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

Почему принимать лекарства с истекшим сроком годности опасно Почему принимать лекарства с истекшим сроком годности опасно

Что делать когда у лекарства истек срок годности, а оно еще не израсходовано?

Популярная механика
Грозный зовет в ночь Грозный зовет в ночь

Список из шести интересных мест, которые стоит посетить ночью в Грозном

Отдых в России
Разоблачая мифы Разоблачая мифы

Существует четыре устойчивых заблуждения, связанных с Ванзейской конференцией

Дилетант
Банкет для шефа Банкет для шефа

Проведение банкета — всегда непростой процесс

Bones
Как выглядят и чем живут сегодня крупнейшие звезды Playboy (фото прилагаются) Как выглядят и чем живут сегодня крупнейшие звезды Playboy (фото прилагаются)

Истории звезд Playboy: от секс-записей до трагической передозировки наркотиками

Maxim
6 неявных признаков друга-нарцисса 6 неявных признаков друга-нарцисса

Многие нарциссы достаточно умны, чтобы хорошо маскироваться

Psychologies
«Ты сейчас нарушаешь мои границы»: как происходит подмена понятий новой этики «Ты сейчас нарушаешь мои границы»: как происходит подмена понятий новой этики

Глава из книги «Сложные чувства» о новой реальности наших чувств

Forbes
В путешествие с ребенком: как не испортить себе отдых В путешествие с ребенком: как не испортить себе отдых

Время отпусков и путешествий. Встает вопрос: как быть с ребенком?

Psychologies
Сильная слабая девочка Сильная слабая девочка

В 21 год Яна Гладких стала самой юной артисткой труппы МХТ имени Чехова

OK!
Время лайфхаков: как узнать, кто заблокировал в инстаграме Время лайфхаков: как узнать, кто заблокировал в инстаграме

Ты точно вычислишь тех, кто кинул тебя в ЧС

Playboy
Солнечные панели, улавливающие и свет, и тепло: удвоим ресурс Солнечные панели, улавливающие и свет, и тепло: удвоим ресурс

Как преобразовать солнечное тепло в полезную энергию?

Популярная механика
Побег из ортодоксальной общины в глянец. Симоне Сомех: «Широкий угол» Побег из ортодоксальной общины в глянец. Симоне Сомех: «Широкий угол»

Отрывок из романа «Широкий угол», наполненного юмором и сочувствием к героям

СНОБ
От рабыни-славянки до султанши: история знаменитой красавицы Хюррем От рабыни-славянки до султанши: история знаменитой красавицы Хюррем

Прошло несколько сотен лет, но интерес людей к этой Хюррем не угасает

Cosmopolitan
Рассказ Людмилы Петрушевской «Черное пальто. Страшные случаи» Рассказ Людмилы Петрушевской «Черное пальто. Страшные случаи»

Рассказ «Фонарик» Людмилы Петрушевской

СНОБ
Открытие сезона Открытие сезона

Зарина Догузова, руководитель Ростуризма, посетила с рабочим визитом Кузбасс

Отдых в России
Фильмы, которые оказались лучше книг Фильмы, которые оказались лучше книг

Тот самый момент, когда лучше не читать, а смотреть

Maxim
Какие места в самолете считаются худшими Какие места в самолете считаются худшими

Какие кресла в самолете лучше не покупать?

Популярная механика
Как армия влияет на шанс выжить в зомби апокалипсисе: интересное исследование и советы Как армия влияет на шанс выжить в зомби апокалипсисе: интересное исследование и советы

В случае массового восстания зомби гражданское население будут защищать военные

Популярная механика
Убегающие от быков люди указали на новый тип пешеходной динамики Убегающие от быков люди указали на новый тип пешеходной динамики

Коллаборация физиков разобралась с поведением толпы во время бычьих бегов

N+1
Если девушка прислала тебе нюдсы. Как реагировать, чтобы все не испортить Если девушка прислала тебе нюдсы. Как реагировать, чтобы все не испортить

Просто поразительно, какие проблемы стоят перед современными мужчинами

Maxim
«Кто за главного? Свобода воли с точки зрения нейробиологии» «Кто за главного? Свобода воли с точки зрения нейробиологии»

Что нейронауке известно о взаимосвязи разума и мозга

N+1
Гадание на воске: как гадать и расшифровать значение фигур Гадание на воске: как гадать и расшифровать значение фигур

Гадание на воске дошло до нас практически в неизменном с древних времен виде

Cosmopolitan
Холодное сердце Холодное сердце

Как зимой снизить риск сердечно-сосудистых заболеваний

Лиза
Как выбрать аромат для дома Как выбрать аромат для дома

Как правильно подобранный аромат помогает справиться со стрессом и хандрой?

Psychologies
«Сначала лучше, потом дешевле. Сначала доходы, потом расходы» «Сначала лучше, потом дешевле. Сначала доходы, потом расходы»

Интервью руководителя ВТБ Private Banking Дмитрия Брейтенбихера

Forbes
Отцы и дети: почему сословный принцип в кадровой политике вредит экономике Отцы и дети: почему сословный принцип в кадровой политике вредит экономике

Почему продвижение «своих» по семейной линии всегда приводит к упущенной выгоде

Forbes
2400 лошадей под капотом: анонсирован проект шестиколесного, невероятно мощного электрокара от Hennessey Performance 2400 лошадей под капотом: анонсирован проект шестиколесного, невероятно мощного электрокара от Hennessey Performance

Джон Хеннесси задумал создать настоящего монстра из семейства электромобилей

Популярная механика
Старик и девочка: история фрейлины Алымовой, которую прославили скандалы Старик и девочка: история фрейлины Алымовой, которую прославили скандалы

Глафиры Алымовой — олицетворение аристократок XVIII века

Cosmopolitan
Хватит мерзнуть Хватит мерзнуть

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

Лиза
Что такое йога: советы для начинающих Что такое йога: советы для начинающих

Развенчиваем мифы о йоге и рассказываем, с чего начать

РБК
Открыть в приложении