Какие «призраки» живут на «кладбищах геномов», и сколько мусора в нашей ДНК?

Популярная механикаНаука

Сколько мусора в нашей ДНК?

Геном рыбы фугу примерно в восемь раз меньше, чем геном человека, и в 330 раз меньше, чем геном двоякодышащей рыбы протоптер. Какие «призраки» живут на «кладбищах геномов», и сколько мусора в нашей с вами ДНК?

Александр Панчин

Известный молекулярный биолог Дэвид Пенни из Центра молекулярной экологии и эволюции Аллена Вилсона в новозеландском Университете Массей как-то сказал: «Я бы весьма гордился работой в группе, которая разработала геном кишечной палочки. Однако я бы никогда не признался, что участвовал в проектировании генома человека. Ни в одном университете этот проект не смогли бы настолько испортить». Тема о количестве мусора в нашей ДНК — одна из самых «горячих» тем в научном сообществе. Вокруг этого вопроса среди ученых разгораются настоящие словесные баталии.

ff0b381aed28f306da920c14b4adb722.jpg
Репликация (от лат. replicatio — возобновление) — процесс синтеза дочерней молекулы дезоксирибонуклеиновой кислоты на матрице родительской. При следующем за этим делении каждая из дочерних клеток получает по одной копии молекулы ДНК, идентичной ДНК исходной материнской клетки. Репликацию ДНК осуществляет реплисома — сложный ферментный комплекс, состоящий из 15−20 различных белков.

Немного молекулярной генетики

Напомним, что в основе передачи наследственной информации лежит двухцепочечная молекула ДНК. Она представляет собой полимер из четырех типов мономеров (нуклеотидов): аденина (A), тимина (T), цитозина (С) и гуанина (G) — и уложена в хромосомы. У человека 23 пары расположенных в ядре хромосом (22 пары неполовых и одна пара половых). Они и составляют основу нашего генома (еще 37 генов содержат кольцевые ДНК митохондрий). Если бы мы взяли одну клетку человека, сшили весь диплоидный (парный) набор хромосом вместе и вытянули в нить, то получили бы молекулу длиной в два метра, состоящую из шести миллиардов пар оснований (нуклеотидов). Три миллиарда от папы и три — от мамы.

18a5e885b9f6720039e3e4e4b3c2dc33.jpg
Геномы и гены. Плодовая муха дрозофила Drosophila melanogaster. Геном модельной мухи. Геном: 120 млн пар оснований. Генов: 13 500.

Наиболее изученный тип функциональных последовательностей ДНК — гены, кодирующие белки. С таких генов считывается молекула РНК, которая затем играет роль матрицы для синтеза белков и определяет их аминокислотную последовательность. Кодирующая часть молекулы РНК может быть разделена на тройки нуклеотидов (кодоны), которые либо соответствуют некоторой аминокислоте, либо определяют место окончания синтеза белка (стоп-кодоны). Правило соответствия кодонов аминокислотам называется генетическим кодом. Например, кодон GCC кодирует аминокислоту аланин.

c2753667b3c63c246ad339181ad734d9.jpg
Частично синтетическая бактерия Mycoplasma laboratorium. Синтетический геном, в котором закодированы имена синтезировавших его ученых. Геном: 580 000 пар оснований. Генов: 381.

Померимся генами?

Когда-то думали, что у столь сложного организма, как человек, должно быть очень много генов. Когда проект «Геном человека» подходил к завершению, ученые даже устроили тотализатор: сколько генов будет обнаружено? Каково же было их удивление, когда оказалось, что количество генов у человека и маленького круглого червя Caenorhabditis elegans примерно одинаковое. У червяка около 20 000 генов, а у нас — 20−25 тысяч. Для «венца творения» факт довольно обидный, особенно если учесть, что существует много организмов как с бОльшим по размеру геномом (геном двоякодышащей рыбы протоптер, Protopterus aethiopicus, в 40 раз больше человеческого), так и с бОльшим количеством генов (у риса — 32−50 тысяч генов).

3523c54340294241f6e25698706ce5c6.jpg
Свободноживущая нематода Caenorhabditis elegans. Маленький модельный геном животного. Геном: 100 млн пар оснований. Генов: ~20 000.

Но на самом деле у человека менее 2% генома кодируют какие-либо белки. Для чего же нужны остальные 98%? Может, там скрывается секрет нашей сложности? Оказалось, что существуют важные некодирующие участки ДНК. Например, это участки промоторов — последовательностей нуклеотидов, на которые садится фермент РНК-полимераза и откуда начинается синтез молекулы РНК. Это участки связывания транскрипционных факторов — белков, регулирующих работу генов. Это теломеры, защищающие концы хромосом, и центромеры, необходимые для правильного расхождения хромосом по разным полюсам клеток при делении. Известны некоторые регуляторные молекулы РНК (например, микроРНК, препятствующие синтезу белков соответствующих генов на матричной РНК — копии гена-исходника), а также молекулы РНК, входящие в состав важных ферментативных комплексов — например, рибосом, которые собирают из отдельных аминокислот белки, передвигаясь по матричной РНК. Есть и другие примеры важных некодирующих участков ДНК.

6a291d7b464b0f63adb6c5ab84e0e0ec.jpg
Резуховидка Таля Arabidopsis thaliana. Маленький модельный растительный геном. Геном: 119 млн пар оснований. Генов: ~25 000.

Тем не менее бОльшая часть нашего генома напоминает пустыню: повторяющиеся последовательности, останки «мертвых» вирусов, которые когда-то давно встраивались в геномы наших предков; так называемые эгоистичные мобильные элементы — последовательности ДНК, способные перескакивать из одного участка генома в другой; различные псевдогены — нуклеотидные последовательности, утратившие способность кодировать белки в результате мутаций, но все еще сохранившие некоторые признаки генов. Это далеко не полный список «призраков», обитающих на «кладбище генома».

Вдвое умнее мух

Идея тотализатора по поводу числа человеческих генов пришла в голову доктору Эвану Бирни в баре при лаборатории в Колд-Спринг-Харбор незадолго до завершения проекта «Геном человека». По мере приближения к финалу, с 2000 по 2002 год, ставки выросли с 1 доллара до 20. В результате банк разделили «на троих»: Пол Дир из Британского совета по медицинским исследованиям, который еще в 2000 году поставил на дату своего рождения — 27.04.1962 — 27 462, Ли Роуэн из Института системной биологии в Сиэтле — в 2001 году она поставила на число 25 947, и Оливер Джейлон из французской компании Genoscope (26 500). Когда главного победителя — доктора Дира — спросили, как ему удалось еще три года назад, когда все думали, что генов у человека не меньше 50 000, угадать число с такой точностью, он ответил: «Дело было в баре, глубокой ночью. Наблюдая за поведением пьющих людей, я подумал, что оно мало отличается от поведения мух-дрозофил, у которых 13500 генов, а потому мне показалось, что удвоенного числа мушиных генов людям вполне достаточно».

Авторизуйтесь, чтобы продолжить чтение. Это быстро и бесплатно.

Регистрируясь, я принимаю условия использования

Рекомендуемые статьи

Сергей Шойгу: Неприлично не знать собственную страну Сергей Шойгу: Неприлично не знать собственную страну

Сергей Шойгу — об особенностях сибирской охоты и России

Вокруг света
Портрет новой российской науки: Мария Назарова — нейробиолог, управляющая нейронами на расстоянии Портрет новой российской науки: Мария Назарова — нейробиолог, управляющая нейронами на расстоянии

Нейробиолог Мария Назарова: мы еще так мало знаем о мозге

Esquire
Критическое масло Критическое масло

Что это за масло, с чем его едят и не ест ли оно нас тем временем само?

Maxim
Какое-то волшебство! Какое-то волшебство!

Наши героини не верили в силу гаданий, но желания загадали, и они исполнились

Лиза
Избранные: есть только двое, с кем Елизавета II готова говорить по телефону Избранные: есть только двое, с кем Елизавета II готова говорить по телефону

Малоизвестные факты о королеве Елизавете II

Cosmopolitan
Идеальная формула: как различные компоненты меняют свойства жевательной резинки Идеальная формула: как различные компоненты меняют свойства жевательной резинки

Рассказываем, на какие компоненты обращать внимание при покупке жвачки

Популярная механика
80 м² 80 м²

Интерьер в насыщенной цветовой гамме, оформленный Антониной Белинской

AD
В болезни и здравии: как с годами менялась внешность княгини Монако Шарлен В болезни и здравии: как с годами менялась внешность княгини Монако Шарлен

Как княгиня Монако Шарлен менялась последние 13 лет

Cosmopolitan
Теплое оружие: лютейшие клинки, которые не запрещены законом Теплое оружие: лютейшие клинки, которые не запрещены законом

Почему одни клинки считаются холодным оружием, а другие нет?

Maxim
Устройство паровой машины: из чего состоит знаменитая машина из стимпанка Устройство паровой машины: из чего состоит знаменитая машина из стимпанка

Сегодня мы расскажем об устройстве паровой машины

Популярная механика
Из запуганного мальчишки — в легенду Голливуда. Уилл Смит — о том, почему важно уметь отказываться от выгодного на первый взгляд предложения Из запуганного мальчишки — в легенду Голливуда. Уилл Смит — о том, почему важно уметь отказываться от выгодного на первый взгляд предложения

Отрывок из автобиографии Уилла Смита «Will»

Inc.
Леонид Роберман. Авантюрист Леонид Роберман. Авантюрист

Отношения продюсера и актеров — самое ценное и дорогое, что может быть

Коллекция. Караван историй
Какова красота: звездные мужчины, которым невероятно идет макияж Какова красота: звездные мужчины, которым невероятно идет макияж

Мужчины в звездной среде более восприимчивы к бьюти-экспериментам

Cosmopolitan
Как увеличить губы без уколов при помощи тейпов — новый тренд соцсетей Как увеличить губы без уколов при помощи тейпов — новый тренд соцсетей

Тейп-липс — рассказываем о новом бьюти-поветрии из инстаграма

Cosmopolitan
Свободный человек: как Дмитрий Зимин изменял мир для себя и других Свободный человек: как Дмитрий Зимин изменял мир для себя и других

Главным сюжетом жизни Дмитрия Зимина было постоянное преодоление

Forbes
Дети аквамарина Дети аквамарина

Продолжение рассказа Игоря Вереснева

Наука и жизнь
«Муж назвал это бредом. Мне было больно»: Ольга Бузова пожаловалась на Тарасова «Муж назвал это бредом. Мне было больно»: Ольга Бузова пожаловалась на Тарасова

Ольга Бузова эмоционально высказалась о своем союзе с Тарасовым

Cosmopolitan
7 веселых активити-игр для компании друзей на Новый Год 7 веселых активити-игр для компании друзей на Новый Год

Помнишь самые дурацкие конкурсы на свадьбах и юбилеях маминых подруг?

Playboy
От ремонта трофейных телевизоров до Уолл-стрит и спасения Навального. Жизнь благотворителя Дмитрия Зимина От ремонта трофейных телевизоров до Уолл-стрит и спасения Навального. Жизнь благотворителя Дмитрия Зимина

Дмитрий Зимин, бизнесмен и меценат, основатель сотового оператора «ВымпелКом»

СНОБ
Гликемический индекс продуктов: что это и на что он влияет Гликемический индекс продуктов: что это и на что он влияет

Почему ориентироваться на гликемический индекс нужно с большой осторожностью

РБК
Любовь и козы: как семья из Воронежской области строит ферму и продаёт козье молоко Любовь и козы: как семья из Воронежской области строит ферму и продаёт козье молоко

Любовь с козами у Екатерины Дорофеевой началась символично — 14 февраля

Inc.
Дарсонваль для лица: как им правильно пользоваться Дарсонваль для лица: как им правильно пользоваться

Что такое Дарсонваль и как его использовать?

Cosmopolitan
10 мистических фактов о Карлосе Кастанеде 10 мистических фактов о Карлосе Кастанеде

Карлос Кастанеда, следуя «Пути воина», скрывал данные о себе

Maxim
Группа «Земляне» Группа «Земляне»

Почему свобода, верность себе и танцы сегодня важнее покорения Вселенной

Vogue
Нет повести актуальнее Нет повести актуальнее

«Вестсайдская история»: Стивен Спилберг и его Шекспир, Бернстайн и Нью-Йорк

Weekend
Особенности профориентации подростков Особенности профориентации подростков

Если подросток мечтает стать практикующим психологом

СНОБ
Почему нас тянет к бывшим даже спустя много лет Почему нас тянет к бывшим даже спустя много лет

Даже если с расставания прошел не один год, нас по-прежнему к нему тянет

Psychologies
Путь белого волка Путь белого волка

Булат Рафиков больше двадцати лет кочует по малонаселенным районам Сибири

Отдых в России
Ошибка Google Play: как исправить проблему Ошибка Google Play: как исправить проблему

Как избавиться от ошибки Google Play без особых усилий

CHIP
Наше и классное! Лучшие российские фильмы 2021 года, которые ты могла пропустить Наше и классное! Лучшие российские фильмы 2021 года, которые ты могла пропустить

Наше кино бывает отличным. Пусть и иногда немного мрачноватым.

Cosmopolitan
Открыть в приложении