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

Усадьба блюз Усадьба блюз

Лучшие места для осеннего отдыха в России

Добрые советы
«Красота и Уродство» – альбом, в котором вы точно найдете что-то свое «Красота и Уродство» – альбом, в котором вы точно найдете что-то свое

Разбираем новый релиз Oxxxymiron, который, кажется, пытается угодить всем

GQ
Берут – беги Берут – беги

Теневая экономика России настолько велика, что называть ее теневой даже неловко

Esquire
Театр дяди Васи Театр дяди Васи

Знакомимся с хуторским колоритом в природно-ландшафтном парке Ломы

Отдых в России
Анастасия Стоцкая: «Стараюсь из своей жизни исключать любую критику» Анастасия Стоцкая: «Стараюсь из своей жизни исключать любую критику»

Анастасия Стоцкая — о мюзиклах, рок-операх и хейтерах

Караван историй
Укрощение свекрови: как наладить отношения с матерью мужа Укрощение свекрови: как наладить отношения с матерью мужа

Конфликт свекрови и невестки не теряет актуальности

Psychologies
Ноутбук из Антарктиды и полярный интернет: техника исследовательских станций Ноутбук из Антарктиды и полярный интернет: техника исследовательских станций

Как устроена связь Антарктиды с другими материками и зачем туда летают сисадмины

Популярная механика
Физики предложили искать темную материю с помощью детекторов гравитационных волн Физики предложили искать темную материю с помощью детекторов гравитационных волн

Физики предложили новый метод обнаружения частиц легкой темной материи

N+1
Евгеника в прошлом, настоящем и будущем Евгеника в прошлом, настоящем и будущем

Что изучает евгеника и существует ли она сейчас?

Популярная механика
Нет повести актуальнее Нет повести актуальнее

«Вестсайдская история»: Стивен Спилберг и его Шекспир, Бернстайн и Нью-Йорк

Weekend
Арктические снегопады станут дождями к 2060 году Арктические снегопады станут дождями к 2060 году

Моделирование показало на переход осадков в Арктике от снега к дождю к 2060 году

N+1
Почему домашнее насилие — национальная традиция, с которой в стране не готовы расставаться Почему домашнее насилие — национальная традиция, с которой в стране не готовы расставаться

Почему бороться с домашним насилием в России никто не спешит?

СНОБ
И сбоку бантик И сбоку бантик

Простые и эффектные идеи упаковки подарков

Лиза
Квартира, замок, пещера, подземелье Квартира, замок, пещера, подземелье

10 американских кинодомов в 10 цифрах

Weekend
Дети Арбата: кинотеатр «Художественный» глазами его работников Дети Арбата: кинотеатр «Художественный» глазами его работников

На Новом Арбате вновь открылся легендарный кинотеатр “Художественный”

Esquire
Как найти смысл жизни, если вы ненавидите свою работу Как найти смысл жизни, если вы ненавидите свою работу

Как не потерять себя, ненавидя свою работу?

GQ
Би Сатонгун: «Уделяйте внимание вкусу блюда, а не красивой картинке» Би Сатонгун: «Уделяйте внимание вкусу блюда, а не красивой картинке»

Би Сатонгун прилетела в Сильваплану для участия в St.Moritz Gourmet Festival

Bones
Волшебная банка: вся правда о протеине Волшебная банка: вся правда о протеине

Протеин — кому, когда и сколько надо

Playboy
Универсальный актёр Универсальный актёр

Николай Черкасов мог сыграть кого угодно

Дилетант
Космическая еда: что едят космонавты Космическая еда: что едят космонавты

Что едят космонавты в космосе?

ТехИнсайдер
Читай по губам: что форма губ говорит о твоем характере Читай по губам: что форма губ говорит о твоем характере

Как же вычислить характер человека по форме губ

VOICE
15 неочевидных знаков природы, что грядет жуть 15 неочевидных знаков природы, что грядет жуть

Иногда небо, животные, море изо всех сил намекают тебе, что надо спасаться

Maxim
Как вернуть себе устойчивость, когда проживаешь измену Как вернуть себе устойчивость, когда проживаешь измену

Мы переживаем измену как серьезную психологическую травму

Psychologies
Слова и дни Слова и дни

Михаил Идов о том, как он решает кроссворды

Weekend
Как разработчики «Яндекса» создали компанию стоимостью $2 млрд Как разработчики «Яндекса» создали компанию стоимостью $2 млрд

Компания «Яндекс» 13 лет развивала систему управления базами данных

Forbes
Заграница нас научит Заграница нас научит

Обучение поварской науке за рубежом стало в последние годы настоящим трендом

Bones
Золотая виза, золотой песок: зачем россияне снова покупают отели на курортах Европы Золотая виза, золотой песок: зачем россияне снова покупают отели на курортах Европы

Россияне инвестируют в европейские отели, чтобы получить вид на жительство

Forbes
Этот способ помог сделать ОКТ в разы эффективнее Этот способ помог сделать ОКТ в разы эффективнее

Биоинженеры значительно улучшили ОКТ

ТехИнсайдер
Устройство паровой машины: из чего состоит знаменитая машина из стимпанка Устройство паровой машины: из чего состоит знаменитая машина из стимпанка

Сегодня мы расскажем об устройстве паровой машины

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
Открыть в приложении