Рецензия на книгу: В. А. Спицын. Экологическая генетика человека

РЕЦЕНЗИИ

В.А. Спицын «Экологическая генетика человека». М.: Наука, 2008. 503 с.

Прошло три года после выхода в свет монографии «Экологическая генетика человека», а ощущение важности и масштабности проделанной автором работы не исчезает. Раскрывая книгу, всякий раз находишь в ней интересные и чрезвычайно полезные сведения. Для рецензента, работающего в области физиологической антропологии, содержание книги представляет особый интерес. Связь дискретной генетической изменчивости с непрерывно варьирующей физиологической изменчивостью; внутригрупповая вариабельность признаков и ее зависимость от различных экологических факторов; адаптивная значимость признаков - эти и многие другие вопросы, обсуждаемые в книге, являются основными и в физиологической антропологии. Рассмотрение всех проблем экологической генетики базируется на знаниях в области генетической изменчивости человека в норме - его наследственного полиморфизма. В основе обсуждаемых в монографии многочисленных фактических материалов лежат современные разработки в сферах биохимической, молекулярной и популяционной генетики. Эти разработки зачастую относятся к уникальным как по объему выполненной работы, так и по научно-практическому значению. Монография настолько насыщена интересной и актуальной информацией, что трудно отказаться от желания ее подробного изложения для самого широкого круга читателей. Однако рамки рецензии ограничивают размер текста и по этой причине, уделив большое внимание центральной и наиболее значимой для антропологов третьей главе, рецензент вынужден сократить анализ остальных глав.

Рецензируемая монография представляет собой фундаментальный труд по проблемам экологической генетики человека. Книга является итогом более чем 20-летних исследований российского антрополога и генетика В.А. Спицына, проводимых сначала в НИИ антропологии МГУ и продолженных затем в Институте медицинской генетики (ныне Медико-генетический научный центр РАМН). В монографии суммированы результаты полевых и лабораторных исследований, выпол-

ненных непосредственно коллективом лаборатории экологической генетики ГУ МГНЦ РАМН, а также в контакте с различными медицинскими центрами и институтами РАМН. В книге, кроме того, отражены и обобщены результаты исследований ряда отечественных и зарубежных авторов. Книга состоит из авторского предисловия, введения, 7 глав, каждая из которых делится на несколько разделов, и заключения. В книге имеются 172 таблицы, 94 рисунка и список литературы. Список использованной литературы представляет собой объемную библиографическую сводку, охватывающую большой временной интервал. Свыше 800 публикаций, более 3/4 которых принадлежат зарубежным исследователям, свидетельствуют не только о широкой эрудиции автора монографии, но и могут быть полезны для многих работающих ученых.

Эмоционально написанное введение имеет выраженную социальную направленность. Возрастающее в современном мире давление окружающей среды на различные биологические системы требует всестороннего изучения изменений, происходящих с человеком. В связи с этим работы по исследованию генетического полиморфизма как особого реактивного состояния наследственности человека чувствительного к переменам в окружающей среде являются чрезвычайно актуальными. С позиций экологической генетики могут рассматриваться проблемы большой общественной значимости, в том числе и проблема генетических последствий научно-технического прогресса.

Первая глава - «Проблемы экологической генетики человека» - знакомит читателя с предметом экологической генетики человека, которая изучает наследственные различия между людьми, проявляющиеся в ответ на воздействие разнообразных факторов внешней среды. В главе изложена краткая история формирования экогенетики как научной дисциплины и определены ее задачи. Они сводятся к объяснению причин различной чувствительности отдельных индивидов к действию разнообразных химических факторов и изучению индивидуальных особенностей адаптации к окружающей среде в целом. Приведенная автором схема в логически четкой форме наглядно представляет экогенетичес-кие механизмы. В разделе, посвященном методологическим подходам, В.А. Спицын указывает на необходимость одновременного

изучения дискретного генетического полиморфизма и непрерывно варьирующей физиологической изменчивости, что с точки зрения рецензента кажется весьма перспективным.

Вторая глава называется «Наследственно обусловленное разнообразие человеческих групп - основной объект экогенетических исследований». В главе предпринят краткий экскурс в историю изучения наследственных полиморфизмов и охарактеризованы основные типы генетической изменчивости на иммунологическом, генетико-биохимическом и молекулярном уровнях организации. В шести из восьми разделов подробно рассматриваются в историческом и биологическом аспектах многочисленные генетические системы. Большое внимание уделяется методическим приемам исследования, от уровня которых, как справедливо считает автор, зависит практически любой успех в развитии той или иной области естественных наук. В последнем разделе главы, анализируя распределение генных частот в мировом народонаселении, В.А. Спицын выделяет шесть типов этно-тер-риториальной изменчивости аллельных частот. Главу завершает сообщение о наиболее значительном проявлении генного разнообразия на внутрипопуляционном уровне.

Третья глава - «Эволюционная адаптация человека» - представляет для антропологов наибольший интерес. В ней рассматривается роль генетических факторов в эволюционной адаптации человека. В оценке этой роли существуют два основных подхода. Краткое обсуждение первого из них - формально-генетического - подводит к необходимости применения прямого гено-географического подхода, которому, в сущности, и посвящается самая объемная глава монографии. Автор считает, что гено-географический подход дает возможность определить истинную связь между особенностями распределения генных частот и разнообразием естественных внешне-средовых факторов. Несмотря на социально-экономический прогресс, организм человека по-прежнему зависит от окружающей среды, а из всех климато-географических факторов, влияющих на человека, первостепенную роль играют те, которые оказывают непосредственное воздействие на тепловой обмен.

На большом фактическом материале собственных исследований с использованием современного аналитического аппарата и с привлечением данных различных авторов показана адаптивная значимость многочис-

ленных генетических факторов. Одним из наиболее ярких примеров зависимости пространственной изменчивости генетических факторов от климато-географических условий является широтный градиент аллелей эритро-цитарного фермента кислой фосфатазы АСР1. Выяснено, что закономерности в мировом распределении генных частот системы АСР1 обусловлены влиянием двух основных климатических параметров: амплитуды колебаний температуры и интенсивности суммарной солнечной радиации. Установлена адаптивная значимость трансферрина, который является не просто инертным переносчиком железа, но в комплексе с ним выполняет функцию абсорбции и распределения железа в организме. Отмеченное свойство в разной степени присутствует в различных вариантах трансферрина и аллели этой системы имеют ярко выраженный географический градиент. Чрезвычайно интересна информация касающаяся особенности популяционных распределений полиморфных вариантов гена апо-липопротеина Е, который относится к белкам плазмы, играющим важную роль в транспорте и метаболизме холестерина и триглицери-дов. Результаты работ генетико-антропологи-ческой экспедиции на Памире показали, что экстремальные факторы высокогорья действуют не только на физиологическую структуру популяций, но и на генетическую, то есть существует направленная генетическая изменчивость, связанная с градиентом по высоте местности. Большой объем представленной информации исключает возможность подробного анализа всех генетических факторов. Обобщая сведения, которые содержатся во втором параграфе третьей главы, следует отметить, что, во-первых, существует зависимое от климата распределение частот аллелей функционально значимых генетических систем и, во-вторых, установлены наиболее важные климатические факторы, определяющие их пространственную изменчивость.

В следующем разделе третьей главы обсуждается соотношение дискретного генетического разнообразия и непрерывно варьирующей функциональной изменчивости. Основное в постановке вопроса - необходимость изучения природы, размаха и распределения отклонений от так называемой «нормальной» изменчивости того или иного признака. В зависимости от множества различных эндогенных и экзогенных факторов уровни показателей, характеризующих определенные обмен-

ные процессы, могут меняться более чем в 10 раз. На изменения уровня любого белка и ферментативной активности мутантные гены, например, могут влиять четырьмя различными путями. Разнообразие возможных путей создает трудности для анализа. И, тем не менее, представленные в монографии многочисленные примеры свидетельствуют о наличии связи между дискретной генетической изменчивостью и непрерывно варьирующей функциональной вариабельностью. Как было показано в предыдущем разделе главы, обе категории изменчивости оказываются сопряженными с климато-географическими параметрами. И поэтому, заключает автор, в настоящее время можно наблюдать в статической форме особенности мирового распределения аллельных концентраций по многим полиморфным генам. Но такая картина могла сформироваться лишь как итог естественного отбора в процессе длительной эволюции человеческих популяций, обитающих в конкретных условиях среды.

Четвертый раздел третьей главы называется «Связь генетической изменчивости с иммунным статусом». В итоге анализа многочисленных данных, своих (три этно-терри-ториальные группы Севера Европейской части России) и литературных, делается вывод о существовании этой связи, в прямом или косвенном варианте.

В разделе, посвященном роли естественных биотических факторов в эволюционной адаптации человека, рассматривается проблема экогенетики питания, которая принадлежит к наименее разработанному и в то же время наиболее перспективному направлению в экологической генетике. Повсеместно меняющийся характер питания, особенно среди коренного населения краевых зон ойкумены, зачастую отрицательно действует на здоровье людей. В этой связи работы по генетическим аспектам питания являются важным звеном в деле сохранения здоровья и в профилактике заболеваний, вызванных нарушением баланса метаболических особенностей и питания. К сожалению, полученные к настоящему времени результаты исследований в области экогене-тики фрагментарны. Автор рекомендует проводить эти исследования в рамках популяци-онного подхода, который раскрывает влияние естественных биотических факторов в эволюции человеческих популяций.

Часть главы, имеющая название «Генетическая изменчивость человека и инфекци-

онные болезни», начинается с замечания относительно слабой изученности связи между генетическими полиморфизмами и степенью восприимчивости людей к различным инфекционным заболеваниям. Этот пробел, считает автор, необходимо заполнить, так как отбор в виде болезней является одним из существенных факторов образующих аллель-ное разнообразие по всему Земному шару. Генетические полиморфизмы обнаруживают ассоциации с бактериальными, вирусными инфекциями, а также с инфекциями, вызываемыми простейшими. Что касается вирусных инфекций, то в два последних десятилетия наблюдаются явные успехи в идентификации у человека генетического контроля восприимчивости к ним.

В последних двух параграфах (7 и 8) обсуждается сопряженная эволюция современного человека и вирусов на всем протяжении становления вида Homo sapiens, а также приводятся примеры коэволюции геномов человека и микроорганизмов. Внедрение фрагментов геномов различных вирусов в человеческий геном в процессе продолжительной эволюции, по-видимому, способствовало увеличению генетического разнообразия вида H. sapiens. Установлено, что геном человека примерно на 4.5 % насыщен эндогенными ретровиру-сами, которые в настоящее время рассматриваются как возможные факторы эволюции человека современного вида. Наличие инсер-ций мобильных элементов в геноме может служить в качестве нового класса генетических маркеров для изучения эволюции человека.

Четвертая глава называется «Экогенети-ческий подход в идентификации групп адаптивной нормы и экологического риска в естественных ареалах среды обитания человека». В небольшом первом параграфе автор, останавливаясь на неслучайных ассоциациях между генетическими маркерами и оценке уровней гетерозиготности в различных группах людей, приходит к выводу о механизмах тесного взаимодействия всего генома. В следующем разделе главы подробно анализируются экогенетические механизмы адаптации современных популяций человека к естественным факторам среды при учете различий в статусе здоровья. Классификация состояния здоровья, разработанная для жителей разных климато-географических зон, включает 5 групп здоровья. Лица с первой и второй категорией здоровья объединяются в подгруппу адаптивной нормы; все остальные

относятся к подгруппе экологического риска. Оказалось, что каждая подгруппа имеет свои своеобразные фенотипические сочетания: в клинически здоровой части популяции наблюдается значительно ббльшая функциональная сбалансированность изученной части генома. В последнем параграфе рассматриваются генетические характеристики современных мигрантов в районы с экстремальными условиями окружающей среды.

В пятой главе, объемной и насыщенной чрезвычайно актуальной информацией, обсуждаются две темы: «Соотношение генетической изменчивости и антропогенной среды» и «Генетические аспекты профессиональной деятельности и возникновение профессиональных болезней». В настоящее время множество факторов внешней среды, с которыми сталкиваются люди, можно считать новыми, если иметь в виду весь предшествующий период развития человечества. Дифференциальная чувствительность различных людей к меняющейся среде зависит от их индивидуальных наследственных особенностей и определяет их адаптивные возможности. Дезадаптация, как правило,сопровождается проявлением профессиональных или мульти-факториальных болезней. При исследовании генетической предрасположенности или устойчивости лиц, работающих на вредном производстве, используется анализ полиморфизма по отдельным генетическим системам или их комплексу при одновременном определении уровня белков и активности ферментов. Изучение количественного содержания структурно различающихся форм полиморфных белков и активности ферментов, а также внутригрупповой изменчивости их уровней представляется одним из актуальных подходов в экологической генетике. Установлено, например, что в группе людей с профессиональной патологией увеличиваются дисперсии в уровнях важнейших белков, что свидетельствует о нарушении генетико-био-химического гомеостаза.

Большое внимание в главе уделено рассмотрению основных механизмов биотрансформации и детоксикации различных, попадающих в организм человека из внешней среды, вредных веществ. К ним относятся ксенобиотики - инородные для нормального метаболизма вещества с потенциальным биологическим эффектом (различные химические соединения на вредных производствах, лекарства и их промежуточные мета-

болиты, инсектициды, пищевые добавки, косметические и различные бытовые средства). Их биотрансформация играет ключевую роль в механизмах адаптации организма к факторам внешней среды. Работы в этом направлении требуют оценки генетически обусловленной индивидуальной чувствительности к определенным ксенобиотикам в зависимости от наследственного полиморфизма по генам, отвечающим за разнообразие ферментных и других белков.

Главу завершает раздел, посвященный рассмотрению генетических маркеров, ассоциирующихся с успешными достижениями в спортивной деятельности. Возможность достижения успехов в спорте зависит от специфических индивидуальных генотипов. Особое значение для аргументированного спортивного отбора индивидов представляют полиморфные гены, экспрессия которых связана с белками, участвующими в развитии двигательной функции. Успехи современной генетики уже сегодня позволяют прогнозировать возможность перспективных занятий спортом для детей и подростков. Важной задачей является изучение генетических особенностей нервно-психического статуса спортсменов, оценки их психической активности. Все изложенное в этом разделе свидетельствует о том, что в реализации наследственной компоненты в физической работоспособности принимают участие множество полиморфных генов.

Шестая и седьмая главы являются логическим продолжением предыдущей главы. Шестая глава имеет название «Дифференциальная наследственно обусловленная реакция людей на продукты производственной деятельности». В главе рассматривается роль наследственных факторов в реакции организма на лекарственные средства и определяется значение популяционного подхода в области фармакогенетики, исследования в которой до последнего времени были направлены на изучение связи между эффективностью действия медикаментозных препаратов и особенностью их метаболизма у отдельных индивидов. В дальнейшем развитии фармакогенетики предполагается проводить полномасштабный геномный скрининг для выявления всех генетических ассоциаций с различными отклонениями в действии лекарственных препаратов. Глава обильно проиллюстрирована генокартами, в том числе и картами главных компонент изменчивости фармакогенетиче-ских полиморфизмов. Седьмая глава называ-

ется «Вклад генетических факторов в развитие широко распространенных болезней». Считается, что все многофакторные болезни могут рассматриваться как примеры из эко-генетики человека, потому что их проявление является результатом взаимодействия генов предрасположенности и факторов внешней среды. Генетико-физиологическая концепция развития мультифакториальных заболеваний выделена в отдельный раздел последней главы монографии. Физиологическая генетика представляет собой одну из ветвей генетики. Она занимается исследованием промежуточных ступеней в развитии признака, обусловленного геном, который проявляется в условиях конкретного генотипа и конкретных факторов среды. В рамках сформулированной концепции автор придерживается представления, что в основе развития многофакторных болезней может лежать функциональная неравнозначность аллелей одного и того же локуса.

В заключении, имеющем название «Этические проблемы экологической генетики человека», обращается внимание на преобла-

дание интересов и благополучия каждого конкретного человека над интересами науки и общества в целом.

Завершая рецензию, следует отметить перспективность исследований, которым посвящена монография. В ней обозначены важнейшие задачи последующих работ в области экологической генетики. Они заключаются, например, в объяснении наблюдаемых взаимодействий дискретных генетических факторов с непрерывно варьирующей количественной биохимической изменчивостью; в определении конкретных механизмов связи генетических полиморфизмов с климато-геогра-фическими факторами и т.д. Хочется надеяться, что актуальность, многоплановость и масштабность проделанной работы; ее теоретическая и практическая важность будут иметь значение не только для научного сообщества, но и для всех людей, которым небезразличны судьбы будущих поколений. Символично, что монография появилась в начале XXI века: ее можно считать образцом фундаментального исследования для ученых нового столетия.

Л.К. Гудкова