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

Красота по-азиатски: 6 книг от настоящих сэнсэев Красота по-азиатски: 6 книг от настоящих сэнсэев

Можем ли мы перенять что-то из азиатского опыта сохранения красоты?

Популярная механика
«Имени такого-то». Военный роман «Имени такого-то». Военный роман

Глава из книги «Имени такого-то» Линор Горалик

СНОБ
Лингвистический променад с Мишенькой Бальзаминовым Лингвистический променад с Мишенькой Бальзаминовым

Квазифранцузские слова в русском языке и русско-французский жаргон

Наука и жизнь
Дольче и пиканте Дольче и пиканте

Иностранцам многое откроется, если внимательно смотреть, слушать и пробовать

Bones
Рецепт будущего Рецепт будущего

Кухня‑2030: стейки, выращенные в пробирке или напечатанные на 3D‑принтере

Vogue
Зверь с тонкой кожей Зверь с тонкой кожей

За свою карьеру Жан-Поль Бельмондо снялся в более чем 90 фильмах

Playboy
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
«Краткая история Европы» «Краткая история Европы»

Отрывок из книги «Краткая история Европы» — о победе науки над церковью

N+1
Инвестиции в женщин: что такое «гендерные» облигации и можно ли на них заработать Инвестиции в женщин: что такое «гендерные» облигации и можно ли на них заработать

Могут ли гендерные облигации принести прибыль и повлиять на положение женщин

Forbes
Blini и другие Blini и другие

Северная кухня, как и любая другая, не знает границ

Bones
Для чего нужен витамин С и как его принимать Для чего нужен витамин С и как его принимать

Витамин C — ключевой элемент множества процессов, происходящих в организме

РБК
«Meta явно не будет одна в этом забеге»: как работает китайская метавселенная от Baidu «Meta явно не будет одна в этом забеге»: как работает китайская метавселенная от Baidu

Виртуальными мирами занялись не только в США

VC.RU
Как здорово, что все мы здесь сегодня собрались: «Человек-паук: Нет пути домой» против ностальгии Как здорово, что все мы здесь сегодня собрались: «Человек-паук: Нет пути домой» против ностальгии

Почему новый «Человек-паук» — мощная и яркая картина?

Esquire
Фишинговые атаки: как противостоять интернет-мошенничеству Фишинговые атаки: как противостоять интернет-мошенничеству

Как защитить себя от злоумышленников в интернете?

Популярная механика
«Третий» Мандельштам «Третий» Мандельштам

Роальд Мандельштам — знаковый поэт ленинградского андерграунда

Караван историй
Искусственный интеллект и нейроморфные вычисления: второе дыхание Искусственный интеллект и нейроморфные вычисления: второе дыхание

Микрочипы постепенно приближаются к человеческому мозгу

Наука
Живые ёлки напрокат: сколько стоит реализовать экопроект и можно ли на нём заработать Живые ёлки напрокат: сколько стоит реализовать экопроект и можно ли на нём заработать

Как маркетолог Любовь Чернышева основала проект «Живые ёлки напрокат»

VC.RU
Советский деликатес: почему врачи рекомендуют есть печень трески зимой Советский деликатес: почему врачи рекомендуют есть печень трески зимой

Вкусная, источник незаменимых витаминов и микроэлементов — все это печень трески

РБК
Боги и герои Кавказа Боги и герои Кавказа

На Северном Кавказе все удивительно

Отдых в России
Ролевая модель из XVI века: как герцогиня Клод де Рец представляла французскую корону Ролевая модель из XVI века: как герцогиня Клод де Рец представляла французскую корону

История герцогини де Рец похожа на лихо закрученный авантюрный роман

Forbes
Археологи впервые обнаружили курган андроновской культуры к югу от Абакана Археологи впервые обнаружили курган андроновской культуры к югу от Абакана

Ученые раскопали девять могил бронзового века андроновской культуры

N+1
Забытое искусство обрядов посвящения Забытое искусство обрядов посвящения

Вылазка с детьми порой посложнее Ironman и Death Race

Men’s Health
«Мы с мужем инфицированы, а наши дети — здоровы»: как я 20 лет живу с ВИЧ «Мы с мужем инфицированы, а наши дети — здоровы»: как я 20 лет живу с ВИЧ

Удивительная история нашей героини, которая живет с положительным ВИЧ-статусом

Cosmopolitan
Синий тигровый попугай Синий тигровый попугай

Но тут на нашем жизненном пути попался идеальный вариант: синий тигровый попугай

Weekend
Farus Beta: спорткар, который не знал конкурентов Farus Beta: спорткар, который не знал конкурентов

Farus Beta — необычный спорткар из Бразилии

Популярная механика
Как 22-летняя девушка из села в Бурятии спасает урожаи с помощью спутников и ИИ Как 22-летняя девушка из села в Бурятии спасает урожаи с помощью спутников и ИИ

Основательница компании Aerospace-Agro рассказала, как сталкивается с сексизмом

Forbes
Рагнар Кьяртанссон: Возвращение «Санта-Барбары» Рагнар Кьяртанссон: Возвращение «Санта-Барбары»

Художник Рагнар Кьяртанссон стал главной звездой Дома культуры ГЭС-2

СНОБ
Надежда на невесомость Надежда на невесомость

Юрий Сапрыкин о своей любви ко всему про космос

Weekend
Партитура без нот и электрогитара без электроники Партитура без нот и электрогитара без электроники

История советской музыки в пяти экспериментах

Weekend
Обрести семью после 30 лет в интернатах: Настина история с хэппи-эндом Обрести семью после 30 лет в интернатах: Настина история с хэппи-эндом

История Насти Головенкиной из Пермского края тянет на подвиг

Psychologies
Открыть в приложении