На протяжении тысячелетий люди, живущие высоко в аргентинских Андах, полагались на питьевую воду, которая для большинства людей привела бы к смертельному отравлению.
Там природный мышьяк, содержащийся в вулканических породах, просачивается в грунтовые воды, загрязняя местное водоснабжение токсичными металлоидами в таких концентрациях, которые представляют серьезную угрозу для здоровья большинства населения.
Однако для одной группы людей на севере Аргентины естественный отбор, возможно, обеспечил необычное генетическое преимущество.
Согласно анализу ДНК населения западной части Южной Америки, в популяции жителей аргентинских Анд обнаружен вариант гена, который, вероятно, помогает им более безопасно перерабатывать мышьяк. Результаты исследования были опубликованы в журнале Molecular Biology and Evolution.
«Адаптация приводит к геномным изменениям; однако доказательства специфических адаптаций у человека пока ограничены», — отмечала ранее группа эволюционных биологов Карина Шлебуш и Люси Гаттепайль из Уппсальского университета. «Наши данные показывают, что адаптация к воздействию стрессового фактора окружающей среды — мышьяка — вероятно, привела к увеличению частоты защитных вариантов AS3MT, что является первым свидетельством адаптации человека к токсичному химическому веществу».
При достаточном количестве времени и умеренном воздействии опасных факторов жизнь демонстрирует удивительную способность адаптироваться к самым разным условиям дикой природы – от экстремальной жары до полного отсутствия кислорода и опасного уровня радиации.
Однако о том, как человеческие популяции адаптируются к токсичным химическим веществам в окружающей среде, известно сравнительно мало. Мышьяк — высокотоксичное вещество, вызывающее рак, поражения кожи, врожденные дефекты и преждевременную смерть. Он также широко распространен и в больших количествах содержится в грунтовых водах многих регионов мира.
В настоящее время рекомендуемый Всемирной организацией здравоохранения предельный уровень содержания мышьяка в питьевой воде составляет 10 микрограммов на литр.
До установки системы фильтрации в 2012 году в отдаленном высокогорном городке Сан-Антонио-де-лос-Кобрес на плато Пуна-де-Атакама в Аргентине питьевая вода содержала около 200 микрограммов мышьяка на литр — примерно в 20 раз больше рекомендуемой нормы.
Тем не менее, этот регион был заселен на протяжении тысяч лет – по меньшей мере 7000 лет, а возможно, и до 11 000 лет.
Эта кажущаяся способность противостоять опасно высоким уровням мышьяка десятилетиями озадачивала ученых. В 1995 году ученые отметили, что женщины из аргентинских Анд обладают «уникальной» способностью метаболизировать мышьяк, о чем свидетельствуют метаболиты в их моче.
Когда мышьяк попадает в организм, ферменты преобразуют его в несколько химических форм. Одна из этих промежуточных форм, называемая монометилированным мышьяком (ММА), особенно токсична. Более поздняя форма, диметилированный мышьяк (ДМА), легче выводится из организма с мочой.
У жителей Сан-Антонио-де-лос-Кобрес наблюдалась тенденция к выработке меньшего количества токсичного промежуточного продукта и большего количества легко выводимой формы, что свидетельствует об исключительной эффективности их организмов в переработке мышьяка.
Заинтригованные этим явлением, Шлебуш, Гаттепайль и их коллеги захотели разгадать загадку на генетическом уровне.
Группа исследователей собрала ДНК у 124 женщин в Сан-Антонио-де-лос-Кобрес с помощью мазков из щеки, образцы мочи которых показали тот же профиль метаболитов мышьяка, что и в исследовании 1995 года. Затем они проанализировали миллионы генетических маркеров по всему геному.
Чтобы определить, является ли данный вариант гена уникальным для аргентинского населения, исследователи сравнили свои результаты с общедоступными геномными данными из Перу и Колумбии, полученными в рамках международного проекта «1000 геномов».
Предыдущие исследования показали, что фермент, называемый метилтрансферазой мышьяка (+3 степень окисления) (AS3MT), может играть ключевую роль в метаболизме мышьяка, поэтому исследователи сосредоточили свои усилия именно на этом.
Исследователи обнаружили группу генетических вариантов вблизи гена AS3MT, которые сильно влияли на то, как организм перерабатывает мышьяк. Эти варианты встречались гораздо чаще у жителей Сан-Антонио-де-лос-Кобрес, чем в генетически схожих популяциях Перу и Колумбии.
По-видимому, эти варианты повышают эффективность преобразования мышьяка в формы, которые могут безопасно выводиться с мочой, уменьшая накопление наиболее токсичных промежуточных соединений – результат, который точно согласуется с более ранними исследованиями метаболитов мышьяка в моче.
Хотя загрязнение мышьяком широко распространено во всем мире, лишь немногие сообщества жили в условиях столь высокого уровня воздействия в течение длительного времени.
В Сан-Антонио-де-лос-Кобрес люди живут в условиях наличия мышьяка в грунтовых водах уже тысячи лет — достаточно долго, чтобы естественный отбор отдал предпочтение признакам, снижающим уязвимость к токсическому воздействию мышьяка.
Более поздние исследования показывают, что аналогичные генетические сигналы могут также появляться в других андских популяциях, подвергавшихся воздействию мышьяка на протяжении поколений, что подтверждает выводы о том, что длительное воздействие может способствовать развитию генетической толерантности, и указывает на то, что адаптация может быть более распространена в регионе.
«Учитывая серьезное негативное воздействие мышьяка на здоровье как детей, так и взрослых, — пишут исследователи, — люди, несущие гаплотип толерантности к мышьяку… могут обладать очень сильным селективным преимуществом в условиях высокой концентрации мышьяка».
