Знайте свои гены

Глава 6 Гены, раса и родня

Возможно, кое-кто из нас предпочитает представлять себя в чем-то отличным от других людей (и мы действительно все разные), хотя все мы отражаем разнообразие семьи человеческой. Первое явное различие между людьми — их расовое происхождение. Мы легко различаем по цвету кожи три группы людей: африканцев (чернокожие), кавказцев[23] (белые) и восточные народы (желтые). На каждом континенте живут представители всех трех расовых групп, и на протяжении многих столетий происходило весьма заметное смешение рас. Различить расовую принадлежность индивида легко, если цвет его кожи ясно выражен, но процесс смешения рас приводит к тому, что определить расовое происхождение некоторых людей становится все труднее. В этом отношении может оказаться полезным изучение различных влияний, которые оказывают гены на равные расы. Однако выяснилось, что генетические различия между расами не столь значительны, как между этническими группами внутри самих рас.

Некоторые генетические характеристики, например общеизвестные группы крови, взятые сами по себе, могут указать на расовую принадлежность индивида. Например, фактически все африканцы имеют так называемую группу крови Даффи в отличие от белых, у которых этим генетическим признаком отмечено всего 3 % населения. Резус-отрицательных африканцев очень мало, эта группа крови чаще всего встречается у белых. Есть и другие генетические признаки, позволяющие нам дифференцировать расовые группы.

Как выяснилось, обладание некоторыми генами оказывается для людей, проживающих в определенных районах мира, полезным для здоровья. Это преимущество лучше всего видно на примере серповидноклеточной анемии (прогрессирующего наследственного и в конечном счете смертельного малокровия), поражающей прежде всего негров, греков и индейцев и уносящей ежегодно примерно 100 000 жизней. Уже давно было подмечено, что в тех областях земного шара, где распространена малярия, очень часто встречается и серповидноклеточная анемия. В конце концов выяснилось, что индивиды — носители гена серповидноклеточной анемии, имеют значительно более высокую сопротивляемость малярии. Вспомним, что серповидноклеточная анемия — рецессивно наследуемый признак и ген ее, как правило, несут в себе оба родителя заболевшего, которые, однако, сами остаются здоровыми. Более того, они, носители этой болезни, обладают даже определенным преимуществом — лучшей «приспособляемостью», так как гораздо сильнее противостоят заболеваемости малярией, чем люди без гена серповидноклеточной анемии.

Известны и другие примеры генетической адаптации к заболеванию, при которых носители специфического гена также обладают известными преимуществами. Сошлемся на пример талассемии — смертельной, наследственной анемии, сходной с серповидноклеточной анемией (болезнь вызывает изменения в костях и коже и увеличение селезенки), которую находят большей частью у людей, живущих или рожденных в районе Средиземноморья, прежде всего у итальянцев и греков, а также у африканцев и индийцев. И опять-таки носители гена этой болезни обладают устойчивостью к заболеваемости малярией. Женщины — носители сцепленной с полом недостаточности фермента, называемого глюкозо-6-фосфатдегидрогеназой, более устойчивы к малярии (кстати, эта генетическая особенность фермента гораздо чаще встречается среди тех, кто проживает в малярийных поясах мира).

Предполагают, хотя это еще очень неточно и не проверено, что известного рода преимущества дает и носительство гена амавротической идиотии Тея-Сакса. Есть основания думать, что ее носители менее восприимчивы к туберкулезу, который был широко распространен в переполненных еврейских гетто средневековой Восточной Европы, откуда, по-видимому, и вышли носители гена этой болезни.

Вероятно, вы обращали внимание, что цвет кожи (контролируемый генами) связан с областями интенсивного солнечного излучения: чем ближе к экватору и чем сильнее солнечные лучи, тем темнее кожа. Цвет волос и глаз (и то, и другое также контролируется особыми генами) распределяются примерно так же, как цвет кожи. Очевидно, что темные кожа, глаза и волосы представляют известные преимущества в жарком климате.

Так называемый перечный цвет волос африканцев призван предотвращать быстрое испарение пота, тем самым, по-видимому, предохраняя их головы от сильной жары и солнечного удара. Отсутствие волос на лице жителей Востока, рожденных в условиях северного или восточного климата, рассматривается как преимущество, предохраняющее их от обмораживания. Узкий разрез глаз у восточных народов связан с защитой глаза от непогоды (песка, ветра и т. д.). Поскольку тепло лучше сохраняется в крупном теле, вас на этой стадии обсуждения уже не удивит открытие, что величина тела в среднем возрастает в соответствии с географической широтой! Таковы преимущества, связанные с генами. Теперь перейдем к вопросу, который, пожалуй, представляет для нас больший интерес, — к вреду, причиняемому генами.

Во многих популяциях в мире встречаются группы людей, которые по религиозным или другим причинам ведут жизнь обособленно от остальных. Такие группы могут иногда сохраняться как «изоляты» на протяжении многих поколений. В этих случаях неизбежен инбридинг (кровнородственные браки) и как его реальное следствие — все большее накопление среди членов группы одинаковых вредных генов. Инбридинг сказывается на детях, рожденных в таких изолятах, в том, что у них чаще встречаются врожденные пороки или наследственные заболевания.

Известно, например, что в изолированных от внешнего мира селениях в Альпах широко распространен альбинизм. В других селениях встречается много глухонемых, слепых или умственно отсталых. На одном из атоллов Тихого океана, Пингелапе, около 5 % населения совершенно лишены способности различать цвета (ахроматопсия, или цветовая слепота) — состояние, с которым связаны также сильная близорукость и другие серьезные недостатки зрения. В одной общине амишей (религиозная секта в Пенсильвании) был обнаружен особый вид карликовости с лишними пальцами на руках. Амиши, живущие в религиозной и социальной изоляции, вступают в браки между собой, и гены «со стороны» в их общину практически не попадают.

Этнические группы вследствие относительного инбридинга также являются в некоторой мере генетически изолированными. Рассмотрим последствия нашего этнического происхождения.

Шансы для вашего ребенка заболеть наследственной болезнью или быть ее носителем в значительной мере связаны с вашим этническим происхождением (табл. 1–3). Например, повышенная частота некоторых болезней (амавротическая идиотия, семейная дизавтономия), отмеченная у евреев ашкенази, не обнаружена у евреев сефардов, и, напротив средиземно-морская лихорадка — обычное явление у сефардов — среди ашкенази встречается крайне редко.

Таблица 1

Некоторые наследственные болезни в различных этнических группах

¹ _{Эта таблица дает лишь самое общее представление о значении наследственных болезней, связанных с этнической принадлежностью.}

¹ _{Эти приблизительные цифры риска применимы лишь в том случае, если вы и ваша жена принадлежите к одной этнической группе.}

Американские негры, носители гена серповидноклеточной анемии, привезли его с собой из Африки. В настоящее время примерно каждый десятый из черных американцев — носитель гена этой болезни, а дети, страдающие от серповидноклеточной анемии, встречаются с частотой 1 на 400 новорожденных негров.

Кистофиброз поджелудочной железы — наиболее часто встречающийся «генетический убийца» белых детей. С этой болезнью рождается один ребенок из 2500, и один на 25 новорожденных оказывается ее носителем. У негров же, равно как и у лиц восточного происхождения, эта болезнь встречается очень редко. Если такие случаи все же бывают, то почти всегда они оказываются связанными с примесью крови белых в истории данной семьи. Фенилкетонурию — наследственное биохимическое заболевание, приводящее, если его не лечить, к умственной отсталости, — точно так же часто находят у белых людей и весьма редко — у негров и лиц восточного происхождения.

Следует уяснить себе, что некоторые из этих заболеваний могут возникнуть в какой-либо этнической группе вследствие смешанных браков или в результате мутации (амавротическую идиотию можно обнаружить не только у еврейских детей, хотя и в 100 раз реже, чем у них). Поэтому вопросы о месте рождения больного и его этническом происхождении могут быть решающими для установления врачом диагноза весьма редкой и неожиданной в данном случае болезни. Сошлюсь на свежий пример, наглядно иллюстрирующий высказанное соображение.

Длительные и тщательные исследования доктора Дж. Дина в Южной Африке показали, что порфирия была завезена в страну двумя выходцами из Голландии, которые стали супругами здесь в 1688 г. В настоящее время примерно 1 из 330 белых южноафриканцев является носителем гена порфирии и поражен этой болезнью. Поскольку анестезия, барбитураты и некоторые другие лекарства могут оказаться смертельными для пораженных этой болезнью индивидов, многие больницы в Южной Африке обследуют на это заболевание каждого поступающего к ним больного.

Почему, быть может, удивитесь вы, 1 из 30 евреев ашкенази должен быть носителем гена амавротической идиотии независимо от того, где он живет? Подобный же вопрос можно задать и о других болезнях, которые поражают определенные этнические группы чаще, чем другие (см. табл. 1). Наиболее подходящим и понятным разъяснением будет то, которое указывает на наличие у этих индивидов общих предков и, следовательно, общих «плохих» генов. Расселение евреев ашкенази по миру, отражающее ряд исторических событий, помогает понять, почему они страдают одинаковыми наследственными болезнями, отличающимися от тех, которыми болеют евреи сефарды. Евреи ашкенази, по-видимому, ведут свое происхождение от предков, бежавших в Северо-Восточную Европу после разграбления Иерусалима римлянами в 70 г. н. э. Евреи сефарды (восточные или испанские евреи) произошли, очевидно, от тех предков, которые переселились в Вавилон после уничтожения их первого храма в 586 г. до н. э. Евреи, живущие в Иране, и многие из тех, кто теперь живет в Израиле, вероятно, являются потомками этих беженцев, а также тех, кто бежал от римлян в 70 г, н. э. на восток, в Северную Африку и Испанию. Последующие изменения в генах, вызванные мутациями и инбридингом, видимо, вполне объясняют распространение разных заболеваний среди этих двух этнических групп, а также различия в частоте, с которой они встречаются.

Анализы групп крови позволили прийти к некоторым заключениям о миграциях кельтов, включавших в себя народы, происходящие от корнуэльцев, валлийцев, ирландцев и шотландцев, а также норвежских викингов (древних скандинавов). Викинги вторглись в Ирландию и Британию, где и поселились, пока не были окончательно изгнаны в конце X — начале XI столетий. Часть викингов, покинув Ирландию и Британию, поселилась в Исландии, куда они захватили с собой кельтских жен и рабов. Как показывают генетические данные, большинство из ранее населявших Исландию были скорее кельтами, нежели скандинавами. Таким генетическим доказательством служат совершенно необычные и часто встречающиеся у народов, населяющих эти области в наше время, специфические и разнообразные системы групп крови. В результате сходных, проводимых в одном направлении исследований ученые пришли к выводу, что жители западного побережья Норвегии, Шотландии и Ирландии имеют общих предков. Наиболее вероятным объяснением этому представляется „ввоз“ древними скандинавами в Норвегию кельтских женщин в качестве жен и кельтских рабов.

Ученых давно интересовал вопрос о происхождении европейских цыган. Большинство цыган прежде проживало в Венгрии; это были изолированные группы, среди которых процветал инбридинг. Как показали исследования, частота систем групп крови АВО среди цыган удивительным образом отличается от той, которая встречается у венгров. Вместе с тем системы групп крови цыган удивительно сходны с системами крови индийцев. Это дает основания полагать, что цыгане ведут свое происхождение из Индии.

Каждый из нас обладает различными генами, контролирующими развитие различных групп крови. Система групп крови АВО была открыта Карлом Ландштейнером в 1900 г. Группы крови были определены как 0, А, В и АВ (существует еще и много других), в зависимости от особого комплекса веществ (антигенов), расположенного на определенных участках поверхности красных клеток крови (эритроцитов). Впоследствии было распознано примерно 250 различных антигенов только на красных клетках крови и внутри их. Вот почему перед переливанием крови очень важно точно подобрать подходящую группу.

Совершенно естественно, что этнические различия находят свое отражение в частоте групп крови. Так, ген В встречается у восточных народов втрое чаще, чем у белых, тогда как фактически у всех американских индейцев ген В почти совершенно отсутствует.

Резус-фактор крови (Rh), открытый в 1940 г., полечил свое название по крови обезьяны макак-резус, использованной в экспериментах. Индивиды со специфическим Rh-антигеном являются Rh-положительными. Таких примерно 85 %, а у остальных 15 % этот антиген отсутствует, и их называют Rh-отрицательными.

Если Rh-отрицательная женщина имеет Rh-положительного супруга, это очень рискованно для рождения детей, поскольку плод может оказаться Rh-положительным. В таком случае Rh-антиген проходит в плод, чье тело распознает чужеродный белок и отвечает на это образованием белкового антитела, которое должно «сразиться» с «захватчиком». Это вновь образованное антитело возвращается в кровь матери и остается там постоянно[24]. Обычно при первой беременности никаких особых проблем при этом не возникает. Однако резус-антитела, которые возникли при первой беременности, повышают чувствительность матери (сенсибилизируют ее) и при второй и последующих беременностях их количество обычно резко возрастает; проникая затем через плаценту, они вызывают процесс разрушения эритроцитов и тканей каждого следующего Rh-положительного плода. Результатом этого могут быть смерть плода и рождение мертвого ребенка или рождение ребенка с тяжелой болезнью — анемией и желтухой. Переливание крови плоду в матке или обменное переливание крови ребенку после рождения может не только спасти ему жизнь, но и предохранить его позднее от умственной — отсталости. Следует иметь в виду, что Rh-отрицательная мать может быть сенсибилизирована еще до беременности переливанием ей крови другой группы; это может вызвать тяжелые последствия уже при первой беременности. Сенсибилизация матери может произойти также при нераспознанном выкидыше на самом раннем сроке беременности. В таком случае при второй беременности, которую женщина будет считать первой, плод может оказаться пораженным заболеванием.

Несомненно, что для вас (как и для любой супружеской пары, которая собирается завести ребенка) чрезвычайно важно не только знать свои гены, но и выяснить свою Rh-группу. Важно это потому, что постоянный прогресс в медицинских исследованиях в настоящее время позволяет предотвратить сенсибилизацию Rh-отрицательной матери довольно легко — путем инъекции специфического белка, иммуноглобулина, при рождении самого первого ребенка. Благодаря этому желтуха у новорожденного, связанная с «резус-конфликтом» матери и плода, практически исчезла. Однако помните, что установить вашу (или вашего супруга) Rh-группу следует до беременности, и пусть первый визит к врачу состоится до того, как пройдет три-четыре месяца беременности.

Помимо исследований красных клеток крови велись поиски других наследуемых систем групп крови; было найдено, что у разных индивидов они могут быть различными. В белых клетках крови (лейкоцитах) может быть обнаружено свыше 30 различных антигенов. Эта группа носит название системы HLA. Она имеет решающее значение в подборе подходящего донора при пересадке органов.

В состав сыворотки крови входит целый ряд других белков, и это открывает перед нами возможность для дальнейшей и более совершенной диагностики индивидуальных биохимических различий.

Поиски связей между группами крови АВО и заболеваниями пока еще не дали существенных результатов. По-видимому, наиболее твердо установлена связь между группой крови 0 и язвенной болезнью двенадцатиперстной кишки. Но лица с 0-группой крови среди больных язвой двенадцатиперстной кишки встречаются только примерно в 1,4 раза чаще, чем обычно. Злокачественное малокровие и рак желудка в какой-то мере более распространены среди людей с группой крови А, тогда как язва желудка (в противоположность язве двенадцатиперстной кишки) несколько реже встречается у индивидов с группой 0.

Несовместимость между матерью и ребенком по группам крови системы АВО лишь иногда сопровождается послеродовыми осложнениями (анемия и/или желтуха) у ребенка.

Недавно проведенное очень интересное наблюдение дает основание полагать, что женщины, принимающие противозачаточные средства в виде таблеток, чаще страдают от плохой свертываемости крови, если они относятся к группам А, В и АВ, чем женщины с группой крови 0.

Попытки установить связь между определенными типами антигенов системы HLA (расположенными на мембране лейкоцитов) и специфическими заболеваниями оказались более плодотворными. В системе HLA выявлены, систематизированы и пронумерованы разные белки: все они, естественно, контролируются разными генами. Не входя в излишние детали, заметим здесь (и этого совершенно достаточно для наших целей), что выявлены некоторые очевидные связи. Например, форма суставного ревматизма, при которой поражается позвоночник (так называемый анкилозирующий спондилит)[25] связана с HLA-белком, относящимся к типу В27. Около 90 % всех людей с этим белком страдают от названного выше заболевания, хотя сам по себе тип В27 встречается только у 7 % лиц в европейских популяциях. Таким образом, установление его наличия в организме помогает поставить диагноз. Инсулинзависимые формы сахарного диабета часто ассоциируются с типами В8 и W15. В настоящее время обнаружено еще много разных ассоциаций между антигенами системы HLA и другими заболеваниями, но их достоверность доказана менее строго. Мы здесь говорим только о точно установленных связях и вовсе не утверждаем, что каждый, унаследовавший особую группу белков, обязательно проявит когда-либо определенное заболевание. Однако такие связи указывают на наличие генетической компоненты в природе этих болезней.

Как уже говорилось выше, все мы являемся носителями от четырех до восьми вредных генов. Они по большей части не оказывают сколько-нибудь значительного влияния на наше здоровье и на здоровье наших детей, поскольку чаще всего рецессивны. Подсчитано, что примерно каждый третий из нас носит в себе ген, способный вызывать серьезный умственный дефект. Как отмечалось ранее, когда вступают в брак мужчина и женщина из одной и той же этнической группы (например, кельт с кельткой, евреи с еврейкой и т. д.), то шансы, что у супругов окажется один и тот же вредный ген, заметно повышаются. Нам должно быть ясно, что если в брак вступают близкие родственники, скажем двоюродные братья и сестры (так называемые кровные родственники), возможность иметь один и тот же вредный ген увеличивается, и в результате несколько возрастает и риск рождения детей с рецессивным наследственным заболеванием. Поскольку у двоюродных братьев и сестер общие дедушка и бабушка, можно подсчитать, что их риск родить ребенка с генетическим дефектом будет близок к 6–8 % при каждой беременности. Это вдвое чаще обычных 3–4 % случаев серьезных врожденных дефектов или умственной отсталости в популяции в целом. Следовательно, двоюродные братья и сестры по сравнению с обычной парой подвергаются примерно двойному риску. И хотя в браках между двоюродными братьями и сестрами умственно отсталые дети рождаются чаще, все-таки свыше 90 % шансов за то, что у них родятся нормальные дети.

Во многих странах и по меньшей мере в половине штатов в США запрещены браки между дядей и племянницей, теткой и племянником, равно, как и между кузенами. Однако в некоторых сообществах браки между двоюродными братьями и двоюродными сестрами даже поощряются. Так, например, в некоторых районах Японии такие браки составляют 10 % всех заключаемых браков. В индийском штате Андхра-Прадеш распространены браки между дядей и племянницей, и такие брачные союзы также бывают примерно в 10 случаях из 100. При браках между дядей и племянницей, теткой и племянником следует ожидать троекратного увеличения случаев рождения детей с врожденными дефектами.

На основании аналогичных приведенным выше расчетов и чрезвычайно скудного количества положительных данных, в большинстве стран браки между кровными родственниками запрещены. В США браков между кузенами приходится менее 1 на 1000. Хотя, как зарегистрировано, наивысший процент браков между родственниками отмечен в Японии (4 па 100 браков), в некоторых изолированных группах а разных районах мира процент таких браков достигает 25! Подобного рода браки в изолированных сообществах уменьшают количество носителей, но увеличивают количество больных наследственными болезнями.

Половые сношения между родными братьями и сестрами, отцами и дочерьми, матерями и сыновьями, называемые «инцестом», или кровосмешением, в большинстве человеческих сообществ не только противозаконны, но и рассматриваются как табу. Результаты всех исследований последствий инцеста свидетельствуют о значительном повышении частоты рождения детей с серьезными врожденными пороками и/или умственной отсталостью. При инцесте эта частота возрастает примерно в пять раз, иными словами, достигает 15–20 % пораженных детей.

Надеюсь, теперь вам ясно, что уникальность индивидуума может быть установлена биохимически и не только путем определения групп крови, но и идентификацией других генетически контролируемых белков, расположенных на мембранах и внутри красных и белых клеток крови, а также в токе крови (точнее, в ее сыворотке) и в различных выделениях организма, таких, как слюна или сперма. Существуют без преувеличения сотни и тысячи различных белков, к исследованию которых можно прибегнуть, если возникнет особая необходимость идентифицировать личность. В одном только эритроците распознано более 250 различных белков. Таким образом, исследование мельчайшего пятнышка крови (а невооруженным глазом мы не способны даже видеть одну красную клетку крови!) или некоторого количества спермы может быстро помочь установить личность подозреваемого в убийстве или изнасиловании. Вот почему результаты генетического исследования в настоящее время приобрели большое значение в раскрытии такого рода преступлений. На основе различных генетических исследований крови мы получили возможность точно устанавливать различия между людьми. Такая идентификация почти столь же надежна, как и отпечатки пальцев! А если к этому добавить уникальную характеристику хромосом индивидуума, специально окрасив их (см. гл. 2)[26], то возможности доказать вину подозреваемого в убийстве или изнасиловании окажутся широкими, а основания чрезвычайно надежными.

Судебные процессы по установлению отцовства — в наше время нередкое явление. Различные системы групп крови и хромосомы дают в высшей степени ценную информацию. Суды используют такую информацию чаще всего для того, чтобы доказать, что мужчина, о котором идет речь, — не отец и не может фактически быть отцом, а не для того, чтобы установить, кто же на самом деле отец ребенка. Например, исключается предположение а каком-то мужчине как об отце, если у него и у матери нет той специфической группы крови, которая установлена у ребенка. Ясно, что ребенок не может иметь группы крови, отсутствующей у родителей. Все возможные варианты групп крови системы АВО, которые могут иметь дети, рожденные от разных типов брака, приведены в табл. 4.

¹ _{Перечислены различные брачные пары по системе групп крови АВ0 и возможные i рупии крови у детей от этих браков. Мужчина (левый столбец в первой графе) никак не может быть отцом ребенка, группа крови которого обозначена в последней графе, если мать имеет группу крови, указанную в правом столбце первой графы.}

Неповторимость всего унаследованного человеком от родителей такова, что даже при одной и той же группе крови наших эритроцитов мы всегда можем установить различия с учетом других белков в лейкоцитах, тромбоцитах, сыворотке крови и т. д. Отсюда легко понять, почему правильный подбор донора при трансплантации почки или какого-нибудь другого органа больному вызывает столько трудностей. Мы все немало слышали об отторжении больным телом пересаженного органа. Сейчас в этой области, называемой проверкой на тканевую совместимость, достигнуты огромные успехи, и здесь можно ожидать дальнейшего прогресса.