Ключ к разгадке заболеваний людей сокрыт в генах породистых собак

Ученые открыли секрет, объясняющий невероятное разнообразие форм и размеров различных пород собак. И он может дать ключ к разгадке некоторых генетических заболеваний человека.

В угоду потребностям и вкусам человека собака была превращена в самое разноликое животное на Земле. И процесс превращения только набирает обороты: большинство из 350–400 существующих пород были выведены всего пару сотен лет назад.

Селекционеры спаривали разных собак, чтобы инициировать появление новых признаков, а затем усиливали эти признаки, используя для разведения только тех потомков, у которых нужные черты проявились в наибольшей степени. Например, считается, что для получения собаки, идеально подходящей для охоты на барсуков, немецкие охотники в XVIII–XIX веках создали комбинацию из бассета и терьера. В результате получилась псина с короткими крепкими лапами и длинным узким телом, позволяющим преследовать барсука в самой глубокой норе – так появилась такса, по-немецки «барсучья собака». К охоте такса приспособлена превосходно: мягкая складчатая шкура защищает от острых зубов противника, позволяя легко переносить укусы; а за длинный и крепкий хвост охотник легко может вытащить из норы свою помощницу, ухватившую увесистого барсука.

Раньше ученые предполагали, что за широкое морфологическое разнообразие собак отвечает такое же разнообразие генетическое. Результаты современных исследований собачьего генома стали неожиданностью: пестрая мозаика форм, размеров и цветов в основном определяется изменениями всего в нескольких участках ДНК. Различие между миниатюрным телом таксы и массивным сложением ротвейлера закодировано в последовательности одного-единственного гена. Контраст между кривыми короткими ножками таксы – особенностью, носящей официальное название «непропорциональная карликовость», или хондродисплазия – и стройными ногами борзой заложен в другом гене.

Это относится к любой породе и практически к любой физической черте. В рамках проекта CanMap, в который вовлечены Корнельский и Калифорнийский университеты, а также Национальный институт здоровья США, были собраны ДНК более 900 домашних собак 80 пород, а также диких представителей семейства псовых – волков и койотов. Исследователи установили, что размер тела, длина и вид шерсти, форма носа, расположение ушей, окрас и другие признаки, в совокупности своей определяющие облик той или иной породы, контролируются пятью десятками генетических «переключателей». Разница между висячими и стоячими ушами заложена в определенном участке гена хромосомы 10, или CFA10. Складчатая кожа китайского шарпея контролируется другим участком гена – HAS2. А «ридж» – полоска шерсти, растущей в противоположном направлении на спине у родезийского риджбека, – обусловлена изменением в гене CFA18.

«Нам становится ясно, что разнообразие экстерьера домашних собак базируется на весьма небольшом наборе генетических вариаций», – говорит Роберт Уэйн, биолог Калифорнийского университета.

Периодически появляющиеся в прессе сообщения об обнаружении у людей гена алкоголизма или рака груди создают ложное впечатление, что большинство признаков контролируются всего одним или несколькими генами. На самом деле генетика морфологии собак, работающая как детский конструктор, – редчайшее явление. В природе физический признак или болезнь обычно являются результатом сложной совокупности множества генов, каждый из которых вносит лишь частичный вклад. У людей, например, рост контролируется изменением двух сотен генов.

Почему же собачья генетика так сильно отличается от других? Ответ, по мнению ученых, следует искать в эволюционной истории собак. Псовые стали самыми первыми одомашненными животными. Приручение волков началось 15–20 тысяч лет назад. Исследователи расходятся во мнениях о том, насколько направленным или спонтанным был этот процесс. Но, так или иначе, между человеком и собакой завязались дружба и деловое партнерство.

Избавленные от жестких условий естественного отбора, под защитой человека собаки выживали и размножались, даже если являлись носителями невыгодных генетических мутаций, например, коротких лап или хвоста. Такие признаки в дикой природе быстро были бы забракованы. Тысячи лет спустя собаководы воспользовались естественным разнообразием исходного материала и начали создавать современные породы.

Люди старались развивать новые черты, ведь чем более необычную линию собак им удастся вывести, тем скорее она будет официально признана новой породой. Искусственный процесс отбора поддерживал единичные гены, вызывающие значительные изменения и позволяющие закрепить нужные признаки быстрее, чем группа из нескольких генов.

«Каждый отдельный ген собаки работает как пульт дистанционного управления, настроенный одновременно на телевизор, стереосистему и DVD-плейер, – рассказывает научный сотрудник Стэнфордского университета Карлос Бустаманте, генетик проекта CanMap. – Одна кнопка включает сразу все».

Некоторые результаты изучения собачьего генома могут быть полезны в исследованиях генетических заболеваний человека. Уже более ста собачьих болезней, многие из которых имеют человеческие аналоги, удалось связать с соответствующими генными мутациями. У собак, как и у людей, риск возникновения того или иного недуга может быть обусловлен длинным рядом мутаций. Но, поскольку собаки были генетически разделены на породы, каждая из которых произошла от очень небольшой группы животных, набор изменений, порождающих заболевание, у породистых особей значительно сужается, иногда до одного или двух генов.

Так, исследователи Корнельского университета, изучая пигментный ретинит у собак –заболевание глаз, характерное и для людей, зафиксировали 20 различных мутаций, вызывающих это нарушение. Но у шнауцеров и пуделей мутации были локализованы на разных участках ДНК – в разных генах. Это подсказало ученым, где лучше начинать поиск в геноме человека. Результаты исследования собачьей эпилепсии также помогли специалистам в изучении этого заболевания у людей.

Когда собаководы конструировали собак по своему вкусу, они создали генетически изолированные группы, даже не подозревая, насколько полезной такая изоляция окажется для генетиков в будущем. Самые широкие возможности открываются для изучения рака, ведь отдельные виды этой болезни могут встречаться у 60 процентов особей некоторых пород собак – и только у одного из 10 тысяч человек.

Но есть одна категория признаков, которые пока не поддаются анализу ученых проекта CanMap, – это поведенческие особенности. Идентифицирована одна-единственная мутация, отвечающая за поведение, – собачья версия гена, вызывающего обсессивно-компульсивное расстройство, то есть невроз навязчивых состояний, который встречается и у людей. Доберманов это расстройство заставляет упорно вылизывать шерсть до появления кровавых ранок. Более привычные особенности поведения – такие как верность, упрямство или инстинкт стаи, очевидно, также генетически обусловлены. Но на них могут влиять и другие факторы – социальные, которые не укладываются в рамки точной науки.

Тем не менее, уверен Карлос Бустаманте из Стэнфорда, «мы можем понять и изучить поведение собак лучше, чем поведение других животных». В конце концов, добавляет ученый, миллионы собачников горят желанием помочь нам в исследованиях.