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

Почему кровь красная Почему кровь красная

Какого цвета бывает кровь?

Наука и жизнь
Назад в прошлое: отправляемся в путешествие по «Государевой дороге» Назад в прошлое: отправляемся в путешествие по «Государевой дороге»

Туристический маршрут «Государева дорога»

Лиза
Быт или не быт! Добро пожаловать в гости к настоящему британцу Быт или не быт! Добро пожаловать в гости к настоящему британцу

Правила британского дома: как не опозориться, собравшись в гости к англичанину

Популярная механика
Самая сложная головоломка в мире. Попробуешь разгадать? Самая сложная головоломка в мире. Попробуешь разгадать?

Мы приготовили для тебя задачку, которую называют самой сложной в мире

Cosmopolitan
«Мы разрушители стереотипов!» «Мы разрушители стереотипов!»

Антон Лаврентьев и Алина Астровская — о своем творчестве, семье и терапии

OK!
Как вы справляетесь с аэрофобией? Как вы справляетесь с аэрофобией?

Лев Рубинштейн об аэрофобии и способах ее преодоления

GQ
5 продуктов, которые помогут заснуть и лучше выспаться 5 продуктов, которые помогут заснуть и лучше выспаться

Что съесть перед сном, чтобы лучше спалось?

Популярная механика
Бодишейминг: что это и как ему противостоять Бодишейминг: что это и как ему противостоять

В чем причины бодишейминга, чем он опасен и как ему противостоять

РБК
«Курьеру» Карена Шахназарова — 35 лет. Рассказываем историю одного из главных фильмов перестройки «Курьеру» Карена Шахназарова — 35 лет. Рассказываем историю одного из главных фильмов перестройки

Почему и сегодня «Курьер» смотрится свежо и злободневно?

Esquire
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
Космическая еда: что едят космонавты Космическая еда: что едят космонавты

Что едят космонавты в космосе?

ТехИнсайдер
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
Бык vs корова Бык vs корова

Среди ценителей гриля новый тренд - выбирать мясо молочных пород

Men’s Health
«Если есть возможность, нужно пользоваться»: как женщины покоряют архитектурный рынок «Если есть возможность, нужно пользоваться»: как женщины покоряют архитектурный рынок

Женщины составляют меньшинство среди архитекторов, но их положение меняется

Forbes
Развод по-французски Развод по-французски

Марта Ришар осталась в истории как человек, закрывший все публичные дома

Playboy
77 м² 77 м²

Квартира с круговой планировкой по проекту Анастасии Хальчицкой

AD
Все слышали про белый шум. Но что такое розовый, коричневый и синий шум? Все слышали про белый шум. Но что такое розовый, коричневый и синий шум?

Сколько цветов шума существует в мире и как они действуют на людей?

Популярная механика
Культурные коды экономики: можно ли доверять большинству людей в стране Культурные коды экономики: можно ли доверять большинству людей в стране

С чего начинается экономическое чудо?

Forbes
«Мы понимали, что наши интересы в технологиях вызовут скепсис»: зачем производитель майонеза «Слобода» делает аэротакси «Мы понимали, что наши интересы в технологиях вызовут скепсис»: зачем производитель майонеза «Слобода» делает аэротакси

Производитель «Слободы» интересуется альтернативными источниками энергии

VC.RU
Калифорнийские схемы: как разбогатеть на кризисе доступного жилья Калифорнийские схемы: как разбогатеть на кризисе доступного жилья

Как разбогатели американские торговцы «мусорными» муниципальными облигациями

Forbes
Зимняя хандра Зимняя хандра

8 правил, которые помогут не допустить подавленного состояния

Лиза
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
Умер Дмитрий Зимин. Вспоминаем его высказывания о патриотизме, власти и молодежи Умер Дмитрий Зимин. Вспоминаем его высказывания о патриотизме, власти и молодежи

Цитаты Дмитрия Зимина, основатель компании «Вымпелком»

СНОБ
Недетские страсти: как сложились судьбы знаменитых вундеркиндов Недетские страсти: как сложились судьбы знаменитых вундеркиндов

Вундеркинды, которым не помогли их одаренность и таланты

VOICE
Юлия Хлынина: «Театр и кино — два мира, близких мне в равной степени» Юлия Хлынина: «Театр и кино — два мира, близких мне в равной степени»

Юлия Хлынина рассказала про новый проект «КрисТина», мужа и новогодних итогах

Cosmopolitan
Рецепт будущего Рецепт будущего

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

Vogue
Биоархеологи нашли древнейшие свидетельства использования угля в Европе Биоархеологи нашли древнейшие свидетельства использования угля в Европе

Ученые обнаружили следы использования угля во II тысячелетии до нашей эры

N+1
Природный этюд Природный этюд

Студия INRE превратила типовой дом в коттеджном посёлке в современную резиденцию

SALON-Interior
Как Август Мейер стал миллионером и почему попал в СИЗО Как Август Мейер стал миллионером и почему попал в СИЗО

Как предприимчивый американец Август Мейер заработал в России $650 млн

Forbes
Магнитометры улучшили качество и скорость нейровизуализации Магнитометры улучшили качество и скорость нейровизуализации

Как можно усовершенствовать существующие методы нейровизуализации

N+1
Открыть в приложении