Двойной геном в игре

Ранняя история человечества – это время суровой борьбы за выживание, рождения и миграции народов, адаптации к новым условиям окружающей среды.

Письменных источников эта эпоха, разумеется, не оставила, а найденные артефакты единичны. Парадоксально, но, как стало понятно совсем недавно, эта история зашифрована внутри нас самих, в ДНК человека.

Особенно информативным оказывается наш «второй геном» – ДНК митохондрий («первый», основной геном человека расположен в ядрах клеток). Митохондрии, его носители – особые внутриклеточные органеллы, «энергетические станции» клетки, некогда – бактерии-симбионты, на заре эволюции заключившие союз с клетками эукариот. Анализируя мутации, «записанные» в этих «книгах», учёные смогли реконструировать зарождение человека разумного на Африканском континенте, вычислить «митохондриальную Еву», гипотетическую прародительницу всех живущих в настоящее время людей, в поразительных деталях проследить волны расселения по Земле.

«Генетические перестройки – это не просто «следы истории», это результат естественного отбора и приспособления к новым, зачастую недружелюбным, условиям жизни», – поясняет профессор Клаудио Франчески, руководитель мегагранта в области системной медицины здорового старения ННГУ им. Н.И. Лобачевского. «Мы предположили, что миграция в более холодный климат Европы должна была сопровождаться, в первую очередь, адаптацией энергетических систем клетки, а значит – одновременными, взаимосвязанными изменениями митохондриального и ядерного геномов человека», – рассказывает Клаудио Франчески о своих исследованиях

В работе, опубликованной на днях в журнале Frontiers in Physiology, исследователи провели анализ взаимодействия (коэволюции) митохондриальных и некоторых ядерных генов в 3 популяциях европейцев из разных биогеографических и климатических регионов: жителей Финляндии, Великобритании и центральной Италии.

«Одна из основных проблем в подобных исследованиях – астрономическая размерность анализируемых данных, – отмечает другой участник исследования, проректор по научной работе ННГУ Михаил Иванченко, – количество комбинаций двух геномов, которые предстояло проверить на присутствие коррелированных мутаций, оказалось около миллиарда. Прямым перебором такая задача, естественно, не решается»

Благодаря использованию методов машинного обучения, были выявлены синхронные, согласованные перестройки в ядерных и митохондриальных генах, участвующих в процессе терморегуляции, увеличивающих функциональность скелетных мышц и жировой ткани, которые, вероятно, и стали результатом адаптации к жизни в условиях северной Европы. В дальнейшем разработанные методы могут быть применены для анализа взаимодействия, взаимного влияния ядерных и митохондриальных генов для самых различных задач биомедицины и антропологии.

«Значимость полученных результатов выходит далеко за рамки исходной задачи, – убеждён профессор Франчески. – Изучая эволюционные механизмы адаптации организма, мы можем прогнозировать устойчивость к самым различным неблагоприятным условиям, и, в конце концов, к процессу старения. Какие ко-мутации в «двойном геноме»: клетки и её «батарейки» обеспечивают счастливчикам здоровое старение и активное долголетие? Уже в ближайшем будущем мы рассчитываем приоткрыть завесу тайны».