С возрастом мужчины начинают отбирать сперму с наиболее полезными генетическими изменениями.

Новости МирТесен

Количество клеток, поддерживающих их развитие, растет не случайно, этот процесс связан с эволюционным преимуществом половых клеток. Усовершенствованный метод секвенирования ДНК позволил получить данные об этом.

В ходе эволюционных процессов и селекции может наблюдаться позитивный отбор. Это приводит к тому, что полезные мутации распространяются в популяции, поскольку особи, обладающие ими, лучше адаптированы к окружающей среде и имеют больше шансов на успешное размножение, или же селекционеры намеренно отбирают для дальнейшего размножения организмы с желаемыми характеристиками.

Позитивный отбор может проявляться на уровне отдельного организма, когда наиболее жизнеспособные клетки обеспечивают его выживание и развитие производить их копии. В новом исследовании ученые представили доказательства того, что позитивный отбор оказывает значительное влияние на число связанных с серьезными заболеваниями мутаций на всех стадиях развития мужских половых клеток. Число сперматозоидов с такими мутациями растет с возрастом мужчины. Работа опубликована в журнале Nature.

Для анализа образцов спермы исследователи применили инновационный метод глубокого секвенирования NanoSeq. Предыдущие методики не позволяли достичь необходимой точности. Сперму для исследования было получено у 75 мужчин в возрасте от 24 до 75 лет. Для сравнения процессов, происходящих в различных тканях организма, образцы крови были взяты у мужчин в возрасте от 22 до 84 лет.

Учёные провели количественную оценку частоты аллельных вариантов (VAF) в различных типах мутаций, возникающих в сперматозоидах. Полученные эмпирические данные были сопоставлены с результатами, предсказанными моделями мутаций в зародышевой линии.

Мутации, считающиеся нейтральными, с возрастом накапливались линейно. Так проявляется базовый для организма, зависящий от возраста процесс, не подверженный действию отбора. Однако число вредоносных мутаций в клетках пожилых мужчин существенно отклонялось от ожидаемого. Доля сперматозоидов, несущих мутации с потенциалом вызывать нарушения развития у ребенка на этапе формирования органов, оказалась в три раза больше, чем ожидали ученые. Для 30-летних мужчин доля таких сперматозоидов оказалась около двух процентов, для 70-летних — четыре с половиной процента.

Драйверные мутации участвуют в отборе качественной спермы в организме. Установлено, что две трети таких мутаций тесно связаны с патогенными. Это свидетельствует о том, что благоприятные изменения в геноме, способствующие отбору половых клеток, одновременно распространяют в нем и опасные мутации. Исследователи обнаружили зависимость распространенности таких драйверных мутаций от возраста мужчины.

По мнению исследователей, приблизительно 3,3% сперматозоидов содержат мутации, вызывающие заболевания. Приблизительно треть этих мутаций возникает в результате нейтральных мутационных процессов, еще треть связана с драйверными мутациями, которые уже известны науке, а причины возникновения оставшихся мутаций пока остаются невыясненными. Это свидетельствует о наличии еще неидентифицированных драйверных генов или альтернативных селективных механизмов.

Закономерным результатом исследования оказался значительный вклад небольшой группы генов в общую картину мутаций: десять процентов из 374 генов, вызывающих подозрения, несли почти 43 процента мутационной нагрузки. Внутри этой группы шесть генов (KDM5B, MIB1, SMAD6, PRRC2A, NF1 и PTPN11) объясняли более 20 процентов зафиксированных изменений. Это указывает на наличие в геноме человека участков, где отбор клеток зародышевой линии подвержен повышенному риску возникновения серьезных заболеваний.

Ученые не нашли связи между индексом массы тела, курением и употреблением алкоголя и числом опасных мутаций. Результат подтвердили на нескольких способах секвенирования генома. Это говорит о том, что сперма устойчива к внешним мутагенным воздействиям.

Данная работа расширяет наши представления о воздействии возраста отца на состояние здоровья ребенка. С течением времени в его половых клетках происходят не просто копятся опасные мутации, а происходит их активное клонирование и распространение. Повышенная частота появления у пожилых мужчин сперматозоидов с вредными мутациями указывает на влияние возраста отца на потомство.

Анализ данных указывает на существование эволюционных компромиссов в человеческом организме: мутации, способствующие улучшению характеристик мужских половых клеток, связаны с повышенным риском заболеваний у потомков. Более глубокое изучение этой проблемы необходимо для понимания эволюционного развития человеческого генома и разработки стратегий репродуктивной медицинской помощи.