Недавно были опубликованы первые результаты генетического исследования жителей Китая, охватившего более 140 тысяч человек. Это крупнейшее на данный момент генетическое исследование, но его авторы готовы в обозримом будущем превзойти собственный рекорд. Для своей работы ученые использовали образцы ДНК, собранные при проведении диагностических тестов беременных женщин.
Хотя так называемое неинвазивное пренатальное тестирование (non-invasive prenatal testing, NIPT) появилось совсем недавно, оно уже успело широко распространиться во многих странах. Особенно популярно оно в Китае, где делается примерно 70 % всех таких исследований. По данным китайских медиков, в стране эту процедуру уже прошли шесть – семь миллионов женщин, а во всем мире – более десяти миллионов. Предшественниками этого метода были способы генетической диагностики, при которых материал брался непосредственно из оболочек плода, околоплодных вод или пуповинной крови. Проникновение в матку при подобных исследованиях связано с некоторым риском для плода.
Неинвазивное тестирование заключается в анализе крови из вены матери и выделении из нее ДНК плода. Применяется такое тестирование для раннего обнаружения различных хромосомных аномалий. Проводить его можно начиная с десятой недели беременности и в отличие от предшествующих методов оно не несет опасности для плода. Подробнее о неинвазивном пренатальном тестировании можно прочитать в специальном очерке и в интервью с заведующим лабораторией геномики и эпигеномики позвоночных Центра «Биоинженерия» РАН Егором Прохорчуком.
В исследовании, которое провели ученые из китайского биотехнологического центра BGI, Южно-Китайского технологического университета, Калифорнийского университета в Беркли и Копенгагенского университета, образцы ДНК, полученные в ходе такого тестирования были использованы для определения генетического разнообразия населения Китая, восприимчивости к различным болезням, миграциях и получения другой информации. Растущее распространение NIPT позволило сделать исследование массовым. Хотя стоимость секвенирования ДНК за последние годы снизилась и уже есть работы, в которых анализируются геномы десятков тысяч человек, получение данных о сотнях тысяч или миллионах людей еще совсем недавно казалось невозможной.
Авторами нынешнего исследования, опубликованного в журнале Cell, были обработаны образцы ДНК, полученные от 141 431 беременной женщины, что составляет примерно одну десятитысячную часть населения Китая и является вполне представительной выборкой. Исследование охватило 31 из 34 провинций Китая. Помимо ханьцев, наиболее многочисленной национальности КНР, среди женщин, чья ДНК была проанализирована, были представительницы 36 из 55 основных этнических меньшинств Китая, в том числе уйгуров, казахов и монголов Внутренней Монголии. Каждая из 140 с лишним тысяч женщин подписала информированное согласие на анонимное участие в исследовании. Полученные в ходе работы данные размещены в Национальном генетическом банке Китая. На сайте была опубликована информация о частоте аллелей 9,05 миллионов однонуклеотидных полиморфизмов.
Ведущие авторы исследования Синь Цзинь, Сюнь Сюй и Сыян Лю
Следует, однако, помнить, что неинвазивная пренатальная диагностика представляет собой низкочастотное сенквенирование генома, то есть при таком исследовании можно получить достаточную информацию лишь о 6 – 10 процентах материанского генома, тогда как сейчас обычно в подобные исследования основываются на 80 процентах генома или более. Частично компенсировать низкую долю секвенированного генома при NIPT авторам исследования удалось при помощи специально созданного программного обеспечения. Авторы работы считают, что низкочастотное секвенирование генома у большого числа людей может быть более информативным, чем более подробное прочтение генома у малочисленных групп. Надо учитывать и разницу в стоимости. Неинвазивная пренатальная диагностика в Китае стоит около ста долларов США, тогда как полногеномного секвенирование обходится примерно в тысячу долларов на человека.
Анализ собранных данных позволил ученым выявить детали истории различных этнических групп Китая, определить новые генетические локусы, связанные с особенностями фенотипа, например, они выявили 48 вариаций генов, связанных с ростом и 13 вариантов, связанных с индексом массы тела. Полученная информация еще будет обрабатываться и наверняка на ее основе будут сделаны новые выводы. Пока же, например, удалось установить связь одного из вариантов гена NRG1 с повышенной вероятностью рождения близнецов и гипертиреозом (усиленной функцией щитовидной железы). Варианты генов SCMH1 и HCN1 оказался ассоциирован с более старшим возрастом матери при первой беременности. Полученные результаты совпадают с теми, что были получены для данных генов в исследованиях, проведенных на мышах.
Результаты оказались также важными для вирусной эпидемиологии и мониторинга заболеваний. Ведь в выделенной ДНК можно определять и генетический материал вирусов. Модификация одного из генов, как показало исследование, оказалась связана с более высокой концентрацией герпесвируса шестого типа в материнской крови. Интересно, что оказалась различной статистика вирусного заражения у китайских и европейских беременных женшин (данные по ним были получены в предшествующих исследованиях). В Европе наиболее частыми вирусами оказались герпесвирусы седьмого и четвертого типов, а у китайских женщин на первом месте по частоте идет вирус гепатита Б, за ним следуют эндогенный ретротранспозоновый вирус HERV-K113 и герпесвирус шестого типа.
Популяция ханьцев оказалась сравнительно генетически однородной, что авторы объясняют массовыми трудовыми миграциями в Китае после 1949 года, когда большие массы населения переселялись на другой конец страны. Однако между северными и южными ханьцами обнаружены и определенные генетические отличия. Наиболее ярко географическая неоднородность проявляется у шести генов.
Шесть генов, демонстрирующих значительные различия у жителей разных регионов Китая
Эти гены связаны с иммунным ответом, метаболизмом жирных кислот, биполярным расстройством и даже составом ушной серы (как было установлено несколько лет назад, ее состав определяет генетически и может указывать на происхождение человека). Некоторые из выявленных генов коррелируют с климатическими условиями. В целом результаты показывают, как факторы окружающей среды влияют на генетическую эволюцию китайского населения. Например, аллели гена FADS2, распространенные в северном Китае, связаны с преимущественно мясным рационом местных жителей в древности, тогда как другие его варианты на юге – со значительной долей растительной пищи.
Другие народы демонстрируют значительно более высокий уровень генетического разнообразия по сравнению с ханьцами. Исследователи также обнаружили у многих китайцев генетические варианты, распространенные среди индийцев, жителей Юго-Восточной Азии и даже европейцев. Это следы межэтнических контактов, имевших место в ходе истории, в частности – в результате торговли на Великом Шелковом пути.
По мере того, как неинвазивная пренатальная диагностика набирает популярность, открываются и новые возможности для популяционных генетических исследований. «Мы продемонстрировали, что можно решить многие классические генетические и медицинские проблемы населения, проанализировав данные NIPT. Поскольку тестирование будут проходить миллионы людей во всем мире, становится все более важным наладить сотрудничество, чтобы получить более информированное согласие пациентов и надлежащим образом обрабатывать медицинскую информацию», - говорит первый автор нынешней работы Сыян Лю (Siyang Liu), старший научный сотрудник BGI. Ее коллега Сюнь Сюй добавляет: «Для меня это очень интересная новая модель для биологического исследования. Она предоставляет мощный инструмент и платформу для будущих работ. Сейчас мы доказываем, что эти данные, а также структура и методы могут быть использованы для изучения многих вещей. Это только начало».
Нынешняя работа стала первым этапом проекта Million Chinese Genome Project. При этом ученые уже работают над новым исследованием на основе трех с половиной миллионов образцов ДНК.
