Чувства: Нейробиология сенсорного восприятия

Генетики пользовались и другими способами, чтобы определить гены, участвующие в работе органов слуха, но до недавнего времени подобные исследования осязания не проводились. Например, выявлено более шестидесяти наследственных синдромов нарушения слуха, а вот генетических изменений осязания обнаружено не так много (одно из них – ШMT). Ученые-генетики используют самые разные хитрости, чтобы составить карту генов и найти корреляцию генов с фенотипами, важными для понимания осязания. Стандартные лабораторные модельные системы выбирались на протяжении многих лет с учетом возможности применять в них генетические манипуляции. Одна из тонкостей модельных организмов, таких как фруктовая мушка (Drosophila melanogaster) и червь-нематода (Caenorhabditis elegans), заключается в их способности размножаться быстро и контролируемым образом. У ученых, занимающихся генетикой человека, нет таких шикарных возможностей. Этические проблемы при скрещивании генов человека настолько очевидны, что даже не стоит углубляться в этот вопрос. Поэтому генетикам приходится идти на разные уловки, как в случае с Лупски, когда искали объяснение уже известной проблеме.

Еще один метод – исследование близнецов. Этот испытанный и верный подход в генетике важен из-за способа, которым наследуются признаки. Такие исследования используют тот факт, что с генетической точки зрения есть два вида близнецов. Некоторые близнецы являются монозиготными (однояйцевыми): они рождаются из одной яйцеклетки, которая после оплодотворения расщепляется, образуя два клона: два развивающихся эмбриона генетически идентичны, и поэтому таких близнецов называют идентичными. Другие близнецы возникают в результате одновременного оплодотворения двух яйцеклеток двумя разными сперматозоидами и называются дизиготными или фратернальными (многояйцевыми). Дизиготные близнецы связаны между собой не больше, чем братья и сестры, рожденные в разное время от одних и тех же родителей. Близнецы, участвующие в таких исследованиях, должны расти вместе, это основополагающий момент данного метода. Совместное воспитание гарантирует, что условия жизни этих двух людей будут максимально схожими. Однояйцевые близнецы имеют одинаковые геномы, а фратернальные – разные. Но, если близнецы обоих видов живут вместе, они сталкиваются с одним и тем же окружением, и любые проявляющиеся между ними различия будут вызваны исключительно генетикой, а следовательно, наблюдая за ними, исследователи могут определить наследуемость признаков. Генетики используют некий подход, результат которого и приводит к тому, что называется наследуемостью признака (h², или h-квадрат). Наследуемость колеблется от 0,0 до 1,0, и признаки с наследуемостью, близкой к 1,0, считаются почти полностью генетическими; а вот признаки с наследуемостью, близкой к 0,0, считаются имеющими минимальный генетический контекст.

В 2012 году в Германии провели новаторское исследование близнецов: более трехсот субъектов приняли в нем участие. Двести из них были близнецами: шестьдесят шесть пар однояйцевых и тридцать четыре пары фратернальных. Ученые получили показатели наследуемости для двух осязательных механосенсорных признаков (легкое касание и ощущение вибрации). Кроме того, были измерены показатели слуха и характеристики восприятия температуры. Исследователи смогли четко показать, что механосенсорные тактильные признаки имеют генетическую составляющую. Удивительным открытием стала сильная корреляция между осязанием и особенностями слуха. Обследования испытуемых с тяжелой степенью тугоухости показали, что у некоторых из них осязание было развито очень плохо. И это лишь подбросило дровишек в спор: всегда ли хороший слух означает хорошее осязание?

Исследователи обратились к известным синдромам, связанным с нарушением слуха, в частности к синдрому Ушера. В Европе встречается довольно много людей с таким заболеванием. Существует три основных типа синдрома Ушера – USH1, USH2 и USH3, где выраженность синдрома выше в USH1 и ниже в USH3. Клиническими проявлениями этого недуга являются ранняя глухота и пигментный ретинит, вызывающий проблемы со зрением. Используя те же сенсорные тесты, что и для близнецов, ученые изучили людей, у которых был USH2 (промежуточный тип). У всех генотипируемых испытуемых пытались обнаружить специфическую мутацию в гене, называемом usherin (также USH2A), который, как известно, участвует в формировании синдрома и кодирует белок, связанный с работой внутреннего уха. У некоторых субъектов мутация, известная как USH2A, была найдена, а вот у других – нет. Получился неожиданно четкий результат: участники с мутацией USH2A обладали низкой тактильной чувствительностью, а у тех, кто имел какие-то другие генетические изменения, осязательные способности были развиты довольно хорошо. Это исследование выявило, что мутация USH2A оказывает общее влияние как на слух, так и на осязание.