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

Пиявка лечит и калечит: почему с ней лучше не встречаться в природе Пиявка лечит и калечит: почему с ней лучше не встречаться в природе

Почему лучше избегать встречи с пиявками

Популярная механика
От Налы из Лос-Анджелеса до Степана из Харькова: 5 котов, которые стали звездами Instagram От Налы из Лос-Анджелеса до Степана из Харькова: 5 котов, которые стали звездами Instagram

Когда надоели привычные лица: кошки, которые стали звездами

Playboy
Почему полеты в космос настолько дорогие? Почему Почему полеты в космос настолько дорогие? Почему

Отвечаем на 15 базовых вопросов о космосе

Esquire
Jeffery Quad: лучший полноприводный грузовик в мире Jeffery Quad: лучший полноприводный грузовик в мире

Полноприводный грузовик Jeffery Quad

Популярная механика
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
«Если есть возможность, нужно пользоваться»: как женщины покоряют архитектурный рынок «Если есть возможность, нужно пользоваться»: как женщины покоряют архитектурный рынок

Женщины составляют меньшинство среди архитекторов, но их положение меняется

Forbes
5 необычных способов завести деловые знакомства 5 необычных способов завести деловые знакомства

Где и как искать деловые знакомства?

Inc.
«Поколение сэндвича»: почему женщины старше 45 лет живут ради других «Поколение сэндвича»: почему женщины старше 45 лет живут ради других

Тем, кто заботится одновременно и о детях, и о родителях, приходится тяжело

Cosmopolitan
Леонид Серебренников. Сейчас или никогда Леонид Серебренников. Сейчас или никогда

Голос Леонида Серебренникова звучит в полусотне фильмов

Караван историй
3 эффективных способа отказаться от вредных привычек 3 эффективных способа отказаться от вредных привычек

Какие факторы влияют на формирование полезных привычек?

Inc.
Букет в цветочном горшке Букет в цветочном горшке

Красивые комнатные растения с недолгим сроком жизни

Наука и жизнь
Что такое «Ядро Демона» и почему оно так называется? Что такое «Ядро Демона» и почему оно так называется?

Как маленький металлический шар может быть опасным?

Популярная механика
ЦСКМС и Арктик СПГ 2: как в Заполярье строят плавучие заводы для сжижения природного газа ЦСКМС и Арктик СПГ 2: как в Заполярье строят плавучие заводы для сжижения природного газа

Суровые условия Арктики окупаются её богатствами

Популярная механика
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
Меню для свидания: что лучше заказывать и как правильно это есть Меню для свидания: что лучше заказывать и как правильно это есть

Как себя вести на романтической встрече и что лучше заказывать на свидании

Cosmopolitan
Хватит мерзнуть Хватит мерзнуть

9 привычек, из-за которых тебе холоднее, чем должно быть

Лиза
Скрученный двойной бислой трииодида хрома удивил физиков ферромагнетизмом Скрученный двойной бислой трииодида хрома удивил физиков ферромагнетизмом

Физики обнаружили ферромагнитный порядок

N+1
Курсом на восход Курсом на восход

Яхтенный туризм набирает все большую популярность в России

Отдых в России
Публичная порка как жертвоприношение: с чем связаны проверки артистов и блогеров Публичная порка как жертвоприношение: с чем связаны проверки артистов и блогеров

С чем связаны массовые проверки российских блогеров и артистов

Forbes
Маршрут в будущее Маршрут в будущее

Роман Лебедев о педагогических подходах большой перемены

ПУСК
5 самых нелепых судов на сексуальной почве 5 самых нелепых судов на сексуальной почве

Вот что может быть, если не доведешь свою подружку до оргазма

Playboy
Самые модные образы зимы — 8 правил, как стильно сочетать одежду в этом сезоне Самые модные образы зимы — 8 правил, как стильно сочетать одежду в этом сезоне

Какие комбинации вещей будут наиболее актуальны этой зимой

Cosmopolitan
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
Блистательное завершение праздничной еды Блистательное завершение праздничной еды

История десерта

Наука и жизнь
Эмили все еще в Париже: второй сезон сериала про моду, Францию и любовь на троих Эмили все еще в Париже: второй сезон сериала про моду, Францию и любовь на троих

Каким получился второй сезон сериала «Эмили в Париже»

Cosmopolitan
Что делать, если ноутбук не включается Что делать, если ноутбук не включается

Почему ноутбук может не включаться и как решить эту проблему?

CHIP
Если завтра в поход. Пора ли нам начинать бояться большой войны Если завтра в поход. Пора ли нам начинать бояться большой войны

Станет ли взаимный страх тормозом для лидеров стран?

СНОБ
Не музыкой единой: как Spotify готовится совершить революцию в мире аудиозаписей Не музыкой единой: как Spotify готовится совершить революцию в мире аудиозаписей

Десять лет назад Даниэль Эк совершил переворот в музыкальной индустрии

Forbes
5 рождественских фильмов, которые вы вряд ли смотрели 5 рождественских фильмов, которые вы вряд ли смотрели

Наша подборка с рождественскими фильмами

GQ
43 м² 43 м²

Цветовая гамма в квартире оттеняет живопись из коллекции хозяйки

AD
Открыть в приложении