Рубрики Резюмируя результаты генотипирования сотни тысяч людей Европейского происхождения, большая Международная команда генетиков и биоинформатиков выявила 74 участка генома, изменения в которых достоверно коррелирует с уровнем полученного человеком образования (традиционно измеряется числом лет обучения). Большая часть генов, выявленных активно работает на мозг, особенно в период беременности; мутации, многие из них влияют на когнитивные способности. Эти гены, «гены образования» неправильно, потому что его связь с уровнем образования, как правило, слабое и косвенное. Тем не менее, исследование подтвердило, что применение современных аналитических методов при очень больших выборок людей позволяет обнаружить доказательства влияния некоторых генов, в том числе на такие признаки, которые в основном определяются средой, и традиционно не считаются врожденными.
На первый взгляд может показаться, что такой признак, как уровень образования (educational attainment), традиционно измеряется по количеству лет, на которые тратит человек на исследование, является типичным примером ненаследственного характеристика, определяемая исключительно средовыми факторами (таких, как материальная обеспеченность семьи, уровень развития образования в стране и т. д.). Но это впечатление обманчиво. Даже из общих соображений ясно, что на уровень образования, могут также влиять на признаки, в значительной степени зависят от генов. Как, например, когнитивные способности, или открытость опыту (см.: Openness to experience).
Еще в 1980-е годы анализ больших наборов близнецов и их родителей показал, что уровень образования имеет высокую наследуемость. Изменчивость этого параметра, как минимум, на 20% определяется генетическими различиями между людьми, а некоторые образцы были даже получены значения наследуемости около 70% (A. C. Heath et al., 1985. Education policy and the heritability of educational attainment).
Эти цифры, однако, отражают только общий масштаб генетического вклада в изменчивость по признаку «уровень образования». Гораздо труднее найти конкретные гены, которые влияют на эту функцию. Тот факт, что число лет образования сигнала «высокого уровня», в том смысле, что гены могут влиять на него только очень косвенно, через многие промежуточные фазы (в отличие, например, от способности воспринимать запах, или отличать зеленый от Красного — здесь путь от гена к признаку очень простой и короткий, см: Обезьян вылечили от дальтонизма при помощи генной терапии, «Элементы», 18.09.2009).
В «высокий уровень» поведения и психологических признаков, которые могут повлиять на то же время сотни, если не тысячи различных генов (локусов полиморфных), и вклад каждого отдельного гена может быть исчезающе малым. В этом случае, близнецовый анализ и сравнение родителей с детьми показывают высокую наследуемость признака, но все попытки обнаружить связь между знаком и определенные генетические варианты не сработают. То есть, мы будем знать, что признак зависит от генов, но мы не можем выяснить, что.
Чтобы преодолеть эту трудность, требует анализа огромных образцов в десятки и сотни тысяч людей. Чем больше выборка, более слабые генетические эффекты могут быть обнаружены с его помощью. Эти исследования стали возможны только в последние годы благодаря чтению генома человека, быстрое развитие и удешевление молекулярных и биоинформатических методов, а также непрерывного накопления генотипических и фенотипических данных, различных человеческих популяциях, собранных методик.
В 2013 году были опубликованы результаты первой успешной попытки найти в геноме человека конкретные гены, связанные с уровнем образования. Был использован отображает 126 559 лиц позволила выявить три гена, каждое из которых является допустимым, хотя и очень слабо, связанные с продолжительностью обучения (C. A. Ритвельда et al., 2013. GWAS of 126,559 Individuals Identifies Genetic Сопротивление Associated with Educational Attainment).
В новой статье, опубликованной в журнале Nature, огромный коллектив исследователей во всем мире (после списка университетов и институтов, сотрудники которого принимали участие в исследовании, в общей сложности 186 баллов) сообщила о результатах исследования образца, с более 293 723 человек Европейского происхождения. Фактически был проведен мета-анализ, то есть обобщение данных, полученных по единой методологии множество независимых научно-исследовательских групп в разных странах. Средняя продолжительность обучения на всей выборке составил 14,3 лет (стандартное отклонение 3,6).
Все люди которые были использованы, уровень образования зарегистрирован в возрасте не менее 30 лет и генотипирование было проведено 9,3 млн. однонуклеотидных полиморфизмов («СНиП»), которые отражают почти все генетическое разнообразие человечества. Учитывая, что большая часть из 3 миллиардов нуклеотидов в геноме человека-это консервативный, то есть, как и для всех людей, не нужно анализировать каждый нуклеотид и может ограничить только вариабельными.
В исследовании был вызван полногеномный поиск ассоциаций (GWAS, Genome-Wide Association Study). В этой методике много тонкостей и подводных камней, но, к счастью, разработаны надежные статистические методы, которые позволяют преодолеть. Одна из основных проблем связана с «популяционной стратификации». Это означает, что в исследуемой популяции, возможно, разделить на части (подгруппы), которые различаются по частоте возникновения любой тип генов и признаков. В связи с этим, существует риск обнаружения ложных ассоциаций. Эта проблема часто называется проблемой gen палочки китайские» (chopsticks гена). Название происходит от следующей притчи. Якобы генетик решил выяснить, какие гены влияют на склонность есть палочками. Он попросил своих студентов, которые указать частоту, с которой используются палочки во время еды. Затем генотипировал и провел поиск ассоциаций. Было обнаружено, локус, строго коррелирующий с использованием палочек. Генетик сразу опубликовал статью, в которой сообщил об открытии гена «successful-use-of-selected-hand-instruments Джин» (сокращение от СУШИ). Через пару лет выяснилось, что СУШИ-это действительно один из генов комплекса гистосовместимости, один из вариантов (аллелей), что гораздо чаще в азиатов, чем у европейцев. Конечно, этот ген не имеет ни малейшей связи с использованием палочек. Однако, учитывая, что в азиатской культуре, такое поведение было выше, чем в Европе, GWAS показали, сильного и надежного партнерства, не имеет смысла биологический (У. Хамер, Л. Сирота, 2000. Beware the chopsticks гена).
Чтобы справиться с проблемой «ген палочки китайские», были созданы две группы методов. Первый основывается на анализе данных семей: сравниваются родители и дети или братья и сестры, чтобы проверить, если продолжает партнерства в той или иной семье. «Гены китайские палочки», не выдерживают критического анализа. Вторая группа методов связана с анализ неравновесного сцепления генов: если что интересует нас аллель чаще, чем ожидается при независимом наследства, находится в комбинации с определенными аллелями других, случайно выбранных генов, есть основания подозревать, что это «геном китайские палочки».
Авторы использовали эти и ряд других методов, чтобы очистить результаты от ложных срабатываний сигнала. В конце концов, удалось выявить 74 полиморфных локуса, каждый из которых с большой вероятностью, действительно, влияет, хотя и косвенно, в период обучения. Вклад популяционной стратификации, обнаруженных генетических последствий, судя по результатам анализа неравновесного сцепления, не превышает 8%. Три локуса, выявленных в предыдущем исследовании, были вновь открыты для вас в нового.
Как и следовало ожидать, все эти гены влияют на уровень образования, довольно плохо. Эффект каждого гена по отдельности, соответствуют три — девять недель обучения и объясняет, от 0,01 до 0,035% изменчивости по признаку «продолжительность обучения». При этом суммарный эффект всех 74 генов меньше, чем сумма их отдельных эффектов.
В распоряжении авторов имелись данные не только от срока обучения лиц, подлежащего испытанию, но в несколько других фенотипные признаки. Это позволило оценить корреляции генетическая (Genetic correlation), то есть, в той мере, в которой гены, которые влияют на уровень образования, также влияют на другие признаки (рис. 2).
Рис. 2. Генетической корреляции между продолжительностью исследования (EduYears) и другие характеристики: размеры отдельных подкорковых структур и мозга в целом (Brain volume), нейропсихиатрическими заболеваниями, Психоневрологических), умственные способности (Cognitive performance), невротизмом (Neuroticism), индекс массы тела (ИМТ) и высота (Height). На рисунке показано, что аллели, которые повышают вероятность того, что человек получит хорошее образование, также связаны с увеличением интеллекта, большой объем мозга, тем меньше вероятность болезни Альцгеймера и эмоциональной устойчивости (с низким невротизмом). Рис. заголовок статьи в Nature
Оказалось, что генетические варианты, которые способствуют, в конечном счете, исследования, соотносятся также с хорошие умственные способности (cognitive performance), большой объем головного мозга (черепа) и почему это повышенный риск биполярного расстройства. Встречаются также очень слабые, но достоверные положительные корреляции с риском шизофрении и роста. Достоверные отрицательные корреляции выявлены для невротизма, риск болезни Альцгеймера, так как, судя по рис. 2, для массы тела (хотя в тексте не говорится). В размеры подкорковых структур, рассмотренных 74 гена не влияют. Эти результаты имеют предварительный характер и нуждаются в дополнительной проверке.
Функциональная серия 74 генов оказался очень характерным. Среди них, заметно повысить долю генов, участвующих в развитии и функционировании мозга. Мутации в них часто приводят к умственной отсталости, потери объема мозга, увеличивают риск развития болезни Альцгеймера и других расстройств (типичный пример-ген TBR1). Некоторые из них экспрессируются в процессе развития головного мозга эмбрионов, регулируя деление клеток-предшественников нейронов, миграция молодых нейронов и рост неокортекса, другие играют важную роль в синаптической пластичности (в частности, в области образования дендритных шипиков и рост новых синапсов) в течение всей жизни. 37 из тканей взрослого организма, учитываемых в базе данных The Система-Tissue Expression Project (GTEx), 13-компоненты Центральной нервной системы, и на все ткани — и только в них! — уровень экспрессии 74 генов, связанных с продолжительностью исследования доверия высокий. При этом в мозге зародышевого он в 1,36 раза больше, чем в зрелом возрасте.
Эти результаты выглядят логично: логично предположить, что люди с хорошо развитым мозгом, на равных условиях, имеют более высокую предрасположенность к обучению.
Авторы подчеркивают, что назвать выявленные гены «гены, образование» является по нескольким причинам. Во-первых, уровень образования определяется средовыми факторами, которые в большей мере генетическими (это верно для большинства поведенческих и психологических признаков человека). Во-вторых, влияние отдельных генов в рассматриваемый период, знак небольшой. Это, однако, также является общим местом в генетике поведения. В-третьих, аллельные варианты генов могут влиять на сигнал «продолжительность обучения», не напрямую, а через ряд промежуточных фенотипов. Конечно, это также верно и для большинства отношений между генами и взглядов, в особенности у приматов. Для иллюстрации последнего рассмотрения, авторов, рассчитаны на основании данных двух изученных когорт, которые возникли в отношениях между генами и продолжительность обучения может 23-42% влиянием генов на умственные способности, и еще 7% корреляции, можно списать на влияние этих генов на персонал характеристика «открытости опыту». Если эти аргументы не являются тривиальными, и насколько они, на самом деле, все, что не нужно называть эти гены, «гены образования», даже в популярном изложении, судить читателю. С уважением к точке зрения авторов, я хоть и с трудом, но воздержался, что, чтобы владелец данной Новости «Ученые нашли гены, образование».
Авторы также указывают, что их результаты вовсе не следует, что влияние 74 генов на продолжительность исследований является раз и навсегда заданной, постоянной величины. Наоборот, имеющиеся данные позволяют определенно утверждать, что степень влияния этих и других генов в признак «продолжительность обучения сильно зависит от условий среды. Отличается для различных стран и изменяется с течением времени в одной и той же стране. Например, у шведов, родившихся в 1930 году, общая стоимость влияние 74 генов на продолжительность исследования соответствовала почти год подготовки. В будущем, она постепенно снизилась, и шведов, родившихся в конце 1950-х годов, уже едва дотягивала до 7-8 месяцев. Возможные причины авторы упоминают реформы образования, сделавшую более доступной, а также значительное сокращение среднего расстояния от места, где живет человек, до средних и высших учебных заведений. В этом нет ничего удивительного: наследуемость признаков — величина непостоянная. Он может значительно варьироваться в зависимости от социально-экономических условий (см.: людей, родившихся в разные эпохи, одни и те же гены по-разному проявляются в фенотипе, «Элементы», 12.01.2015).
Так или иначе, исследования показали, что если вы поставите, и набрать побольше данных, можно найти конкретные гены, которые влияют на полигенный признак, даже в случае, что вклад каждого отдельного гена является незначительным. Кроме того, в очередной раз продемонстрировал, что даже сложные поведенческие признаки, которые определяются, главным образом, от окружающей среды и традиционно считаются ненаследственными («приобретенные»), на самом деле, может быть важным компонентом генетики.
Источник: Aysu Okbay, Jonathan P. Beauchamp, Марк Алан Фонтан, James J. Lee, Tune H. Чел, Cornelius A. Ритвельда, Патрик Терли et al. Genome-wide association study identifies 74 локусов associated with educational attainment // Nature. Опубликовано онлайн 11 мая 2016 года.
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) Найден ген, влияющий на склонность к добрым делам, «Элементы», 21.05.2009.
5) «Ген авантюризма» чаще встречается у охотников-собирателей, чем у земледельцев, «Элементы», 06.09.2010.
6) Политические взгляды зависят не только от генов, но и от количества друзей, «Элементы», 08.11.2010.
7) При выборе спутника жизни от генов зависит, чего мы хотим, но не получилось, «Элементы», 03.02.2012.
8) люди, рожденные в разные эпохи, одни и те же гены по-разному проявляются в фенотипе, «Элементы», 12.01.2015.
Александр Марко