Мутация на длинные дистанции

Австралийские генетики разобрались в механизме действия мутации, широко распространенной среди бегунов на длинные дистанции. Оказалось, что можно вынудить быструю мускулатуру работать, как медленную, которая гораздо выносливей. Лишив быстрые волокна способности эффективно расщеплять глюкозу, учёные увеличили нагрузку на митохондрии клеток быстрой мускулатуры, которые меньше утомляются.

Скелетная (соматическая) мускулатура состоит из волокон четырёх типов, среди которых особо выделяются так называемые быстрые фазические волокна с гликолитическим типом окисления и медленные волокна окислительного типа. Если первые вырабатывают АТФ – энергетическую «кровь» клеток – за счёт расщепления глюкозы, то у вторых это происходит с помощью клеточного дыхания – процесса, протекающего в митохондриях с использованием кислорода.

Быстрой гликолитической мускулатуре кислород нужен не так сильно, поэтому она может развивать быстрое и сильное сокращение. Тем не менее она быстро утомляется, расходуя глюкозу. В медленных волокнах, наоборот, много белка миоглобина, способного связывать кислород. Его наличие приводит к тому, что предельное утомление мышц наступает очень медленно, а восстановление функции происходит относительно быстро.

Учёные давно заметили, что ген альфа-актинин-3 (ACTN3) связан с атлетическими способностями людей. Аллель R производит белок актинин, который присутствует только в быстрых волокнах мышц, в то время как вторая аллель X не производит белок. Среди стайеров наличие мутаций встречается гораздо чаще, чем среди бегунов на короткие дистанции. Тем не менее, как именно ACTN3 влиял на атлетический склад человека, известно не было, пропорции быстрой и медленной компонент мускулатуры мало отличались у стайера и спринтера.

Чтобы разобраться в этом вопросе, исследователи из сиднейского Института нейромышечных исследований во главе с нейрогенетиком Кэтрин Норт создали мышей, в организме которых ген ACTN3 был выключен. Наблюдая за грызунами, учёные выяснили, что быстрые волокна животных содержали необычайно высокий уровень ферментов, связанных с процессом клеточного дыхания.

Это означает, что фактическое отсутствие ACTN3 привело к тому, что быстрые волокна мышц стали работать, как медленные.

Физиологические исследования подтвердили, что генетическим модифицированные мыши оказались стайерами. На беговой дорожке мутанты-мыши смогли пробежать на треть дольше, чем их нормальные товарищи по клетке. Учёные сделали вывод, что мутация ACTN3 действительно положительно влияет на выносливость организма. Результаты исследования опубликованы в последнем номере Nature Genetics.

Статистика показывает, что среди людей мутации гена распределены крайне неравномерно. Средняя частота возникновения подобных мутаций у африканцев составляет около 10%, в то время как у европейцев и азиатов доходит до 50%. А у 18% европейцев изменены обе копии гена, и кодируемый геном белок (собственно альфа-актинин-3) в их организмах совсем отсутствует. Так что у пятой части жителей Европы шансов добиться успеха в спринте совсем нет.

По словам исследователей, ген менялся вместе с человечеством. Как отметила Норт, фрагмент ДНК, где находят мутировавшую версию гена, отличается меньшей изменчивостью в сравнении с остальной частью генома. Это означает, что мутация играла важную положительную роль в процессе адаптации человека к новым условиям. По словам нейрогенетика, скорее всего, изменения, о которых идёт речь, относятся к временам миграции из Африки на территорию Европы и Азии, начавшейся 70–60 тысяч лет назад.

Пока группа исследователей под руководством Норт не собирается выяснять, почему у одних социоэтнических групп мутации гена происходят чаще, чем у других. Не намерены они заниматься и исследованием адаптивной роли этих генетических изменений. Остаётся надежда, что найдутся другие учёные, которые продолжат работу в этом направлении.