Человек родился из инфекции

Неспособность производить аминосахар, ставшая платой за иммунитет к малярии, запустила в популяции древних гоминид процессы, результатом которых стали мы с вами – порождения инфекции, аллергии и резни животных, поддержанной половым отбором.

Исследовательская группа из Медицинской школы при Университете штата Калифорния в Сан-Диего (США), работающая под руководством Аджита Варки, получила первое экспериментальное подтверждение гипотезы, что неспособность части древних гоминид производить аминосахар определенного вида, вызвавшая перестройку иммунной системы, могла стать одним из факторов, способствовавших появлению Homo как самостоятельного вида.

Авторы этого открытия, приславшие статью в Proceedings of the National Academy of Sciences, считают, что полученные ими данные

раскрывают взаимосвязь, бывшую до этого неочевидной, между иммунной функцией, половым отбором и межклеточными сахарами различных типов, особенно важную в контексте истории происхождения человека.

Под «аминосахаром определенного вида» имеется в виду Neu5Gc – N-гликолил производное нейраминовой кислоты или N-гликолилнейраминовая кислота, которая продуцируется в тканях всех млекопитающих, кроме человека.

Различные производные нейраминовой кислоты, известные также как сиаловые кислоты, локализуются на поверхностях клеток в тканях всех животных, выполняя важные посреднические функции при взаимодействии клеток с соединительными тканями (например, коллагеном) и компонентами жидкой соединительной ткани (лимфой и плазмой крови). Функции диктуются способностью сиаловых кислот связывать, то есть включать или выключать, белки, циркулирующие между клеткой и внеклеточными веществами, некоторые гормоны, а также лимфоциты и эритроциты (см. врез), что делает их важным компонентом иммунитета.

В свободном виде сиаловые кислоты в организме не встречаются (за исключением, конечно, патологий), а входят в состав сложных углеводсодержащих молекулярных комплексов (гликопротеинов, олигосахаридов и др.), которые являются излюбленной мишенью патогенов – различных микроорганизмов, не только обожающих полакомиться углеводами, но и посредством них нащупывающих бреши в клеточной защите.

Миллионы лет организмы далеких общих предков людей и обезьян вырабатывали одну и ту же разновидность сиаловой ксилоты – Neu5Gc, или N-гликолилнейраминовую кислоту.

Затем, приблизительно три миллиона лет назад, в части популяции обезьян произошел отбор мутаций, блокирующих энзим, ответственный за производство Neu5Gc, и запускающих синтез ее прекурсора – Neu5Ac, или N-ацетил производной нейраминовой кислоты (собственно Neu5Gc отличается от Neu5Ac наличием одной гидроксильной группы). Возможно, как выяснила несколько лет назад та же команда из Сан-Диего, сравнившая механизм заболевания малярией у человека и шимпанзе, закреплению мутации способствовал малярийный паразит, использовавший Neu5Gc в качестве мишени, облегчающей прикрепление малярийного плазмодия к хозяйской клетке.

Примечательно, что согласно молекулярным часам мутация гена CMAH, приведшая 2-3 млн лет назад к утере человеком Neu5Gс-синтеза, совпадает с появлением на эволюционной сцене Homo erectus (Человека прямоходящего) и Homo ergaster (Человека умелого).

«Это произошло примерно в то время, когда древние гоминиды стали играть роль хищников в той эконише, которую они заняли», – рассказывает Паскаль Ганье, эволюционный биолог и профессор клеточной и молекулярной медицины Университета в Сан-Диего. «Нельзя знать наверняка, что произошло в действительности – на процесс эволюции могут одновременно влиять множество вещей, – но можно быть уверенным, что структурное изменение сиаловой кислоты автоматически спровоцировало у древних выработку иммунного ответа на Neu5Gc, которая стала восприниматься их иммунной системой как чужак, как что-то, что должно быть уничтожено.

Выработка иммунитета к Neu5Gc стимулировалась потреблением красного мяса – главного источника Neu5Gc,

отмечает Ганье.

Профессор и его коллеги полагают, что сильная иммунная реакция на Neu5Gc, антитела на которую могут наносить ущерб половым клеткам, несущим Neu5Gc, включила мощный механизм полового отбора в популяции африканских гоминид.

Биологи предположили, что антитела к Neu5Gc, синтезированные в организме самок гоминид-мутантов, атаковали Neu5Gc-положительную сперму или ткани плода, приводя к выкидышам, что снижало репродуктивные шансы самцов-носителей Neu5Gc-гена, медленно, но верно исключая их гены из оборота.

И действительно, лабораторные эксперименты, описанию которых посвящена большая часть статьи в PNAS, показали, что оказавшись в одной пробирке с человеческими антителами, сперма шимпанзе, клетки которой покрыты молекулами сахаридов с сиаловой кислотой Neu5Gc, быстро гибла. В другом эксперименте, уже с участием генов и антигенов млекопитающих одного вида, биологи скрещивали самок мышей с подавленными генами, отвечающими за сборку Neu5Gc, а также с искусственно вызванным иммунитетом к этой кислоте, с Neu5Gc-положительными самцами. И в этом случае «женские» антитела также подавляли сперму Neu5Gc-положительных самцов, а рождаемость в этой группе падала.

«Со временем такая репродуктивная несовместимость постепенно снижала численность Neu5Gc-особей и, в конечном итоге, полностью исключила их из популяции»,

резюмирует Ганье.

«Как это ни странно, но согласно расчетной модели этот процесс идет быстрей, когда репродуктивная несовместимость дает лишь незначительное уменьшение приплода у отдельных особей, чем в случае стопроцентного бесплодия», – добавляет он.

Ганье отмечает, что это открытие прибавляет концепции «видообразования через инфекции», недавно казавшейся чем-то эксцентричным, больше веса.

Согласно ей, инфекционные заболевания, охватывающие определенную популяцию, могут, в силу иммунитетно-репродуктивной несовместимости, способствовать ее эффективной изоляции и дальнейшей постепенной эволюции в отдельный вид.

В случае древних гоминид фактором, способствовавшим изоляции группы, мог стать женский иммунитет к N-гликолилнейраминовой кислоте, запустивший отрицательную селекцию Neu5Gc-гена.

Собственно, прямыми, но очень далекими наследниками Neu5Ac-позитивных генов, возникших благодаря малярийной мутации и изолированных половым отбором в отдельную группу древних гоминид, являемся и мы с вами – единственные млекопитающие, не умеющие синтезировать Neu5Gc. И наследниками более чем успешными с репродуктивной точки зрения.