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

Девушка над городом Девушка над городом

Катя Шкуро загорает на крыше

Maxim
А по-хорошему нельзя? А по-хорошему нельзя?

Иногда позитив – это опасно

Cosmopolitan
Судоходная Арктика Судоходная Арктика

Беспрецедентное по масштабам строительство судов ледового класса в России

Популярная механика
Худрук Александринского театра Валерий Фокин — Forbes: «Сегодня время цинизма» Худрук Александринского театра Валерий Фокин — Forbes: «Сегодня время цинизма»

Валерий Фокин — о пользе онлайна для живого театра

Forbes
Портрет новой российской науки: Артем Акшинцев — эколог, который нашел микропластик в московском водопроводе Портрет новой российской науки: Артем Акшинцев — эколог, который нашел микропластик в московском водопроводе

Эколог Артем Акшинцев: мы уничтожаем не планету, а комфортную среду

Esquire
Разгадали знак «бесконечность» Разгадали знак «бесконечность»

Что поможет нам оставаться молодыми и каковы наши шансы на бессмертие?

Vogue
15-летний капитал 15-летний капитал

Какие достижения недавнего прошлого мы возьмем с собой в будущее

РБК
Лучшие мини-сериалы 2021 года, которые можно посмотреть за неделю Лучшие мини-сериалы 2021 года, которые можно посмотреть за неделю

Эти сериалы можно посмотреть даже за выходные, смотря как взяться за это дело

Cosmopolitan
Вячеслав Чепурченко. Правила игры Вячеслав Чепурченко. Правила игры

Легкие солнечные ветродуи у меня очень хорошо получаются

Коллекция. Караван историй
Праздничный «сезон покупок» может повлечь катастрофические затраты. Страшные, но не для вашего кошелька Праздничный «сезон покупок» может повлечь катастрофические затраты. Страшные, но не для вашего кошелька

Связь между изменением климата и продуктами, которые мы покупаем

Популярная механика
Какие места в самолете считаются худшими Какие места в самолете считаются худшими

Какие кресла в самолете лучше не покупать?

Популярная механика
Как пережить праздники без последствий: 5 принципов Как пережить праздники без последствий: 5 принципов

Всем известно, что за праздничным столом удержать себя в руках почти невозможно

Cosmopolitan
Нашли общий язык: самые скандальные звездные поцелуи ever Нашли общий язык: самые скандальные звездные поцелуи ever

Самые горячие и неожиданные поцелуи знаменитостей

VOICE
Юля Беретта: «Я притягиваю только умных и интересных людей» Юля Беретта: «Я притягиваю только умных и интересных людей»

Юлия Беретта накануне выхода ее нового альбома о личном и профессиональном

Maxim
Археологи нашли на Урале погребение шаманки со связанными ногами Археологи нашли на Урале погребение шаманки со связанными ногами

Памятник относится ко второй половине IV века до нашей эры

N+1
Перелетные птицы Перелетные птицы

Эти герои — те, кто в предлагаемых обстоятельствах остается автором своей судьбы

Seasons of life
Леонид Серебренников. Сейчас или никогда Леонид Серебренников. Сейчас или никогда

Голос Леонида Серебренникова звучит в полусотне фильмов

Караван историй
Операция «Антропоид» Операция «Антропоид»

Даже среди марок нацистской Германии этот экземпляр отличается своей мрачностью

Дилетант
Что такое ураган? Сильнейшие бури за последние 5 лет Что такое ураган? Сильнейшие бури за последние 5 лет

Рассказываем про ураганы и самые мощные циклоны за последние 5 лет

Популярная механика
Экологичный Новый Год: как красиво упаковать подарки и не навредить природе Экологичный Новый Год: как красиво упаковать подарки и не навредить природе

Как красиво упаковать подарки без одноразовой оберточной бумаги и ленточек

Популярная механика
Игра в классику: 10 культовых фильмов, чтобы скоротать вечер в приятной компании Игра в классику: 10 культовых фильмов, чтобы скоротать вечер в приятной компании

Надежная классика, доступная на Netflix

Esquire
Священник-айтишник проповедует в Instagram и открывает ИТ-класс в Гродно Священник-айтишник проповедует в Instagram и открывает ИТ-класс в Гродно

Что будет, если человек уйдёт из бизнеса в церковь и сохранит желание создавать?

VC.RU
Психолог из Оксфорда объяснила, как помочь своему мозгу эффективнее справляться со стрессом Психолог из Оксфорда объяснила, как помочь своему мозгу эффективнее справляться со стрессом

Как восстановить контроль над своим «мозгом в режиме угрозы»

Inc.
Великое увольнение и тотальное выгорание: главные карьерные тренды 2021 года Великое увольнение и тотальное выгорание: главные карьерные тренды 2021 года

Главные события и тренды 2021 года на рынке труда

Forbes
Археологи нашли в Казахстане погребение девушки в царском облачении Археологи нашли в Казахстане погребение девушки в царском облачении

Девушка в царском облачении принадлежала к кочевой элите V–VI веков нашей эры

N+1
Ученые рассказали, почему содержательные разговоры с коллегами лучше светских бесед Ученые рассказали, почему содержательные разговоры с коллегами лучше светских бесед

Почему люди избегают содержательных бесед вне своего привычного круга общения

Inc.
Что такое йога: советы для начинающих Что такое йога: советы для начинающих

Развенчиваем мифы о йоге и рассказываем, с чего начать

РБК
Марина Наумова: «Кормить гостей — это высшее искусство!» Марина Наумова: «Кормить гостей — это высшее искусство!»

Шеф-повар Маруся о том, чем для нее стала профессия шеф-повара

Bones
Как правильно загадывать желания в Новогоднюю ночь? 8 простых способов Как правильно загадывать желания в Новогоднюю ночь? 8 простых способов

Что сделать, чтобы желания точно исполнились?

Cosmopolitan
«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
Открыть в приложении