Учёные нашли в ДНК современных людей следы продолжающейся эволюции
Человеческая эволюция не закончилась вместе с каменным веком. Естественный отбор продолжает отсеивать опасные мутации прямо сейчас, а следы такого процесса можно найти в геномах живущих людей. Учёные обнаружили 168 генетических вариантов, частота которых меняется между поколениями неслучайным образом. Большинство найденных мутаций связано с заболеваниями и постепенно становится реже. Результаты исследования опубликованы в журнале The American Journal of Human Genetics.
Исследователи изучили данные 72 635 представителей ханьского населения Тайваня в возрасте от 24 до 70 лет. Выборка из Taiwan Biobank охватывала 509 817 генетических вариантов. Вместо поиска конкретных генов, связанных с известными болезнями, авторы сравнили частоту мутаций в разных возрастных группах и проверили, укладываются ли различия в нейтральную модель.
Такой подход позволил взглянуть на возрастные группы как на несколько поколений одной популяции. Если опасный вариант чаще встречается у пожилых участников и реже у молодых, значит, его распространённость могла сокращаться с каждым новым поколением. Учёные скорректировали расчёты с учётом различий в структуре популяции и нашли 168 вариантов, динамику которых нельзя было объяснить случайностью.
У 159 вариантов обнаружились признаки очищающего отбора. Так называют эволюционный процесс, при котором вредные мутации постепенно исчезают из популяции, поскольку снижают вероятность выживания или рождения потомства. Около 90% найденных вариантов встречались крайне редко, с частотой не выше 0,1%. Обычные геномные исследования часто пропускают подобные мутации, поскольку главным образом работают с более распространёнными вариантами.
Семьдесят одна мутация уже внесена в базу ClinVar как патогенная или вероятно патогенная. Найденные варианты связывают с наследственными заболеваниями, раком, нарушениями работы сердца, почек и нервной системы. Результаты показывают, что эволюционный анализ может помочь находить потенциально опасные мутации даже тогда, когда статистики недостаточно для обычного поиска связей между генами и заболеваниями.
Особенно необычная картина сложилась вокруг BRCA1, мутации которого повышают риск рака молочной железы и яичников. Исследователи нашли редкий гаплотип, то есть унаследованный набор вариантов, содержащий 16 изменений, влияющих на структуру белка. Почти все изменения уже считают патогенными. Частота такого набора сокращается, что указывает на очищающий отбор.
Одновременно другой участок рядом с BRCA1 демонстрировал признаки положительного отбора, при котором генетический вариант, наоборот, распространяется благодаря прежнему эволюционному преимуществу. Похожие противоположные процессы затронули BRCA2 и MLH1, также участвующие в восстановлении повреждённой ДНК. Один вариант гена мог повышать риск болезни, а другой помогал носителям выживать в условиях, которые давно изменились.
Сильные эволюционные сигналы также обнаружились в генах ATG9A и FADS2. Варианты этих генов одновременно влияют на состав крови, обмен жиров, плотность костей, работу печени и почек, вероятность диабета и показатели сердечно-сосудистой системы. Воздействуя сразу на несколько функций организма, одна мутация может приносить пользу в одном отношении и повышать риск заболевания в другом.
Около 150 найденных вариантов оказались связаны с характеристиками эритроцитов. У носителей наблюдался увеличенный средний объём красных кровяных клеток и более низкая концентрация гемоглобина внутри них. Авторы предполагают, что подобное сочетание могло сформироваться под давлением малярии, которая в прошлом была распространена на Тайване. Точный механизм пока не установлен, поэтому связь с инфекцией остаётся гипотезой.
Метод нельзя считать прямым наблюдением за эволюцией одних и тех же людей. Учёные сравнивали разные возрастные группы в один период времени, поэтому на результат могли влиять особенности отдельных поколений. Исследование также охватывало одну тайваньскую популяцию, а найденные варианты и их частоты нельзя автоматически переносить на жителей других регионов.
Авторы предлагают применить тот же подход к биобанкам разных стран. Большая часть генетических баз по-прежнему содержит непропорционально много данных о людях европейского происхождения. Анализ разных популяций позволит найти редкие местные мутации, точнее оценивать наследственные риски и одновременно наблюдать, как болезни, питание и древние инфекции продолжают влиять на человеческий геном спустя тысячи лет.