Уникальная генетическая мозаика: ученые раскрыли тайны, которые делают наши тела неповторимыми.

Исследователи раскрывают удивительные факты о генетических мутациях, которые накапливаются на протяжении всей жизни человека, и находят, что каждый из нас представляет собой лоскутное одеяло клеток с небольшими генетическими вариациями. Эти соматические мутации — ошибки в ДНК, возникающие вне репродуктивных клеток, — появляются уже на первых делениях клеток после зачатия и накапливаются на протяжении всей жизни. Именно это делает нас уникальными, сравниваемыми исследователями с генетической мозаикой, как сообщает Knowable Magazine.

Несмотря на высокую точность процесса копирования ДНК и надежные механизмы исправления, миллиарды делений 30 триллионов клеток нашего организма приводят к неизбежным ошибкам. "Небольшое чудо заключается в том, что мы все продолжаем жить и чувствовать себя хорошо", — утверждает Фил Х. Джонс, биолог-онколог из Института Велком-Сангер в Англии.

Хотя многие из этих мутаций безвредны, другие могут способствовать развитию заболеваний, таких как рак, или даже участвовать в процессе старения. Новейшие достижения в области технологий позволили ученым выявлять эти мутации даже в небольших группах клеток. Майкл Лодато, молекулярный биолог из Медицинской школы Массачусетского университета Чан, считает, что к среднему возрасту каждая клетка может содержать около 1000 таких генетических ошибок. Ученые обнаружили большие участки мутировавших клеток в таких тканях, как кожа, кровь и толстая кишка, даже у здоровых людей. Например, при анализе образцов кожи после операций на веках было установлено, что 20-30% клеток содержали мутации, связанные с раком, несмотря на отсутствие заболевания.

Исследователи также отметили, что мутировавшие клетки пищевода, которые к среднему возрасту становятся доминирующими в тканях, иногда несут мутации в гене NOTCH1, который может подавлять развитие рака, а не способствовать ему. Последствия этих открытий также касаются исследований мозга.

Ранее считалось, что в генетическом плане мозг остается стабильным из-за отсутствия деления клеток после рождения, однако оказалось, что нейроны накапливают мутации с течением времени. Эти соматические мутации в мозге могут объяснить, почему у однояйцевых близнецов иногда развиваются разные неврологические или психиатрические заболевания, такие как шизофрения, или почему некоторые мутации связаны с такими заболеваниями, как аутизм и эпилепсия.

Исследовательские группы, включая команду под руководством Кристофера Уолша из Бостонской детской больницы, обнаружили, что каждый нейрон в мозге взрослого человека содержит сотни или даже тысячи мутаций, которые увеличиваются с возрастом. Связь между этими мутациями и старением вызывает все больший интерес.

В исследовании, проведенном под руководством генетика Иниго Мартинкорена и опубликованном в журнале Science, изучались крипты толстой кишки (крошечные карманы в кишечной оболочке) у людей и животных, чтобы выяснить, как мутации накапливаются у разных видов. Выяснилось, что у долгоживущих видов, таких как люди, мутации накапливаются медленнее, чем у короткоживущих, например, мышей. Это позволяет предположить, что долговечность связана с более эффективными механизмами восстановления ДНК.

Хотя это и не доказывает окончательно, что мутации вызывают старение, но поддерживает гипотезу о том, что они играют определенную роль. Однако реализация этих знаний в практические решения, такие как обратное воздействие на мутации для увеличения продолжительности жизни человека, остается далекой и достаточно умозрительной целью.

Некоторые мутации, парадоксальным образом, оказывают защитное действие. Например, в ходе исследования мутаций клеток крови Сиддхартха Джайсвал из Стэнфордского университета обнаружил клоны мутировавших клеток, которые увеличивают риск развития таких заболеваний, как рак крови и болезни сердца, и в то же время эти же клоны связаны со снижением вероятности развития болезни Альцгеймера.

В то же время ученые исследуют, как соматические мутации могут помочь в лечении таких заболеваний, как боковой амиотрофический склероз (БАС), применяя новые диагностические подходы, которые анализируют ткани, помимо крови, например, слюну или кожу, для выявления мутаций, приводящих к болезни.

Хотя для науки остается много неизвестного, изучение соматических мутаций меняет представления ученых о биологии человека, старении и болезнях. Эта область исследований, все еще находящаяся на начальном этапе, получает значительное финансирование, например, Национальные институты здравоохранения выделили 140 миллионов долларов на каталогизацию этих мутаций.

Открытия, сделанные на сегодняшний день, показывают, что наше тело — это постоянно развивающаяся мозаика, в которой мутации могут представлять как риск, так и защиту. Как подчеркивает Иниго Мартинкорена, их путь в этой области только начинается, и в ближайшие годы нас ожидает множество открытий.