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

Взгляд сквозь дверь: лазер помог ученым заглянуть в запертую комнату Взгляд сквозь дверь: лазер помог ученым заглянуть в запертую комнату

Ученые научились заглядывать в запертые комнаты

Популярная механика
Была ли пластика? Как стареют звезды «Секса в большом городе» — разбирает хирург Была ли пластика? Как стареют звезды «Секса в большом городе» — разбирает хирург

Как сильно звезды "Секса в большом городе" изменились за два десятка лет

Cosmopolitan
Сокровища Урарту Сокровища Урарту

Четыре сокровища древнего Урарту

Вокруг света
5 гормонов, от которых мы полнеем 5 гормонов, от которых мы полнеем

Как гормоны влияют на вес?

Лиза
Что это фонит в постели?! Что это фонит в постели?!

Проверь, так ли твоя квартира хороша для любви и для жизни?

Playboy
Зеленая энергетика или «энергетический разворот» к солнцу? Зеленая энергетика или «энергетический разворот» к солнцу?

Солнечный свет как возобновляемый источник энергии

Популярная механика
Обсерватория Пик-дю-Миди зафиксировала свободный тропосферный перенос микропластика Обсерватория Пик-дю-Миди зафиксировала свободный тропосферный перенос микропластика

В обсерватории на высоте 2877 метров был обнаружен микропластик

N+1
А теперь про здоровье зубов и десен! А теперь про здоровье зубов и десен!

Эти правила застрахуют от запущенного пульпита и других проблем с зубами

Собака.ru
Как построить 200-крылый самолет: история мультипланов Как построить 200-крылый самолет: история мультипланов

Горацио Филлипс верил — чем больше крыльев у самолета, тем выше он поднимется

Популярная механика
Палеогенетики секвенировали древнюю ДНК из пропитанных смолой отложений Палеогенетики секвенировали древнюю ДНК из пропитанных смолой отложений

В плейстоценовых отложениях хорошо сохраняется древняя ДНК

N+1
Киллиан Мерфи. Человек в футляре Киллиан Мерфи. Человек в футляре

Прозрачным глазам и точеным скулам этого ирландца посвящена сотня веб-сайтов

Караван историй
Замена масла в двигателе: когда и как часто, нюансы и прочее Замена масла в двигателе: когда и как часто, нюансы и прочее

Когда и как нужно менять масло и можно ли делать это чаще,чем раз в год?

РБК
Как женщины боролись и борются за право на аборт Как женщины боролись и борются за право на аборт

Отрывок из книги «Неудобные женщины»: как девушки веками отстаивали свои права

СНОБ
18 любимых фильмов Киану Ривза — от «Большого Лебовски» до «Заводного апельсина» 18 любимых фильмов Киану Ривза — от «Большого Лебовски» до «Заводного апельсина»

Киану Ривз поделился своим списком любимых фильмов в интервью

Esquire
Огород для робота: как автоматизированные городские фермы будут кормить человечество Огород для робота: как автоматизированные городские фермы будут кормить человечество

Как вертикальные фермы могут изменить экономику?

СНОБ
Войны с лейблами и возвращение винила: главные музыкальные итоги 2021 года Войны с лейблами и возвращение винила: главные музыкальные итоги 2021 года

О взлетах и падениях музыкальной индустрии в 2021 году

Forbes
Назад в прошлое: отправляемся в путешествие по «Государевой дороге» Назад в прошлое: отправляемся в путешествие по «Государевой дороге»

Туристический маршрут «Государева дорога»

Лиза
Абсолютный русский интеллигент и нравственный маяк: как вспоминают Дмитрия Зимина Абсолютный русский интеллигент и нравственный маяк: как вспоминают Дмитрия Зимина

Каким знали Дмитрия Зимина его коллеги и друзья?

Forbes
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
Не только «Великолепный век»: 10 турецких сериалов, которые ты еще не видела Не только «Великолепный век»: 10 турецких сериалов, которые ты еще не видела

Какие турецкие сериалы стоит посмотреть

Cosmopolitan
«What the fuck is going on? Вот в чем вопрос!» «What the fuck is going on? Вот в чем вопрос!»

Художник Дэмиен Хёрст о реальности и иллюзии, об искусстве и не-искусстве

Weekend
Какими были новогодние подарки в СССР (много фото) Какими были новогодние подарки в СССР (много фото)

Вспоминаем популярные и желанные подарки в СССР

Maxim
Китайцев уличили в подделке палеолитических подвесок из зубов животных Китайцев уличили в подделке палеолитических подвесок из зубов животных

Археологи провели исследование артефактов из Верхней пещеры Чжоукоудяня

N+1
Су-34: долгая история новейшего российского бомбардировщика Су-34: долгая история новейшего российского бомбардировщика

История Су-34 — тактического фронтового бомбардировщика

Популярная механика
Векторный свет превратил атомный газ в компас Векторный свет превратил атомный газ в компас

Физики провели магнитометрию с помощью закрученного света

N+1
Теплое оружие: лютейшие клинки, которые не запрещены законом Теплое оружие: лютейшие клинки, которые не запрещены законом

Почему одни клинки считаются холодным оружием, а другие нет?

Maxim
Универсальный актёр Универсальный актёр

Николай Черкасов мог сыграть кого угодно

Дилетант
История пузырьков на упаковочной пленке История пузырьков на упаковочной пленке

Долгая история лопающегося полиэтилена

Esquire
Северное сияние Северное сияние

Современная арктическая кухня базируется продуктах Кольского полуострова

Bones
Когда вы на грани: что такое нервный срыв и как с ним справиться Когда вы на грани: что такое нервный срыв и как с ним справиться

Что такое нервный срыв, почему он возникает и как себя проявляет

Forbes
Открыть в приложении