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

Селфи с замком Селфи с замком

Рейтинг популярности замков по числу хештегов в Instagram

Вокруг света
Искусственный эмбрион человека смог начать имплантацию в пробирке Искусственный эмбрион человека смог начать имплантацию в пробирке

Эмбриологи сделали очередной шаг в моделировании раннего развития человека

N+1
Ярмарка на Стрелке Ярмарка на Стрелке

В короткий срок Нижегородская ярмарка превратилась в ведущую торговую площадку

Дилетант
Учёные обнаружили, что за нашими тёмными и негативными мыслями скрывается вполне измеримый фактор Учёные обнаружили, что за нашими тёмными и негативными мыслями скрывается вполне измеримый фактор

Тёмный фактор личности — что это такое и как он влияет на нас?

Популярная механика
Приглашение на корпоратив Приглашение на корпоратив

Благотворительность в России превратилась в полноценный рыночный сектор

Robb Report
Кругосветное путешествие Алексея Камерзанова. Чад Кругосветное путешествие Алексея Камерзанова. Чад

Пройдя границу на стыке Камеруна и ЦАР, мы наконец-то попали в Чад

4x4 Club
Из запуганного мальчишки — в легенду Голливуда. Уилл Смит — о том, почему важно уметь отказываться от выгодного на первый взгляд предложения Из запуганного мальчишки — в легенду Голливуда. Уилл Смит — о том, почему важно уметь отказываться от выгодного на первый взгляд предложения

Отрывок из автобиографии Уилла Смита «Will»

Inc.
Автомобили и дома: 7 полноразмерных конструкций из LEGO Автомобили и дома: 7 полноразмерных конструкций из LEGO

Если вы думаете, что LEGO – это игрушка, вы ошибаетесь!

Популярная механика
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
Как понять, что тобой манипулируют: главный признак, о котором надо знать всем Как понять, что тобой манипулируют: главный признак, о котором надо знать всем

Психологическое насилие может быть столь же опасным, как и физическое

Cosmopolitan
Если дома холодно: 5 оптимальных типов обогревателей для разных ситуаций Если дома холодно: 5 оптимальных типов обогревателей для разных ситуаций

Какой из обогревателей лучше выбрать? Изучаем на примере разных условий

CHIP
Самый больной на свете человек: что такое синдром Мюнхгаузена Самый больной на свете человек: что такое синдром Мюнхгаузена

Психическое расстройство, при котором люди выдумывают себе невероятные болезни

РБК
Отцы и дети: почему сословный принцип в кадровой политике вредит экономике Отцы и дети: почему сословный принцип в кадровой политике вредит экономике

Почему продвижение «своих» по семейной линии всегда приводит к упущенной выгоде

Forbes
Романтика и секс с пользой для планеты Романтика и секс с пользой для планеты

Как не ударить в грязь лицом перед экоактивисткой?

Playboy
Ксения Раппопорт Ксения Раппопорт

Ксения Раппопорт — о режиссерах, театре и соцсетях

Собака.ru
Олег Нестеров — о шведском столе контента, влюбленности и Альфреде Шнитке Олег Нестеров — о шведском столе контента, влюбленности и Альфреде Шнитке

Олег Нестеров о советской киномузыке и свободе, рождающейся из ограничений

РБК
Нас догонят Нас догонят

Иван Давыдов о сериале «След»

Weekend
Итак, вы внутри матрицы: какую рекламную кампанию развернули создатели Итак, вы внутри матрицы: какую рекламную кампанию развернули создатели

“Матрица” стирает границы между реальностью и симуляцией — не только в фильмах

Esquire
От ремонта трофейных телевизоров до Уолл-стрит и спасения Навального. Жизнь благотворителя Дмитрия Зимина От ремонта трофейных телевизоров до Уолл-стрит и спасения Навального. Жизнь благотворителя Дмитрия Зимина

Дмитрий Зимин, бизнесмен и меценат, основатель сотового оператора «ВымпелКом»

СНОБ
Астрономы нашли горячую экзопланету - год на ней длится всего 8 часов Астрономы нашли горячую экзопланету - год на ней длится всего 8 часов

Одна из самых легких среди почти 5 000 известных сегодня экзопланет

Популярная механика
5 необычных способов завести деловые знакомства 5 необычных способов завести деловые знакомства

Где и как искать деловые знакомства?

Inc.
5 технологий, которые ты видел в «Черном зеркале»: теперь это реально 5 технологий, которые ты видел в «Черном зеркале»: теперь это реально

Какие технологии предугадал сериал «Черное зеркало»?

Playboy
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
Зачем я лайкаю себя? Зачем я лайкаю себя?

Что нам нужно от других? Внимание, уважение, симпатия, сочувствие?

Psychologies
Число Гуччи Число Гуччи

История семьи и бренда Гуччи в метрах, сыновьях, тюремных сроках и киллерах

Weekend
Китайский премиум: стоит ли брать Exeed VX Китайский премиум: стоит ли брать Exeed VX

Exeed VX — кроссовер с 249-сильным мотором и преселективным «роботом»

Maxim
Учить и любить: каким мы запомним режиссера Сергея Соловьева Учить и любить: каким мы запомним режиссера Сергея Соловьева

Каким нам запомнится режиссер «Ассы» и других культовых фильмов

Forbes
Не музыкой единой: как Spotify готовится совершить революцию в мире аудиозаписей Не музыкой единой: как Spotify готовится совершить революцию в мире аудиозаписей

Десять лет назад Даниэль Эк совершил переворот в музыкальной индустрии

Forbes
«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
Скифская девочка-воин из Тывы пострадала от рахита Скифская девочка-воин из Тывы пострадала от рахита

Биоархеологи исследовали останки девочки раннескифского времени из Тывы

N+1
Открыть в приложении