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

Настя Ивлеева Настя Ивлеева

Настя Ивлеева: «Цифровая реальность – это в высшей степени сексуально!»

Playboy
От «Фаворитки» до «Железной леди»: байопики о женщинах в политике От «Фаворитки» до «Железной леди»: байопики о женщинах в политике

Женщин в политике меньшинство, и биографических фильмов о них тоже немного

Forbes
Мячи мечты Мячи мечты

Актрисе Валерии Шкирандо удалось улучшить эротическую съемку в мужском журнале!

Maxim
Как банки управляют нашими деньгами (и борются за доверие клиента)? Разговор Сергея Минаева с старшим вице-президентом ВТБ Дмитрием Брейтенбихером Как банки управляют нашими деньгами (и борются за доверие клиента)? Разговор Сергея Минаева с старшим вице-президентом ВТБ Дмитрием Брейтенбихером

О том, как банки перестраиваются в цифровом мире и какое место занимает клиент

Esquire
Объятия, унижения, игнор: как вели себя звезды, увидевшись впервые после развода Объятия, унижения, игнор: как вели себя звезды, увидевшись впервые после развода

Какая она — звездная встреча после развода?

Cosmopolitan
Итальянский опыт Итальянский опыт

Мы попросили шеф-поваров — преподавателей академии поделиться своими рецептами

Bones
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
Бригада по-английски: как повторить стиль из сериала «Острые козырьки» Бригада по-английски: как повторить стиль из сериала «Острые козырьки»

Где ты найти все, что необходимо для гангстерского антуража

Playboy
Вызываем грузчиков: 8 признаков, что вам пора съехаться Вызываем грузчиков: 8 признаков, что вам пора съехаться

Когда же наступает время съезжаться?

Cosmopolitan
Грязь как полотно Грязь как полотно

Добро пожаловать в Dirty Car Art

Playboy
Зимняя хандра Зимняя хандра

8 правил, которые помогут не допустить подавленного состояния

Лиза
16 лучших эфирных масел от простуды и заложенности носа. Как их использовать? 16 лучших эфирных масел от простуды и заложенности носа. Как их использовать?

Эфирные масла могут облегчить симптомы простуды

Cosmopolitan
Калифорнийские схемы: как разбогатеть на кризисе доступного жилья Калифорнийские схемы: как разбогатеть на кризисе доступного жилья

Как разбогатели американские торговцы «мусорными» муниципальными облигациями

Forbes
«Я боюсь эскалаторов»: как преодолеть фобию «Я боюсь эскалаторов»: как преодолеть фобию

История Саши, у которой эскалаторы вызывают панический страх

Psychologies
Актриса Нелли Уварова: Самое главное в жизни — не тратить энергию на то, чтобы кому-то что-то доказать Актриса Нелли Уварова: Самое главное в жизни — не тратить энергию на то, чтобы кому-то что-то доказать

Нелли Уварова — о роли танцев в её жизни и благотворительности

СНОБ
Переиграл и уничтожил Переиграл и уничтожил

Евгений Понасенков — как должен одеваться истинный денди и как жить дальше

Собака.ru
Как понять, что в желчном пузыре камни: 5 симптомов, которые нельзя игнорировать Как понять, что в желчном пузыре камни: 5 симптомов, которые нельзя игнорировать

Как вовремя заметить, что с желчным пузырем что-то не так?

Cosmopolitan
Как правильно стрелять из снайперской винтовки: секреты мастерства Как правильно стрелять из снайперской винтовки: секреты мастерства

Какие факторы ему необходимо учесть, чтобы пуля попала именно туда, куда нужно?

ТехИнсайдер
Тусовки будущего: все, что нужно знать о секс-вечеринках в России Тусовки будущего: все, что нужно знать о секс-вечеринках в России

В последние пару лет в крупных городах России наблюдается бум секс-вечеринок

Playboy
Искусственный интеллект Искусственный интеллект

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

Esquire
Kuzzz-basss. Yeah, baby Kuzzz-basss. Yeah, baby

Путешествие может быть лучше, чем секс, только если оно и есть секс

Playboy
7 веселых активити-игр для компании друзей на Новый Год 7 веселых активити-игр для компании друзей на Новый Год

Помнишь самые дурацкие конкурсы на свадьбах и юбилеях маминых подруг?

Playboy
Пять привычек, которые прибавят тебе целых 10 лет жизни Пять привычек, которые прибавят тебе целых 10 лет жизни

Как здоровый (и нездоровый) образ жизни влияет на продолжительность жизни

Cosmopolitan
8 лучших сериалов о предпринимателях 2021 года 8 лучших сериалов о предпринимателях 2021 года

Эти истории, которые способны удивить или замотивировать вас заняться бизнесом

Inc.
Если девушка прислала тебе нюдсы. Как реагировать, чтобы все не испортить Если девушка прислала тебе нюдсы. Как реагировать, чтобы все не испортить

Просто поразительно, какие проблемы стоят перед современными мужчинами

Maxim
Каменная дубрава Каменная дубрава

Откуда у тревел-фотографов и блогеров такой интерес к бухте Дубовая?

Отдых в России
Российские физики собрали кукварты из ионов Российские физики собрали кукварты из ионов

Ученые научились более эффективно использовать ионы квантового вычислителя

N+1
Как почистить стиральную машину от грязи и накипи: подробная инструкция Как почистить стиральную машину от грязи и накипи: подробная инструкция

Как почистить фильтр, ТЭН, манжету и кассетный приемник стиральных средств

CHIP
Скрученный двойной бислой трииодида хрома удивил физиков ферромагнетизмом Скрученный двойной бислой трииодида хрома удивил физиков ферромагнетизмом

Физики обнаружили ферромагнитный порядок

N+1
Возможно, астма уменьшает риск развития опухолей в мозгу. Вот откуда такие предположения Возможно, астма уменьшает риск развития опухолей в мозгу. Вот откуда такие предположения

Неврологи выяснили, почему у людей с астмой меньше вероятность опухоли в мозгу

Популярная механика
Открыть в приложении