«Татары склонны к единоборствам»: как генетики из Казани вычислили национальный код
Ученые разложили на гены спортсменов – борцов на поясах, а также объяснили, почему для русских и татар одинаково опасен COVID-19
За успех в спорте уже давно отвечают не только тренировки, но и научные исследования. Совсем недавно казанские ученые полностью расшифровали геном спортсменов. И первыми в их работе стали татарские атлеты. «БИЗНЕС Online» о своем труде рассказали сотрудник Ливерпульского университета им. Джона Мурса, доктор медицинских наук Ильдус Ахметов и научный сотрудник научно-исследовательской лаборатории «Омиксные технологии» Института фундаментальной медицины и биологии КФУ Евгения Булыгина.
ОТКУДА ВЗЯЛАСЬ ИДЕЯ ПРОВЕСТИ ИССЛЕДОВАНИЕ С ТАТАРСКИМИ СПОРТСМЕНАМИ?
Больше трех лет назад федеральное медико-биологическое агентство (ФМБА) начало проект по полной расшифровке генома различных российских популяций. Понадобились его авторам и образцы ДНК коренных татар, проживающих на территории Татарстана.
Зачем федеральному агентству понадобилось это исследование? «Во-первых, необходимо выяснить, какие популяции и в какой степени предрасположены к различным заболеваниям, — объясняет Ильдус Ахметов, который уже несколько лет является научным сотрудником одного из центров ФМБА. — Генетические исследования могут объяснить, например, почему в одном регионе высокая заболеваемость ожирением. Во-вторых, стоит задача — определить чувствительность популяции к различным лекарственным препаратам. Условно говоря, в одной популяции определенное лекарство будет эффективным в 80 процентах случаев, а в другой — только в 30 процентах, что может быть связано с генетикой. Исходя из этих данных, врачи в конкретных регионах могут уже на первом этапе назначить тот препарат, который поможет большинству пациентов». К слову, после появления первой официально зарегистрированной вакцины против COVID-19 этот вопрос может стать еще актуальнее.
Тогда у Ахметова и возникла идея привлечь к участию в проекте спортсменов, поскольку тогда в мире еще никто не расшифровывал их полные геномы. Нужно понимать, что все это очень дорогое удовольствие — до $2 тыс. на человека. Для такой ответственной работы требовалась однородная выборка. Помощь оказали коллеги из Поволжской академии спорта, где наш собеседник тогда работал. «После тщательного отбора мы привлекли 20 борцов на поясах — татар как минимум в трех поколениях, которые учились на первом курсе и уже имели спортивные звания, — рассказывает он „БИЗНЕС Online“. — Чтобы извлечь максимальную пользу из проекта, помимо геномного анализа, мы их многократно протестировали на физические и психические возможности, а также показатели здоровья. В проект мы также пригласили биохимиков из КГМУ и генетика из КФУ Евгению Булыгину, которая на тот момент уже имела опыт биоинформатической обработки геномных данных и выполняла проекты в области этногеномики».
ПОЛНАЯ РАСШИФРОВКА ГЕНОМА ПОЗВОЛИТ ТРЕНЕРАМ ЛУЧШЕ ЗНАТЬ АТЛЕТА
Фактурный термин «полная расшифровка генома» Евгения Булыгина объяснила нашему корреспонденту как наиболее детальный анализ всего генома. Используется высокотехнологический метод — полногеномное секвенирование, которое позволяет прочесть всю молекулу ДНК, а это примерно 3,1 млрд нуклеотидов — так называемых генетических букв. Расшифровку генома человека завершили в 2003 году, на это ушло 13 лет, а участвовали в проекте с бюджетом $2,7 млрд около 2,4 тыс. ученых из 6 стран. Сейчас стоимость расшифровки генома составляет примерно $1–2 тыс., а на сам анализ уходит уже несколько дней.
При этом о расшифровке генетического кода татар учеными из разных лабораторий уже сообщалось ранее. Булыгина называет нынешнее исследование более детальным. «Существует несколько уровней генетического анализа, — объясняет разницу в своей работе и деятельности коллег в прошлые годы генетик из КФУ. — В начале 2000-х татар изучали по нескольким маркерам, в основном это митохондриальные или Y-гаплогруппы либо маркеры предрасположенности к заболеваниям или чувствительности к лекарственным препаратам. Этим занимались научные группы под руководством Ольги Кравцовой (КФУ), Балановских (Москва) и Эльзы Хуснутдиновой (Уфа). В середине 2010-х годов к этническим исследованиям татар применили метод чипового генотипирования, а это уже несколько сотен тысяч маркеров, но все равно меньше 0,03 процента от всего генома. Такой анализ стоит примерно 150 долларов. В 2015-м в КФУ стартовал проект по полноэкзомному секвенированию ДНК татар. Экзом — это кодирующие последовательности. Иными словами, гены, они уже занимают 1 процент от всей ДНК. Стоимость такого анализа 500 долларов. И последний, самый высокий, уровень — это полногеномное секвенирование (100 процентов ДНК), оно покрывает и гены, и межгенные участки, которые тоже являются функционально значимыми. Это как раз наша история». По данным авторов исследования, сейчас есть одна зарубежная и одна российская публикация, в которых упоминается этот метод применительно к татарам. Но выборка в иностранной статье неоднородная — двое татар из РТ и еще пять из других регионов России и стран СНГ, а источники в российской статье не были указаны.
У ТАТАРСКИХ БОРЦОВ ГЕНЕТИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ, КОТОРЫЕ ПОВЫШАЮТ СКОРОСТЬ РЕАКЦИИ
Первый вопрос, на который казанские ученые хотели получить ответ: что выделяет борцов фокус-группы на фоне татар, которые никогда не занимались спортом? «Помимо того, что у них генетически обусловленная хорошая реакция, мы выяснили, что они отобрались и по многих другим качествам. Например, они обладают генетическими характеристиками, которые повышают скорость сокращения мышц, увеличивают мышечную массу, повышают болевой порог и стрессоустойчивость, скорость восстановления и помогают быстро согнать вес перед соревнованиями», — говорит о первых выводах исследования Ахметов.
Есть и прикладная ценность работы. С этой и другой информацией можно подсказать тренеру, на что делать акцент в тренировочном режиме и питании, поскольку он будет знать сильные и слабые стороны своего подопечного. В итоге каждому спортсмену выдали индивидуальное заключение с рекомендациями. Сейчас наблюдения за ними продолжаются.
Булыгина добавляет, что их исследование отчасти подтверждает тезис, что спортсмены обладают богатырским здоровьем. Например, среди борцов почти не встречаются мутации, приводящие к ишемическому инсульту и заболеваниям сердца. «Но вместе с тем некоторые борцы являются носителями рисковых вариантов генов, приводящих к другим заболеваниям, — предупреждает она. — Поэтому при согласии спортсменов мы делимся с ними такой информацией, чтобы они и их врачи приняли профилактические меры. Какая-то информация может пригодиться им и позже в жизни».
Например, удалось выяснить, что половине из татар требуются низкие дозы варфарина — препарата, который применяется при нарушениях кровообращения и разжижает кровь. Если стартовая доза будет для них обычной, то это может привести к кровотечениям. Среди популяции русских таких людей в 2 раза меньше, а среди якутов — почти 90 процентов. «Также мы выяснили, что 75 процентов борцов, когда достигнут 40–45 лет, скорее всего, плохо начнут переносить лактозу (молочный сахар), которая содержится в молочных продуктах. Эта непереносимость лактозы больше характерна для азиатских популяций, а вот русская популяция более толерантна. Можно сказать, что основная цель этногеномных исследований заключается в разработке персонифицированных методов лечения и профилактики различных заболеваний для конкретных популяций», — заключает сотрудник научно-исследовательской лаборатории «Омиксные технологии» Булыгина.
Естественно, встает вопрос: в каком виде спорта могут преуспеть татары с точки зрения наследственности? Генетика в этом вопрос не может дать 100-процентного ответа. Ведь любые популяции склонны ко всем видам спорта, просто в разной пропорции и при определенных условиях. Например, среди 20 самых быстрых марафонцев (женщин и мужчин) — 19 человек из Кении и Эфиопии (Восточная Африка). У них природный талант достигать успехов в видах спорта на выносливость. Но им будет сложно конкурировать в лыжных гонках, где тоже нужна выносливость, даже если они переедут в северные страны. Как минимум по двум причинам: генетически они не адаптированы к холодам, кроме того, в лыжных гонках требуется еще и силовая работа. «Татары же в большей степени склонны к единоборствам, спортивным играм и видам спорта на выносливость. Но и в других видах спорта могут проявить себя», — считает Ахметов.
Наши спикеры уверены, что геномы татар и других популяций, проживающих в Волго-Уральском регионе, будут изучаться на постоянной основе, как и было заявлено ранее. Сейчас в распоряжении ученых уже есть собственные данные экзомного секвенирования нескольких народов России, в основном Волго-Уральского региона, но есть и сибирские этносы. В дальнейшем планируется привлечь их в качестве группы сравнения. На сегодня же их работа уже есть в открытом доступе. Недавно ученые опубликовали статью в журнале Biology of Sport, работа называется Whole genome sequencing of elite athletes («Полногеномное секвенирование элитных спортсменов»).
Планируются и дальнейшие публикации из-за большого количества полученных данных. Сейчас подробно охарактеризованы геномы каждого борца и представлены результаты по обнаружению генов, влияющих на скорость реакции. «Данное качество очень важно в единоборствах и игровых видах спорта, да и в некоторых профессиях, например, от водителей и кардиохирургов требуется мгновенная реакция, от этого зависят жизни людей. Наша работа показала, что татары-борцы, как и другие российские спортсмены, занимающиеся борьбой, боксом, карате, тхэквондо, волейболом и настольным теннисом, обладают генетическими особенностями, которые повышают скорость реакции», — описывает один из выводов работы Ахметов.
«Далее мы планируем сконцентрироваться на наиболее патологических генетических вариантах, которые приводят к потере функции соответствующего белка или его полному отсутствию. В среднем в геноме борцов можно обнаружить примерно 19 генов, которые не функционируют из-за таких мутаций. Эта величина почти не отличается от средней в других популяциях, но будет интересно посмотреть на то, в каких именно генах они встречаются и влияет ли как-то рисунок их распределения в геноме на спортивные успехи», — анонсирует следующий этап работы Булыгина.
ТАТАРЫ ГЕНЕТИЧЕСКИ БОЛЕЕ БЛИЗКИ К ЧУВАШАМ, ЧЕМ К БАШКИРАМ
Ученые уверены, что вопрос происхождения татар закроют более масштабные исследования в будущем с участием генетиков, историков и археологов. «Тем не менее мы сопоставили данные по татарам-борцам с данными предыдущих исследований. Во-первых, мы убедились, что выборка оказалась очень однородной и принадлежала к волго-уральским татарам», — продолжает Булыгина.
Кроме этого, данные ученых указали на большее генетическое сходство волго-уральских татар с чувашами, нежели с башкирами, хотя татары ближе к башкирам в плане культуры, языка и вероисповедания. Генетические различия можно встретить и между разными популяциями, принадлежащими к одному этносу, например между крымскими и волго-уральскими татарами. По убеждениям исследователей, это не является чем-то новым, как и то, что была обнаружена лишь небольшая связь волго-уральских татар с современными монголами, сибирскими народами и в целом с восточными азиатами.
«В некоторых работах этногенетиков как раз говорится, что чуваши и татары, долгое время проживая в Волго-Уральском регионе, сохранили в своем генофонде большой процент европеоидных генетических линий, хотя и говорят на тюркских языках, как башкиры, — продолжает она. — В целом наш анализ подтвердил результаты подобных исследований: волго-уральские татары по большей части — европейцы (совпадение примерно на 60–80 процентов), в остальном они имеют корни из Центральной, Западной и Южной Азии и по мелочи — из других уголков планеты. А вот у башкир более выражен тюркский компонент, что приближает их к алтайцам, киргизам, тувинцам и казахам».
При этом нельзя утверждать, что в масштабах Евразии это существенные различия. «Вместе с тем генетические исследования говорят о том, что сами башкиры очень отличаются между собой, даже в пределах кланов различных этнографических групп. Ожидаемо, что генетически наиболее близки к татарам северо-западные башкиры — их географические соседи. Общим для этих двух популяций является большой вклад генетической линии, имеющей максимальную частоту в Восточной Европе (гаплогруппа R1a-M198), двух разных дочерних групп северо-евразийской линии (гаплогруппа N), а также „скандинавской“ линии (гаплогруппа I1). Однако даже ближайших для татар кланов башкир отличает большой процент финно-угорских и восточно-сибирских линий, не говоря уже о тех башкирах, которые проживают юго-восточнее: в них генетики находят и кавказские, и переднеазиатские, и средиземноморские гаплогруппы».
КАЖДЫЙ ЧЕТВЕРТЫЙ ТАТАРИН НАХОДИТСЯ В ЗОНЕ РИСКА ОСЛОЖНЕНИЙ ОТ КОРОНАВИРУСА
В своем исследовании ученые подчеркнули не только особенности, которые помогают побеждать, но и выяснили, какие патологии могут встречаться у спортсменов. Также генетики обнаружили разницу в восприимчивости к коронавирусу среди популяций — в том числе татар и русских. По словам Ахметова, на данный момент известно 6 генов, влияющих на тяжесть протекания коронавирусной инфекции. Правда, по словам наших собеседников, ожидается выявление новых генетических факторов. При этом уже на основании 6 генов, которые отвечают за свертываемость крови, артериальное давление, дыхательные функции и обмен веществ, видно, почему одни популяции страдают больше, а другие — меньше. Если в этих генах содержатся мутации, то они повышают риск развития осложнений при сопутствующих факторах (пожилой возраст, наличие хронических патологий и др.).
Одни люди могут не иметь ни одну мутацию, другие — все 12 (каждый человек имеет две копии одного гена, поэтому может иметь от 0 до 12 мутаций в 6 генах). В среднем в мире каждый человек является носителем 4–5 мутаций, а 6 мутаций и более — это уже зона риска. Казанские ученые сравнили встречаемость мутаций в этих генах в разных популяциях и обнаружили, что жители Азии (китайцы, японцы, корейцы) в меньшей степени подвержены осложнениям, чем, например, итальянцы, испанцы, жители Кавказа и афроамериканцы. Между такими группам как раз затесались русские и татары. «Эти данные хорошо коррелируют с летальностью от COVID-19 в разных странах. Но, помимо генетики, на летальность влияет и много других факторов, таких как уровень здравоохранения, средний возраст населения, особенности карантинных мероприятий и многое другое», — добавляет казанский ученый, работающий сейчас в Англии.
«Мы воспользовались наличием нашей коллекции ДНК русских, татар и жителей Кавказа и определили для каждой популяции генетические риски», — описывает работу группы ученых Ахметов. Само сравнение с другими этносами и нациями не является очень сложным механизмом для науки. Генетические данные десятков популяций выложены в открытом доступе, поэтому любой профессионал может найти нужную информацию, обработать ее и сравнить со своими данными.
Есть в отчете ученых и достаточно конкретные цифры. Так, среди китайцев 11% населения находятся в зоне риска (то есть являются носителями от 6 мутаций и выше). Более настораживающие цифры показывают русские и татары. По данным генетиков, в опасном списке может оказаться каждый четвертый представитель обеих этнических групп — 25%. Одинаковый процент можно объяснить многовековым сосуществованием русских и татар, а также их генетическим сходством. Среди кавказцев цифра еще выше — 38%, что, возможно, отвечает на вопрос, почему северокавказские регионы страны с огромным трудом переживали коронавирусный пик еще несколько недель назад. В Европе одними из лидеров в трагической гонке, если судить по генетическому признаку, стали итальянцы — 42%. Однако это промежуточные данные. К тому же ученые подчеркивают, что к их выводам не нужно относиться как к единственно верной истине. Есть и масса других факторов, которые влияют на восприимчивость к вирусу.