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

Ёлка, Юлия Хлынина, Владимир Яглыч, Алёна Бабенко и другие артисты прочитали рассказы Михаила Зощенко Ёлка, Юлия Хлынина, Владимир Яглыч, Алёна Бабенко и другие артисты прочитали рассказы Михаила Зощенко

Рассказ Михаила Зощенко в онлайн-проекте «Читай дома»

OK!
Гравитационные волны помогут проверить гипотезу суперсимметричного бариогенеза Гравитационные волны помогут проверить гипотезу суперсимметричного бариогенеза

Физики расчитывают на гравитационные обсерватории следующего поколения

N+1
Князь, губернаторы, воевода и секретарь Князь, губернаторы, воевода и секретарь

Самые известные первые лица Нижнего Новгорода

Дилетант
Счастья баловень безродный... Счастья баловень безродный...

Оценка Петром Меншикова была прозаической и трезвой: вороватый, да верный

Дилетант
Если тебя нет в инстаграме, значит тебя нет: куда нас приведут соцсети и экономика внимания Если тебя нет в инстаграме, значит тебя нет: куда нас приведут соцсети и экономика внимания

Почему человеческое внимание теперь ценится больше человеческой жизни

Esquire
Путин поддержал идею обсудить закон об иноагентах с журналистами Путин поддержал идею обсудить закон об иноагентах с журналистами

Путин согласился, что закон об иноагентах нужно обсудить с профессионалами

Forbes
38 м² 38 м²

Квартира с яркой мебелью по проекту Анны Силаичевой

AD
5 способов удержать ценного сотрудника, который решил уволиться 5 способов удержать ценного сотрудника, который решил уволиться

Что делать руководителю, у которого ценный сотрудник задумался об уходе?

Inc.
Касторовое масло: применение, польза, научные данные Касторовое масло: применение, польза, научные данные

Чем полезно касторовое масло и как действует на организм?

РБК
Земля и Марс сформировались из материала внутренней части Солнечной системы Земля и Марс сформировались из материала внутренней части Солнечной системы

Ученые сравнили изотопный состав Земли, Марса и метеоритов

Популярная механика
Средства борьбы с дронами: как истребляют механических птиц Средства борьбы с дронами: как истребляют механических птиц

Какие современные методы могут помочь справиться с дронами

ТехИнсайдер
30 м² 30 м²

Квартира-каюта со встроенной мебелью

AD
Все толстеют, а ты похудей: 7 советов, которые помогут скинуть вес за праздники Все толстеют, а ты похудей: 7 советов, которые помогут скинуть вес за праздники

А что ты скажешь, если ты не поправишься, а похудеешь?

Cosmopolitan
Черви выбрали пищевое поведение с помощью простой нейронной цепи Черви выбрали пищевое поведение с помощью простой нейронной цепи

Нематоды выбрали между подвижностью и оседлостью по запаху еды

N+1
15 игр, которые укрепят отношения 15 игр, которые укрепят отношения

Подборка энергичных и психологических игр для вас двоих и компании друзей

Лиза
Эрудиция против поисковиков Эрудиция против поисковиков

Зачем много знать и помнить в эпоху интернета

РБК
По одной дорожке По одной дорожке

Софья Гершевич и Анастасия Уколова – о том, как собирались на красную дорожку

Grazia
Метод мозгового штурма: что это, зачем и кому он нужен и как «штормить» правильно Метод мозгового штурма: что это, зачем и кому он нужен и как «штормить» правильно

Мозговой штурм — это способ находить решения с помощью коллективного разума

Forbes
Прогулки по Переделкино Прогулки по Переделкино

Сегодня мы отправимся на прогулку в городок писателей Переделкино

Отдых в России
Зрелище за 3 млн рублей: как устроен сезонный бизнес организаторов фейерверков Зрелище за 3 млн рублей: как устроен сезонный бизнес организаторов фейерверков

Как готовятся к запуску фейерверка и что может пойти не так?

VC.RU
Меган Маркл целовалась в губы с красавчиком Кристофером перед встречей с Гарри Меган Маркл целовалась в губы с красавчиком Кристофером перед встречей с Гарри

Меган Маркл до встречи с принцем Гарри снялась в легкомысленной комедии

Cosmopolitan
Обыкновенная генетта Обыкновенная генетта

Генетта — это редкость, экзотика. Чего это она вдруг «обыкновенная»?

Weekend
«Подкаст — это интимная история». Алекс Дубас о феномене «анны аТмаховой» и подкастинге вообще «Подкаст — это интимная история». Алекс Дубас о феномене «анны аТмаховой» и подкастинге вообще

Радиоведущий Алексей Дубасов — о новой этике, жизни радио в эру подкастов

СНОБ
Можно ли управлять эмоциональным «похмельем»? Объясняет психолог Можно ли управлять эмоциональным «похмельем»? Объясняет психолог

Что такое эмоциональное «похмелье» и как им управлять?

Inc.
Не логотипом единым: как на самом деле создаются бренды Не логотипом единым: как на самом деле создаются бренды

Брендинг в понимании многих компаний — это все еще формула «название + логотип»

Inc.
Преступления лондонского расчленителя кошек приписали лисицам-падальщицам Преступления лондонского расчленителя кошек приписали лисицам-падальщицам

Ученые выяснили, кто стоит за волной расчленений кошек, охватившей Лондон

N+1
«Теория разбитых окон» в здравоохранении: как порядок влияет на эффективность лечения «Теория разбитых окон» в здравоохранении: как порядок влияет на эффективность лечения

Как хаос влияет на здравоохранение и причем здесь теория разбитых окон

Inc.
«Важнейшее из искусств» «Важнейшее из искусств»

Сталин так проникся кинематографом, что начал править историю страны и мира

Дилетант
Химики разобрались в отрицательных зарядах на каплях гидрофобных жидкостей в воде Химики разобрались в отрицательных зарядах на каплях гидрофобных жидкостей в воде

Почему поверхность капель жидких углеводородов в воде имеет отрицательный заряд

N+1
Минус 70 кг: американка похудела вдвое, но не отказалась от бургеров Минус 70 кг: американка похудела вдвое, но не отказалась от бургеров

История Эмбер Клеменс: скинуть вес можно и без отказа от бургеров и мороженого

Cosmopolitan
Открыть в приложении