Таинственный геном человека

Итак, что именно искали ученые в геноме мальчика, умершего во время последнего оледенения Земли?

Они хотели больше узнать о нашем происхождении и о миграциях людей в те времена, когда их выживание зависело от охоты и собирательства, когда все инструменты и оружие делались из дерева, кости и камня и когда не существовало границ, империй, городов и сельхозугодий.

Чтобы лучше понять, что они искали, нужно знать термин «однонуклеотидный полиморфизм», или SNP. Звучит сложно, но, как мы увидим дальше, на самом деле нет ничего проще. Итак, добро пожаловать на наш волшебный поезд, идущий по рельсам ДНК. Сегодня маршрут проложен по участку ДНК половой клетки (сперматозоида или яйцеклетки) во время ее формирования. Я хочу обратить ваше внимание на процесс, который иногда происходит при репликации ДНК. Думаю, мне не нужно напоминать, что перегоны нашего железнодорожного полотна состоят из комплементарных нуклеотидов. Ц всегда присоединяется к Г, А и Т с помощью водородных связей. Наблюдая репликацию, вы можете видеть, как рельсы начинают расходиться в стороны. Водородные связи ослабевают и расщепляются, начинается процесс копирования. Я направляю наш поезд по самой нижней ветке — так называемой антисмысловой нити. Мы долго едем на восток, пока, наконец, я не останавливаю паровоз. Давайте выйдем из вагонов и рассмотрим один железнодорожный перегон.

— Итак, перед вами участок ДНК в так называемой некодирующей части генома. Он не является элементом гена, который кодирует белок.

— Что же мы ищем?

— Ошибку копирования.

Как и раньше, вы легко ее замечаете. Ошибка возникла там, где при повторном формировании полотна должны были соединиться Г и комплементарный ему Ц. На месте Ц (цитозина) оказался Т (тимин). Итак, перед нами еще одна точечная мутация. Очевидно, что Г и Т не могут соединиться друг с другом, поэтому данный участок полотна является поврежденным. Но в ходе последующих циклов репликации находящийся не на своем месте Т будет привлекать комплементарный А (аденин) при копировании в новую кодирующую нить. Это изменение в последовательности ДНК будет передано в половые клетки, унаследовано сформировавшимся из них ребенком, а затем — и всеми его потомками. Именно такое изменение и называется однонуклеотидным полиморфизмом, или снипом (по англоязычной аббревиатуре SNP).

Мутация происходит в некодирующей последовательности, поэтому она не повлияет на здоровье ребенка. Естественный отбор игнорирует такие снипы. Выражаясь научным языком, мы можем сказать, что они селективно нейтральны. Это означает, что все последующие поколения наследуют их без вреда или преимуществ для себя. С течением времени однонуклеотидные полиморфизмы накапливаются в популяции вида, создавая генетические маркеры в определенных участках хромосом. Затем такие маркеры становятся указателями на конкретные генетические линии.

В геноме каждого человека существуют миллионы снипов. Они указывают на различия как между отдельными особями, так и между целыми популяциями. Некоторые снипы формируют четко очерченные кластеры в определенных участках хромосом. Такие кластеры называются гаплотипами и наследуются как единое целое. Они не повреждаются даже при обмене элементами совпадающих хромосом во время половой рекомбинации, которая происходит в ходе формирования яйцеклеток или сперматозоидов. Здесь я должен отметить, что изначально понятием «гаплотип» обозначались кластеры генов, имеющие тенденцию к совместному наследованию. Однако определение гаплотипа пришлось изменить, когда мы выяснили, что большая часть человеческого генома состоит не из генов. Если вы мужчина, то гаплотип вашей Y-хромосомы будет одинаковым у вас, вашего отца и всех предков мужского пола по отцовской линии. То же относится и к митохондриальному гаплотипу, который и мужчины и женщины получают по линии матери.

Генетики используют и другой способ группировки — в гаплогруппы, которые применяются для того, чтобы объединять гаплотипы по общему предку. Однако здесь я должен призвать вас быть внимательными, так как некоторые генетики игнорируют различия и используют понятия «гаплогруппа» и «гаплотип», как если бы они обозначали одно и то же. Например, мужчины кельтского происхождения, то есть ирландцы, валлийцы и баски, объединены Y-хромосомной гаплогруппой, как и мужчины германо-скандинавского происхождения. Но если пойти еще дальше, то большинство европейских мужчин (или женщин) можно объединить в гаплогруппу еще более раннего происхождения, например по азиатским корням. По этой причине гаплотипы обычно используют при работе с близкими родственниками и генеалогическими деревьями, а гаплогруппы — при генетических исследованиях более далеких исторических популяций.