Кто по днк ближе всего к человеку. Достижения современной геномики.Сходство свиньи с человеком

Однако кое-что похожее на революцию в медицинской науке действительно произошло. В конце января научный журнал Cell напечатал статью молекулярного биолога Хуана Карлоса Исписуа Бельмонте, который руководит лабораторией в калифорнийском Институте Солка (США), и 38 его соавторов. Статья рассказывает, как ученым удалось создать жизнеспособные эмбрионы, состоящие из смеси свиных и человеческих клеток.

Кто они

Если бы этим существам дали родиться (а биологи не стали так делать не в последнюю очередь по этическим причинам), их нельзя было бы формально приписать ни к одному биологическому виду. Такие организмы называют химерами. У химер, которых мы знаем по средневековым миниатюрам, к телу льва прилагаются орлиные крылья, а к козлиным копытам змеиное жало. Кто помнит мышь с человеческой ушной раковиной на спине — результат громкого эксперимента 20-летней давности, легко допустит, что от биологов можно ждать и не такого. Но в этом смысле новые существа из лаборатории Бельмонте вряд ли имели шанс хоть кого-нибудь удивить: после рождения они выглядели бы самыми обычными поросятами. Просто некоторые клетки их тела — примерно одна тысячная доля процента — содержала бы чистую человеческую ДНК. И этим поросята выгодно отличались бы от ушастой мыши 1997 года, которая была скорее экспериментом по пластической хирургии и ни одной человеческой клетки не имела.

По свежим оценкам, всего у человека 30-40 трлн клеток, и примерно столько же у свиньи. Тысячная доля процента от такой астрономической цифры — это много или мало? Чтобы зачать ребенка, достаточно всего одной клетки. Поэтому в теории свинья-химера могла бы стать родителем человеческому младенцу.

Донор без мотоцикла

Врачи видят в свиньях не потенциальных родственников, а потенциальных доноров — для трансплантации их органов людям. Только в США за год пересаживают 27 тыс. почек, легких, сердец и кишечников. И во всех 27 тыс. случаев хирурги имеют дело с органами живых или мертвых людей. Но кто в здравом уме решится попросить, чтобы ему на место собственного отказывающего сердца пересадили взятое у свиньи, когда процедура с обычным, человеческим, отлажена и отлично работает? Те, до кого не дойдет очередь на пересадку: 118 тыс. человек записаны в США в так называемый лист ожидания. По статистике, примерно 22 из них умрут сегодня (и столько же — завтра, и столько же — в ближайшее воскресенье), не дождавшись своей трансплантации.

Доноров-людей слишком мало — и дело даже не в том, что добровольцы большая редкость. (В отличие от США в России по закону потенциальным донором считается всякий, кто не запретил изымать свои органы явно. Спрашивать согласия у родственников закон не требует.) Всего три человека из тысячи, приводит британские данные журнал New Scientist, умирают в обстоятельствах, которые делают их органы годными для пересадки. Цифры, очевидно, меняются от страны к стране — они зависят и от того, как быстро приезжает скорая на место ДТП или перестрелки, в результате которых появляются самые многообещающие доноры, и от того, как много поблизости центров трансплантологии, где органами сумеют распорядиться правильно. Наконец, нужно еще за несколько часов найти и подготовить к операции пациента из «листа ожидания» — тут действуют намного более жесткие правила совместимости, чем для переливания крови с ее четырьмя разными группами.

Клетки, которые меньше всего подвержены отторжению, — наши собственные. Что если использовать животных как инкубаторы для почек и поджелудочных желез, выращенных из человеческих клеток (а в идеале — из клеток ровно того пациента, которому орган пересадят)? Решить задачу в лоб мешает все та же проблема с отторжением: для готовой иммунной системы взрослой свиньи клетки человека не менее чужие, чем для нас — свиные.

Значит, действовать надо как-то иначе.

Рассечь и склеить

Представьте, что у вас на глазах двух человек одновременно рассекли напополам — скажем, боевым лазером из плохого фантастического кино. Потом соединили половинку одного с половинкой другого, и склеенные половинки прожили бы потом целую жизнь как ни в чем не бывало. Вариант еще парадоксальней: взяли двух худых, прижали друг к другу — и получили одного толстяка. Если обоим людям еще не исполнилось четыре дня с момента зачатия, ничего невозможного тут нет. На этой стадии будущий организм представляет собой шар из одинаковых клеток. «Удаляете внешний защитный слой из неживой материи и физически соединяете эмбрионы», — объясняла в одном из интервью профессор Колумбийского университета (США) Вирджиния Папаиоанну, как ученые с 1960-х производят на свет мышей-химер с полным набором генов двух особей одновременно. Соприкоснувшись, два эмбриона просто образуют новый шар побольше — почти как встретившиеся в воздухе мыльные пузыри. Иммунной системы, которая могла бы этому помешать, у шара из клеток еще нет — как, впрочем, и всех других систем: они разовьются намного позже.

Более тонкое вмешательство — добавить в зародыш чужой биоматериал, когда его клетки уже разделятся на разные сорта. На стадии бластоцисты зародыш — что у мыши, что у человека — представляет собой полый шар с небольшой порцией клеток, запертой внутри. Только этой внутренней порции предстоит стать будущими легкими, печенью, почками, мозгом, кожей и другими деталями взрослого организма, а вся внешняя превратится в плаценту, которая не переживет роды. Биологи предпочитают внедрять чужие клетки именно на этой стадии.

Нельзя сказать, чтобы этот сценарий в чистом виде открывал захватывающие возможности для трансплантологов. Необходимость в донорских органах возникает обычно позже — когда человек из возраста зародыша уже вышел. Как скрестить его с другим зародышем? Взять такие клетки взрослого организма, которые не обзавелись четкой миссией (как клетки мозга или печени) и не потеряли свойственную клеткам зародыша способность превращаться во что угодно. Их называют стволовыми клетками, но в организме они большая редкость. В 2012 году Нобелевскую премию по медицине присудили японскому ученому Синъе Яманаке за то, что он придумал способ превращать обычные клетки организма в стволовые — забывать свою предысторию и «впадать в детство». Полное название — индуцированные (потому что это их заставили поменяться) плюрипотентные (то есть «способные на все» — на любое превращение) стволовые клетки. Ими исследователи химер и пользуются.

Можно ли так скомбинировать зародыши разных видов — например, крысы и мыши? Именно это впервые сделала при помощи стволовых клеток в 2010 году команда Тосихиро Кобаяси из университета Токио — а американская группа, опубликовавшая свои результаты через семь лет, довела метод до совершенства. Как убедиться, что вы на самом деле вывели химеру? Взять за основу обреченные на смерть эмбрионы со специально испорченной ДНК. С помощью недавно изобретенного «генного скальпеля» CRISPR-Cas9, метода точечной редактуры ДНК, ученые выводили из строя гены, ответственные за рост поджелудочной железы или сердца. С таким дефектом шансов выжить (и даже родиться живым) нет. Но потом в эмбрион внедряли стволовые клетки крысы. И если мышонок-химера все-таки появлялся на свет — ученые могли быть уверены, что внутри у него бьется крысиное сердце.

Но самый удивительный результат касался желчного пузыря. У крыс его нет, а у мышей есть. Но химеры, у которых ответственные за этот орган мышиные гены были выведены из строя, все равно рождались с исправным желчным пузырем — из крысиных клеток. Мышиные клетки каким-то образом подсказывали крысиным правильный контекст, и те, поддавшись влиянию, образовывали орган, невозможный у крысы.

Ближе к свиньям, чем к крысам

Скрестить таким образом свинью и крысу не получилось — потому что эти организмы слишком сильно непохожи друг на друга. Разная длительность беременности и разные размеры органов предполагают, что клетки запрограммированы делиться в разном темпе. Наконец, сможет ли крошечное крысиное сердце у химеры гонять кровь через огромную свиную печень?

А вот с людьми такой трудности нет: мы к свиньям намного ближе — прежде всего по размеру органов. Поэтому свиньи (и мини-пиги как отдельный вариант) всегда были кандидатами № 1 для ксенотрансплантации. Параллельно с выращиванием человеческих клеток в свином теле биологи рассматривают и другие возможности — например, просто взять и скрыть от человеческого иммунитета те белки на поверхности свиных клеток, которые вызывают самую острую реакцию. Такие исследования ведутся давно, поэтому свинья как кандидат на пересадку органов — не новость.

Новый эксперимент показал, что возможность есть, и она никакая не умозрительная — и даже не невероятная случайность. 2075 эмбрионов подсадили свиньям, и 186 из них достигли достаточной, по мнению ученых, зрелости. Человеческие клетки метили специальной меткой в ДНК, которая заставляет их вырабатывать флуоресцентный белок — и 17 зрелых, здоровых эмбрионов уверенно светились в ультрафиолете, доказывая ученым, что они совершенно точно химеры.

От этого момента до органов в живом инкубаторе — годы, говорят исследователи. И дело не только в том, что доля человеческих клеток в организме химеры слишком маленькая. Увидеть, как они растут и что происходит с клетками во взрослом организме, ученым было бы сложно в любом случае.

Мы к свиньям намного ближе — прежде всего по размеру органов. Поэтому свиньи всегда были кандидатами № 1 для ксенотрансплантации

Химеры мыши и крысы, выведенные раньше, прожили полноценную мышиную жизнь в два года. Нет поводов думать, что у химер человека и свиньи были бы серьезные проблемы со здоровьем, мешающие достигнуть зрелости. Родиться на свет им помешали не биологические проблемы, а этические. Причем настолько серьезные, что команда из Института Солка вынуждена была проводить исследование на частные деньги, потому что правила Национального института здоровья США — аналога Минздрава, который финансирует бóльшую часть биомедицинских исследований в стране, — запрещают тратить деньги на любые опыты с внедрением стволовых клеток человека в эмбрионы животных.

Что неэтичного в появлении на свет свиньи с человеческой селезенкой? Наша неуверенность в результатах такого эксперимента. Пропорции клеток во взрослом эмбрионе — не те, какие были у зародыша. И если свиные клетки будут преобладать в соотношении миллион к одному — это не так страшно, как если человеческие возьмут верх. И на свет появится существо, больше похожее на человека, чем на поросенка, с человеческим мозгом, но с уродствами, вызванными обстоятельствами эксперимента. Чтобы медики могли спасать людей, нужно, похоже, в том числе более точное определение человека — и более точный ответ на вопрос, откуда люди берутся.

Отрекся ли Чарльз Дарвин в конце жизни от своей теории эволюции человека? Застали ли древние люди динозавров? Правда ли, что Россия – колыбель человечества, и кто такой йети – уж не один ли из наших предков, заблудившийся в веках? Хотя палеоантропология – наука об эволюции человека – переживает бурный расцвет, происхождение человека до сих пор окружено множеством мифов. Это и антиэволюционистские теории, и легенды, порожденные массовой культурой, и околонаучные представления, бытующие среди людей образованных и начитанных. Хотите узнать, как все было «на самом деле»? Александр Соколов, главный редактор портала АНТРОПОГЕНЕЗ.РУ, собрал целую коллекцию подобных мифов и проверил, насколько они состоятельны.

«Но почему же тогда органы пересаживают от свиней?!» – спрашивает настойчивый читатель.

Во-первых, должен вас разочаровать: люди со свиными органами пока что существуют только в фантастической литературе. В реальности же в широкой практике дальше пересадки свиного сердечного клапана или кожи дело не идет: крайне сложно преодолеть реакцию отторжения, вызываемую в организме чужеродным органом.

Правда, печень свиньи может подключаться к больному… временно – на час-полтора. Такой метод практикуется для «разгрузки» собственной печени пациента, страдающего печеночной недостаточностью: пока подключенный орган выполняет свою работу, больная печень отдыхает и восстанавливается. За короткий срок организм не успевает распознать чужака, так что можно избежать негативных последствий для пациента. Подобные процедуры проводились еще в СССР .

Во-вторых, я не знаю, дорогой читатель, едите ли вы свинину. Но многие ваши соотечественники едят. Спросите такого соотечественника, согласился бы он откушать суп из… шимпанзе. Отдельный вопрос – сколько стоил бы такой суп.

Ведь дело не только в генетической близости. Для массовой пересадки органов – а перед медиками-трансплантологами стоит именно такая задача – необходимо животное-донор:

Хорошо изученное (желательно давно и широко разводимое в неволе, без неожиданных болячек);

Легко размножающееся в неволе;

Подходящее по размерам;

Дешевое;

Эксперименты на котором не вызывали бы бурных протестов мирового сообщества…

Факт: ежегодно в мире идет на убой и попадает к людям на стол несколько сотен миллионов свиней. Для сравнения: общая численность горилл на планете не превышает 100 000 особей, шимпанзе – около 300 000. Так какое животное является более перспективным для нужд ксенотрансплантации – свинья или шимпанзе?

Тем не менее эксперименты по пересадке органов от обезьян тоже проводилась.

Еще в 1900?х гг. Фриденталь провел успешное переливание крови человека шимпанзе. А в 1931 г. Ж. Труазье провел ряд экспериментов по переливанию крови в обратную сторону – от шимпанзе людям, без каких-либо отрицательных последствий .

В 1920–30 гг. во Франции пересадку мужчинам тканей половых желез обезьян, стремясь достичь эффекта омоложения, проводил Сергей Абрамович Воронов – прототип профессора Преображенского из «Собачьего сердца». Воронов осуществил несколько сотен таких операций.

Существуют далеко идущие планы по использованию свиноматок в качестве суррогатных матерей для вынашивания человеческих эмбрионов. На острове Мадагаскар найдены ископаемые останки крупных свиноголовых лемуров — мегаладаписов. Вместо свиных копыт они имели пятипалую «человеческую» руку.

Ученые сделали открытие, которое ранее уже существовало в некоторых религиях: ДНК свиньи и человека сходны на 99%. Когда человек ест мясо этого животного, отрицательные качества свиньи передаются ему.

В науке это называется процессом репликации ДНК, другими словами, в организме человека будет воспроизведена ДНК свиньи, т.к. она очень схожа с человеческим. Пост-наука развенчивает научные мифы и борется с общепринятыми заблуждениями.

Некоторыми учеными «доказано», что свиньи намного ближе к нам, чем обезьяны. Можно пересадить некоторые органы свиней человеку.

Человек имеет много общего со свиньями (некоторые особенно). Мы всеядные млекопитающие, которые легко набирают вес и восприимчивы к гриппу. Сам факт, что свиньи и люди являются млекопитающими означает, что мы разделяем некоторые гены, в этом проявляется сходство ДНК человека и свиньи.

Ученые ссылаются на результаты исследований, согласно которым ДНК свиньи и человека схожи на 98%, но при таком положении дел многие входят в заблуждение, считая, что человек на 98% является свиньей. Количество генетического материала, который мы разделяем с другими видами, зависит от того, что подлежит сравнению.

Все живые организмы имеют генетическую информацию, закодированную в дезоксирибонуклеиновой кислоте (ДНК), разделенную на части, называемыми генами.

Ученые обнаружили около 20 тыс генов млекопитающих, которые кодируют белки с похожими основными функциями. Если сравнивать часть кодирующих белков человеческой ДНК, то наблюдается, что человек имеет много общего с большим количеством млекопитающих.

Мнение о том, что расшифровка генома домашних свиней очень важна для целого ряда научных областей, высказал собеседник «Правды.ру» доктор биологических наук из Института математических проблем биологии РАН Олег Кропоткинский:

«Известно, что свинья является самым похожим на человека созданием на Земле. Нас объединяет много общих физиологических черт, равно как и похожие потребности…Найти более подходящую биомедицинскую модель человека просто невозможно…Совпадает у нас и ряд параметров поведения, что тоже немаловажно для науки… Геном же может пополнить наши знания об этом животном виде, рассказать об истории его развития с древнейших биологических эпох».

Если взять последовательность геномов человека и других млекопитающих и посмотреть на кого они больше похожи, то станет понятно, что никакого чуда там не происходит. Человек больше всего похож на шимпанзе, дальше - горилла, другие приматы, потом грызуны. Свиньи далеко в этом ряде.

Если рассматривать этот случай, то результат будет забавный, потому что ближайшими родственниками свиньи окажутся бегемоты и киты. Это успех молекулярной эволюционной биологии, потому что киты настолько изменились, что по морфологическим признакам понять, на кого они похожи, было довольно трудно.

Возможным источником мифа может быть то, что у свиньи нет некоторых белков, которые делают ткани узнаваемыми иммунной системой человека. Свиные органы действительно наилучшим среди млекопитающих образом приспособлены для того, чтобы пересаживать их человеку, особенно если это генно-модифицированная свинья, у которой дополнительно подавлены некоторые гены. Шимпанзе больше подходят.

Пересадить человеку орган животного не так-то просто. Трансплантируемый орган должен соответствовать возрасту, телосложению и весу реципиента, необходима генетическая совместимость. Даже донора-человека подбирают очень тщательно, что же говорить о существе другого вида.

Тем не менее, потребности медицинской практики диктуют свои условия. Логично было бы предположить, что донором органов станет наиболее близкое к человеку существо – шимпанзе, но трансплантологи обратили взоры на… свинью. Далекие от науки люди даже поторопились поставить в связи с этим под сомнение и теорию Дарвина в целом.

Ксенотрансплантация: мифы и реальность

Рассуждения о массовой пересадке свиных органов людям сильно преувеличены. На сегодняшний день медицина не шагнула дальше трансплантации механически функциональных тканей – сердечных клапанов, хрящей и сухожилий. Ткани перед пересадкой обрабатывают специальными химическими веществами и ультразвуком, чтобы уничтожить антигены и избежать отторжения этих тканей организмом реципиента. Даже такие трансплантаты при обработке очень легко повредить, сделав нежизнеспособными, что же говорить о более сложных образованиях – сердце, почке или печени. Поэтому речь о пересадке целых органов свиньи человеку пока не идет.

Определенные надежды возлагаются на создание генетически модифицированных свиней. Если путем изменения генома заставить клетки свиньи синтезировать на своей поверхности человеческие гликопротеины, иммунная система человека не воспримет такие органы как нечто чужое. Но этот метод пока на стадии лабораторных исследований, до массового применения в медицинской практике еще далеко.

Достоинства свиньи как донора

Выбор свиньи в качестве возможного донора органов объясняется вовсе не генетической близостью этого животного к человеку. Самое генетически близкое животным все-таки остается шимпанзе. Но численность этих обезьян в мире измеряется десятками тысяч, для массового применения явно недостаточно. Свиней же забивают миллионами каждый год.

Что касается тканевой совместимости, то есть более близкие к человеку животные – мыши, но они не подходят по размеру, а свиньи в этом плане вполне сопоставимы с человеком.

Разведением свиней люди занимаются давно, эти животные хорошо изучены. Маловероятно, что они «преподнесут» какую-нибудь неизвестную страшную болезнь, которой можно будет заразиться при трансплантации. Свиньи хорошо размножаются и быстро растут, а их разведение и содержание обходится сравнительно дешево.

Все это заставляет предпочесть свиней, а не обезьян, использование которых превратило бы операции по пересадке органов – и без того далеко не дешевые – в услугу, доступную только миллиардерам.

Международный консорциум учёных сообщает об очередном достижении в расшифровке генетического кода животных. На этот раз полностью секвенирован геном домашней свиньи (Sus scrofa domesticus) и её близкого родственника дикого кабана (Sus scrofa). Первые подробности нового исследования опубликованы в журнале Nature.

"Очень важно, что нам удалось раскрыть геном свиньи и сделать эту информацию общедоступной, — говорит соавтор исследований Ронни Грин (Ronnie Green) из университета штата Небраска. - Это не только поможет повысить эффективность выращивания животных и улучшить качество мяса, но и будет способствовать использованию свиней в качестве модели для биомедицинских исследований болезней человека".

ДНК свиньи состоит из 2,6 миллиарда нуклеотидных пар и содержит в себе почти 22 тысячи генов. Исследователи сравнили отдельные участки генетического кода хрюшек с геномами человека, мыши, собаки, лошади и коровы. Это позволило обнаружить новые детали эволюции свиней и раскрыть интересные особенности их физиологии.

Сравнив генетический код десяти разновидностей диких кабанов из разных регионов Европы и Азии, исследователи также восстановили картину миграции их давних предков по территории Евразии. Оказалось, что европейские и азиатские линии разделились почти миллион лет назад.

"Эти ветви разошлись так давно, что сейчас можно говорить о них, как о подвидах, — сообщает Лоуренс Шук (Lawrence Schook) из университета Иллинойса. - Мы нашли такое же различие между восточными и западными породами домашних свиней. Это ясно свидетельствует о том, что свиньи были независимо одомашнены в западной Евразии и Восточной Азии".

Учёные выяснили, что некоторые группы генов домашних свиней претерпевали довольно быстрые эволюционные изменения. Особенно это касается генов, отвечающих за иммунитет и обоняние. Например, у них обнаружено 39 генов, кодирующих белок интерферон , который противостоит вирусам. Это в два раза больше, чем у человека.

Интересно, что при хорошо развитом обонянии свиньи плохо чувствуют вкус. Так, у них очень мало генов, отвечающих за рецепторы горького вкуса. Это позволяет им с удовольствием поедать то, что человеку кажется отвратительным. Существенные различия выявлены также в рецепторах, различающих сладкую и солёную пищу.

Учёные предполагают, что эти особенности могут объяснить, почему именно свиньи были выбраны человеком в качестве домашних животных. Их можно кормить тем, что люди есть не станут.

Что же касается современной востребованности хрюшек, то здесь свою роль сыграло потрясающее сходство в анатомии отдельных органов и тканей свиней и человека. Благодаря этому свиньи стали основным объектом для изучения болезней человечества. И в этом отношении полученные в ходе секвенирования ДНК данные являются настоящим кладом для подобных работ.

"Мы нашли большое количество генов, которые связаны с такими болезнями людей, как ожирение, диабет, болезни Паркинсона и Альцгеймера ", — говорит руководитель работы Мартин Гройнен (Martien Groenen) из университета Вагенингена.

Последнее исследование принесёт пользу не только медикам, но и фермерам. Дикие двоюродные братья домашних свиней (кабаны) до сих пор в изобилии встречаются в дикой природе. Это значит, что исследователи смогут искать в дикой природе гены, которые можно использовать в племенных целях для придания домашним животным новых качеств.

Например, используя генетические инструменты, можно повысить качество производимой свинины, эффективность кормов и устойчивость животных к болезням.