Профессор, д.б.н. Эммануил Якобсон;
НИИ им Х. Вейцмана , Израиль;
Латвийский Госуниверситет, Рига.
Анализ коллекции еврейской ДНК —
путь к еврейскому бар-коду.
1. Последние достижения в анализе генома человека: определение полной последовательности геномной ДНК, феномен SNP и CNV.
2. Генеалогия, корреляция генотипа и фенотипа .
3. Медицина 21 века: профилактика на основе этнического и индивидуального генотипирования.
4. Коллекция, хранилище и анализ еврейской ДНК.
5. Потенциал анализа еврейской ДНК для выяснения количества евреев и их происхождения, а также меры по улучшению их здоровья.
1. Последние достижения в анализе генома человека: определение полной последовательности геномной ДНК, феномен SNP и CNV Основновные понятия. Вся информация о биологической структуре и свойствах живых организмов , включая человека, записана двоичным кодом нуклеиновых кислот, обычно ДНК. Можно представить ДНК человека как бар-код длиной 2 х 10 000 000 000 знаков, написанный дигитальным двоичным кодом. Дигитальный код ДНК определяется последовательностью оснований: Аденин (А), Тимин (Т), Гуанин (Г), Цитозин (Ц). Единица генетики — ген – имеет длину от тысячи до нескольких тысяч оснований. Важную роль также играет межгенное постранство или некодирующая ДНК, составляющая более 95% от общей длины ДНК человека. В клетке млекопитающих гены собраны в хромосомы. Каждый человек обладает 46 хромосомами, 23 от отца и 23 от матери. Количество генов составляет примерно 30 тысяч, совокупность генов называется геномом. Каждая пара хромосом содержит несколько тысяч генов. Семь лет назад удалось oпределить полную последовательность, то есть генетический код всех оснований ДНК человека всех хромосом, генов и межгенного пространства. Этот триумф молекулярной генетики человека составил основу для анализа и понимания Homo Sapiens как вида. Благодаря дальнейшему развитию технологии 3 года назад появилась возможность определять последовательность ДНК индивидуального человека. Если определение первой последовательности ДНК человека, в проекте которого участвовали десятки лабораторий, общей стоимостью в сотни миллионов долларов, заняло около 7 лет, то на сегодня одна лаборатория может определить полную последовательность ДНК за 100-200 тысяч долларов за месяц. Стоимость определения полной последовательности упала до 1 тысячи долларов. Такой стремительный прогресс позволит сравнивать последовательности, то есть генетический код многих и разных этнических групп и даже отдельных людей, что поможет выявлять наследственные предрасположенности к заболеваниям. В недалеком будущем можно будет определить даже последовательности ДНК, связанные с повышенными или пониженными умственными способностями, включая математические, музыкальные, артистические, спортивные и т.д. Последние исследования показывают, что даже такие свойства человеческого характера, как щедрость — скупость, индивидуализм — склонность к кооперации и многие другие в значительной степени закодированы в геноме человека.Мозаичность генома, феномен SNP и CNV. В процессе секвенирования (то есть определения последовательности оснований в ДНК) выяснилось, что индивидуальные геномы отличаются друг от друга как точечными, так и большими различиями в тексте генетического кода. Точечные, так называемые SNP (Single Nucleotide Polymorphisms), или нуклеотидные мутации, то есть замена в нуклеотидном тексте A на Т, А на Г , А на Ц и так далее встречаются в геноме примерно один раз на тысячу. Крупные различия, так называемые CNV (Copy Number Variations) представляют собой добавки или отсутствия больших фрагментов геномных последовательностей. Размер этих нуклеотидных фрагментов колеблется от нескольких нуклеотидов до десятков и даже сотен тысяч. Сложность архитектуры человеческого генома проявляется и в том, что эти добавочные фрагменты могут повторяться дважды, трижды, восемь и более раз. Эти фрагменты могут находиться в одной и той же или в противоположной ориентации. Случается, что внутри большого фрагмента может находиться один или ряд небольших фрагментов. Такая сложная мозаика человеческого генома может охватывать треть или более всего генома. По видимому вариации SNP и CNV человеческого генома объясняют большинство различий между отдельными людьми. Такая сложная архитектура генома облегчается тем, что 98% генома это межгенное некодирующее ДНК. Межгенная ДНК, хоть и непосредственно не кодирует белки, однако может оказывать значительное влияние на количество белков, то есть генных продуктов.
2.Генеалогия, корреляция генотипа и фенотипа .
Большую помощь в выяснении вопроса, каким образом последовательности генома определяют свойства человеческого организма, оказали и будут оказывать генеалогические исследования. Подробные родословные, содержащие несколько поколений, включающие медицинские истории, длительность жизни, биографические подробности и причины смерти, позволяют определить передачу наследственных свойств. Генотипирование, то есть генетический анализ, сделанный параллельно генеалогическому древу, может позволить в принципе определить сегменты ДНК, коррелирующие с тем или иным интересующим нас признаком или свойством человеческого организма. Генотипирование большого количества информативных родословных это эффективный путь к выяснению корреляции генома человека и его проявления( фенотип). Большой прогресс в генетике человека, выяснение природы наследственных заболеваний это результат правильного сочетания генотипирования и генеалогической информации. Одним из примеров является раскрытие природы гемофилии, несворачиваемости крови, прослеженная в родословных европейских монархов. Современные научные журналы, посвященные генетике человека, заполнены исследованиями такого рода, включая исследования на однояйцовых и разнояйцовых близнецах. Современные методы быстрого секвенирования наряду с анализом родословных с той или иной патологией, передающихся по наследству, и ответственны за стремительный прогресс в познании человека, наблюдаемый в конце 20 и особенно с начала 21 века.
3. Медицина 21 века: профилактика на основе этнического и индивидуального генотипирования
Благодаря возможности генотипирования индивидуальных геномов, впервые появилась реальная возможность предсказать вероятность заболевания значительным рядом болезней: деменция, Альцгеймер, диабет, ишемическая болезнь сердца, инсульт головного мозга, рак молочной железы, рак простаты и ряд других. Уже появилось ряд комерческих фирм таких как www.23andMe.com, www.decodeMe.com, www.navigenics.com, которые предлагают любому желающему определить риск возникновения 20-ти заболеваний, включая вышеперечисленные. Для этого желающий должен представить образец своей ДНК в виде защечного мазка и оплатить стоимость анализа от 300 до 1 тысячи долларов. Поскольку прогресс в этой области медицины продвигается очень быстро, те же образцы ДНК могут быть повторно проанализированы через 3-5 лет для увеличения достоверности предсказаний и расширения диапазона потенциальных патологий. Таким образом мы вступаем в век профилактической медицины, когда ранняя диагностика и профилактика заменят в большой мере лечение. Этнические особенности. Современная генетика также обнаруживает, что заболеваемость у разных этнических групп несколько разная. Особенно это касается групп, которые веками вели изолированный образ жизни, такие как финны, бедуины, некоторые племена в Африке и ашкеназийские евреи. Недавно выпущенный министерством здравоохранения Израиля компендиум содержит описание 172 заболеваний, которые встречаются среди евреев более часто. Патогенез этих заболеваний может отличаться у евреев по сравнению с патогенезом неевреев. Так например, болезнь Тей-Закс и Гуше встречается среди ашкеназийских евреев в 20-50 раз чаще чем у неевреев или у евреев, выходцев из Йемена или из Ирака. Болезнь Канаван преимущественно встречается у ливийских евреев. В свете вышесказанного о возможности предсказывания риска заболеваемости на основе генеалогии и генотипирования (совокупности SNP и CNV ) генома становится ясным, что следует также учитывать этническое происхождение конкретной родословной.
4. Коллекция, хранилище и анализ еврейской ДНК.
Первые три раздела приводят нас к выводу. что создание базы данных еврейской ДНК, состоящей из родословной карты еврейских семей и соответственно образцов ДНК ныне живущих потомков имеет первостепенное значение для выяснения многих вопросов истории евреев, их настоящего и будущего.Отдельные группы еврейского народа, такие, как хасиды хаббат Любавич сохранили подробную генеалогию с 1700 года, начиная от рабби Бааль Шем Тов. Есть подробные генеалогии семьи Лурия и семьи Раппопорт, начинающиеся с 12 века. Недавно база данных всей Исландии, включающая практически все население Исландии с их демографическими и медицинскими данными, была создана конгломератом инвесторов. Религиозная группа мормонов в США также создала базу данных, уходящую вглубь почти на 300 лет. Будущая база данных еврейской ДНК вызывает особый интерес, потому что еврейская история известна и документирована на протяжении более 3 тысяч лет, благодаря существованию Ветхого Завета и других письменных источников еврейской истории. Так например ряд работ израильских и американских генетиков установил, что род Коэнов весьма вероятно ведет свое начало от праотца Аарона — брата библейского Моисея. Такие выводы были сделаны на основе SNP анализа Y-(мужской) хромосомы на основе коллекции ДНК, собранной от восьмисот мужчин-представителей семей Коэнов. Широкая коллекция образцов еврейской ДНК наряду с генеалогическими, медицинскими и демографическими данными и проанализированная современными генетическими методами: секвенирование, SNP и CNV анализ, все это может стать неоценимым источником не только для профилактической медицины, но и для создания новых лекарств.
5. Потенциал анализа еврейской ДНК для выяснения количества евреев, их происхождения и меры по улучшению здоровья. .
Анализ базы данных еврейской ДНК может привести к выявлению своего рода «бар-кода» (или «бар-кодов») еврейского народа. Такой бар-код может помочь выяснению количества евреев по ДНК, которых вероятно во много раз больше, чем 14 миллионов известных ныне. Это особенно важно для тех евреев, которые потеряли связь с еврейским народом в результате событий 20 века, мировых войн и Холокоста.
Профилактические меры в области здравоохранения должны учитывать этническое еврейское происхождение, так как частота и особенности заболеваемости евреев могут отличаться от общего населения.
