Кіріспе
Бірдей қоршаған ортаның әртүрлі генотиптерге әртүрлі түрде жауап беруі. Реакция нормасы - фенотиптік айырмашылықтар үздіксіз болған кезде гендер мен қоршаған орта факторларының арасындағы байланысты көрсететін график. Олар GxE өзара әрекеттесуін көрсетуге көмектеседі. Реакция нормасы параллель емес болған кезде, төмендегі суретте көрсетілгендей, қоршаған ортаның өзара әрекеттесуі арқылы ген пайда болады. Бұл әр генотиптің қоршаған ортаның өзгеруіне әртүрлі жауап беретінін көрсетеді. Қоршаған ортаның өзгеруі физикалық, химиялық, биологиялық, мінез-құлық үлгілері немесе өмірлік оқиғалар болуы мүмкін. Гендер мен қоршаған ортаның өзара әрекеттесуі әртүрлі құбылыстарды жақсырақ түсіну үшін зерттеледі. Генетикалық эпидемиологияда гендер мен қоршаған ортаның өзара әрекеттесуі кейбір ауруларды түсіну үшін пайдалы. Кейде аурудың қоршаған ортадағы қауіп факторларына сезімталдығы аурудың өзіне емес, тұқым қуалады. Әр түрлі генотипті адамдар ортаның бір факторларына әр түрлі әсер етеді, сондықтан гендер мен ортаның өзара әрекеттесуі аурудың әр түрлі фенотиптерін тудыруы мүмкін. Мысалы, күн сәулесінің әсері тері қатерлі ісігі қаупіне терісі қараңғы адамдарға қарағанда ашық терілі адамдарда көбірек әсер етеді. Бұл өзара әсерлесулер генетикалық эпидемиологтарды аурудың таралу деңгейін және халық денсаулығына қатысты алдын алу әдістерін болжау үшін ерекше қызықтырады. Фенотипке ықпал ететін генетикалық және экологиялық айырмашылықтарды статистикалық талдау оларды гендер мен қоршаған ортаның өзара әрекеттесуі ретінде растау үшін пайдаланылуы керек. Даму генетикасында гендер мен қоршаған ортаның өзара әрекеттесуін растау үшін себеп-салдарлық өзара әрекеттесу жеткілікті.
Gene–environment interaction (or genotype–environment interaction or G×E) is when two different genotypes respond to environmental variation in different ways. A norm of reaction is a graph that shows the relationship between genes and environmental factors when phenotypic differences are continuous. They can help illustrate GxE interactions. When the norm of reaction is not parallel, as shown in the figure below, there is a gene by environment interaction. This indicates that each genotype responds to environmental variation in a different way. Environmental variation can be physical, chemical, biological, behavior patterns or life events. Gene–environment interactions are studied to gain a better understanding of various phenomena. In genetic epidemiology, gene–environment interactions are useful for understanding some diseases. Sometimes, sensitivity to environmental risk factors for a disease are inherited rather than the disease itself being inherited. Individuals with different genotypes are affected differently by exposure to the same environmental factors, and thus gene–environment interactions can result in different disease phenotypes. For example, sunlight exposure has a stronger influence on skin cancer risk in fair skinned humans than in individuals with darker skin. These interactions are of particular interest to genetic epidemiologists for predicting disease rates and methods of prevention with respect to public health. Statistical analysis of the genetic and environmental differences contributing to the phenotype would have to be used to confirm these as gene–environment interactions. In developmental genetics, a causal interaction is enough to confirm gene–environment interactions.
Анықтаманың тарихы
Гендер мен қоршаған ортаның өзара әрекеттесуін анықтау тарихы 1930 жылдардан басталады және бүгінгі күні де талқылануда. Дебаттың алғашқы мысалы Рональд Фишер мен Ланселот Хогбен арасында болды. Фишер өзара әрекеттесуді статистикалық зерттеулерден жоюға тырысты, өйткені бұл масштабтың өзгеруін пайдалану арқылы алып тастауға болатын құбылыс болды. Хогбен өзара әрекеттесуді жоюдың орнына зерттеу керек деп санайды, өйткені ол дамудың кейбір элементтерінің себеп- салдары туралы ақпарат берді. 1970 жылдары да осындай пікірге көптеген ғалымдар тап болды. Артур Дженсен "Біз IQ және оқу жетістіктерін қаншалықты арттыра аламыз?" атты зерттеуді жариялады, ол көптеген сын-пікірлер арасында Ричард Левонтин мен Дэвид Лейзер ғалымдарымен де айтысты. Левонтин мен Лейзер себептік механизмдерді анықтау үшін зерттеу аясында ген мен қоршаған ортаның өзара әрекеттесуін елемеуге болмайды деп, ал Дженсен өзара әрекеттесу тек статистикалық құбылыс екенін және дамумен байланысты емес екенін айтты. Шамамен сол уақытта Кеннет Ротман өзара әрекеттесудің статистикалық анықтамасын қолдады, ал Куппер мен Хоган зерттеушілері өзара әрекеттесудің анықтамасы мен болуы қолданылып жатқан модельге байланысты деп сенді. Соңғы сын-пикірлер Моффит пен Каспидің 5 HTTLPR және стресс және оның депрессияға әсері туралы зерттеулеріне байланысты болды. Бұрынғы пікірталастардан айырмашылығы, Моффит пен Каспи статистикалық талдауды өзара әрекеттесудің бар екенін және осалдық қасиетінің механизмдерін ашу үшін қолданылатынын дәлелдеу үшін қолданды. Контенция Замит, Оуэн және Льюистен келді, олар Фишердің статистикалық әсердің даму процесіне қатысы жоқ екендігі және масштабтың айырмашылығымен қайталана алмайтыны туралы алаңдаушылықтарын қайталады. Сесардик статистикалық және жалпыға ортақ түсінікпен өзара іс-қимыл терминдерін қолданады. Биометриялық (немесе статистикалық) тұжырымдаманың шығу тегі популяция ішіндегі фенотиптік өзгеріске генетикалық және экологиялық үлесінің салыстырмалы үлесін өлшеуге тырысатын зерттеу бағдарламаларында бар. Биометриялық гендер мен қоршаған ортаның өзара әрекеттесуі популяциялық генетика мен мінез-құлық генетикасында ерекше орын алады. Гиндер мен қоршаған ортаның өзара әрекеттесуі деген түсінікті көбінесе генетиктер мен психобиологтар қолданады. Дамудағы өзара әрекеттесу тек статистикалық құбылыс ретінде қарастырылмайды. Статистикалық өзара іс-қимыл бар немесе жоқ, даму өзара іс-қимылы кез келген жағдайда жеке тұлғаның фенотипіне әсер ететін гендер мен ортаның себепті өзара іс-қимылында көрінеді.
Түйеленушілерді зерттеу
Монозиготалық егіздерді пайдаланып, әр түрлі ортаның бірдей генотиптерге әсерін байқауға болады. Кейінгі зерттеулер биометриялық модельдеу әдістерін пайдаланып, дизиготалық егіздерді салыстыруды қамтиды, нәтижесінде әртүрлі ортадағы гендік экспрессияның әртүрлі деңгейін анықтайды.
Бірнеше гендермен өзара іс-қимыл
Бірдей экологиялық фактор бірнеше генмен өзара әрекеттесуі мүмкін болғандықтан, GxE өзара әрекеттесуін талдау үшін полигендік тәсіл қолданылуы мүмкін. Полигендік балл белгіге байланысты аллельдер мен олардың әсеріне негізделген салмақтары арқылы құрылады және қоршаған ортамен байланыста тексеріледі. Бұл зерттеу әдісі әлі де ерте болса да, психикалық бұзылуларға сәйкес келеді. Бұл аурулар арасында эндофенотиптердің үндесуінің нәтижесінде гендер мен қоршаған ортаның өзара әрекеттесуінің нәтижелері әртүрлі диагноздарда қолданылатынын көрсетеді. Дифференциалдық сезімталдылық гипотезасы геномға қатысты әдістер арқылы расталды.
Көшірмелеудің болмауы
Генетикалық-орталық орта өзара әрекеттесу зерттеулерінің ерекше мәселесі - қайталану қабілетінің жоқтығы. Нақты күрделі қасиеттер зерттеулері қайталана алмайтын нәтижелер үшін тексерістен өтті. Мысалы, 5 HTTLPR генін зерттеу мен депрессияның өзгерген тәуекеліне әкелетін стресс қарама-қайшы нәтижелерге ие болды.
Медициналық маңызы
Дәрігерлер қоршаған ортаға әсер ету қаупін азайту арқылы аурудың алдын алуға бола ма, жоқ па деген сұраққа қызығушылық танытуда. Кейбір адамдар белгілі бір ортада белгілі бір бұзылысқа бейімделу немесе төзімділік беретін генетикалық факторларды алып жүреді. Генетикалық факторлар мен қоршаған ортаның әсері аурудың фенотипіне әкеледі. Аурудың алдын алу немесе емдеу үшін қоршаған ортаның әсері арқылы геннің қолданылуының қоғамдық денсаулыққа пайдасы зор болуы мүмкін. Адамның дәріге реакциясы әр түрлі гендердің қоршаған ортамен өзара әрекеттесуінен туындайды. Бұл ақпарат дәрі-дәрмектің жағымсыз әсерлеріне байланысты денсаулық сақтау шығындарын азайтуға және дәрі-дәрмектерді қабылдамайтын науқастарға ыңғайсыз түрде жазып беруге көмектеседі. Осы және осыған ұқсас кардиометаболикалық фенотиптермен байланысты және ортақ қоршаған орта факторларымен өзгертілген генетикалық варианттардың каталогы бар. Керісінше, сүт безі қатерлі ісігі, 2- типті қант диабеті және ревматоидты артрит ауруларын зерттеу GxE өзара әрекеттесуін тәуекелді болжау моделіне қосу тәуекелді анықтауды жақсартпағанын көрсетеді.
Мысалдар
Дрозофилада: Гүпта мен Левонтин 1981 жылы Дрозофилада гендер мен қоршаған ортаның өзара әрекеттесуінің классикалық мысалын көрсетті. Олар өздерінің экспериментінде Drosophila-да қылшықтардың орташа саны температураның өзгеруіне байланысты өзгеріп отыратынын көрсетті. Оң жақтағы графикте көрсетілгендей, әр түрлі генотиптер қоршаған ортаның өзгеруіне әртүрлі әсер етті. Әрбір сызық белгілі бір генотипті білдіреді, ал сызықтың еңіс температураның өзгеруімен фенотиптің (күлтегінің саны) өзгеруін көрсетеді. Кейбір адамдарда температураның жоғарылауымен қылшық санының артуы байқалады, ал басқалары температураның жоғарылауымен қылшық санының күрт төмендеуі байқалады. Бұл реакция нормаларының осы құстарда параллель емес екенін көрсетті, бұл гендер мен қоршаған ортаның өзара әрекеттесуінің бар екенін дәлелдеді. Өсімдіктерде: қоршаған ортаның өзара әрекеттесу стратегиясы бойынша генотипке қатысты өте қызықты тәсіл - оны әр түрлі ортаға бейімделген қант құмырасы дақылдарын таңдауда қолдану. Бұл мақалада олар екі егін циклында сегіз түрлі жерде өсірілген 20 қант диірменінің генотиптерін талдап, гектарына тонна қамыс (ТКХ) және сахарозаның пайыздық мөлшері (Pol% қамыс) өлшенген жоғары қамыс өнімділігіне байланысты мега ортаны анықтау үшін екі түрлі ГЭИ модельдерін қолданады. Авторлар екі нәтиже де орташа теріс байланысты көрсеткенмен, екі өнімділік айнымалысын екі жолмен біріктірілген стратегияда зерттеудің жаңа стратегиясын жасады. Коинерция талдау арқылы барлық ортада екі өнімділік айнымалысы үшін ең жақсы сәйкес келетін генотиптерді анықтау мүмкін болды. GEI-де коинертия сияқты жаңа стратегияларды қолдану AMMI және GGE-ге өте жақсы қосымша талдау болып шықты, әсіресе өнімділікті жақсарту бірнеше өнімділік айнымалыларын білдіреді. Жеті генетикалық жағынан ерекшеленетін жаңғақ өсімдіктері жиналды және әр өсімдіктен үш шөптік алынды. Әр генотиптің бір бөлігі төмен, орта және жоғары биіктікке отырғызылды. Өсімдіктер жетілгенде, бір де бір генотип барлық биіктікте жақсы өспеді, ал әр биіктікте жеті генотип әртүрлі болды. Мысалы, бір генотип орташа биіктікте ең биік болып өседі, бірақ қалған екі биіктікте орташа биіктікке жетеді. Төмен және биік жерлердегі ең жақсы өсірушілер орташа биіктікте нашар өсті. Орташа биіктіктегі жерлер жалпы алғанда нашар нәтиже берді, бірақ бір биік және екі орташа биік үлгілер. Биіктік әр генотипке әсер етті, бірақ бірдей дәрежеде де, бірдей түрде де емес. Бірнеше жылдар бойы жеті түрлі географиялық аймақта соргоның екі ата-аналық популяциясы бірнеше рет өсірілді. Бір топ генотиптер барлық ортада гүлдену үшін ұқсас өсу күніне (GDD) мұқтаж, ал басқа бір топ генотиптер белгілі бір ортада GDD-нің төмен болуын, ал әр түрлі ортада гүлдену үшін GDD-нің жоғары болуын қажет етеді. Гүлдеу уақытының күрделі үлгілері гүлдеу уақытының негізгі гендерінің (Ma1, Ma6, FT, ELF3) және температура мен фотопериодтың өзара әрекеттесуін түсіретін нақты қоршаған орта факторы фототермиялық уақытқа (PTT) байланысты. Фенилкетонурия (ФКУ) - адамның белгілі бір бауыр ферментін кодтайтын геннің мутацияларының салдарынан пайда болатын генетикалық жағдайы. Бұл фермент болмаған жағдайда, фенилаланин деп аталатын амин қышқылы биохимиялық жолмен келесі амин қышқылына айналып кетпейді, сондықтан фенилаланиннің көп бөлігі қанға және басқа тіндерге өтеді. Бұл мидың дамуын бұзады, ақыл-ойдың кеміуіне және басқа да проблемаларға әкеледі. ПКУ АҚШ-та әрбір 15000 сәбидің 1-іне әсер етеді. Алайда, ПКУ-ға шалдыққан сәбилердің көпшілігі АҚШ-та және басқа да индустриалды қоғамдарда қолданылатын стандартты скрининг бағдарламасының арқасында бұзылуларсыз өседі. Қанда фенилаланиннің мөлшері жоғары жаңа туған нәрестелерге фенилаланинсіз арнайы диета беріледі. Егер оларды осы диетаға бірден енгізсе және оны ұстап тұрса, бұл балалар ПКУ- ның ауыр әсерінен құтылады. Бұл мысал қоршаған ортаның өзгеруін (фенилаланинді тұтынуды төмендету) белгілі бір қасиеттің фенотипіне әсер етуі мүмкін екенін көрсетеді, бұл геннің қоршаған ортамен өзара әрекеттесуін көрсетеді. NAD(P) H кинон дегидрогеназа 1 (NQO1) - дегі rs1800566 бір нуклеотидтік полиморфизм, бұл мутацияға ие адамдарда, NOx ластаушы заттармен өзара әрекеттесу кезінде астма және жалпы өкпе зақымдану қаупін өзгертеді. Моноамин оксидаза А (МАОА) генінің функциялық полиморфизмі ерте өмірдегі жарақат пен зорлық-зомбылық пен антиәлеуметтік мінез-құлық тәуекелі арасындағы байланысты аза�...