Новости › Общество › Стрептококки сделали нас людьми

5 июня 2012 г. (13:50)

Человечество должно быть благодарно стрептококкам и кишечным палочкам: масштабная инфекция, поразившая наших предков 100 тысяч лет назад, способствовала дальнейшему эволюционному обособлению нашего вида, считают генетики, воскресившие в лаборатории два древних протеина.

Согласно данным, полученным при анализе человеческого генома методом молекулярных часов, размеры человеческой популяции периодически резко сокращались в далеком прошлом, притом одно из самых значительных и зловещих сокращений произошло примерно сто тысяч лет назад, когда общая численность наших предков упала до критических 5-10 тысяч особей (или даже меньше), проживавших в Африке.

Такие популяционные «ревизии» способствовали дальнейшему генетическому обособлению нашего вида.

<2>Собственно, все современное человечество является непосредственным наследником той небольшой африканской группы Homo, испытавшей резкое, почти на грани выживания, сокращение численности (явление, получившее название «бутылочного горлышка»), но в дальнейшем получившей эволюционное преимущество над другими видами людей.

Причина столь резкого сокращения до сих пор остается непонятной: гипотезы, объясняющие «великое бутылочное горлышко», простираются в диапазоне от генных мутаций до крупного извержения вулкана, спровоцировавшего краткосрочное, до нескольких десятилетий, или даже столетий, похолодание климата (считается, что виновником подобной катастрофы мог стать индонезийский вулкан Тоба).

Сейчас к этим гипотезам прибавилась еще одна - инфекционная.

В статье «Специфическая инактивация двух иммуномодулирующих SIGLEC генов во время человеческой эволюции», опубликованной во вторник в Proceedings of the National Academy of Sciences, международная исследовательская группа, возглавляемая биологом Аджитом Варки из Калифорнийского университета в Сан-Диего, сообщила об открытии двух специфичных генов, «отключение» которых помогло нашим предкам лучше переносить бактериальные инфекции, вызванные одной из разновидностей кишечных палочек Escherichia coli K1 и стрептококками группы B - главными виновниками сепсиса и менингита у новорожденных младенцев, а также летальных внутриутробных инфекций плода.

<3>"В небольшой ограниченной популяции скорость распространения мутации - например, какого-то одного редкого аллеля - может резко возрастать, а ее эффект - резко увеличиваться. Мы обнаружили два гена, которые неактивны в современной человеческой популяции, но не у родственных приматов. Эти гены могли быть мишенями для определенных бактериальных патогенов, особенно опасных в детском возрасте", - пишут авторы.

Репродуктивные риски, связанные с этими патогенами и влияющие на выживаемость вида, могли быть снижены двумя способами: либо формированием специфичного иммунитета, либо посредством «выключения» мишеневых белков, дающих преимущество инфекции.

Варки и его коллеги полагают, что был реализован второй сценарий, то есть произошла инактивация двух сигнальных рецепторов - протеинов SIGLEC, регулирующих иммунный ответ.

<6>Накапливается все больше данных, что эти протеины, покрывающие поверхность клеток - эритроцитов и лимфоцитов, а также связанные с ними гены, являющиеся частью «сиалового комплекса» - сыграли большую роль в эволюции иммунной системы человека (функции сиаловых кислот диктуются их способностью связывать, то есть включать или выключать белки, циркулирующие между клеткой и внеклеточными веществами, некоторые гормоны, а также лимфоциты и эритроциты, что делает их важным компонентом иммунной системы - см. врез).

Так, авторами было обнаружено, что ген Siglec-13, сохранивший свои функции у шимпанзе, в какой-то момент «выпал» из генома человека, а другой ген сиалового комплекса - Siglec-17, до сих пор экспрессируется, но из-за небольшой мутации продуцирует более короткую, чем у шимпанзе, форму сигнального сиало-зависимого белка, уже «не интересную» для микробов: углеводсодержащие комплексы, в состав которых входят эти рецепторы, являются излюбленной мишенью патогенных микроорганизмов, не только обожающих полакомиться углеводами (различными гликопротеинами и олигосахаридами, покрывающими мембрану клетки), но и посредством них нащупывающих бреши в клеточной защите.

<4>Далее, искусственно «воскресив» древние белки и поместив их в культуры кишечной палочки K1 и стрептококков-В, исследователи обнаружили, что патогены вновь с легкостью распознают эти протеины - как выключенный Siglec-13, так и Siglec-17, восстановленный в своей «ископаемой» длинной форме. Это и навело авторов статьи на мысль, что мутация Siglec-17 и выпадение Siglec-13 могли быть следствием масштабной и долгой инфекционной эпидемии, разразившейся в человеческой популяции более 100 тысяч лет назад, в конечном итоге спровоцировавшей положительный отбор одного из аллелей Siglec-17 и отрицательный - Siglec-13.

Была ли древняя эпидемия основной причиной резкого сокращения человеческой популяции 100 тысяч лет, сейчас сложно сказать наверняка.

Группа Аджита Варки давно и успешно занимается ДНК-раскопками древних инфекций, помогающими понять эволюцию иммунной системы человека и приматов, и до этого ей удалось обнаружить еще один, намного более древний и, похоже, не менее судьбоносный эпизод инфекционной «малярийной» мутации, отобранной в популяции гоминид три миллиона лет назад, о котором «Газета.Ru» уже рассказывала (одним из последствий этой мутации, как ни странно, является отрицательный отбор людей-мясоедов, идущий в человеческой популяции сейчас, о чем «Газета.Ru» также рассказывала).

<5>Как бы то ни было, на основе молекулярных меток, с которыми имеют дело современные генетики, изучающие эволюцию человеческой ДНК, в отношении «бутылочного горлышка» остается лишь выдвигать гипотезы, а эксперименты с современными патогенами и искусственно «воскрешенными» древними протеинами вряд ли позволяют адекватно судить о процессах, происходивших сотни тысяч лет назад.

Но тот факт, что из-за эпидемий численность популяции может резко падать, а патогенные инфекции, кроме очевидного вреда, являются и одним из важных факторов видообразования, делают инфекционную гипотезу «великого бутылочного горлышка» довольно убедительной. Как минимум, масштабная эпидемия, поразившая наших предков, могла быть одним из - в ряду неизвестных других - факторов резкого сокращения их численности, а также дальнейшего эволюционного обособления, как бы иллюстрирующего известную максиму - «то, что нас не убивает, делает нас сильней».

Автор: Иван Куликов!--5-->!--4-->!--6-->!--3-->!--2-->