Вредные генетические мутации могут встречаться реже, чем считалось

Мы все — мутанты. Каждая черта, определяющая наш вид, — результат генетической мутации в истории эволюции. Чаще всего мутации воспринимаются как вредные, ведущие к инвалидности или болезни. Новое исследование предполагает, что летальные мутации могут быть гораздо менее распространены, чем считалось, по крайней мере, у бактерий.

Большинство мутаций ДНК вызваны ошибками при копировании генетической информации перед делением клетки. Бактерии, такие как E. coli, копируют около пяти миллионов «букв» ДНК-кода.

Несмотря на сложные системы репарации, некоторые ошибки проскальзывают. Большинство из них — «точечные мутации», затрагивающие одну «букву» ДНК. Мутации могут двигать эволюцию, если дают преимущество для выживания и размножения. Однако они же могут вызывать серьёзные проблемы со здоровьем.

Исследователи из Франции попытались выяснить, как часто мутации действительно вредны, используя E. coli в качестве модели. Лидия Робертс и её коллеги применили метод, позволивший визуализировать изменения ДНК во время деления бактерий.

Вместо традиционного выращивания на агаровых пластинах, где бактерии с летальными мутациями погибают, учёные использовали микрочип с 1000 каналов, куда подавалась питательная среда. Новые клетки оставались в каналах даже после вредных мутаций.

Применялась покадровая съёмка с флуоресцентным маркером, вспыхивавшим при каждой мутации.

Результаты, опубликованные в Science, показывают, что точечные мутации у бактерий возникают с постоянной скоростью примерно одна каждые 600 часов. К удивлению исследователей, лишь около 1% этих изменений ДНК были летальными для бактерий — значительно меньше, чем предполагалось ранее.

Похоже, что у бактерий большинство мутаций не влияет на выживаемость. Они не «плохие» и не «хорошие», а просто эволюционные «зрители».

За пределами «хорошего» и «плохого»

Классификация мутаций как хороших или плохих часто зависит от контекста. Некоторые мутации могут быть полезны, если наследуется одна копия, но вредны — если две. Пример — серповидноклеточная анемия.

Люди с этой болезнью имеют мутацию гена, производящую изменённую форму гемоглобина. Это вызывает образование серповидных клеток, закупорку сосудов, боль, анемию и риск инфекций.

Однако болезнь относительно распространена в некоторых странах. Ежегодно рождается около 300 000 младенцев с двумя копиями мутации (в основном в Нигерии, ДР Конго и Индии).

Причина в том, что люди с одной копией мутации устойчивы к малярии. Поэтому носители гена имеют преимущество в выживании в регионах, где малярия распространена.

Недавнее исследование из США предполагает, что все люди с этим заболеванием сегодня происходят от одного предка, жившего около 7300 лет назад в Сахаре или Западно-Центральной Африке. Это показывает, как одна мутация может распространиться на множество особей, если даёт значительное преимущество, даже имея потенциальный вред.

Аналогично, есть свидетельства, что одна копия мутации гена кистозного фиброза могла давать предкам устойчивость к холере, а носители болезни Тея-Сакса — к туберкулёзу.

Лучшее понимание эффектов мутаций может сыграть большую роль в лечении болезней. Например, изучение скорости мутаций в разных типах клеток может пролить свет на развитие рака в различных тканях. Понимание скорости мутаций у бактерий может помочь в борьбе с устойчивостью к антибиотикам.