Аннотация курса «Популяционная геномика» (О.П. Балановский

Аннотация курса «Популяционная геномика» (О.П. Балановский)
Изменчивость генома пронизывает все уровни организации живой материи – от
молекулярного до популяционного. На популяционном уровне понятие «геном»
трансформируется в понятие «генофонд». Ключевыми вопросами являются описание
пространственной структуры генофонда, его динамики во времени и понимание причин
изменений, происходящих в генофонде. Из всех биологических видов генофонд человека
является не только наиболее подробно изученным, но и наиболее важным практически.
Структура генофонда, и в первую очередь паттерны его изменчивости в
географическом пространстве выявляется на основе экспериментальных исследований: в
экспедициях собираются биологические образцы от населения разных территорий, в
образцах определяются характеристики ДНК тех или иных отделов генома (генетические
маркеры) и разные популяции сравниваются друг с другом. В качестве генетических
маркеров или их аналогов могут выступать самые различные признаки (от
митохондриальной ДНК, Y-хромосомы, полных последовательностей генома до групп
крови, антропологических характеристик и даже фамилий), но результаты их изучения
обычно выявляют одни и те же закономерности в структуре генофонда. Уже описаны
генофонды всех континентов и большинства народов мира, и основным вопросом стал
поиск общих (глобальных) закономерностей в лавине частных фактов. Количественный
прогресс в этой области определяется бурным развитием технологий экспериментального
анализа ДНК, но качественный прогресс зависит от разработки методов анализа.
Традиционными методами являются многомерная статистика и тематическая
картография, объединяемые понятием «геногеография». С конца 20 века большое
значение приобрели методы филогенетического анализа и молекулярных часов. В самые
последние годы значимые результаты начали давать и биоинформационные методы.
Динамику генофонда во времени можно изучать как ретроспективно, так и
экспериментально. Традиционный, ретроспективный путь основан на реконструкции
истории генофонда по его современной географической изменчивости («География – это
История в пространстве»). Не имея формальной логической неопровержимости (всегда
можно предложить альтернативную, пусть и маловероятную, гипотезу) это направление
основывается на огромном массиве экспериментальных данных, опирается на твердо
установленные закономерности, позволило сформулировать ключевые вопросы об
истории генофонда человечества и установить спектр возможных ответов на них.
Экспериментальный же путь основан на прямом анализе древней ДНК; он, напротив,
неопровержим логически, но беден твердо установленными фактами. Причина этого в
трудностях анализа древней ДНК (контаминация, деградация и малые выборки), но они, к
счастью, постепенно преодолеваются.
Причины изменений генофонда анализируются либо через математическое
моделирование, либо через анализ действия отдельных факторов микроэволюции.
Традиционные модели популяционной генетики сравнительно просты по своей
математической конструкции, но отражают наиболее существенные параметры реальных
генофондов. Современное моделирование (чаще всего использующее байесовские
методы) требует существенных вычислительных мощностей, но тем труднее проверить
его соответствие биологической реальности. Все более осознается необходимость
среднего пути, использующего современные методы, но учитывающего реальные
демографические параметры популяции.
Значимость изучения генофондов проявляется в трех основных областях: медицине,
криминалистике, гуманитарных науках. Интерес наук о человеке (истории, археологии,
этнологии, лингвистики) к генетическим реконструкциям истории народонаселения
понятен. Интерес со стороны криминалистики вызван как широким практическим
использованием методов ДНК-идентификации личности, так и желанием устанавливать
расу или даже точный географический регион происхождения неизвестного лица по его
биологическому образцу; это желание выяснять происхождение человека по его ДНК
свойственно также любителям (и профессионалам) в области генеалогии. Медицинское
значение анализа генофонда многогранно (структура груза наследственных болезней,
этноспецифические болезни, персонализированная медицина). Но важнее всего
понимание того, что у любых данных о связи генетических особенностей с заболеваниями
существуют географические пределы их применимости, и эти пределы могут быть
описаны в точных терминах генетических границ и других параметров структуры
генофонда.
Структура курса:
Закономерности изменчивости разных отделов генома
Квазигенетические маркеры
Базы данных о генофондах
Факторы микроэволюции
Амальгама и субстрат народонаселения
Структура мирового генофонда
Обзор региональных генофондов
Расы, языки, народы и генофонды России
Статистические и картографические методы геногеографии
Филогенетика и филогеография
Выявление действия естественного отбора на гены и на геномы
Криминалистические аспекты популяционной геномики
Медицинские аспекты популяционной геномики
Прогноз генетического груза методами популяционной геномики
Моделирование генофондов
Эволюция генофондов
Древняя ДНК
10 избранных публикаций:
1. Balanovsky O., Dibirova Kh., Dybo A., Mudrak O., Frolova S., E. Pocheshkhova, Haber M., Platt
D., Schurr T., Haak W., Kuznetsova M., Radzhabov M., Balaganskaya O., Romanov A., Zakharova
T., Baranova E., Hernanz D. F. S., Zalloua P., Koshel S., Ruhlen M., Renfrew C., Wells R. S., TylerSmith Ch., Balanovska E., The Genographic Consortium. Parallel Evolution of Genes and
Languages in the Caucasus Region // Molecular biology and evolution. 2011. Oct. V.28(10). P 29052920.
2. Balanovsky O., Rootsi S., Pshenichnov A., Kivisild T., Churnosov M., Evseeva I., Pocheshkhova
E., Boldyreva M., Yankovsky N., Balanovska E., Villems R. Two sources of the Russian patrilineal
heritage in their Eurasian context // Am J Hum Genet. 2008 Jan;82(1). P. 236-50.
3. Sarkissian C., Balanovsky O., Brandt G., Khartanovich V., Buzhilova A., Koshel S.,
Zaporozhchenko V., Gronenborn D., Moiseyev V., Kolpakov E., Shumkin V., Alt K.W., Balanovska
E., Cooper A., Haak W., The Genographic Consortium. Ancient Mitochondrial DNA Unravels
Complex Human Population History in North East Europe // PLOS Genetics, 2013
4. Haak W., Balanovsky O., Sanchez J.J., Koshel S., Zaporozhchenko V., Adler C.J., Der Sarkissian
C.S.I., Brandt G., Schwarz C., Nicklisch N., Dresely V., Fritsch B., Balanovska E., Villems R.,
Meller H., Alt K.W., Cooper A. & The Genographic Consortium. Ancient DNA from European Early
Neolithic Farmers Reveals Their Near Eastern Affinities // PLoS Biology. 2010. Nov 9, V
8(11):e1000536.
5. Balanovsky O. Human Genetics and Neolithic Dispersals: What’s New? // The East European
Plain on the Eve of Agriculture / edited by P.M. Dolukhanov, G.R. Sarson and A.M. Shukurov / BAR
International Series 1964, 2009. P. 235-246.
6. Балановская Е.В., Балановский О.П. Русский генофонд на Русской равнине. М. "Луч". 2007.
416 с.
7. Балановская Е.В., Балановский О.П. Глава «Популяционная генетика человека» //
Наследственные болезни: национальное руководство / под ред. акад. РАМН Н.П. Бочкова,
акад. РАМН Е.К. Гинтера, акад. РАМН В.П. Пузырева. М.: ГЭОТАР-Медиа, 2012. (936 с). С.
199-243.
8. Балановский О.П., Кошель С.М., Запорожченко В.В., Пшеничнов А.С., Фролова С.А.,
Кузнецова М.А., Баранова Е.Е., Теучеж И.Э., Кузнецова А.А., Ромашкина М.В., Утевская
О.М., Чурносов М.И., Виллемс Р., Балановская Е.В. Эколого-генетический мониторинг в
популяциях человека: гетерозиготность, гаплотипическое разнообразие мтДНК и
генетический груз // Генетика. 2011. Т. 47. No.11. С. 1523–1535.
9. Balanovsky O, Pocheshkhova E, Pshenichnov A, Solovieva D, Kuznetsova M, Voronko O,
Churnosov M, Tegako O, Atramentova L, Lavryashina M, Evseeva I, Borinska S, Boldyreva M,
Dubova N, Balanovska E. Is spatial distribution of the HIV-1-resistant CCR5Delta32 allele formed
by ecological factors? // J Physiol Anthropol Appl Human Sci. 2005. Jul . №24(4) Р. 375-382.
10. Behar D.M., Yunusbayev B., Metspalu M., Metspalu E., Rosset S., Parik J., Rootsi S., Chaubey
G., Kutuev I., Yudkovsky G., Khusnutdinova E.K., Balanovsky O., Semino O., Pereira L., Comas D.,
Gurwitz D., Bonne-Tamir B., Parfitt T., Hammer M.F., Skorecki K., Villems R. The genome-wide
structure of the Jewish people // Nature. 2010. Jul. 8ю V. 466(7303). P. 238-242.