Дэвид Эпштейн - Спортивный ген

В 2005 году правительственный национальный научно-исследовательский институт генома человека США поднял на изучение вопрос, в какой группе происходят большие генетические изменения: между разными этническими группами или внутри одной этнической группы. Ответ оказался прост: это зависит от конкретного физического признака.

Если мы будем рассматривать форму человеческого черепа, то около 90 % вариаций форм будет внутри крупного этноса, и только 10 % изменений будет между разными этническими группами. Так, среди африканцев можно встретить наибольшее количество вариаций. Но если мы будем рассматривать цвет кожи, то внутри одной крупной группы изменения будут только у 10 %, а 90 % вариаций будут приходиться на разные этнические группы. Таким образом, для того, чтобы выяснить, есть ли у африканцев или афроамериканцев специфические гены, которые выделяют их в определенных видах спорта, ученые для начала должны определить конкретные гены и врожденные биологические черты, которые важны для спортивной деятельности. И только потом изучать, наблюдаются ли те или иные признаки чаще в одних группах населения, чем в других.

И тогда ученые начали делать именно так.

Кэтрин Норс написала письмо в журнал «Nature Genetics», предлагая им опубликовать ее доклад, ведь она сделала настоящий прорыв.

Дело в том, что несколькими годами ранее, летом 1993 года, Норс покинула Австралию и устроилась на работу в Бостонскую детскую больницу невропатологом-генетиком. В лаборатории больницы она смогла выявить генетическую мутацию, которая вызывает мышечную дистрофию Дюшена (изнуряющая болезнь, развивающая мышечную слабость). Когда Норс исследовала мышечные волокна больных дистрофией, она увидела, что у них нормальный уровень быстро сокращающихся мышечных волокон, но примерно у одного из пяти пациентов эти мышцы не вырабатывали белок под названием альфа-актинин-3.

В своем письме в «Nature Genetics» она описала случай двух братьев из Шри-Ланки с врожденной мышечной дистрофией, который она изучала еще в Сиднее в 1998 году. У родителей мальчиков не было этой болезни, но такое заболевание предполагает наследственный характер. У братьев не вырабатывался альфа-актинин-3, который кодирует ген АКТН-3 (Прим. перев.: англ. аббрев. ACTN3: alpha-actinin skeletal muscle isoform 3; соответственно АКТН-3: альфа-актинин, изоформа скелетной мышечной ткани 3). Так, Норс вместе с группой ученых обнаружили новую генную мутацию – мутацию гена АКТН-3, которая вызывает мышечную дистрофию. «Тогда у меня родилась идея написать об этом случае в Nature Genetics, – говорит она. – Но если вы хороший генетик, то вы должны исследовать всю семью».

Норс попросила родителей мальчиков и их двух других здоровых детей пройти обследование. Она предположила, что у больных братьев двойной мутированный Х-ген, который блокирует выработку альфа-актинина-3. Тогда у родителей мальчиков должен быть только один Х-ген и один R-ген, который функционирует нормально. К ее удивлению, и родители, и два здоровых ребенка имели те же два мутированных варианта X-гена АКТН-3. Получается, что в этой семье ни у кого не вырабатывался альфа-актинин-3, но только у двух мальчиков была мышечная дистрофия. Норс так и не нашла ген мышечной дистрофии. «Мы получили эти данные в пятницу, – говорит она. – И это очень, очень удручало».

На выходных она пошла в кино, а потом долго гуляла, чтобы обдумать все, что им удалось узнать на прошлой неделе. Она никогда ни в лаборатории, ни в научной литературе, не встречала случаев, когда у здорового человека были мышцы, полностью лишенные структурного белка. Структурные белки являются основополагающими. Они формируют наши ногти, волосы, кожу, сухожилия и мышцы. Люди, как правило, начинают тяжело болеть или умирают, если гены, кодирующие эти белки, не функционируют. «Таким образом, я начала читать прогрессивную научную литературу, – рассказывает Норс. – И я думала, ну, может, альфа-актинин-3 является излишним. Может быть, он нам вовсе и не нужен».

Норс связалась с Симоном Истэлом, австралийским исследователем, специализирующимся на молекулярной эволюции. Вместе они изъяли из хранилища для изучения 200 образцов мышечных тканей, подверженных различным заболеваниям. Но тенденция сохранялась. Примерно у одного из пяти больных не было двух копий X в вариациях гена АКТН-3, и таким образом, не вырабатывался альфа-актинин-3. Но примерно в одном из пяти образцов нормальной, здоровой мышечной ткани наблюдались две копии Х, так что ген АКТН-3 не мог являться причиной болезни. Может быть, тогда альфа-актинин-3 имел другую функцию в мышечной ткани? «Мы начали проводить обследование различных групп людей, – рассказывает Норс. – И тогда мы обнаружили, что этот ген изменяется в зависимости от этнической принадлежности человека».

Так, Норс определила, что одна четверть населения Восточной Азии имеет две копии X в вариации гена АКТН-3, эта особенность сохраняется и у 18 % белых австралийцев. Но когда она проводила обследование зулусов из Южной Африки, она обнаружила, что две копии Х только менее чем у 1 %. Почти у всех была, по крайней мере, одна копия R, который кодирует альфа-актинин-3 в быстро сокращающихся мышцах. И подобная особенность характеризовала все африканское население. Что касается этого конкретного варианта гена, африканцы или люди с африканскими корнями, оказывается, очень одинаковые.

Норс была убеждена, что альфа-актинин-3 не имеет влияния на белок, ведь его отсутствие не является причиной болезни. Как и миостатин, белок суперребенка, альфа-актинин-3 высоко консервативен с точки зрения эволюции. Он содержится в быстро сокращающихся мышечных волокнах кур, мышей, бабуинов и других животных, в том числе и в мышцах наших ближайших родственников – шимпанзе. Отсутствие альфа-актинина-3 – новая особенность человеческого организма.

Норс вместе с коллегами подсчитала, что копии X-гена АКТН-3 распространяются среди людей на протяжении последних 30 000 лет и только за пределами Африки. По некоторым причинам этот ген, оказывается, благоприятствует естественному отбору только в неафриканской среде. Быстро сокращающиеся волокна нужны для чего-то еще, решила Норс.

Так, Норс вместе с группой ученых собрали ДНК людей с большим количеством быстро сокращающихся волокон: профессиональных спринтеров. Вместе с Австралийским институтом спорта они разработали тестирование для спортсменов международного уровня, способное выявить АКТН-3. В то время как у 18 % австралийцев были две Х-копии гена АКТН-3, но ни у кого из спринтеров Австралии этой особенности не было, у всех вырабатывался альфа-актинин-3. «Я ждала на протяжении многих лет, чтобы опубликовать это исследование, – говорит Норс. – Мы много раз проводили обследование спринтеров, и каждый раз результаты были одними и теми же». Мало того, что у спринтеров не было в двух Х-копий АКТН-3. Но чем лучше был уровень спортсмена, тем меньше была вероятность, что XX вообще может у них быть. Так, только у пяти из 107 австралийских спринтеров был XX, и ни у одного из 32 спринтеров-олимпийцев.