Исследователи давно задавались вопросом, почему люди Тибетского нагорья могут жить на возвышенностях, из-за которых некоторые люди становятся опасными для жизни, – и новое исследование частично раскрывает эту загадку, показывая, что через тысячи лет естественного отбора эти стойкие жители южно-центральной Азии развили 10 уникальных генов, обрабатывающих кислород, которые помогают им жить в более высоких климатах.
В исследовании, опубликованном 13 мая в Science Express, исследователи из Медицинской школы Университета Юты и Медицинской школы Университета Цинхай в Китайской Народной Республике сообщают, что тысячи лет назад тибетские горцы начали генетически адаптироваться, чтобы предотвратить полицитемию (процесс в которые организм производит слишком много красных кровяных телец в ответ на кислородное голодание), а также другие нарушения здоровья, такие как отек легких и головного мозга (отек) и гипертензия сосудов легких, приводящая в конечном итоге к дыхательной недостаточности. Даже на высоте 14000 футов над уровнем моря или выше, где атмосфера содержит гораздо меньше кислорода, чем на уровне моря, у большинства тибетцев не происходит избыточного производства красных кровяных телец и не развиваются легочные или мозговые осложнения. Исследователи из Юты и Китая обнаружили доказательства того, что это может быть связано как минимум с 10 генами, два из которых являются специфическими генами, прочно связанными с гемоглобином, молекулой, которая транспортирует кислород в крови.
Высотные осложнения легких и головного мозга угрожают и даже убивают альпинистов, покоряющих самые высокие вершины мира. Другие, оказавшиеся на высоте значительно выше, чем там, где они обычно живут и работают, также могут быть поражены этим заболеванием. Адаптация к жизни на больших высотах происходила у людей более чем один раз, например, у людей, живущих в Андах в Южной Америке, и у жителей высокогорных регионов в Эфиопских горах в Африке. Но, по словам Линн Б., тибетцы развили гены, которых не получили другие, живущие на аналогичных возвышенностях. Jorde, Ph.D., профессор и заведующий кафедрой генетики человека Медицинского факультета Университета Калифорнии и старший автор исследования. "Впервые у нас есть гены, которые помогают объяснить эту адаптацию," Джорд сказал.
Исследование было проведено после того, как Йозеф Т. Прчал, М.D., гематолог и профессор внутренней медицины, обратился к Йорду с просьбой провести генетический анализ, связанный с его исследованием полицитемии. "Что уникально в тибетцах, так это то, что они не развивают высокое количество эритроцитов," сказал Прчал, также старший автор исследования, проводивший исследование в Тибете. "Если мы поймем это, мы сможем разработать методы лечения болезней человека."
Запрос Пршала побудил Татум С. Симонсон, докторант лаборатории Джорда и первый автор исследования, отправится в Тибет, чтобы собрать ДНК людей, которые жили в этом регионе. Работая с Ge Re-li, M.D., Ph.D., Директор Исследовательского центра высокогорной медицины Медицинской школы Университета Циньхай в Синине, Китай, Симонсон взял образцы крови у 75 человек, проживающих в деревне на высоте 14720 футов над уровнем моря. После исключения некоторых образцов из-за родства и других факторов она сузила выборку образцов крови до 31 – достаточно большого размера для статистической достоверности. Эти образцы были проанализированы на предмет выявления 1 миллиона генетических мутаций или однонуклеотидных полиморфизмов (SNP).
Затем исследовательская группа U of U составила список из 247 генов-кандидатов, связанных с переработкой кислорода или другими физиологическими особенностями, потенциально связанными со способностью тибетцев процветать на возвышенностях.
Два постдокторанта в лаборатории Джорда, Чад Д. Хафф, доктор философии.D., и Дэвид Дж. Уизерспун. Ph.D., и Саймонсон выполнили компьютерный анализ, чтобы сравнить варианты ДНК в образцах крови сельских жителей с образцами крови людей, живущих в соседних низинных регионах. Это помогло идентифицировать у тибетцев гены, которых не было в близлежащих популяциях. На основе этого анализа исследователи сузили количество генов-кандидатов до 10, включая два, сильно связанных с гемоглобином.
Хотя предстоит еще много работы и могут быть другие физиологические причины способности тибетцев процветать на более высоких высотах, исследователи полагают, что эти 10 генов могли позволить тибетцам развить более эффективный метаболизм и не производить чрезмерное количество красных кровяных телец в ответ на более разреженный воздух. У тибетцев также наблюдается более высокий уровень оксида азота, молекулы, которая может помочь доставить больше кислорода в ткани и предотвратить полицитемию.
"Это может помочь восполнить недостаток эритроцитов," Джорд сказал.
Детальное понимание этих изменений может в конечном итоге привести к целевому лечению распространенных заболеваний человека, включая легочную гипертензию, отек легких и мозга, от которых страдают люди во всем мире.
Получить разрешение на проведение исследований в Тибете сложно, и исследователи из Университета Калифорнии говорят, что без помощи Ре-Ли, старшего автора исследования, проект мог бы быть невозможен.