Люди. По следам наших миграций, приспособлений и поисков компромиссов - Луис Кинтана-Мурси

Но даже без учета системы HLA – классического примера стабилизирующего отбора у человека – последние полногеномные исследования показали, что иммунные функции были особенно сильно затронуты именно половым отбором. Это подтверждается на длительных отрезках времени как для многих видов приматов, так и для человека. Например, анализ геномов человека и шимпанзе выявил 125 областей, которые содержат трансвидовые полиморфизмы, демонстрирующие признаки стабилизирующего отбора. Такие области в основном включают в себя гены, задействованные в иммунных функциях (например, ген IGFBP7 и гены мембранных гликопротеинов). Таким образом, скорее всего функциональное разнообразие в соответствующих белках сохранилось из-за влияния инфекций у двух этих видов приматов.

Другие исследования, не столь многочисленные, сосредоточились на стабилизирующем отборе в пределах вида Homo sapiens. Помимо описанного в предыдущей главе знакового случая мутации HbS в регионах, где малярия является распространненным заболеванием, были идентифицированы и другие гены, задействованные в этом механизме отбора. В частности, это иммуноглобулиноподобные рецепторы киллерных клеток, или KIR (от английского killer cell immunoglobulin-like receptors), эволюционирующие вместе с системой HLA, а также гены, кодирующие различные белки, участвующие в миграции клеток, в защите клетки-хозяина или во врожденном иммунитете. Хотя стабилизирующий отбор был и остается редким явлением, по всей видимости он особенно активно проявил себя в случае иммунного ответа и взаимодействия хозяина и патогена, когда сохранение разнообразия оказалось особенно благоприятно для выживания.

Любовь во время малярии

В отличие от стабилизирующего отбора, положительный отбор воздействует на новые мутации – или на существующие нейтральные, – приводя к повышению их распространенности и закреплению в популяциях, живущих в конкретной географической среде. Список генов иммунитета, подчиняющихся данному механизму отбора, все время растет, и участие некоторых из них напрямую зависит от функциональных данных организма или от эпидемиологических данных.

Среди показательных примеров локальной адаптации, связанной с патогенами или с иммунным ответом, фигурируют мутации в генах, выполняющих различные функции, например:

– формирование устойчивости к малярии в Африке и в Азии;

– заражение трипаносомой[96], вызывающей сонную болезнь, в Африке;

– ослабленная воспалительная реакция в Европе и в Африке;

– иммунитет к вирусам, использующий интерфероны III типа, в Европе и в Азии.

Хотя данные случаи положительного отбора можно считать подтвержденными, идентификация специфического патогена или патогенов, из-за которых эти механизмы возникли, остается по-прежнему сложной задачей. До сегодняшнего дня самые убедительные доказательства связи патогенов с отбором предоставляли нам возбудители инфекционных заболеваний, которые в течение долгого времени оказывали воздействие на человеческие популяции. Самым ярким примером служит Plasmodium falciparum – возбудитель малярии: существуют очевидные клинические, эпидемиологические и эволюционные доказательства его влияния на отбор в некоторых генах человека. Один из таких генов кодирует белок бета-глобин; три мутации этого гена приводят к изменению аминокислот (HbS, HbC и HbE) и обеспечивают разные уровни защиты от малярии. Достаточно высокая распространенность этих мутаций в Западной Африке (HbC) и Юго-Восточной Азии (HbE) свидетельствует о влиянии, которое оказала малярия на отбор в этих географических регионах.

Были идентифицированы и другие гены, связанные с защитой от малярии и демонстрирующие признаки положительного отбора в разных популяциях[97]. Сигналы положительного отбора иногда могут быть совсем недавними и локализованными на определенной территории. Например, как в случае гена CD36, который участвует в распознавании красных кровяных телец, зараженных Plasmodium falciparum. Этот ген имеет маркеры положительного отбора, мишенью которого является мутация типа нонсенс (то есть ведущая к образованию нефункционального белка из-за нарушения его синтеза); отбор ограничен популяциями Западной Африки и появляется лишь в последние 3600 лет.

Стоит упомянуть еще об одном гене: он отвечает за недостаток в организме одного из энзимов (G6PD). Такая патология, называемая фавизмом, представляет собой наиболее распространенный тип дефицита фермента генетического происхождения. Фавизм вызывает гемолитическую анемию – разрушение красных кровяных телец. Дефицит энзима G6PD связан с различными мутациями на территориях Средиземноморского бассейна, на Ближнем Востоке, в Африке, в Индии и в Юго-Восточной Азии: его географическое распространение близко к распространению малярии. Несмотря на то что исследования показали определенное сходство между проявлениями дефицита этого фермента и малярией, связи клинического и эволюционного характера пока еще остаются малопонятными.

В 2009 году моя собственная команда в сотрудничестве с командой Анавая Сакунтабхая из Института Пастера изучала дефицит этого фермента в Юго-Восточной Азии. Своим возникновением дефицит обязан мутации, получившей название “Махидол” (что на тайском языке означает «поверхность Земли»), которая, возможно, связана с малярией, вызываемой Plasmodium falciparum и Plasmodium vivax. Результаты наших исследований показали, что мутация Махидол снижает чувствительность к паразиту (число зараженных паразитом индивидов в популяции) P. vivax, но не P. falciparum. Кроме того, встречаемость этой мутации в Таиланде повысилась под влиянием положительного отбора за последние 1500 лет. Этот период соответствует моменту, когда популяция каренов, демонстрирующая самую высокую встречаемость мутации Махидол, покинула Гималаи и направилась на территорию современного Таиланда, где начинала развиваться культура рисоводства. Именно здесь карены стали регулярно подвергаться угрозе заражения Plasmodium vivax, так как в регионе, куда они прибыли, вырубка лесов и возделывание полей способствовали распространению анофелесов (малярийных комаров), являющихся переносчиками малярийных плазмодиев.

Между чумой и холерой

Помимо малярии, существует два других примера отбора вследствие воздействия определенных патогенов в некоторые периоды истории человечества. Первый пример касается холеры, вызываемой бактерией Vibrio cholerae (холерным вибрионом). Ученые исследовали холеру в Бангладеше, где она является давним и эндемическим заболеванием. Команда Пардис Сабети (Гарвардский университет) идентифицировала гены, связанные с риском развития холеры. Любопытным образом эти гены одновременно демонстрируют сигналы положительного отбора: это позволяет предположить, что возбудитель холеры, по сути, направляет наблюдаемый естественный отбор – во всяком случае, в Бангладеше.

Другой пример рассмотрен в исследовании Михая Нетеа (Университет Неймегена в Нидерландах), посвященном изучению двух популяций, имеющих разное происхождение, но проживающих в одинаковых условиях окружающей среды: европейцев и цыган. В ходе этого исследования у обеих популяций была обнаружена сигнатура положительного отбора, мишенью которого служили гены врожденного иммунитета (TLR10-TLR1-TLR6), кодирующие рецепторы на поверхности клетки-хозяина и распознающие микробов. Этот факт был интерпретирован как следствие конвергентной эволюции, вызванной, по всей вероятности, одним патогеном – чумной палочкой (Yersinia pestis), возбудителем бубонной чумы. Однако несмотря на то что чума за последнее тысячелетие становилась причиной самых опустошительных эпидемий в Европе – и это происходило уже после появления в этой части света цыган, пришедших с севера Индии, – простое генетическое смешение двух этих групп кажется недостаточным объяснением.

Эти исследования наглядно показывают, какое влияние некоторые специфические патогены могли иметь на эволюцию человека. Тем не менее, нельзя исключить участие в