Как расшифровка генома поможет сохранить популяцию африканского гепарда

Сайт Наука в Сибири 1 марта 2016 г.
Газета Наука в Сибири №8-9 (3019-3020) от 3 марта 2016 г.

Группа российских учёных, в состав которой вошли сотрудники лаборатории цитогенетики животных Института молекулярной и клеточной биологии СО РАН, впервые в мире собрала геном африканского гепарда и опубликовала статью в Genome Biology. Предполагается, что результаты работы помогут остановить сокращение популяции этого вида, находящегося на гране вымирания.

Начало исследованию было положено тогда, когда ведущий мировой специалист по геномике кошачьих Стивен О'Брайен в рамках мега-гранта приехал в Санкт-Петербургский государственный университет. Там он организовал центр геномной биоинформатики имени Добржанского, действующий по нескольким направлениям, в том числе — изучению геномов различным млекопитающих. Поработать бок о бок с выдающимся учёным были приглашены молодые исследователи со всей России, среди них оказался младший научный сотрудник Института молекулярной и клеточной биологии СО РАН Алексей Игоревич Макунин (в работе также приняла участие научный сотрудник ИМКБ СО РАН кандидат биологических наук Полина Львовна Перельман).

На момент выхода статьи (при непосредственном участии Стивена О'Брайна) было расшифровано четыре генома кошачьих — домашней кошки, льва, тигра, снежного барса. Учёные СПбГУ решили сосредоточиться на африканском гепарде, который сегодня находится на грани вымирания. Это животное таит в себе много биологических загадок. Во-первых, у него снижен иммунитет. Хорошо известно: если у одной особи взять кусочек кожи и привить его другой, то он хорошо приживётся. Во-вторых, гепард обладает низкой фертильностью — рождение жизнеспособного потомства у него достаточно маловероятно. Сборка генома должна была объяснить эти особенности.

В ходе работы исследователи проанализировали семь геномов гепарда. Четыре образца поступили из Намибии и три — из Танзании.

Оказалось, гепарды практически лишены генетического разнообразия. Отторжение тканей не происходит от того, что у этих животных абсолютно однородный комплекс гистосовместимоcти, то есть гены, которые отвечают за принятие-непринятие чужеродных тканей, у всех особей очень похожи. Также нашёлся один ген, ответственный за гибель сперматозоидов — в нём было обнаружено большое количество закреплённых мутаций.

По словам Алексея, роковые изменения во многом обусловлены непростой историей вида. “За время существования гепардов было два «бутылочных горлышка». Первое случилось 100 тысяч лет назад, когда эти кошки достаточно сложным путём мигрировали из Америки через Азии в Африку, и в конечном счёте на всём пути вымерли, остались только в Африке, — рассказывает учёный. — А порядка двенадцати тысяч лет назад произошло массовое вымирание, когда погибала почти вся мегафауна: мамонты, саблезубые тигры и прочие крупные животные. Гепардов тоже достаточно сильно подкосило, хотя полностью они не исчезли”.

Информация об этих «бутылочных горлышках» очень хорошо прочитывается в расшифровке ДНК. “Дело в том, что каждый геном получается в двух копиях — от матери и от отца. И глядя на соотношение того, как распределяются у нас разные гены, можно примерно предположить, какой из них от кого получен. Таким образом можно “уйти” вглубь поколений, чтобы в конечном счёте определить так называемый эффективный размер популяции. То есть, понять, сколько особей участвовало в образовании этого конкретного индивидуума в определённый момент прошлого”, — рассказывает Алексей.

Если мы предполагаем, что каждый раз скрещиваются сильно отличающиеся друг от друга представители вида (то есть, не родственники), то получаем экспоненциальный рост количества предков: два родителя, четыре дедушки-бабушки, в десятом поколении это уже будет два в десятой степени. В итоге родителей должно быть относительно бесконечно много. Но в случае с гепардом их оказалось мало. То есть, когда учёные стали изучать геномы этого животного, то выяснилось, что, зачастую, там скрещивались близкородственные особи.

Сейчас у африканского гепарда одни из самых гомогенных геномов среди всех кошачьих. Большее число близкородственных скрещиваний есть только у индийских львов, которые живут в изоляции последние несколько тысяч лет, и при этом их численность не превышает нескольких сотен особей.

Достигнутые учёными результаты дают надежду на то, что популяцию африканского гепарда можно спасти, создав определённые условия для повышения рождаемости.

“Помимо всего прочего, в исследовании был получен набор точек, по которым гепарды не похожи друг на друга — так называемые инновационно-вариабельные сайты. Генетически эти животные очень однородны, но, тем не менее, между ними есть некоторые различия. Теперь относительно легко разработать панель для генотипирования”, — говорит Алексей Макунин.

Когда она будет создана, задача по сохранению вида значительно упростится. Грубо говоря, учёные смогут брать у каждой особи пробу ДНК, смотреть в ней мутации строго определённых генов (прежде всего того, который подавляет сперматогенез, и некоторых других, влияющих на фертильность), и на основании этого подбирать брачного партнёра. “В каком-то смысле это похоже на планирование семьи для гепардов”, — отмечает исследователь.

Сегодня существуют две резервации этих кошек в Африке, и несколько особей, проживают в зоопарках. Если с последними, в общем-то, всё понятно (кого в клетку подселят, с тем и придётся “строить любовь”), то как убедить свободных и независимых, что “семью” стоит создавать именно с этой симпатичной кошечкой, а не какой-либо другой, пока загадка. Но это уже задача непосредственно работающих в заповедниках биологов (надо сказать, что гепарды там уже полуручные, спокойно подпускают к себе учёных, и даже позволяют им забирать пробы). Генетики, чем смогли, помогли.

Диана Хомякова
Фото (1) — wikimedia.org, (2) — предоставлено Алексеем Макуниным

PDF-файл статьи