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

Живучие существа: 10 неожиданных мест, где обитают бактерии Живучие существа: 10 неожиданных мест, где обитают бактерии

Ученые находят бактерии там, где вообще сложно представить что-то живое

Популярная механика
Инструкция по достижению невозможного: как решать любые задачи с помощью нейробиологии Инструкция по достижению невозможного: как решать любые задачи с помощью нейробиологии

Отрывок из книги Стивена Котлера «Невозможное как стратегия»

Inc.
10 животных с суперспособностями 10 животных с суперспособностями

При взгляде на способности некоторых животных нам остаётся только завидовать

Популярная механика
Можно ли покрыть Сахару солнечными батареями? Можно ли покрыть Сахару солнечными батареями?

Может ли пустыня стать идеальным местом для производства солнечной энергии?

Популярная механика
Как согреться: 10 способов перестать мерзнуть Как согреться: 10 способов перестать мерзнуть

Как согреться с помощью дыхания, массажа, еды и много чего еще

Cosmopolitan
Без кисельных берегов: кому и как можно худеть на молочной диете Без кисельных берегов: кому и как можно худеть на молочной диете

Как работает молочная диета и насколько она эффективна?

Cosmopolitan
Горный перевал: как Toyota Land Cruiser 300 справился с дорогами в Дагестане Горный перевал: как Toyota Land Cruiser 300 справился с дорогами в Дагестане

Toyota представила новую версию легендарного Land Cruiser с дизельным двигателем

Forbes
Как женщины справляются с травлей на кухне ресторанов и становятся шеф-поварами Как женщины справляются с травлей на кухне ресторанов и становятся шеф-поварами

Алена Солодовиченко о травле со стороны коллег-мужчин и жестких нравах на кухне

Forbes
Как бывший консультант McKinsey в 27 лет возглавил сервис «Яндекс.Еда» Как бывший консультант McKinsey в 27 лет возглавил сервис «Яндекс.Еда»

Генеральный директор «Яндекс.Еды» — как ему удалось быстро вырасти в корпорации?

Forbes
«Миф — это вирус» «Миф — это вирус»

Александр Зельдович о своей «Медее», ресентименте и феминизме

Weekend
Пилочный маникюр: быстро делается и не оставляет порезов Пилочный маникюр: быстро делается и не оставляет порезов

Пилочный маникюр: деликатный, быстрый и аккуратный

Cosmopolitan
Мужчина подменил злую кошку на добрую, и жена этого не заметила Мужчина подменил злую кошку на добрую, и жена этого не заметила

Герой истории нашел необычный способ ужиться с неприятным животным своей девушки

Psychologies
От тебя я другого и не ожидала От тебя я другого и не ожидала

Родители играют очень большую роль в развитии тревоги и депрессии

Лиза
Что все смотрят на Netflix во Франции: топ-7 сериалов Что все смотрят на Netflix во Франции: топ-7 сериалов

Элегантный французский топ сериалов, в котором вы можете найти что-то для себя

Cosmopolitan
В теле человека обнаружены десятки ранее неизвестных соединений-антибиотиков В теле человека обнаружены десятки ранее неизвестных соединений-антибиотиков

Устойчивые к антибиотикам бактерии могут стать серьезной угрозой для здоровья

Популярная механика
Бюджет: каждому свое? Бюджет: каждому свое?

Следует ли нам обсуждать с партнером свои финансы?

Psychologies
«Нам было так хорошо вместе»: почему вы на самом деле скучаете по бывшему «Нам было так хорошо вместе»: почему вы на самом деле скучаете по бывшему

Почему тоска и грусть по бывшим все еще беспокоят вас?

Psychologies
«Паутинки» и «звездочки»: что такое купероз и как его лечить «Паутинки» и «звездочки»: что такое купероз и как его лечить

Почему появляются звездочки из сосудов и что с ними делать?

РБК
Периодическое падение яркости двойной звезды объяснили плотным облаком пыли Периодическое падение яркости двойной звезды объяснили плотным облаком пыли

Почему некоторые звезды могут тускнеть?

N+1
Ее Королевское Высочество: фильмы, сериалы и подкаст о принцессе Диане Ее Королевское Высочество: фильмы, сериалы и подкаст о принцессе Диане

Если вы не устали от Дианы Спенсер, рассказываем, какие что посмотреть о ней

Esquire
10 предметов из фильмов и сериалов, которые останавливали пулю 10 предметов из фильмов и сериалов, которые останавливали пулю

Или что такое «карманный защитник» и как его эксплуатирует кинематограф

Maxim
Что посмотреть: 11 лучших фильмов про сны Что посмотреть: 11 лучших фильмов про сны

Раскрыть секрет происхождения сновидений берутся создатели кино

Playboy
Деньги зумеров: кто больше всех зарабатывает на рекламе в YouTube Деньги зумеров: кто больше всех зарабатывает на рекламе в YouTube

Сколько стоит реклама в крупных YouTube-каналах, какие факторы влияют на цену?

Forbes
А ты умеешь? Как правильно ходить – объясняет эксперт А ты умеешь? Как правильно ходить – объясняет эксперт

Оказывается, ходить нужно не только много и часто, но и правильно

VOICE
Опять женатый: что делать, если тебе всё время встречаются несвободные мужчины Опять женатый: что делать, если тебе всё время встречаются несвободные мужчины

Почему все интересные мужчины оказываются несвободными?

Cosmopolitan
Загрузка Драйвера: чем хорош главный Адам современного кино Загрузка Драйвера: чем хорош главный Адам современного кино

Маршрут по фильмографии и биографии Адама Драйвера

Esquire
«Бизнес не может быть интровертом»: как веб-сервисы изменили рынок делового туризма «Бизнес не может быть интровертом»: как веб-сервисы изменили рынок делового туризма

Ани Алексанян рассказала об основных трендах рынка корпоративного туризма

Inc.
Андрей Лобанов — об извилистом пути к успеху и международной школе программирования «Алгоритмика» Андрей Лобанов — об извилистом пути к успеху и международной школе программирования «Алгоритмика»

Как Андрей Лобанов основал крупнейшую в России школу программирования для детей

Esquire
Мы созданы для жизни вдвоем? Мы созданы для жизни вдвоем?

Люди предназначены для жизни вдвоем или в одиночестве?

Psychologies
Как сохранить Тик Ток без водяного знака: инструкция для смартфонов Как сохранить Тик Ток без водяного знака: инструкция для смартфонов

Самые простые и безопасные способы скачать видео из ТикТока без водяного знака

CHIP
Открыть в приложении