Города и гены

Город — это скопление множества людей на небольшой площади. Один чихнул — десять заразились. Поэтому в древности городское население, практически лишенное медицинской помощи, должно было, теоретически, постоянно болеть и вымирать. Однако оно не вымерло, более того, города процветали, и урбанизация планеты неуклонно набирала обороты. Объяснение этому парадоксу предложил английский генетик Марк Томас. По мнению профессора Томаса, крупные поселения сохранились потому, что среди их жителей шел эффективный отбор на невосприимчивость к болезням. Но если это так, то цивилизации с долгим «урбанистическим стажем» должны быть более устойчивы к инфекциям, чем исконно сельские. Для проверки своей гипотезы Томас с коллегами из Лондонского и Оксфордского университетов определил у представителей семнадцати народов Старого Света частоту аллеля (SLC11A1 1729 + 55del4), который обеспечивает устойчивость к туберкулезу и некоторым другим инфекционным заболеваниям.

Городскую жизнь не назовешь здоровой, и не только из-за скученности людей. В города привозят товары из дальних стран, а вместе с ними и возбудителей неведомых ранее болезней. Урбанизации нередко сопутствуют животноводство и орошение земель, а это дополнительные источники инфекции. (Например, в Италии, Франции и Испании в свое время запретили сеять рис, чтобы не умножать очаги малярии.) Однако нам трудно судить о том, чем и как часто на самом деле болели люди древности. Археологам и антропологам достаются скелеты, на которых большинство инфекций не оставляет следов. Есть, конечно, письменные источники, но они крайне редко описывают жизнь крупного поселения с момента его основания. Приходится руководствоваться общими соображениями, согласно которым у жителей крупных поселений гораздо больше шансов заразиться, чем у обитателей малонаселенных мест.

Ген SLC11A1, распределение аллелей которого исследовали английские генетики, очень известен. Он кодирует специфичный для макрофагов мембранный белок-переносчик, необходимый для раннего уничтожения внутриклеточных паразитов, таких, как возбудители лейшманиоза, проказы или туберкулеза. Определенные аллели этого гена стимулируют деятельность макрофагов и способствуют, таким образом, устойчивости к патогенам. Но, с другой стороны, гиперактивация макрофагов может вызвать аутоиммунные заболевания. Поэтому варианты гена, обеспечивающие устойчивость к инфекционным болезням, и не вытеснили все остальные.

Особенно хорошо изучено влияние разных аллелей SLC11A1 на устойчивость к туберкулезу. Некоторые аллели повышают восприимчивость людей к этому заболеванию, другие, наоборот, понижают. Такова и распространенная мутация (SLC11A1 1729 + 55del4), вызванная небольшой делецией, то есть утратой нескольких нуклеотидов. М.Томас и его коллеги исследовали частоту встречаемости (SLC11A1 1729 + 55del4) у народов Старого Света, перечисленных в таблице. Примерно у сотни (а в некоторых случаях у нескольких сотен) представителей каждого народа получали образцы ДНК и методом ПЦР определяли наличие или отсутствие в них искомого аллеля. Новый Свет из анализа исключен, поскольку ученым мало что известно о распространении тамошних болезней до прихода европейцев. Да и урбанистических цивилизаций там было гораздо меньше, чем в Старом Свете.

Чтобы определить «урбанистический стаж» цивилизации, исследователи перерыли горы специальной литературы и установили даты основания старейших крупных поселений с высокой плотностью жителей. Далеко не каждый город был густо заселен. Например, в железном веке в Британии было много кельтских укрепленных поселений, которые римляне называли оппидами. Хотя они и считались административными центрами, постоянных жителей там было немного. Люди стекались в оппиды на время военных действий или на праздники, так что численность населения в течение года довольно сильно колебалась. Команда Марка Томаса исключала из исследования древние оппиды, зато учитывала поселения типа Чатал-Куюка (Турция), который, не будучи ни ремесленным, ни административным центром, был набит жителями, как арбуз семечками. Исследователей интересовала именно плотность населения, а не официальный статус города.

Естественно, определенный таким образом «урбанистический стаж» не всегда достоверен. Могли ошибиться историки и археологи, или городская жизнь шла с большими перерывами. Некоторые города имели локальное влияние, и процессы, в них происходившие, не затрагивали все население страны. Однако исследователи сочли, что эти неизбежные ошибки не должны усиливать возможную корреляцию между «стажем урбанизации» и частотой аллеля (SLC11A1 1729 + 55del4), скорее, они будут эту корреляцию ослаблять, поэтому на возможные исторические неточности можно смело закрыть глаза.

Оказалось, что между стажем урбанизации и частотой (SLC11A1 1729 + 55del4) действительно существует достоверная прямая зависимость, причем довольно сильная. Следовательно, при высокой плотности населения отбор сдвигает распределение аллелей в сторону (SLC11A1 1729 + 55del4) и поддерживает его высокую частоту. Такой отбор мог быть вызван многими инфекциями, но самую значительную роль, по мнению английских исследователей, сыграл туберкулез — болезнь распространенная и древняя. Еще в вавилонском кодексе Хаммурапи, созданном в середине 1700-х годов до н.э., было закреплено право на развод с женой, больной туберкулезом. Генетическая предрасположенность к этой болезни зависит главным образом от гена SLC11A1, что доказано исследованиями многих ученых по всему миру. Что касается внешних факторов, то роль скученности населения в восприимчивости к туберкулезу сомнения не вызывает.

Конечно, в больших городах человек человеку — источник инфекции, но люди заражались не только друг от друга. Помимо возбудителя человеческого туберкулеза Mycobacterium tuberculosis, болезнь вызывает и другая бактерия, Mycobacterium bovis, которую можно подцепить от крупного рогатого скота. На заре цивилизации люди жили со своей скотиной в тесном соседстве. А кое-где в больших сельских сообществах так живут и до сих пор. Исследователи учли это обстоятельство и сопоставили длительность разведения скота с распространенностью у народа аллеля (SLC11A1 1729 + 55del4). Показатели замечательно совпали: чем дольше люди разводят скотину, тем они устойчивее к туберкулезу. Однако эта связь оказалась слабее, чем зависимость частоты (SLC11A1 1729 + 55del4) от стажа городской жизни.

Интересно, что у большинства народов урбанизация и развитие животноводства шли рука об руку — приведенные в таблице данные хорошо это иллюстрируют. Исключение составляют Гамбия, Эфиопия и Судан, где люди издавна разводили скот в больших количествах, не образуя при этом крупных поселений. И на этом примере хорошо видно, что в развитии устойчивости к туберкулезу длительная скученность людей играет несравненно большую роль, чем соседство с коровами и их Mycobacterium bovis.

А различается ли по устойчивости к туберкулезу городское и сельское население? На этот вопрос пока ответить довольно трудно, поскольку ученые отбирали пробы для анализа в больших городах. Тем не менее у жителей Стамбула и Тегерана они спрашивали место рождения. Как и следовало ожидать, люди приехали в мегаполис со всех концов страны, однако ни у турок, ни у иранцев исследователи не обнаружили зависимости частоты аллеля (SLC11A1 1729 + 55del4) от места рождения.

По словам Марка Томаса, примененный ими метод демонстрирует, как для объяснения генетической структуры популяции можно использовать исторические данные. Очевидно, когда в эпоху урбанизации инфекционные болезни стали ведущей причиной смертности и люди принялись вырабатывать к ним устойчивость, плотность населения влияла не только на здоровье популяции, но и на ее частоту некоторых аллелей. Возможно, исторический подход к генетике оправдает себя и в других ситуациях.

По материалам статьи в журнале «Evolution» за 2010 г. «Ancient urbanization predicts genetic resistance to tuberculosis». Ian Barnes, Anna Duda, Oliver G. Pybus and Mark G. Thomas (онлайн-публикация 7 октября 2010 года, DOI: 10.1111/j.1558-5646.2010.01132.x)