Прежде чем перейти к статье, хочу вам представить, экономическую онлайн игру Brave Knights, в которой вы можете играть и зарабатывать. Регистируйтесь, играйте и зарабатывайте!
Персональные ДНК тесты открывают новые возможности для исследования своего организма.
В этой статье я бы хотел привести пример, как самостоятельно найти информацию для интерпретации необработанных генетических данных, которые обычно можно скачать с сайта компании, где вы заказали тест.
Давайте рассмотрим что-нибудь не страшное вроде болезни Альцгеймера а безобидное вроде «возможность чувствовать горький вкус от некоторых веществ».
Первое, в чем надо разобраться, это как вообще мы можем ощущать вкус и как в теории на это может влиять генетика (и что мы имеем ввиду под «генетикой» в данном случае).
Мы ощущаем вкус благодаря молекулам — рецепторам. Термин рецептор был введен немецким ученым лауреатом Нобелевской премии Паулем Эрлихом. Подробнее историю возникновения концепции рецепторов можно изучить тут.
Посмотрим детальнее на то как работают мембранные рецепторы.
Схема работы мембранного рецептора
Мембранные рецепторы это белки, находящиеся в оболочках (мембранах) клеток. Удобно думать о рецепторах как о клеточных сенсорах, которые реагируют на специфические изменения среды снаружи клетки. Изменения могут касаться, например, концентрации каких-то веществ, есть также рецепторы, реагирующие на физические изменения окружающей среды — например рецепторы на фотоны.
Важным свойством рецептора является его избирательность. Рецепторы будут реагировать на строго определенные молекулы (или молекулы, содержащие определенные составляющие в своей структуре), окружающие клетку. Такие молекулы называют лигандами. От взаимодействия с лигандами рецептор посылает сигнал внутрь клетки. Существует много различных механизмов действия этих сигналов — например выпуск определенных химических веществ внутрь клетки от рецептора.
Как вы уже догадались, вкус еды определяется наличием в ней лиганд, которые взаимодействуют со вкусовыми рецепторами. Расхожим мнением считается, что восприятие вкуса возникло в ходе эволюции чтобы помочь животным отделять опасные для них токсичные «невкусные» вещества от питательных «вкусных».
Считается, что люди способны отличать пять вкусов: горький, кислый, соленый, сладкий и умами (мясной). Горький вкус сигнализирует о наличии вредных веществ в еде, кислый и горький могут сигнализировать о том, что еда испортилась. Основным источником соленого вкуса являются соли натрия, хотя некоторые минеральные вещества тоже кажутся для нас солеными. Сладкий вкус сигнализирует о наличии высокоэнергетичных углеводов, тогда как вкус умами сигнализирует о наличии в еде белков.
Не все «вкусы» мы чувствуем благодаря рецепторам. Например, соли могут напрямую проходить сквозь клеточные мембраны и уже внутри клеток создавать каскад химических реакций, которые мы воспринимаем как вкус.
В ходе исследований вкуса, было предложено довольно много различных белков — кандидатов во вкусовые рецепторы. Таблицу с такими кандидатами можно посмотреть, например, в статье 2007 года (таблицы 1 и 2 приложения). Тем не менее, этот список, скорее всего, не окончательный и новые кандидаты в рецепторы будут регулярно пересматриваться.
Рецепторы это сложные молекулы, состоящие из тысяч атомов и выполняющие очень специфические функции. Если немного изменить структуру рецептора, то его свойства могут сильно измениться и, например, перестать взаимодействовать с определенными лигандами. В этом случае, человек или другой живой организм с данным рецептором потеряет чувствительность к определенным веществам.
Какая связь между большими белками рецепторами и ДНК? Скорее всего, для большинства людей, изучавших биологию в школе это элементарно, но я все же повторю. Связь эта выражена в "Центральной догме молекулярной биологии". Клетки «читают» код ДНК, чтобы синтезировать белки — которые представляют большие молекулы, состоящие из аминокислот. Вообще весь процесс идет через промежуточную молекулу РНК, но опустим детали в этой статье. Итак код ДНК состоит из четырех букв — A, T, G и C. Чтобы синтезировать белки клетки читают эти буквы по три за раз. Комбинации из трех букв подряд называются триплетами. Читая каждый триплет клетка добавляет к белку какую-то из 20 аминокислот. Какой триплет кодирует какую аминокислоту показано в таблице.
Таблица как кодируются аминокислоты
За эту таблицу ее авторы получили Нобелевскую премию в 1968 году и потратили несколько лет на ее создание. Здесь правда триплеты указаны в коде РНК, а не ДНК, в которой буква T заменена на букву U, но сути это не меняет. Таким образом рецепторы это белки, которые тело построило на основе какого-то участка ДНК, называемого геном, и последовательность аминокислот, а также что за аминокислоты находятся в этом белке определено последовательностью нуклеотидов (букв A, T, G или C) в ДНК на основе правил из таблицы выше.
Представим, что у нас есть последовательность РНК: AUG-СCA-CGU-… Прочитав ее клетка синтезирует белок Метионин-Пролин-Аргинин-… Количество аминокислот в белках обычно исчисляется сотнями или тысячами единиц. Например, белок TAS2R38, являющийся как раз рецептором для горького вкуса имеет 333 аминокислоты в своем составе.
Теперь давайте представим, что в ДНК произошла мутация и во втором триплете первая C поменялась на G и итоговая комбинация стала AUG-GCA-CGU-… или в аминокислотах: Метионин-Аланин-Аргинин… Теперь, читая нашу последовательность клетка начнет синтезировать уже немного другой белок, у которого будут другие свойства.
Именно такая мутация может возникнуть в гене TAS2R38, кодирующем белок — рецептор горького вкуса как ни странно тоже называющийся TAS2R38. Аббревиатура P49A значит, что в аминокислоте номер 49 белка TAS2R38 произошла замена пролина(P) на аланин(A) — у каждой аминокислоты есть краткие обозначения из трех и одной буквы.
Теперь немного информации про белок TAS2R38. В 1931 году сотрудник компании DuPont Артур Фокс случайно просыпал пыль состоящую из вещества фенилтиокарбамид (также PTC или PTU). Его коллега начал жаловаться на горький вкус от облака пыли PTC, хотя сам Фокс ничего не чувствовал. По какой-то причине Фокс начал тестировать других людей на восприятие вкуса PTC и обнаружил что это свойство передается по наследству. Как пишет википедия, восприятие вкуса PTC раньше использовалось для тестов на отцовство. Позже было также выяснено, что ген, ответственный за восприятие вкуса PTC находится на 7й хромосоме и в 2003 было установлено, что этим геном является TAS2R38. В 2005 году были найдены отдельные мутации в гене, которые приводили к отсутствию чувствительности. Подробнее об истории TAS2R38 можно почитать в статье 2011 года.
Что же за замены аминокислот могут возникнуть в TAS2R38 и привести к неспособности чувствовать горький вкус? Ответ P49A, A262V и V296I — вы ведь уже знаете как их интерпретировать, правда? Детальнее доступно в той же статье 2011 года.
Итак, вы сдали ДНК тест, и хотели бы узнать, чувствуете вы горечь от фенилтиокарбамида или нет. Это можно сделать несколькими путями. Во-первых, многие тесты по умолчанию дадут вам информацию. Например, при покупке варианта с опцией здоровья, 23andme предоставит отчет на основе замены P49A, ancestryDNA за дополнительные деньги также даст отчет по TAS2R38 — правда не знаю на основе какой именно замены. Отечественные генотек и атлас, скорее всего, также дадут вам эту информацию из коробки — я правда не нашел именно восприятие горького вкуса в примерах отчетов на их сайтах, может это как-то по-другому называется.
Предположим, вы хотите сами посмотреть есть ли у вас упомянутые в статье замены. Для этого откроем статью 2011 года и внимательно посмотрим на график 4:
Изображения под номером 4 из статьи 2011 года A — манхэттенский график, C — зависимость между порогом чувствительности вещества PROP и генотипом в rs10246939
Тут на рисунке А изображен манхэттенский график, на котором по горизонтальной оси отложены различные маркеры, сгруппированные по хромосомам. Помните, в статье я писал, что замена C на G изменяет аминокислоту в белке? Так вот маркер относится к обозначению места где C может поменяться на G и в рассмотренном выше случае маркер обозначается rs713598. По вертикальной оси рисунка А отложен логарифм от p-значения и все это умножено на -1. Генетики ищут такие маркеры, для которых p-значение (может быть от 0 до 1) очень мало. Поэтому если взять логарифм от очень маленького числа, близкого к 0 и умножить его на -1 получится большое число, которое сразу видно на графике. И тут видно, что самые маленькие p-значения были найдены для маркеров обозначенных rs713598 и rs10246939. В статье также приведено, что эти маркеры отвечают за замены P49A и V296I соответственно.
Маленькое p-значение для маркера говорит, что между тем, что находится в данном маркере и восприятием горького вкуса действительно есть взаимосвязь. Теперь нам известно как минимум два маркера, которые ассоциируются, согласно исследованиям с восприятием горечи от пропилтиоурацила — также PROP (обладает теми же свойствами в плане горечи что и фенилтиокарбамид, но безопаснее). Остается вопрос какая буква в маркере ассоциируется с восприятием горечи, а какая нет. Это также можно прочесть в статье 2011 года. Кроме этого, есть еще рисунок C под манхэттенским графиком. Здесь по горизонтальной оси отложены возможные буквы в маркере rs10246939, а по вертикальной оси порог чувствительности PROP. То есть по вертикальной оси отложена минимальная концентрация при которой люди могли чувствовать горечь от PROP. Опять же от концентрации взят логарифм чтобы график был «красивее».
И тут оказывается, что люди с CC (я думаю там опечатка, должно быть CC а не CG, но специально оставил как в оригинале), чувствуют горечь от PROP, когда вещество имеет меньшую концентрацию, чем люди с TT в rs10246939. Аналогично можно выяснить, что для rs713598 хотя бы одна G даст возможность чувствовать горечь.
Вооружившись этими знаниями, вы можете скачать raw data с сайта компании, где вы заказали тест. Далее, распаковав zip архив (обычно файл заархивирован) и открыв файл любой удобной программой, вы можете поискать rs10246939 и rs713598. В моем случае rs713598 — CG и rs10246939 — СС, что значит, что я скорее почувствую вкус горечи от PROP. Пока я это не проверял.
Вы также можете загрузить свои данные на https://promethease.com/, https://genomelink.io/, https://www.xcode.life/ и эти сервисы сформируют вам отчет по вашим свойствам и не придется искать маркеры в своем файле самостоятельно. Сервисов по расшифровке ДНК сейчас довольно много, https://genotek.ru/ сейчас предлагает такие услуги, довольно новой платформой в плане расшифровки является https://ru.bezoder.com. Там вы сами можете создавать шаблоны для анализа своего ДНК и пользоваться шаблонами других.
Как видите, в целом поиск маркеров и свойств это поиск и интерпретация научной литературы.
Мы рассмотрели любопытную связь генетики и реального свойства организма. Однако, возможно, восприятие вкуса горечи это не самое увлекательное свойство, которое может раскрыть генетический тест. Количество маркеров в индивидуальных ДНК тестах превышает 600 тысяч и каждый из них может указать на менее безобидные особенности вашего организма как склонность к онкологическим заболеваниям, болезни Альцгеймера и многому другому. Более того, некоторые маркеры отвечают сразу за несколько свойств организма, т.к. одинаковые белки могут выполнять разные функции в различных клетках организма. Например, недавно стало известно, что версии белков APOE, ассоциирующиеся с возникновением болезни Альцгеймера также влияют на тяжесть протекание Covid 19. Возможно, белок APOE синтезируется клетками не только в голове но и где-то в дыхательной системе.
В этой статье я бы хотел привести пример, как самостоятельно найти информацию для интерпретации необработанных генетических данных, которые обычно можно скачать с сайта компании, где вы заказали тест.
Давайте рассмотрим что-нибудь не страшное вроде болезни Альцгеймера а безобидное вроде «возможность чувствовать горький вкус от некоторых веществ».
Первое, в чем надо разобраться, это как вообще мы можем ощущать вкус и как в теории на это может влиять генетика (и что мы имеем ввиду под «генетикой» в данном случае).
Мы ощущаем вкус благодаря молекулам — рецепторам. Термин рецептор был введен немецким ученым лауреатом Нобелевской премии Паулем Эрлихом. Подробнее историю возникновения концепции рецепторов можно изучить тут.
Посмотрим детальнее на то как работают мембранные рецепторы.
Схема работы мембранного рецептора
Мембранные рецепторы это белки, находящиеся в оболочках (мембранах) клеток. Удобно думать о рецепторах как о клеточных сенсорах, которые реагируют на специфические изменения среды снаружи клетки. Изменения могут касаться, например, концентрации каких-то веществ, есть также рецепторы, реагирующие на физические изменения окружающей среды — например рецепторы на фотоны.
Важным свойством рецептора является его избирательность. Рецепторы будут реагировать на строго определенные молекулы (или молекулы, содержащие определенные составляющие в своей структуре), окружающие клетку. Такие молекулы называют лигандами. От взаимодействия с лигандами рецептор посылает сигнал внутрь клетки. Существует много различных механизмов действия этих сигналов — например выпуск определенных химических веществ внутрь клетки от рецептора.
Как мы чувствуем вкус?
Как вы уже догадались, вкус еды определяется наличием в ней лиганд, которые взаимодействуют со вкусовыми рецепторами. Расхожим мнением считается, что восприятие вкуса возникло в ходе эволюции чтобы помочь животным отделять опасные для них токсичные «невкусные» вещества от питательных «вкусных».
Считается, что люди способны отличать пять вкусов: горький, кислый, соленый, сладкий и умами (мясной). Горький вкус сигнализирует о наличии вредных веществ в еде, кислый и горький могут сигнализировать о том, что еда испортилась. Основным источником соленого вкуса являются соли натрия, хотя некоторые минеральные вещества тоже кажутся для нас солеными. Сладкий вкус сигнализирует о наличии высокоэнергетичных углеводов, тогда как вкус умами сигнализирует о наличии в еде белков.
Не все «вкусы» мы чувствуем благодаря рецепторам. Например, соли могут напрямую проходить сквозь клеточные мембраны и уже внутри клеток создавать каскад химических реакций, которые мы воспринимаем как вкус.
В ходе исследований вкуса, было предложено довольно много различных белков — кандидатов во вкусовые рецепторы. Таблицу с такими кандидатами можно посмотреть, например, в статье 2007 года (таблицы 1 и 2 приложения). Тем не менее, этот список, скорее всего, не окончательный и новые кандидаты в рецепторы будут регулярно пересматриваться.
Рецепторы это сложные молекулы, состоящие из тысяч атомов и выполняющие очень специфические функции. Если немного изменить структуру рецептора, то его свойства могут сильно измениться и, например, перестать взаимодействовать с определенными лигандами. В этом случае, человек или другой живой организм с данным рецептором потеряет чувствительность к определенным веществам.
Рецепторы и ДНК
Какая связь между большими белками рецепторами и ДНК? Скорее всего, для большинства людей, изучавших биологию в школе это элементарно, но я все же повторю. Связь эта выражена в "Центральной догме молекулярной биологии". Клетки «читают» код ДНК, чтобы синтезировать белки — которые представляют большие молекулы, состоящие из аминокислот. Вообще весь процесс идет через промежуточную молекулу РНК, но опустим детали в этой статье. Итак код ДНК состоит из четырех букв — A, T, G и C. Чтобы синтезировать белки клетки читают эти буквы по три за раз. Комбинации из трех букв подряд называются триплетами. Читая каждый триплет клетка добавляет к белку какую-то из 20 аминокислот. Какой триплет кодирует какую аминокислоту показано в таблице.
Таблица как кодируются аминокислоты
За эту таблицу ее авторы получили Нобелевскую премию в 1968 году и потратили несколько лет на ее создание. Здесь правда триплеты указаны в коде РНК, а не ДНК, в которой буква T заменена на букву U, но сути это не меняет. Таким образом рецепторы это белки, которые тело построило на основе какого-то участка ДНК, называемого геном, и последовательность аминокислот, а также что за аминокислоты находятся в этом белке определено последовательностью нуклеотидов (букв A, T, G или C) в ДНК на основе правил из таблицы выше.
Представим, что у нас есть последовательность РНК: AUG-СCA-CGU-… Прочитав ее клетка синтезирует белок Метионин-Пролин-Аргинин-… Количество аминокислот в белках обычно исчисляется сотнями или тысячами единиц. Например, белок TAS2R38, являющийся как раз рецептором для горького вкуса имеет 333 аминокислоты в своем составе.
Теперь давайте представим, что в ДНК произошла мутация и во втором триплете первая C поменялась на G и итоговая комбинация стала AUG-GCA-CGU-… или в аминокислотах: Метионин-Аланин-Аргинин… Теперь, читая нашу последовательность клетка начнет синтезировать уже немного другой белок, у которого будут другие свойства.
Именно такая мутация может возникнуть в гене TAS2R38, кодирующем белок — рецептор горького вкуса как ни странно тоже называющийся TAS2R38. Аббревиатура P49A значит, что в аминокислоте номер 49 белка TAS2R38 произошла замена пролина(P) на аланин(A) — у каждой аминокислоты есть краткие обозначения из трех и одной буквы.
Теперь немного информации про белок TAS2R38. В 1931 году сотрудник компании DuPont Артур Фокс случайно просыпал пыль состоящую из вещества фенилтиокарбамид (также PTC или PTU). Его коллега начал жаловаться на горький вкус от облака пыли PTC, хотя сам Фокс ничего не чувствовал. По какой-то причине Фокс начал тестировать других людей на восприятие вкуса PTC и обнаружил что это свойство передается по наследству. Как пишет википедия, восприятие вкуса PTC раньше использовалось для тестов на отцовство. Позже было также выяснено, что ген, ответственный за восприятие вкуса PTC находится на 7й хромосоме и в 2003 было установлено, что этим геном является TAS2R38. В 2005 году были найдены отдельные мутации в гене, которые приводили к отсутствию чувствительности. Подробнее об истории TAS2R38 можно почитать в статье 2011 года.
Что же за замены аминокислот могут возникнуть в TAS2R38 и привести к неспособности чувствовать горький вкус? Ответ P49A, A262V и V296I — вы ведь уже знаете как их интерпретировать, правда? Детальнее доступно в той же статье 2011 года.
Как это применимо к ДНК тестам?
Итак, вы сдали ДНК тест, и хотели бы узнать, чувствуете вы горечь от фенилтиокарбамида или нет. Это можно сделать несколькими путями. Во-первых, многие тесты по умолчанию дадут вам информацию. Например, при покупке варианта с опцией здоровья, 23andme предоставит отчет на основе замены P49A, ancestryDNA за дополнительные деньги также даст отчет по TAS2R38 — правда не знаю на основе какой именно замены. Отечественные генотек и атлас, скорее всего, также дадут вам эту информацию из коробки — я правда не нашел именно восприятие горького вкуса в примерах отчетов на их сайтах, может это как-то по-другому называется.
Предположим, вы хотите сами посмотреть есть ли у вас упомянутые в статье замены. Для этого откроем статью 2011 года и внимательно посмотрим на график 4:
Изображения под номером 4 из статьи 2011 года A — манхэттенский график, C — зависимость между порогом чувствительности вещества PROP и генотипом в rs10246939
Тут на рисунке А изображен манхэттенский график, на котором по горизонтальной оси отложены различные маркеры, сгруппированные по хромосомам. Помните, в статье я писал, что замена C на G изменяет аминокислоту в белке? Так вот маркер относится к обозначению места где C может поменяться на G и в рассмотренном выше случае маркер обозначается rs713598. По вертикальной оси рисунка А отложен логарифм от p-значения и все это умножено на -1. Генетики ищут такие маркеры, для которых p-значение (может быть от 0 до 1) очень мало. Поэтому если взять логарифм от очень маленького числа, близкого к 0 и умножить его на -1 получится большое число, которое сразу видно на графике. И тут видно, что самые маленькие p-значения были найдены для маркеров обозначенных rs713598 и rs10246939. В статье также приведено, что эти маркеры отвечают за замены P49A и V296I соответственно.
Маленькое p-значение для маркера говорит, что между тем, что находится в данном маркере и восприятием горького вкуса действительно есть взаимосвязь. Теперь нам известно как минимум два маркера, которые ассоциируются, согласно исследованиям с восприятием горечи от пропилтиоурацила — также PROP (обладает теми же свойствами в плане горечи что и фенилтиокарбамид, но безопаснее). Остается вопрос какая буква в маркере ассоциируется с восприятием горечи, а какая нет. Это также можно прочесть в статье 2011 года. Кроме этого, есть еще рисунок C под манхэттенским графиком. Здесь по горизонтальной оси отложены возможные буквы в маркере rs10246939, а по вертикальной оси порог чувствительности PROP. То есть по вертикальной оси отложена минимальная концентрация при которой люди могли чувствовать горечь от PROP. Опять же от концентрации взят логарифм чтобы график был «красивее».
И тут оказывается, что люди с CC (я думаю там опечатка, должно быть CC а не CG, но специально оставил как в оригинале), чувствуют горечь от PROP, когда вещество имеет меньшую концентрацию, чем люди с TT в rs10246939. Аналогично можно выяснить, что для rs713598 хотя бы одна G даст возможность чувствовать горечь.
Вооружившись этими знаниями, вы можете скачать raw data с сайта компании, где вы заказали тест. Далее, распаковав zip архив (обычно файл заархивирован) и открыв файл любой удобной программой, вы можете поискать rs10246939 и rs713598. В моем случае rs713598 — CG и rs10246939 — СС, что значит, что я скорее почувствую вкус горечи от PROP. Пока я это не проверял.
Вы также можете загрузить свои данные на https://promethease.com/, https://genomelink.io/, https://www.xcode.life/ и эти сервисы сформируют вам отчет по вашим свойствам и не придется искать маркеры в своем файле самостоятельно. Сервисов по расшифровке ДНК сейчас довольно много, https://genotek.ru/ сейчас предлагает такие услуги, довольно новой платформой в плане расшифровки является https://ru.bezoder.com. Там вы сами можете создавать шаблоны для анализа своего ДНК и пользоваться шаблонами других.
Как видите, в целом поиск маркеров и свойств это поиск и интерпретация научной литературы.
Мы рассмотрели любопытную связь генетики и реального свойства организма. Однако, возможно, восприятие вкуса горечи это не самое увлекательное свойство, которое может раскрыть генетический тест. Количество маркеров в индивидуальных ДНК тестах превышает 600 тысяч и каждый из них может указать на менее безобидные особенности вашего организма как склонность к онкологическим заболеваниям, болезни Альцгеймера и многому другому. Более того, некоторые маркеры отвечают сразу за несколько свойств организма, т.к. одинаковые белки могут выполнять разные функции в различных клетках организма. Например, недавно стало известно, что версии белков APOE, ассоциирующиеся с возникновением болезни Альцгеймера также влияют на тяжесть протекание Covid 19. Возможно, белок APOE синтезируется клетками не только в голове но и где-то в дыхательной системе.
