"Мы – потомки гибридов". Объясняем, чем знамениты достижения Нобеля по физиологии 2022

3 октября Нобелевскую премию в области физиологии и медицины 2022 получил Сванте Пяебо за "исследование геномов вымерших представителей трибы Гоминини (Hominini) и эволюции человека".

Ученый Игорь Дзеверин объясняет: хотя в медиа начали массово писать "Паабо", это неправильно. По правилам эстонского языка должно быть "Пяэбо", а фамилия Сванте – эстонская. 

Кто такой Сванте Пяебо

Это авторитетный ученый мирового уровня и основатель палеогенетики, говорит Ольга Утевская, профессор кафедры генетики и цитологии биологического факультета Харьковского национального университета имени Василия Каразина.

По ее словам, профессор Сванте Паябо – автор нескольких сотен  высокопрофессиональных научных публикаций, пользующихся высокой популярностью в научной среде. "Например, его статья еще в 1989 году о средствах работы с древней ДНК была процитирована более 4 000 раз. И это высокий показатель", – отмечает ученый.

Пяебо является директором отдела генетики Института эволюционной антропологии Общества Макса Планка в Лейпциге, Германия. У него есть опытная команда ученых и мощные лабораторные возможности, добавляет Утевская.

Часто бывает сложно определить ценность и значение научных результатов, отмечает эволюционный биолог, заведующий отделом эволюционной морфологии Института зоологии имени Шмальгаузена НАН Украины Игорь Дзеверин. Но думает, что здесь таких трудностей не будет: "Результаты заслуживают высоких знаков отличия".

Что означают исследования Пяебо

"Это исследования генетические. Связаны не с исследованием таких фенотипных признаков как мозг, череп, конечности, а с исследованием генов, определяющих строение мозга, черепа, конечностей", – рассказывает Дзеверин.

Ученые, говорит, часто сравнивали современные организмы с вымершими, благодаря фенотипным признакам. Благодаря палеонтологическим исследованиям удается лучше узнать эволюцию, чем когда сравниваешь только современные организмы.

Впрочем, на уровне генетики такого до недавнего времени не было: "Мы ничего не знали о генах древних организмов, все сравнения в генетике можно было делать, лишь сравнивая современные организмы". Ситуация была такой из-за ряда проблем:

1. Молекулы ДНК плохо хранятся в палеонтологической летописи (остатки животных, растений. – Ред.), могут храниться пару тысяч лет, иногда – десятки тысяч, при особенно удачных условиях – сотни тысяч, рассказывает Дзеверин.

2. Молекулы ДНК, извлеченные из палеонтологических остатков, сложно анализировать.

Древняя ДНК очень фрагментирована – по сути, это отдельные части генома, объясняет Утевская. "Для сравнения: наш геном – то есть совокупность нашей ДНК – состоит из трех и более миллиардов нуклеотидов. А кусочки древней ДНК, которые мы сейчас находим и анализируем, могут быть длиной всего по 50 нуклеотидов", – рассказывает ученая.

"Пяебо и его команда разработали протокол применения технологии выделения ДНК из ископаемых остатков и анализа обнаруженной информации и получили очень большие результаты. Они смогли прочесть содержание генов, прочесть ДНК наших предков достаточно больших возрастов", – объясняет Дзеверин.

Именно расшифровка, например, генома неандертальца – в значительной степени достижение этой команды и одна из вещей, послуживших основанием для Нобелевской премии, убежден Дзеверин. Потому что революционные методы и чрезвычайно искусное владение ими дали ученым много новой информации, которую другим путем нельзя было получить.

То есть, кроме чрезвычайного научного значения открытия, важный метод, которым его получили, отмечает ученый. Ведь, исследуя палеогеном, можем получать знания о неизвестных до сих пор видах: "И возможно, исследуя далее наш собственный геном, найдем там остатки каких-нибудь старых гибридизаций".

Ведь, по современным данным, в значительной степени полученным этой же командой Пяебо, мы являемся потомками гибридов. У нас есть несколько процентов генов, полученных от неандертальцев. А у жителей восточной и юго-восточной Азии – еще несколько процентов генов от денисовцев (вероятно новый вид вымерших людей, известный по крайне фрагментарному материалу, обнаруженному в Денисовой пещере (Алтай), а также в пещере Байшия в Восточном Тибете. – Ред.), замечает он.

Ученые с участием Пяебо, рассказывает Утевская, определили, что многие тысячи лет назад неандертальцы и люди современного анатомического типа скрещивались. Были разработаны новые биоинформационные подходы, чтобы показать, что геномы современного человека содержат вставки из неандертальских геномов.

Впервые эта информация была обнародована в 2014 году, говорит Утевская, и это было яркое событие в научном мире: "Было обнаружено, что мы унаследовали от неандертальцев много генов, позволивших нашим древним предкам лучше адаптироваться к условиям среды. Например, это гены более эффективного липидного обмена, пигментации кожи (более светлая пигментация, рыжие волосы), иммунного ответа на инфекции".

То есть ученые проследили, как от этого смешивания с неандертальцем человек унаследовал и сохранил в своем геноме генные варианты, которые нам полезны. Чтобы приспособиться, например, к новой пище, климатическим условиям, нехватке света и т.д.

"Лауреат Сванте Пяебо обнаружил, что передача генов произошла от ныне вымерших гоминин к Homo sapiens. Этот давний поток генов для современных людей имеет физиологическое значение сегодня, например, влияет на то, как наша иммунная система реагирует на инфекции", – пояснили 3 октября свой выбор в Нобелевском комитете.

Сравнение генома неандертальца с геномом современного человека позволяет понять, чем мы отличаемся от неандертальцев, какие генные варианты развились у нас иначе и какие эволюционные преимущества это нам дало, объясняет Утевская.

Исследования современных ученых, в частности команды Пяебо, позволили немного решить проблему невозможности проводить сравнение современных и палеонтологических образцов на уровне генетики, отмечает эволюционный биолог.

Команде Пяебо также удалось выделить ДНК из палеонтологических остатков, фрагмента кости фаланги пальца (с такими маленькими фрагментами сложно работать даже палеонтологам) и показать, что эта кость принадлежала неизвестному в то время отдельному виду человека. "Виду, который отличается от нас и неандертальцев где-то так, как мы отличаемся от неандертальцев. Таким было эффектное открытие так называемого денисовского человека", – рассказывает Дзеверин.

Что дальше

Во-первых, это новое понимание истории человечества, убеждены Ольга Утевская и Игорь Дзеверин.

"Можем, например, лучше понять какие-то болезни, если знаем их историю. Какие-то гены могут быть переданы нам от предков, и понимание их истории может дать информацию для лечения. Но это отдаленная перспектива. Путь от фундаментального понимания до, например, применения в медицине далек. Хотя без такого фундамента можем чего-то не узнать и не понять", – считает Дзеверин.

Утевская считает, что разработка методов работы с древней ДНК привела к новым возможностям анализа сильно поврежденного генетического материала, а разработанные методы биоинформационного анализа являются мощным инструментом в работе и с современными геномами человека. То есть человечество может использовать эти достижения по крайней мере в двух важных направлениях:

1) Современная геномная медицина

Геномика человека занимается поиском геномных ассоциаций для так называемых мультифакториальных заболеваний. Их генетическая причина сейчас не выяснена, но известно о существовании наследственной предрасположенности и вовлечении многих генов в реализацию заболевания. Это, например, сахарный диабет, ожирение или шизофрения.

Методы, разработанные для анализа древних геномов, знания, полученные из изучения геномной эволюции человека, могут эффективно применяться для геномной медицины.

"Если будем рассматривать  геном человека также в эволюционном аспекте, можем обнаружить параллели разных генов у приматов и проследить изменения. Сказать, где произошли ключевые изменения в геноме и какие дезадаптации приобрел человек, как это можно регулировать, какие механизмы регуляций этих генов существуют ", – объясняет Утевская.

2) Для ДНК-идентификации в криминалистике.

Генетическая идентификация в криминалистике выполняется с образцами ДНК человека, то есть со следами биологических образцов.

"Часто криминалисты имеют дело с малыми остатками биологического материала, иногда – с сильно поврежденной ДНК, например, когда жертвы катастроф или военных действий обгорели или преступление произошло много лет назад и остатки долгое время пролежали в почве", – рассказывает Утевская.

Есть ли палеогеномные исследования в Украине

У нас нет таких научных школ и должного финансирования для создания лабораторий, где можно работать с древней ДНК, говорит Утевская.

Но есть ученые, разрабатывающие это направление через взаимодействие с зарубежными лабораториями. К примеру, Инна Потехина из Института археологии НАН Украины в лице ученой сотрудничает с палеогенетиками из Германии и США. Они анализируют древние образцы из украинских археологических экспедиций для палеогеномного анализа в специализированных зарубежных лабораториях.

Утевская, а также ее коллеги – археологи из Музея археологии ХНУ Ирина Шрамко и Станислав Задников – сотрудничают с Институтом геномики Университета Тарту (Эстония). В частности, в 2019 году было опубликовано генетическое исследование скифов и готов на территории Украины.

Исследования палеогенетики и палеогеномики диких животных ведутся в Институте зоологии имени Шмальгаузена Павлом Гольдиным и его учениками в сотрудничестве с Копенгагенским и Йоркским университетами. Опубликованы работы по эволюции дельфинов и крыс, на очереди новые работы по эволюции дельфинов и китов. Совместно с Национальным антарктическим научным центром Гольдин и его коллеги изучают синего кита 1300 лет, найденного возле станции "Академик Вернадский". Богдан Ридуш в Черновицком университете изучает палеогенетику животных, кости которых находятся в пещерах нашей страны. Вышли в свет работы Ридуша с коллегами по эволюции гиен и вымерших диких ослов.