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

Александр «Чача» Иванов Александр «Чача» Иванов

Ветеран панк-рока рассказал о своих отношениях со спиртным, религией и музыкой

Maxim
Химики завернули молекулу в ленту Мебиуса Химики завернули молекулу в ленту Мебиуса

Макроцикл с закрученными цепочками атомов проявил необычные свойства в растворе

N+1
Падающие башни мира: не только Пизанская! Падающие башни мира: не только Пизанская!

Падающие башни — что с ними делать?

Популярная механика
Бригада по-английски: как повторить стиль из сериала «Острые козырьки» Бригада по-английски: как повторить стиль из сериала «Острые козырьки»

Где ты найти все, что необходимо для гангстерского антуража

Playboy
Какое место человек занимает в пищевой цепи Какое место человек занимает в пищевой цепи

Правильно ли считать, что человек находится на вершине пищевой цепи?

Популярная механика
Особенности профориентации подростков Особенности профориентации подростков

Если подросток мечтает стать практикующим психологом

СНОБ
Все не так, как на самом деле Все не так, как на самом деле

Не все то эко, что им называют. 10 наиболее живучих «зеленых» сказок

Playboy
Ты меняешься, и он тоже: что надо знать про ПМС в 20, 30, 40 лет Ты меняешься, и он тоже: что надо знать про ПМС в 20, 30, 40 лет

ПМС в 20 лет отличается от ПМС в 40. Разбираемся, в чем отличия

Cosmopolitan
Выкидыш из-за скандала: охранник роддома выгнал истекающую кровью беременную Выкидыш из-за скандала: охранник роддома выгнал истекающую кровью беременную

Уроженка Обнинска Калужской области потеряла ребенка на 4-й неделе беременности

Cosmopolitan
Зачем fashion-индустрии машинное обучение Зачем fashion-индустрии машинное обучение

От персонализации до предсказания трендов: машинное обучение в fashion-индустрии

Популярная механика
Плащ пьяницы и ещё четыре диких судебных наказания прошлого Плащ пьяницы и ещё четыре диких судебных наказания прошлого

Подборка жутких орудий наказаний родом из Средних веков

Maxim
Что такое ураган? Сильнейшие бури за последние 5 лет Что такое ураган? Сильнейшие бури за последние 5 лет

Рассказываем про ураганы и самые мощные циклоны за последние 5 лет

Популярная механика
Инвестиционный поход: Сергей Шумей — о жилье будущего, русских IT-стартапах и главных правилах инвестора Инвестиционный поход: Сергей Шумей — о жилье будущего, русских IT-стартапах и главных правилах инвестора

Сейчас Сергей Шумей развивает четыре инвестиционных направления

Esquire
Алексей Ивашов: «Отец ушел из дома, и на этот раз все могло закончиться разводом» Алексей Ивашов: «Отец ушел из дома, и на этот раз все могло закончиться разводом»

В кино я наконец повидал родителей: Светлану Светличную и Владимира Ивашова

Коллекция. Караван историй
«Чайник» за рулем. Как решить проблему аварий с участием неопытных водителей «Чайник» за рулем. Как решить проблему аварий с участием неопытных водителей

В России, как известно, две беды, и часто они приходят парой

СНОБ
9 опций духовок, на которые стоит обратить внимание при покупке 9 опций духовок, на которые стоит обратить внимание при покупке

На какие функции стоит обратить внимание при выборе электрической духовки

CHIP
Придуманная жизнь: почему основателя Group-IB Илью Сачкова обвиняют в госизмене Придуманная жизнь: почему основателя Group-IB Илью Сачкова обвиняют в госизмене

Как основатель Group-IB Илья Сачков оказался в СИЗО?

Forbes
Первый роман Тарантино и новый Памук: 10 книг зимы Первый роман Тарантино и новый Памук: 10 книг зимы

Книги, которые действительно заслуживают нашего внимания

РБК
Поглощение когерентных молекул сделали отрицательным Поглощение когерентных молекул сделали отрицательным

Физики исследовали влияние эффектов когерентности

N+1
Какие анализы и как часто надо сдавать здоровому человеку — рассказывает эксперт Какие анализы и как часто надо сдавать здоровому человеку — рассказывает эксперт

Чекап — какие анализы нужно сдавать, чтобы выявить заболевания на ранней стадии

Cosmopolitan
Хорошие оценки и уборка по дому: за что из этого можно платить ребенку? Хорошие оценки и уборка по дому: за что из этого можно платить ребенку?

Некоторые родители платят своим детям за хорошие заслуги. Правильно ли это?

Cosmopolitan
Балтийские косы Балтийские косы

Рассказ о путешествии в Калининградскую область тревел-журналиста

Отдых в России
Еда будущего: что может появиться на наших столах уже к 2030 году Еда будущего: что может появиться на наших столах уже к 2030 году

Как изменится пища на нашем столе?

Популярная механика
Сказочная Шория Сказочная Шория

Лучшее место для восстановления сил – зеленые горы и заповедная тайга Шории

Отдых в России
На своей волне: как 26-летний фанат радио возглавил музыкальные проекты VK На своей волне: как 26-летний фанат радио возглавил музыкальные проекты VK

Константин Сидорков рассказал о том, как в 12 лет создал онлайн-радиостанцию

Forbes
Главный специалист по продуктивности Google назвала 4 стратегии эффективного управления временем Главный специалист по продуктивности Google назвала 4 стратегии эффективного управления временем

Четыре совета, которые помогут вам усилить свой тайм-менеджмент

Inc.
Археологи нашли на Урале погребение шаманки со связанными ногами Археологи нашли на Урале погребение шаманки со связанными ногами

Памятник относится ко второй половине IV века до нашей эры

N+1
Сплошная Санта-Барбара: как конструктивно решать конфликты в компании Сплошная Санта-Барбара: как конструктивно решать конфликты в компании

Вот что мы в Elbrus Bootcamp делаем, чтобы решать конфликты конструктивно

Inc.
Маски сброшены: как музеи восстанавливают шедевры с помощью новых технологий Маски сброшены: как музеи восстанавливают шедевры с помощью новых технологий

Последние технологии для атрибуции, диагностики и реставрации шедевров

Forbes
10 антиутопий и их экранизации 10 антиутопий и их экранизации

Выдающиеся антиутопии, которые можно не только почитать, но и посмотреть

СНОБ
Открыть в приложении