Российские ученые из Института Проблем Передачи Информации, МГУ им. М.В. Ломоносова и Сколковского Института Науки и Технологии совместно с американскими и голландскими коллегами выяснили, что вредные мутации, накапливаясь, влияют друг на друга, и поэтому совокупный эффект от их возникновения оказывается большим, чем получился бы от простого сложения эффектов каждого из них. Такое взаимодействие называется синергическим эпистазом, и в этой работе оно впервые подтверждено на масштабных геномных данных человека и дрозофилы. Статья опубликована в Science.

Эпистаз — явление, когда работа одного гена зависит от работы других генов. В случае с вредными мутациями, эпистазом называется изменение эффекта мутации, которое зависит от наличия мутаций в других генах. Синергический эпистаз подразумевает усиление этого эффекта, то есть случай, когда общий эффект оказывается значительно больше простой суммы отдельных эффектов.

Ученые исходили из предположения, что если бы эпистаза не существовало, то все вредные мутации накапливались бы независимо друг от друга. Тогда их эффект был бы аддитивным (то есть общий эффект был бы равен сумме эффектов каждого) и распределение в популяции было бы Пуассоновским, где дисперсия была бы равна среднему.

В случае же существования синергического эпистаза, дисперсия вредных мутаций была бы меньшей (распределение было бы более узким). Естественный отбор действовал бы тогда иначе — совокупный эффект нескольких мутаций оказывался бы больше суммы их эффектов, и особи с большим количеством мутаций реже бы выживали.

У каждого ребенка имеется примерно семь новых вредных мутаций, и если бы их эффект был независим, то по оценкам падения приспособленности более 80 процентов людей не должны были бы оставлять потомство. Очевидно, что это не так, и естественный отбор действует гораздо более эффективно.

Работа с данными геномов популяций человека и дрозофилы и ряд симуляций показали, что особи, несущие большое количество вредных мутаций, встречаются в них существенно реже, чем ожидалось было при Пуассоновском распределении. По-видимому, синергический эпистаз действительно существует и является важным фактором естественного отбора.

Ученые отмечают, что синергический эпистаз, возможно, является одной из причин столь широкого распространения полового размножения среди живых организмов. «При половом размножении рекомбинация позволяет „собрать“ сразу много вредных мутаций в одном генотипе, что при условии существования синергического эпистаза позволяет эффективнее убирать вредные мутации из популяции», — комментирует Ольга Вахрушева, соавтор статьи.

Автор: Анна Казнадзей