Как можно оценить время появления мутации-основателя

Мутации – это случайные нарушения в молекуле ДНК. Большинство из них устраняется организмом вскоре после появления и никаких следов после себя не оставляет. Но мутации, возникающие в ДНК половых клетках родителей, предаются их детям, часто приводя к серьезным последствиям: более 1 тыс. заболеваний человека связано с нарушениями в различных генах.
Мутации-основатели относятся к последней категории, но имеют свои особенности. Первое состоит в том, что разные изменения в одном и том же гене вызывают одинаковые заболевания. Однако есть заболевания, при которых ассоциированная с ними мутация обнаруживается всегда в одном и том же сайте, при этом она может проявляться в так называемой «горячей точке» или быть мутацией-основателем. «Горячая точка» - это пара оснований ДНК, в которой изменения возникают особенно часто. Индивиды, несущие мутации в «горячих точках», обычно не являются родственниками, и, таким образом, остальная часть их генома различается. Мутации основатели передаются из поколения в поколение вместе со своим окружением в неизменном виде и этим в корне отличаются от мутаций в «горячих точках». Исследования гаплотипов ДНК позволяет выявить происхождение мутаций-основателей и проследить пути расселения человеческих субпопуляций. «Возраст» (время появления) мутации-основателя можно оценить, определив протяженность участка ДНК, представляющего данный гаплотип: с течением времени он становится все короче.
Ответив на вопрос, почему в ходе эволюции мутации-основатели не устранялись, а закреплялись в популяциях, мы сумеем раскрыть тайну их распространения во времени и пространстве. Разумно предположить, что при некоторых обстоятельствах мутации-основатели дают носителям определенные преимущества. Большинство мутаций-основателей рецесивны: болезнь, которую они вызывают, проявляется только у тех, кто получает дефектные копии от обоих родителей. У подавляющего же числа носителей мутантным служит только одна копия (один аллель). При передаче аллеля детям он не только не принесет им вреда, но и поможет выжить в некоторых экстремальных ситуациях. Так, носителю мутации, ассоциированной с наследственным гемохроматозом, не грозит железодефицитная анемия (в недалеком прошлом опасная для жизни болезнь), поскольку белок, колируемый мутантным геном, обеспечивает более эффективное полгощение железа.
Наиболее известная мутация с двойным эффектом – та, что лежит в основе серповидноклеточной анемии. Она неоднократно появлялась в популяциях, проживающих в Африке и на Ближнем Востоке, где часто свирепствует малярия. Носитель единственной копи мутантного гена, провоцирующего этот вид анемии, был защищен от малярийной инфекции, но если копий было две, то больной погибал от серповидноклеточной анемии.
Частота появления мутаций-основателей в данной популяции определяется двумя взаимно противоположными факторами. Обладатель двух копий мутантного гена чаще всего не доживает до того возраста, когда он может иметь детей, зато тот, у кого копия только одна, обладает преимуществами перед теми, кто таких копий не имеет. В результате происходит уравновешивающий отбор, при котором фактор, дающий превосходство, подталкивает планку частоты мутаций верх, а фактор с противоположным эффектом сдвигает ее вниз. Так что со временем частота мутантного гена в популяции достигает стационарное уровня.
Каждый из нас несет в себе биохимические и генетические свидетельства общности всего человеческого рода. Анализ распространенности мутаций-основателей не только дал новые свидетельства в пользу гипотезы об африканском происхождении всех нас, но и выявил родство различных групп, на первый взгляд никак не связанных между собой. Так, результаты недавних исследований, проведенных ученными, совершенно неожиданно указали на генетическую связь между кельтами басками. Дальнейшие исследования распространенности мутаций-основателей и соответствующих гаплотипов, несомненно, вскроют новее генетические связи между различными субпопуляциями и помогут понять, откуда и какими путями они пришли в свои нынешние места проживания. Такие работы принесут много неожиданного, что позволит глубже поникнуть в тайну происхождения человека и воссоздать «семейное дерево» человечества.

По материалам журнала «В мире науки», №1, 2006 г.