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

Явление кракена Явление кракена

Не все персонажи средневековых бестиариев относятся лишь к сфере мифологии

Вокруг света
Герасим и топор, или Преступление без наказания Герасим и топор, или Преступление без наказания

Вероятно, это самое знаменитое описание преступления в мировой литературе

Дилетант
Сокровища Урарту Сокровища Урарту

Четыре сокровища древнего Урарту

Вокруг света
Кальмар Кальмар

Как правильно выбрать или поймать кальмара?

Bones
Как выглядят и чем живут сегодня крупнейшие звезды Playboy (фото прилагаются) Как выглядят и чем живут сегодня крупнейшие звезды Playboy (фото прилагаются)

Истории звезд Playboy: от секс-записей до трагической передозировки наркотиками

Maxim
Физики научились управлять отдельным магнитным скирмионом при комнатной температуре Физики научились управлять отдельным магнитным скирмионом при комнатной температуре

Управление скирмионами может иметь приложение в спинтронике

N+1
Успех без зависти. Новое поколение и старая классика в новосибирском театре «Глобус» Успех без зависти. Новое поколение и старая классика в новосибирском театре «Глобус»

Рассказ о театре-«паруснике» и трендах театральной режиссуры

СНОБ
Расплата для разлучниц: судьба советских актрис, которые увели чужих мужей Расплата для разлучниц: судьба советских актрис, которые увели чужих мужей

Опыт знаменитых советских актрис, которые увели чужих мужей

Cosmopolitan
Живые и искусственные ёлки: какие вредят экологии больше и что с ними делать после Нового года Живые и искусственные ёлки: какие вредят экологии больше и что с ними делать после Нового года

Как сказываются на окружающей среде искусственные и живые ёлки?

VC.RU
Астрономы построили карту релятивистских джетов радиогалактики Центавр А Астрономы построили карту релятивистских джетов радиогалактики Центавр А

Изображение релятивистских джетов активной галактики Центавр А в радиодиапазоне

N+1
Нужно ли возвращать подарки после расставания? Нужно ли возвращать подарки после расставания?

Как следует обращаться с подарками и финансами в отношениях?

Psychologies
Как в Даурии радужный камень нашли Как в Даурии радужный камень нашли

Флюорит — завораживающий минерал, появившийся в природной «лаборатории»

Наука и жизнь
«Ведьмак 3» и God of War — во что играют популярные порноактрисы «Ведьмак 3» и God of War — во что играют популярные порноактрисы

Рассказываем, какими играми любят занимать себя эти красавицы в свободное время

Maxim
Астрономы нашли еще одну галактику без темной материи Астрономы нашли еще одну галактику без темной материи

Галактики такого типа плохо укладываются в современные космологические модели

N+1
Качаюсь на морозе Качаюсь на морозе

Как превратить холодное время года в самую горячую пору для тренировок

Men’s Health
«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
Времени хватит Времени хватит

Лучшие бьюти-процедуры «на выход»

Добрые советы
«Нужно напомнить людям — смотрите, этот парень когда-то существовал!»: кто и как зарабатывает на Элвисе Пресли «Нужно напомнить людям — смотрите, этот парень когда-то существовал!»: кто и как зарабатывает на Элвисе Пресли

О причинах падения прибыли от наследия Элвиса Пресли c $60 млн в год до $42 млн

VC.RU
Вещи на века Вещи на века

«Дедушкин» пиджак и стоптанные ботинки – апофеоз аристократизма!

Playboy
Гибрид помело и апельсина: 7 полезных свойств грейпфрута Гибрид помело и апельсина: 7 полезных свойств грейпфрута

Источник витамина С, клетчатки, минералов и антиоксидантов — грейпфрут

РБК
Фото на хрупкую память Фото на хрупкую память

Почему память распознает то, чего в ней нет

N+1
Одно лицо! Знаменитости, у которых есть куклы-двойники Barbie Одно лицо! Знаменитости, у которых есть куклы-двойники Barbie

Знаменитые красавицы, у которых есть настоящие мини-копии.

Cosmopolitan
ВАЗ: лучшие электромобили советского периода ВАЗ: лучшие электромобили советского периода

В советское и постсоветское время ВАЗ был лидером электромобилестроения

Популярная механика
90 м² 90 м²

Ирина Граве сделала для себя фактурный интерьер и наполнила его искусством

AD
Продолжаем мотосезон Продолжаем мотосезон

Зимой мотосезон не заканчивается!

Men’s Health
Поймай меня, если сможешь: несколько простых советов, как скрыть подписки в инстаграме Поймай меня, если сможешь: несколько простых советов, как скрыть подписки в инстаграме

Ты можешь стать неуловимым в сети

Playboy
Социальное и асоциальное Социальное и асоциальное

Любая соцсеть может стать для человека лекарством или наркотиком

Men’s Health
Каким получился фильм «Чемпион мира» о матче Карпов — Корчной Каким получился фильм «Чемпион мира» о матче Карпов — Корчной

Хроника шахматного противостояния Анатолия Карпова и Виктора Корчного

РБК
Гениально и просто! 10 лучших фильмов про величайших ученых, основанных на реальных событиях Гениально и просто! 10 лучших фильмов про величайших ученых, основанных на реальных событиях

10 фильмов-биографий о науке и ученых, которые победили, несмотря на трудности

Популярная механика
Вопросы из билетов по ПДД, с которыми не справятся даже опытные водители Вопросы из билетов по ПДД, с которыми не справятся даже опытные водители

Вопросы ПДД, которые окажутся сложными и для водителей с многолетним стажем

РБК
Открыть в приложении