Генетические суперспособности

Как есть герои сказок, мультфильмов и кино, наделенные суперсилами, так есть и люди, обладающие суперкачествами и суперспособностями. Одни – быстрее, другие – сильнее, третьим не страшен ВИЧ. Причина – в супергенах, а если быть точнее – в редких генетических мутациях. В статье расскажем о некоторых из них.

Содержание

• Феномен Мянтюранта, или «ген выносливости»
• Супервкус и исключительное долголетие
• Cупергибкость, суперскорость, суперсила
• Защита от ожирения
• Очень низкий уровень холестерина
• Спать, как Леонардо да Винчи, или «короткоспящие» люди
• Нечувствительность к боли
• Устойчивость к ВИЧ
• Почему гены мутируют?
• Возможно ли редактировать гены и создавать суперлюдей?

Феномен Мянтюранта, или «ген выносливости»

Мутировавший ген EPOR дал финскому лыжнику – трехкратному олимпийскому чемпиону Ээро Мянтюранта и членам его семьи высокую чувствительность к эритропоэтину.

Эритропоэтин — гормон, который помогает нашим клеткам поддерживать оптимальный уровень кислорода и выводить углекислый газ. Когда уровень кислорода падает, эритропоэтин восполняет потери, стимулируя усиленное производство эритроцитов и гемоглобина.

В 1993 году Мянтюранта и 97 членов его большой семьи прошли генетическое исследование. У Ээро и 29 его родственников была обнаружена одна и та же редкая генетическая мутация.

Она увеличивала у знаменитого лыжника выработку эритроцитов на 25—50 процентов. Его гематокрит (объем красных кровяных клеток в крови) достигал 60—65% при норме в 40—45%, гемоглобин (показатель того, сколько кислорода способны переносить красные кровяные клетки) – 200 г/л при норме для мужчин в 140—180 г/л.

Все это дало Ээро супервыносливость: организм легко справлялся с повышенной потребностью в кислороде во время физических нагрузок.

При таких показателях сегодня спортсмену запретили бы выходить на старт.

Исследования показывают, что изменения гена EPOR чаще встречаются у спортсменов, тренирующихся на выносливость. Так, в группе элитных стайеров (бегунов на длинные дистанции) определенный генетический вариант встречается в 3,5 раза чаще, чем в контрольной группе.

Супервкус и исключительное долголетие

Известно, что ген TAS2R38 «создает» супердегустаторов. Это люди (в основном женщины) с «абсолютным вкусом». Например, хмелевое пиво супердегустаторы находят невероятно горьким. Настолько, что избегают его.

Механизм влияния TAS2R38 на вкусовые ощущения до сих пор недостаточно изучен. Этот ген кодирует рецепторы горького вкуса, которые, как оказалось, локализуются не только в ротовой полости, но и в других тканях и органах: в дыхательных путях и желудочно-кишечном тракте, в поджелудочной железе, печени, почках, яичках, мочевом пузыре и даже в мозге. Эти рецепторы участвуют во множестве физиологических процессов.

Ученые полагают, что «ген горького вкуса» эволюционирует: тысячи лет назад он помогал избегать потенциально ядовитые растения, сейчас же защитная роль этого гена снижена. В то же время горечь остается важной мерой безопасности, особенно в развивающихся странах, где продукты питания могут быть высокотоксичными.

Генетический тест Атлас дает возможность определить индивидуальную чувствительность к запахам и вкусам. Кроме того, по результатам теста можно узнать о склонности к бессоннице или никотиновой зависимости — это тоже зависит от вариантов генов. Все необычные отчеты собраны в разделе «Другие признаки».

Супергибкость, суперскорость, суперсила

Мутация гена FBN1 влияет на соединительную ткань и дает людям супергибкость – возможность изгибаться буквально во всех направлениях. Сочетается  эта способность обычно с длинными руками, ногами, пальцами, искривленным позвоночником, плоскостопием. Чаще всего люди с этой мутацией высокие и худощавые. Могут испытывать серьезные проблемы со здоровьем, затрагивающие сердце, глаза, сосуды и кости.

FBN1 кодирует белок фибриллин-1. Его молекулы образуют нити – микрофибриллы. Они в свою очередь формируют эластичные волокна, которые позволяют коже, связкам и кровеносным сосудам растягиваться. Также микрофибриллы поддерживают кости и ткани, создающие «опору» для мышц, нервов, хрусталиков глаз.

Мутации в гене ACTN3 наделяют способностью быстро бегать. Вырабатываемый белок альфа-актинин-3 отвечает за быстро сокращающиеся мышечные волокна. Однако «ген скорости» не только про скорость: он придает сил и защищает мышцы от травм.

У 18% здоровых белых людей альфа-актинин-3 отсутствует, в то время как среди призеров в беговых дисциплинах легкой атлетики подавляющее большинство – спортсмены африканского происхождения, у которых он есть.  

Ген MSTN производит миостатин – белок, который сообщает организму, что следует прекратить создание мышц, когда их уже достаточно. Те, у кого есть мутации в этом гене, обычно имеют больше мышц, чем средний человек, потому что белок не работает как следует и мышцы бесконтрольно растут. Это дает суперсилу.

Миостатин исследуется с целью получить новые методы лечения мышечной дистрофии, а также решить проблему потери костной и мышечной массы у космонавтов, особенно во время длительных миссий. Белок регулирует несколько ключевых метаболических процессов – эта область тоже нуждается в дальнейшем изучении.

Защита от ожирения

У людей с определенным вариантом гена GPR75 риск ожирения снижен на 54%. Люди, у которых есть хотя бы одна неактивная копия этого гена, имеют более низкий индекс массы тела.

Обнаружение таких защитных генетических сверхспособностей дает надежду на успешную борьбу с ожирением – сложной и распространенной проблемой современности. Блокировка GPR75 снижает потребление пищи и запасы жира в организме, одновременно улучшая толерантность к глюкозе и чувствительность к инсулину.

Риск развития ожирения можно оценить с помощью Генетического теста Атлас.

Кроме того, GPR75 влияет на функционирование сердечно-сосудистой системы. Глубокое изучение механизмов работы этого гена может помочь в разработке новых лекарств от гипертонии, инсульта, инфаркта миокарда, гипертрофии сосудов, почечной ишемии, ангиогенеза, рака. Ген экспрессируется в самых разных тканях, включая мозг, сердце и почки.

Очень низкий уровень холестерина

У людей с «неисправным» геном PCSK9 снижен уровень холестерина. Редкая мутация уменьшает риск развития сердечно-сосудистых заболеваний у афроамериканцев на 88%. У белых людей с менее тяжелой мутацией в этом же гене риск сердечных заболеваний ниже на 47%.

Блокировка продукта гена PSCK9 снижает уровень холестерина даже у пациентов, которым не помогают статины – самые распространенные препараты, уменьшающие выработку холестерина, или которые плохо их переносят.

Спать, как Леонардо да Винчи, или «короткоспящие» люди

Мозговые цепи, клеточные и молекулярные механизмы, регулирующие сон, до сих пор остаются загадкой. Известно, что полное лишение сна может быть фатальным, а частичное лишение сна имеет серьезные последствия для когнитивных функций, настроения и здоровья.

Люди с мутацией в гене hDEC2 спят меньше. В то время как большинству людей (без такой мутации) необходимо в среднем 8 часов сна в сутки, людям с мутацией достаточно 6,25 часа. Однако время засыпания у «короткоспящих» такое же, как и у обычных людей.  

Также существует чрезвычайно редкое и смертельное наследственное заболевание – фатальная семейная бессонница. Вызвана мутацией гена PRNP. Болезнь в настоящее время неизлечима и имеет среднее течение 18 месяцев. Известно 40 семей, пораженных этим недугом.

Нечувствительность к боли

Носители мутаций в генах SCN9A, SCN11A и PRDM12 демонстрируют неспособность воспринимать боль с рождения. Такие люди не чувствуют слишком горячее и слишком холодное, но в то же время различают ощущение тепла и холода. Подвержены переломам и вывихам костей, повреждению роговицы глаза из-за отсутствия необходимых рефлексов.

Родители пострадавших детей часто подозреваются в физическом насилии над ребенком из-за характера травм. Детям с таким диагнозом свойственны раздражительность, гиперактивность, импульсивность и агрессивное поведение, но с возрастом обычно состояние улучшается.

Люди с врожденной нечувствительностью к боли склонны нормально реагировать на чужую боль. Они часто имитируют боль в соответствующих ситуациях, например, во время игры в футбол. Женщины с такой патологией могут забеременеть и нормально родить. Акушерский персонал должен быть осведомлен о диагнозе. Роды будут безболезненными, однако чувства потягивания и осязания сохраняются.

Устойчивость к ВИЧ

Есть малое количество людей, которые заражаются ВИЧ-инфекцией, но не болеют. Это носители мутации в гене CCR5. Вирус попадает в организм, но не размножается.
Естественная генетическая защита от ВИЧ имеется только у европейцев. Причем чаще у североевропейцев. Почему – пока твердого ответа нет. Известно, что мутация присутствует в популяции дольше, чем ВИЧ заражает людей. Оценки варьируются от 700 до 2900 лет.

Одна из гипотез предполагает, что мутация возникла у викингов, чтобы защитить организм от оспы и чумы, и вместе со скандинавами «двигалась» с севера на юг.

По данным исследований, естественная генетическая защита от ВИЧ есть у 2—4% представителей европеоидной расы. Также отмечается, что особенно характерна ВИЧ-устойчивость для финно-угорских народов. Безусловно, вмешательство в ген CCR5 – перспективное направление для поиска лекарства от ВИЧ.

Мутация в CCR5 со столь прекрасным эффектом имеет и темную сторону: на 21% увеличивает риск смерти от любых причин.

Почему гены мутируют?

Мутацией считается любое изменение в последовательности ДНК. Мутация меняет генетический код – генетическую «инструкцию» по строительству того или иного белка.

В результате производство белковых молекул нарушается: они либо вовсе не вырабатываются, либо функционируют неправильно.

Природу и необходимость мутаций ученые объясняют эволюцией. Без мутаций она была бы невозможна. Генетические изменения обеспечивают «сырье», на котором действуют механизмы естественного отбора. Те мутации, которые позволяют лучше приспособиться к меняющимся условиям окружающей среды, передаются потомству с большей скоростью, тем самым влияя на будущее вида.

Быстрое увеличение человеческой популяции привело к появлению многих редких аллелей – различных форм одного и того же гена. У каждого человека имеется около 40 мутаций, которые могут отсутствовать у других людей.

Возможно ли редактировать гены и создавать суперлюдей?

Клеточная и генная терапия создают возможности корректировать генетические мутации.

Прежде всего редактирование генома интересно в плане лечения генетических заболеваний, разработки лекарств. Проводится множество экспериментов с человеческими эмбрионами. Ученые преодолели семидневный порог жизни эмбриона вне матки: научились продлевать его, однако по этическим соображениям ограничили срок выращивания эмбриона до двух недель.

Однако в прошлом году Международное общество исследования стволовых клеток (ISSCR) объявило об отмене «правила 14 дней», которое запрещало растить человеческие эмбрионы дольше двух недель после оплодотворения яйцеклетки сперматозоидом.

Постоянно обсуждается вопрос этичности таких исследований.

В одних странах они запрещены, в других – активно ведутся и, кажется, будут только продолжаться. Операции по прерыванию беременности и искусственному оплодотворению обеспечивают постоянное пополнение источника биоматериала для исследований.

Чтобы исправить «неправильный» ген, нужно найти мутантную последовательность нуклеотидов и «вырезать» ее из ДНК. Задача непростая, если учесть что в нашем геноме 6 миллиардов букв. Необходимо отыскать одну «опечатку» и исправить ее, ничего не повредив. Можно вставить целые новые фрагменты – трансгены.

Для редактирования геномов человеческих эмбрионов используется прорывная технология CRISPR, отмеченная в 2020 году Нобелевской премией. Она позволяет направленно разрезать ДНК – в участках, выбранных исследователем. По сути, является очень точным молекулярным «скальпелем».

В то же время пока эффективность CRISPR под большим вопросом. Исследования показывают, что использование этой технологии в редактировании генома эмбрионов может привести к нежелательным мутациям. Технология, созданная исправлять генетические «поломки», их же порождает.

Пока никто наверняка не знает, дойдет ли человечество до того, чтобы не только лечить наследственные болезни, но и создавать суперлюдей. Время покажет.

Статьи о последствиях генетических мутаций в блоге Атласа:

• Талассемия
• Муковисцидоз
• Галактоземия