Люди и шимпанзе используют общую генетическую стратегию в борьбе с патогенами
Геномный анализ, направленный на поиск следов длительного балансирующего отбора (когда эволюционный процесс поддерживает генетическое разнообразие в популяции, а не выбирает единственный лучший вариант), выявил как минимум шесть участков генома, в которых люди и шимпанзе имеют одинаковые комбинации генетических вариантов.
Исследование, опубликованное 14 февраля в журнале Science, показывает, что генетическое разнообразие людей в этих регионах восходит к общему предку с шимпанзе, жившему миллионы лет назад. Это также подчеркивает важность динамической коэволюции человека и патогенов для поддержания генетического разнообразия.
Балансирующий отбор позволяет эволюции сохранять все наследственные варианты. Классический человеческий пример — сохранение двух версий гена гемоглобина: нормальной и гемоглобина S (мутация, искажающая форму и функцию эритроцитов). Обладатели двух нормальных генов высоко восприимчивы к малярии. Те, у кого один нормальный ген и один ген гемоглобина S, частично защищены от малярии. Обладатели двух копий гена S страдают от серповидноклеточной анемии.
«Когда мы искали генетические следы других, более древних примеров балансирующего отбора, мы нашли убедительные доказательства как минимум для шести таких регионов и более слабые — еще для 119. Это намного больше, чем мы ожидали», — говорит автор исследования Молли Пшеворски, профессор генетики человека, экологии и эволюции Чикагского университета.
Функции этих шести регионов пока неизвестны — они не кодируют белки. Есть признаки их вовлеченности во взаимодействие «хозяин–патоген», но конкретные патогены и иммунные процессы не установлены.
Ученые проанализировали генетические данные 10 шимпанзе из Западной Африки и 59 человек из Африки южнее Сахары (проект «1000 геномов»). Они искали случаи, когда генетические варианты, возникшие у общего предка, сохранились в обеих линиях. Длительное сохранение вариаций в этих участках указывает на их важную функцию в эволюции.
Исследователи из Чикагского и Оксфордского университетов использовали консервативный подход, стремясь найти наиболее достоверные случаи. Компьютерный анализ сортировал фрагменты генетических данных людей и шимпанзе по сходству. Для большинства фрагментов люди и шимпанзе образовывали отдельные кластеры. Но в нескольких участках генома в один кластер попадали и люди, и шимпанзе: в этих регионах некоторые люди были генетически ближе к некоторым шимпанзе, чем к другим людям.
«Случаи, когда естественный отбор поддерживает генетическое разнообразие в популяции на протяжении миллионов лет, считаются крайне редкими», — отмечают авторы.
Самый известный древний пример сбалансированного полиморфизма, общего для людей и шимпанзе, — главный комплекс гистосовместимости (MHC), группа генов, помогающих иммунной системе отличать свои клетки от патогенов.
Шесть новых примеров балансирующего отбора, по-видимому, также играют роль в защите от инфекционных заболеваний. Борьба с патогенами — это динамическая «гонка вооружений», требующая разнообразных эволюционных инструментов, включая балансирующий отбор. Он мог позволить людям и шимпанзе сохранить несколько линий обороны, которые можно задействовать, когда патоген развивает новое оружие.
«Наши результаты показывают, что динамическая коэволюция человеческих хозяев и их патогенов играла важную роль в формировании человеческого разнообразия. Это подчеркивает значение другого типа эволюционного давления», — заключает Пшеворски.