ОСТАННІЙ ПОДКАСТ
Підписуйся на найнауковішу розсилку!
І отримуй щотижневі новини науки і технологій

    Ми під'їдаємо крихти cookies за вами. Навіщо це нам?

    Читати

    Пардон за відволікалочку. Допоможи Куншт бути незалежним!

    Пардон за відволікалочку. Допоможи Куншт бути незалежним!

    Повідомлення успішно надіслано

    Для пошуку
    введіть назву запису
    Людина — 10.02.21
    ТЕКСТ: Олеся Павлишин
    Ілюстрації: Каталіна Маєвська
    Ми любимо тексти без помилок. Якщо ви все ж таки щось знайшли, виділіть фрагмент і натисніть
    Ctrl+Enter.
    Епоха великих відкриттів: як Україна з’явилася на генетичній карті світу

    Приходити до лікаря із власною геномною картою – таким, ймовірно, буде наше майбутнє через кілька десятиліть. Дослідження геномної різноманітності людей допомагають найкраще підібрати ліки, визначити причини деяких хвороб, а також висувати нові історичні й демографічні гіпотези. 

     

    Щоб вивчити геномні відмінності, у 1990-x роках один з найвідоміших генетиків Лука Каваллі Сфорза, італієць за походженням, що працював у Стенфордському університеті (США), разом з інтернаціональною командою започаткував програму «Проєкт різноманітності геному людини» (Human Genome Diversity Project), щоб описати важливі геномні варіанти в усьому світі і дати можливість вченим зрозуміти походження і значення генетичної різноманітності людини на всіх континентах.

     

    Тепер на геномній карті світу є й Україна. Вчені Тарас Олексик, Валтер Волфсбергер, Христина Щубелка та ще 27 співавторів дослідили геномну різноманітність в Україні й розповіли «Куншту» про свої знахідки.  

    Які характеристики мають на увазі, коли говорять геном і генетичне різноманіття, та навіщо їх вивчати? 

     

    Тарас Олексик

     

    Геном – це повна генетична інформація, яка міститься у кожній вашій клітині. Наче програма, за якою будується організм. У нас багато клітин, але геном в них практично однаковий. 

     

    Ми знаємо, що у людини є 23 пари хромосом. Робити карту геному означає розбирати ці хромосоми на малесенькі шматочки, як пазл. Спеціалісти-біоінформатики, як Валтер, цей пазл збирають за допомогою дуже потужних комп’ютерних серверів, тому що інформації дуже багато. Хоча кожен людський геном займає близько 3.5 Гб інформації, для дослідження однієї людини доводиться мати справу з сотнями гігабайт даних. Потужностей персональних комп’ютерів не вистачає для обробки такого обсягу даних, тому потрібно проводити розрахунки на спеціалізованих обчислювальних серверах.

     

    Наше дослідження містить декілька компонентів. Перший з них – лабораторний: збір зразків від волонтерів, виділення ДНК, та процес секвенування – зчитування шматочків пазлу. У нас іноді кажуть розшифрування. Але розшифрування – це насправді вже другий крок (те, що робить Валтер, коли він складає прочитані фрагменти ДНК у хромосоми). На цьому кроці створення карти геному маленькі шматочки складаються, як пазли, у хромосому, у карти хромосом. Кожна хромосома – як карта. Одна хромосома – карта одного з 23 островів. Але ці карти контурні. Вони неповні. У них просто є образ, і їх потрібно анотувати. Отже, третій етап – це анотація, коли у даних знаходять різні відмінності, за якими карти кожного острова у кожної людини відрізняються одна від одної. Потім цю інформацію беруть спеціалісти, як-от Христина, (вона в нас не тільки кандидат біологічних наук, але й дипломований лікар). Вчені, які ці речі інтерпретують, розуміють відмінності в хромосомах, які існують між різними людьми, як вони впливають на їхнє здоров’я або на, власне, персональне лікування людини. 

    Геномні карти треба, по-перше, скласти, по-друге, анотувати, по-третє, порівняти, а вже тоді, з огляду на порівняння різних варіацій, можна зрозуміти, що це все означає.

    Коли карт немає, це як ходити в пустелі без орієнтирів. Ви абсолютно сліпі. Ви не розумієте, чому хвороби існують у одних людей і відсутні у інших; чому для однієї людини ліки працюють, а для іншої – не працюють; чому деякі люди хворіють на COVID-19, а інші – ні; чому ваш дід пив, курив і до 100 років дожив. Відповіді на ці «чому» є саме в геномних картах кожної людини. 

     

    Але до цих карт немає інструкцій з експлуатації. Тому ми робимо все навпаки. Як в грі «знайди 10 відмінностей між двома малюнками» – спочатку дивимося на всю картину, а потім починаємо порівнювати деталі і розуміти, як різниці в цих геномних картах впливають на здоров’я людини, лікування та інші речі.

     

    Може здатися, що, аби створити геномну карту, треба дослідити геном кожної людини. Але дуже складно взяти кожну людину й дослідити її геном. Як ці дані екстраполюються?

     

    Потенційно – так. У майбутньому ви прийдете до лікаря з вашою особистою геномною картою, і він буде з вашого дозволу дивитися на неї, щоб ставити діагноз. Але щоб до цього дійти, треба все анотувати, зрозуміти загальні варіанти, бо на кожній людині клінічне дослідження не зробиш. Коли ми анотуємо, то кажемо: в Україні існують варіант A і варіант С. У людей з варіантом C розвивається рак грудей із ймовірністю 20%, до того як їм буде 40 років. У тих, що мають варіант А, не розвивається. Лікар зможе це знати. Так само – і з іншими хворобами.

     

    Але ми тільки на початку цього шляху. В Україні не проводили дослідження на шкалі повного геному. Завжди дивилися на маленькі фрагменти або набір мутацій, або мітохондріальну ДНКМітохондріальна ДНК розташована не в ядрі клітини, а в окремій органеллі й передається дитині від матері,  а не як зазвичай – без змішування хромосом (50% від батька та 50% від матері). Але вона дуже коротка, порівняно з нашим ДНК у ядрі., або гаплогрупиГаплогрупи – набори послідовностей мутацій, типових для представників різних популяцій.. Це маленькі дослідження, які зараз дуже доступні. Двадцять років тому дослідження гаплогрупи були менш доступні, а через 20 років ви матимете свій геном.

     

    Христина Щубелка

     

    Люди у світі подібні на 99,9%. Коли ми порівнюємо нації, то вивчаємо лише той малесенький відсоток, який різний. Базову картину людського геному ми знаємо, але ще не всі ділянки в ньому описані функціонально, тобто багато такого, що ми не розуміємо досі до кінця. Книга прочитана, але значення цього слова невідоме. Але для того щоб порівняти якісь адаптації і екстраполювати, ми маємо спочатку прочитати всі народи. Це була основна мета. Ми зараз прочитали, анотували й частково знайшли відмінності. Але, на жаль, у світі дуже мало народів мають такі дослідження, щоб порівняти їх між собою.

     

    Тарас

     

    Уявіть, що картина генетичного різноманіття світу – це глобус. Зараз він майже не заповнений. Є частинки у Західній Європі, наприклад. Але більшість світу не заповнена, як колись географічні карти. Коли в XV столітті Колумб вирушив відкривати Америку, то було розуміння, що там щось є, а що воно таке – невідомо. Так само ми зараз живемо у велику епоху досліджень геномного різноманіття людства. Це наче нова епоха відкриттів.

     

    Валтер Волфсбергер

     

    Насправді є процес, коли для генетичного тестування однієї людини використовують дуже дешеві тести, але вони сканують тільки малий фрагмент ваших всіх потенційних варіантів. Та світова проблема в тому, що ці тести побудовані на основі геномних картин тих націй, які фінансово спроможні собі дозволити величезні проєкти. Тобто якщо я взяв би такий дешевий тест і зробив би його собі, екстраполював його відомими інструментами, то в мене з’явилося б дуже багато помилок екстраполяції, які б приписувала мені мутації, що є в США чи в Німеччині, чи в Британії, чи в Японії. Тобто серед тих націй, які є уже на картах.

     

    Христина

     

    У нашій статті є твердження про те, що ми знайшли 25% варіацій, які є і в Європі, і в українців. Цю фразу не завжди розуміють.

     

    Тарас

     

    Так. Кожна популяція має притаманні їй варіанти, які характеризують унікальність цієї популяції. Тобто іспанці мають свою характерні варіації, французи мають інші, німці – інші й українці також мають свої. Якщо взяти всі ці варіанти зразу від Іспанії до України, то вийде ніби пиріг. Уявімо, що цілий пиріг – це 100%. І з цього пирога одна четвертина є і в Іспанії, і в Англії, вона також є і в Україні. Три четвертини з цього в Україні нема.

     

    Ми всі люди, тому на 99.9% геноми в нас однакові. Українці є також європейцями. Тому з того, що є відрізняє європейців від інших, 25% варіантів є в Україні. Але у нас також є пів мільйона варіантів, яких більше ні в кого нема.

    Серед решти 75% можуть бути якісь спільні риси українців з іншим народом, але не з усіма європейськими разом?

     

    Так воно і є. Ми найбільш подібні до наших територіальних сусідів. Іспанці, фіни від нас далеко, росіяни від нас далі, ніж вони собі думають, а от молдовани – дуже близько. Ми не дуже розуміємо, наскільки близько, але ближче.

     

    Христина

     

    Росіяни різні. Ми брали лише одну групу зразків з однієї локації цієї величезної країни. Тому це теж треба брати до уваги. 

     

    Тарас

     

    Так, росіяни різні, але, на жаль, нам не дозволили опублікувати всі відомі російські популяції. Насправді Росія дуже генетично різноманітна. Дуже шкода, що вони засекречують свої геноми і не дозволяють публічний доступ до них. Вони не дозволяють використовувати свої дані в інших публікаціях, на жаль. Але ми знайшли росіян з інших міст. 

     

    Валтер 

     

    Якщо якась фармацевтична компанія розробляє ліки, то вона послуговується публічно доступними генетичними даними. І якщо на території України існує велика частка населення, що має мутації, які роблять їх вразливими до ліків або через які ліки неправильно працюють, то світова спільнота це просто пропустить. Тому дуже важливо, щоб кожна країна або навіть кожна групка людей мала свою репрезентацію серед публічно доступних даних.

     

    Важливо зазначити, що дані нашого дослідження доступні на NCBI і в журналі, в якому ми публікувалися. Ми публікуємо не тільки висновки, а увесь процес: від моменту отримання даних, до інтерпретованих результатів. Для України це поки що унікальний проєкт. 

    Це дозволяє нанести Україну на карту сучасних генетичних досліджень і також, можливо, в майбутньому відкрити двері для людей, які хочуть досліджувати специфічні захворювання.

    Якщо, наприклад, ми знаємо, що в певному регіоні України специфічні захворювання є частішими, то тоді треба подивитися генетичні дані: можливо, є якісь мутації, пов’язані з цим захворюванням.

     

    Ми опублікували дані про 97 геномів, коли Британія вже закінчила проект на 10 000, а Ісландія хоче зробити повне генетичне секвенування кожного громадянина. Тим часом ми складними маніпуляціями, колаборацією з великою кількістю людей змогли досягти того, що випустили 97 зразків. Втім, ми можемо порівняти нас із багатшими сусідами, зокрема з Чехією і Польщею. Вони таких даних не мають.

     

    Тарас

     

    Ми знаємо, що поляки працюють над публікацією 10 000 зразків своїх геномів. Але поки вони цього не випустили, польські дослідники будуть вимушені користуватися українськими геномами як найближчими, і з них будуть робити висновки. 

     

    Це для України величезний плюс, тому що генетичні відмінності в українській популяції не будуть ігнорувати у різних дослідженнях. Доведеться робити поправку на те, що є така варіація в українців, тож її треба буде брати до уваги в будь-яких процесах. 

     

    Христина

     

    Наведу дуже простий приклад. В США, доки не почали вивчати геном афроамериканців, не знали, чому вони часто помирають через високий тиск. А чому тиск був високим? Бо якраз такі люди виживали під час морської подорожі з Африки на плантації у південних штатах. Чому вони мають мутацію, що робить їх резистентними до малярії? Бо походять з популяції, де малярія була чи не основним компонентом природного добору. На цих прикладах легко побачити важливість вивчення якоїсь субпопуляції, щоб зрозуміти, що в плані лікування вони можуть критично відрізнятися від іншої групи. Наприклад, навіть у різних медичних довідниках завжди є поправка на афроамериканців: дещо їм треба робити не так, як американцям з європейським походженням. Це дуже важливо. Так само, може, колись буде поправка на українців. Групи будуть більше деталізуватися.

     

    Тарас

     

    Наші геноми сформувалися внаслідок різних факторів довкілля або історичних процесів. Малярія була одним з найважливіших факторів природного добору не тільки в Африці, а й загалом в екваторіальних країнах. Там люди, які не мали цих мутацій, просто не виживали до репродуктивного віку. Є така полоса уздовж екватора, де європейців майже немає. Вони можуть жити у Південній Африці, в Австралії їх багато, але по екватору їх дуже мало. Це зокрема через малярію: діти з нашою з вами генетикою вразливі, а місцеві – ні. Таким чином історичний контекст кожної популяції є визначальним у формуванні геномів.

     

    У мене є приклад з особистого наукового досвіду. 10-15 років тому я працював разом з великою групою в Національному інституті здоров’я Сполучених Штатів, яка знайшла мутацію, що пояснювала 40% захворювань людей афроамериканського походження на хворобу нирок – фокальний сегментарний гломерулосклероз1,2,3. Ми аналізували походження цієї мутації. З’ясувалося, що вона приходить зі шматочком африканської хромосоми. Тобто всі хворі, які мають той шматочок хромосоми, мають і цю хворобу.

     

    Мені тоді кинулося в око, що міститься на карті хромосоми поряд з цим геном у цьому фрагменті, і виявилося, що це варіант, який допомагає людям пережити сонну хворобу, тобто трипаносому – паразита який переноситься укусом мухи-цеце. Люди з фрагментом цієї мутації мали ген, що просто розплавляв паразита, якого переносить муха, але розплавляв і частину ваших нирок. Якщо у вас є цей фрагмент, і ви доживаєте до 50–60 років, у вас починаються проблеми з нирками. 

     

    Цей варіант – стара адаптація до життя, де він був набагато критичнішим, тому що без нього люди могли не дожити і до 20 років, тобто до репродуктивного віку, не залишаючи після себе дітей. Таким чином, захисний варіант поширився у популяції. Але у нас з вами, нащадків європейської популяції, основною причиною хвороби нирок є не муха цеце, а діабет. От вам і різниця походження хвороби у історичному, епідеміологічному контексті. 

     

    У нас, в Україні, теж було багато епідемій, хвороб. Але ми нічого не знаємо про те, які в нас є варіанти, що з нами зробила історія, і з’являється дуже багато різних спекуляцій про це.

     

    Христина

     

    У нашій статті є таблиці, що порівнюють варіанти, які cуттєво відрізняються від європейських і російських. Окремо є таблиця про ті, що асоційовані з медичними даними, а також – про невідомі варіанти. Ці невідомі варіанти можуть щось означати, але їхню функцію ми ще поки не знаємо. Можливо, вони можуть бути прикладом історично або медично значимої мутації, але це ще попереду. 

    Тарас

     

    Те, що вказано в статті, – це вершечок айсберга. Звісно, ми не дали повністю вичерпну картину, але базу даних ми дали. І в базі даних є ті варіанти, які відрізняються в українців своєю частотою від наших географічних сусідів. Чому вони відрізняються в нас, ми поки що не знаємо, але можна вже ставити питання, чи ці відмінності випадкові, чи вони з’явилися в історичному контексті формування нашої української популяції.

     

    Для медичних досліджень в Україні це має дуже великий потенціал: дивіться список, беріть будь-який з генів, який відрізняється, і досліджуйте, чи є він у пацієнтів, чи він призводить до захисту або, навпаки, ризику у нашій популяції. Ці варіанти відрізняються від поляків, німців, росіян, тобто у інших популяціях вони інтересу представляти може і не будуть, а в нас вони критичні.

    Ви вивчали геноми людей, чиї предки прожили кілька поколінь в Україні чи вони просто вважали себе українцями?

     

    Христина

     

    Вони мали відповісти на питання, чи є вони українцями у третьому поколінні. Тобто чи їхні двоє бабусь і двоє дідусів народжені в Україні. Бо це те, що вони зазвичай можуть пам’ятати. Звичайно, ми не можемо бути впевненими, тому в нас були деякі казуїстичні випадки.

     

    Ми не мали питання про самоідентифікацію, йшлося про місце народження. Деякі люди, можливо, ідентифікували себе як угорці.

     

    Тарас

     

    Ми не назвали нашу статтю «Геном українця». У нас апріорі такого не може бути, тому що українець – це не біологічний вид. Тому стаття називається «Геномна різноманітність в Україні». Ми – популяція яка містить клаптик геномної різноманітності людства. Тобто нас цікавить геномна різноманітність в Україні. Ми доклали свою частку до формування більш повної картини різноманітності людей на планеті, і, як виявилося, частка ця таки досить значна.  

     

    Цікаво, що деякі люди у нашому дослідженні, які ідентифікували себе як українці, насправді виявилися далеко не українцями за генетичними ознаками. На генетичній карті один із наших зразків виявився більш близьким до іспанців ніж до решти наших зразків. Але якщо ця людина вважає себе українцем, то ні в якому разі переконувати її, що генетика цьому суперечить, я не збираюся. В крайньому разі, це українець іспанського походження. 

     

    Христина

     

    Варто зауважити, що ми жодним чином не можемо знати дані про цих людей фактично. Це не було нашою метою – розібратись з кожною конкретною людиною. 

     

    Тарас

     

    Головною метою дослідження було створити доступний науковий ресурс для того, щоб дати старт геномним та біоінформатичним дослідженням в Україні.

     

    Христина

     

    Наше дослідження полегшить і нам, і іншим вченим роботу, тому що буде на що опиратися, і ми набагато серйозніше виглядатимемо в очах, скажімо, партнерів та інших агенцій, які дають кошти на дослідження.

    Які ваші знахідки найперспективніші в подальших дослідженнях?

     

    Христина

     

    Ми знайшли приблизно двісті відомих мутацій, які вже пов’язані з якимись захворюваннями. До прикладу, ми показали, що одна мутація, яка пов’язана з аутизмом, в українців трапляється приблизно на 10% частіше порівняно з іншими європейцями. Ми знайшли мутацію, яка підвищує ризик розвитку раку грудей, вона в нас є частішою.

     

    Ми дали дані, але це ще варто перевірити. Тому що, як сказав Тарас раніше, не завжди одна й та сама мутація в різних народах означає те саме. Бо інколи одні мутації нівелюються дією інших мутацій, що є пристосуванням до чогось.

    У вашому пресрелізі вказано, що ваші дані можна використовувати в демографічних та історичних дослідженнях. Як саме? 

     

    Валтер

     

    Науковці з Європи та Сполучених Штатів масово публікують геномні дослідження викопних знахідок. Ми дуже зацікавлені в тому, щоб подивитися і порівняти опубліковані генетичні дані викопних знахідок різних історичних епох та різних культур і порівняти, скільки спільних елементів вони мають з геномом сучасного українця. Це дозволить нам дати відповідь на запитання, представники яких культур мали вплив, проводили інтеракцію й обмінювалися генетичним матеріалом на території, де зараз проживають сучасні українці та їх потомки.

     

    Христина

     

    Також ми зараз беремо участь в програмі прикордонного співробітництва «Україна – Румунія 2014–2020 роки» (цю програму продовжили). Ми співпрацюємо з Университетом Васіле Голдіс (м. Арад, Румунія) вивчаючи населення провінцій Сату-Маре та Бая Маре, які межують із нашим Закарпаттям. Разом ми вивчаємо 150 закарпатців і 150 прикордонних румунів. Критерії ті самі, що і в першому проєкті: бути народженим у третьому поколінні на цій території. Далі ми будемо порівнювати результати.

     

    Румунія дуже цікава в плані викопних решток тим, що саме там знайшли перші неандертальські рештки в Європі а також рештки перших сучасних людей що мігрували до Європи зі сходу в доісторичні часи. В деяких печерах Румунії вони дуже добре зберігаються тому можливе прочитання ДНК і порівняння з сучасним населенням.

     

    Наразі є також геномні дані здобуті з археологічних знахідок готів, скіфів, сарматів, трипільців. І можливо з ними якісь провести порівняння – що до нас від них прийшло через віки, а що загубилося. І це може, звісно, якісь історичні події підтвердити, а якісь спростувати. 

     

    Знову ж таки, ми даємо інформацію для науково-дослідницької спільноти. А як її інтерпретувати, можуть з’ясувати спеціалісти, ми раді поділитися. 

     

    Тарас

     

    Ми вважаємо, що наше завдання як науковців – доносити до суспільства найбільш об’єктивну інформацію. Суспільство інтерпретує її, але якщо інформація об’єктивна, то воно отримує реальну картину, а не таку, яку комусь хочеться намалювати. Коли вийшла наша стаття, першою реакцією було: «Дивіться, вчені довели, що українці відрізняються від росіян». Для самоусвідомлення українців, це, звичайно, дуже важливе питання. Але для нас встановлення різниці між народами зовсім не було метою, тим більше що для генетиків зрозуміло, що географічна відстань – це основний фактор, що визначає генетичну відстань між популяціями. До речі, це означає також, що відстань між двома російськими популяціями може бути навіть більшою, ніж відстань між ними і нами або естонцями чи навіть шведами. Це можна побачити буквально на ілюстрації геномної карти в недавній публікації геномів з Новгорода і Пскова4. У нашій статті було додано також популяцію з Архангельска, яка так само виявилася самобутньою і відмінною від Пскова і Новгорода. Досить тільки порівняти карти з двох статей, і це стає абсолютно очевидним. Тому ні для кого у науковій спільноті не було сюрпризом, що населення України займає своє, унікальне місце на генетичній карті Європи, але нас передусім цікавить геномна різноманітність в самій Україні і її історичне, еволюційне, епідеміологічне підґрунтя.  

     

    Українці – це популяція, яка має клаптик геномної різноманітності людства, і ми цей клаптик доклали до карти різноманітності людей на планеті. Немає і не може бути, гену, який робить когось українцем. Але водночас дуже важливо знати, що у нас специфічне, які в нас є унікальні генетичні варіанти, які процеси на них впливають. Це потрібно насамперед щоб краще розуміти ризики, хвороби, притаманні нашому населенню, і розробляти методи лікування – специфічні і найбільш ефективні для нас. Наша робота дозволяє вивчити основні тренди. А інші вчені й експерти (наприклад, медики, еволюціоністи, археологи, історики тощо) можуть ними користуватися і на їхній основі вибудовувати й тестувати нові гіпотези у своїх наукових пошуках. Тут є неабиякий потенціал розвитку, що принесе користь як українцям, так і іншим народам.

    ТЕКСТ: Олеся Павлишин
    Ілюстрації: Каталіна Маєвська
    Статті
    Наука
    Екологічно чиста отрута: уривок з книжки «Зоологічна екскурсія супермаркетом»

    Чому краще утриматися від «дикого» промислу морепродуктів, особливо у водоймах, де цвіте вода?

    Наука
    Передумови приходу диктаторів до влади: Італія, Німеччина, РФ

    Що стало передумовами приходу диктаторів до влади на прикладі фашистської Італії, нацистської Німеччини та путінської росії? Розповідає співавтор і ведучий каналу «Історія Без Міфів» Владлен Мараєв.

    Людина
    Як кожен з нас може подякувати військовим і допомогти їм з адаптацією

    Як змінюється світосприйняття військових і що ми можемо зробити, аби висловити їм вдячність і допомогти в адаптації до мирного життя?

    Біологія
    Не тільки в історії. Який слід залишить війна в наших генах

    Як війни, голод та важкі психологічні травми залишають слід у геномі людини й чи можемо ми на це якось повпливати?

    Космос
    Що таке сонячні плями і чи впливають вони на людей

    Чи можуть спалахи на Сонці та магнітні бурі провокувати погане самопочуття в людей?

    Ідеї
    Пропаганда у російському кіно

    Як кіно стало частиною пропагандистської та політичної ідеології росії та чи можна якось дати цьому раду?