Список источников

1. Наследственные болезни: национальное руководство/ Под ред.
акад. РАМН Н.П.Бочкова и др. – М.: ГЭОТАР-Медиа, 2012.- 936 с.

2. Геномика – медицине: Научное издание/ Под ред. академиков РАМН В.И.Иванова и Л.Л.Киселева. – М.: ИКЦ Академкнига, 2005. – 392 с.

3. Тарантул Б.З. Геном человека: Энциклопедия, написанная четырьмя буквами. Языки славянской литературы. — М., 2003. - 396 с.

4. Ormond K.E., Wheeler M.T., Hudgins L. et al. Challenges in the clinical application of whole-genome sequencing //Lancet. — 2010, May 15. - N 375(9727). - P. 1749-1751.

5. Samani N.J„ Tomaszewski М., Schunkert H. The personal genome — the future of personalised medicine? // Lancet. - 2010, May 1. - N 375(9725). - P. 1497-1498.

6. Wang E.T., Sandberg R., Luo S. et al. Alternative isoform regulation in human tissue transcriptomes // Nature. - 2008, Nov. 27. - N 456(7221). - P. 470-476.

7. Yoav Gilad, Victor Wiebe, Molly Przeworski, Doron Lancet, Svante Paabo. Loss of Olfactory Receptor Genes Coincides with the Acquisition of Full Trichromatic Vision in Primates // PLoS Biol. - 2004, Jan. - N 2(1). - P. 0120-0125.

Тема № 6. Этногеномика и геногеография

Краткое содержание:

1. Основные подходы к ДНК-анализу в популяционных исследованиях

2. Африканское происхождение человека современного типа

3. Использование анализа ДНК для изучения истории этносов

4. Этногеномика и геногеография Восточно-Европейского региона

5. Особенности русского генофонда

Последние годы на рубеже двух столетий ознаменованы стремительным прогрессом в области молекулярной генетики человека. Это связано, прежде всего, с работами по расшифров­ке генома человека, проведенными в рамках международных и национальных программ «Геном человека».

На основе этих исследований возникло новое научное на­правление, получившее название геномика, которое револю­ционизировало всю современную биологию. В рамках самой геномики стали развиваться специали­зированные разделы: функциональная геномика, сравнитель­ная геномика, медицинская геномика, компьютерная геномика и, наконец, наиболее захватывающий раздел — этническая ге­номика (этногеномика).

Основной задачей этногеномики является изучение геном­ного разнообразия в генофонде отдельных популяций, этносов, рас. Благодаря этнической геномике молеку­лярная генетика стала оказывать влияние не только на родст­венные разделы биологии и медицины, но и на такие отдаленные гуманитарные дисципли­ны как, например, история, антропология, включая происхождение, эволюцию, пути миграции, оценку родства и взаимодействия различных челове­ческих популяций.

1.Основные подходы к ДНК-анализу в популяционных исследованиях

Популяционные генетики обычно используют в работе раз­личного рода полиморфные (вариабельные) признаки. Раньше в каче­стве таких признаков использовались полиморфные белки, например антигены групп крови, антигены главного комплекса гистосовместимости и др.

Сейчас эти маркеры стали называть классическими, чтобы отличить их от появившихся в последнее время маркеров ДНК. С помощью классических маркеров получено довольно много интересных сведений о популяциях различных регионов мира. Но подлинный переворот в этой области произошел при появ­лении нового инструмента в виде огромного числа полиморф­ных маркеров ДНК.

Преимущества изучения генетического разнообразия на уровне ДНК, по сравнению с белковым уровнем, колоссальны. Информационное содержание ДНК значительно выше белко­вого, особенно если сравнивать с той группой белков, которая доступна для массового анализа. Кроме того, техника исследо­вания маркеров ДНК сводится к ограниченному числу методов, что позволяет автоматизировать процесс.

Важно отметить, что все маркеры ДНК с точки зрения попу­ляционных исследований можно разделить на три группы: мар­керы митохондриальной ДНК, маркеры Y-хромосомы и маркеры других хромосом.

В клетках человека, как и любого высшего организма, содержится геномы двух типов. Один находится в клеточном ядре и распределен по хромосомам — по 22 парам так называемых аутосом и по поло­вым хромосомам — XX у женщин и XY у мужчин. В каждой па­ре хромосом (гомологичных) одна происходит от одного родителя, вторая — от другого.

Другой геном, совсем небольшой, принадлежит митохондриям (их считают энергетическими станциями клеток). Каждая мито­хондрия имеет свой геном, число митохондрий в клетке весьма велико. Вариа­бельность митохондриальной ДНК используется в популяционных исследованиях сравнительно давно из-за относительной простоты выделения ДНК. Основной особенностью этой ва­риабельности является материнский тип наследования.

Y-хромосомный полиморфизм является как бы зеркальным митохондриальному и имеет отцовский тип наследования. Оба типа вариабельности дополняют друг друга, давая раздельную ин­формацию об отцовском и материнском вкладе в эволюцию по­пуляций. Это явление дает новые, не существовавшие ранее, возможности в популяционных исследованиях — проследить и сопоставить историю женской и мужской части популяции и оценить их вклад в популяционный генофонд.

В отличие от них, ядерные маркеры ДНК, расположенные на других хромосомах, характеризуют сообщества людей в це­лом, не учитывая особенности генетического вклада различных полов.

Самой первой обнаруженной вариа­бельностью ДНК была вариабельность, связанная с точковыми заменами нуклеотидов (SNP), когда один нуклеотид в цепи ДНК ме­няется на другой.

Позднее был обнаружен другой тип полиморфизма, связан­ный с так называемыми гипервариабельными участками генома.

Эти участки содержат короткие последовательности ДНК, мно­гократно повторенные один за другим стык в стык, так называ­емые тандемные повторы. Оказалось, что число повторений этих последовательностей сильно различаются у разных людей. У одного человека в конкретной точке генома последователь­ность может быть повторена 4 раза, а у другого 20, 40 и более раз. Из-за столь большого индивидуального разнообразия ин­формативность этих маркеров очень высока.

Среди гипервариабельных участков, представленных тандемными повторами, выделяют мини - и микросателлиты. Для минисателлитов характерны более длинные элементарные зве­нья — от 10 и более нуклеотидов. Длина элементарного звена у микросателлитов меньше 10 нуклеотидных пар (н. п.). В основ­ном исследователи имеют дело с микросателлитами с размером звена от 2 до 4-5 н.п. Полиморфизм мини- и микросателлитных локусов (участков хромосомы) довольно высок, отсюда следует, что и их информативность также должна быть весьма значи­тельной.

Второй важной характеристикой маркеров ДНК является возможность оценки с их помощью временных параметров по­явления новых вариантов. Полиморфизм, отражающий замены единич­ных нуклеотидов, особенно в ядерных ДНК, основывается на событиях, происходящих достаточно редко, поэтому на основании полиморфизма дан­ного типа можно судить о более отдаленных событиях популяционной истории.

Мини- и микросателлиты имеют более высокую ско­рость мутации и на основании этого они рекомендованы для анализа менее отдаленных этапов генетической истории.

2. Африканское происхождение человека современного типа

Первым полиморфизмом ДНК, широко использованным в популяционной генетике, явился полиморфизм митохондриальной ДНК. Дело в том, что в тот период еще не было метода полимеразной цепной реакции, а гены тестировали с помощью сложных и громоздких методов. Существенным было и то, что число копий митохондриальной ДНК (мтДНК) в клетке соста­вляет от нескольких сотен до несколько тысяч. И, таким обра­зом, этот материал мог быть более надежно тестирован, чем любая ядерная ДНК.

Необходимо напомнить коротко основные черты строения мтДНК. Это кольцевая двухцепочечная молекула, у человека ее размер составляет 16569 пар оснований. Основная часть поли­морфизма мтДНК связана с небольшим районом в 1,2 kb, назы­ваемым контрольным районом. Здесь содержатся последова­тельности, контролирующие транскрипцию и репликацию. Этот район известен также как D-петля (displacement — пере­стройка). Он высокополиморфен и содержит два гипервариа­бельных региона, примерно по 400 bp. В обоих регионах содер­жится большое количество точковых замен.

Таким образом, эти участки анализируют в виде гаплотипов (сочетаний вариабельных участков), число вариантов которых в популяциях очень велико.

Напомним, что митохондрии наследуются по материнской линии, так как в оплодотворенное яйцо они попадают из яйце­клетки. Судьба небольшого числа единичных митохондрий сперматозоида, которые могут оказаться в оплодотворенной яйцеклетке, неизвестна — во всяком случае, они не проявляют себя в новом организме. Таким образом, анализ мтДНК дает информацию о генетической истории по женской линии чело­вечества.

Изучение вариантов митохондриальных ДНК в различных популяциях мира показало, что все они могут быть выведены из одного единственного варианта. Эта работа, выполненная в конце 1990-х гг., вызвала большой резонанс, в ней сформулировано представление о митохондриальной Еве, прародительнице все­го человечества.

Одновременно изучался и генетический материал Y-хромосомы, в том числе в строение полиморфных маркеров. В нерекомбинирующей области Y-хромосомы обнаружено множество полиморфных маркеров, образующих гаплотипы, т. е. сочетания вариабельных участков. Такие гаплотипы в нере­комбинирующей области Y-хромосомы, обладающие большой устойчивостью во времени, используют в качестве инструмен­тов для изучения давних генетических событий, в особенности миграций.

То, что многообразие ДНК африканских популяций выше, чем всех остальных, было показано не только с помощью митохондриальных маркеров, но и впоследствии с помощью ядер­ных, включая Y - хромосомные.

Наиболее древние варианты Y - хромосомы найдены в ряде популяций Африки, в частности у койсанов. Таким образом получается, что и Адам — прародитель нашего рода — выходец из Африки.

Большая работа была проведена также и по маркерам других ядерных хромосом. Все эти данные подтвердили африканское происхождение всего человечества.

Многочисленные исследования показали, что все человеческие митохондриальные ДНК могут иметь единого предка, и с некоторыми допущениями можно рассчитать, когда произошло первое ветвление генеалогическо­го древа митохондриальной ДНК. Важным условием для этого является знание скорости мутаций.

Одним из подходов к калибровке митохондриальных часов является сравнение этих последовательностей для человека и шимпанзе, с учетом того, что эти виды разошлись друг от друга 5-7 миллионов лет назад. Оценка средней скорости мутаций в ДНК митохондрий была проведена в нескольких исследовани­ях и составила (1-5)х10^-6 мутаций на нуклеотид на поколение, что по крайней мере на два порядка выше, чем скорость мута­ций в ядерной ДНК.

Расчеты, проведенные на основе этих результатов, показали, что расхождение митохондриальных ДНК началось около 150 тысяч лет назад. Первое «расхождение» вариантов митохондриальных ДНК произошло в древности внутри афри­канского континента, дав начало трем родословным. Расселе­ние по другим континентам осуществлялось потомками только одной из трех африканских ветвей. Самая древняя миграция проходила по южному побережью Азии, через Новую Гвинею — в Австралию примерно 70 тыс. лет назад. Следует отметить, что в это время Австралия, Тасмания и Новая Гвинея были в соста­ве единого материка.

Интересно, что из-за сниженного уровня моря в то время Малайский полуостров, острова Суматра, Ява, Борнео и Бали также были едины. Все это значительно облегчало продвиже­ние людей с южного побережья Азии в Австралию. Европа, со­гласно этим данным, заселялась позднее, что, по-видимому, было связано с более суровыми климатическими условиями и наличием здесь неандертальцев, хорошо приспособленных к холодному климату.

В этой связи интересное исследование было проведено на мтДНК, выделенных из костей неандертальцев. Один из образ­цов — это известная находка из Дюссельдорфа, обнаруженная в 1856 г. Было расшифровано 380 нуклеотидов из первого гипер­вариабельного региона (ГВС1) D-петли. Если средние попар­ные различия у современного человека в этой области составляют величину 8,0 (с колебаниями от 1 до 24), то размах различий между неандертальцем и современным человеком со­ставил от 22 до 36. Общий предок для этих подвидов, как показали расчеты, может быть датирован в пределах от 550 до 680 тысяче­летий тому назад.

Было проведено исследование ДНК других неандертальских образцов в сравнении с древним образцом ДНК кроманьонца. Полу­ченные данные продемонстрировали геномные различия неан­дертальца и кроманьонца и явились дополнительным подтверждением того, что это, очевидно, разные подвиды одного вида Homo sapiens.

Исследование Y-хромосомной вариабельности в глобаль­ном масштабе было недавно проведено Петером Андерхиллом, одним из сотрудников Кавалли-Сфорца. Был проведен анализ 166 полиморфных точек в Y-хромосоме более 1000 мужчин из разных регионов Земли. В результате обнаружено 116 гаплотипов, представляющих собой отдельные исторические родослов­ные, которые удалось объединить в одно эволюционное древо. В этом древе выделились 10 ветвей, каждая из которых соответ­ствует конкретным географическим регионам.

В Африке обнаружены варианты Y-хромосомы, соответст­вующие трем ветвям, причем первая из них является самой древней и несет в себе некоторые особенности, общие с наши­ми ближайшими «родственниками» — приматами. Эта ветвь встречается у некоторых африканских меньшинств — у койсанов, у ряда популяций суданцев и эфиопов. Все остальные вет­ви отличаются от ветви N1, и они, собственно, и образуют основной «ствол» данного древа. Вторая и третья ветвь являют­ся тоже африканскими, причем третья ветвь особенно широко представлена у разных народов континента. Именно эта ветвь наиболее родственна Y-хромосомным вариантам всего осталь­ного человечества. Интересно, что одной из ветвей, наиболее близкой к африканским, является австрало-новогвинейская, а наиболее отдаленной — ветвь американских индейцев. Если сравнить эти результаты с данными по митохондриальной ДНК, то можно видеть, как они хо­рошо согласуются друг с другом. Такое согласование говорит о том, что полученные сведения отражают реальный эволюцион­ный путь современного человека, независимо записанный в родословных как по женской, так и по мужской линии.

Далее были проведены исследования по различным типам полиморфизма ядерной ДНК других хромосом. Оказалось, что все они пригодны для оценки путей миграции и даже (в первом приближении) — времени, когда данное событие происходило. Особенно подходящими для этих целей оказались гаплотипы, состоящие из сочетаний близко расположенных маркеров раз­личного типа. Они явились особенно полезными при анализе происхождения популяций и реконструкции исторических ми­грационных процессов.

Для множества генов были исследованы гаплотипы, состав­ленные из полиморфных участков. Были изучены десятки по­пуляций из различных географических регионов. Оказалось, что наибольшее разнообразие гаплотипов имеется в африкан­ских популяциях, проживающих южнее Сахары. Все остальные изученные популяции мира выглядели как одна из подгрупп африканцев.

Эти данные показали, что популяции Северо-Востока Аф­рики в ранней истории отделились от остальных африканских популяций, после чего часть из них мигрировала из Африки на другие континенты. Многие показатели, выявленные в данных работах, позволяют считать, что африканские популяции име больший эффективный размер и высокий уровень полиморфизма.

Таким образом, исследование геномного разнообразия че­ловека убедительно показало, что все человечество имеет еди­ное происхождение и ведет свой род из Африки. Все три независимые линии анализа — с помощью митохондриальной ДНК, маркеров Y-хромосомы и ядерных маркеров других хро­мосом привели к одним и тем же результатам, доказавшим на­ше африканское происхождение.

3. Использование анализа ДНК для изучения истории этносов

Молекулярно-генетические подходы эффективны не только при изучении глобальных вопросов эволюции человека как ви­да. Большую роль маркеры ДНК играют и при изучении этни­ческой истории в отдельных регионах мира. Один из весьма изученных регионов — это Западная Европа.

В работе Джауме Бертранпетита и его коллег был проведен анализ митохондриальной ДНК из популяций Европы и Ближ­него Востока. Всего было исследовано около 500 человек, среди них — баски, британцы, швейцарцы, тосканцы, сардинцы, бол­гары, турки, жители Ближнего Востока, включавшие бедуинов, палестинцев и йеменских евреев — т. е. народов, относящихся к европеоидам. В данной работе, как и во многих предыдущих, был продемонстрирован низкий уровень генетического разно­образия европейцев, по сравнению с другими, в особенности, африканцами. Это может быть связано с разными причинами: например, с относительно недавним их происхождением, с вы­сокой скоростью миграции, или в связи с быстрым демографи­ческим ростом, который, как полагают, происходил в доледниковый период.

Однако, несмотря на сравнительную гомогенность евро­пейских популяций, имеются определенные географические различия в распределении наблюдаемой генетической вариа­бельности. Это позволило достоверно реконструировать пути миграции народов в далеком прошлом.

Полученные результаты подтвердили предположение о пе­редвижении населения из Ближнего Востока в Европу. Расчеты показа­ли, что эта миграция осуществлялась в течение длительного времени — на протяжении десятков тысячелетий. Данные поз­воляют предположить, что основные генетические характери­стики европейцев, по-видимому, сложились еще в палеолите, тогда как более поздние неолитические миграции оказывали меньшее влияние на изучаемый генофонд.

К аналогичному выводу пришли и другие исследователи, проведя анализ митохондриальных ДНК у более чем 700 чело­век из 14 популяций Европы и Ближнего Востока. Подробный анализ ветвей каждого варианта мтДНК позволил авторам сде­лать следующий вывод: большинст­во населения современной Западной Европы, являет­ся потомками ранних поселенцев, пришедших из районов Бли­жнего Востока в период верхнего палеолита. Обнаружены также «следы» и более поздних продвижений в Европу выход­цев из Ближнего Востока, однако эти миграции оказали значи­тельно меньшее влияние, чем предыдущая.

В последующих работах, выполненных Торони и коллегами, были также исследованы митохондриальные ДНК жителей Ев­ропы, Ближнего Востока и северо-западной Африки. При этом в каждом образце был осуществлен анализ обоих гипервариа­бельных участков, а также полиморфизма вдоль всей молекулы, что позволило определить гаплотип в каждом образце и вы­явить родственные группы гаплотипов, обозначенные как
гаплогруппы.

Эти исследования показали, что у европейцев с наибольшей частотой встречаются две родственные гаплогруппы митохондриальной ДНК, обозначенные авторами как Н и V. Подробный анализ этих гаплогрупп, включая их географичес­кое распределение, позволил авторам сделать предположение, что гаплогруппа V является автохтонной (т. е. местной) для Ев­ропы. Она возникла 10-15 тысячелетий назад на севере Иберий­ского полуострова или на юго-западе Франции, затем диффундировала на северо-восток (вплоть до Скандинавии) и на юг до северо-запада Африки.

В настоящее время она с наибольшей частотой встречается у басков и саамов (которые считаются самыми древними жителя­ми Европы), но отсутствует на Кавказе, юге Европы и Ближнем Востоке. Оценка среднего числа нуклеотидных различий от предкового гаплотипа показывает, что иберийские популяции имеют наибольшее разнообразие по данному признаку. Имен­но это позволило сделать вывод, что с большой вероятностью местом возникновения группы V является Иберийский полу­остров и примыкающие к нему территории юго-западной Франции.

Гаплогруппа Н является самой распространенной в Европе, она встречается в разных популяциях с частотой от 20 до 60%, обнаруживая постепенную (клинальную) изменчивость с вос­тока на запад и север. Она обнаруживается с меньшей частотой в других европеоидных популяциях, например, на Ближнем Востоке, в Индии, на севере Африки, в Сибири. Интересно, что наибольшее разнообразие вариантов гаплогруппы Н обнаруже­но в популяциях Ближнего Востока. Это позволяет считать, что она возникла именно в этих популяциях, причем оценка ее воз­раста составляет 25-30 тысячелетий. Однако в Европу она проникла позднее — 15-20 тысячелетий назад, т. е. в период верхнего палеолита.

Таким образом, данная работа выявила множество интерес­ных деталей в генетической истории европейцев, но в целом подтвердила прежние результаты о древности этих популяций (по крайней мере, по женской линии).

Изучение полиморфизма Y-хромосомных маркеров у евро­пейцев также показывает их древнее происхождение. Работа Семино и соавторов так и называется: «Генетическое наследие человека палеолита в ныне живущих европейцах: возможности Y-хромосомных маркеров». В этой работе принимал участие большой интернациональный коллектив, состоящий из двух американских и нескольких европейских лабораторий, вклю­чая российскую. Было изучено более 1000 мужчин из 25 разных регионов Европы и ближнего Востока.

Анализ по 22 маркерам Y-хромосомы показал, что более 95% изученных образцов могут быть сведены к десяти гаплотипам, т. е. к 10 историческим родословным. Из них два гаплотипа, обозначенные как Eu 18 и Eu 19, появились в Европе в палеолите. Более 50% всех изученных европейских мужчин от­носятся к этим древним гаплотипам. Они являются родствен­ными и отличаются лишь одной точковой заменой (мутация М17), однако их географическое распределение имеет противо­положную направленность. Частота Eu18 уменьшается с запада на восток, будучи наиболее выраженной у басков. Оценка воз­раста этого гаплотипа составляет примерно 30 тысяч лет, возмо­жно, это самая древняя родословная в Европе. По типу географического распределения она очень напоминает распре­деление митохондриальной гаплогруппы V, также имеющей верхне-палеолитическое происхождение. Можно предполо­жить, что гаплотип Eu18 Y-хромосомы и гаплотип V митохонд­риальной ДНК являются характеристиками одной и той же древней европейской популяции, проживавшей в верхнем па­леолите в районе Пиренейского полуострова.

Родственный Y-хромосомный гаплотип Eu19 имеет совсем другое распределение в европейских популяциях. Он отсутству­ет в Западной Европе, его частота увеличивается к востоку и до­стигает максимума в Польше, Венгрии и на Украине, где предыдущий гаплотип Eu18 практически отсутствует. Самое высокое разнообразие микросателлитных маркеров в составе гаплотипа Eu19 найдено на Украине. Это позволило сделать предположение, что именно отсюда началась экспансия дан­ной исторической родословной. К сожалению, среди вариантов митохондриальной ДНК пока не найдено такого, который имел бы сходное с Eu19 географическое распределение.

Как можно объяснить столь различную картину распростра­нения столь родственных гаплотипов? Из данных по распро­странению Eu18 и Eu19 можно предположить, что это связано со следующим сценарием. Во время последнего ледникового периода люди вынуждены были покинуть Восточную и Цент­ральную Европу. Часть из них переместилась в Западные обла­сти. Некоторые нашли убежище на Северных Балканах, единственном месте в Центральной Европе, где была возмож­ность существования. Таким образом, ледниковый период лю­ди переживали в 2-х регионах (западная Европа и Северные Балканы), находясь в значительной изоляции друг от друга. Та­кой сценарий подтверждают также данные по флоре и фауне того же периода. Здесь также была выявлена изоляция в указан­ных областях в ледниковый период. После чего наблюдалось распространение переживших видов и популяций из данных заповедных мест.

Дополнительные молекулярно-генетические данные под­тверждают наличие двух очагов, из которых происходило рас­пространение двух рассмотренных гаплотипов.

Среди других Y-хромосомных гаплотипов большая часть имеет географическое распределение, указывающее на их про­исхождение из региона Ближнего Востока. Однако два из них появились в Европе (или, возможно, здесь и возникли) в па­леолите.

Характеристики этих исторических родословных очень на­поминают таковые для гаплогруппы Н митохондриальной ДНК. Возможно, что они маркируют одни и те же исторические события, связанные с расселением ближневосточных популя­ций в Европе в период, предшествующий последнему леднико­вому максимуму.

Все остальные Y-хромосомные гаплотипы появились в Ев­ропе позже. В неолите произошло распространение ряда гапло­типов из региона Ближнего Востока, по мнению многих авторов, в связи с распространением земледельческой культуры.

Интересно, что в работе был выявлен новый вариант Y-хро­мосомы (мутация М178), встречающийся только в северо-вос­точных областях Европы. Возраст этого гаплотипа оценивается величиной, не превышающей 4000 лет, а его распространение может отражать сравнительно недавнюю миграцию уральских популяций.

Таким образом, в данной работе показано, что лишь немно­гим более 20% европейских мужчин относятся к историческим родословным (выявленным с помощью Y-хромосомного поли­морфизма), которые появились в Европе сравнительно недавно — после ледникового периода в неолите. Около 80% мужчин Европы относятся к более древним европейским родословным линиям, нисходящим ко времени верхнего палеолита.

В последнее время активно дискутировалась идея, выска­занная Марком Стоннекингом еще в 1998 году, что более высо­кая вариабельность популяций (особенно европейских) по Х-хромосомным маркерам, в сравнении с митохондриальными, связана с различиями в дистанциях миграций между жен­щинами и мужчинами. Согласно этой идее, миграция мужчин оказывается более ограниченной пространственно, чем мигра­ция женщин. Однако к таким выводам следует относиться с большой осторожностью, так как еще многие популяционные свойства маркеров ДНК, особенно в сравнении одного с дру­гим, мало изучены. Кроме того, большой вклад могут вносить в это явление социально-демографические факторы, напри­мер, такие, как полигамия, имеющаяся или имевшаяся ранее у многих народов.

Тем не менее, необходимо подчеркнуть, что наличие такой возможности, как анализ отдельно и мужской, и женской популяционной истории, открывает новые перспективы в изучении популяций, которых не было ранее, до обнаружения полоспецифических маркеров ДНК, связанных с митохондриальным и Х-хромосомным полиморфизмом.

Изучение популяций американских индейцев и их связи с сибирскими народами также осуществлялось с помощью мар­керов ДНК. Проблема раннего заселения Американского кон­тинента представляет собой одну из наиболее противоречивых тем в исследованиях по эволюции человека. На основании дан­ных антропологии, археологии, лингвистики и генетики при­нято считать, что предки коренного населения Америки при­были из Азии. Однако время, место происхождения и число волн миграции до сих пор являются предметом дискуссий.

Ранее, на основании синтеза мультидисциплинарных исследова­ний было высказано предположение о трех независимых вол­нах миграции предковых азиатских популяций через Берингов пролив. Изучение классических маркеров ДНК выявило тен­денции, которые можно расценивать как подтверждение трехволновой модели миграции.

Однако первые результаты анализа митохондриальной ДНК показали, что их интерпретация может быть значительно шире, в том числе — в поддержку модели с четырьмя волнами мигра­ции. Дальнейший анализ данных по митохондриальной ДНК позволил свести их к одному предположению, что все популя­ции американских индейцев могут быть сведены к единой предковой популяции, проживавшей ранее в регионе Монго­лии и Северного Китая.

Для того чтобы проверить столь противоречивые гипотезы, необходимо было исследовать дополнительные полиморфные системы ДНК. Было проведено исследование 30 вариабельных Y-хромосомных локусов у американских индейцев и несколь­ких сибирских популяций в сравнении с другими регионами мира. Это позволило выявить общих предков коренных жите­лей Америки с популяциями кетов из бассейна реки Енисей и с популяциями алтайцев, населяющих Алтайские горы. Таким образом, было показано преимущественно центрально-сибир­ское происхождение американских индейцев по мужской ли­нии, которые могли мигрировать в Америку в доледниковый период.

Карафет и соавторы исследовали более 2000 мужчин из 60 популяций мира, включая 19 групп американских индейцев и 15 групп аборигенных сибирских народов. В данном исследова­нии было показано, что у американских индейцев имеется не один праотцовский гаплотип, а девять, причем два из них являются исходными, родоначальными гаплотипами Нового Света. Т.е. можно было предполагать по меньшей мере две волны миграции в Новый Свет, причем обе из региона озера Бай­кал, включая Са­янские и Алтайские горы. И, наконец, самые последние данные однозначно показали, что была одна волна миграции из Сибири в Америку 13 тысяч лет назад.

С помощью полиморфных маркеров ДНК были проведены интересные исследования по заселению тихоокеанских архипе­лагов, а также острова Мадагаскар. Существовала точка зрения о переселении людей из Юго- Восточной Азии на тихо­океанские острова. Однако подробный анализ показал, что это был непростой и длительный процесс.

Изучение митохондриальных ДНК в данном регионе пока­зало, что на островах Океании часто встречается (с частотой до 80-90%) специфическая делеция в 9 пар нуклеотидов, в Юго-Восточной Азии она встречается значительно реже. Подробный анализ показал, что данная делеция встречается в разном гене­тическом контексте, т. е. в сочетании с различными полиморф­ными участками. Эти сочетания принято называть мотивами, причем различают меланезийский, полинезийский и мотив Юго-Восточной Азии. Все представленные данные позволили предположить, что население островов Меланезии и Юго-Восто­чной Азии (Индонезия) в древности не смешивалось. Восточная Полинезия заселялась из обоих этих регионов очень малыми группами, что привело к формированию смешанного генофонда этих островов.

Интересной работой является исследо­вание населения Мадагаскара, проводимое в течение многих лет Химлой Содиал и коллегами. История и время заселения этого острова остаются неизвестными из-за отсутствия пись­менных свидетельств. Немногочисленные археологические данные указывают, что первые поселенцы явились выходцами предположительно из Индонезии (находки датируются нача­лом первого тысячелетия нашей эры), позднее датируется вол­на заселения из Африки. От Африки Мадагаскар отделен проливом шириной 400 км, расстояние до Индонезии — 6400 км. Население острова составляет 11 млн человек и подразделено на 18 этнических групп. В диалектах имеются особенности, указывающие на арабское и африкан­ское влияние.

Изучение митохондриальной ДНК у населения Мадагаскара обнаружило высокую частоту специфической делеции разме­ром 9 пар нуклеотидов, находящейся в окружении полиморф­ных участков, называемых полинезийским мотивом. Этот результат можно объяснить тем, что первые поселенцы Мадага­скара, по-видимому, были мореплавателями и прибыли из Полинезии или относились к той популяции, выходцы из которой заселяли Полинезию, но их путь в Мадагаскар проходил через Индонезию. То, что эти дан­ные получены при анализе митохондриальной ДНК, говорит о том, что в составе прибывших на Мадагаскар групп имелись женщины.

Изучение Y-хромосомного полиморфизма у мужчин Мада­гаскара показало следующую картину. Большая часть (более чем 2/3) современных родословных линий относится к афри­канскому типу и только 15% — к вариантам из Юго-Восточной Азии. Это говорит о том, что переселение из Африки, которое могло происходить как одновременно, так и в более позднее время, чем азиатское, осуществлялось бо́льшим числом людей. Было показано, что обе линии переселенцев, как африканских, так и азиатских, пережили период резкого снижения численно­сти, возможно из-за каких-то внешних воздействий (природ­ные аномалии, эпидемии чумы или что-то еще).

Очень интересное исследование, которое осуществляется несколькими интернациональными группами, ведется в Ин­дии. Известна высокая подразделенность индийского общест­ва, в том числе кастовая. Изучение митохондриальной ДНК и Y-хромосомного полиморфизма у представителей различных каст и племен выявило много любопытных деталей. Женское население Индии, как показывает данное исследование, выгля­дит более или менее гомогенным. Более 60% жителей Индии имеют варианты митохондриальной ДНК, относящиеся к древ­ней группе ранней (возможно, первой) волне миграции из Вос­точной Африки, осуществлявшейся примерно 60 тыс. лет назад. В то же время в некоторых районах Индии ввысших кастах со­держание вариантов митохондриальной ДНК, сходных с евро­пейскими, выше, по сравнению с низшими кастами.

Что касается Y-хромосомного анализа, то здесь выявлены более четкие корреляции с кастовой принадлежностью. Чем выше ранг касты, тем выше содержание вариантов, сходных с европейскими, причем, что особенно интересно, с восточноев­ропейскими. Это является подтверждением точки зрения некото­рых археологов, что прародина завоевателей Индии — индо-ариев, основавших высшие касты, находится на юге Восточной Европы.

Удивительные результаты были получены совсем недавно интернациональной группой под руководством английского исследователя Криса Тайлер-Смита. Проводилось широкомас­штабное изучение Y-хромосомного полиморфизма во множе­стве азиатских популяций: в Японии, Корее, Монголии, Китае, в государствах Средней Азии, в Пакистане, Афганистане и на Южном Кавказе. В 16 популяциях из довольно обширного ази­атского региона, простирающегося от Тихого океана до Кас­пийского моря, достаточно часто встречалась одна и та же генетическая линия Y-хромосомы. В среднем по данному ре­гиону эта линия встречается у 8% мужчин. Это составляет 0,5% всего мужского населения Земли. В некоторых районах внут­ренней Монголии, Центральной и Средней Азии данная линия встречается с частотой от 15 до 30%.

Расчеты показывают, что эта линия Y-хромосомы произош­ла в Монголии примерно 1000 лет назад (в интервале 700-1300 лет) и быстро распространилась по указанной территории. Та­кое явление не могло произойти случайно. Если бы причиной была миграция некой популяции, то исследователи должны были обнаружить несколько таких линий. Проанализировав географию распространения и время возникновения данной ге­нетической линии, авторы сделали сенсационное предположе­ние, что этот генетический вариант принадлежит Чингисхану и его ближайшим родственникам по мужской линии. В пределах обозначенного времени на данной территории действительно существовала империя именно этого завоевателя. Известно, что сам Чингисхан и его ближайшие родственники имели мно­го потомков, которые сохраняли свое престижное положение на протяжении длительного времени. Таким образом, здесь происходил отбор не вследствие биологического преимущест­ва, а по социальным причинам, что представляет собой новое явление в генетике.

Из приведенных примеров изучения популяций различных регионов мира видно, что маркеры ДНК дают новое понимание многих аспектов эволюции человека, как не­давних, так и отдаленных.

4. Этногеномика и геногеография Восточно-Европейского региона

Народы Восточной Европы до недавнего времени оставались белым пятном в исследованиях по ДНК-полиморфизму. Имелись только отдельные разрозненные дан­ные по некоторым популяциям. К настоящему времени российскими учеными проведено изучение восточноевропейских популяций по не­скольким полиморфным локусам ДНК. Полученные результаты вызвали большой интерес.

Изученные полиморфные локусы представлены в основном мини- и микросателлитами, которые обладают расоводиагностическими свойствами, особенно в отношении европеоидных и монголоидных групп. Другими словами, распределение аллельных вариантов каждого маркера существенно различается у ев­ропеоидных и монголоидных народов.

В качестве примера можно привести вариабельный участок генома, имеющий особый интерес. Это ген рецепторного белка CCR5. Есть дан­ные, что вирус СПИД использует именно этот рецептор для внедрения в клетки. Оказалось, что у некоторых людей в этом гене имеется нехватка (делеция) 32-х нуклеотидов. В результате свойства рецептора меняются таким образом, что он становит­ся устойчивым к вирусу СПИД. При этом люди, получившие такую делецию от обоих родителей, не могут заразиться СПИД, даже находясь в группах высокого риска.

В Азии и в Африке эта делеция практически не встречается, но обнаруживается с разной степенью частоты в европейских популяциях, причем имеется три очага с максимумом и все они расположены в северной и восточной части Европы.

Совершенно непонятно происхождение этих очагов — ведь европейское население с вирусом СПИД ранее не встречалось. По-видимому, какие-то еще инфекционные агенты (возможно, вирус натуральной оспы) пользуются тем же рецептором для проник­новения в клетки, и именно в связи с этими инфекциями про­изошла селекция, приведшая к накоплению данной делеции в обнаруженных очагах. Тем не менее, наличие или отсутствие делеции в данном гене также является одним из типов поли­морфизма, который используется для анализа популяций. Дру­гие маркеры, вариации в которых связаны с тандемными повторами, также обладали свойствами расоводиагностических признаков.

Суммированные результаты по всем локусам были проана­лизированы с помощью наиболее современного подхода ком­пьютерной геногеографии. Разработка этого подхода была начата под руководством проф. Рычкова Ю. Г. и продолжена его учениками в Медико-генетическом научном центре РАМН и в Институте общей генетики РАН.

Были проведены исследования обобщающих характеристик генофонда восточноевропейского региона. Для этого использо­вали метод главных компонент в его картографическом варианте. Этот метод позволяет провести «сжатие» объемов статистичес­кой информации без потерь ее информативности. Это дает воз­можность объединить данные по всем изученным локусам и выявить основные закономерности изменчивости генофонда. Первая главная компонента включает в себя основные и наибо­лее общие закономерности в изменчивости изученных генов в пространстве региона. Вторая главная компонента и так далее — являются следующими по рангу и значимости величинами.

Геногеографические карты главных компонент наглядно от­ражают изменчивость всей совокупности генов и воспроизво­дят наиболее общие тенденции в географии генофонда в целом.

Родная Европа и чуждая Азия. Бросается в глаза (рис.1) близость практически всей Европы к нашей «среднерусской популяции». Ши­рокая область светлых тонов фиксирует популяции, наиболее близкие к «среднерусским». Оказывается, что практически все популяции центральной Европы чрезвычайно близки к «среднерусским» значениям: величины генетических расстояний варьируют от 0 до 0.01. Во всей Центральной и Западной Европе от «сред­нерусских» значений резко отличается только северная часть Скандинавии, одна румынская и одна из множе­ства итальянских популяций. Умеренные отличия по­казывают Франция, Англия, Испания и Италия - но, например, Германия, Австрия, Польша на карте неот­личимы от среднерусской популяции. Однако даже генетические отличия испанцев заметны лишь в обще­европейском масштабе и исчезают, когда мы охватыва­ем взглядом всю Евразию - повторимся, что на фоне Евразии вся Европа удивительно похожа на средний русский генофонд.

Рисунок 1- Карта генетических расстояний по мтДНК: от русского генофонда до популяций Евразии[2]

Главное, что обнаруживает карта генетических расстояний - это удивительную близость «сред­нерусских» значений к вариациям европейского
генофонда. Это сходство - весьма нетривиальный ре­зультат, особенно на фоне радикальных отличий ге­нофонда всего остального евразийского населения. Резкий градиент проходит в районе Урала, пересекает Кавказ и далее на юге немного размывается, показы­вая «слегка русские» Анатолию и Левант. Все попу­ляции к югу и востоку от этой линии обладают иным митохондриальным генофондом, непохожим на сред­ний русский. Территории, расположенные западнее этой линии, за рядом исключений, достаточно близки к «усредненной русской популяции».

Европейцы больше русские, чем сами русские! Однако самое удивительное, что одним из таких исключений является часть русских популяций, бело­русы и украинцы Поднепровья: они значительнее от­личаются от «среднерусской популяции», чем многие иные популяции Европы. Это - неожиданный резуль­тат. Он показывает, сколь велик размах генетических различий в пределах русского генофонда, насколько значительно некоторые русские популяции могут от­личаться от усреднённых общерусских величин. Одна зона слегка повышенных отличий от среднерусско­го генофонда расположилась прямо... в Центральной России! Другая - на северо-западе, хотя эти данные не слишком надёжны, так как основываются всего на одной псковской популяции. Третья - северная зона - особенно обращает на себя внимание. Она отмечает то - пока ещё умеренное - отличие северно-русского ге­нофонда от генофонда усредненно-русского, которое далее переходит уже в резкие отличия финских, саам­ских и зауральских популяций.

Итак, русский этнос имеет сложную внутреннюю структуру. Карта генетических расстояний по часто­там гаплогрупп мтДНК показывает порой большее сходство европейских групп с усреднённой русской популяцией, чем сами русские популяции: между русскими группами выявлены значительные раз­личия.

Коренное население Азиатских регионов Евра­зии) резко отличается от русских попу­ляций.