Проверено Эмили Хендерсон, бакалавр наук 19 сентября 2020 г.

Кто мы? Откуда мы пришли? Как мы тут оказались? На протяжении веков люди искали ответы на эти вопросы, стремясь к мудрости через религию, философию и, в конечном итоге, науку. Эволюционный анализ, опубликованный в Genome Biology and Evolution (GBE) позволяет нам заглянуть в зеркало и лучше понять себя как биологический вид, приближая, чем когда-либо, к поиску ответов на эти давние вопросы.

В последнем виртуальном выпуске GBE по генетике человека освещаются некоторые из самых захватывающих исследований, опубликованных в журнале за последние полтора года, и демонстрируется большое разнообразие эволюционных подходов к этому направлению исследований, а также ряд увлекательных идей о наша собственная биология.

Первоначальный проект «Геном человека», на завершение которого потребовалось более десяти лет, обошелся почти в 3 миллиарда долларов и потребовал коллективных усилий сотен ученых. С тех пор успехи в технологии секвенирования привели к бурному росту исследований в области генетики и геномики человека, и на сегодняшний день, по оценкам, секвенировано около миллиона геномов человека

.

Хотя это богатство данных может дать ответ на некоторые из наших самых фундаментальных вопросов, раскрытие его тайн потребовало изобретения новых аналитических и вычислительных методов и интеграции методов и идей из различных биологических наук, включая физиологию, анатомию, медицина, популяционная генетика, биоинформатика, вычислительная, молекулярная и эволюционная биология.

Ключевой областью исследования является определение того, чем люди отличаются от других приматов – другими словами, что делает нас людьми? Несколько исследований, опубликованных за последние 18 месяцев, предполагают, что часть ответа может быть найдена в регуляции транскрипции и изменениях в экспрессии генов.

Edsall et al. (2019) оценили различия в доступности хроматина, который влияет на доступ транскрипционного аппарата к ДНК, у пяти приматов, включая человека. Они обнаружили высокий уровень дифференциации между видами, а также классы сайтов, которые различались в зависимости от выбора, геномного местоположения и специфичности типа клеток.

Более конкретно, Swain-Lenz et al. (2019) обнаружили, что различия в доступности хроматина рядом с генами, участвующими в метаболизме липидов, могут служить механистическим объяснением более высоких уровней жира в организме, наблюдаемых у людей по сравнению с другими приматами. Аракава и др. (2019) показали, что специфическое для человека увеличение транскрипции четырех структурных белковых генов может приводить к морфологическим особенностям, характерным для человеческой кожи, включая увеличение толщины и прочности по сравнению с кожей других приматов.

Наконец, каталог белков, участвующих в регуляции транскрипции, проведенный Пердомо-Сабогалом и Новиком (2019), показал, что определенные типы факторов транскрипции связаны с генами при положительном отборе, включая те, которые связаны с шизофренией, развитием глаз и фертильностью у людей. .

Еще одна интересная область – роль мутации в формировании генома человека и нашей эволюционной истории. Например, ведутся серьезные споры о том, какая часть генома человека подлежит естественному отбору. Утверждалось, что эта доля не может быть слишком большой, иначе люди будут терять физическую форму из-за ряда вредных мутаций. Однако Galeota-Sprung et al. (2020) опровергли этот аргумент, показав, что мутационная нагрузка будет терпимой, даже если большая часть генома человека подвергнется селекции.

Дополнительный анализ Castellano et al. (2020) показали, как скорость рекомбинации, плотность генов и скорость мутаций взаимодействуют, формируя паттерны разнообразия ДНК у людей и других близкородственных гоминин. Исследование Prendergast et al. (2019) далее раскрыли уникальные предубеждения в мутациях, которые происходят в соседних нуклеотидных участках у людей, предположив существование различных эволюционных сил, действующих на таких участках, и выявили различия в этих силах в разных популяциях людей.

Особенно интересная тема в этой области связана с исследованием генетических различий между человеческими популяциями и их связи с естественной историей этих групп. Например, Harris et al. (2019) обнаружили, что предки коренных американцев несли наследственную, а не производную версию древнего полиморфизма, предшествовавшего расколу с неандертальцами. Этот полиморфизм охватывает гены десатуразы жирных кислот, и, таким образом, люди с коренным американским происхождением могут подвергаться риску низкого уровня питательных веществ, полученных из пищевых жирных кислот омега-3 и омега-6.

Jonnalagadda et al. (2019) идентифицировали ряд аллелей, связанных с цветом радужной оболочки и пигментацией кожи у жителей Южной Азии, в то время как Vicuña et al. (2019) обнаружили генетические варианты, которые, возможно, помогли предкам коренных американцев Анд, жившим в пустыне Атакама на севере Чили, адаптироваться к высоким уровням мышьяка в воде. Анализ другой обитающей в пустыне популяции, проведенный Eaaswarkhanth et al. (2020) показали доказательства положительного отбора области генома, охватывающей ген TNKS, у кувейтцев. Поскольку этот ген влияет на метаболические характеристики и риск гипертонии, отбор по этому гаплотипу мог дать преимущество кувейтским предкам, жившим в пустыне Аравийского полуострова, но имеет последствия для здоровья их современных потомков.

В самом деле, как показали эти исследования, одним из величайших потенциальных преимуществ этого направления исследований является выявление новых знаний, которые формируют наше понимание здоровья и болезней человека. Reher et al. (2019) обнаружили, что гены основного комплекса гистосовместимости, который помогает иммунной системе распознавать чужеродные вещества, сохраняют более высокий уровень разнообразия, чем другие гены. Это было верно как для архаичных, так и для современных людей, хотя архаичные люди и неандертальцы имели более низкий уровень генетического разнообразия по сравнению с современными людьми.

Лин и Гоккумен (2019) охарактеризовали мелкомасштабные структурные вариации в геноме человека и выявили горячие точки, которые были связаны как с адаптивными, так и с биомедицинскими вариантами. Например, они выявили горячие точки, связанные с кластерами генов альфа- и бета-гемоглобина, а также с идиопатическим низким ростом. Наконец, исследование Liu et al. (2019) образцов, взятых из одной опухоли у пациента с гепатоцеллюлярной карциномой, показали, что митохондриальный геном эволюционировал нейтрально, предоставив доказательства, опровергающие гипотезу о том, что отбор действует на митохондриальную ДНК, способствуя развитию опухоли.

Вместе эта подборка рукописей освещает некоторые из последних открытий и новых подходов в изучении генетики человека, области, которая обещает помочь определить, кто мы как вид, и раскрыть тайны миграции и адаптации человека, которые в противном случае могут были потеряны для истории человечества.