Дописката на НаукаOFFNews за откриването на "неслучайни мутации в човешките гени" от израелския колектив, воден от проф. Ади Ливнат, предизвика противоречив интерес и несъмнено се нуждае от изясняване.

Затова след статията на Константин Чипев "Как мутациите си намират мястото. Скорост и локализация на мутациите по данни от 21 век" ви предлагаме и коментара на доц. Лъчезар Карагьозов.

Наследствените промени са суровият материал за отбора (по Дарвин). Преобладаващото мнение сред нео-дарвинистите е, че тези промени са случайни и ненасочени, като видът им не зависи от околната среда, състоянието на организма, космическата енергия и прочее.

Лисенко и неговите привърженици смятат, че наследствените изменения са насочени и са в „отговор“ на условията на околната среда (виж в доклада на Т.Д. Лисенко на сесията на ВАСХНИЛ „За положението в биологическата наука“ точка.5: „Идея непознаваемости в учении о „наследственном веществе“ - текстът на доклада може да видите тук: http://lib.ru/DIALEKTIKA/washniil.txt

Днес знаем много за наследствеността и за ДНК (наследственото вещество). Причините за мутациите, промените в тяхната честота, ензимните механизми на възникването им и т.н. са обект на стотици статии. Случайният им характер по правило не се подлага на съмнение. Няколко пъти са правени експерименти за проверка на неадаптивния характер на мутациите при прокариоти (най-известен е т.нар. флуктуационен експеримент на Луриа и Делбрюк, 1943; също показателен е експериментът с разстилане (spreading) на Нюкомб).

Израелският учен проф. Ади Ливнат (Adi Livnat) преди няколко години излезе с теория, че при еукариотите мутациите могат да имат адаптивен характер (Livnat, Adi. "Interaction-based evolution: how natural selection and nonrandom mutation work together." Biology direct 8, no. 1 (2013): 1-53.)

Статията на проф. Ливнат в Genome Research от януари 2022 ("De novo mutation rates at the single-mutation resolution in a human HBB gene-region associated with adaptation and genetic disease.") дава пример за насочена адаптивна промяна. Става дума за мутиране на кодон №6 в последователността, кодираща бета-глобиновата верига при човека.

Нека да видим примера и какво в действителност показва той. Първо две думи за хемоглобина.

Хемоглобинът при възрастните е в два варианта. Единият вариант преобладава (97% ); при него хемоглобинът се състои от две алфа-глобинови вериги и две бета-глобинови вериги. Друга, значително по-малка част от хемоглобина има две алфа-вериги и две делта-вериги (вместо две бета-вериги). Бета и делта глобиновите вериги си приличат силно и се кодират от два съседни гена в хромозома 11.

Хемоглобин S се среща само при някои хора и има две алфа-вериги и още две мутантни бета вериги (S-вериги). При S-веригите аминокиселина №6 от N-края на белтъка е заменена с друга (глутамат е заменен с валин). Това се дължи на точкова мутация (кодонът GAG е променен в GTG).

Присъствието на S-вериги в червените кръвни клетки има характерно географско разпространение. Мутацията S се открива там, където има (или е имало) малария – Африка, Индия, Средиземноморието (включително Гърция, Турция, България).

Причината за това разпределение на S-мутацията сред хората е отборът, на който маларията подлага хората. Маларията е тежка паразитна болест, болните нямат голям шанс да оставят потомство. В тези условия мутацията S, която помага болестта да бъде по-лека, много лесно „се закрепва“ в поколенията.

Статията на проф. Ливнат отхвърля случайния характер на S-мутацията в кодон №6. Без да влизам в подробности, какви са експерименталните данни?

ДНК се изолира от сперматозоиди. Сперматозоиди се използват, защото само промени в ДНК на половите клетки се предават на следващото поколение (Август Вайсман). Там трябва и да се търсят мутации, а не в соматичните клетки. Донори са четирима с европейско потекло от САЩ и седем африканци от Гана, където (за разлика от САЩ) и днес съществува малария. Изследвана е ДНК от няколко десетки милиона сперматозоиди от всеки донор (таблица 1 от статията).

Изследват се промените в последователността на шест нуклеотида от гена за бета-веригите, съответно от гена за делта-веригите (контрола). Става дума за нуклеотидите CCTnAGG, които са място за срязване на ДНК от рестриктазата Bsu36I (Bsu36I се използва в диагностиката). При всеки един от тези нуклеотиди се наблюдават случаи на точкови мутации. Открити се транзиции и трансверзии, по 23, 18, 12, 20, 1 и 1 случая на нуклеотид. Непосредственият извод тук е, че мутациите, насочени или не, са много рядко явление.

Нуклеотидите nAG са от кодон №6 (подчертан в рестриктния сайт). Замените на аденина са добре представени, особено в бета-веригата. Замени от GAG в GTG се наблюдават в 9 случая, от GAG в GGG – в 6 случая, а от GAG в GСG – в два случая. Съответните случаи в делта-веригата са само три.

Особеността е, че замените от GAG в GTG (S-мутация) се наблюдават само в бета-веригата и то само при трима донори от Гана. Това се приема от авторите за проява на насочена мутагенеза.

Това (според мен) не е достатъчно, за да се направи фундаменталният извод за насоченост на възникването на S-мутацията. Това все пак е единичен експеримент. Освен това мутации, които не се различават особено от останалите по честота, могат да се нарекат „насочени“ само за удобство (отборът все пак ще реши какъв ще е техният характер). Например неадаптивната мутация от GAG в GGG (глутамат до глицин) също така е добре представена (9 случая в донори от двата континента и в две глобинови вериги). Авторите обаче не смятат, че тя е „насочена“.

Някои моменти от експеримента за мен не са достатъчно обсъдени.

Първо, не е ясно защо са избрани донори от Гана. Ако авторите се интересуваха от расови различия, криобанките в САЩ са достатъчни и не е необходимо да се прави колаборация с Гана. Очевидно авторите търсят директно влияние на болестта малария върху мутационната честота.

Такава „странна“ теория авторите не издигат в явен вид. Този избор на донори обаче не е удачен, защото съществува опасност (макар и малка) от замърсяване с ДНК от други хора от района, които са със S-мутация.

Второ, съществуването на по-висока, адаптивна честота на точкова S-мутация (аденин в тимин, в кодон №6) би се проявило в многократно появяване на S-хемоглобин в различни географски райони. Противно на това, данните са, че S-мутацията в човешката история се е появила само веднъж и е започнала да се разпространява преди около 7 хиляди години. Каква полза от „насочени“ мутации, ако те са също толкова редки, както и случайните?

За възникването и разпространението на S-мутацията виж съответните статии:

• Shriner, Daniel, and Charles N. Rotimi. "Whole-genome-sequence-based haplotypes reveal single origin of the sickle allele during the holocene wet phase." The American Journal of Human Genetics 102, no. 4 (2018): 547-556. https://doi.org/10.1016/j.ajhg.2018.02.003
• Esoh, Kevin, and Ambroise Wonkam. "Evolutionary history of sickle-cell mutation: implications for global genetic medicine." Human molecular genetics 30, no. R1 (2021): R119-R128. https://doi.org/10.1093/hmg/ddab004

Трето, авторите не обсъждат съществуването на съответен молекулен механизъм, който би осъществил адаптивност на мутациите. Очевидно, за да бъде ефективен, този механизъм трябва да включва: (1) източник и начин на използване на информацията за съответната нуклеотидна промяна; (2) начин на различаване на гена на бета-веригата от гена на делта-веригата; (3) влияние на историята на заболяване от малария в определен район. Трудно си представям подобен механизъм.

В заключение. Най-общо мога да кажа, че популяризирането на статии, които без особени аргументи, разрушават някоя от основите на науките, не са от полза. "Писания" , че Дарвин не е прав, че мутациите съответстват на условията, в които е попаднал организма, могат и да навредят. Публиката, която няма съответното образование, след това лесно ще повярва, че ваксините не са ваксини, а вирусът ни е спуснат от американците и т.н.

За привличане на погледа често се хвърлят такива заглавия като (все по най-нови данни) - „Айнщайн – оборен“, „Грешката на Дарвин“, „Планети не се движат по Коперник“. В същото време етикетите на хранителните продукти остават загадка за пазаруващите, да не говорим за това какво са антителата!

Статията на проф. Ади Ливнат: Daniel Melamed et al, De novo mutation rates at the single-mutation resolution in a human HBB gene-region associated with adaptation and genetic disease, Genome Research (2022). DOI: 10.1101/gr.276103.121

Авторът доц. Лъчезар Карагьозов е хоноруван преподавател в Биологическия факултет на Софийския Университет „Св. Климент Охридски”, където чете лекции по „Сигнална трансдукция при растения и животни”. Той е един от малкото останали от славната плеяда на българските молекулярни биолози от екипа на Акад. Асен А. Хаджиолов.

Още по темата

15/02/2022

Животът

Как мутациите си намират мястото. Скорост и локализация на мутациите по данни от 21 век

02/02/2022

Животът

Мутациите може да не са случайни според ново проучване