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

10 самых странных озер в мире 10 самых странных озер в мире

Озера-убийцы, озера-призраки, озера-кладбища — в нашей подборке

Популярная механика
«Мы должны быть уверены, что не отравим людей». Как изменилась жизнь рестораторов после введения обязательной маркировки продуктов «Мы должны быть уверены, что не отравим людей». Как изменилась жизнь рестораторов после введения обязательной маркировки продуктов

Доля фальсифицированных продуктов на российском рынке достигает 20%

СНОБ
Сокровища Урарту Сокровища Урарту

Четыре сокровища древнего Урарту

Вокруг света
Какое-то волшебство! Какое-то волшебство!

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

Лиза
Археологи обнаружили в Норвегии артефакты с руническими надписями Археологи обнаружили в Норвегии артефакты с руническими надписями

Найденная руна, по всей видимости, представляет собой молитву

N+1
Как стать богатым и счастливым: рецепт от основателя «Вымпелком» Дмитрия Зимина Как стать богатым и счастливым: рецепт от основателя «Вымпелком» Дмитрия Зимина

Как Зимин создавал «Вымпелком»

Forbes
Одинокий изобретатель против автогигантов: история Роберта Кернса, у которого Ford cкопировала «дворники» Одинокий изобретатель против автогигантов: история Роберта Кернса, у которого Ford cкопировала «дворники»

Создатель современных стеклоочистителей для машин десятки лет судился с Ford

VC.RU
Роботы в лабиринте Роботы в лабиринте

SubT — конкурс между роботами, способными самостоятельно исследовать подземелья

Популярная механика
92 м² 92 м²

Спокойный интерьер с азиатскими мотивами по проекту Ольги Солнышковой

AD
Короли и любовники: какие инстинкты управляют боссами Короли и любовники: какие инстинкты управляют боссами

Какие инстинкты и мотивы руководят боссом и что для него важно

Forbes
Топ-10 самых успешных (и богатых) российских спортсменов 2021 года Топ-10 самых успешных (и богатых) российских спортсменов 2021 года

Кто в 2021-м был самым успешным спорсменом и обогатился больше остальных

Maxim
Дети аквамарина Дети аквамарина

Продолжение рассказа Игоря Вереснева

Наука и жизнь
«Эгоцентризм и нытье». Вышел долгожданный альбом рэпера Oxxxymirona «Эгоцентризм и нытье». Вышел долгожданный альбом рэпера Oxxxymirona

Альбом Oxxxymirona «Красота и уродство» — самый громкий камбэк уходящего года

СНОБ
Мы не подходим друг другу: как вежливо отказать потенциальному работодателю Мы не подходим друг другу: как вежливо отказать потенциальному работодателю

Как правильно и корректно отказать работодателю в предложении работы

Forbes
Портрет новой российской науки: Иван Клочков — физик, который делает алмазы из газа Портрет новой российской науки: Иван Клочков — физик, который делает алмазы из газа

Физик Иван Клочков: наука — это возможность по-новому взглянуть проблему

Esquire
Китовая бухта Китовая бухта

Где водятся русские тропические киты? Как сохранить этих исчезающих великанов?

Отдых в России
Что нужно сделать в новогоднюю ночь, чтобы привлечь здоровье, деньги и любовь? Что нужно сделать в новогоднюю ночь, чтобы привлечь здоровье, деньги и любовь?

Парочка простых ритуалов, которые помогут осуществить задуманное на Новый год

Cosmopolitan
«Иллюзия правды. Почему наш мозг стремится обмануть себя и других?» «Иллюзия правды. Почему наш мозг стремится обмануть себя и других?»

Любовь — не единственное чувство, которое вынуждает восприятие сбиваться с пути

N+1
Как внушить человеку ложные воспоминания и еще четыре любопытных эксперимента Как внушить человеку ложные воспоминания и еще четыре любопытных эксперимента

Быть ученым — значит иметь фантазию, чтобы придумывать необычные эксперименты

Maxim
Польза и вред какао: научные данные Польза и вред какао: научные данные

За что какао ценят диетологи и как правильно его пить?

РБК
Окно за границу: какие меры помогут раскрыть экспортный потенциал российской промышленности Окно за границу: какие меры помогут раскрыть экспортный потенциал российской промышленности

Как развивать экспорт российской продукции?

СНОБ
Итоги года: лучшая научная фантастика 2021 Итоги года: лучшая научная фантастика 2021

Интересные фантастические книги, которые нам принес 2021 год

Популярная механика
3 фактора, которые делают нас везучими: удача в даосской традиции 3 фактора, которые делают нас везучими: удача в даосской традиции

Какие факторы влияют на удачу и как их можно прокачать?

Psychologies
Корона была ужасная, принцесса была прекрасная Корона была ужасная, принцесса была прекрасная

«Спенсер» Пабло Ларраина: леди Ди тошнит от Виндзоров

Weekend
История о том, как ветеран ВВС США сделал из военного самолета дом на колесах История о том, как ветеран ВВС США сделал из военного самолета дом на колесах

Ветеран ВВС США превратил самолет в роскошный дом на колесах

Популярная механика
IBM создала автоматизированную лабораторию с искусственным интеллектом IBM создала автоматизированную лабораторию с искусственным интеллектом

RoboRXN, автоматизированная удаленная лаборатория с искусственным интеллектом

Популярная механика
7 причин есть морскую капусту каждый день 7 причин есть морскую капусту каждый день

Морская капуста — настоящий суперфуд

РБК
Очень плохие девочки: как женские банды сукэбан держали в страхе Японию Очень плохие девочки: как женские банды сукэбан держали в страхе Японию

Кто такие сукэбан, откуда они взялись и почему держали в страхе всю Японию?

Cosmopolitan
По следам Арсеньева По следам Арсеньева

Приморские трэвел-журналисты повторили части двух экспедиций Владимира Арсеньева

Отдых в России
12 лучших и самых здоровых продуктов, которые сделают волосы густыми и длинными 12 лучших и самых здоровых продуктов, которые сделают волосы густыми и длинными

Рацион не менее полезен для роста волос, чем правильный уход

Cosmopolitan
Открыть в приложении