На обмен генами между неандертальцами и предками Homo sapiens оказали влияние вирусы

7 октября 2018



Эволюция человека обычно изображалась как прямая линия, постепенно поднимающаяся от обезьяноподобного предка к современному Homo sapiens. Но благодаря секвенированию нового поколения (англ. next generation sequencing, NGS), технике определения нуклеотидной последовательности ДНК и РНК для получения описания её первичной структуры, в последние годы удалось выяснить, что это не совсем точное представление. В недавнем исследовании, опубликованном в журнале «Cell» сообщается о новых деталях, касающихся роли вирусов в формировании эволюции, в частности, информация о вирусных взаимодействиях между современными людьми и неандертальцами.

Эта графическая абстракция показывает, как изменялась эволюция генома предка человека, после скрещивания его с неандертальцами, под влиянием вирусных инфекций, приводящих к изменению древних аллелей вирусных взаимодействующих белковых генов.

«Не трудно себе представить, что, когда предки современных людей и неандертальцы встречались, они заражали друг друга патогенами, которые происходили из их родных сред», — говорит первый автор Дэвид Энард, доцент в области экологии и эволюционной биологии в Университете Аризоны. «Скрещиваясь друг с другом, они также проходили генетическую адаптацию, чтобы справиться с некоторыми из этих патогенов». Сейчас считается, что современные люди начали выходить из Африки в Евразию около 70 000 лет назад. Когда они прибыли, они встретились с неандертальцами, предки которых уже проходили адаптацию к этой географической области на протяжении сотен тысяч лет. Евразийская среда формировала эволюцию неандертальцев, в том числе развитие адаптации к вирусам и другим патогенам, которые присутствовали там, и отсутствовали в Африке. Исследование, опубликованное в «Cell» предоставляет новые подробности влияния адаптивной интрогрессии, или гибридизации между видами, на эволюцию человека. «Некоторые из неандертальцев имели адаптивные мутации, которые давали им преимущество в борьбе с патогенами, и они могли передать некоторые из этих мутаций предкам современных людей», — объясняет Энард, который завершил эту работу, будучи докторантом в Стэнфордском университете. «Это называется позитивным естественным отбором — это помогает людям, которые несут данные полезные мутации, выживать».

Энард и Дмитрий Петров (the Michelle and Kevin Douglas Professor of Biology at Stanford University), старший автор нового исследования, используют для изучения глобальных закономерностей эволюции, происходящих в течение десятков тысяч лет, биоинформационные инструменты. Их ранние исследования были посвящены влиянию вирусов на эволюцию людей. В 2016 году они сообщили, что около трети белковых адаптаций, с тех пор как люди отделились от других высших обезьян, были вызваны ответом на инфекционные вирусы. Новая работа, основанная на этих выводах, показала, какие именно из этих адаптаций могла происходить от неандертальцев. В настоящем исследовании ученые аннотировали тысячи генов в геноме человека, которые, как считается, взаимодействуют с патогенами — более 4000 из 25 000 генов. «Мы сосредоточились на этих генах, потому что те, которые взаимодействуют с вирусами, гораздо более склонны участвовать в адаптации к инфекционным заболеваниям по сравнению с генами, которые не имеют ничего общего с вирусами», — говорит Энард. Затем они изучили, было ли обогащение участками ДНК неандертальцев в этих 4000 генах. Более ранние исследования других групп показали, что ДНК неандертальцев присутствует у людей. Эти последовательности являются общедоступными для всех исследователей в данной области. Основываясь на проведенном анализе, в процессе которого было использовано высокоточное контрольно-измерительное оборудование, Энард и Петров нашли убедительные доказательства того, что адаптивные гены, которые обеспечивали устойчивость к вирусам, были разделены между неандертальцами и современными людьми.

«Многие неандертальские последовательности были потеряны у современных людей, но некоторые остались и, кажется, их количество быстро выросло до высоких цифр во время контакта, что наводит на мысль, что они давали преимущества, живущим в то время», — говорит Петров. «Наши исследования направлены на то, чтобы понять, почему это происходило. Мы считаем, что устойчивость к специфическим РНК-вирусам, обеспечиваемая этими неандертальскими последовательностями, вероятно, является основной причиной их избирательных преимуществ». «Важным вопросом, который интересовал популяционных генетиков было то, почему мы поддерживали эти участки неандертальской ДНК в наших геномах», — добавляет Энард. «Это исследование предполагает, что одна из ролей этих генов заключалась в том, чтобы предоставить нашим предкам некоторую защиту от патогенов в новой среде, в которую они перешли».

В дополнение к раскрытию новых подробностей эволюции человека, отмечает Энард, существует еще одно преимущество этого исследования, которое заключается в том, что оно поможет ученым получить новые сведения о древних вспышках болезней. Это может потенциально способствовать улучшению методов мониторинга и лечения будущих эпидемий. «РНК очень хрупкая и быстро деградирует, поэтому найти информацию о древних заболеваниях, вызванных вирусами на основе РНК, трудно», — говорит он. «Если выражаться образно, данные генетические адаптации можно сравнить со следами, оставшимися от давно вымерших динозавров, сохранившимися в ископаемой грязи. Даже не имея доступа к самим вирусам, ученые, изучающие доисторические эпидемии, смогут узнать о возбудителях, которые их вызывали».