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

Они идут Они идут

Часы сегодня — средство самовыражения и туристический аттракцион

Вокруг света
«Не беспокойтесь о нас»: 5 самых трагичных судеб семей с «Титаника» «Не беспокойтесь о нас»: 5 самых трагичных судеб семей с «Титаника»

Истории с «Титаника» — о героизме, самопожертвовании и глупости

Cosmopolitan
Критическое масло Критическое масло

Что это за масло, с чем его едят и не ест ли оно нас тем временем само?

Maxim
Диана Анкудинова, Ирина Поник. Не такая, как все Диана Анкудинова, Ирина Поник. Не такая, как все

За плечами восемнадцатилетней Дианы Анкудиновой победа в шоу «Ты супер!» на НТВ

Коллекция. Караван историй
Насколько опасны синтетические пищевые красители для вашего здоровья? Насколько опасны синтетические пищевые красители для вашего здоровья?

Как снизить риск развития колоректального рака.

Популярная механика
Почему дергается глаз и что с этим делать? Почему дергается глаз и что с этим делать?

Как избавиться от нервного тика глаз и когда пора бить тревогу?

РБК
Дети аквамарина Дети аквамарина

Продолжение рассказа Игоря Вереснева

Наука и жизнь
Выловленная в конце жаркого сезона рыба повысила риск заражения чадских собак дракункулезом Выловленная в конце жаркого сезона рыба повысила риск заражения чадских собак дракункулезом

Новый и малоизученный путь заражения дракункулезом

N+1
Будущее наступило: 5 направлений, где квантовая криптография будет незаменима Будущее наступило: 5 направлений, где квантовая криптография будет незаменима

Квантовая криптография и области её применения

Популярная механика
5 продуктов, которые помогут заснуть и лучше выспаться 5 продуктов, которые помогут заснуть и лучше выспаться

Что съесть перед сном, чтобы лучше спалось?

Популярная механика
Что такое либидо и как его повысить Что такое либидо и как его повысить

Вокруг понятия либидо почти всегда возникают споры

РБК
Гидрогель укрепил бумагу для печати гибких биоразлагаемых аккумуляторов Гидрогель укрепил бумагу для печати гибких биоразлагаемых аккумуляторов

Укрепленная гидрогелем бумага помогла напечатать гибкие бумажные аккумуляторы

N+1
53 м² 53 м²

Мужская квартира с удобным кабинетом, спроектированная бюро TS Design

AD
Лихорадка у ребенка Лихорадка у ребенка

Как помочь ребенку при лихорадке быстро и безопасно

Лиза
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
92 м² 92 м²

Спокойный интерьер с азиатскими мотивами по проекту Ольги Солнышковой

AD
ТОП-10 лучших книг за 2021 год в жанре фантастика ТОП-10 лучших книг за 2021 год в жанре фантастика

Лучшие книги и произведениях в жанре фэнтези и фантастики

Популярная механика
Как противостоять хейтерам Как противостоять хейтерам

Чтобы обзавестись хейтерами, не обязательно становиться популярным

GQ
Банкет для шефа Банкет для шефа

Проведение банкета — всегда непростой процесс

Bones
Когда заканчивается измена? Когда заканчивается измена?

Откуда начинается дорога пары в будущее после измены?

Psychologies
Все, что вам нужно знать о родинках Все, что вам нужно знать о родинках

Разбираемся в непростой теме родинок вместе с экспертом

GQ
Евгеника в прошлом, настоящем и будущем Евгеника в прошлом, настоящем и будущем

Что изучает евгеника и существует ли она сейчас?

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
Психологи из Беркли назвали 13 книг, которые помогут избавиться от тревоги и стать продуктивнее Психологи из Беркли назвали 13 книг, которые помогут избавиться от тревоги и стать продуктивнее

13 книг, которые помогут стать более продуктивным и научат быть счастливее

Inc.
Измученная мать и папа-дебошир: быт и расходы семьи вундеркиндов Тепляковых Измученная мать и папа-дебошир: быт и расходы семьи вундеркиндов Тепляковых

Почему родителям так важно было отправить ребенка в институт раньше времени

Cosmopolitan
AMD или Intel: чьи процессоры лучше AMD или Intel: чьи процессоры лучше

Разбираем самые сильные и слабые стороны процессоров Intel и AMD

CHIP
Любимые автобусы страны Советов Любимые автобусы страны Советов

Самые родные автобусы времен СССР

Maxim
Наночастица помогла лазеру быстрее разогнать ионы газа Наночастица помогла лазеру быстрее разогнать ионы газа

Что происходит при облучении лазерным импульсом наночастиц в атмосфере гелия

N+1
IBM создала автоматизированную лабораторию с искусственным интеллектом IBM создала автоматизированную лабораторию с искусственным интеллектом

RoboRXN, автоматизированная удаленная лаборатория с искусственным интеллектом

Популярная механика
Как определить, психопат ли твой кот Как определить, психопат ли твой кот

Большинству котов присущи черты психопатического расстройства личности

Maxim
Открыть в приложении