindig megtörténik, csak nem látjuk, mert általában ezek a spermiumok a korai szakaszban meghalnak.

Mi a teendő?

Ennek a problémának a kezelése nehéz kérdés, elsősorban azért, mert az etikai kérdéseket érinti. "Alapvetően nem akarok ajánlást adni, mert etikus kérdésekben a tudósoknak nincs különösebb tudása – mondja Kondrashov professzor. – Tudom a tényeket, és mi a jó, mi a rossz, tudom, vagy nem tudom olyan, mint bármely más személy. " A mesterséges szelekció emberekre történő alkalmazása a fasizmus, és a náci Németországban mintegy 400 ezer fő kényszer sterilizálása emberiség elleni bűnnek számít. A másik dolog a genetikai tanácsadás, amely lehetővé teszi, hogy elkerülje az örökletes betegséggel járó gyermeket, bár ma csak a legnehezebbek ilyen módon le lehetnek vágva. A jövőben valószínű, hogy mindenről tudni fognak a gyermekről, beleértve az intellektusát és a várható élettartamot.

Talán Kondrashov hiszi, egy nap megtanuljuk, hogy "megtisztítsa" a genomot a káros mutációktól, és visszatérjen az "ideális állapotba": "Most fantáziának hangzik, de 50 évvel ezelőtt és a kétezer dollárra való szekvenálás fantasztikusnak tűnt." Elmondása szerint az emberiség a közeljövőben szembesülni fog ezzel a problémával, és valamilyen módon megoldani fogja. Időközben legalább megmentheti gyermekeit a késő apasági kockázatoktól – a férfiak fagyaszthatják spermájukat egy fiatal korban, hogy később felhasználhassák, ha szükséges. És az egész életen át "örökre fiatal" apák.


Like this post? Please share to your friends:
Vélemény, hozzászólás?

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