Наследственные болезни — цена защиты от инфекций

Почти половина наших генов может стать причиной заболеваний. Учёные идентифицировали 11 000 генов в человеческом геноме, варианты которых способны вызывать болезни. Исследователи из Института эволюционной биологии Макса Планка в Плёне и Гарвардской медицинской школы изучили, почему такие гены высокого риска сохраняются в геноме, а не элиминируются естественным отбором.

Их анализ показывает, что постоянная адаптация к новым патогенам в ходе эволюции увеличила разнообразие наших иммунных генов, но имеет свою цену. Такое разнообразие распространяется и на соседние сегменты ДНК, что приводит к сохранению вредных вариантов генов.

Вредные мутации не теряются

Группа учёных под руководством Тобиаса Ленца и Шамиля Суньяева обнаружила, что появление вредных генных вариантов может быть платой за генетическое разнообразие, в остальном крайне полезное для выживания. Они проанализировали группу белков иммунной системы, которые помогают распознавать чужеродные молекулы. Гены этих белков содержат множество вариабельных участков и существуют в популяции в ряде альтернативных форм. Это разнообразие гарантирует, что наша иммунная система способна распознавать широкий спектр патогенов.

Специальная форма отбора — балансирующий отбор — сохраняет эту вариативность. Он возникает, когда несколько альтернативных вариантов гена дают преимущество для выживания и поэтому не устраняются отбором.

Учёвы предположили, что балансирующий отбор может иногда также приводить к сохранению вредных вариантов генов. Компьютерное моделирование на примере генов иммунной системы показало, что такой отбор не только увеличивает разнообразие иммунных белков, но и влияет на соседние участки ДНК. Там он снижает общее количество вариабельных сайтов, но повышает частоту, с которой эти варианты встречаются в популяции — даже если они вредны.

Подтверждение данными

Сравнение результатов моделирования с данными генетического анализа 6500 человек подтвердило гипотезу. Как и в симуляции, в непосредственной близости от генов иммунной системы встречалось меньше вариабельных участков, однако оставшиеся варианты, включая вредные мутации, были относительно более распространены в популяции.

Таким образом, вредные гены способны ускользать от естественного отбора.

«Я ожидал, что более высокая устойчивость к патогенам может привести к накоплению некоторых вредных мутаций. Но масштаб, в котором такие мутации сохраняются в популяции, действительно удивил меня. Было бы интересно узнать, сколько генетических заболеваний у человека можно проследить до контакта с патогенами, с которыми мы сталкивались в ходе нашей эволюции», — говорит Тобиас Ленц.

Следующим шагом исследователи хотят выяснить, является ли балансирующий отбор в других участках генома причиной столь частой встречаемости вредных генных вариантов в популяции.