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

Полезные привычки для здоровья мозга: 5 советов, к которым стоит прислушаться Полезные привычки для здоровья мозга: 5 советов, к которым стоит прислушаться

Отрывок из книги Джона Рэндольфа «Таблетка для мозга»

Популярная механика
«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
Уязвимое место: почему колени так часто травмируются Уязвимое место: почему колени так часто травмируются

Почему колени — такое болезненное и уязвимое место в теле человека?

ТехИнсайдер
Очень плохие девочки: как женские банды сукэбан держали в страхе Японию Очень плохие девочки: как женские банды сукэбан держали в страхе Японию

Кто такие сукэбан, откуда они взялись и почему держали в страхе всю Японию?

Cosmopolitan
8 доказанных наукой привычек, которые действительно повышают интеллект 8 доказанных наукой привычек, которые действительно повышают интеллект

Какие ритуалы стоит добавить в свою рутину, чтобы стать умнее

Maxim
Топ самых лучших новогодних и рождественских фильмов на все времена Топ самых лучших новогодних и рождественских фильмов на все времена

Небольшой список самых популярных новогодних фильмов и мультфильмов

Популярная механика
Новгородцам XI века приглянулось катание на костяных коньках Новгородцам XI века приглянулось катание на костяных коньках

Катание на коньках было популярно во второй половине XI — начале XIII века

N+1
Суд Лондона обязал премьера ОАЭ выплатить сбежавшей жене рекордные $730 млн Суд Лондона обязал премьера ОАЭ выплатить сбежавшей жене рекордные $730 млн

Крупнейшая компенсация по бракоразводным процессам в истории британских судов

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
Телескопы с жидким зеркалом: как это работает Телескопы с жидким зеркалом: как это работает

Есть ли у «жидких ртутных телескопов» будущее?

Популярная механика
Искусственный интеллект Искусственный интеллект

Человек начал бояться восстания роботов еще до того, как научился их создавать

Esquire
Танцы с огнем: секреты работы фаерщиков Танцы с огнем: секреты работы фаерщиков

Неотъемлемый элемент фаершоу — это пойстеры, люди, которые «крутят» пои

Популярная механика
Шесть работниц Tesla Илона Маска пожаловались на харассмент на работе. Бывшая сотрудница SpaceX написала эссе о сексизме в компании Шесть работниц Tesla Илона Маска пожаловались на харассмент на работе. Бывшая сотрудница SpaceX написала эссе о сексизме в компании

Рабочую среду в компаниях Илона Маска подвергли серьезной критике

Esquire
ГЭС в низинных тропиках оказались угрозой для местообитаний тигра и ягуара ГЭС в низинных тропиках оказались угрозой для местообитаний тигра и ягуара

Плотины затопили уже суммарно почти 40 тысяч квадратных километров ареалов кошек

N+1
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
«У сильных желаний нет обстоятельств». Как люди с ограниченными возможностями исполняют свои мечты «У сильных желаний нет обстоятельств». Как люди с ограниченными возможностями исполняют свои мечты

Что помогает людям с ограниченными возможностями добиваться желаемого

СНОБ
«Никаких посиделок с друзьями»: как живет семья с пятерняшками из Приморья «Никаких посиделок с друзьями»: как живет семья с пятерняшками из Приморья

Больше всего родителей пятерняшек раздражает вопрос: «Как вы справляетесь?»

Cosmopolitan
Зимняя хандра Зимняя хандра

8 правил, которые помогут не допустить подавленного состояния

Лиза
40 м² 40 м²

Для своей семьи Ольга Угур создала квартиру-трансформер

AD
Адмирал без танцев Адмирал без танцев

Как «отец народов» переписал биографию Нахимова

Дилетант
Все о холестерине: что это такое и нужно ли его снижать Все о холестерине: что это такое и нужно ли его снижать

Контроль за уровнем холестерина — надежный способ защитить сердце от заболеваний

РБК
Юля Беретта: «Я притягиваю только умных и интересных людей» Юля Беретта: «Я притягиваю только умных и интересных людей»

Юлия Беретта накануне выхода ее нового альбома о личном и профессиональном

Maxim
Что такое сход-развал и когда его делать. Памятка для водителей Что такое сход-развал и когда его делать. Памятка для водителей

Разбираемся, что такое развал-схождение и можно ли сделать его самостоятельно

РБК
10 самых дорогих мобильных телефонов в мире 10 самых дорогих мобильных телефонов в мире

Алмазы, платина, золото — представляем подборку самых дорогих мобильных

Популярная механика
«Разведенка с прицепом»: не приговор, а манипуляция общественным сознанием «Разведенка с прицепом»: не приговор, а манипуляция общественным сознанием

«Разведенка с прицепом» — это приговор счастливой семейной жизни?

Psychologies
Водителей штрафуют, когда они просто стоят в пробке. Подробности и фото Водителей штрафуют, когда они просто стоят в пробке. Подробности и фото

Нередко появляются жалобы на штрафы за так называемое «стояние в пробке»

РБК
Кто в доме хозяин, или что должен делать хороший муж Кто в доме хозяин, или что должен делать хороший муж

Что должен делать муж в семье: вопрос не риторический

Playboy
Алек Болдуин расплакался, рассказывая о смертельном выстреле на съемках Алек Болдуин расплакался, рассказывая о смертельном выстреле на съемках

Алек Болдуин дал первое большое интервью после трагедии на съемочной площадке

Cosmopolitan
10 самых разбогатевших миллиардеров мира — 2021. Рейтинг Forbes 10 самых разбогатевших миллиардеров мира — 2021. Рейтинг Forbes

10 самых разбогатевших миллиардеров в долларовом эквиваленте

Forbes
Нас догонят Нас догонят

Иван Давыдов о сериале «След»

Weekend
Открыть в приложении