Специалист по молекулярной биологии Тобиас Варнеке (Tobias Warnecke), работающий в Национальном институте медицинских исследований в Лондоне, и его коллеги сумели ответить на вопрос, волновавший ученых 170 лет: почему у ряда видов оленей эритроциты – красные клетки крови – имеют нестандартную форму.
Обычно эритроциты млекопитающих имеют форму диска с вогнутым центром. Известно лишь считанное количество исключений. У верблюдов и лам эритроциты овальной формы. У мелких копытных из семейства оленьковых (Tragulidae), живущих в лесах Юго-Восточной Азии, эритроциты сферические. Но удивительнее всего дело обстоит с оленями (семейство Cervidae). У многих видов, в том числе благородного оленя (Cervus elaphus) и североамериканского оленя вапити (Cervus canadensis), эритроциты серповидные, а иногда могут быть веретеновидными, ланцетными и даже иметь форму неправильных многоугольников.
Отклонения в форме эритроцитов встречаются и у людей, страдающих серповидноклеточной анемией. Эта болезнь вызывается мутацией в гене, кодирующем β-глобин – одну из субчастиц молекулы гемоглобина. Мутация приводит к изменению формы белковой молекулы в красных клетках крови (вместо гемоглобина A появляется гемоглобин S). Эритроциты с дефектным гемоглобином приобретают характерную серповидную форму.
Такие эритроциты разрушаются чаще обычных, что влечет за собой постоянную анемию, так как из-за гибели эритроцитов ткани получают мало кислорода. К тому же серповидные эритроциты менее пластичны и хуже способны проходить через узкие капилляры. Частая закупорка капилляров у больных приводит к различным нарушениям, появлению тромбоза в печени и селезенке, артриту, язвам на ногах, к тому же для них всегда характерна анемия и постоянная усталость. В некоторых случаях закупорка капилляров сетчатки глаза может привести к слепоте. Обычно больные живут не более 50 лет, но только в случае, если болезнь проявляется не в самой тяжелой форме. Единственной формой непаллиативного лечения для таких больных до последнего времени была пересадка донорского костного мозга, и лишь недавно ученые стали разрабатывать методы генной терапии этой болезни (об успешном испытании можно прочитать в отдельном очерке). Но может ли что-то объединять больных серповидноклеточной анемией с оленями?
Чтобы установить генетическую основу необычных эритроцитов у оленей, Тобиас Варнеке и его коллеги собрали для выделения ДНК образцы мышц и крови 15 видов оленей со всего мира. Большинство образцов были предоставлены зоопарками, но, по признанию Варнеке, чтобы добыть образцы лося и северного оленя, ученые заказали стейки в фирме, специализирующейся на блюдах из необычных сортов мяса.
Ученые сосредоточились на анализе аминокислотных последовательностей β-глобина у оленей. У трех видов (лося, американского лося и северного оленя) эритроциты стандартной формы. Если сравнивать их β-глобин с другими оленями, у которых серповидные эритроциты, то обнаружится отличие в одну аминокислоту. На определенной позиции вместо глутаминовой кислоты у оленей с серповидными эритроцитами находится аминокислота валин. Замена глутаминовой кислоты на валин присутствует и у людей с серповидноклеточной анемией, но она наблюдается совсем в другом участке β-глобина.
Вывод о ключевой роли этой аминокислотной замены в определении формы молекулы β-глобина, а значит и формы всего эритроцита, ученые изложили в статье, опубликованной журналом Nature Ecology and Evolution. Они замечают, что в отличие от людей с серповидными эритроцитами, олени чувствуют себя превосходно. Роль необычной формы их эритроцитов и преимущества, которые она дает, еще предстоит выяснить.
Возможно, серповидные эритроциты оленей дают им то же, что получают и люди с серповидноклеточной анемией. Вряд ли эта болезнь сохранялась бы у людей на протяжении веков, если бы не одно весомое преимущество. Люди с серповидными эритроцитами обладают повышенной устойчивостью к заражению малярией. Малярийный плазмодий оказывается неспособным поселиться в их эритроцитах. Поэтому гены серповидноклеточной анемии не исчезают из человеческих популяций в Африке и Азии, где распространена малярия. Если человек гетерозиготен, то есть имеет только одну мутантную форму гена β-глобина из двух, серповидноклеточной анемией он не страдает, но и от малярии он защищен. Проблемы возникают, когда дефектные гены получены от обоих родителей.
Своя малярия имеется и у оленей. Малый оленек, или яванский малый канчиль (Tragulus javanicus) поражается малярийным плазмодием вида Plasmodium traguli. А живущий в Северной и Южной Америке белохвостый олень (Odocoileus virginianus) – плазмодием Plasmodium odocoilei. Ученые теперь планируют заняться выяснением, связаны ли вариации формы эритроцитов у оленей с вероятностью их заражения малярией.
