Warum haben Mensch und Schwein viele Gemeinsamkeiten? Errungenschaften der modernen Genomik: die Ähnlichkeit eines Schweins mit einer Person

PostNauka entlarvt wissenschaftliche Mythen und bekämpft gängige Missverständnisse. Wir haben unsere Experten gebeten, sich zu den etablierten Vorstellungen über die Rolle der Gene im menschlichen Körper und die Mechanismen der Vererbung zu äußern.

Genetisch steht das Schwein dem Menschen am nächsten.

Es ist nicht wahr.

Diese Frage lässt sich ganz einfach testen: Man nimmt einfach die Genomsequenzen von Menschen und anderen Säugetieren und sieht, wem sie ähnlicher sind. Da passiert kein Wunder. Also vor allem ein Mann - ein Gorilla, andere Primaten, dann Nagetiere. Das Schwein ist nicht da oder in der Nähe.

Wenn wir diesen Fall betrachten, wird das Ergebnis lustig, denn die nächsten Verwandten des Schweins sind Flusspferde und Wale. Dies ist der Erfolg der molekularen Evolutionsbiologie, denn Wale haben sich so sehr verändert, dass es aufgrund morphologischer Merkmale ziemlich schwierig war, ihr Aussehen zu verstehen.

Eine mögliche Quelle des Mythos könnte sein, dass dem Schwein einige der Proteine ​​fehlen, die Gewebe für das menschliche Immunsystem erkennbar machen. Schweineorgane sind in der Tat die besten Säugetiere, die auf den Menschen übertragen werden können, insbesondere wenn es sich um ein gentechnisch verändertes Schwein handelt, bei dem einige Gene zusätzlich unterdrückt werden. Schimpansen sind besser geeignet, aber niemand lässt zu, dass Schimpansen gefoltert werden, um eine Person zu retten.

"Genetisch" ist jedenfalls kein ganz richtiger Begriff. Man kann zum Beispiel sagen, dass genetische Cousins ​​​​näher beieinander liegen als Cousins ​​​​viertens. Wenn man Tiere vergleicht, die sich nicht miteinander kreuzen, dann gibt es keine Genetik. Genetik ist die Wissenschaft, die sagt, was in den Nachkommen passiert, wenn zwei Individuen gekreuzt werden. Der richtige Begriff wäre "phylogenetisch", also das, was den Ursprung widerspiegelt. Und aus Sicht der gemeinsamen Herkunft ist das Schwein Hunden näher als Menschen.

Michail Gelfand

Doktor der Biowissenschaften, Professor, Skoltech Life Sciences Center, Stellvertretender Direktor des Instituts für Informationsübertragungsprobleme der Russischen Akademie der Wissenschaften, Mitglied der Europäischen Akademie, Preisträger der A. A. Baeva, Mitglied des öffentlichen Rates des Bildungsministeriums

Gene bestimmen alle individuellen Eigenschaften eines Menschen

Das stimmt, aber teilweise.

Wie diese Gene funktionieren, ist wichtig, und diese Arbeit kann von vielen Faktoren beeinflusst werden. Zum Beispiel individuelle Unterschiede in der DNA-Sequenz, die sogenannten Single Nucleotide Polymorphisms, oder SNPs. Ungefähr 120 solcher SNPs unterscheiden jeden von uns von Eltern, von Brüdern und Schwestern. Es gibt auch eine Vielzahl von Genommodifikationen, die als epigenetisch, also supragenetisch bezeichnet werden, die die DNA-Sequenz nicht beeinflussen, aber die Arbeit von Genen beeinflussen. Außerdem kann man den recht großen Einfluss der Umwelt auf die Expression bestimmter Gene nicht leugnen. Das offensichtlichste Beispiel sind eineiige Zwillinge, deren Genom so nah wie möglich beieinander liegt, aber wir können deutliche Unterschiede sehen, sowohl physiologisch als auch verhaltensmäßig. Dies veranschaulicht recht gut den Einfluss des Genoms, der Epigenetik und externer Umweltfaktoren.

Sie können versuchen, den Beitrag der Genetik und externer Faktoren zur Manifestation eines bestimmten Merkmals zu beurteilen. Wenn wir über irgendeine Art von krankheitsverursachenden Mutationen sprechen, die zu sehr schweren genetischen Syndromen wie dem Down-Syndrom führen, dann beträgt der Beitrag der Gene hundertprozentig. Für "kleine" Ausfälle im Zusammenhang mit Parkinson, verschiedenen Krebsarten, gibt es Schätzungen darüber, wie oft Menschen mit einer bestimmten Mutation das entsprechende Syndrom aufweisen, und sie können von wenigen Prozent bis zu mehreren zehn Prozent variieren. Wenn wir von komplexen Merkmalen sprechen, die die Arbeit vieler Gene gleichzeitig beinhalten, wie etwa Verhaltensmerkmale, dann wird diese zum Beispiel durch den Hormonspiegel beeinflusst, der genetisch festgelegt werden kann, aber auch das soziale Umfeld spielt eine wichtige Rolle Rolle. Daher ist der Prozentsatz nicht sehr eindeutig und hängt stark von der spezifischen Eigenschaft ab.

Dieser Mythos ist teilweise wahr: Jeder weiß, dass wir uns in der DNA-Sequenz voneinander unterscheiden, es gibt viele populärwissenschaftliche Artikel über den Zusammenhang einer bestimmten Polymorphie (Mutation) mit Augenfarbe, Locken und der Fähigkeit, schnell zu laufen. Aber nicht jeder denkt über den Beitrag supragenetischer Faktoren und der äußeren Umgebung zur Ausprägung eines Merkmals nach, außerdem ist dieser Beitrag eher schwer zu beurteilen. Offenbar ist dies der Grund für die Entstehung eines solchen Mythos.

Maria Shutova

PhD in Biologie, Forscher, Labor für genetische Grundlagen von Zelltechnologien, Institut für Allgemeine Genetik, Russische Akademie der Wissenschaften

Genomanalyse kann Ethnizität aufdecken

Es ist nicht wahr.

Die Zugehörigkeit zu einer bestimmten ethnischen Gruppe wird durch die Kultur bestimmt, nicht durch die Gene. Die Familie beeinflusst, welcher ethnischen Gruppe (oder Gruppen, wenn die Eltern unterschiedlicher ethnischer Herkunft sind) eine Person angehört. Dieser Einfluss wird jedoch nicht durch Gene bestimmt, sondern durch die Erziehung, die Traditionen der Gesellschaft, in der ein Mensch aufgewachsen ist, die Sprache, die er spricht, und viele andere Merkmale der Kultur.

Natürlich bekommt jeder von seinen Eltern nicht nur Sprache und Erziehung, sondern auch Gene. Welche elterlichen Gene das Kind bekommt, wird durch die Verschmelzung von Sperma und Eizelle bestimmt. In diesem Moment entsteht das Genom des Individuums - die Gesamtheit aller Erbinformationen, die im Zusammenspiel mit der Umwelt die weitere Entwicklung des Organismus bestimmt.

Die Isolationsprozesse einzelner Gruppen, durchsetzt mit Migrationen und Völkervermischungen, hinterlassen genetische "Spuren". Übersteigt die Zahl der Eheschließungen innerhalb einer Gruppe den Zufluss von Genen von außen, so häufen sich in einer solchen Gruppe Genvarianten an, die sie in ihrem Spektrum und ihrer Häufigkeit von ihren Nachbarn unterscheiden.

Solche Unterschiede wurden bei der Untersuchung von Bevölkerungsgruppen aufgedeckt, die in verschiedenen Regionen der Welt leben und unterschiedliche ethnische Zugehörigkeit haben. Daher kann die Analyse des Genoms zeigen, zu welcher Gruppe die Verwandten und Vorfahren einer Person gehören – wenn diese mehr oder weniger entfernten Verwandten bereits populationsgenetisch untersucht wurden und ob sie bei der Untersuchung ihre ethnische Zugehörigkeit angegeben haben. Diese Analyse gibt jedoch keinen Hinweis auf die Nationalität oder ethnische Zugehörigkeit des Besitzers des analysierten Genoms - diese Nationalität kann die gleiche sein wie die seiner Verwandten (insbesondere wenn es sich um nahe Verwandte handelt), sie kann jedoch auch völlig anders sein.

Ein internationales Konsortium von Wissenschaftlern kündigt einen weiteren Fortschritt bei der Entschlüsselung des genetischen Codes von Tieren an. Diesmal wurde das Genom des Hausschweins (Sus scrofa domesticus) und seines nahen Verwandten, des Wildschweins (Sus scrofa), vollständig sequenziert. Die ersten Details der neuen Studie wurden in der Fachzeitschrift Nature veröffentlicht.

„Es ist sehr wichtig, dass wir das Schweinegenom aufdecken und diese Informationen öffentlich zugänglich machen“, sagte Forschungskoautor Ronnie Green von der University of Nebraska.

Die Schweine-DNA besteht aus 2,6 Milliarden Basenpaaren und enthält fast 22 Tausend Gene. Die Forscher verglichen einzelne Abschnitte des genetischen Codes des Schweins mit den Genomen von Menschen, Mäusen, Hunden, Pferden und Kühen. Dies ermöglichte es, neue Details der Evolution von Schweinen zu entdecken und interessante Merkmale ihrer Physiologie aufzudecken.

Durch den Vergleich des genetischen Codes von zehn Wildschweinarten aus verschiedenen Regionen Europas und Asiens rekonstruierten die Forscher zudem ein Bild der Wanderung ihrer alten Vorfahren durch Eurasien. Es stellte sich heraus, dass sich die europäischen und die asiatischen Linien vor fast einer Million Jahren trennten.

"Diese Zweige haben sich vor so langer Zeit getrennt, dass wir sie heute als Unterarten bezeichnen können", sagt Lawrence Schook von der University of Illinois. "Wir haben den gleichen Unterschied zwischen östlichen und westlichen Hausschweinrassen gefunden. Dies zeigt deutlich, dass Schweine unabhängig voneinander domestiziert wurden." in West-Eurasien und Ostasien."

Wissenschaftler haben herausgefunden, dass einige Gengruppen von Hausschweinen ziemlich schnelle evolutionäre Veränderungen erfahren haben. Dies gilt insbesondere für Gene, die für Immunität und Geruchssinn verantwortlich sind. Sie fanden zum Beispiel 39 Gene, die für das Interferon-Protein kodieren, das gegen Viren resistent ist. Das ist doppelt so viel wie beim Menschen.

Interessanterweise haben Schweine mit einem gut entwickelten Geruchssinn einen schlechten Geschmack. Sie haben also nur sehr wenige Gene, die für die Rezeptoren für den bitteren Geschmack verantwortlich sind. Dies ermöglicht es ihnen, glücklich zu essen, was eine Person ekelhaft findet. Signifikante Unterschiede wurden auch bei den Rezeptoren gefunden, die zwischen süßen und salzigen Lebensmitteln unterscheiden.

Wissenschaftler spekulieren, dass diese Merkmale möglicherweise erklären, warum Schweine von Menschen als Haustiere ausgewählt wurden. Sie können mit dem gefüttert werden, was die Leute nicht essen.

Bei der modernen Nachfrage nach Schweinen spielte eine verblüffende Ähnlichkeit in der Anatomie einzelner Organe und Gewebe von Schweinen und Menschen eine Rolle. Aus diesem Grund sind Schweine zum Hauptobjekt für die Erforschung menschlicher Krankheiten geworden. Und insofern sind die im Zuge der DNA-Sequenzierung gewonnenen Daten ein echter Schatz für solche Arbeiten.

„Wir haben eine Vielzahl von Genen gefunden, die mit Krankheiten beim Menschen wie Fettleibigkeit, Diabetes, Parkinson und Alzheimer in Verbindung gebracht werden“, sagt Arbeitsleiter Martien Groenen von der Universität Wageningen.

Von der neuesten Forschung werden nicht nur Ärzte, sondern auch Landwirte profitieren. Die wilden Cousins ​​der Hausschweine (Eber) sind auch heute noch reichlich in freier Wildbahn anzutreffen. So können Forscher in freier Wildbahn nach Genen suchen, die für Zuchtzwecke genutzt werden können, um Haustieren neue Eigenschaften zu verleihen.

Beispielsweise kann der Einsatz genetischer Werkzeuge die Qualität des erzeugten Schweinefleischs, die Futtereffizienz und die Widerstandsfähigkeit der Tiere gegen Krankheiten verbessern.

Es ist nicht so einfach, einem Menschen ein tierisches Organ zu verpflanzen. Das transplantierte Organ muss dem Alter, dem Körperbau und dem Gewicht des Empfängers entsprechen, eine genetische Verträglichkeit ist erforderlich. Auch ein menschlicher Spender wird sehr sorgfältig ausgewählt, was können wir über ein Lebewesen einer anderen Art sagen.

Allerdings diktieren die Bedürfnisse der medizinischen Praxis ihre eigenen Bedingungen. Es wäre logisch anzunehmen, dass die dem Menschen am nächsten stehende Kreatur - ein Schimpanse - Organspender wird, aber die Transplantologen richteten ihre Augen auf ... ein Schwein. Leute, die sich von der Wissenschaft fernhalten, beeilten sich sogar, die Theorie Darwins als Ganzes in dieser Hinsicht in Frage zu stellen.

Xenotransplantation: Mythen und Realität

Die Spekulationen über die Massentransplantation von Schweineorganen auf den Menschen sind stark übertrieben. Bis heute ist die Medizin nicht über die Transplantation von mechanisch funktionsfähigen Geweben hinausgegangen – Herzklappen, Knorpel und Sehnen. Vor der Transplantation werden Gewebe mit speziellen Chemikalien und Ultraschall behandelt, um Antigene zu zerstören und eine Abstoßung dieser Gewebe durch den Körper des Empfängers zu vermeiden. Selbst solche Transplantate können während der Verarbeitung sehr leicht beschädigt werden, was sie unrentabel macht. Was können wir über komplexere Formationen sagen - das Herz, die Niere oder die Leber. Daher wird die Frage der Transplantation ganzer Schweineorgane auf den Menschen noch nicht diskutiert.

Einige Hoffnungen ruhen auf der Erzeugung gentechnisch veränderter Schweine. Wenn die Schweinezellen durch die Veränderung des Genoms gezwungen werden, auf ihrer Oberfläche menschliche Glykoproteine ​​zu synthetisieren, nimmt das menschliche Immunsystem solche Organe nicht als fremd wahr. Diese Methode befindet sich jedoch noch im Stadium der Laborforschung und ist in der medizinischen Praxis noch lange nicht weit verbreitet.

Vorteile eines Schweins als Spender

Die Wahl eines Schweins als möglicher Organspender liegt nicht an der genetischen Affinität dieses Tieres zum Menschen. Der Schimpanse ist den Tieren genetisch am nächsten. Aber die Zahl dieser Affen auf der Welt wird in Zehntausenden gemessen, eindeutig nicht genug für den Massengebrauch. Jedes Jahr werden Millionen Schweine geschlachtet.

Was die Gewebeverträglichkeit angeht, sind Tiere, die dem Menschen näher sind, Mäuse, aber sie passen nicht in die Größe, und Schweine sind in dieser Hinsicht mit dem Menschen durchaus vergleichbar.

Die Menschen züchten seit langem Schweine, diese Tiere sind gut untersucht. Es ist unwahrscheinlich, dass sie eine unbekannte schreckliche Krankheit "präsentieren", die während der Transplantation übertragen werden kann. Schweine vermehren sich gut und wachsen schnell, und ihre Aufzucht und Pflege ist relativ günstig.

All dies führt zu einer Bevorzugung von Schweinen gegenüber Affen, deren Verwendung die ohnehin nicht billige Organtransplantation zu einer nur für Milliardäre verfügbaren Dienstleistung machen würde.

Wissenschaftler haben bewiesen, dass uns Schweine viel näher sind als Affen. Einige Schweineorgane können auf den Menschen transplantiert werden. Warum so und nicht umgekehrt?

Ob wir wollen oder nicht, wir haben alle viel mit Schweinen gemeinsam. Wir sind Allesfresser, die leicht zunehmen und anfällig für Grippe sind. Die Tatsache, dass Schweine und Menschen Säugetiere sind, bedeutet, dass wir einige Gene teilen, was die DNA von Mensch und Schwein sehr ähnlich macht.

Wissenschaftler berufen sich auf die Ergebnisse von Studien, denen zufolge die DNA von Schweinen und Menschen zu 98 Prozent ähnlich ist, aber bei diesem Sachverhalt werden viele in die Irre geführt, dass ein Mensch zu 98 Prozent ein Schwein ist. Die Menge an genetischem Material, die wir mit anderen Arten teilen, hängt davon ab, was Sie vergleichen.

Alle lebenden Organismen haben genetische Informationen, die in Desoxyribonukleinsäure (DNA) kodiert sind und in Teile, die Gene genannt werden, aufgespalten sind. Informationen werden von Genen mithilfe einer Chemikalie namens Ribonukleinsäure (RNA) übertragen. Ein Teil der RNA wird in Aminosäureketten übersetzt, aus denen Proteine ​​bestehen – die Bausteine ​​jeder lebenden Zelle.
Wissenschaftler haben etwa 20.000 Säugetiergene entdeckt, die für Proteine ​​mit ähnlichen Grundfunktionen kodieren. Wenn Sie also einige der kodierenden Proteine ​​in unserer DNA vergleichen, werden Sie feststellen, dass wir mit vielen Säugetieren viel gemeinsam haben.

Stammbaum von Säugetieren basierend auf molekulargenetischen Daten. Es ist zu erkennen, dass das Schwein weiter von der Person entfernt ist als die Maus, das Kaninchen und das Stachelschwein.

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