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

Жизнь на суше сделала мангровых рыбок умнее Жизнь на суше сделала мангровых рыбок умнее

Мангровые рыбки могут проводить на суше около двух месяцев

N+1
Hic sunt dracones Hic sunt dracones

Птерозавр размером с истребитель — как выглядел и летал кетцалькоатль

N+1
Есть всюду свет Есть всюду свет

Новая жизнь бывших церквей

Вокруг света
Как избавиться от мозолей и научиться правильно выбирать обувь Как избавиться от мозолей и научиться правильно выбирать обувь

Несколько советов, чтобы шагать было весело

Playboy
Серебряный дом: как девелоперы реагируют на демографические тренды Серебряный дом: как девелоперы реагируют на демографические тренды

Глобальный тренд в сторону «серебряной экономики» становится заметен и в России

Forbes
Калькулятор сна: рассчитай, сколько тебе реально нужно спать Калькулятор сна: рассчитай, сколько тебе реально нужно спать

Универсальной нормы сна, подходящей абсолютно всем, нет

Cosmopolitan
На страже галактики На страже галактики

Как фильмы о будущем в космосе и киберпространстве вдохновляют дизайнеров

Vogue
Оказывается, психологическая устойчивость связана с ответом тела на стресс Оказывается, психологическая устойчивость связана с ответом тела на стресс

Стресс может ускорить старение организма

Популярная механика
«Мы должны быть уверены, что не отравим людей». Как изменилась жизнь рестораторов после введения обязательной маркировки продуктов «Мы должны быть уверены, что не отравим людей». Как изменилась жизнь рестораторов после введения обязательной маркировки продуктов

Доля фальсифицированных продуктов на российском рынке достигает 20%

СНОБ
Детство, отрочество, юность: как на самом деле живут клещи Детство, отрочество, юность: как на самом деле живут клещи

Что в первую очередь приходит на ум, когда вы слышите слово «клещ»?

Популярная механика
5 странных японских новогодних традиций 5 странных японских новогодних традиций

Что японцы делают на праздники — это просто уму непостижимо!

Maxim
Новая вакцина против старения увеличила продолжительность жизни мышей. А с людьми так сработает? Новая вакцина против старения увеличила продолжительность жизни мышей. А с людьми так сработает?

Ученые на шаг приблизились к созданию вакцины от старения

Популярная механика
Если исчезнет гелий: 10 неожиданных перемен, которые нас ожидают Если исчезнет гелий: 10 неожиданных перемен, которые нас ожидают

Исчезновение гелия сильно ударит по современной жизни

Популярная механика
Особенности профориентации подростков Особенности профориентации подростков

Если подросток мечтает стать практикующим психологом

СНОБ
«Meta явно не будет одна в этом забеге»: как работает китайская метавселенная от Baidu «Meta явно не будет одна в этом забеге»: как работает китайская метавселенная от Baidu

Виртуальными мирами занялись не только в США

VC.RU
Детство во время войны: каким получился «Белфаст» Кеннета Браны Детство во время войны: каким получился «Белфаст» Кеннета Браны

Черно-белый «Белфаст» Кеннета Браны

РБК
«История, которую мы рассказываем, — Netflix в чистом виде» «История, которую мы рассказываем, — Netflix в чистом виде»

Василий Бархатов о «Фаусте», работе на Западе и искусстве недоговаривать

Weekend
Лучший танк в мире: Т-14 «Армата» запущен в производство Лучший танк в мире: Т-14 «Армата» запущен в производство

Т-14 «Армата» — танк, о котором все отзываются с восхищением

Maxim
Страшный талант: картины, нарисованные серийными убийцами Страшный талант: картины, нарисованные серийными убийцами

Нам всем иногда хочется заглянуть в бездну

Cosmopolitan
Потусторонние силы Потусторонние силы

Первопроходцы мира цифровой моды рассказывают, чего нам ждать

Vogue
Рецепт будущего Рецепт будущего

Кухня‑2030: стейки, выращенные в пробирке или напечатанные на 3D‑принтере

Vogue
8 идей, что подарить лучшей подруге на 8 марта 8 идей, что подарить лучшей подруге на 8 марта

Что можно подарить на 8 марта подруге

Cosmopolitan
Как 29-летний белорус построил «единорога» в США, помогая детям с аутизмом Как 29-летний белорус построил «единорога» в США, помогая детям с аутизмом

Elemy — «единорог», который помогает детям с аутизмом получать терапию

Forbes
Неожиданные образы и эксперименты с укладкой — почему парики снова в тренде Неожиданные образы и эксперименты с укладкой — почему парики снова в тренде

Парик становится неотъемлемым бьюти-аксессуаром

Cosmopolitan
Трагедия в Хатыни: кто и почему уничтожил белорусскую деревню Трагедия в Хатыни: кто и почему уничтожил белорусскую деревню

Есть события, которые нельзя забывать. Одно из них — трагедия в Хатыни.

Cosmopolitan
Алексей Ивашов: «Отец ушел из дома, и на этот раз все могло закончиться разводом» Алексей Ивашов: «Отец ушел из дома, и на этот раз все могло закончиться разводом»

В кино я наконец повидал родителей: Светлану Светличную и Владимира Ивашова

Коллекция. Караван историй
Спасти Джорджа Флойда, или 5 компьютерных игр со странным сюжетом Спасти Джорджа Флойда, или 5 компьютерных игр со странным сюжетом

Кринжовые игры, от которых невозможно оторваться

Playboy
Шиповки или липучки: на что обратить внимание при выборе зимней резины Шиповки или липучки: на что обратить внимание при выборе зимней резины

Главная функция шипов — очень важной детали шипованных зимних шин

Популярная механика
Курс на Сахалин Курс на Сахалин

Впервые стартовала чартерная программа по направлению Москва – Южно-Сахалинск

Отдых в России
Признания вежливых людей: “Садоводы” — история любви в декорациях тру-крайм Признания вежливых людей: “Садоводы” — история любви в декорациях тру-крайм

Мини сериал “Садоводы” о милейшей английской паре, сбежавшей во Францию

Esquire
Открыть в приложении