ГЕНЫ ДАЛЕКИХ ПРЕДКОВ

Познание молекулярно-генетических механизмов живого организма раскрывает причины, вызывающие нарушения здоровья человека, приоткрывает страницы истории развития человечества. Лаборатория молекулярных основ генетики животных Института цитологии и генетики СО РАН как раз и занимается этим направлением науки.

Людмила Юдина, «НВС»

Заведующая лабораторией, кандидат биологических наук Аида РОМАЩЕНКО, чей трудовой стаж в ИЦиГ приближается к сорока годам, не особенно приветствует непрофессиональные беседы на популярную молекулярно-генетическую тему и уж совсем не любит загодя говорить об ожидаемых результатах, предвосхищать события. Но иной раз под напором обстоятельств идет на уступки.

Во вступительной части нашей беседы Аида Герасимовна настоятельно рекомендовала прежде всего встретиться и поговорить с сотрудником лаборатории Виктором Кобзевым, который был среди тех, кто закладывал фундамент для столь широко развернувшихся ныне молекулярно-эпидемиологических исследований. Лет двадцать тому назад именно он и еще несколько сотрудников под руководством хорошо известного в Сибирском отделении исследователя Владимира Кумарева, опередив время, первыми в стране начали работы по химическому синтезу ДНК — перебирали методы, подбирали подходы, экспериментировали. Не всегда их пионерские начинания встречали абсолютную поддержку. И тем не менее, эти молодые ученые сумели довести синтез олигонуклеотидов до автоматического режима, открыв зеленую улицу многим областям молекулярно-генетических исследований.

Сегодня вся молекулярная эпидемиология, все работы по медицинской генетике берут свое начало от тех достижений. И лаборатория, о которой идет речь, не смогла бы развернуть эпидемиологические исследования такого масштаба, если бы Виктор Кобзев с коллегами не осуществлял синтез олигонуклеотидов (праймеров) в требуемом объеме. Аида Герасимовна снова подчеркивает, что только с приходом в коллектив Виктора Федоровича лаборатория вышла на новый уровень исследований, новые темы и проекты.

Пятнадцать лет коллектив лаборатории в содружестве с коллегами из других институтов занимается выяснением закономерностей структурнофункциональной организации ДНК в генах животных и человека, особенностей ее вариабельности в различных этнических группах Сибири, влияния генетической изменчивости на проявление фенотипических признаков, в том числе и патологических. Результаты исследований опубликованы во многих отечественных и зарубежных журналах.

— Аида Герасимовна, давайте прежде всего обратимся к медицине. Что удалось предложить, чтобы человек меньше болел, страдал, быстрее выздоравливал?

— Наш институт работает в этом направлении совместно с НИИ терапии СО РАМН, которым руководит член-корреспондент Михаил Воевода. Нами исследуется частотное распределение мутаций (полиморфизмов) тех генов, которые ответственны за наследственные заболевания, а также осуществляется поиск генетических маркеров к так называемым мультифакториальным заболеваниям: сердечно-сосудистым, онкологическим и т.д.

Что касается сердечно-сосудистых заболеваний, должна сказать, что изучена вариабельность большого числа генов — кандидатов атеросклероза и инфаркта миокарда. Отобраны наиболее связанные с данными заболеваниями генетические маркеры. Впервые продемонстрирована связь инфаркта миокарда с полиморфизмом одного из генов, который можно рассматривать в качестве нового генетического маркера предрасположенности к данному заболеванию.

Для многих из изученных полиморфизмов разработаны оригинальные упрощенные тест-системы, пригодные для использования в лечебно-профилактических учреждениях.

— Означает ли это, что данные сведения помогут избежать инфаркта?

— Если бы все было так просто! Но стало возможным выделить людей, которые в силу своей генетической предрасположенности с большей вероятностью могут заболеть при воздействии соответствующих внешних факторов.

— Могут, как я понимаю, не означает, что заболеют. В то же время бывает, что и с человеком, который вроде бы соблюдает все предосторожности, случается беда…

— Потому не следует спешить с предложениями и рекомендациями, пока вопрос не проработан до самого основания. Ведь больной человек жадно воспринимает любую информацию, касающуюся его самочувствия. Мы, исследователи, должны выдавать достоверные и однозначные в интерпретации сведения.

Пока не выяснена природа внешних факторов, вызывающих инфаркт миокарда, и не завершен исследовательский процесс, нельзя никого обнадеживать! Проблема из сложнейших! Идет поиск модели, на которой можно было бы проверять все аспекты развития патологии.

Хотя замечу, что даже в более простых с позиций медицинской генетики случаях, а именно, при изучении механизмов наследственных заболеваний, оказываются труднообъяснимыми наблюдаемые у пациентов патологические проявления. В нашей лаборатории Светлана Михайлова занимается изучением молекулярных основ одного из наиболее распространенных наследственных заболеваний — гемохроматоза. В основе этого патологического процесса лежит нерегулируемое накопление железа в тканях человека, особенно в печени. Болезнь сопровождается артритами, поражениями печени, миокарда, сахарным диабетом, а в финальной стадии — циррозом и раком печени. Патологию можно предотвратить кровопусканием, поэтому современная диагностика позволяет не допускать ее развитие. В проявлении этого сложного патологического процесса повинен один ген — HFE, и даже не сам ген, а мутация в определенной позиции гена, которая обуславливает изменение аминокислоты в белке, кодируемом этим геном. Белок HFE выполняет регуляторные функции в метаболизме железа. А железо, как известно, обеспечивает течение всех окислительно-восстановительных процессов, всю энергетику организма. Накоплен очень ценный материал. Готовится к защите диссертация.

Почему с позиций генетики эта патология считается более простой? Казалось бы один ген — один белок. Если молекулярные функции белка известны, то можно уяснить последствия, к которым приводят изменения в белке за счет мутаций. Однако ген HFE кодирует не один вариант белка, а несколько его структурных изоформ, причем функции их могут существенно отличаться. Следовательно, необходимо учитывать не одни мажорные мутации, а набор полиморфизмов, особенно тех, которые могут влиять на альтернативный сплайсинг, обуславливающий синтез той или иной изоформы белка.

— Аида Герасимовна, известно, что лаборатория ведет работу с археологами. Вы помогаете определить, какими они были, наши далекие предки, как складывались их судьбы, близки ли они нам. Наверное, требуются почти невероятные усилия, чтобы заглянуть в далекое прошлое, сквозь тысячи лет?

— Современные методы молекулярной генетики позволяют получать генотипические характеристики ДНК представителей разных исторических эпох. По плоскогорью Укок, где археологи Н. Полосьмак и В. Молодин нашли уникальные памятники пазырыкской культуры, мы выполнили всю генетическую часть работы. В монографии, посвященной исследованиям в данном районе, есть наша глава «Палеогенетические исследования носителей культуры раннего железного века Горного Алтая (плоскогорье Укок)».

Успехи в данной области всецело зависели от разработки метода концентрирования необходимых для молекулярно-генетического анализа фрагментов ДНК из костной ткани древних останков. Метод был разработан благодаря профессиональному мастерству, упорству и терпению двух сотрудников — Игоря Куликова и Марины Нефедовой.

— Трудно представить, как может что-то живое сохраниться под действием многовековых превращений?

— Нам очень повезло в самом начале работы с археологами. Были обнаружены хорошо сохранившиеся мягкие ткани древних останков пазырыкцев в ледяных линзах. Мы извлекли ДНК и провели затем все положенные манипуляции и молекулярно-генетический анализ.

Но вот когда дело дошло до костей, а это основной добываемый археологами научный материал, проблем и трудностей заметно прибавилось. ДНК в костях сохранена в небольших количествах и деградированном состоянии, встречаются порой только небольшие по размеру фрагменты ДНК. Много лет ушло на разработку уникального метода и технологического процесса выделения ДНК из древних костей — приходилось «перерабатывать» большие объемы исходного материала, чтобы набрать необходимое количество ДНК. Притом, надо учитывать, что каждый из археологических образцов уникален.

— Все же, что удалось извлечь из костей?

— Порядка двух-трех десятков образцов ДНК. ДНК «Чича-1» имеет возраст 800 лет до н.э. Студент V курса ФЕН НГУ  А. Пилипенко (на снимке) исследует ДНК кротовской культуры из могильника II тыс. до н.э. в Барабинской лесостепи.

Анализ проводится по митохондриальной ДНК, в основном по контрольному району. При необходимости, когда следует уточнить гаплогруппу исследуемого, анализу подвергаем и другие участки митохондриального генома. Совершенно точно определяем расу, пол предков. Археологами поставлена задача научиться устанавливать степень родства между погребенными.

— С большими сложностями приходится сталкиваться при решении той или иной задачи?

— Обстоятельств, осложняющих работу, более чем достаточно! Во-первых, разная степень сохранности ДНК в останках. К тому же, мы получаем образцы, пролежавшие в земле тысячи и тысячи лет — в биологических препаратах наличествуют органические и неорганические примеси, загрязняющие анализируемую ДНК.

В настоящее время активно развивается еще одно направление — этногеномика. Это наука, которая изучает структуру генофондов отдельных этнических групп планеты. Получаемая информация важна для правильной интерпретации результатов исследований, связанных с медицинской генетикой и палеогенетикой. В настоящее время молекулярно-генетическому анализу подвергнуто примерно 20 генов, которые прямо или косвенно имеют отношение к воспалительным, инфекционным заболеваниям. Опубликовано несколько статей по этой проблеме.

Одно совершенно ясно — структура генофондов этнических групп Сибири характеризуется явным своеобразием распределения вариантов этих генов.

Своеобразие структурных вариантов особо отчетливо просматривается на финно-угорской группе народов Западной Сибири. Этнографы спорят — существует ли уральская южно-сибирская раса. Предполагаю, что решающими в этом споре станут аргументы генетиков. На основании сделанных выводов можно отследить маршруты заселения, волны, увидеть где, как и на каком этапе происходило перекрещивание. Статьи на обозначенную тему можно прочесть в монографии «Генофонд Западной Сибири».

— Аида Герасимовна, а что все-таки подвигнуло вас обратиться к «экспонатам древности», и как давно вы сотрудничаете с археологами?

— Начали в 1994 году. Заслуга полностью принадлежит М. Воеводе — он тогда работал в лаборатории, занимался анализом структуры митохондриальной ДНК. Этой проблемой он начал увлекаться еще в 1988 году, в эру, когда «амплификация» ДНК не была распространена, и анализ митохондриальной ДНК проводился с препаратами, очищенными ультрацентрифугированием. Бывший сотрудник нашей лаборатории Сергей Иванов к тому моменту разработал упрощенный метод выделения экстрахромосомной ДНК, не требующий больших затрат времени, чем способствовал началу массового анализа митохондриальной ДНК. Впоследствии в лаборатории побывал проф. Шилдс, который занимался близкой тематикой — анализом митохондриальной ДНК чукчей и эскимосов. К концу визита мы все ему так понравились, что он подарил нам амплификатор, который Воевода потом привез с Аляски. Так в институте появился первый прибор для ПЦР-реакции. Он и поныне работает.

— Можно в ближайшее время ожидать новых любопытных открытий?

— Вы могли заметить, что человек я осторожный и не особенно люблю выдавать авансы, прогнозировать, не имея для того достаточных оснований. Меня, например, очень беспокоит то обстоятельство, что прикладным аспектам медицинской генетики сейчас уделяют больше внимания, надеясь на быстрый практический выход, а фундаментальные основы координированной регуляции генов, участвующих в реализации количественных признаков, в том числе патологических, пока не известны. Это равносильно тому, что телегу поставили впереди лошади. Поясню.

Да, расшифрован геном человека и уже многих других видов животных и растений — проделана огромная, бесценная работа. Но ведь пока никто, подчеркиваю, никто не знает, как в полной мере регулируется хотя бы один ген. Ген не функционирует сам по себе. Продукт гена — белок, должен находиться в определенном качественном и количественном соотношении с другими белками в соответствии с программой генома, реализуемой для конкретного типа соматической клетки. Слаженность работы различных типов клеток обеспечивает функционирование всего живого организма! Генов — 40 тысяч. Да еще структурные вариации. Грандиозность проблемы очевидна!

— Главная задача лаборатории на сегодня?

— Она остается прежней — фундаментальные исследования. Хотя должна заметить, не менее важной считается другая — зарабатывание и добывание денег, чтобы была возможность вести эти самые фундаментальные исследования, поддержать сотрудников материально. Значит, участие в проектах, программах, борьба за гранты и т.п. — ситуация, знакомая каждому исследователю. И это бы еще ничего. Но потом приходится изводить горы бумаг, тратить массу времени, чтобы доказывать, что не зря получили финансы, не потратили их на личные нужды.

Знаете, если бы не «литературное творчество», не обязанности, которые, вполне естественно, возлагаются на завлаба, давно бы завершила работу над механизмами регуляции генов тРНК, повторов и т.д.

— Аида Герасимовна, делаю вывод, что, вооружившись современными молекулярно-генетическими методами, исследователи смогут много полезного сделать для человека сегодняшнего и узнать, каким он был, человек из прошлого?

— Более того, воссоздать некоторые исторические факты.

Фото Владимира Новикова

стр. 6