Доктор педагогических наук, профессор Ф. И. Собянин
Доктор медицинских наук, профессор М. И. Чурносов
Кандидат педагогических наук, доцент В. В. Сокорев
Аспирант А. С. Кривцов

Белгородский государственный университет, Белгород

Ключевые слова: спортсмены-стрелки, генетическая дифференциация, популяция, ДНК-маркеры.

Введение. Выявление генетических маркеров, ассоциированных с высокими спортивными достижениями в различных видах спорта, имеет важное научно-практическое значение [1, 5], поскольку изучение особенностей "генетической конституции" квалифицированных спортсменов может позволить установить конкретные генетические системы, которые могут быть положены в основу отбора будущих спортсменов и совершенствования учебно-тренировочного процесса.

В настоящей статье представлены результаты оценки генетической дифференциации спортсменов-стрелков и популяции по трем аутосомным ДНК-маркерам с целью выявления генов, определяющих данную дифференциацию.

Методы и организация исследования. Исследование проводилось в 2005-2006 гг. сотрудниками Научно-исследовательской лаборатории Факультета физической культуры совместно со специалистами Медицинского факультета Белгородского государственного университета на базе ШВСМ г. Белгорода со спортсменами, занимающимися пулевой стрельбой. Выборка включала 30 спортсменов-стрелков, 17 из которых - мастера спорта и кандидаты в мастера спорта, 1 - мастер спорта международного класса и 12 спортсменов, имеющих I и II разряды. У спортсменов был произведен забор крови с последующим генетическим анализом, обработкой и интерпретацией полученных данных. Эти данные сравнивались с данными групп квалифицированных спортсменов, спортсменов массовых разрядов и популяцией испытуемых, не занимающихся спортом (492 человека).

Материалом для исследования послужили данные о частотах генов трех генетических систем (полученных нами ранее): VNTR-полиморфизм второго интрона переносчика серотонина (hSERT), инсерционно-делеционный полиморфизм гена ангиотензин-конвертирующего фермента (ACE), полиморфизм минисателлита в гене - переносчике дофамина (DAT1), представленные в табл. 1.

Выбор данных генетических локусов для исследования обусловлен, во-первых, их существенной ролью в регуляции важных физиологических функций организма: эмоционального состояния, мышечного тонуса (hSERT, DAT1), уровня артериального давления (ACE); во-вторых, значительным генетическим полиморфизмом этих систем [4].

Генетическая дифференциация (GST) оценивалась по следующим формулам [3]:

G_ST= D_ST/H_T,

H_T =H_S+D_ST,

где: G_ST - коэффициент генной дифференциации; D_ST - показатель генетического сходства между субпопуляциями; H_T -общее генетическое разнообразие тотальной популяции; H_S - генетическое разнообразие внутри субпопуляций (гетерозиготность локальных субпопуляций): Н_S=1-I_S, H_T=1-I_T,

где: I_T - генная идентичность тотальной популяции; I_S - средняя генная идентичность внутри субпопуляций.

где: x_ik - частота k-го аллеля в i-й субпопуляции; xk - средняя частота k-го аллеля по S популяциям.

По частотам аллелей, приведенным в табл.1, были определены генетические расстояния между спортсменами и популяцией как по отдельным генам, так и по совокупности рассматриваемых локусов.

Генетические расстояния между популяциями были рассчитаны с помощью программы DJ genetic (версия 0.03 beta), разработанной Ю. А. Серегиным и Е. В. Балановской в ГУ МГНЦ РАМН. При расчете расстояний использовали общепринятый в популяционно-генетических исследованиях метод сравнения популяций (групп индивидуумов: "спортсмены - популяция") по частотам аллелей полиморфных маркеров по методике Nei [7, 8].

Расстояние по М. Nei основано на понятии идентичности генов для двух популяций. При исследовании генетического сходства по многим локусам находится общая генетическая идентичность I:

где: (2n-1) - поправка на непрерывность; p_lu1 - частоты аллеля u локуса l, индексы 1 и 2 относятся к первой и второй популяциям соответственно;

Генетическое расстояние по M. Nei рассчитывалось по формуле:

D_N= - ln I.

На основе полученных матриц генетических расстояний был проведен кластерный анализ с использованием пакета программ Statistiсa (версия 6.0).

Для построения кластеров использовали иерархическую агломеративную процедуру, результатом которой является образование нескольких кластеров. Графически агломеративная иерархическая процедура иллюстрируется дендрограммой (по горизонтальной оси откладываются номера рассматриваемых групп индивидуумов, по вертикальной - уровни расстояния между ними). Построение дендрограмм осуществлялось методом наименьшей внутрикластерной дисперсии Уорда [2].

Генетическое сходство обследуемых спортсменов и популяции осуществлялось с помощью определения генетических расстояний.

Результаты и их обсуждение. Анализ уровня генной дифференциации (G_ST) между спортсменами и популяцией показал, что его значение составляет G_ST=0,0051, что соответствует аналогичному показателю, полученному нами ранее для пяти популяций Центральной России - G_ST=0,0050 [6]. Это свидетельствует о корректности проведенных нами оценок генетического разнообразия среди спортсменов и населения в целом. При этом следует отметить, что в анализируемой нами группе "спортсмены - популяция" наибольший уровень генной дифференциации имеет локус DAT1 (ген переносчика дофамина), который составляет G_ST=0,0141, что, во-первых, более чем в 2 раза выше показателя для этого локуса среди населения Центральной России (G_ST=0,0064), во-вторых, значительно выше уровня дифференциации в группе "спортсмены - популяция" по другим рассматриваемым генам - ACE (G_ST=0,00) и hSERT (G_ST=0,0013), в-третьих, существенно выше (практически в 3 раза) среднепопуляционного уровня дифференциации (G_ST=0,0050-0,0051), что может свидетельствовать о действии дифференцирующего отбора на аллели этого гена [1] (например, отбора спортсменов-стрелков, имеющих высокие спортивные достижения).

Таким образом, полученные данные свидетельствуют о том, что спортсмены-стрелки и популяция имеют существенные генетические различия по гену переносчика дофамина (DAT1).

Далее для оценки степени генетического сходства спортсменов и популяции мы использовали еще один метод - определение генетических расстояний. Полученные значения генетических расстояний представлены в табл. 2. Анализ данных табл. 2 показывает значительную вариабельность значений генетических расстояний по отдельным локусам как между сравниваемыми группами спортсменов (мастера спорта, кандидаты в мастера спорта - спортсмены I и II разрядов), так и между спортсменами и популяцией (d=0,001-0,050). Особый интерес представляют результаты оценок генетических дистанций, полученных по гену переносчика дофамина (DAT1), по которому ранее была выявлена наибольшая генетическая дифференциация. По локусу DAT1 наименьшие генетические дистанции наблюдаются между спортсменами I-II разрядов и популяцией (d=0,001), а наибольшие - между мастерами спорта, кандидатами в мастера спорта и популяцией (d=0,018). Генетическое расстояние по этому гену между мастерами спорта, кандидатами в мастера спорта и спортсменами I и II разрядов имеет промежуточное значение (d=0,009).

Таблица 1. Частота генов ангиотензин-конвертирующего фермента (АСЕ), серотонинового транспортера (hSERT) и переносчика дофамина (DAT1) у спортсменов-стрелков

Таблица 2. Генетические расстояния между группами спортсменов-стрелков и популяцией (по генам АСЕ, hSERT и DAT1)

Таким образом, по гену переносчика дофамина (DAT1) достаточно эффективно оценивается степень генетических различий между сравниваемыми группами спортсменов и популяцией, причем генетические различия возрастают в ряду: популяция - спортсмены I и II разрядов - мастера спорта, кандидаты в мастера спорта.

На основе матрицы генетических расстояний, рассчитанной по наиболее информативному локусу DAT1, был проведен кластерный анализ и построена дендрограмма. Анализ дендрограммы свидетельствует о том, что общий кластер формируют спортсмены I и II разрядов и популяция, тогда как мастера спорта и кандидаты в мастера спорта оказываются генетически удаленными как от популяции, так и от спортсменов I и II разрядов.