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

Минздрав развеивает электронный дым Минздрав развеивает электронный дым

Что изменилось в государственной концепции борьбы с курением

РБК
Избегайте этих 5 фраз, когда просите о повышении зарплаты, — эксперт по переговорам Избегайте этих 5 фраз, когда просите о повышении зарплаты, — эксперт по переговорам

Начать разговор о повышении зарплаты часто бывает очень сложно

Inc.
Общепит, да не тот Общепит, да не тот

Можно ли математически предсказать успех ресторана?

Эксперт
Один из родителей изменяет. Что делать? Один из родителей изменяет. Что делать?

Как быть: раскрыть тайну или молчать во имя семейного счастья?

Psychologies
Эмили все еще в Париже: второй сезон сериала про моду, Францию и любовь на троих Эмили все еще в Париже: второй сезон сериала про моду, Францию и любовь на троих

Каким получился второй сезон сериала «Эмили в Париже»

Cosmopolitan
ЦСКМС и Арктик СПГ 2: как в Заполярье строят плавучие заводы для сжижения природного газа ЦСКМС и Арктик СПГ 2: как в Заполярье строят плавучие заводы для сжижения природного газа

Суровые условия Арктики окупаются её богатствами

Популярная механика
Острый момент: 7 ошибок, которые ты допускаешь при бритье зоны бикини Острый момент: 7 ошибок, которые ты допускаешь при бритье зоны бикини

Самые распространенные ошибки, которые ты допускаешь при бритье зоны бикини

Cosmopolitan
«Тараканы и те интересны» «Тараканы и те интересны»

С Юрием Васнецовым каждый из нас знаком с детства

Дилетант
EXEED VX. Последнее китайское предупреждение EXEED VX. Последнее китайское предупреждение

Известный китайский бренд привёз в Россию новый автомобиль

4x4 Club
«От меня воняет тухлой рыбой»: как живет женщина с редчайшим заболеванием «От меня воняет тухлой рыбой»: как живет женщина с редчайшим заболеванием

История женщины, страдающей «синдром рыбного запаха»

Cosmopolitan
Живые ёлки напрокат: сколько стоит реализовать экопроект и можно ли на нём заработать Живые ёлки напрокат: сколько стоит реализовать экопроект и можно ли на нём заработать

Как маркетолог Любовь Чернышева основала проект «Живые ёлки напрокат»

VC.RU
Мне бы мяса: 4 лайфхака, как выбрать идеальный стейк в магазине Мне бы мяса: 4 лайфхака, как выбрать идеальный стейк в магазине

Как выбрать лучший кусок мяса для стейка и не прогадать

Playboy
«Чувствую себя лучше, чем в 20»: как исполнить все свои мечты на пенсии «Чувствую себя лучше, чем в 20»: как исполнить все свои мечты на пенсии

История нашей читательницы, которая в 60 лет не побоялась сменить профессию

Psychologies
«Представляю секс с рабочим»: о чем говорят женские сексуальные фантазии «Представляю секс с рабочим»: о чем говорят женские сексуальные фантазии

Сексолог расшифровывает фантазии читательниц и объясняет, как их можно воплотить

Psychologies
Почему нельзя надевать чужие кольца и еще 5 нелепых суеверий, которые сбываются Почему нельзя надевать чужие кольца и еще 5 нелепых суеверий, которые сбываются

Откуда пошли самые популярные суеверия и почему они сбываются?

Cosmopolitan
Детство во время войны: каким получился «Белфаст» Кеннета Браны Детство во время войны: каким получился «Белфаст» Кеннета Браны

Черно-белый «Белфаст» Кеннета Браны

РБК
Она — моя! 10 российских звезд, которые скрывают своих жен Она — моя! 10 российских звезд, которые скрывают своих жен

Герои нашей подборки убеждены: счастье любит тишину

Cosmopolitan
Запретная тема. Умерла Джоан Дидион Запретная тема. Умерла Джоан Дидион

Биографическое эссе в память о Джоан Дидион

СНОБ
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
Разрушительный треугольник: как я потеряла и дружбу, и любовь Разрушительный треугольник: как я потеряла и дружбу, и любовь

Выбирать из двух близких людей того, кто тебе больше дорог, — невозможно

Psychologies
Мотоцикл в качестве бонуса и зарплата $92 тысячи в год: как ИТ-компании в Индии привлекают таланты Мотоцикл в качестве бонуса и зарплата $92 тысячи в год: как ИТ-компании в Индии привлекают таланты

Почему Индия переживает крупнейший за восемь лет бум найма сотрудников

VC.RU
Машинное отделение: что хорошего современные бьюти-аппараты могут сделать с кожей и лицом Машинное отделение: что хорошего современные бьюти-аппараты могут сделать с кожей и лицом

С чего начать погружение в мир бьюти-аппаратов?

Esquire
Почему появляются прыщи зимой и как иметь чистую и сиящую кожу даже в мороз Почему появляются прыщи зимой и как иметь чистую и сиящую кожу даже в мороз

Зимнее акне существует, и с ним сталкиваются люди всех возрастов

Cosmopolitan
«Возраст — просто цифра». Пенсионерка похудела на 40 кг и стала звездой бурлеска «Возраст — просто цифра». Пенсионерка похудела на 40 кг и стала звездой бурлеска

История Мэрилин, которая в 70 лет стала звездой эротического шоу

Cosmopolitan
5 ошибок CEO SETTERS EDUCATION Александры Жарковой 5 ошибок CEO SETTERS EDUCATION Александры Жарковой

Метод проб и ошибок CEO SETTERS EDUCATION Александры Жарковой

Inc.
Женщины на госслужбе в России реже, чем мужчины, получают высокие должности Женщины на госслужбе в России реже, чем мужчины, получают высокие должности

Женщины на госслужбе занимают высокие должности намного реже, чем мужчины

Forbes
Emin Emin

Блиц-интервью с Эмином Агаларовым: неожиданные вопросы и быстрые ответы

ЖАРА Magazine
69 м² 69 м²

В интерьере заказчика Мария Амелина поселила Спайдермена

AD
Манифест российского виноделия: лидеры рейтинга лучших вин России Манифест российского виноделия: лидеры рейтинга лучших вин России

Forbes составил рейтинг российских вин. Топ-10 рейтинга — в нашей статье

Forbes
ТОП-5 крошечных домов 2021 года ТОП-5 крошечных домов 2021 года

Самые интересные крошечные дома 2021 года

Популярная механика
Открыть в приложении