Когда близнецы не похожи друг на друга

В январе 2021 года журнал «Nature Genetics» опубликовал статью, в которой говорилось, что идентичные близнецы далеко не всегда идентичны — генетические различия между ними могут быть весьма велики. Но прежде чем рассказывать, в чём тут дело, стоит напомнить, что такое близнецы вообще.

Фото: ru.depositphotos.com/STYLEPICS.

Различия в развитии однояйцовых и разнояйцовых близнецов.

Все хромосомы перед делением удваиваются, при этом гомологичные хромосомы обмениваются друг с другом фрагментами собственных последовательностей — происходит кроссинговер. При первом мейотическом делении по дочерним клеткам расходятся гомологичные хромосомы. При втором мейотическом делении новые дочерние клетки получают уже копии хромосом, которые были синтезированы загодя, ещё до деления.

‹

›

Открыть в полном размере

«Они как близнецы» — так мы говорим про очень похожих людей. На самом деле тут есть небольшая смысловая путаница. Близнецы — это дети или детёныши, одновременно рождённые одной матерью. Они могут быть однояйцовыми или разнояйцовыми. Только однояйцовые близнецы будут похожи друг на друга как две капли воды. То есть, если придерживаться биологической строгости, надо говорить «они как однояйцовые близнецы» — другое дело, что в обычной речи это будет звучать коряво.

Почему одни близнецы похожи друг на друга, а другие нет? Любой ребёнок развивается из оплодотворённого яйца (его называют зиготой, поэтому однояйцовых близнецов называют монозиготными, а разнояйцовых — дизиготными, тризиготными и т. д.). Мужская половая клетка — сперматозоид — сливается с женской половой клеткой — яйцеклеткой или просто яйцом. Генетический материал от отца и матери объединяется, и начинается развитие зародыша. Но бывает так, что оплодотворяются сразу несколько яйцеклеток — две, три и больше. Разбирать, почему так происходит, мы сейчас не будем. Скажем только, что у людей такое случается намного реже, чем у животных, — но всё же случается. Женщина рожает двойню или тройню разнояйцовых близнецов. Дети могут быть очень похожи друг на друга, а могут и не быть. Они могут быть разного пола, с разной группой крови, с глазами разного цвета и т. д. Но ведь гены у них от одних родителей. Почему же они не похожи друг на друга? Потому что разные половые клетки у одного и того же человека несут в себе разные варианты одних и тех же генов.

У одной и той же женщины одна яйцеклетка по вариантам генов не похожа на другую, так же как один сперматозоид не похож на другой у одного и того же мужчины. Так получается оттого, что яйцеклетки и сперматозоиды образуются в ходе особого клеточного деления, которое называется мейоз. Клетки-предшественники сперматозоидов и яйцеклеток несут в себе по 46 хромосом, как и любые другие клетки нашего тела. Эти 46 хромосом сложены из двух наборов: 23 материнских хромосом и 23 отцовских. То есть хромосома номер один в каждой клетке (кроме половых клеток) находится в двух копиях: в материнском варианте и в отцовском. Эти варианты называются гомологичными хромосомами. Так же двумя гомологичными хромосомами представлена хромосома номер два, номер три и т. д. Поэтому корректнее говорить, что в клетках человека не 46 хромосом, а 23 пары хромосом.

В гомологичных хромосомах находятся одни и те же гены в одной и той же последовательности. Но — важный момент — у этих генов разные варианты. Например, ген, кодирующий инсулин, сидит в 11-й хромосоме, но в материнской гомологичной хромосоме последовательность ДНК инсулинового гена может отличаться от последовательности ДНК инсулинового гена в отцовской гомологичной хромосоме. И эти отличия могут быть таковы, что отцовский вариант гена будет менее активен, чем материнский, или наоборот.

Перед делением клетки-предшественники яйцеклеток и сперматозоидов удваивают свои хромосомы — как это делают все клетки. У каждой хромосомы в гомологичной паре появляется копия. Исходная хромосома и её копия называются хроматидами, то есть каждая хромосома в каждой гомологичной паре состоит перед делением из двух хроматид. Удвоенные хромосомы выстраиваются посередине клетки (в экваториальной плоскости), и дальше специальные белковые нити начинают растаскивать их к клеточным полюсам. Но при мейозе к полюсам расходятся не копии-хроматиды одной и той же хромосомы, а отцовские и материнские гомологичные варианты. То есть если взять хромосому номер один, у которой перед делением есть две копии материнского варианта и две копии отцовского варианта, то к одному полюсу делящейся клетки уйдут обе материнские копии, а к другому полюсу — обе отцовские. Так же будет и со второй хромосомой, и с третьей, и со всеми остальными.

При этом у одного полюса делящейся клетки соберутся, к примеру, обе копии отцовского варианта первой хромосомы, обе копии материнского варианта второй, обе копии материнского варианта третьей — и так далее. А у другого полюса — наоборот: материнские копии первой хромосомы, отцовские копии второй, третьей и т. д. Клетка делится, и теперь у нас есть две клетки, в которых число хромосом стало вдвое меньше, хотя каждая из них пока ещё в двух копиях. Гомологичные хромосомы разошлись, каждая потеряла свою пару. Обе клетки делятся ещё раз, но теперь свою ДНК они не удваивают, и к полюсам расходятся хроматиды — заранее синтезированные копии хромосом. Всё это — то есть оба деления — и называется мейозом. В результате получаются четыре клетки, которые содержат по одной копии одного из гомологичных вариантов каждой хромосомы. Такой хромосомный набор называется гаплоидным, в отличие от диплоидного, когда каждая хромосома представлена двумя гомологичными.

Важно, что при делении клеток-предшественников, из которых получаются яйцеклетки и сперматозоиды, хромосомы в них расходятся по-разному. Например, у одной яйцеклетки есть отцовские варианты первой, второй, пятой, восьмой хромосомы, а третья, четвёртая, шестая и седьмая у неё материнские. У другой яйцеклетки первая — отцовская, а вторая — материнская, остальные ещё как-то распределены. Учитывая, что хромосом — 23, каждая в двух гомологичных вариантах, можно представить, сколько комбинаций может получиться в половых клетках. Смысл происходящего — перетасовать генетический материал, чтобы при оплодотворении получились новые комбинации генов. Эти новые комбинации могут быть более удачными для будущего потомства, а могут быть менее удачными. Если мы живём в изменяющемся мире, перетасовка генов повышает вероятность выживания.

Но вернёмся к нашим близнецам. Теперь мы видим, как половые клетки генетически отличаются друг от друга. И теперь должно быть понятно, почему при оплодотворении двух яйцеклеток двумя сперматозоидами близнецы будут разными. То есть они, конечно, будут в чём-то похожи, ведь у обоих будут гены родителей. Но комбинация генов у каждого всё равно окажется своей соб-ственной, непохожей на комбинацию генов у брата или сестры.

Откуда тогда берутся одинаковые близнецы? Они получаются из одной оплодотворённой яйцеклетки. После оплодотворения яйцеклетка начинает делиться, или, если говорить более точно, — дробиться. Дробление означает, что внутри изначальной большой яйцеклетки появляются множество более мелких. Большой объём яйцеклеточной цитоплазмы как бы нарезается на множество кусочков. В каждом кусочке, разумеется, есть полная копия генома — материнских и отцовских хромосом, объединённых при оплодотворении. В итоге в пределах яйцеклетки появляется клеточная масса, из которой начинает развиваться зародыш. (Для большей понятности мы опускаем здесь многие подробности процесса и сопутствующие термины.)

И вот иногда случается так, что в пределах одной яйцеклетки появляются две такие клеточные массы, которые решают, что обе они достойны дать начало зародышу. То есть всё начинается с одной оплодотворённой яйцеклетки, а не с двух разных, поэтому близнецов и называют однояйцовыми. И поэтому у обоих зародышей будут одинаковые варианты генов — ведь оба они произошли от одной оплодотворённой яйцеклетки. О том, почему так получается, есть много гипотез. Обычно считается, что появление однояйцовых близнецов зависит как от генетических факторов, так и от внегенетических. Факторы эти действуют на клетки, появляющиеся в результате дробления яйца, так, что у них слабеют межклеточные контакты. Из-за того, что контакты слабеют, клетки могут стать достаточно независимыми друг от друга, перестать слышать сигналы друг друга и сформировать две клеточные массы для зародышевого развития.

Однояйцовые близнецы могут быть нестандартными. Например, они порой оказываются разнополыми. Такое случается из-за хромосомных аномалий, когда клетки одного и другого зародыша почему-то получают разный набор половых хромосом. Разнополые однояйцовые близнецы — чрезвычайная редкость. Ещё может сложиться так, что готовая к оплодотворению яйцеклетка почему-то делится надвое. Возникают два идентичных яйца, которые оплодотворяются двумя разными сперматозоидами. Из двух таких яйцеклеток развиваются зародыши, которые формально однояйцовые — ведь опять же всё началось с одного яйца. Но от двух сперматозоидов они получили разные комбинации отцовских хромосом. В результате на свет появятся полуидентичные близнецы — такое развитие событий тоже бывает крайне редко.

И вот тут мы подходим к исследованию в «Nature Genetics», с которого начинали рассказ. На самом деле даже обычные однояйцовые близнецы отличаются друг от друга. Это необязательно видно по их внешности, но если изучить их гены, можно увидеть отличия. Дело в том, что белки, копирующие ДНК, делают случайные ошибки-мутации. Они неизбежны и обусловлены особенностями «копировального аппарата». Конечно, ошибок копирования мало, даже очень мало — иначе ни один живой организм не мог бы жить из-за мутаций. Тем не менее они есть. ДНК нужно копировать каждый раз, когда клетка делится. Теперь представим, сколько клеточных делений отделяет невидимую простым глазом оплодотворённую яйцеклетку от новорождённого младенца. Даже без точного подсчёта понятно, что много.

Сотрудники Университета Исландии и биофармацевтической компании deCODE genetics попытались оценить генетические отличия между однояйцовыми близнецами. Исследователи искали не вообще все мутации, которые формируются между оплодотворением и родами, а только те, которые возникают на самом раннем этапе развития. Оплодотворённая яйцеклетка какое-то время развивается, так сказать, в свободном состоянии, оставаясь не прикреплённой к материнскому организму. На этой стадии зародыш состоит из нескольких сотен клеток. Потом он имплантируется в стенку матки, и дальше некоторая часть его клеток начинает формировать тело плода. Цель работы была в том, чтобы узнать, сколько мутаций возникает в зародыше до имплантации в матку.

Как это можно узнать, не убивая зародыш? Исследователи анализировали геномы 381 пары однояйцовых близнецов, их родителей, их жён, мужей и детей. Во-первых, если мутация возникла уже после оплодотворения, то у родителей близнецов её не обнаружат. Во-вторых, поскольку мутации при копировании возникают случайным образом, то мутации одного близнеца будут отличаться от мутаций другого. В-третьих, если мутация появилась на самом раннем этапе развития, то она в организме будет очень и очень распространена — потому что все клетки тела появляются из горстки клеток, которые только-только имплантировались в матку. Очень раннюю мутацию можно найти, например, в клетках кожи и одновременно в клетках, из которых образуются сперматозоиды и яйцеклетки. Взять клетки кожи на анализ у человека легко, да и клетки мышц и жировой ткани, в общем, тоже. Но вот клетки-предшественники половых клеток взять уже очень непросто. Однако они нам и не нужны: если у человека есть ребёнок, мутации в половых клетках родителя достанутся ребёнку. И в-четвёртых, чтобы убедиться, что эта мутация ребёнку досталась именно от родителя из пары близнецов, нужно проанализировать геном второго родителя.

В итоге оказалось, что геномы обычных однояйцовых близнецов отличаются по ранним мутациям в среднем на 5,2%. Но это в среднем. У 15% такие отличия оказались выражены намного сильнее, чем у остальных. Например, среди участников исследования была пара, в которой у одного близнеца не было ни одной из ранних мутаций, имевшихся у второго. В 39 парах близнецов между ними было более сотни генетических отличий. В то же время у 38 пар никаких отличий из-за ранних мутаций не обнаружили. Как можно было ожидать, большинство мутаций происходили из-за ошибок копирования ДНК, хотя были и такие, которые возникли по другим причинам.

Эти результаты не просто сообщают нам нечто новое о генетике людей и об особенностях эмбрионального развития. Однояйцовые близнецы очень часто участвуют в исследованиях, посвящённых сравнению влияния генетических и внегенетических факторов на развитие человека. Особенно часто такие исследования связаны с мозгом, интеллектом, памятью, эмоциями и прочими когнитивными функциями. Мозг чрезвычайно пластичен и постоянно чему-то учится. И вот, к примеру, как понять, почему ребёнок плохо успевает в школе: он просто, что называется, генетически не предрасположен к хорошей учёбе или тут дело в среде? В действительности дело и в том, и в другом, а сам вопрос нужно ставить иначе: в какой степени та или иная черта обусловлена генетическим портретом, а в какой — влиянием среды. Под средой подразумевают и экологическую обстановку, и вредные привычки, и психологическое состояние, и многое-многое другое.

Понятно, какой бесценный материал представляют тут однояйцовые близнецы. Если гены у них идентичны, то различия между ними можно отнести на счёт среды: она влияет на гены и заставляет их быть более активными или менее активными, что, в свою очередь, сказывается на особенностях физиологии и психики. Сравнивая между собой однояйцовых близнецов, обычных братьев и сестёр и других людей, которые не приходятся друг другу родственниками, можно понять, где заканчивается генетическая обусловленность и где начинается влияние среды.

Теперь использовать однояйцовых близнецов в таких исследованиях нужно с оглядкой. У них придётся читать геном, чтобы уж точно быть уверенными, что те или иные различия между ними действительно происходят от разного влияния среды, а не от случайных копировальных мутаций на раннем этапе эмбрионального развития. Но будем оптимистами: дополнительный генетический контроль позволит лучше узнать функции отдельных генов и одновременно более корректно оценить взаимосвязь генов и среды в развитии человека.

***

Понятия «отцовский вариант хромосомы» или «материнский вариант хромосомы» означают, что ребёнок получил этот вариант от отца и от матери. Это не подразумевает наследования только по женской или мужской линии. Отцовский вариант первой хромосомы у самого отца мог появиться от бабушки. Единственная хромосома, которая действительно передаётся по мужской и только по мужской линии, — это Y-хромосома, одна из половых хромосом.

Поэтому термин «гомологичные хромосомы» более удачен. Кстати, кроме того, что они случайным образом расходятся при делении, они ещё, перед тем как разойтись, обмениваются друг с другом фрагментами самих себя. Отцовский вариант и материнский вариант сближаются и копируют друг в друга фрагменты ДНК-последовательности. Обмен кусками кода между гомологичными хромосомами называется кроссинговером, и он добавляет разнообразия в образующиеся при оплодотворении комбинации генов.

***

Когда из клеток-предшественников образуются сперматозоиды, то из одного предшественника действительно получаются четыре сперматозоида. С яйцеклетками всё иначе: из клетки-предшественника получается одна полноценная яйцеклетка и три так называемых направительных, или полярных, тельца. Это очень маленькие клетки, которые пожертвовали своей цитоплазмой в пользу яйцеклетки и не могут быть оплодотворены.

У однояйцевых близнецов обнаружили общий паттерн метилирования ДНК

Эмбриологи обнаружили, что ДНК однояйцевых близнецов отличается от ДНК разнояйцевых близнецов различным метилированием в 243 позициях. Этот паттерн метилирования сходен для всех монозиготных близнецов, и по нему можно сказать, был ли человек зачат как однояйцевый близнец или нет. Для того чтобы выяснить это, ученые проанализировали образцы крови 924 монозиготных близнецов и 1033 дизиготных близнецов. Больше всего отличий нашли в метилировании регионов рядом с теломерами и центромерами хромосом, а также в генах, участвующих в клеточной адгезии и эмбриогенезе. Исследование опубликовали в Nature Communications.

Монозиготные (однояйцевые) близнецы появляются в результате деления одной зиготы, то есть такие близнецы имеют одинаковый генотип. Примерно 12 процентов от всех беременностей начинается с развития монозиготных близнецов, но в процессе дальнейшего развития один из близнецов погибает. Точные причины образования однояйцевых близнецов не известны, и пока ученые считают, что это случайный процесс.

На ранних этапах эмбриогенеза возникновение монозиготных близнецов совпадает по времени с эпигенетическими изменениями в геноме эмбриона — метилированием и деметилированием. Ученые из семи стран во главе с Доррет Боомсма (Dorret I. Boomsma) из Амстердамского свободного университета предположили, что такие эпигенетические изменения у однояйцевых близнецов могут отличаться от остальных эмбрионов. Чтобы проверить свою гипотезу, исследователи проанализировали образцы крови 1957 человек: из них 924 человека были монозиготными близнецами, а 1033 — дизиготными (разнояйцевыми) близнецами, возникшими после оплодотворения двух разных яйцеклеток.

Оказалось, что ДНК у всех пар однояйцевых близнецов имеет сходный паттерн метилирования, который отличается от паттерна метилирования в ДНК разнояйцевых близнецов в 243 позициях (p < 0,0001). В среднем разница в метилировании составляет 2,2 процента. При этом больше всего отличий в метилировании наблюдали на участках ДНК рядом с теломерами и центромерами хромосом, в зонах гетерохроматина, а также в генах, участвующих в клеточной адгезии и эмбриогенезе.

Кроме этого, ученые разработали алгоритм, с помощью которого можно узнать, был ли человек зачат как однояйцевый близнец, проанализировав его ДНК. Этот метод позволит изучать редкие генетические аномалии, например синдром Беквита-Видемана. Существует гипотеза, что этот синдром развивается у монозиготных близнецов, один из которых впоследствии умирает внутриутробно на ранних стадиях развития.

Пока эмбриологи не могут сказать, является ли особый паттерн метилировании ДНК однояйцевых близнецов следствием, побочным событием или причиной их образования. Для того чтобы определить это, понадобятся новые исследования.

За последние 30 лет доля рождения близнецов от общего числа рождений в популяции по всему миру увеличилась на треть. По словам ученых, важной причиной этого стоит считать огромный рост вспомогательных репродуктивных технологий.

Анастасия Кузнецова-Фантони

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl+Enter.

однояйцевых близнецов не идентичны | Office for Science and Society

Существует распространенное заблуждение родителей, которое возникает, когда вокруг выставляется напоказ термин «однояйцевые близнецы». Идентичные близнецы известны с научной точки зрения как «монозиготные близнецы». Этот термин, победивший в Scrabble, относится к тому факту, что эти типы близнецов возникают, когда один сперматозоид оплодотворяет одну яйцеклетку, чтобы сформировать зиготу, и эта зигота продолжает разделяться на две массы клеток, которые дают начало близнецам. Напротив, разнояйцевые близнецы — это, по сути, обычные братья и сестры, рожденные в одно и то же время. Один сперматозоид оплодотворяет одну яйцеклетку, а другой сперматозоид оплодотворяет другую яйцеклетку в то же время и бинго: разнояйцевые близнецы.

Сообщалось, что большинство родителей однояйцевых близнецов на самом деле считают своих детей разнояйцевыми близнецами, потому что они не идентичны во всех отношениях. Как оказалось, «однояйцевые близнецы» — это неправильное название. Монозиготные близнецы, как их следует называть, отличаются во многих отношениях, в том числе в их ДНК, как подтверждает недавнее исследование.

Близнецовая связь

Люди — не единственные животные, способные производить монозиготных близнецов. Они известны броненосцам, и они также были зарегистрированы у собак, лошадей и свиней, но трудно понять, насколько они распространены среди этих видов. Без тестирования ДНК, как мы узнаем, произошли ли два щенка от одной и той же зиготы? И наоборот, возможно, что многие виды животных могут зачать монозиготных близнецов, но эти близнецы редко выживают при рождении, потому что им приходится делиться питательными веществами, такими как пища и кислород, через одну плаценту, которой может быть недостаточно. Люди стали более искусными в этом: от трех до пяти из 1000 живорождений приходится на монозиготных близнецов. Вероятность рождения близнецов увеличивается с возрастом, числом предыдущих беременностей, использованием вспомогательных репродуктивных технологий и другими факторами.

Близнецы всегда очаровывали человечество, и они были источником множества мифов, в том числе о том, что они наделены экстрасенсорной связью. В конце концов, как еще объяснить, что так много близнецов могут заканчивать предложения друг за друга? Ответ довольно прост, как могут подтвердить давние друзья и партнеры: общий опыт.

Что касается поразительных историй о том, как один близнец знает, что другой находится в опасности, эти анекдоты, как правило, имеют более приземленные объяснения, когда мы углубляемся в них. 2009 годСлучай Джеммы и Линн Хоутон кажется паранормальным. Двое близнецов были подростками, и Джемма внезапно почувствовала необходимость проверить свою сестру. Оказывается, сестра была без сознания в ванне после припадка, и ее вернула к жизни первая помощь Джеммы. Но, как отметил заместитель главного редактора журнала Skeptical Inquirer Бенджамин Рэдфорд в статье о близнецах, у Линн в анамнезе были припадки, и ее сестре было приказано следить за ней. Зная, что сестра принимает ванну одна и не слыша плеска воды, неудивительно, что Джемма пошла проведать ее. Телепатия не нужна.

Но самый стойкий миф о так называемых однояйцевых близнецах заложен в названии. Монозиготные близнецы не идентичны, и это осознание имеет значение для научных исследований.

Это сложнее, чем природа против воспитания

Мы ожидаем, что у монозиготных близнецов будет идентичная ДНК. В конце концов, они происходят из одной сперматозоида (с 23 отцовскими хромосомами) и одной яйцеклетки (с 23 материнскими хромосомами), чтобы произвести клетку с 23 парами хромосом, которая продолжает реплицировать эту ДНК и делиться. , реплицироваться и делиться, пока не появятся две отдельные массы, которые в конечном итоге дадут начало близнецам. Учитывая, что наш геном состоит из 3 миллиардов букв, сравнить ДНК монозиготных близнецов, чтобы увидеть, действительно ли они идентичны, раньше было невозможно. Пришлось использовать короткие пути, такие как тестирование определенных участков ДНК, о которых известно, что они сильно различаются. Однако улучшения в технологии (и ее доступности) теперь позволяют ученым смотреть гораздо глубже, и они обнаруживают, что многие монозиготные близнецы в конце концов не идентичны на уровне ДНК.

Когда ученые недавно прочитали ДНК 381 пары близнецов, они сообщили, что в среднем так называемые однояйцевые пары близнецов различаются на 5,2 мутации. Это крошечный размер в масштабе 3 миллиардов букв, но это средний показатель. Тридцать девять из этих пар фактически различались более чем на 100 мутаций, а 38 пар вообще не отличались на уровне своей ДНК.

Откуда берутся эти мутации? Проще говоря, многие из них возникают из-за того, что фермент, которому поручено копирование нашей ДНК, совершает ошибки, и если эти ошибки не исправить, они остаются в виде мутаций. Чем больше копируется наша ДНК, тем больше возможностей для ошибок. Когда мутация возникает после того, как клеточная масса разделилась на двух близнецов, один близнец получает мутацию, а другой нет. Но даже если мутация возникает до процесса двойникования, она может затронуть только клетки, которые составят одного близнеца, а не другого, или может затронуть некоторые клетки одного близнеца, а это означает, что взрослый близнец будет иметь мутацию в в одних клетках, но не в других, явление, известное как мозаицизм. Но помимо мутаций, есть еще один важный аспект, по которому различаются монозиготные близнецы, и он связан с одной из самых популярных областей исследований: эпигенетикой.

Если генетика объясняет, что, образно говоря, пекари делают хлеб (или что гены производят белки), то эпигенетика детализирует правила и предписания, определяющие, когда пекари пекут хлеб и сколько хлеба они производят. Наше тело эволюционировало по-разному, чтобы диктовать, когда конкретный участок нашей ДНК должен быть активным, и хотя эти эпигенетические маркеры унаследованы от наших родителей, они могут быть обращены вспять и изменяться с течением времени, а это означает, что монозиготные близнецы могут отдаляются друг от друга, потому что их эпигенетика меняется независимо друг от друга. Это немного похоже на строительство одинаковых заводов, но каждый из них управляется разными управленческими командами. Когда вы вернетесь на десять лет спустя, вы заметите тонкие (и не очень) изменения.

Вы можете быть удивлены тем, насколько широкими могут быть некоторые из этих изменений у так называемых однояйцевых близнецов. Почти в трех четвертях случаев аутоиммунных заболеваний у монозиготных близнецов (таких как волчанка и ревматоидный артрит) поражается только один из близнецов. Это известно как «дискордантность по заболеванию», что означает, что у одного близнеца есть заболевание, а у другого нет, и сообщалось о таких состояниях, как гемофилия, рассеянный склероз и мышечная дистрофия Дюшенна. Очень редко у некоторых монозиготных близнецов даже появляются разные половые хромосомы.

Эти наблюдения вписываются в наши более глубокие знания о том, как наши тела формируются под влиянием того, что находится внутри нас, и того, что влияет на нас извне. Раньше наше понимание было очень упрощенным: это либо природа (наша ДНК), либо воспитание (наша среда). Научные исследования близнецов полностью вписываются в эту парадигму. Если вы видели монозиготных близнецов, которые чем-то отличались друг от друга, виновата была их неразделенная среда. Точно так же, если бы монозиготные близнецы были в чем-то более похожи, чем разнояйцевые близнецы (у которых общая только половина ДНК), то это различие можно было бы полностью объяснить генетической изменчивостью. Близнецы использовались как нож, чтобы разрубить дебаты о природе и воспитании, и результаты этих исследований оказались очень информативными.

Но теперь мы понимаем, что ситуация более сложная. ДНК монозиготных близнецов, как правило, не идентична на 100%, а эпигенетические и экологические различия еще больше увеличивают разрыв между парами близнецов. Это не природа или воспитание; это сложное взаимодействие между нашими генами, окружающей средой и нашими эпигенетическими маркерами, которые определяют, кто мы есть и какие болезни нас постигают. И исследователи должны будут принять это во внимание, когда будут использовать близнецов в исследованиях.

Монозиготные близнецы на первый взгляд могут показаться идентичными, но на самом деле в них заложена очень сложная динамика. Телепатии по-прежнему нет, но самая реальная динамика между генами, их регуляторами и окружающей средой бесконечно сложнее и гораздо более завораживает.

Сообщение на память:
— Научный термин для однояйцевых близнецов — «монозиготные близнецы», потому что эти близнецы происходят от одного сперматозоида, оплодотворяющего одну яйцеклетку, которая называется зиготой
— Недавнее исследование ДНК Так называемые однояйцевые близнецы показали, что каждая пара однояйцевых близнецов в среднем отличается на 5,2 мутации в своей ДНК
. Так называемые однояйцевые близнецы могут также различаться по окружающей среде, которой они подвергаются, и по эпигенетическим меткам на их ДНК, которые регулируют насколько активны их гены, что может привести к тому, что у одного близнеца в паре разовьется заболевание, а у другого нет.0003

---

@CrackedScience

Оставьте комментарий!

Имеют ли однояйцевые близнецы одинаковую ДНК?

Насколько то, что делает вас тем, кто вы есть, определяется вашими генами или окружающей средой? Почему один человек может заболеть раком или сердечным заболеванием, а другой нет — это его генетический профиль, что он ел (или не ел), сколько (или как мало) он тренировался или другие факторы образа жизни? Другими словами, это извечный спор о природе и воспитании, где природа относится к нашим генам, которые мы унаследовали от наших родителей, а воспитание означает все переменные в нашем окружении, от того, работали ли мы в ночную смену, проводили ли мы много времени на загаре или редко тренировался. Надежда распутать взаимосвязь между природой и воспитанием — вот почему ученые десятилетиями изучают однояйцевых близнецов.

Что такое идентичный близнец?

В то время как близнецы, которые не похожи друг на друга, называются разнояйцевыми близнецами, однояйцевые близнецы обычно выглядят, ну, идентичными. Научный термин для идентичных близнецов — монозиготные близнецы. Чтобы понять, почему им дали такое название, важно понять, как они формируются. Сначала один сперматозоид соединяется с яйцеклеткой. Яйцеклетка содержит генетический материал (ДНК с генами, которые представляют собой отдельные фрагменты ДНК, несущие унаследованную информацию о вас) от вашей матери с генетическим материалом от вашего отца (найденным в сперме). В результате получается оплодотворенная яйцеклетка (теперь это одна клетка, называемая зиготой), которая многократно делится, образуя скопление клеток, которое в конечном итоге разделяется, образуя два эмбриона. Поскольку они произошли от одной зиготы, эти близнецы называются моно (приставка к слову «один») зиготными близнецами, т. е. однояйцевыми близнецами.

Сравните этот процесс с развитием разнояйцевых близнецов, известных под научным названием дизиготных близнецов — с приставкой «ди», означающей два. Они образуются, когда две яйцеклетки оплодотворяются двумя сперматозоидами, в результате чего образуются две зиготы. Каждый многократно делится на два скопления клеток, которые образуют два эмбриона.

Полуидентичные близнецы и близнецы других типов

Несмотря на название, однояйцевые близнецы редко бывают полностью идентичными. Их тон кожи, вес, рост или личность, если назвать несколько характеристик, могут быть разными. Как это произошло?

Каждый раз, когда клетка делится — как это происходит в развивающемся эмбрионе — ваша ДНК должна реплицироваться, а это очень сложный процесс. По словам Риты Кантор, доктора философии, почетного профессора генетики человека в Медицинской школе Дэвида Геффена в Калифорнийском университете в Лос-Анджелесе, «репликация клеток не является идеальным процессом, и ошибки случаются». Ошибка — и ошибка, не исправленная механизмами восстановления тела — приводит к крошечному изменению в ДНК, называемому мутацией. Мутация может произойти с самого первого деления клетки после оплодотворения яйцеклетки, а может произойти позже, после образования двух «идентичных» эмбрионов.

Доктор Кантор объясняет, что в большинстве случаев пара однояйцевых близнецов разделяется на одну и ту же ДНК. Однако, продолжает она, недавний отчет показал, что некоторые развивающиеся эмбрионы-близнецы уже могут иметь генетические различия. Это исследование, проведенное в Исландии, рассмотрело почти 400 наборов однояйцевых близнецов и обнаружило, что 12% исследованных однояйцевых близнецов имели до 100 генетических различий. Но это по-прежнему считается незначительной разницей, учитывая, что генетический код человека огромен. По сути, хотя однояйцевые близнецы не имеют одинаковой ДНК, они генетически похожи.

Как сделать близнецов однояйцевыми или разнояйцевыми?

Между близнецами могут быть различия из-за взаимодействий окружающей среды с их генетическим материалом. Другими словами, клетки одного из близнецов могут экспрессировать свою ДНК иначе, чем у другого близнеца.

Несмотря на то, что ДНК можно рассматривать как рецепт — фактически книгу рецептов — для всего, что связано с вами, многие факторы могут влиять на то, как рецепты выполняются или выражаются. Это как если бы несколько разных кондитеров пекли торт с шоколадной помадкой. Они могут полагаться на один и тот же рецепт, но пирожные получаются немного разными из-за разных техник приготовления, разных духовок и так далее.

Даже если близнецы имеют одинаковую ДНК, окружающая среда (даже в утробе матери) влияет на экспрессию их генов. Это может привести к различиям в характере, здоровье и внешности. Ученые обнаружили, что различные факторы окружающей среды (такие как курение, диета, физические упражнения и уровень стресса) могут влиять на наши гены, повышая активность гена, замедляя ее или даже полностью сокращая ее активность.

По словам Александрии Хейсли, консультанта по генетике в Институте геномной медицины Кливлендской клиники, «Многие исследования показали, что с возрастом генетические различия становятся больше». Это происходит из-за накопления ошибок в ДНК, а также из-за воздействия факторов окружающей среды.

Одинаков ли риск различных заболеваний у однояйцевых близнецов?

Не обязательно. Однояйцевые близнецы могут отличаться по целому ряду заболеваний и состояний. По словам Хейзли, «если в гене происходит генетическое изменение, которое влияет на его функцию, могут возникнуть проблемы со здоровьем». Близнецы могут различаться по риску развития рака, ревматоидного артрита или других заболеваний. Когда ученые изучали шизофрению у однояйцевых близнецов, они обнаружили, что между близнецами существуют различия с точки зрения генов, связанных с этим заболеванием: у одного из них есть заболевание, а у другого нет. Если, например, генетическое изменение происходит в гене, связанном с пороками сердца, у этого человека может развиться заболевание сердца, или если у одного из близнецов есть ген, влияющий на риск рака, у них может быть повышенный шанс развития этого рака, но другие факторы как окружающая среда также играют роль.

Доктор Кантор объясняет, что у одного из близнецов может быть определенное заболевание, если в гене, предрасполагающем к этому заболеванию, происходит изменение, а окружающая среда близнеца также способствует повышенному риску этого заболевания. Например, у одного из близнецов может быть высокий уровень триглицеридов (жиров в крови), если у них есть генетические изменения в печени, которая связана с метаболизмом триглицеридов, и если этот близнец также употребляет пищу с высоким содержанием жиров. С другой стороны, если оба близнеца имеют одинаковую ДНК, но один из них сильно набирает вес, этот фактор также может спровоцировать повышение уровня триглицеридов.

Могут ли генетические различия повлиять на реакцию одного близнеца на COVID-19?

Да. По словам доктора Кантора, «совсем недавно были обнаружены близнецовые различия в реакции на заражение вирусом SARS-CoV-2, вирусом, ответственным за COVID-19». Например, врачи видели, что один из однояйцевых близнецов может заболеть настолько, что его необходимо госпитализировать, в то время как у другого болезнь протекает относительно легко. Это может быть связано с различиями в том, как иммунная система отдельных близнецов защищается от вторгающегося вируса, или в том, как защитные силы организма предупреждают другие клетки о присутствии вируса. Может быть, это связано с тем, что генетические различия облегчают проникновение вируса в клетки или чрезмерную реакцию иммунной системы на вторгшиеся вирусы, что может привести к обширному повреждению тканей, или потому, что организм вызывает сильную лихорадку и боли в теле в ответ на вирусы. инфекция.

• Генетические различия у однояйцевых близнецов: Nature Genetics. 2021. «Различия между геномами зародышевой линии монозиготных близнецов». https://www.nature.com/articles/s41588-020-00755-1
• Как взаимодействуют окружающая среда и гены. Международный журнал молекулярных наук . 2018. «Влияние питания и эпигенетики окружающей среды на здоровье и болезни человека». https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC6275017/
• Различные риски заболеваний среди однояйцевых близнецов: Иммунология, аутоиммунология и офтальмология Грейвса .