Življenje brez izbire: dobro ali nevarno?

Življenje brez izbire: dobro ali nevarno?

Alexey Kondrashov, Nadezhda Markina
"Trinity Option" št. 23 (117), 20. november 2012

Alexey Kondrashov

Oseba v civilizirani družbi živi bolj in bolj družbeno in vse manj biološko. Uspešno premaga omejitve, ki mu jih je narava naložila: živi v vsakem podnebju, ustvarja nova živila, se je naučil boriti proti nalezljivim boleznim. Številni dejavniki, ki so prej morali ubiti človeka, niso več smrtni za njega. Zdravniki so se naučili skrbeti za prezgodnje in šibke novorojenčke; cepljenje ščiti pred nevarnimi okužbami, v primeru okužbe z okužbo se borimo proti antibiotikom; Družba skrbi za bolne in invalidne. Čeprav vse to deluje nepopolno, je civilizacija korenito izboljšala biološko sposobnost osebe – njegovo preživetje v okolju. Toda človek ne more pobegniti od svoje genetike in ne moremo spremeniti procesov, ki se pojavljajo pod temi pogoji. Da bi razumeli, kaj se dogaja z mano danes in kaj nas čaka v prihodnosti, smo poskusili s pomočjo evolucijskega biologa, doktorja bioloških ved Alexey Kondrashov, profesor na Univerzi v Michiganu in Fakulteta za bioinženjering in bioinformatiko na moskovski državni univerzi, ki je javno predaval na Sverodnem festivalu znanosti 2012.

V smislu evolucijske biologije ima naravni izbor vse manj vpliva na sodobnega človeka, to je takšna sila, ki odstranjuje manj prilagojene posameznike od prebivalstva, tako da jih je bolj primerna, saj slednja pušča več potomcev. "Obstaja izbor pozitivnih in negativnih– pojasnjuje Alexey Kondrashov. – Pozitivna izbira podpira nekaj novih uporabnih lastnosti. Na primer, vsi v populaciji so bili beli, potem se je pojavil črni mutant, ta lastnost se je izkazala za koristno in čez nekaj časa so lahko potomci tega črnega mutanta poplavljali celotno populacijo. Negativna izbira, nasprotno, daje prednost starim in skupnim značilnostim. Vse bele in bele, da so dobre, vendar je prišlo do mutacije in se je pojavila črna, črna pa je slabo. Zato potomci tega mutanta ne bodo preživeli in črni gen bo izletel iz populacije. Darwina je bila v glavnem zanima evolucija, to je počasne spremembe, in večinoma je mislil in pisal o pozitivnem izboru.In veliko negativnih idej je Ivan Ivanovič Schmalhausen veliko razmišljal.»Ta sodoben človek je oslabil – neugodni geni prebivalstva ne izletijo, temveč se kopičijo. Na ravni splošnega koncepta je to postalo jasno že dolgo, v zadnjih letih pa se je zaradi razvoja sodobnih raziskovalnih metod pojavilo podatke, ki omogočajo kvantitativno oceno tega procesa.

Napake v biomolekularnih strojih

Mutacije se nenehno pojavljajo v naših spremembah DNA. Za to ni potrebna nobena izpostavljenost sevanju ali kemični mutageni – postopek se nadaljuje spontano. "Kot je rekel Buda, je vse, kar je sestavljeno iz delov, uničeno, pravi Kondrašov. "Preden je šel v nirvano, je zbral učence in govoril štiri besede. Buda je bila uporabljena v bioloških molekulah, popolnoma je prav, v resnici so sestavljeni iz delov in se lahko zrušijo. In proces mutiranja je manifestacija tendence celotnega materialnega sveta do kaosa."Mutacije so neizogibne, saj je DNA zelo dolga molekula (celotna dolžina vseh genomskih molekul v človeški celici je približno en meter) en nukleotidni gost – seveda ne more biti popoln.

Obstajajo trije glavni viri mutacij. Prva je napake, ki se pojavijo med replikacijo – podvojitev molekule DNA. Glavni akter v tem procesu je DNA polimerazni encim. Ko se dvojna vijačnica DNK raztegne v dve ločeni prameni, DNA polimeraza gredo ob vsaki vrvi in ​​jo z njo poveže z uporabo starega pramena kot matriksa. To pomeni, da če pogleda črko A (adenin) na stari nit, potem prilepi črko T (timin) v novo nit. "Ampak v približno enem primeru od 100 tisoč, vstavi napačno črko, – pojasnjuje Alexey Kondrashov. – Najpomembnejša stvar pa je, da po tem, ko doda pismo, takoj poskuša odtrgati. Posledica tega je, da se črka nepravilno pridruži z verjetnostjo okoli 10-5in če je črka napačno pritrjena, potem ne bo odtrgana niti z verjetnostjo 10-5. Verjetnost mutacije je torej približno 10-10 pismo za replikacijo. Poskusite tipkati in se strinjate, da DNA polimeraza dobro deluje.“.

Vendar se napake replikacije pojavijo z verjetnostjo 1010 pismo je glavni vir mutacij. Drugi vir mutacij je napake popravila DNK.Reparacija je popravilo poškodb in poškodba je tista, ki zlomi kemijsko strukturo molekule, zato se DNA poslabša. Govorimo, na primer, o prekinitvi ene ali obeh niti, ne vezujemo niti s šibkimi vodikovi vezi, temveč s kovalentnimi vezmi, da se ne morejo razlikovati itd. "V vsaki človeški celici se vsak dan pojavi več sto tisoč spontanih poškodb, – pravi Kondrašov. – In jih je treba popraviti, ker bi sicer celica umrla. In če je prišlo do neke vrste napake kot posledica popravila, bo to tudi mutacija"Tretji vir mutacij je napaka med rekombinacijo med mejozo, ki zmanjšuje celično delitev, ki vodi k nastanku diploidnih celic z dvojnim naborom kromosomov, haploidnih, z enim nizom kromosomov. To je potrebna stopnja zorenja zarodnih celic in med rekombinacijo, ko se izmenjujejo kromosomi v kosih – lahko pride do napak.

Kaj in koliko

99% mutacij so nukleotidne substitucije, pravi Aleksej Kondrašov, na primer, ko se citozin (C) spremeni v gvanin (G). To je vir posameznega nukleotidnega polimorfizma (en-nukleotidni polimorfizemSNP). Poleg tega lahko pride do kratkih izpuščanj več črk ali, nasprotno, kratkih vstavkov enega ali dveh ali treh nukleotidov.Manj pogosto se pojavijo veliki dogodki – padec ali vstavljanje 100 ali več, včasih do milijona nukleotidov ali obračanje kosa DNK na 180 °. Treba je razumeti, da so mutacije daleč od vedno slabe. Je vir genetskih razlik in brez mutacij ne bi bilo evolucije, zaradi česar je nastala vsa raznolikost živega sveta.

S pojavom metod zaporedja se je strošek določanja zaporedja nukleotidov v polnem genomu radikalno zmanjšal. Obstajajo nove možnosti za količinsko opredelitev stopnje pojavljanja mutacij. Če se je nekoč spominjal, se je moral spomniti, da je moral nekaj let preživeti na skrbnem preučevanju kril Drosophila in izbiranju mutantov, zdaj pa je mogoče genotipove mame, očeta in mamice za $ 300 zaporediti in jih primerjati. Posledično bodo našli vse nove mutacije, ki so se pojavile med generacijskimi spremembami, kar pomeni, da so nastale v celicah starševskih genitalij. Kar se tiče ljudi, je stopnja mutacij v človeškem genomu, kot so znanstveniki izračunali, približno 10-8 na enoto na nukleotid.

Pasti v genomu

Vsi ljudje se med seboj razlikujejo v različnih zunanjih in notranjih funkcijah. In genetsko dve človeški posamezniki se razlikujejo v eni črki genetske kode za vsakih 1000 nukleotidov. Ena razlika na 1000 ni veliko, glede na to, da na primer sadje muhe ima eno razliko na 100, in šizofil v gobi – ena razlika na 10, in to je zdaj absolutni zapis o genski raznolikosti. Še vedno pa veliko pomeni, da je med dvema človeškima posameznikom 35 milijonov kratkih razlik, zamenjav ene črke. Ampak, ker vsaka aminokislina kodira trije nukleotidi (triplet ali kodon), vse nukleotidne substitucije v DNK ne vodijo do zamenjave amino kisline v beljakovini, temveč samo tako imenovani nesinomen. In takšne nesesomenske substitucije, ki povzročajo spremembo proteinske molekule, vsaka oseba v genomih, ki kodirajo proteine, okoli 10 tisoč. Približno 10% njih ni neuporabno, temveč škodljivo, kar zmanjša sposobnost. Med njimi so smrtonosne. Biologi so ugotovili, da imata oba Drosophila in vretenčarje povprečje ene ali dveh smrtonosnih mutacij na genotip. Organizem ne umre, ker so te mutacije v heterozigotnem stanju, tj.mutantni gen se podvoji z normalnim genom na seznanjenem kromosomu. Poleg tega človeški genotip v povprečju prinaša okoli 100 velikih odlagališč in vstavkov v DNA, katerih skupna dolžina je okoli 3 milijone nukleotidov. Genotip Nobelovega nagrajenca, soavtor DNA dvojnega heliksa Jamesa Watsona, kot se je izkazalo med njegovim zaporedjem, nosi običajno število šibko škodljivih mutacij in 12 močno škodljivih mutacij, ki se skrivajo za normalnimi geni v heterozigotnem stanju. Očitno niso vplivali na sposobnost in uspeh Jamesa Watsona. Ampak, če obstaja več škodljivih mutacij in jih ne bodo izbrisali z izbiro, se bo ravnotežje prekinilo in telesna pripravljenost v ljudski populaciji se bo neizogibno zmanjšala.

Kot je poudaril Alexey Kondrashov, je Darwin razumel ta problem, ki je napisal: "Pri divjih, tisti, ki so šibki, bodisi v telesu ali umu, hitro umrejo. Tisti, ki preživijo, običajno kažejo močno zdravje. In mi, civilizirani ljudje, se trudimo, da bi preprečili ta postopek odprave: ustvarjamo zavetišča za duševno retardirane, invalide in bolne, izdajamo zakone, ki podpirajo revne, in naši zdravniki trudijo, da bi rešili življenje vsakega posameznika do zadnje priložnosti.Obstaja razlog za domnevo, da je cepljenje rešilo več sto življenj, ki bi sicer umrli zaradi velikih koz. Zato se tudi šibki člani civiliziranih družb še naprej množijo. Vsakdo, ki se zanima za vzrejo hišnih ljubljenčkov, ne dvomi, da je zelo škodljivo za človeško populacijo.“.

Model človeštva na muhah

Zanimivo je, da je bilo mogoče v poskusu potrditi. Tak poskus – na izključitev izbire – je Kondrašov in njegovi kolegi ustanovili pred 15 leti. Modelirali so življenjske razmere sodobne osebe na drosofilnih muhah. Pari muh – moški in ženski – so bili postavljeni v ločene "apartmaje" – epruvete, kjer niso tekmovali za hrano z drugimi muhami, kot se zgodi z "komunalno" preselitvijo. Pari so dobili potomce, biologi pa so omejili število jajc, ki so bila postavljena za odpravo konkurence med ličinkami. Od vsake "družine" muh, so bili mladi samci in ženske sprejeti, zmešani in zmešani v novih "ločenih apartmajih". Izključitev izbire je bila izražena v odsotnosti konkurence in v dejstvu, da je vsak par, ne glede na njegov genotip, prinesel isto število potomcev. In tako za 30 generacij.Na vsakih 10 generacij so znanstveniki ocenili sposobnost ličin – konkurenčnost hrane v težkih pogojih. Rezultat – med poskusom (več kot 30 generacij) se je telesna pripravljenost več kot podvojila. In v eni generaciji, so raziskovalci izračunali, se je zmanjšal za 2%. Alexey Kondrashov verjame, da bi se v naravi znižal še bolj kot v laboratoriju. "Rad bi ponovil ta poskus in ga raztegnil za vsaj 100 generacij, ker obstaja hipoteza, da bodo po 100 generacijah vse muhe umrle“.

Upamo, da bodo znanstveniki v bližnji prihodnosti neposredno videli, kaj se dogaja s človeškim genomom. Ko bo projekt "1000 genomov" končan, bodo imeli v svojih rokah 1000 popolnoma zaporednih posameznih genomov (genotipov), ki jih je mogoče primerjati z mutacijami. In čez deset let bodo ti genomi že milijon. "Negativna izbira se porazdeli za več vrst več kot pozitivna. Zato je razlog, da bomo po pozitivnem izboru po nekaj časa imeli ogromno glavo in majhne roke in vsi bomo zelo pametni itd., Vse je stvar znanstvene fantastike", – določa Alexey Kondrashov. Toda kaj se bo zgodilo z našim zdravjem je vprašanje, vendar pa bo čez deset let mogoče odgovoriti bolj ali manj natančno, saj lahko količinsko opredelimo spremembe, ki se pojavljajo v človeški populaciji.

O tveganjih poznega očetovstva

Ponavljamo, da je stopnja mutacij pri osebi, ki jo izračuna genetika, okoli 10-8 na enoto na nukleotid. Ampak zanimivo je, da moški in ženske različno prispevajo k mutacijam svojih otrok. Namreč, otrok prejme večkrat več mutacij od očeta kot od matere. Prvi, ki je pokazal to razliko, je bil angleški genetičar John Burdon Sanderson Huldain (John burdon sanderson haldane), eden od ustvarjalcev sintetične teorije evolucije. Raziskoval je genetiko hemofilije – dedno bolezen, izraženo v koagulaciji krvi. Znano je, da je gen odgovoren za hemofilijo na X-kromosomu. Zato ženske, ki nosijo defektni kromosom X v tem genu, ne trpijo zaradi hemofilije, saj jo kompenzirajo z normalnim genom na seznanjenem kromosomu X, vendar se njihov X-kromosom prenese skupaj s to boleznijo na sinove. Toda vprašanje je, kje nastane ta mutacija,v spolnih celicah ženske ali moške? Haldane je preučil obe različici in, primerjal njihove verjetnosti, je prišel do zaključka, da se večina mutacij v hemofiliji pojavlja v spolnih celicah moških. Ženska nosi to mutacijo od očeta in jo pošlje svojemu sinu, ki postane bolan.

Kasneje so raziskovalci analizirali več dednih bolezni, povezane z X-kromosomskimi geni, kot so več endokrinih neoplazij, akrocefalosindaktično. Izkazalo se je, da se v večini primerov mutacija najprej pojavlja v moškem X-kromosomu. Kot piše James Crow (James F. Crow, članek v PNAS, 1997), v višjih primatih, vključno z ljudmi, v povprečju je petkrat več mutacij moških kot ženske mutacije.

Razlogi za to neskladje so, da so moški in ženski zarodni celici različno oblikovani. Predhodniki jajc so podvrženi običajni celični delitvi (mitoza) le v zarodnem obdobju. Deklica se rodi s pripravljenim nizom nezrelih oocitov (oociti prvega reda), ki na začetku pubertete izmenično vstopijo v oddelek za zmanjšanje, mejozo in jajca (oociti drugega reda).Predniki spermatozoa – spermatogonia – so aktivno mitotsko razdeljeni v testise od pubertete do starosti. Kot rezultat, jajce prehaja skozi 25 mitoz, ki se končajo z mejozo, in število mitoz, skozi katere se sperme pred mejozo, je odvisno od starosti človeka: če je 18, je približno 100 mitoz in če je 50, potem pa okoli 800 mitoz. In več celičnih delitev, več DNA replik, več mutacij.

Iz tega sledi, da število mutacij, ki jih otrok prejme od očeta, v veliki meri vpliva na očetovo starost. Ta sklep ni nov. Kot pravi Alexey Kondrashov, mu je prišel Wilhelm Weinberg (Wilhelm Weinberg), nemškega zdravnika, enega izmed odkrivalcev osnovnega zakona o populacijski genetiki (zakon Hardy-Weinberg). Toda zdaj ta vzorec lahko potrdimo z neposrednimi raziskavami, saj je postalo možno zaporedje genoma in štetje števila mutacij. Avgusta 2012 v Narava objavil članek islandskih znanstvenikov (prvi avtor – Augustine Kong (Augustine Kong)), ki opisuje rezultate popolne genome analize 78 družin. Vsaka družina je sekvencirala genom očeta, matere in otroka. In jih primerjajo med seboj, so izračunali, koliko novih mutacij je dobil otrok.Izkazalo se je, da otrok prejme povprečno 15 mutacij od matere, ne glede na njeno starost. In od očeta – odvisno od starosti: če je oče star 20 let – 25 mutacij, če je star 40 let – 65, in če je 50 let – 85 mutacij. To pomeni, da vsako leto očetovega življenja doda dve novi mutaciji otroku. Zaključek avtorjev dela: moški, ki odlagajo rojstvo otroka v pozno starost, bi morali ponovno preučiti njihove življenjske načrte. In ravno zdaj na svetu obstaja težnja po kasnejšem očetovstvu. Če je bila leta 2004 povprečna starost očetov 35 let, je leta 2007 že dosegel 40 let. Skoraj vsak deseti novorojenček je star več kot 50 let.

Več mutacij, bolj škodljivih med njimi, povezanih z boleznimi. V več študijah so bili pridobljeni dokazi, da kasnejši očetovski otrok ogroža otroka s tveganjem za nevrološke in duševne bolezni. Tako so po podatkih, pridobljenih na Brain inštitutu v Queenslandu, otroci 50-letnih očetov dvakrat verjetno trpeli zaradi shizofrenije in avtizma kot otroci 20-letnih očetov. V eksperimentu na miših so znanstveniki pokazali, da so potomci starih samcev mutirali gene, povezane s shizofrenijo in avtizmom pri ljudeh. In po mnenju raziskovalcev iz univerze v Tel Avivu so očetje, stari 55 let in več, petkrat bolj verjetno, da imajo otroka z Downovim sindromom,tveganje manično-depresivne psihoze pri otrocih se poveča za 37% in vsakih nadaljnjih 10 let se tveganje za shizofrenijo pri otrocih poveča za 30%. V papirju, objavljenem pred tremi leti v Ljubljani Narava, prikazuje diagrame otrokovega kognitivnega delovanja glede na starost staršev. Izkazalo se je, da je premajhna mati nezaželena za otrokov intelekt – do 20 let in kasneje v svoji starosti praktično ne vpliva na to raven. Toda s starostjo očeta se otrokova kognitivna uspešnost zmanjša: če je oče star 60 let, je pričakovani duševni razvoj otroka 5% nižji kot pri 20-letnem očetu. Rezultate je mogoče zaupati, saj so pridobljeni na zelo velikem vzorcu – več kot 30 tisoč otrok. Starejši oče daje otroku 60 dodatnih mutacij, v primerjavi z mladimi, določa Kondrašov. In zmanjšuje intelektualne sposobnosti za približno 5%. Zdi se, da je malo, toda za celotno prebivalstvo so pogoste majhne pomanjkljivosti veliko slabše kot velike, toda redke napake. Pri šibkih mutacijah pri ljudeh praktično ni izbora, zagotovo ne vplivajo na število otrok. In posledično, se kopičijo v populaciji.

Vpraša se: kaj je s Downovim sindromom – posledica dodatnega kromosoma – verjetnost, ki se, kot vemo, poveča s starostjo matere? Očitno je to, ker se kromosomska neskladija pojavi med zadnjo delitvijo mejoze, odgovori Alexei Kondrashov. Spomnimo se, da se ta delitev zgodi že v odraslih telesih ženske. Ampak to se lahko zgodi v spermatozonu in dejstvo je, da določena količina Downovih sindromov ne izhaja iz matere, ampak od očeta: "Nedavno objavljen članek je vzel 90 posameznih semenčic in jih zaporediral, dve pa sta se izkazali za aneuploidno – imeli so dodaten kromosom. Zato se vse to zgodi ves čas, le da tega ne vidimo, ker običajno te spermene celice umrejo v zgodnjih fazah."

Kaj storiti?

Kako se spopasti s tem problemom je težko vprašanje, predvsem zato, ker vpliva na etična vprašanja. "V bistvu ne želim dati nobenih priporočil, kajti v etičnih zadevah znanstveniki nimajo nobenega posebnega znanja – pravi profesor Kondrašov. – Poznam dejstva in kaj je dobro, kaj je slabo, vem ali pa ne vem toliko kot katera koli druga oseba. " Uporaba umetnega izbora ljudem je fašizem, prisilna sterilizacija okoli 400 tisoč ljudi v nacistični Nemčiji pa je priznana kot zločin proti človeštvu. Druga stvar je genetsko svetovanje, ki vam bo omogočilo, da se izognete otroku z dedno boleznijo, čeprav je danes mogoče najtežje odriniti na ta način. V prihodnosti je verjetno, da bo vse znano o otroku, vključno z njegovim razumom in življenjsko dobo.

Morda verjame, da bo Kondrašov nekega dne naučil "očistiti" genom pred škodljivimi mutacijami in ga vrniti v "idealno stanje": "Zdaj zveni kot fantazija, vendar pred 50 leti in sekvenciranje za dva tisoč dolarjev je videti fantastično." Po njegovem mnenju se bo človeštvo v bližnji prihodnosti soočilo s tem problemom in ga bo nekako moralo rešiti. V tem času lahko otroka vsaj rešite pred tveganjem poznega očetovstva – moški lahko mladostno zmrznejo svojo spermo, tako da jo kasneje lahko uporabijo, kadar je to potrebno. In skozi celo življenje so "večno mladi" očetje.


Like this post? Please share to your friends:
Dodaj odgovor

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