Неандерталец. В поисках исчезнувших геномов - Сванте Пэабо

Это исследование, выполненное в 2013–2014 годах, положило начало масштабным поискам, в которых главную роль играли колоссальные современные базы данных по медицинской генетике. С их помощью появилась принципиальная возможность определить генетическую основу многих заболеваний. А отметив среди невыгодных для здоровья генетических комплексов неандертальские элементы, можно более содержательно оценить роль нашего неандертальского наследия (11). Именно это и было проделано: рассмотрели связь между встречаемостью неандертальских аллелей и широким набором заболеваний.

Сначала установили связь между наиболее частыми неандертальскими однонуклеотидными полиморфизмами (таких нашлось около полутора тысяч) и риском развития пятидесяти самых распространенных патологий. Наиболее значимые результаты получились по депрессии и другим аффективным расстройствам, а также по заболеваниям кожи (кератозы, то есть патологические изменения кожи под действием солнечного излучения). С несколько меньшей достоверностью неандертальские гены влияют на риск ожирения, атеросклероза, инфаркта миокарда, повышенной свертываемости крови и никотиновой зависимости. Все эти влияния не очень сильные: для депрессии, аффективных расстройств и кератозов неандертальские аллели объясняют 1–2 процента риска заболеваний, для остальных расстройств – менее процента. Это влияние слабое, но достоверное, так что можно говорить о негативном влиянии неандертальских генов. Многие из этих генов могли быть полезны нашим палеолитическим предкам, но потом стали вредными в связи с изменением условий жизни. Поэтому неандертальские аллели, оказавшиеся вредными в силу изменений среды или чужого генетического контекста (вид-то совсем другой), постепенно вычищались отбором. В результате неандертальская примесь в геномах европейцев сократилась от исходного уровня около 3 процентов (как это стало известно опять же из прочтения древних геномов) до нынешних 2 процентов.

Однако из того, что большая часть неандертальских генов не пошла на пользу нашим предкам, вовсе не следует, что коренное неандертальское население Западной Евразии не могло передать выходцам из Африки и какие-то полезные гены. В конце концов, неандертальцы сотни тысячелетий жили в этом регионе, который и по климату, и по спектру доступных пищевых ресурсов, и по набору патогенных вирусов, бактерий и прочих паразитов сильно отличался от африканской прародины сапиенсов. Поэтому было бы логично, если бы среди неандертальских генов, пошедших сапиенсам на пользу, нашлись полезные гены, к примеру связанные с иммунной системой, строением кожи (ее пигментацией, чувствительностью к ультрафиолету и т. п.), а также с усвоением различной пищи. О пользе неандертальских аллелей мы пока знаем немного, но польза одной из денисовских вставок недавно была разгадана. Ставший знаменитым древний ген называется EPAS1.

Ген EPAS1 кодирует транскрипционный фактор, который включается при недостатке кислорода. Он регулирует давление в сосудах, развитие и работу сердечной мышцы. У жителей высокогорных районов Тибета, которые испытывают постоянный недостаток кислорода, как выяснилось, работают специфические аллели этого гена. Они обеспечивают усиленную выработку гемоглобина. Очевидно, что увеличенная частота этого аллеля в популяции является адаптацией к высокогорным условиям с пониженным атмосферным давлением и, соответственно, дефицитом кислорода. За пределами Тибета эти специфические “тибетские” аллели чрезвычайно редки: из всей мировой базы данных по современным геномам они встретились только у двух представителей китайских народностей. Но самое интересное, что эти же “тибетские” аллели найдены в ископаемом образце денисовского человека (12). Значит, тибетцы сохранили наследие денисовских людей, доставшееся им от древних метисов, потомков денисовцев и сапиенсов. Как мы теперь знаем, денисовцы в результате этих скрещиваний привнесли заметную долю генетического разнообразия в популяции современных папуасов и чуть меньше – в генофонд китайского населения. В числе этих генов, по-видимому, передался и пригодившийся в хозяйстве аллель устойчивости к дефициту кислорода.

И наконец, завершая круг, вернемся к рождению науки палеогеномики, к египетским мумиям. С мумий начался интерес Сванте Пэабо к человеческой истории, за ними он отправился в Берлин, и так стартовала целая научная область. Забавно, что первая статья Сванте, в которой описывается ДНК мумий, на самом деле содержала ошибки. Прочитанные кусочки генов оказались потом обычными современными загрязнениями. Но те кусочки из мумий заставили молодого ученого поверить в возможность чтения древних геномов. А что же мумии? В “Неандертальце” Сванте пишет, что ДНК мумий из-за особых условий бальзамирования полностью деградирует, связываясь с сахарами (реакция Майяра, вспомним главу 10), так что прочитать ее невозможно. Кроме того, даже если что-то и остается, то разделение древней и современной ДНК технически невыполнимо. Но, как выяснилось, и то и другое препятствие можно преодолеть. Мечту юности Пэабо – прочитать геном мумий – осуществил его ученик Йоханнес Краузе, участвовавший с самого начала в работе с ископаемыми геномами (13).

Его команда с центром в Институте истории человечества в Йене, в Германии, начала с поиска тканей, где ДНК все же сохраняется в достаточном количестве. Они выяснили, что наилучшими хранилищами ДНК мумий являются кости черепа и зубы. Оттуда в принципе выделяются митохондриальные ДНК. Ведь их сравнительно много, так что по количеству они отделяются от посторонних загрязнений. А кроме того, уже опробована и отработана методика выделения древних фрагментов по большому числу замен Ц на Т. То, что в начале чтения древних геномов выглядело как непонятная и весьма досадная помеха, теперь обернулось хорошим методом для распознавания “паспорта” древности. В ходе работ группе Краузе удалось прочитать мтДНК из 90 мумий. А вот ядерный геном очистить от загрязнений гораздо труднее. Из этих 90 образцов только в трех специалистам удалось выделить “родную” ДНК. Все 90 мумий с прочитанным генетическим “паспортом” происходят из единственного захоронения Абусир эль-Мелек, расположенного на юге Египта. С одной стороны, это не очень удобно, так как захоронения представляют жителей одного небольшого района. Но с другой – коллекция датируется очень широким временным диапазоном: от 1300 лет до н. э. до первых веков н. э. Иными словами, можно увидеть генетические изменения в популяции людей, существовавших в одном месте на протяжении полутора тысяч лет. И это прекрасная возможность судить о пришельцах и завоевателях, изменивших облик местного населения.

Краузе с коллегами выяснили, что древние египтяне (абусирцы) на протяжении этого долгого времени не слишком активно скрещивались с пришлыми чужаками, так как их геном оставался весьма стабилен. Они были близки по своей генетической специфике к неолитическим и современным жителям Ближнего Востока и Леванта, а с современными египтянами у них сходства существенно меньше. Судя по некоторым генетическим элементам, у них кожа была светлее, чем у современного населения Египта, а глаза темные; также выявляется непереносимость к молоку. Генотип современных египтян получил заметную африканскую примесь, вероятно, уже после эпохи римского господства. Ученые предполагают, что большую роль в этом могли сыграть развитие работорговли и налаживание торговых связей. Дальнейшие исследования ДНК мумий смогут расширить картину связей фараонов и их подданных, как это хотелось Сванте Пэабо.