Генетическая загадка Арктики: что веками «ломало» ДНК народов Севера?

У канадских эскимосов концентрация ртути и кадмия в крови в восемь раз выше, чем у среднестатистического жителя Земли. А у чукчей, эскимосов и коряков с побережья Берингова и Охотского морей с вероятностью до 66% встречаются гены, которые блокируют ядовитое действие мышьяка. Два факта, два разных народа, один географический пояс. Что объединяет этих северян и почему генетический портрет коренных жителей Арктики выглядит так необычно и даже загадочно.

Генетический детектив

Ученые из Магаданского института биологических проблем Севера решили проверить: а что, если эти наблюдения не случайны? Они взяли образцы ДНК двухсот коренных сибиряков: чукчей, коряков, эвенов, якутов, алтайцев, бурят. Разбили на три группы: северо-восток (побережье), центр (Якутия, Эвенкия) и юг (Алтай, Бурятия). И сравнили частоту 78 генетических маркеров, которые ранее у эскимосов были связаны с уровнем тяжелых металлов в крови.



Для этого применили статистику PBS: она показывает, насколько частота гена в популяции отличается от той, что могла бы получиться просто случайно. Если отличие большое — значит, на этот ген действовал естественный отбор: он давал носителю преимущество.
Результат сильно удивил: у северо-восточных народов в 47 из 78 точек гены заметно отличались от генов центральных и южных народов. При этом прослеживалась четкая закономерность: чем дальше на северо-восток, тем чаще встречались «металльные» аллели.

Самые сильные признаки влияния отбора нашли в семи генах. Они отвечают за защиту от вредных воздействий, обезвреживание чужеродных веществ и перенос молекул через клеточные мембраны. Причем эти гены работают не по отдельности, а вместе действовали как единая команда.

Три металла

Возьмем ген MTHFR. Он управляет обменом фолиевой кислоты, а та влияет на уровень гомоцистеина — вещества, которое повреждает сосуды. У эскимосов и чукчей есть два варианта этого гена: rs2274976 и rs1801131. Они делают фермент чуть менее активным. Казалось бы, минус. Но именно эти варианты связаны с повышенным содержанием ртути в крови. И у северян они встречаются гораздо чаще, чем у южан.



Эти два варианта гена находятся совсем рядом — всего в 3,5 тысячах «букв» ДНК. У чукчей и эскимосов они почти всегда передаются вместе (связь почти 100%). А у южных народов такой прочной связки нет. Видимо, на севере эта комбинация давала большое преимущество, поэтому и закрепилась.

Ген GPX4 кодирует фермент-антиоксидант, который гасит окислительный пожар в клетках. Его вариант rs713041 встречается народов Арктики с частотой более 80%. Исследования показали: если в организме достаточно селена, именно эта версия гена включает защиту на полную мощность. И что любопытно: этот ген работает и против свинца.

Еще один интересный ген — ген GSTM3. Он отвечает за детоксикацию ксенобиотиков, всего чужеродного. У северян часто встречается вариант rs7483-T, который делает фермент более активным. Это позволяет быстрее расщеплять яды, включая свинец. Причем среди чукчей и коряков этот вариант заметно чаще, чем даже у канадских эскимосов.

С кадмием своя история. Здесь главные маркеры — снова MTHFR (тот же rs2274976) и ген CYP1B1. Последний относится к семейству цитохромов, которые окисляют токсины. Получается, что разные северные народы имеют одни и те же генетические «рычаги», которые работают против трех металлов сразу.

Парадокс мышьяка

Самая странная находка касается мышьяка. В Андах, в Аргентине и Боливии, люди тысячелетиями пили воду с высоким содержанием этого полуметалла. У них закрепились особые варианты гена AS3MT, который превращает неорганический мышьяк в менее ядовитые формы — сначала в монометилмышьячную кислоту, потом в диметилмышьячную. Чем активнее фермент, тем быстрее яд выводится с мочой.



У аргентинских индейцев защитный вариант rs7085104-G встречается с частотой почти 73%. А теперь внимание: у чукчей и эскимосов эта частота составляет 65,8%. У якутов — всего 27,9%, у алтайцев — 36,8%. Северо-восток Сибири по этому показателю почти догнал андские народы, которые веками пили отравленную воду.

Но вот загвоздка: никто никогда не находил повышенного мышьяка в питьевой воде на Чукотке или побережье Охотского моря. Зачем же народам Крайнего Севера понадобилась такая защита? Единственным логичным объяснением могут быть только морепродукты.

Киты, тюлени, рыба, моллюски — основа традиционного рациона прибрежных народов. В них много органического мышьяка (арсенобетаин, арсенохолин), который считается безвредным. Но в малых дозах там присутствует и неорганическая форма, особенно в печени и почках морских животных.

Тысячи лет северяне питались в основном такой едой, которая, как и мышьяковая вода в Андах, заставило организм приспосабливаться. В результате у них закрепились защитные гены. А в Центральной и Южной Сибири морепродуктов ели меньше, поэтому и таких защитных вариантов генов там заметно меньше.

Заключение

Казалось бы, картина ясна: морепродукты — главный двигатель эволюции. Но не все так просто. Возьмем ген ALAD. Он кодирует фермент, участвующий в синтезе гема — важнейшей части гемоглобина. Его вариант rs1805313-A у северо-восточных народов встречается чаще, чем у других. Этот ген давно известен как маркер чувствительности к свинцу. Но у канадских эскимосов носители этого варианта не показывают повышенного свинца в крови. Ген есть, а прямой связи нет. Как такое вообще возможно?

Или другой пример: у эскимосов высокие уровни ртути коррелируют с вариантами генов TXNRD2 и SEPHS2. Первый защищает митохондрии от окисления, второй управляет обменом селена. Но как именно они взаимодействуют со ртутью на молекулярном уровне — до сих пор загадка.

Мало того, мы не знаем, платят ли северяне за свою защиту скрытой ценой. Может, те же аллели делают их уязвимее для других болезней? Или, наоборот, дают преимущества, о которых ученые пока не догадываются. Так что работы для генетиков здесь непочатый край.