Вооружившись геномом. Фундаментальные исследования во имя здоровья человечества.

— Мы приступили к этой теме, когда исследования особенностей ДНК человека проводились лишь с ограниченным числом показателей. Тем не менее нам удалось получить интересные результаты, привлекшие большое внимание коллег за рубежом и в нашей стране. За границей генетики давно и активно занимались изучением различных этнических групп. Интересовали их и сибирские народы как возможные предки американских индейцев, а европейская часть РФ оставалась “белым пятном”. Этот пробел мы и решили устранить, хотя финансовые возможности лаборатории для организации многочисленных экспедиций в середине 90-х годов были минимальными. Жилось российским исследователям тяжело. 

Помогло то, что на рубеже тысячелетий произошло значимое событие: завершилась грандиозная работа по расшифровке генома человека — ее можно отнести к выдающимся достижениям современной науки. Получена громадная по объему информация о строении ДНК человека, возникло новое научное направление — геномика. Она революционизировала всю современную биологию. Внутри самой геномики развивались специализированные разделы, такие как функциональная геномика, сравнительная, медицинская и, наконец, захватывающий ее раздел этническая геномика, о которой мы сейчас говорим.

Этническая геномика (этногеномика) изучает разнообразие в генофонде различных популяций, народов, этнотерриториальных сообществ. Отмечу, что становление генофонда (совокупного генома) любой популяции и любого этноса определяется рядом причин. В первую очередь это этническая история, то есть эволюционные исторические траектории всех этнических компонентов, вошедших в состав современной этнической общности. Во-вторых, роль естественного отбора, осуществляющего адаптацию генофонда популяции к конкретным условиям среды обитания. В результате этих процессов происходит накопление в генофонде конкретных популяций специфических характеристик, которые и отличают одну популяцию от другой. 

Многочисленные исследования обнаружили очень важное свойство генома — его вариабельность, то есть полиморфизм. Это свойство раскрывается, когда, сравнивая геномы разных людей, выявляют различия. Геномный полиморфизм обозначает нейтральные вариации в строении генома разных людей. Нейтральные или, как их еще называют образно, молчащие вариации — это те, которые не проявляются внешне и не сказываются на здоровье человека.

— В начале ХХI века в генетике произошли значительные подвижки — появились новые технические средства и методики, в частности, определение ДНК с помощью микрочипов. Как уже говорилось, стало возможным изучать характеристики генома не по одному, как раньше, а по огромному числу вариабельных маркеров. То есть за раз в эксперименте удается определять не отдельные интересующие нас вариабельные участки, а сразу несколько сотен тысяч. Исследования очень дорогие, однако РФФИ поддерживал лабораторию на протяжении многих лет, например, в 2013 году фонд выделил нам грант на три года.

Мы обследовали Восточно-Европейский регион (от западной государственной границы и до Урала). Его населяет множество этнических групп, прежде всего русские и финно-угорские народы. Для чистоты эксперимента выезжали в самые глухие, удаленные деревни, где население не меняется в течение многих лет. Русских обследовали в Курской и Тверской областях, в районах Мурома и Мезени (Архангельская область). На западе Вологодчины работали с вепсами (малочисленным финно-угорским народом). В Республике Коми нас интересовали коренные жители севера и юга республики — для контрастности. В Западной Сибири (по той же схеме) коренные народы — ханты и манси. Кстати, оказалось, что до татаро-монгольского нашествия на территории Республики Коми жили и манси. Спасаясь от врага, русские переселялись на север, продвигая коми на восток, а манси перешли Урал и обосновались в Западной Сибири. 

Мы брали у добровольцев кровь и выделяли ДНК. Так, в нашей коллекции оказались образцы ДНК 6000 человек из 68 популяций. Для многих образцов проводили полный геномный анализ по определению точек, обладающих высоким уровнем вариабельности. Это позволяло определить индивидуальные особенности человека. Эта технология предшествовала секвенированию (методу, позволяющему достаточно точно установить полную последовательность нуклеотидов в молекуле ДНК). 

— Их было даже не море, а целый океан. Проанализировать огромное количество точек в геноме большого числа людей помогли методы многомерного статистического анализа и сложнейшие компьютерные программы. С их помощью удалось конкретизировать нужные сведения. И оказалось, что геном русских, хотя и взятых из разных частей центра Европейской части РФ, сходен для всех изученных групп. Кроме того, популяции продемонстрировали высокое сходство с этническими группами из Центральной и Восточной Европы. В то же время выяснилось, что генофонд русских Севера сильно отличается от генофонда русских центрального региона и имеет высокое сходство с коми и вепсами. Это свидетельствует о вхождении в генофонд северных русских значительного пласта финно-угорского компонента. 

Обнаружили еще один замечательный факт: в европейском генофонде выявлена новая генетическая ветвь, которая говорит о присутствии популяции народа коми. Ранее в генофонде Европы были известны две ветви: южно-европейская и финская. Мы обнаружили новую — третью — ветвь. Сошлюсь на статью известных зарубежных ученых. Они исследовали разнообразие генома в стаде обезьян. И к большому удивлению убедились, что оно гораздо выше, чем геномное разнообразие всего человечества в целом. Вывод простой: несмотря на все расовые различия, можно говорить об очень высоком сходстве между людьми на планете. 

Особенно важен для исследований Уральский регион как пограничная зона между Европой и Азией. Населяющие его народы всегда представляли большой интерес для биологов, включая генетиков и антропологов. Популяции, живущие по обе стороны Уральских гор, сочетают в своем внешнем облике как европеоидные, так и монголоидные черты. Традиционно уральские этнические группы рассматривались антропологами как общности, возникшие в результате долговременного смешения азиатских и европейских популяций. Однако Виктор Бунак, известный советский антрополог, предположил, исходя из необычности наблюдаемых у уральцев антропологических комплексов, что они представляют собой отдельную эволюционную линию, сформировавшуюся независимо от европейской и монголоидной ветвей. Ярко выражены эти признаки у северных уральцев — манси, ханты и ненцев. И следы процессов становления этих групп должны были сохраниться в их геномах.

Мы решили проверить эту гипотезу. Секвенировали образцы ДНК 76 индивидов из современных этнических групп Восточной Европы и Сибири и из предыдущих эпох. После сложных биоинформатических расчетов суммировали результаты анализов и получили модель, отражающую направления и периоды изменений популяционной структуры населения Северной Евразии за последние 50 тысяч лет. В.Бунак предположил, что уральцы формируют генетическую линию, независимую от европейского и азиатского стволов. Как видно из схемы (на снимке), предлагаемая нами модель древних миграций поддерживает гипотезу В.Бунака, так как манси, ханты и ненцы оказались потомками отдельной генетической линии. Она ведет свое начало от ранних этапов становления населения Евразии и, по-видимому, представляет собой сохранившееся древнее население северной Евразии. Схема хорошо демонстрирует влияние, которое оказали уральцы на генофонд населения Европы.

— Они пристально следили за нашими публикациями. Мы напечатали целый ряд статей в ведущих иностранных журналах, и работы были встречены с большим вниманием. Коллеги понимают, что мы предоставляем в мировое пользование ценный базовый материал, на основе которого они смогут вести дальнейшие углубленные исследования, причем не только фундаментальные, но и прикладные. Ведь в процессе формирования генофонда конкретных популяций и этносов в нем происходит накопление специфических характеристик, которые могу представлять интерес для медицины. Например, определять реакцию организма на те или иные воздействия внешней среды, включая лекарственные средства.

— Три года назад Санкт-Петербургский госуниверситет принял обширную программу “Российские геномы” и пригласил нашу лабораторию участвовать в этом глобальном и перспективном проекте. Он предусматривает секвенирование не отдельных людей, как это делали ранее, а семей из трех человек (родителей и ребенка). В рамках программы наметили для обследования Новгородскую и Псковскую области. Для контрастности взяты семьи из отдаленного региона — Якутии. Сопоставив обнаруженные участки вариабельности с мировой базой данных, можно установить генетические особенности наших популяций. Со временем образуется обширная “копилка”. В рамках проекта уже расшифрованы более сотни геномов, подготовлена первая статья для иностранного журнала. Подчеркну, что такого рода исследования значимы не только для теоретической науки, но и для решения практических задач. Результаты будут важны для изучения социально значимых заболеваний, их ранней диагностики и развития методов профилактики. Это значительный вклад в разработку стратегии персонализированной медицины будущего.