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

Самый развратный сапожок Самый развратный сапожок

Калигула стал первым императором, чью славу составили безумства и преступления

Дилетант
В плену антиутопий В плену антиутопий

Настоящая битва экосистем развернулась между «Яндексом» и «Сбером»

Forbes
Пиявка лечит и калечит: почему с ней лучше не встречаться в природе Пиявка лечит и калечит: почему с ней лучше не встречаться в природе

Почему лучше избегать встречи с пиявками

Популярная механика
Преступления лондонского расчленителя кошек приписали лисицам-падальщицам Преступления лондонского расчленителя кошек приписали лисицам-падальщицам

Ученые выяснили, кто стоит за волной расчленений кошек, охватившей Лондон

N+1
Что такое марафон и как его пробежать: советы спортсмена Что такое марафон и как его пробежать: советы спортсмена

Что делать, если вы захотели пробежать марафон

РБК
Наступление эпохи викингов объяснили усилением конкуренции в морской торговле Наступление эпохи викингов объяснили усилением конкуренции в морской торговле

Ученые обнаружили активизацию торговых связей благодаря уточнению датировок

N+1
«Краткая история Европы» «Краткая история Европы»

Отрывок из книги «Краткая история Европы» — о победе науки над церковью

N+1
«Утром мажу бутерброд — сразу мысль: а как народ?» Самые искрометные цитаты Леонида Филатова «Утром мажу бутерброд — сразу мысль: а как народ?» Самые искрометные цитаты Леонида Филатова

Цитаты Леонида Филатова

Maxim
Турецкие ихтиологи переоткрыли «вымершую» рыбу спустя почти 50 лет Турецкие ихтиологи переоткрыли «вымершую» рыбу спустя почти 50 лет

Ихтиологи переоткрыли редкую рыбу — батманского гольца

N+1
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
5 самых дорогих разводов миллиардеров в истории 5 самых дорогих разводов миллиардеров в истории

Какие миллиардеры при разводе расстались со значительными активами

Forbes
Фонтан «Плюющиеся лидеры». Парк Презикхааф, Арнем, Нидерланды Фонтан «Плюющиеся лидеры». Парк Презикхааф, Арнем, Нидерланды

Испанец Фернандо Санчес Кастильо не смог установить этот фонтан у себя на родине

Дилетант
Автор подкаста Автор подкаста

Секс с близнецами — предельная фантазия или рецепт неудачи?

Playboy
«Если клиенты видят халяльный логотип, это придаёт им уверенности в продукте»: как устроен исламский банкинг в Индонезии «Если клиенты видят халяльный логотип, это придаёт им уверенности в продукте»: как устроен исламский банкинг в Индонезии

Какие сложности в том, чтобы создать приложение по законам шариата

VC.RU
Большой взрыв и внеземная жизнь: зачем запущен самый большой орбитальный телескоп Большой взрыв и внеземная жизнь: зачем запущен самый большой орбитальный телескоп

На орбиту отправился космический телескоп «Джеймс Уэбб»

Forbes
Как понять, что в желчном пузыре камни: 5 симптомов, которые нельзя игнорировать Как понять, что в желчном пузыре камни: 5 симптомов, которые нельзя игнорировать

Как вовремя заметить, что с желчным пузырем что-то не так?

Cosmopolitan
10 увлекательных сериалов, основанных на реальных событиях 10 увлекательных сериалов, основанных на реальных событиях

Увлекательные сериалы, сюжеты которых почти никто не выдумывал

Cosmopolitan
Топ-5 самых длинных перелетов Топ-5 самых длинных перелетов

Самые продолжительные перелеты, которые совершались без единой посадки

Популярная механика
Разгадали знак «бесконечность» Разгадали знак «бесконечность»

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

Vogue
Антония Сьюзен Байетт: «Дева в саду» Антония Сьюзен Байетт: «Дева в саду»

Отрывок из романа, ставшего первой частью тетралогии «Квартета Фредерики»

СНОБ
Как женщины боролись и борются за право на аборт Как женщины боролись и борются за право на аборт

Отрывок из книги «Неудобные женщины»: как девушки веками отстаивали свои права

СНОБ
Биткоин как индикатор общественных настроений: почему российские инвесторы любят криптовалюты Биткоин как индикатор общественных настроений: почему российские инвесторы любят криптовалюты

Интерес российских инвесторов к биткоинам — показатель доверия к власти

Популярная механика
Что такое NFT: объясняем простыми словами Что такое NFT: объясняем простыми словами

Что такое NFT, как их создать, и как зарабатывать на NFT?

CHIP
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
Китайцев уличили в подделке палеолитических подвесок из зубов животных Китайцев уличили в подделке палеолитических подвесок из зубов животных

Археологи провели исследование артефактов из Верхней пещеры Чжоукоудяня

N+1
Вычитание фононов с помощью света сделало звук неклассическим Вычитание фононов с помощью света сделало звук неклассическим

Физики продемонстрировали возможность вычитания фононов из резонатора

N+1
Где слушать музыку онлайн: сравниваем сервисы Где слушать музыку онлайн: сравниваем сервисы

Мы изучили цены и условия подписок на самые популярные музыкальные сервисы

CHIP
«Женщин воспринимают как товар! Отвратительно!»: Анна Хилькевич об эйджизме «Женщин воспринимают как товар! Отвратительно!»: Анна Хилькевич об эйджизме

Анна Хилькевич высказалась о дискриминации женщин по возрасту

Cosmopolitan
Детали новых российских ракет будут смешивать Детали новых российских ракет будут смешивать

Перспективные ракеты собирают с помощью новой технологии сварки

Популярная механика
Придуманная жизнь: почему основателя Group-IB Илью Сачкова обвиняют в госизмене Придуманная жизнь: почему основателя Group-IB Илью Сачкова обвиняют в госизмене

Как основатель Group-IB Илья Сачков оказался в СИЗО?

Forbes
Открыть в приложении