Стрептококки сделали нас людьми

Согласно данным, полученным при анализе человеческого генома методом молекулярных часов, размеры человеческой популяции периодически резко сокращались в далеком прошлом, притом одно из самых значительных и зловещих сокращений произошло примерно сто тысяч лет назад, когда общая численность наших предков упала до критических 5–10 тысяч особей (или даже меньше), проживавших в Африке.

Такие популяционные «ревизии» способствовали дальнейшему генетическому обособлению нашего вида.

Собственно, все современное человечество является непосредственным наследником той небольшой африканской группы Homo, испытавшей резкое, почти на грани выживания сокращение численности (явление, получившее название «бутылочного горлышка»), но в дальнейшем получившей эволюционное преимущество над другими видами людей.

Причина столь резкого сокращения до сих пор остается непонятной: гипотезы, объясняющие «великое бутылочное горлышко», простираются в диапазоне от генных мутаций до крупного извержения вулкана, спровоцировавшего краткосрочное, до нескольких десятилетий или даже столетий, похолодание климата (считается, что виновником подобной катастрофы мог стать индонезийский вулкан Тоба).

Сейчас к этим гипотезам прибавилась еще одна — инфекционная.

В статье «Специфическая инактивация двух иммуномодулирующих SIGLEC генов во время человеческой эволюции», опубликованной во вторник в Proceedings of the National Academy of Sciences, международная исследовательская группа, возглавляемая биологом Аджитом Варки из Калифорнийского университета в Сан-Диего, сообщила об открытии двух специфичных генов, «отключение» которых помогло нашим предкам лучше переносить бактериальные инфекции, вызванные одной из разновидностей кишечных палочек Escherichia coli K1 и стрептококками группы B — главными виновниками сепсиса и менингита у новорожденных младенцев, а также летальных внутриутробных инфекций плода.

«В небольшой ограниченной популяции скорость распространения мутации, например, какого-то одного редкого аллеля, может резко возрастать, а ее эффект — резко увеличиваться. Мы обнаружили два гена, которые неактивны в современной человеческой популяции, но не у родственных приматов. Эти гены могли быть мишенями для определенных бактериальных патогенов, особенно опасных в детском возрасте», — пишут авторы.

Репродуктивные риски, связанные с этими патогенами и влияющие на выживаемость вида, могли быть снижены двумя способами: либо формированием специфичного иммунитета, либо посредством «выключения» мишеневых белков, дающих преимущество инфекции.

Варки и его коллеги полагают, что был реализован второй сценарий, то есть произошла инактивация двух сигнальных рецепторов — протеинов SIGLEC, регулирующих иммунный ответ.

Накапливается все больше данных, что эти протеины, покрывающие поверхность клеток — эритроцитов и лимфоцитов, — а также связанные с ними гены, являющиеся частью «сиалового комплекса», сыграли большую роль в эволюции иммунной системы человека (функции сиаловых кислот диктуются их способностью связывать, то есть включать или выключать белки, циркулирующие между клеткой и внеклеточными веществами, некоторые гормоны, а также лимфоциты и эритроциты, что делает их важным компонентом иммунной системы — (см. врез).

Так, авторами было обнаружено, что ген Siglec-13, сохранивший свои функции у шимпанзе, в какой-то момент «выпал» из генома человека, а другой ген сиалового комплекса Siglec-17 до сих пор экспрессируется, но из-за небольшой мутации продуцирует более короткую, чем у шимпанзе, форму сигнального сиалозависимого белка, уже «неинтересную» для микробов: углеводсодержащие комплексы, в состав которых входят эти рецепторы, являются излюбленной мишенью патогенных микроорганизмов, не только обожающих полакомиться углеводами (различными гликопротеинами и олигосахаридами, покрывающими мембрану клетки), но и посредством них нащупывающих бреши в клеточной защите.

Далее, искусственно «воскресив» древние белки и поместив их в культуры кишечной палочки K1 и стрептококков-В, исследователи обнаружили, что патогены вновь с легкостью распознают эти протеины — как выключенный Siglec-13, так и Siglec-17, восстановленный в своей «ископаемой» длинной форме. Это и навело авторов статьи на мысль, что мутация Siglec-17 и выпадение Siglec-13 могли быть следствием масштабной и долгой инфекционной эпидемии, разразившейся в человеческой популяции более 100 тысяч лет назад, в конечном итоге спровоцировавшей положительный отбор одного из аллелей Siglec-17 и отрицательный — Siglec-13.

Была ли древняя эпидемия основной причиной резкого сокращения человеческой популяции 100 тысяч лет, сейчас сложно сказать наверняка.

Группа Аджита Варки давно и успешно занимается ДНК-раскопками древних инфекций, помогающими понять эволюцию иммунной системы человека и приматов, и до этого ей удалось обнаружить еще один, намного более древний и, похоже, не менее судьбоносный эпизод инфекционной «малярийной» мутации, отобранной в популяции гоминид три миллиона лет назад, о котором «Газета» уже рассказывала (одним из последствий этой мутации, как ни странно, является отрицательный отбор людей-мясоедов, идущий в человеческой популяции сейчас, о чем «Газета» также рассказывала).

Как бы то ни было, на основе молекулярных меток, с которыми имеют дело современные генетики, изучающие эволюцию человеческой ДНК, в отношении «бутылочного горлышка» остается лишь выдвигать гипотезы, а эксперименты с современными патогенами и искусственно «воскрешенными» древними протеинами вряд ли позволяют адекватно судить о процессах, происходивших сотни тысяч лет назад.

Но тот факт, что из-за эпидемий численность популяции может резко падать, а патогенные инфекции, кроме очевидного вреда, являются и одним из важных факторов видообразования, делают инфекционную гипотезу «великого бутылочного горлышка» довольно убедительной. Как минимум, масштабная эпидемия, поразившая наших предков, могла быть одним из — в ряду неизвестных других — факторов резкого сокращения их численности, а также дальнейшего эволюционного обособления, как бы иллюстрирующего известную максиму «То, что нас не убивает, делает нас сильней».