Может ли необычная хромосома создать второй вид человека?

В эпоху секвенирования геномов мы можем упускать из виду важность того, как наши геномы распределены по 23 парам хромосом. Перестройки пар невидимы для секвенирования, если присутствует правильное количество генетического материала.

Недавняя консультация по генетике напомнила о хромосомной особенности, которая полностью ускользает от секвенирования генома, но которая теоретически могла бы, появившись в двух копиях у группы людей, вступающих в брак, дать начало второму виду человека, характеризующемуся числом хромосом 44, а не 46.

Хромосомы-«безбилетники»

У консультированной мной молодой пары было несколько ранних потерь беременности, и анализы выявили дополнительный материал хромосомы 22. Несмотря на малый размер, это геноплотная хромосома, и лишний генетический материал останавливает развитие как раз в момент, когда эмбрион становится плодом.

В лабораторном отчете использовались маркеры однонуклеотидного полиморфизма (SNP) и было обнаружено сверхпредставление фрагментов хромосомы 22. Но это было на общегеномной основе с использованием микрочиповой технологии — а не старомодного кариотипа (упорядоченной по размеру карты хромосом). SNP могут быть новее, но различие между лишней хромосомой 22 (как предположил отчет) и реальностью лишней крошечной хромосомы, прилипшей к одной из других хромосом, критически важно для прогнозирования повторения в семье. Это случай «за деревьями не видеть леса». Хромосомы всё ещё имеют значение.

Один тип хромосомы, прикрепленной к другой, — это робертсоновская транслокация, названная в честь Уильяма Риса Бребнера Робертсона, Ph.D., впервые описавшего её в 1916 году у саранчи. Человек (или саранча) с одной хромосомой «Роб» здоров, потому что два правильных набора генов присутствуют — просто переставлены. Но образование гамет (сперматозоидов или яйцеклеток) проблематично, потому что хромосома Роб имеет двойную идентичность из-за своих двух частей и не разделяется, как обычно делают пары хромосом во время мейоза.

Допустим, хромосома №22 прикрепилась к хромосоме №13 у мужчины. Его сперматозоиды могут получить нормальные 13 и 22; просто сцепленные 13;22, как у него самого; или 4 «несбалансированных» варианта, вносящих слишком много или слишком мало затронутых хромосом. Для семьи это означает риск 2/3 несбалансированных хромосом при каждой беременности — и потерю или врождённый синдром.

Один из 1000 человек имеет одну хромосому Роб и является её носителем (гетерозиготой). Робертсоновские транслокации происходят только в акроцентрических хромосомах, имеющих одно длинное и одно очень короткое плечо. Наши акроцентрики — это хромосомы 13, 14, 15, 21 и 22. Хромосома Роб 21 ответственна за редкие случаи синдрома Дауна, не связанные с полной трисомией (лишней хромосомой) и с гораздо более высокой вероятностью повторяющиеся в семьях.

О МЫШАХ И МУНТЖАКАХ

Сообщения о робертсоновских транслокациях в животном мире редки, но мыши удивительно искусны в перетасовке своих хромосом. Их акроцентрики и телоцентрики сливаются в более крупные метацентрики множеством способов.

Первое отклонение от обычной домовой мыши (Mus musculus) — «табачная мышь» (Mus poschiavinus), описанная в 1869 году по образцам, пойманным на табачной фабрике в Валь-ди-Поскьяво, Швейцария. У них были большие головы и маленькие тёмные тела. Позже табачных мышей нашли в итальянских Альпах и обнаружили их отличительный набор из 22 хромосом: 9 пар равноплечих метацентриков, слившихся из 40 исходных телоцентриков домовой мыши.

Динамическое число хромосом у мышей, вероятно, отражает притяжение TTAGAGAG-повторов на их кончиках, которые зеркально повторяются в их основных перетяжках — центромерах. Такие обратные повторы в хромосомах подобны липучке, смешивая и сочетая свои части, создавая по меньшей мере 100 различных «рас» мышей, которые, генетически говоря, являются отдельными видами, потому что могут размножаться только между собой.

Мунтжаки также склонны к Роб-транслокациям. У предкового Muntiacus reevesi 46 хромосом у обоих полов, тогда как у производного Muntiacus muntjac всего 6 хромосом у самки и 7 у самца. Хромосомное бэндинг показывает, что у двух видов азиатских оленей одни и те же гены, но они по-разному распределены по хромосомам. Робертсоновские транслокации есть и у баранов, и у хлопковых крыс.

НОВАЯ ПОРОДА ЛЮДЕЙ?

Гораздо более редкими, чем гетерозиготы по Роб у людей, являются гомозиготы с двумя Роб-хромосомами, потому что такие особи могут возникнуть только при наследовании одной копии необычной хромосомы от каждого родителя. Обычно это означает, что родители являются родственниками и унаследовали Роб от общего предка. Случаи таких гомозигот, имеющих 44 хромосомы вместо нормальных 46, чрезвычайно редки:

• В 1984 году описана семья с 3 взрослыми сибсами, у которых было 44 хромосомы из-за слияния №13 и №14.
• В 1988 году сообщалось о 3 отдалённо родственных семьях в Финляндии, также с вовлечением №13 и №14, чья Роб-хромосома передавалась носителям как минимум через 9 поколений, проявившись по крайней мере у одного гомозиготы.
• В 1989 году описана Роб-транслокация между №14 и №21 у гомозиготы, чьи родители-носители были родственниками.

В заголовки просочился случай 2013 года: 25-летний здоровый китаец с 44 хромосомами, потому что каждая 14-я соединилась с 15-й — комбинация, ранее не наблюдавшаяся. Его родители, оба носители транслокации, были двоюродными братом и сестрой. Сперматозоиды этого мужчины несут 21 аутосому и X или Y, и он должен быть фертилен — но только с женщиной, имеющей аналогичное хромосомное строение. Шансы, что он её найдёт, ничтожны. Но если найдёт…

ОТ НАУКИ К НАУЧНОЙ ФАНТАСТИКЕ

В отчёте о китайце с 44 хромосомами говорится: «Эта аномалия может предоставить материал для эволюции… Длительная изоляция группы индивидуумов, гомозиготных по определённой робертсоновской транслокационной хромосоме, теоретически могла бы привести к возникновению нового человеческого подвида с полным генетическим набором в 44 хромосомах».

Возможно, это уже случалось. Могли ли 48 хромосом общего предка человека и шимпанзе разойтись, дав наши 46? Слияние хромосом шимпанзе 12 и 13, согласно бэндинг-паттернам, могло породить нашу более крупную хромосому 2.

Идея о том, что двойная доза робертсоновской хромосомы может подпитывать видообразование человека, не нова. Лиза Шаффер, Ph.D., в 2002 году высказала предположение: «При том, что 1 из 1000 индивидуумов является носителем робертсоновской транслокации, вероятность того, что два носителя сойдутся и оба передадут свою транслокацию, составляет 1 на 4 миллиона — так что они существуют, просто фенотипически нормальны».

Возможность нового вида человека с 44 хромосомами может оживить сюжеты научной фантастики, если в двух популяциях, произошедших от предковой, накопятся разные наборы мутаций. Это может объяснить происхождение синеватых жутких подземных морлоков, которые поедают любящих солнце мирных элоев на поверхности в будущем мире Герберта Уэллса «Машина времени» (1898). Или Роб-транслокации могут лежать в основе каннибалистических визжащих гуманоидов-«аберраций» (Эбби), наших потомков, которые захватят будущий мир в сериале «Затерянные в соснах» (2015).

Автор научной фантастики Грег Бир очень близко подошёл к этой теме в своих романах «Радио Дарвина» (1999) и «Дети Дарвина» (2003). Он представляет, как пробудившийся в 1999 году латентный ретровирус в геномах беременных женщин перетасовал геномы нового поколения, создав клетки с 52 хромосомами вместо 46, мгновенно установив группу, способную успешно спариваться только между собой. Его альтернативная реальность — убедительное изображение репродуктивной изоляции, ведущей, предположительно, к видообразованию, с первоначальным хромосомным переворотом в качестве толчка. Бир явно знал о Роб-транслокациях.

Если бы я писал фантастику, я бы развил тему людей с 44 хромосомами, возникающих благодаря хромосомной случайности и остающихся скрытыми на виду у всех, кто самодовольно секвенирует свои геномы. Могли бы социальные сети катализировать такое событие? Увы, группа поддержки «Robertsonian Translocation» в Facebook, основанная в 2011 году, имеет всего 2 поста.