Расшифровка генома человека и спорт
Расшифровка
генома человека и спорт
В феврале 2001
года два наиболее авторитетных научных журнала в мире "Nature" и
"Science" опубликовали отчеты двух научных групп, расшифровавших геном
человека. В журнале "Nature" от 12 февраля 2001 года приведены
подробные данные о структуре генома человека, полученные международным
консорциумом под руководством Френсиса Коллинза, в котором работали ученые
Англии, Германии, Китая, США, Франции и Японии в рамках международной программы
"Геном человека" с привлечением государственного финансирования. Эта
группа выделила в ДНК особые маркеры, легко распознаваемые участки, и по ним
определила нуклеотидные последовательности генома человека.
В журнале
"Science" от 16 февраля 2001 года ученые частной фирмы "Celera
Genomics" под руководством Крэга Вентера опубликовали результаты
расшифровки генома человека, полученные с применением другой стратегии
исследований, в основе которой лежит анализ последовательностей нуклеотидных
оснований в коротких участках ДНК человека. Таким образом, при расшифровке
генома человека были использованы два научных подхода, каждый из которых имеет
свои преимущества и недостатки. Важно отметить, что получены близко совпадающие
результаты, которые взаимно дополняют друг друга и свидетельствуют об их
достоверности. Вопрос о точности изучения последовательностей ДНК особенно
важен в отношении генома человека. В нашем геноме существует большое число
повторов нуклеотидов. Кроме них в хромосомах есть теломеры, центромеры и зоны
гетерохроматина, где секвенирование затруднено и они пока исключены из
исследований. Предварительный анализ опубликованных материалов по расшифровке
генома человека позволяет отметить несколько особенностей. Количество генов у
человека оказалось сущестенно меньше, чем предполагали ученые несколько лет
назад, называя величины 80-100 000 генов. По данным, опубликованным в журнале
"Nature", у человека около 32 000 генов, тогда как в геноме мухи
дрозофил их 13 000, круглого червя нематоды - 19 100, а растения арабидопсиса -
25 000 генов. При сопоставлении этих величин следует иметь в виду, что
расчетное число генов человека получено методами компьютерной геномики и не у
всех генов выявлены конечные продукты. Кроме того, в геноме человека действует
принцип "один ген - много белков", то есть многие гены кодируют
семейство родственных, но существенно различающихся белков. Следует также иметь
в виду процесс посттрансляционной модификации белков за счет различных химических
групп - ацетильных, гликозильных, метильных, фосфатных и других. Поскольку
таких групп в молекуле белка много, то и разнообразие может быть практически
безграничным. Другой особенностью генома человека является наличие в нем генов
различных вирусов и бактерий, которые постепенно накапливались в процессе
многомиллионной эволюции человека. По образному выражению академика Л.Л.
Киселева, "...геном человека представляет собой молекулярное кладбище, на
котором покоятся вирусные и бактериальные гены, большинство из них молчит и не
функционирует".
Результаты
расшифровки генома человека показали, что те 32000 генов, которые
идентифицированы в настоящее время, составляют только 5% по объему, а 95%
приходится на повторы разных типов, псевдогены, молекулярные остатки вирусов и
бактерий и другие элементы, функциональная роль которых остается нераскрытой.
Проблема "некодирующей" ДНК возникла давно, и множество гипотез
указывает на то, что она далека от решения.
Расшифровка
"смысловой" части генома человека - генов, кодирующих белки и РНК,
открывает новые возможности в молекулярной диагностике не только наследственных
заболеваний, но и развития и выявления изменений в функциональных особенностях
здорового организма. Возникают принципиально новые направления в области генетического
тестирования [1].
Благодаря тому,
что в мире идентифицировано множество генов, ответственных за многие болезни
человека, в том числе наследственные, нейро-дегенеративные, онкологические,
бурно развиваются два направления медицинской геномики - геномная диагностика,
которая позволяет диагностировать не менее 30 различных наследственных
заболеваний, а также поиск и идентификация генов, определяющих
предрасположенность ко многим тяж-ким болезням человека. Наряду с этим в
последние два года постепенно формируется новое направление, которое можно
отнести к функциональной геномике, поскольку оно выявляет связи между
активностью отдельных генов и различными функциями человека. Среди них важное
место занимает выявление связи специфических генов с развитием двигательной
функции человека.
Формирование,
развитие и проявление физических качеств человека подчинено сложной цепи
взаимодействия генетических факторов и внешнего влияния окружающей среды,
которое в процессе многолетней спортивной подготовки включает тренировочные
воздействия, соревновательные нагрузки и необходимые средства восстановления. В
результате такого взаимодействия наследственные признаки иногда проявляются
полностью или частично. Генетический аспект, несомненно, играет роль в развитии
физических качеств человека. Вместе с тем следует признать, что объективных
доказательств этого пока недостаточно, ибо применяемые в спортивной практике
различные тесты измеряют не генотипический, а фенотипический уровень физических
качеств. Очевидно, следует говорить о наследовании определенной генетической
предрасположенности к формированию различных физических качеств человека,
развитие которых зависит от биосоциальных условий. Идентификация генетического
маркера [2], позволяющего прогнозировать развитие физических качеств человека,
имеет большое значение для наиболее эффективного профессионального отбора в
спорт и другие виды деятельности, связанные с экстремальными физическими
нагрузками.
Стремительные
успехи в расшифровке генома человека значительно расширили диапазон
исследований по выявлению генетической предрасположенности к выполнению
мышечной деятельности различного характера и длительности. Одним из наиболее
важных для спорта практических достижений молекулярной генетики является
разработка методов ДНК-диагностики, позволяющих выявлять участки ДНК,
ответственные за генетическую детерминацию определенных метаболических и
функциональных признаков, и среди них - за развитие двигательной функции
человека. На прошедших в 2000 году семи крупных международных конгрессах и
конференциях по спортивной науке одной из основных проблем, привлекших внимание
многих участников, было выявление связи между полиморфизмом отдельных генов и
спортивными результатами.
Анализ
докладов, представленных на этих конференциях, позволяет сделать следующие
обобщения :
1. Значительно
увеличилось количество научных организаций в разных странах, где проводятся
исследования по данной проблеме: Австралия, Англия, Бразилия, Германия,
Испания, Италия, Канада, Китай, Россия, США, Финляндия, Япония.
2. Основные
исследования сосредоточены в США, где финансируются два крупных проекта,
которыми руководит д-р Клод Бочар. Один из них под названием
"Наследство" выполняется учеными из пяти университетов, и на его
осуществление выделено 23 млн долларов. Второй проект называется
"Генатлет" и выполняется учеными четырех стран (США, Канада, Германия
и Финляндия). Под наблюдением находятся 300 спортсменов, имеющих МПК свыше 75
мл/кг/мин, и 300 нетрениро ванных испытуемых с МПК ниже 50 мл/кг/мин.
3. Ген
ангиотензин-конвертирующего фермента (АКФ) остается основным генетическим
маркером, связь которого со спортивными результатами в разных видах спорта
продолжает интенсивно исследоваться в разных лабораториях мира [2, 7, 8]. Кроме
этого исследуется связь между физической активностью человека и полиморфизмом
еще шести генов [9].
Ангиотензин-конвертирующий
фермент является ключевым ферментом ренин-ангиотензиновой системы, важнейшего
гуморального регулятора артериального давления. Под действием этого фермента
происходит генерация ангиотензина II - наиболее активного сосудосуживающего
вещества и деградация брадикинина - важного сосудорасширяющего фактора.
Изучение гена АКФ показало возможность инсерционно-делеционного полиморфизма,
который заключается в наличии (insertion) или отсутствии (delection) фрагмента
длиной из 287 пар нуклеотидов в 16-м интроне. На основании распределения I- и
D-аллелей выделяют три генетических варианта полиморфизма: гомозиготные I/I и
D/D, а также гетерозиготный I/D.
Существует
четкая зависимость между генотипом АКФ и активностью АКФ. Мета-анализ 29
исследований, в которых параллельно определялись полиморфизм гена АКФ и уровень
АКФ плазмы, выявил следующее соотношение при наличии D/D или I/D генотипа по
сравнению с I/I генотипом: уровень АКФ в контрольных группах оказался выше на
58 и 31% соответственно. Таким образом, эффект D-аллеля является кодоминантным.
Изменения в
активности АКФ вызывают соответствующие изменения концентрации ангиотензина II,
и это отражается на внутриклеточном метаболизме многих тканей. Оказалось, что
ангиотензин II не только участвует в метаболизме как регулятор гемодинамики, но
и одновременно является фактором роста, усиливающим процессы синтеза
структурных белков в клетках миокарда, что приводит к гипертрофии сердечной мышцы
[8].
В России
изучение данной проблемы пока ограничено участием двух организаций - Института
цитологии РАН и Санкт-Петербургского НИИ физической культуры. Сопоставление
результатов, полученных в Санкт-Петербурге и в одной из ведущих лабораторий
мира - Центре сердечно-сосудистой генетики Лондонского университета (Англия),
свидетельствует об их корректности и открывает возможность для осуществления
совместных научных проектов.
Расширение
масштабов генетического тестирования обостряет связан-ные с ним этические и
юридические проблемы [3].
Одна из причин
повышенного внимания к проблемам генетического тестирования -прогрессирующая
коммерциализация генетики человека. Впервые в современной науке сложилась
необычная ситуация, когда в работу над важным и дорогостоящим проектом
"Геном человека" включились индивидуальные исследователи, создавшие
частные фирмы и вступившие в острую конкуренцию с институтами и университетами,
финансируемыми правительствами ведущих стран. Существенная разница в
исследованиях университетских и институтских групп, работающих за счет грантов,
представляемых правительствами, и коммерческих групп может в ближайшее время
изменить ситуацию на финансовых рынках мира, поскольку патенты могут принести
невиданные прибыли фармацевтическим и медицинским компаниям, для которых
информация о генах человека крайне важна. На рынке предлагаются наборы для
генетического тестирования стремительно расширяющегося ассортимента различных
генов и комплексные услуги, включающие их проведение. ДНК-диагностика во многих
отношениях предпочтительнее традиционной диагностики, основывающейся либо на
выявлении нарушений обмена веществ, либо на идентификации дефектных белков.
Расширение
масштабов и увеличение эффективности генетического тестирования не только имеет
положительные последствия, но и приводит к серьезному обсуждению этических и
юридических вопросов. Научная общественность ряда стран проявляет серьезное
беспокойство по этой проблеме и организует ряд международных и национальных
конференций, на которых проводится широкое обсуждение и принимаются декларации
и рекомендации по юридическим аспектам использования генетической информации.
Основное внимание на таких научных форумах сосредоточено на обсуждении трех
ключевых вопросов:
1. Кто и с
какой целью имеет право проводить генетические тестирования?
2. Кому
принадлежит право собственности на генетическую информацию и как она должна
использоваться и храниться?
3. Нужно ли
учитывать данные генетического тестирования при профессиональном отборе и
страховании жизни?
Генетическое
тестирование и получаемая в результате информация носят сугубо личный характер.
Большая часть генетической информации представляет собой только
прогностический, вероятностный, характер. Определенный ген лишь с той или иной
степенью вероятности может способствовать развитию какого-либо заболевания или
нарушению функции организма. Именно этим вероятностным характером генетической
информации объясняется необходимость защитить человека от возможного
социального давления и строго соблюдать процедуры получения его согласия.
В основе
выработанного научным сообществом консенсуса лежат пять основных принципов:
автономии, неприкосновенности частной жизни, справедливости, равной доступности
и качества, исходящих из принципов уважения достоинства человека [4].
Интересы и
благо конкретного человека должны превалировать над интересами общества, науки
и любыми другими интересами. Геномные исследования не могут быть основанием для
любой формы дискриминации или для доказательства биологического превосходства
отдельных индивидов и групп [5].
Появившиеся в
последние месяцы в американских научных журналах публикации свидетельствуют о
том, что достижения генетики рассматриваются среди новых технологий,
рекомендуемых к использованию в сфере профессионального и олимпийского спорта
[6, 9].
Исследования и
обсуждения морально-правовых проблем, возникающих в связи с реализацией проекта
"Геном человека", имеют существенное значение для формирования
механизмов моральной саморегуляции медицины разного научного сообщества и для
разработки национальных и международных заказов, рекомендаций и правил
проведения исследований и практической реализации полученных знаний [4].
В данной статье
мы не ставили перед собой цели подробно остановиться на анализе всех сложных
проблем, связанных с реализаций последних достижений генетики. В нашу задачу
входило рассмотреть комплекс этических и юридических проблем, касающихся
исследования генетической информации в сфере спорта и привлечь внимание
спортивной научной общественности. В настоящее время это один из важнейших
вопросов, стоящих перед формирующейся новой отраслью знаний - общественной
генетикой (community genetics).
Список
литературы
1. Киселев Л.Л.
Геном человека и биология XXI века //Вестник РАН, 2000.Т. 70, № 5, с. 412-424.
2. Рогозкин
В.А., Назаров И.Б., Казаков В.И. Генетические маркеры физической
работоспособности человека //Теор. и практ. физ. культ., 2000, № 12, с. 34-36.
3. Тетушкин
Е.Я. Генетическая дискриминация при страховании и трудоустройстве //Генетика.
2000. Т. 36, № 7, с. 887-899.
4.
Этико-правовые аспекты проекта "Геном человека" (международные
документы и аналитические материалы). - М.: РНКБ РАН, 1998. -190 с.
5. Этические
принципы проведения геномных исследований человека и связанных с ними
медицинских процедур //Генетика. 1999. Т.35, № 10, с. 1437-1438.
6. Andersen Jl., Schjerling P., Saltin B. Muscle,
Genes and Athletic Performance //Scientific Amer., 2000, September. -- Р. 31--37.
7. Montgomery H., Clarkson P., Hemingway H. et al.
Human gene for physical performance //Nature, 1998, v. 393. - Р. 221.
8. Myerson S., Hemingway H., Budget R. et al. Human
angiotensin I-converting enzyme gene and endurance performance // J. Appl.
Physiol., 1999, v. 87 (4). - Р.
1313-1316.
9. Taubes G. Scientists are engaged on a frustrating
search for genes to identify future Olympians //Scientific American Presents,
2000, v. 11(3). - Р.
31-38.
10. В.А.
Рогозкин, доктор биологических наук, профессор. Расшифровка генома человека и
спорт