Многоплановые исследования, направленные на изучение генома человека, в современной науке являются одним из наиболее приоритетных и перспективных направлений. Одной из наиболее интересных областей применения для этих новых направлений является Уральский регион. В формировании уникального по своему разнообразию генофонда уральских жителей условно можно выделить три этапа:
В первом этапе (60-70 тыс. лет назад) произошла первичная миграция людей из Африки, где (сейчас это уже доказано методами генетической антропологии) находился единый исконный очаг антропогенеза. Все выходцы из Африки, чтобы попасть в Европу и Азию (остальные континенты заселялись через них) неизбежно должны были пройти хотя бы через южный Урал, а значит, здесь проходили предки всего современного населения Земли, исключая исконно африканских негроидов [1].
После завершения процесса расообразования (около 10 тыс. лет назад) начался второй этап -взаимодействие двух рас на Урале.
Третьим условно выделяемым этапом в формировании уральского генофонда являются современные миграции и переселения (примерно в течение последних 500 лет).
Помимо описанных историко-географических предпосылок, благодаря которым уральский генофонд очень разнообразен, на него влияют ещё и факторы среды, которые способствуют повышению частоты возникновения различных мутаций. Высокий радиационный фон (только уровень радоновой активности на Урале в несколько раз выше среднемирового), действие многочисленных химических мутагенов - всё это вносит свою лепту в увеличение количества разнообразных мутаций, служащими генетическими маркерами [2].
Прекрасным примером практического применения знаний о генофонде Урала может послужить недавно проведённая генетическая экспертиза предполагаемых останков семьи последнего Российского императора Николая II. Дело в том, что заключение данной экспертизы, подтвердившей принадлежность найденных останков к династии Романовых, основывалось на двух моментах. Во-первых, у исследованного скелета, так же, как и у ныне живущих потомков Гессенской женской линии (ведущей начало датской королевы Луизы Гессен-Кассель, чьим внуком являлся Николай II) обнаружилась мутация в положении 16.169 в митохондриальной ДНК (именно в связи с использованием митохондриального генома, родословные в ходе экспертизы велись по женским линиям). Во-вторых, при изучении данного скелета, предположительно принадлежавшему Николаю II, обнаружилась, как тогда считали, редчайшая "гетероплазмия" - присутствие у одного индивидуума как мутантного генома (в нашем случае - наличие а тимина в положении 16.169 мтДНК), так и генома естественного типа (цитозин в том же положении). Подобное же явление (хоть и с другим количественным соотношением мутантного генома к нормальному) было обнаружено при анализе останков великого князя Георгия -умершего в 1898 году брата Николая II.
На тот момент этих двух фактов оказалось достаточно, чтобы результат был признан положительным. Однако, принимая во внимание разнообразие генофонда жителей Уральского региона, где находилась исследуемая могила, а также ряд других фактов, выводы, сделанные из данных генетических тестов, можно подвергнуть сомнению. Исходя из этого, нами были поставлены следующие цели: изучить возможность присутствия мутации в положении 16.169 мтДНК в геномах лиц, не имеющих очевидных родственных связей с потомками Луизы Гессен-Кассель, и оценить с позиции современных данных частоту встречаемости гетероплазмии среди известных мутаций мтДНК.
В Лаборатории молекулярных медицинских технологий при Средне-Уральском научном центре Российской академии медицинских наук и правительства Свердловской области проводился отбор и исследование ДНК жителей Уральского региона, часть которой пополняет внутрилабораторный банк ДНК. Исследовалась нуклеотидная последовательность фрагмента D-петли мтДНК 120 человек — современных жителей Каменского района Свердловской области. Производился целевой поиск мутации в положении 16.169 мтДНК. Для решения задачи применяли секвенирование с использованием меченых дидезоксинуклеозидтрифосфатов (Amersham) по методу Ф. Сэнгера [7], блокирующих 3'-конец дидезоксиаденозина (для выявления комплиментарного тимина) и дидезоксигуанозина (для выявления цитозина) в избранном коротком участке петли мтДНК, располагающегося рядом с участком праймера.
У одной жительницы Каменского района в положении 16.169 выявлена трансзиция нуклеотида, качественно совпадающая с классической Гессенской мутацией, аналогичная мутация определена и у ее сына.
Следует отметить, что 11 лет, прошедших с первого выявления гетероплазмии, характеризовались накоплением сведений о вариантах, качественных и количественных параметрах мутаций мтДНК. В настоящее время многие данные свидетельствуют о высокой распространенности этого явления [3,4,5]. Так среди 159 зарегистрированных фенотипически значимых мутаций мтДНК 73% являются гетероплазмичными. При этом 98 мутаций (61.6%) являются абсолютно гетероплазмичными, ау носителей 18 (11.32%) мутаций у одних индивидов присутствует гетеро- у других - гомоплазмия. И лишь для 43 мутаций (27.04%) подтверждена абсолютная гомоплазмия. Гетероплазмия в современном понимании является состоянием частичной фиксации мутации то есть существованием короткоживущего (2-4 поколения) переходного состояния обычно завершающегося формированием мутантного гена.
Итогом данного исследования можно считать следующие выводы: трансзиция нуклеотида в положении 16.169 мтДНК встречается в разнообразном генофонде жителей Уральского региона, а значит, не может быть с уверенностью использована в качестве специфического генетического маркера при определении возможности отношения какого-либо индивидуума к Гессенской ветви; гетероплазмия в современном понимании не является уникальным или даже хоть сколько-нибудь редким явлением при исследовании мутаций в мтДНК, а значит, также не может служить достоверным признаком принадлежности индивидуума к той или иной генеалогической линии при проведении экспертизы.