«ПЕРВЫЙ СРЕДИ РАВНЫХ...»
Нормативные документы
Противодействие коррупции
Поступающим
Студентам
Выпускникам
Проект 5-100
Аккредитация специалистов
Мы все – мутанты 09.09.2009

Мы все – мутанты

Международная команда исследователей сообщила о первом прямом измерении частоты генетических мутаций, затрагивающих отдельные нуклеотиды в ДНК человека. Исследователи секвенировали один и тот же участок ДНК Y-хромосомы, состоящий из 10 млн. нуклеотидов, у двух мужчин, разделенных 13 поколениями, и подсчитали количество различий. В исследованной нуклеотидной последовательности они обнаружили только 4 мутации, произошедшие за время жизни 13 поколений.

В 1935 году один из основоположников современной генетики, Дж.Б.С. Холдейн (J.B.S. Haldane), изучал редкое заболевание крови – гемофилию, и предположил, что один из 50 тысяч случаев заболевания может быть вызван мутациями специфического гена. Это равноценно одной мутации на 25 миллионов нуклеотидов всего генома. Другие исследователи определяли частоту мутаций для нескольких других специфических генов, связанных с некоторыми заболеваниями или, чтобы оценить средний уровень мутаций в нуклеотидах ДНК человека, сравнивали ДНК человека и ДНК шимпанзе.

Следует отметить, что последнее исследование, чьи результаты недавно были опубликованы в журнале Current Biology, показали, что предыдущие оценки верны. Все мы – носители 100-200 новых мутаций в нашей ДНК. Это эквивалентно одной мутации на каждые 15-30 миллионов нуклеотидов. К счастью, большинство из них безопасно и не оказывает никакого влияния на наше здоровье или внешний вид.

«Данные, полученные нами, еще несколько лет назад трудно было вообразить. Но выявить такое незначительное количество мутаций оказалось труднее, чем обнаружить муравьиные яйца в рисовом хранилище императора», – говорит один из руководителей проекта доктор Яли Ксю (Yali Xue) из Wellcome Trust Sanger Institute.

Участник команды Киуджу Ванг (Qiuju Wang) включил в исследование семью из Китая, жившую в одной и той же деревне на протяжении многих столетий. Ученые изучили двух отдаленных родственников по мужской линии, разделенных 13 поколениями, чей общий предок жил двести лет назад.

Чтобы установить частоту мутаций, ученые исследовали часть Y-хромосомы. Эта хромосома уникальна тем, что за исключением редких мутаций она в неизмененном виде передается от отца к сыну, вследствие чего мутации медленно накапливаются в поколениях.

Несмотря на большое количество поколений, разделяющих членов семьи, исследователи обнаружили во всех изученных последовательностях ДНК только 12 различий. Две Y-хромосомы сохраняли свою идентичность по 10 149 073 из 10 149 085 нуклеотидов. Из этих 12 различий 8 возникли непосредственно в клеточных линиях, использованных в работе, то есть не в организме мужчин, а в лабораторных условиях. И только 4 оказались истинными мутациями, естественным путем возникшими в поколениях.

В течение долгого времени мы считали, что мутации случайным образом возникают в организме каждого из нас, но как часто – могли только предполагать. Теперь, благодаря достижениям в технологии секвенирования ДНК, такое исследование стало возможным.

Знание частоты мутаций является ключом ко многим аспектам эволюции человека и медицинским исследованиям. Мутация – основная причина всех генетических изменений, она служит молекулярными часами, измеряющими эволюционную шкалу времени. Мутации могут также привести к опасным нарушениям в организме и болезням, таким как рак. Благодаря более точному определению частоты мутаций, ученые смогут в будущем точнее установить, когда в эволюции произошло то или иное генетическое событие, а также проверить эффективность способов, замедляющих мутационный процесс.

Даже применяя новейшую технологию секвенирования ДНК, ученые должны были выработать специальную стратегию поиска чрезвычайно редких мутаций. Они провели секвенирование ДНК следующих друг за другом поколений для установления порядка нуклеотидов на двух Y-хромосомах и затем сравнили его с референсной Y-хромосомой, последовательность нуклеотидов которой была известна.

Выявив 23 SNP (так называемые «одиночные нуклеотидные полиморфизмы» – single nucleotide polymorphisms, представляющие собой точечные мутации в хромосомах, широко распространенные в человеческой популяции), они амплифицировали (размножили) участки, содержащие эти вариации, и определили их нуклеотидную последовательность с помощью стандартного метода Сэнгера. В общей сложности были подтверждены 4 естественных мутации. Зная число мутаций, протяженность изучаемого участка ДНК и количество поколений, разделяющих исследуемых лиц, ученые смогли посчитать частоту возникновения каждой мутации.

«Эти четыре мутации позволили нам рассчитать точную частоту мутаций – одна на 30 миллионов нуклеотидов в каждом поколении, как мы и предполагали. Полученные результаты обнадеживают, поскольку использованные методы ранее для такого рода исследований не применялись. Новые мутации ответственны за множество генетических заболеваний. Возможность достоверного измерения частоты мутаций ДНК означает, что мы можем начать исследование различий в частоте мутаций различных регионов генома и, вероятно, также между разными людьми», – говорит координатор исследования Крис Тайлер-Смит (Chris Tyler-Smith) из Wellcome Trust Sanger Institute.

Библиография:

1. Xue Y et al. Human Y chromosome base substitution mutation rate measured by direct sequencing in a deep-rooting pedigree. Current Biology. In press.

По материалам: Wellcome Trust Sanger Institute

Одновременно с этим сообщением появилось сообщение на сайте журнала Nature:

Определена частота мутаций в геноме человека


Насколько быстро мутирует ваша ДНК?
Согласно сиквенс-анализу ДНК Y-хромосомы, всякий раз, когда ДНК человека передается от одного поколения к следующему, в ней накапливается от 100 до 200 новых мутаций.

Эти цифры – результат первого прямого вычисления частоты мутаций в организме человека – эквивалентны одной мутации на 30 миллионов пар нуклеотидов. Они соответствуют предыдущим сравнительным оценкам частоты мутаций у человека, полученными при скрининге генетических изменений, происходящих при развитии заболеваний, а также при сравнении ДНК различных видов.

Британско-китайская исследовательская группа, разработавшая метод исследования, секвенировала 10 миллионов пар оснований Y-хромосомы двух мужчин, проживающих в сельской местности Китая и являющихся дальними родственниками. Эти мужчины унаследовали одну и ту же мужскую родовую хромосому от общего предка, родившегося более 200 лет назад. На протяжении 13 поколений эта хромосома передавалась от отца к сыну.

Исследователи культивировали клетки, выделенные из организмов двух мужчин, и, используя методику секвенирования нового поколения, обнаружили 23 варианта мутаций. Затем они подтвердили достоверность 12 из них, применив стандартный метод секвенирования. Оказалось, что 8 мутаций возникли в процессе культивирования клеток, и лишь 4 являлись истинными наследственными мутациями. Экстраполирование этого результата на весь геном дает частоту мутаций, равной примерно одной мутации на 30 миллионов пар оснований.

«Полученные данные обнадеживают, поскольку новая технология секвенирования дает достоверные результаты, а показатель частоты мутации соответствует реальным значениям», – говорит Крис Тайлер-Смит (Chris Tyler-Smith) из Института Сэнгера Wellcome Trust в Великобритании (Wellcome Trust Sanger Institute) и руководитель исследования, результаты которого опубликованы в Current Biology.

Тайлер-Смит сообщает, что прямое определение частоты мутации может быть использовано для более точного по сравнению с ранее используемыми методами воспроизведения событий в нашем эволюционном прошлом, таком как первая миграция людей из Африки. Но прежде, чем это станет возможным, исследователям понадобятся более корректные значения показателя частоты мутаций, отмечает Лорен Доре (Laurent Duret), эволюционный биолог из Университета города Лиона во Франции (University of Lyon in France). «Доверительный интервал для частоты мутации все еще весьма широк. Секвенирование большего количества пар Y-хромосом отдаленных родственников мужского пола из других семей должно обеспечить более точное исчисление и позволит обнаружить варьирование частоты мутаций между отдельными людьми», – считает он.

Большая часть Y-хромосомы не конъюгирует с другими хромосомами, что облегчает оценку частоты мутации. Но частота мутации этой мужской хромосомы может несколько различаться с таковой других хромосом, утверждает Адам Эйр-Уолкер (Adam Eyre-Walker) из Университета Сассекса в Брайтоне, Великобритания (University of Sussex in Brighton, UK). Изучению изменения ДНК остальной части генома будет посвящен ряд проектов, таких как «1000 геномов» (1000 Genomes), которые предпримут секвенирование ДНК родителей и их потомков.

«Я уверен, что эта работа положит начало многим другим исследованиям в данном направлении», – говорит Tyler-Smith.

По материалам: NatureNews


Исходная статья: Cbio