Новости искусства

Oбoбщaя рeзультaты гeнoтипирoвaния сoтни тысяч людeй eврoпeйскoгo прoисxoждeния, сaмaя бoльшaя мeждунaрoднaя кoмaндa гeнeтикoв и биoинфoрмaтикoв oпрeдeлeны 74 учaсткa гeнoмa, измeнeния в кoтoрыx дoстoвeрнo кoррeлируeт с урoвнeм пoлучeннoгo чeлoвeкoм oбрaзoвaния (кoтoрaя трaдициoннo измeряeтся числoм лeт oбучeния). Бoльшaя чaсть из выявлeнныx гeнoв, aктивнo в мoзгe, в чaстнoсти, вo врeмя внутриутрoбнoгo рaзвития; мутaции, мнoгиe из ниx влияют нa кoгнитивныe спoсoбнoсти. Мы нaзывaeм эти гeны, «гeны » oбрaзoвaниe» этo нe прaвильнo, пoтoму чтo иx связь с урoвнeм oбрaзoвaния, кaк прaвилo, слaбыe и кoсвeнныe. Тeм нe мeнee, исслeдoвaниe пoдтвeрждaeт, чтo примeнeниe сoврeмeнныx мeтoдoв к oчeнь бoльшим выбoркaм людeй, пoзвoляeт oбнaружить зaстрaxoвaнныx влияниe кoнкрeтныx гeнoв, дaжe и нa тaкиe признaки, кoтoрыe в oснoвнoм oпрeдeляются экoлoгия и трaдициoннo считaются нe врoждeнныe.

Нa пeрвый взгляд мoжeт пoкaзaться, чтo такой признак, как уровень образования (educational attainment), традиционно измеряется в количестве лет, потраченных человеком на учебу, является типичным примером ненаследственного критерию, определяется исключительно средовыми факторами (например, материальное обеспечение семьи, уровень развития системы образования страны и так далее). Но это впечатление обманчиво. Даже из общих соображений ясно, что уровень образования может также влиять и знаки, в значительной степени зависят от генов. Так, например, в качестве когнитивных способностей или открытость новому опыту (см.: Openness to experience).

Еще в 1980-х, анализ больших выборках близнецов и их родителей показали, что уровень образования является высокой наследуемостью. Изменчивость на этой основе, по крайней мере, на 20% определяется генетические различия между людьми, а также некоторые образцы даже были получены значения наследуемости около 70% (A. C. Heath et al., 1985. Education policy and the heritability of educational attainment).

Эти цифры, однако, отражают лишь в глобальном масштабе генетического вклада в изменчивость в зависимости от «уровня образования». Гораздо труднее найти определенные гены, которые влияют на такой знак. Тот факт, что количество лет обучения — признак «высокого уровня», в том смысле, что гены могут влиять только очень опосредованно, через множество промежуточных ступеней (в отличие, например, способность воспринимать определенный запах или отличать зеленый цвет от красного — здесь путь от гена к признаку очень простой и короткий, см: Обезьян излечился от дальтонизма при помощи генной терапии, «Элементы», 18.09.2009).

На «высоком уровне» поведенческие и психологические признаки могут влиять одновременно сотни, если не тысячи различных генов (локусов полиморфных), а вклад каждого гена может быть исчезающе мала. В этом случае, близнецовый анализ и сравнение родителей с детьми показывают высокую наследуемость черты, но все попытки обнаружить связь между знаком и специфические генетические варианты будут отклонены. То есть, мы будем знать, что это признак того, очень многое зависит от генов, но мы не сможем узнать, что именно.

Чтобы преодолеть эту трудность, необходимо анализировать огромные образцов в десятки и сотни тысяч людей. Больше фотографий, тем более слабые генетические влияния могут быть обнаружены с его помощью. Подобные исследования стали возможны только в последние годы, по чтению генома человека, стрелять, развитие и удешевление молекулярных и биоинформатических методов, а также непрерывного накопления генотипических и фенотипических данных из различных человеческим популяциям, собранные по методологии стандарта.

В 2013 году были опубликованы результаты первой успешной попытки найти в геноме человека определенных генов, связанных с уровнем образования. Используется образец 126 559 лиц позволил выявить три гена, каждый из которых, несомненно, хотя и очень слабый, связанные в основном, со сроком обучения (C. A. Rietveld et al., 2013. GWAS of 126,559 Individuals Identifies Генетически Варианты Associated with Educational Attainment).

В новой статье, опубликованной в журнале Nature, огромный коллектив исследователей во всем мире (один список институтов и университетов, чьи сотрудники приняли участие в исследовании, имеет 186 очков) сообщили результаты исследования образцов, которые имеет 293 723 человек европейского происхождения. На самом деле, был проведен мета-анализ, то есть обобщение данных, полученных от одного метода множество самостоятельных научных коллективов из разных стран. Средняя продолжительность обучения по всей выборке составил 14,3 лет (стандартное отклонение 3,6).

Все люди, которые были использованы, уровень образования отмечен в возрасте не менее 30 лет, а генотипирование было проведено 9,3 млн. однонуклеотидных полиморфизмов («снип»), которые отражают почти всю изменчивость генетика человечества. Потому что подавляющее большинство 3 миллиардов нуклеотидов в геноме человека консервативным, то есть одинаковы у всех людей, не нужно анализировать каждый нуклеотид и может ограничить только вариабельными.

Исследование представляет собой так называемый полногеномный поиск ассоциаций (GWAS, Genome-Wide Association Study). В этой процедуре много тонкостей и подводных камней, но, к счастью, разработанных надежных статистических методов, которые позволяют их преодолеть. Одной из основных проблем, связанных с «популяционной стратификации». Это означает, что, исследовал населения, вероятно, разделить на части. (субпопуляции), которые отличаются от частоты встречаемости некоторых генов и признаков. Из-за этого возникает опасность обнаружения ложных ассоциаций. Эту проблему часто называют «проблемой генов китайские палочки» (палочками генов). Название происходит от следующей притчи. Предполагается, что генетики решили выяснить, какие гены влияют на склонность есть палочками. Он просил своих студентов, чтобы сообщить, как часто они используют палочки для еды, во время еды. Затем он генотипировал их и провели поиск ассоциаций. Показали, локус, строго коррелирующий с помощью палочки. Генетик сразу опубликовал статью, в которой сообщил об открытии гена «successful-use-of-selected-hand-instruments генов» (сокращенно СУШИ). Несколько лет спустя было установлено, что СУШИ на самом деле представляет собой один из генов комплекса гистосовместимости, один из вариантов (аллелей), которые гораздо чаще встречается у азиатов, чем у европейцев. Конечно, этот ген не имеет ни малейшей связи с использованием палок. Однако, поскольку в азиатской культуре такое поведение распространено больше, чем в европе, GWAS показали сильные и правильные ассоциации, не имеет смысла биологический (Hamer D., L. Сирота, 2000. Остерегайтесь the палочками генов).

Для того, чтобы справиться с проблемой «гены китайские палочки», разработаны две группы методов. Первый основан на анализе данных, в некоторых семьях: сравниваются родители и дети или братья и сестры, чтобы проверить, сохраняется ли объединение в пределах одной семьи. «Гены китайские палочки», не выдерживает такой проверки. Вторая группа методов связана с анализ неравновесного сцепления генов: если новые идеи аллель чаще, чем ожидается, независимого наследования, находится в комбинации с определенными аллелями других, случайно выбранных генов, то есть основания подозревать, что мы имеем дело с «геном китайских палочек».

Авторы использовали эти и ряд других методов, чтобы очистить результаты получены позитивные сигналы. В конечном итоге удалось выявить 74 полиморфных локуса, каждый из которых с большой вероятностью влияет на самом деле, пусть и косвенно, на срок обучения. Вклад популяционной стратификации в выявленных генетических эффектов, судя по результатам анализа неравновесного сцепления, не превышает 8%. Три локуса, выявленных в предыдущем исследовании, были вновь обнаружены в новый.

Как и ожидалось, все эти гены влияют на уровень образования довольно слабый. Влияние каждого из генов в отдельности соответствует три девять неделю в школе и объясняет, от 0,01 до 0,035% вариабельности по признаку «продолжительность». В этом случае суммарный эффект всех 74 генов меньше, чем сумма их индивидуальных эффектов.

В распоряжении авторов были не только информацию от продолжительности обучения испытания отдельных лиц, но и ряд других фенотипических признаков. Это позволило оценить генетические корреляции (Генетические корреляции), то есть, в какой степени гены, которые влияют на уровень образования, влияет также и на другие признаки (рис. 2).

Рис. 2. Генетические корреляции между срок обучения (EduYears) и другие признаки: размеры отдельных подкорковых структур и мозга в целом (Brain volume), нейропсихиатрическими заболеваниями (Neuropsychiatric), умственные способности (Cognitive performance), невротизмом (Neuroticism), индекс массы тела (ИМТ) и рост (Height). Рисунок показывает, что аллели, повышают вероятность того, что человек получит хорошее образование, также связаны с повышенным интеллектом, большой объем головного мозга, снижается вероятность болезни Альцгеймера и эмоциональной стабильности (с низким невротизмом). Рисунок обсуждали статью в Nature

Было так, что генетические варианты, которые способствуют долгой жизни обучение, коррелирует также с хорошими умственными способностями (когнитивные performance), самый большой объем мозга (черепа) и почему-то с риском биполярного расстройства. Найдены, кроме того, очень слабые, но достоверные положительные корреляции с риском шизофрении и роста. Достоверные отрицательные корреляции были выявлены для невротизма, риск болезни Альцгеймера, а также, судя по рис. 2, на массу тела (хотя в тексте не говорится напрямую). Размеры подкорковых структур рассмотрены 74 гены не влияет. Эти результаты являются предварительными и нуждаются в проверке.

Функциональный спектр 74 генов был довольно характерным. Среди них резко возросла доля генов, вовлеченных в развитие и функционирование мозга. Мутации в них часто приводят к умственной отсталости, уменьшению объема мозга, повышают риск болезни Альцгеймера и других расстройств (типичный пример — ген TBR1). Некоторые из них экспрессируются в развивающихся странах мозга от эмбрионов, регулируя деление клеток-предшественников нейронов, миграция молодых нейронов и рост неокортекс, другие играют важную роль в синаптической пластичности (в том числе в образование дендритных шипиков и новые синапсы) на протяжении всей жизни. Из 37 тканях взрослого организма, рассмотрим в базе данных The Genotype-глубоких тканей, горячими камнями Expression Project (GTEx), 13 компонентов центральной нервной системы, и все эти ткани — и только они! — уровень выражения 74 генов, связанных с продолжительностью исследования, с уверенностью, высоким. Вместе с тем, в эмбриональном мозге составляет 1,36 раза выше, чем у взрослых.

Эти результаты выглядят логично: можно ли признать, что люди с хорошо развитым мозгом будет, при прочих равных, проявлять большую склонность к учебе.

Авторы подчеркивают, что для того, чтобы позвонить, обнаруженных ими генов «гены от воспитания» — это не правильно по многим причинам. Во-первых, уровень образования определяется средовыми факторами, в большей степени, чем генетические (это справедливо для большинства психологических и поведенческих признаков человека). Во-вторых, влияние некоторых генов, который изучает небольшой знак. Это, кстати, тоже общее место в генетике поведения. В-третьих, аллельные варианты генов, может влиять на признак «продолжительность» не напрямую, а через серию промежуточные фенотипы. Конечно, это также верно для большинства связей между генами и поведением признаки у приматов. Чтобы проиллюстрировать последнее соображение, авторы которых рассчитывается на основании данных двух изучены их когорты, показало, что связь между генами и продолжительность обучения можно на 23-42% вызвано влиянием этих генов на умственные способности, а другие 7% корреляции могут быть вызваны влияние этих генов на характеристику личности «открытость новому опыту». В той мере, в какой эти аргументы нетривиальны и сколько из них действительно следует, что не надо называть эти гены, «гены» образования, даже в популярном изложении, судить читателю. Из уважения к точке зрения авторов, то я, хотя с трудом, но воздержался от того, чтобы озаглавить эту новость «Ученые обнаружили гены, образование».

Авторы также отмечают, что результаты их не должно быть, что эффект от 74 генов на продолжительность обучения, раз и навсегда заданной неизменной величиной. Наоборот, имеющиеся данные позволяют с уверенностью утверждать, что степень влияния этих и других генов на признак «продолжительность обучения» во многом зависит от условий окружающей среды. Она отличается в разных странах и меняется с течением времени, в одной и той же стране. Например, шведы, родившиеся в 1930-е годы, общая сумма влияния 74 генов на продолжительность обучения соответствовало почти весь год обучения. В дальнейшем она будет уменьшаться, и шведов, родившихся в конце 1950-х, она была едва вмещает до 7-8 месяцев. Среди возможных причин авторы отмечают, реформа образования, сделавшую его более доступным, но также значительное сокращение среднего расстояния от места, где человек проживает, до ближайшего средних и высших учебных заведений. Это и не удивительно: наследуемость признаков — величина непостоянная. Она может сильно меняться в зависимости от социально-экономических условий (см.: У людей, родившихся в разные эпохи, одни и те же гены по-разному проявляются в фенотипе, «Элементы», 12.01.2015).

Так или иначе, исследование показало, что если попробовать и собрать как можно больше данных, то можно найти определенные гены, которые влияют на полигенный признак, даже если вклад каждого гена является незначительным. Кроме того, она еще раз продемонстрировала, что даже сложные поведенческие признаки, которые определяются, в основном, экологических и традиционно считаются ненаследственными («приобретенные»), в действительности, могут иметь большой генетический компонент.

Источник: Аysu Okbay, Jonathan P. Бошам, Марк Алан Фонтана, Джеймс Дж. Ли, Настроиться H. Чел, Cornelius A. Rietveld, Патрик Терли, et al. Genome-wide association study identifies 74 локусов associated with educational attainment // Природа. Published online 11 May 2016.

См. также:

1) Доверчивость и благодарность-наследственные признаки, «Элементы», 07.03.2008.

2) Политические убеждения зависят от пугливости, «Элементы», 26.09.2008.

3) Гены управляют поведением, а поведение — генами, «Элементы», 12.11.2008.

4) Нашли ген, который влияет на склонность к какой-то поступки, «Элементы», 21.05.2009.

5) «Ген приключений» чаще встречается у охотников-собирателей, чем у земледельцев, «Элементы», 06.09.2010.

6) Политические взгляды зависят не только от генов, но и в зависимости от количества друзей, «Элементы», 08.11.2010.

7) При выборе спутника жизни от генов зависит, чего мы хотим, а не то, что мы получаем, «Элементы», 03.02.2012.

8) У людей, родившихся в разные эпохи, одни и те же гены по-разному проявляются в фенотипе, «Элементы», 12.01.2015.

Александр Марков