Život bez izbora: dobro ili opasnost?

Život bez izbora: dobro ili opasnost?

Alexey Kondrashov, Nadezhda Markina
"Trinity Option" br. 23 (117), 20. studenog 2012. godine

Alexey Kondrashov

Osoba u civiliziranom društvu sve više i više društveno i sve manje i manje biološki. Uspješno nadvladava ograničenja koja mu je priroda nametnula: živi u bilo kojoj klimi, gospodari novim izvorima hrane, naučio se boriti protiv zaraznih bolesti. Mnogi čimbenici koji su prethodno morali ubiti čovjeka, sada su prestali biti kobni za njega. Liječnici su naučili kako se brinuti za prerano i slabo novorođenče; cijepljenje štiti od opasnih infekcija, au slučaju infekcije s borbom protiv infekcije antibiotici; društvo se brine za bolesne i osobe s invaliditetom. Iako sve to funkcionira nesavršeno, civilizacija je radikalno poboljšala biološku kondiciju osobe – njegov opstanak u okolišu. Ali čovjek ne može pobjeći od svoje genetike i ne možemo mijenjati procese koji se događaju u tim uvjetima. Da bismo razumjeli što se danas događa s čovjekom i što nas čeka u budućnosti, pokušali smo uz pomoć evolucijskog biologa, doktora bioloških znanosti Alexey Kondrashov, profesor na Sveučilištu u Michiganu i Bioengineering i Bioinformatika fakulteta Sveučilišta u Moskvi, koji je održao javno predavanje na All-Russian Science Festivalu 2012. godine.

U smislu evolucijske biologije, prirodna selekcija ima sve manje i manje utjecaja na suvremenog čovjeka, tj. Takvu silu koja uklanja manje prilagođene pojedince iz populacije, ostavljajući ih više prikladnim, budući da potonje ostavljaju više potomaka. "Postoji izbor pozitivnih i negativnih– objašnjava Alexey Kondrashov. – Pozitivan odabir favorizira neke nove korisne osobine. Na primjer, svatko u populaciji bio je bijeli, a pojavio se crni mutant, ova se osobina pokazala korisnom, a nakon nekog vremena potomci tog crnog mutanta mogli su poplaviti čitavu populaciju. Negativan odabir, naprotiv, favorizira stare i zajedničke karakteristike. Sve bijele i bijele da bi bile dobre, ali došlo je do mutacije, pojavio se crn, a crna je loša. Sukladno tome, potomci tog mutanta neće preživjeti, a "crni" gen će leti iz populacije. Darwin je uglavnom bio zainteresiran za evoluciju, tj. Spore promjene, a on je uglavnom mislio i pisao o pozitivnom izboru.A o mnogim negativnim idejama, Ivan Ivanovich Schmalhausen mnogo je mislio."To je selekcija koja je oslabljena u suvremenom čovjeku – nepovoljni geni iz populacije ne lete, već se akumuliraju. Na razini općeg koncepta to je postalo jasno dugo, ali posljednjih godina, zahvaljujući razvoju suvremenih metoda istraživanja, pojavili su se podaci koji omogućuju kvantitativnu procjenu tog procesa.

Pogreške u biomolekularnom stroju

Mutacije se stalno pojavljuju u našim promjenama DNA. Zbog toga nisu nužni niti izlaganja zračenju ni kemijskih mutagena – proces se odvija spontano. "Kao što je rekao Buddha, sve što je sastavljeno od dijelova je uništeno, kaže Kondrashov, "Prije nego što je otišao u nirvanu, on je okupio učenike i govorio ove četiri riječi. Primijenjen na biološke molekule, Buddha je bio posve u pravu, doista, oni su sastavljeni od dijelova i mogu se srušiti. A proces mutacije je manifestacija sklonosti čitavog materijalnog svijeta kaosu."Mutacije su neizbježne jer je DNK vrlo duga molekula (ukupna dužina svih genomskih molekula u ljudskoj stanici je oko jedan metar) jedan nukleotid debeo – naravno, ne može biti savršen.

Postoje tri glavna izvora mutacija. Prva su pogreške koje se javljaju tijekom repliciranja – udvostručenje DNA molekule. Glavni glumac u ovom procesu je enzim DNA polimeraze. Nakon što se dvostruka spirala DNA raspadne u dva odvojena niza, DNA polimeraza ide duž svakog lanca i skuplja par s njom koristeći stari lanac kao matricu. To jest, ako vidi slovo A (adenin) na staroj niti, onda prida slovo T (timim) na novu nit. "Ali u jednom slučaju od 100 tisuća, umetno je pogrešno pismo, – objašnjava Alexey Kondrashov. – I najzanimljivije je što nakon što doda pismo, odmah ga pokušava skinuti. Rezultat toga je da se slovo pogrešno pridružuje s vjerojatnošću od oko 10-5i ako je slovo pogrešno pričvršćeno, tada se neće ni skinuti, s vjerojatnošću od 10-5, Tako je vjerojatnost mutacije oko 10-10 pismo za ponavljanje. Pokušajte upisivati ​​i slažete se da DNA polimeraza radi dobro.“.

Međutim, pojavljuju se pogreške replikacije uz vjerojatnost od 1010 pismo je glavni izvor mutacija. Drugi izvor mutacija je pogreške popravka DNA.Popravak je popravak štete, a šteta je ono što razbija kemijsku strukturu molekule, tako da se DNA pogoršava. Razgovaramo, na primjer, o razbijanju jedne ili obje niti, povezivanje niti ne slabih vodikovih veza, već kovalentnim vezama, tako da se ne mogu razilaziti itd. "U svakoj ljudskoj stanici dnevno se javljaju nekoliko stotina tisuća spontanih ozljeda, kaže Kondrashov. – I moraju se popraviti jer inače stanica će umrijeti. A ako dođe do neke vrste pogreške kao rezultat popravka, ona će također biti i mutacija"Treći izvor mutacija je pogreška tijekom rekombinacije tijekom meioza – smanjenje stanične diobe koja dovodi do stvaranja diploidnih stanica s dvostrukim skupom kromosoma, haploidom, s jednim skupom kromosoma. Ovo je nužan stupanj sazrijevanja zametnih stanica, a za vrijeme rekombinacije kada se razmijeni kromosomi u komadićima – mogu se pojaviti pogreške.

Što i koliko

99% mutacija su nukleotidne supstitucije, kaže Alexey Kondrashov, na primjer, kada se citozin (C) mijenja u guaninu (G). To je izvor jednog nukleotidnog polimorfizma (polimorfizam jednog nukleotidaSNP). Pored toga, mogu biti kratki prekidi nekoliko slova ili, obrnuto, kratki umetci jednog ili dva ili tri nukleotida.Rjeđe se pojavljuju veliki događaji – pad ili umetanje od 100 ili više, ponekad do milijun nukleotida, ili okretanje dijela DNK kroz 180 °. Potrebno je razumjeti da su mutacije daleko od uvijek lošeg. To je izvor genetske varijacije, a bez mutacija ne bi bilo evolucije, zbog čega se pojavila sva različitost živog svijeta.

S pojavom metoda sekvenciranja, trošak određivanja slijeda nukleotida u punom genomu radikalno je smanjen. Bilo je i novih mogućnosti za kvantificiranje brzine pojave mutacija. Ako se ranije, kao što se sjeća Kondrashov, morao provesti nekoliko godina na mukotrpnom proučavanju krila Drosophila i odabirom mutanata, sada je moguće slijediti genotipove mame, tate i mame-kćeri za 300 dolara i usporediti ih. Kao rezultat toga, naći će se sve nove mutacije koje su se dogodile tijekom promjene generacije, što znači da su se pojavile u roditeljskim genitalnim stanicama. Što se tiče ljudi, stopa mutacija u ljudskom genomu, kako su znanstvenici izračunali, iznosi oko 10-8 po generaciji po nukleotidu.

Zamke u genomu

Svi se ljudi međusobno razlikuju u različitim vanjskim i unutarnjim značajkama. I genetski se dvije osobe razlikuju po jednom pismu genetskog koda za svakih 1000 nukleotida. Jedna razlika po 1000 nije mnogo, s obzirom da, na primjer, voćne mušice imaju jednu razliku po 100, a šizofil u gljivi – jedna razlika po 10, a to je sada apsolutni rekord genetske raznolikosti. Ipak, puno znači da između dvije ljudske osobe postoji 35 milijuna kratkih razlika, zamjena jednog slova. Ali budući da je svaka aminokiselina kodira tri nukleotida (triplet ili kodon), nisu sve nukleotidne supstitucije u DNK dovele do zamjene aminokiseline u proteinu, već samo tzv. Ne-sinonim. I takve ne-sinonimne supstitucije, što dovodi do promjene molekule proteina, svaka osoba u proteinima koji kodiraju gene oko 10 tisuća. Oko 10% njih nije beskorisno, već štetno, što smanjuje kondiciju. Među njima su smrtonosni. Biolozi su otkrili da i Drosophila i kralježnjaci imaju prosječno jednu ili dvije letalne mutacije po genotipu. Organizam ne umire jer su ove mutacije u heterozigotnom stanju, tj.mutantni gen dupliciran je normalnim genom na uparenom kromosomu. Osim toga, ljudski genotip u prosjeku nosi oko 100 velikih taloženja i umetanja u DNK, čija je ukupna duljina oko 3 milijuna nukleotida. Genotip Nobelovog laureata, koautor DNK dvostruke helix-modela Jamesa Watsona, kako se ispostavilo tijekom njegova sekvenciranja, nosi uobičajeni broj slabo štetnih mutacija i 12 snažno štetnih mutacija koje se skrivaju iza normalnih gena u heterozigotnom stanju. Očito, oni nisu utjecali na fitnes i uspjeh Jamesa Watsona. No, ako ima više štetnih mutacija i neće ih se očistiti odabirom, ravnoteža će se slomiti, a fitnus u ljudskoj populaciji neizbježno će se smanjiti.

Kao što je Alexey Kondrashov istaknuo, Darwin je shvatio taj problem koji je napisao: "U divljini, oni koji su slabi, bilo u tijelu ili umu, brzo umiru. A oni koji preživljavaju obično pokazuju moćno zdravlje. A mi, civilizirani ljudi, činimo sve da spriječimo ovaj proces eliminacije: stvaramo skloništa za mentalno retardirane, osobe s invaliditetom i bolesne, donosimo zakone koji podupiru siromašne, a naši liječnici pokušavaju najbolje izbaviti život svake osobe na posljednju priliku.Postoji razlog za vjerovanje da je cijepljenje spasilo stotine života koji bi inače umrli od boginja. Stoga se čak i slabi članovi civiliziranih društava i dalje množe. Svatko zainteresiran za uzgoj kućnih ljubimaca neće sumnjati da je iznimno štetno za ljudsku populaciju.“.

Model čovječanstva na muhe

Zanimljivo je da se u eksperimentu može potvrditi. Takav eksperiment – isključujući selekciju – Kondrashov i njegovi kolege postavili su prije 15 godina. Modeliraju životne uvjete moderne osobe na drosophilnim mušicama. Parovi mušica – muški i ženski – stavljeni su u odvojene "stanove" – ​​epruvete, gdje se nisu natjecali za hranu s drugim mušicama, kao što se događa s "komunalnim" preseljavanjem. Parovi su imali potomstvo, a biolozi su ograničili broj jajašaca kako bi uklonili konkurenciju između ličinki. Od svake "obitelji" mušica, mladi muškarci i žene su uzeti, mješoviti i pomiješani u novim "zasebnim apartmanima". Izuzimanje izbora izraženo je u nedostatku konkurencije i činjenicom da je svaki par, bez obzira na genotip, donio isti broj potomaka. I tako za 30 generacija.Svakih 10 generacija znanstvenici su procijenili sposobnost ličinki – njihovu konkurentnost za hranu u otežanim uvjetima. Rezultat – tijekom eksperimenta (više od 30 generacija), larvivost je više nego udvostručena. I u jednoj generaciji, istraživači su izračunali, pao je za 2%. Alexey Kondrashov vjeruje da bi se u prirodi smanjio čak i više nego u laboratoriju. "Želio bih ponoviti ovaj eksperiment i protezati ga za najmanje 100 generacija, jer postoji hipoteza da će nakon 100 generacija sve muhe umrijeti“.

Nadamo se da će u skoroj budućnosti znanstvenici moći izravno vidjeti što se događa s ljudskim genomom. Kad se dovrši projekt "1000 genoma", imat će u potpunosti 1000 sekvenci pojedinih genoma (genotipova), što se može usporediti s mutacijama. A za deset godina ovi genomi će biti već milijun. "Negativna selekcija distribuira se za više redova veličine više nego pozitivno. Dakle, zaključak da nakon nekog vremena, zbog pozitivnog odabira, imamo ogromnu glavu i male ruke, a svi ćemo biti pametni, itd., Sve je u pitanju znanstvene fantastike", Kaže Alexey Kondrashov, ali ono što će se dogoditi našem zdravlju pitanje je, no za deset godina bit će moguće odgovoriti više ili manje točno, jer možemo kvantificirati promjene koje se događaju u ljudskoj populaciji.

O rizicima kasnog očinstva

Ponavljamo da je stopa mutacija u jednoj osobi, kako je izračunata genetikom, oko 10-8 po generaciji po nukleotidu. No, zanimljivo je da muškarci i žene čine različite doprinose mutacijama svoje djece. Naime, dijete dobiva nekoliko puta više mutacija od oca nego od majke. Prvi koji je pokazao tu razliku bio je engleski genetičar John Burdon Sanderson Huldain (John Burdon sanderson haldane), jedan od stvoritelja sintetičke teorije evolucije. Istraživao je genetiku hemofilije – nasljedne bolesti, izražene u koagulaciji krvi. Poznato je da je gen odgovoran za hemofiliju na X kromosomu. Stoga, žene koje nose defektni X kromosom u ovom genu ne pate od hemofilije, jer ih nadoknađuju s normalnim genom na parcijalnom X kromosomu, no njihovi X kromosomi prenose se zajedno s bolesti sinovima. Ali pitanje je gdje nastaje ta mutacija,u ženskim ili muškim spolnim stanicama? Haldane je promatrao obje varijante i, uspoređujući njihovu vjerojatnost, došao je do zaključka da se većina mutacija u hemofiliji javlja kod muških zametnih stanica. Ženski nosač prima ovu mutaciju od svog oca i prenosi ga svome sinu, koji postaje bolestan.

Kasnije, istraživači su analizirali nekoliko nasljednih bolesti povezanih s X-kromosomskim genima, kao što je višestruka endokrinska neoplazija, acrocephalosindactyly. I ispostavilo se da se u većini slučajeva mutacija prvo pojavljuje u muškom X kromosomu. Kao što piše James Crow (James F. Crow, članak u PNAS, 1997), u višim primatima, uključujući ljude, prosječno je pet puta više muških mutacija nego muških mutacija.

Razlozi ove nejednakosti su da se muške i ženske zametne stanice formiraju drugačije. Prethodnici jaja prolaze uobičajenu podjelu stanica (mitoza) samo u embrionalnom razdoblju. Djevojka se rađa s gotovim skupom nezrelih jajnih stanica (oocita iz prvog reda), koji na početku puberteta naizmjenično ulaze u redukcijsku podjelu, meiozu i oblikuju jaja (oociti drugog reda).Predmeti spermatozoida – spermatogonija – aktivno se mitotički dijele u testisima od puberteta do starosti. Kao posljedica toga, jaje prolazi kroz 25 mitoze, koje su kulminirale mejiozom, a broj mitoze kroz koje sperma prolazi prije meioze ovisi o dobi muškarca: ako je 18, to je oko 100 mitoza, a ako je 50, onda oko 800 mitoza. Što više stanica podjele, više DNA replikacije, više mutacija.

Iz toga slijedi da broj mutacija koje dijete prima od oca u velikoj je mjeri pod utjecajem dobi njegova oca. Ovaj zaključak nije nov. Kao što je objašnjavao Alexey Kondrashov, Wilhelm Weinberg je prvi put došao k njemu (Wilhelm weinberg), njemački liječnik, jedan od otkrića osnovnog zakona genetike populacije (Hardy-Weinbergov zakon). Ali sada ovaj uzorak može se potvrditi izravnim istraživanjem, budući da je postalo moguće sekvencionirati genom i brojati broj mutacija. U kolovozu 2012 priroda objavili su članak islandskih znanstvenika (prvi autor – Augustin Kong (Augustine Kong)), koji opisuje rezultate analize pune genoma od 78 obitelji. Svaka je obitelj sekvencirala genom oca, majke i djeteta. A, uspoređujući ih među sobom, izračunali su koliko novih mutacija koje je dijete steklo.Pokazalo se da dijete dobiva prosječno 15 mutacija od majke, bez obzira na njezinu dob. I od oca – ovisno o dobi: ako je otac 20 godina – 25 mutacija, ako 40 godina – 65, a ako 50 godina – 85 mutacija. To jest, svake godine života oca dodaju dvije nove mutacije djetetu. Zaključak autora djela: muškarci koji odgađaju rođenje djeteta u kasno doba trebali bi razmotriti njihove životne planove. I upravo sada u svijetu postoji tendencija kasnijeg očinstva. Ako je 2004. godine prosječna starost očeva bila 35 godina, u 2007. godini već je dosegla 40 godina. Gotovo svaki deseti novorođenče ima više od 50 godina.

Više mutacija, više štetnih među njima, povezana s bolestima. U nekoliko je istraživanja dobiveno podatak da je kasnije očinstvo prijetilo djetetu s rizikom od neuroloških i mentalnih bolesti. Dakle, prema podacima dobivenim u Institutu za istraživanje mozga u Queenslandu, djeca pedesetogodišnjih očeva dvostruko su vjerojatnije patiti od shizofrenije i autizma od djece dvadesetogodišnjih očeva. U pokusu na miševima, znanstvenici su pokazali da su potomci starih mužjaka mutirali gene koji su povezani s shizofrenijom i autizmom kod ljudi. Prema istražiteljima Sveučilišta Tel Aviv, očevi u dobi od 55 i više godina imaju pet puta veću vjerojatnost da imaju dijete s Downovim sindromom,rizik od maničko-depresivne psihoze kod djeteta povećava se za 37%, a svaka sljedeća 10 godina rizik od shizofrenije kod djeteta povećava se za 30%. U radu objavljenom prije tri godine u Zagrebu priroda, prikazuje grafove kognitivnog učinka djeteta protiv dobi roditelja. Ispada da je premlada majka nepoželjna za dijete inteligencija – do 20 godina, a kasnije u njezinu doba praktički ne utječe na tu razinu. No, s dobi oca, kognitivne performanse djeteta padaju: ako je otac 60 godina, onda je očekivani mentalni razvoj djeteta 5% niži od 20-godišnjeg oca. Rezultati se mogu pouzdati, jer se dobivaju na vrlo velikom uzorku – više od 30 tisuća djece. Stariji otac daje djetetu 60 dodatnih mutacija, u usporedbi s mladima, navodi Kondrashov. I smanjuje intelektualne sposobnosti za oko 5%. Čini se da je malo, ali za stanovništvo u cjelini, zajednički manji nedostaci su mnogo gori od velikih, ali rijetkih nedostataka. Gotovo da nema izbora protiv slabih mutacija kod ljudi, oni sigurno ne utječu na broj djece. I kao rezultat, akumuliraju se u populaciji.

Postavlja se pitanje: što je s Downovim sindromom – posljedicom dodatni kromosom – čija vjerojatnost, kako znamo, raste s dobi majke? Očigledno, to je zbog toga što dolazi do kromosomske nesposobnosti tijekom zadnje podjele mejoze, odgovara Aleksej Kondrašov. Sjetite se da se ta podjela događa već u odraslom tijelu žene. Ali to se može dogoditi u spermi, a činjenica je da određena količina Downovih sindroma ne proizlazi iz majke, već od oca: "Nedavno objavljeni članak preuzeo je 90 pojedinačnih spermatozoida i njihovo sekvenciranje, od kojih su dvojica pokazala aneuploidu – nosili su dodatni kromosom. Sve se ovo događa cijelo vrijeme, samo to ne vidimo jer obično ove spermijske stanice umiru u ranim fazama."

Pa što da radim?

Kako se nositi s ovim problemom je teško pitanje, prvenstveno zato što utječe na etička pitanja. "U osnovi ne želim dati nikakve preporuke, jer u etičkim pitanjima znanstvenici nemaju nikakvih posebnih znanja – kaže profesor Kondrashov. – Znam činjenice, i ono što je dobro, što je loše, znam ili ne znam baš kao i svaka druga osoba. " Primjena umjetne selekcije ljudi je fašizam, a prisilna sterilizacija oko 400 tisuća ljudi u nacističkoj Njemačkoj prepoznata je kao zločin protiv čovječnosti. Još jedna stvar je genetsko savjetovanje, koje će vam omogućiti da izbjegnete dijete s nasljednim bolestima, iako se danas samo najteže od njih može prekinuti na taj način. U budućnosti je vjerojatno da će sve biti poznato o djetetu, uključujući njegov intelekt i životni vijek.

Možda, vjeruje Kondrashov, jednoga dana ćemo naučiti "očistiti" genom od štetnih mutacija i vratiti je u "idealnu državu": "Sada to zvuči kao fantazija, ali prije 50 godina i sekvenciranje za dvije tisuće dolara izgledalo je fantastično." Prema njegovim riječima, čovječanstvo će se suočiti s ovim problemom u bliskoj budućnosti i bit će prisiljeno da je nekako riješi. U međuvremenu, barem možete spasiti svoje dijete od rizika kasnog očinstva – muškarci mogu zamrznuti spermu u mladoj dobi, kako bi ih kasnije mogli koristiti kada je to potrebno. I tijekom cijelog života biti "zauvijek mladi" očevi.


Like this post? Please share to your friends:

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: