Геном самого маленького усатого кита проливает свет на эволюцию и устойчивость к опухолям
Карликовый гладкий кит (Caperea marginata) — самый маленький из всех усатых китов, хотя может достигать шести метров в длину и весить до трех тонн. Вид распространен циркумполярно в антарктических водах Южного полушария, и о его встречах сообщалось лишь несколько раз.
Он считается последним выжившим представителем вымершей ветви усатых китов и почти не привлекал внимания научного сообщества. Однако его генетический материал может предоставить важную информацию для исследований рака, как обнаружила международная команда ученых. Их исследование об эволюции и устойчивости к опухолям у усатых китов было недавно опубликовано в журнале BMC Biology.
Парадокс Пето и геном карликового кита
Своими огромными телами киты, казалось бы, предрасположены к опухолевым заболеваниям. Чем больше клеток, тем выше вероятность, что в одной из них произойдет мутация в критической точке генома, ведущая к развитию опухоли. Однако, вопреки своим размерам и количеству клеток, гигантские киты демонстрируют необычно низкий риск рака. Это явление в онкологии и статистике, названное в честь его первооткрывателя Ричарда Пето, известно как «парадокс Пето». Как работает эта устойчивость на генетическом уровне, до сих пор неизвестно, но ее расшифровка имеет большой потенциал для онкологии.
Чтобы разгадать эту тайну, исследователи из Центра изучения биоразнообразия и климата Зенкенберга (SBiK-F), Гессенского центра LOEWE по трансляционной геномике биоразнообразия (TBG) и университетов Франкфурта-на-Майне и Лунда (Швеция) проанализировали геном карликового гладкого кита. Используя современные методы геномики, биоинформатики, филогеномики и исследования отбора, они обнаружили множество генов, которые имеют значительно больше мутаций у крупных китов (например, синего кита, финвала или гренландского кита), чем у маленького карликового гладкого кита.
Гены «положительного отбора» и независимая эволюция гигантизма
Хотя генетические мутации обычно считаются вредными, большое количество мутаций внутри гена, как правило, связано с положительным эффектом для вида. По мнению исследователей, результаты позволяют предположить, что эти гены, прошедшие «положительный отбор», могут играть особую роль в устойчивости китов к раку.
«Наши новые данные показывают, что, по-видимому, почти каждый вид крупных китообразных имеет в своем геноме другие гены положительного отбора. Это можно объяснить идеей, уже обсуждавшейся в палеонтологии, а именно тем, что знаковый гигантизм китов развивался несколько раз независимо», — объясняет Магнус Вольф, первый автор исследования.
«Это означает, что каждый крупный кит может иметь свои собственные адаптации против опухолей, которые мы однажды сможем использовать», — говорит он. Действительно, большинство генов, идентифицированных командой, уже известны в исследованиях опухолей, но еще не были изучены всесторонне. Таким образом, геномы китов могут предоставить полезную информацию для медицинских исследований в будущем.
Эволюционные отношения и важность сохранения
В своем исследовании ученые также смогли точнее, чем раньше, расшифровать родственные связи внутри усатых китов, таких как серые киты, гладкие киты и полосатики. Они определили точку в эволюции полосатиков, где их общий предок разделился на три линии одновременно. Эти результаты также показывают, что генетический обмен между предками современных видов был возможен в течение долгого времени.
«Наше исследование полностью соответствует девизу центра LOEWE TBG: "Документировать — Защищать — Использовать". Геномные данные — основа для понимания биоразнообразия и способствуют точным усилиям по сохранению. В то же время эти открытия ценны для медицины с прикладной точки зрения», — объясняет руководитель исследования профессор д-р Аксель Янке.
Однако исследовательский и медицинский потенциал геномики биоразнообразия рискует быть утраченным вместе с утратой самого биоразнообразия, отмечает Янке. «Хотя усатые киты теперь строго охраняются и их популяции, кажется, восстанавливаются, в их геномах все еще остаются следы прежней охоты, такие как определенная потеря генетического разнообразия — с возможными долгосрочными последствиями для этих китов. Поэтому важен точный геномный мониторинг», — говорит Янке.