Молекулярная основа системы AB0

Группа крови человека по системе AB0 определяется строением олигосахаридных цепочек на мембране эритроцитов и некоторых других клеток. Основой для них выступает так называемый антиген H. Ген ABO, расположенный на длинном плече 9-й хромосомы (локус 9q34.2), кодирует фермент гликозилтрансферазу. Именно этот фермент присоединяет к антигену H дополнительный сахар.

Аллель A кодирует фермент, который присоединяет N-ацетилгалактозамин, формируя антиген A. Аллель B отвечает за перенос D-галактозы, создавая антиген B. Аллель O содержит делецию одного нуклеотида (гуанина в позиции 261), что приводит к сдвигу рамки считывания и синтезу функционально неактивного белка. В результате у людей с первой группой крови антиген H остается неизменным, без добавочных сахаров.

Поскольку эти поверхностные структуры контактируют с внешней средой и плазмой крови, они первыми встречают патогены. В ходе антропогенеза углеводный состав мембран стал удобным плацдармом для молекулярной мимикрии микроорганизмов.

Эволюционное давление инфекций

Главным двигателем полиморфизма системы AB0 был инфекционный отбор. Бактерии, вирусы и простейшие паразиты используют поверхностные рецепторы клеток для проникновения внутрь организма. Если у всех особей в популяции рецепторы устроены одинаково, один приспособившийся патоген способен уничтожить весь вид целиком.

Малярия, вызываемая простейшим Plasmodium falciparum, веками оставалась сильнейшим фактором отбора в тропиках. Паразит проникает в эритроциты и заставляет их образовывать розетки — плотные скопления пораженных и здоровых клеток, закупоривающие капилляры головного мозга. Эритроциты с антигеном A формируют крупные и прочные розетки, вызывая тяжелую церебральную малярию. Клетки людей с группой 0 слипаются значительно слабее, поэтому носители первой группы имеют выраженное селективное преимущество в регионах с высокой малярийной нагрузкой.

Холера, вызванная Vibrio cholerae, давала противоположный вектор отбора. Токсин холерного вибриона связывается с эпителием кишечника, где также экспрессируются групповые антигены. Обладатели группы 0 страдают от тяжелейшей дегидратации при холере в разы чаще, чем люди с группами A, B или AB. В дельте Ганга, историческом очаге холерных пандемий, естественный отбор активно снижал частоту аллеля O.

Чума и натуральная оспа внесли свой вклад в распределение аллелей в Евразии. Бактерия чумы Yersinia pestis несет поверхностные антигены, биохимически схожие с антигеном H, что затрудняет выработку антител у людей с первой группой крови. Вирус натуральной оспы имеет общие эпитопы с антигеном A, поэтому люди со второй группой крови переносили оспенные эпидемии тяжелее других и обладали высокой летальностью.

География распространения групп крови

Современная география групп крови отражает маршруты расселения предков Homo sapiens из Африки и действие местных инфекций на протяжении тысячелетий. Частоты аллелей заметно меняются от континента к континенту.

Коренное население Центральной и Южной Америки почти на 100% состоит из обладателей группы 0. Причина кроется в эффекте основателя при переходе древних охотников через Берингов перешеек около 15–20 тысяч лет назад. Небольшая группа первопроходцев случайно несла преимущественно аллель O. Дополнительно закрепить этот статус помогли эпидемии сифилиса, к возбудителю которого Treponema pallidum обладатели группы 0 проявляли большую устойчивость.

Аллель B наиболее распространен в Центральной Азии, Северной Индии и на западе Китая, достигая частоты 25–30%. Его концентрация плавно снижается по направлению к Атлантическому океану, падая в Западной Европе до 5–10%. Это отражает многовековую волну неолитических миграций скотоводов и пандемии холеры в Азии, которые последовательно отсекали носителей группы 0.

Аллель A держит самые высокие позиции в Центральной и Северной Европе, а также среди некоторых изолированных групп коренных американцев (например, индейцев племени черноногих в Северной Америке, где частота группы A превышает 50%). В Европе высокая доля аллеля A сформировалась в условиях плотных городских поселений, защищавших население от бактериальных инфекций вроде холеры, несмотря на уязвимость перед оспой.

Возраст системы AB0 и балансирующий отбор

В 1990 году группа японского исследователя Фумито Ямамото клонировала кДНК гена ABO. Это позволило сравнить нуклеотидные последовательности человека и высших приматов. Выяснилось, что полиморфизм по группам крови возник задолго до возникновения человека разумного.

Шимпанзе обладают антигенами A и 0, гориллы несут только антиген B, а у гиббонов встречаются антигены A и B. Возраст полиморфизма системы AB0 оценивается учеными минимум в 13–20 миллионов лет. Сохранение сразу нескольких аллелей на протяжении огромного времени в биологии называют трансвидовым полиморфизмом.

Поддерживает такое разнообразие балансирующий отбор. Ни один аллель не способен победить окончательно, поскольку каждый из них дает защиту от одних микробов, но делает организм уязвимым перед другими. Постоянная смена эпидемий в разных экологических нишах сохраняет гетерогенность нашего вида.

Частые вопросы

Какая группа крови появилась исторически первой?

Генетические данные показывают, что предковой формой для человекообразных приматов является аллель A. Аллель 0 возник позже в результате мутации с потерей функции фермента, но закрепился в огромных масштабах благодаря защите от тяжелой малярии за миллионы лет до зарождения цивилизации.

Почему у коренных жителей Америки почти исключительно первая группа крови?

Это результат генетического дрейфа и эффекта основателя. Предковая популяция людей, прошедшая через Берингию на американский континент, была крайне малочисленной и случайно несла преимущественно аллель O, а естественный отбор в изоляции лишь закрепил этот признак.

Связана ли группа крови с предрасположенностью к неинфекционным болезням?

Да, масштабные геномные ассоциативные исследования (GWAS) подтверждают эти связи. Люди с группами крови A, B и AB имеют более высокий уровень фактора свертывания крови Виллебранда, что повышает вероятность тромбозов и ишемической болезни сердца по сравнению с носителями группы 0.

Есть ли группы крови у диких животных?

Группы крови существуют у большинства млекопитающих, но их антигенные системы устроены иначе. У кошек описана система AB (с группами A, B и редкой AB, не родственной человеческой), у собак насчитывается более десятка систем DEA, а у лошадей выделяют семь основных систем групп крови.