Ученые составили карту генома коал

Обновлено: 18.09.2024

Международный проект "Энциклопедия ДНК элементов" (Encyclopedia of DNA Elements, ENCODE) стартовал еще в конце 1990-х. В 2003 году ученым проекта удалось расшифровать геном человека, "прочитав" 3 миллиарда нуклеотидных пар человеческой ДНК. После этого ученые ENCODE взялись за другую задачу: они попытались выяснить, какие функции несет каждый отрезок ДНК.

Для начала генетики изучали те отрезки генома, в которых зашифрованы белки, необходимые для жизни. На такие участки приходится всего менее 3 процентов генома. Остальные 97 процентов считались так называемой "мусорной ДНК", поскольку ученые долгое время не могли понять их функций. Но теперь они фактически совершили настоящее открытие, установив, что ранее считавшиеся бесполезными участки ДНК регулируют работу генов. Они помогают определить, когда ген включен или выключен. Именно это обстоятельство делает одну клетку клеткой почки, а другую - клеткой мозга. "Геном - это не просто набор генов", - отметил соавтор Марк Герштейн из Йельского университета.

Как удалось установить, биохимически активными являются около 80 процентов генома. Одни молекулы ДНК предназначены для того, чтобы связываться с белками, влияющими на активность генов. А другие превращаются в нити РНК, способные выполнить ряд функций, среди прочего, регуляцию генов.

Таже выяснилось, что 11 224 участка ДНК, которые классифицировались ранее как псевдогены, или "мертвые" гены, оказались на самом деле активны, но лишь в некоторых типах клеток или у отдельных людей. Наконец, стал известен еще один факт: гены могут пересекаться и иметь несколько начал и концов.

В общей сложности обнаружено 4 млн участков ДНК, которые действуют как коммутаторы, "переключая" активность генов. Причем они могут находиться как вблизи, так и вдали от регулируемого ими гена. Кроме того, по крайней мере некоторые из нитей РНК, производимых геномом, помогают контролировать количество белка, получаемого в результате деятельности конкретного гена. Таким образом, регуляция генов оказывается гораздо более сложным процессом, чем считалось до этого.

В проекте Encode участвовали более 400 ученых из Великобритании, США, Японии и Сингапура.

Международное объединение ученых "взломало" ДНК коалы, создало карту ее генома, сообщило во вторник агентство Синьхуа.

Публикация полной последовательности генома коалы может стать ключом к спасению этого вида сумчатых, которому угрожает потеря среды обитания, фрагментация популяции и восприимчивость к болезням. Над картированием 26 тыс. генов в геноме коалы в течение последних пяти лет работали 50 ученых из более чем 20 стран.

"Представьте, что у вас есть энциклопедия, которую порвали на 3,4 млрд кусочков, бросили их на пол, после чего попросили вслепую собрать энциклопедию из этих обрывков - картирование генома коалы очень похожий процесс", - объясняет директор НИИ при Австралийском музее и один из главных авторов исследования профессор Ребекка Джонсон.

Процесс также осложнялся тем фактом, что в истории только у трех сумчатых была определена генетическая последовательность, которая необходима для картирования генома, поэтому Джонсон и ее научной команде практически не от чего было отталкиваться. Теперь, после создания качественной карты генома, у коал увеличился шанс на выживание. "Мы смогли разработать маркеры, которые связаны с геномом, и они могут рассказать абсолютно все о разнообразии коал, - рассказала Джонсон. - Изучая популяцию коал по всей стране, включая популяцию в неволе, мы можем быть уверены, что у них достаточно разнообразные гены, что действительно важно для целей сохранения популяции".

Кроме того, проект смог определить гены, отвечающие за иммунитет, которые имеют большое значение для ученых, изучающих болезни коал.

"Некоторые группы исследователей работают с отдельными вариациями гена детоксикации, а другие группы используют информацию об иммунном гене для разработки вакцины против хламидиоза болезни, которая губительна для популяции коалы", - объяснила Джонсон.

В ходе исследования также была раскрыта тайна странной диеты коал, которая состоит из листьев эвкалипта. "Количество потребляемого коалами эвкалипта в пищу оказалось бы токсичным или смертельным для большинства других млекопитающих, а выделенный геном коалы позволяет нам понять, почему такой рацион для них безвреден, - сказала Джонсон. - Это происходит благодаря повышенному числу метаболических ферментов, которые позволяют коалам быстро выводить из организма большое количество яда".

В дикой природе коал осталось всего 43 тыс. особей, и они относятся к уязвимым видам животных, которым грозит исчезновение. Создание учеными карты генома может спасти их от вымирания.

Недавно проведенное учеными секвенирование генома коалы позволит производить новые антибиотики не только для животных, но и для людей, что крайне важно в условиях растущей устойчивости бактерий к препаратам. Об этом сообщает AFP. Исследование, объединившее более 50 ученых из семи стран, опубликовано в журнале Nature Genetics.

Коалы - сумчатые млекопитающие, которые растят своих детенышей в животе (сумке). Рожденные без иммунной системы детеныши сильно зависят от молока своих матерей. Ключевым открытием стало обнаружение специфичных для коалы молочных белков, которые обладают мощными антибактериальными свойствами. "Мы полагаем, что однажды сможем разработать антибиотики для людей и других животных прямо "из сумки коалы", - сказала AFP соавтор исследования Кэтрин Белов из Сиднейского университета. - Последствия этого открытия огромны, потому что, конечно же, сопротивляемость к антибиотикам сегодня растет и мы видим все большее число новых бактерий, устойчивых ко всем лекарствам на рынке".

Будущее австралийских коал, чьему существованию в современном мире угрожают болезни, лесные пожары, столкновения с автомобилями на трассах и нападения собак, теперь стало более обнадеживающим. Ученые секвенировали - установили последовательность нуклеотидов в молекуле ДНК - геном этого сумчатого животного. Специалисты обнаружили 26 558 генов. Как отмечает AFP, значимость открытия заключается в том, что позволяет разработать вакцины против таких заболеваний, как передаваемый половым путем хламидиоз, который ослепляет животных и делает их бесплодными. "Расшифровка генома впервые позволила нам детально изучить гены коалы, отвечающие за иммунитет, - сказала AFP соавтор исследования Ребекка Джонсон из Научно-исследовательского института при Австралийском музее. - Эти гены прямо влияют на создание вакцин для лечения коал".

Понимание кода ДНК важно для качественного разведения этих сумчатых животных. Например, выяснилось, что межродственное скрещивание (инбридинг) среди коал из штатов Виктория и Южная Австралия встречалось чаще, чем среди их сородичей из Квинсленда и Нового Южного Уэльса. По словам Джонсон, работа ученых позволит выработать рекомендации по поддержанию высокого уровня генетического разнообразия и перемещению животных для обогащения генофонда инбредных (близкородственных) популяций.

Из 15-20 видов коалы, живших около 30-40 млн лет назад, в Австралии сохранился лишь один - около 330 тыс. особей, в основном в охраняемых районах. Лишь порядка 43 тыс. остаются в дикой природе. Между тем, до начала заселения материка в 1788 году на этих территориях жило 10 млн коал. Сокращение популяций спровоцировала торговля шкурами, процветавшая с 1870-х до конца 1920-х годов Международный союз охраны природы и природных ресурсов квалифицирует охранный статус коалы как "уязвимый".

Необычная диета этих животных состоит в основном из листьев эвкалипта, которые токсичны для большинства животных и низкокалорийны. Новое исследование также выявило гены, ответственные за детоксикацию печени, которые, вероятно, позволили коалам избежать конкуренции за пищу с другими видами. Между тем, эвкалиптовые деревья вырубаются для расширения сельскохозяйственных угодий или городского строительства, что становится угрозой выживанию коал. Кроме того, глобальное потепление, по мнению экспертов, повысит риск лесных пожаров и гибели деревьев.

Геном коалы больше, чем человеческий. Он - наиболее полный среди секвенированных у сумчатых животных, которых в общей сложности насчитывается около 300 видов, говорят исследователи.

ТАСС, 4 июня. Молекулярные биологи создали первую в мире карту работы генов внутри мозга человека и обезьян. С ее помощью можно оценить активность каждого участка ДНК на уровне одиночных клеток. Об этом пишет пресс-служба Сколковского института науки и технологий со ссылкой на научный журнал Genome Research.

На эту тему Куда переезжает память?. Найти память и обозначить ее на карте мозга стремится далеко не первое поколение физиологов. Но до сих пор такие попытки оставались тщетными

"Эти исследования помогут нам понять, как у человека возникло сознание. Раньше мы не могли разделить подобные эволюционные сдвиги, связанные как с изменением в составе клеток в разных областях мозга, так и с характером активности генов. Благодаря появлению технологии с разрешением в одну клетку мы смогли это сделать", – рассказала Екатерина Храмеева, один из авторов исследования.

Геномы человека и шимпанзе совпадают на 99%, однако мозг у людей и обезьян развивается совершенно по-разному и в старости страдает от разных проблем. Из-за этих различий ученые пока не могут использовать приматов для того, чтобы изучать различные болезни, и узнать, как человек научился членораздельно говорить и мыслить.

Храмеева и ее коллеги уже много лет пытаются получить ответ на этот вопрос. Они изучают, как работают различные гены в клетках мозга приматов и людей. Три года назад они сделали большой шаг к решению этой проблемы, получив первые данные о том, какие гены были активны в отдельных слоях коры и других отделах мозга человека и шимпанзе бонобо (Pan paniscus).

Генетика эволюции мозга

В своей новой работе ученые составили карту активности мозга на уровне отдельных нейронов и вспомогательных клеток. В общей сложности исследователи изучили 422 образца мозга, взятых из 33 различных мозговых регионов у человека, шимпанзе, макак и бонобо.

Из этих образцов биологи извлекли 88 тысяч отдельных клеток и проанализировали, насколько активны были отдельные гены внутри них. Для этого специалисты измеряли концентрацию так называемой матричной РНК – копий генов, которые клетка использует для того, чтобы производить белки и различные сигнальные молекулы.

Получив такие наборы данных для приматов и человека, ученые впервые смогли понять, какие области мозга Homo sapiens сильнее всего отличаются от аналогичных регионов нервной системы бонобо и макак. В их число входит кора больших полушарий, различные части мозжечка, а также гипоталамус, гормональный центр мозга.

Что интересно, на уровне отдельных клеток различий в работе генов в так называемых астроцитах и олигодендроцитах, вспомогательных тельцах мозга, значительно больше, чем в самих нейронах. Дальнейшее изучение и сопоставление этих клеток, как надеются исследователи, поможет узнать причину этого и понять, какую роль подобные изменения играли в эволюции человеческого интеллекта и сознания.

Международное объединение ученых «взломало» ДНК коалы, создало карту ее генома, сообщает ТАСС со ссылкой на агентство Синьхуа.

«Представьте, что у вас есть энциклопедия, которую порвали на 3,4 млрд кусочков, бросили их на пол, после чего попросили вслепую собрать энциклопедию из этих обрывков - картирование генома коалы очень похожий процесс», - объясняет директор НИИ при Австралийском музее и один из главных авторов исследования профессор Ребекка Джонсон.

Процесс также осложнялся тем фактом, что в истории только у трех сумчатых была определена генетическая последовательность, которая необходима для картирования генома, поэтому Джонсон и ее научной команде практически не от чего было отталкиваться. Теперь, после создания качественной карты генома, у коал увеличился шанс на выживание. «Мы смогли разработать маркеры, которые связаны с геномом, и они могут рассказать абсолютно все о разнообразии коал, - рассказала Джонсон. - Изучая популяцию коал по всей стране, включая популяцию в неволе, мы можем быть уверены, что у них достаточно разнообразные гены, что действительно важно для целей сохранения популяции».

Кроме того, проект смог определить гены, отвечающие за иммунитет, которые имеют большое значение для ученых, изучающих болезни коал. «Некоторые группы исследователей работают с отдельными вариациями гена детоксикации, а другие группы используют информацию об иммунном гене для разработки вакцины против хламидиоза болезни, которая губительна для популяции коалы», - объяснила Джонсон.

В ходе исследования также была раскрыта тайна странной диеты коал, которая состоит из листьев эвкалипта. «Количество потребляемого коалами эвкалипта в пищу оказалось бы токсичным или смертельным для большинства других млекопитающих, а выделенный геном коалы позволяет нам понять, почему такой рацион для них безвреден», - сказала Джонсон. - Это происходит благодаря повышенному числу метаболических ферментов, которые позволяют коалам быстро выводить из организма большое количество яда».

Коалы.
Изображение: ROBYN COX/FLICKR (CC BY-SA 2.0) Поделитесь страницей с друзьями!

Коалы присоединились к классу организмов с полностью расшифрованными генетическими последовательностями или геномами. Большая группа исследователей опубликовала подробный обзор генома коалы в издании Nature Genetics.

Почему нас это волнует? Многие любят этих животных, но количество коал в дикой природе Австралии уменьшается, и исследователи рассчитывают с помощью расшифровки генома узнать, как спасти этих существ.

Ученые обнаружили, что некоторые популяции коал менее генетически разнообразны, чем другие. Исследование генетического разнообразия также показало, что коалы с разных сторон некоторых географических барьеров часто не смешиваются.

Было известно, что Долина Брисбена и река Кларенс разделяют популяции коал, но новое исследование показало, что область, называемая Долина Хантер, также является барьером. Вооруженные этими знаниями, природоохранные организации могут разработать новые стратегии для ограничения инбридинга и сохранения генетически разнообразных коал.

Сколько генов включает геном коал? 26558. Ранее исследователи насчитали только около 15 000 генов коалы, но новые методы позволили ученым найти больше.

Это много? Да, в зависимости от того, с каким организмом вы его сравниваете. Это больше, чем самая новая оценка 21 306 белковых генов у людей.

Геном коалы также больше, чем человеческий геном. У людей около 6,4 миллиарда пар оснований ДНК (химические строительные блоки ДНК); геном коалы включает около 7 миллиардов пар оснований ДНК.

Что еще изнали ученые? Коалы едят эвкалипт, который содержит токсичные химические вещества, называемые терпенами. Употребление эвкалипта убьет большинство других животных, но у коал есть особенные гены типа CYP2C. Дополнительные копии этих генов производят белки в печени коал, которые разрушают терпены на водорастворимые молекулы, которые можно вымыть из организма.

К сожалению, эти гены могут также разрушать антибиотики, используемые для лечения коала, инфицированных хламидиями, что является серьезной угрозой для здоровья животных, и способствуюет сокращению вида.

Также коалы имеют двойные копии гена аквапорин-5, которые помогают животным находить самые суккулентные (водосодержащие) листья эвкалипта. Большую часть воды коалы добывают именно из листьев.

Многие эволюционные процессы идут в течение миллионов лет, и зачастую мы можем лишь гадать об их закономерностях, экстраполируя уже имеющиеся результаты. Но сегодня у ученых есть уникальная возможность наблюдать за захватывающим начальным эпизодом борьбы австралийских коал с ретровирусами, которая должна закончиться лишь спустя сотни тысяч лет

Вирусы устроены крайне просто: это молекулы нуклеиновой кислоты, ДНК или РНК, покрытые белково-липидной оболочкой. Ретровирусы содержат, как и пандемичный коронавирус, РНК, которую при размножении в зараженной клетке «конвертируют» в ДНК, используя ферментативный аппарат хозяина. Вирусная ДНК встраивается в геном клетки, которая начинает «штамповать» вирусные частицы, используя собственное «оборудование». Заодно вирус может существенно менять активность хозяйских генов - если его ДНК встраивается в их регуляторные участки.

Ретровирусы заражали животных, включая людей, на протяжении миллионов лет. В популяциях, переживших эпидемии, у части особей вирусы, мутировав, превращались в неактивные, неразмножающиеся ретровирусные элементы , встроенные в клеточный геном. В случае половых клеток такие «тихие» генные последовательности начинали передаваться в поколениях. Так, до 8-9% генома современного человека занято именно ретровирусными элементами

Конечно, подобные процессы «слияния» геномов протекают очень медленно, и проследить их на примере того же человека мы не можем. Поэтому о том, как протекают относительно ранние стадии адаптации макроорганизма к ретровирусу, известно немного.

Тем более ценен случай коалы ( Phascolarctos cinereus ), австралийского сумчатого животного, у которого взаимодействие с ретровирусом KoRV началось, по эволюционным меркам, совсем недавно - около 50 тыс. лет назад. Этот ретровирус еще активен как инфекционный агент, но при этом уже существует в виде ретровирусных элементов - неактивных вставок вирусной ДНК. KoRV уже инфицировал половые клетки коал, поэтому его копии содержатся во всех клетках этих животных, обитающих на севере континента. Считается, что на юге Австралии, возможно, поражены еще не все особи.

Вирусы, подобные KoRV, связывают с развитием рака кроветворной и лимфатической систем, которыми поражены 3-7% взрослых североавстралийских коал. Поэтому группа ученых под руководством специалистов из Института изучения диких животных Ассоциации Лейбница (Германия) исследовали геном десяти диких коал, страдающих от рака, сравнив последовательности ДНК в клетках здоровых и опухолевых тканей.

Исследователям удалось определить число копий ретровирусной ДНК в геномах коал и точные места, куда они встроились. Оказалось, что расположение большинства вирусных вставок различалось у разных особей, что указывает на раннюю стадию закрепления ретровирусных элементов в геноме половых клеток и их быстрое накопление. При этом ученые обнаружили, что в опухолевых тканях вирусные вставки расположены именно в тех местах, где они могут влиять на развитие соответствующего вида рака. Это влияние было подтверждено экспериментально.

Удивительно, но, похоже, у коал идет положительный отбор по наличию в их геноме вирусных вставок. Как такое может происходить? Дело в том, что некоторые вставки KoRV активируют гены, участвующие в обмене веществ, усвоении жиров и жирорастворимых витаминов, регуляции пищевого поведения, что может стать преимуществом для молодых коал, учитывая их эвкалиптовый рацион, бедный питательными веществами. И лишь во взрослом возрасте проявляются пагубные последствия встройки вирусных элементов. Эти выводы подтверждаются, к примеру, открытием области с высокой плотностью вирусных вставок между генами, один из которых нужен для метаболизма витамина B12, а другой провоцирует развитие рака.

На примере коал мы теперь можем оценить всю сложность и неоднозначность эволюционного взаимодействия ретровируса с организмом-«хозяином», и даже выявить закономерности этого противостояния, которое завершится лишь спустя сотни тысяч лет. Результаты этой работы представляют интерес и для экологов - с точки зрения сохранения коалы, которая фигурирует в Красной книге как уязвимый вид.

В каждой научной сфере есть свой Илон Маск или Стив Джобс. Авантюрист такого же масштаба есть и в американской генетике. Склонность к риску и амбиции Джона Крейга Вентера, так зовут нашего героя, подарили биологии новые открытия и технологии. Именно с его именем связаны яркие научные успехи и скандалы. На примере таких личностей становится понятным, что порой не терпение и труд, а дух соперничества и организаторские способности могут привести к прорыву.

Крейг Вентер, 1946 года рождения, является профессором Нью-Йоркского университета, имеет две докторских степени — по физиологии и фармакологии, автор книг "Расшифрованная жизнь" и "Жизнь на скорости света". С 1972 года изучал адреналиновые рецепторы. В 1984 перешел в Национальный институт здоровья (НИЗ), где исследовал гены, связанные с адреналином. Молекулярная биология так захватила Вентера, что в 1986 он полностью переключился на геномику. А в 1990 его лаборатория в НИЗ стала самым крупным центром по расшифровке ДНК в мире.

Крейг Вентер основал в 2014 году компанию "Человеческое долголетие" (Human longevity), которая предлагает за 25 тыс. долларов получить полную расшифровку генома Крейг Вентер основал в 2014 году компанию "Человеческое долголетие" (Human longevity), которая предлагает за 25 тыс. долларов получить полную расшифровку генома

Еще в 1985 году среди ученых микробиологов появилась идея совместными усилиями расшифровать геном человека. Это был очень амбициозный проект. В то время считалось, что человек имеет 100 000 - 300 000 генов, а чтение 1 гена занимало несколько месяцев. Технологии 80-х позволяли разбирать только коротенькие геномы вирусов. Так британский ученый Фредерик Сенгер еще в 1978 году расшифровал 11 генов вируса phi X174.

В 1990 году руководство НИЗ добилось от Конгресса США финансирования проекта по расшифровке генома человека. Бюджет мероприятия составил 3 млрд. долларов. На прочтение ДНК отводилось 15 лет. В совместной работе приняло участие 1000 ученых из разных стран. Руководителем проекта должен был стать Крейг Вентер, но этого не случилось из-за скандала, причиной которого стал он сам.

Первая книга Крейга Вентера "Расшифрованная жизнь. Мой геном - моя жизнь". Первая книга Крейга Вентера "Расшифрованная жизнь. Мой геном - моя жизнь".

В 1991 Крейг Вентер первым начал применять скоростной метод чтения наследственной информации. Ученый исследовал не ДНК в ядрах клетках, а комплементарную или кДНК. Гены для создания белков используют РНК. А из этой РНК можно синтезировать клон ДНК, идентичный ядерной. Использование клона в отличие от исходной ДНК позволяет получить для исследования не весь код ДНК, а только ту его часть, которая кодирует конкретные наследственные признаки. А это 2% от всего кода. Кстати, предназначение остальных 98% до сих пор не раскрыто.

Крейг Вентер Крейг Вентер

Убедившись в эффективности метода на практике, Крейг Вентер заявил, что сможет расшифровать геном человека за 3 года вместо 15 и для этого потребуется в 40 раз меньше средств. Это естественно вызвало защитную реакцию среди руководства НИЗ, которые добивались 3 млрд. долл. у Конгресса. Метод Вентера сравнили с покорением горных вершин, когда альпиниста доставляют практически к самой вершине на вертолете. В свою очередь, Крейг парировал, что с помощью открытых им генов фармацевтические компании успеют спасти миллионы жизней. Ведь важна скорость, а не благородность доктора, направляющегося к больному. В 1992 ученый получил 70 млн. долларов от фармкомпании HealthCare Ventures на создание Института геномных исследований и покинул НИЗ.

Ключевым для Крейга Вентера становится знакомство в 1993 с Хэмилтоном Смитом, обладателем Нобелевской премии 1978 года за открытие рестриктазы. Этим ферментом бактерии защищают свой геном от взламывания вирусами. Рестриктаза разрезает чужой генетический код, оставляя уникальные концы на краях вырезанных участков. Открытие привело не только к созданию генной инженерии, но и позволило в разы ускорить расшифровку ДНК. С помощью этого фермента генетический код дробится на части, читается с помощью ученого или автомата (секвенатора), а потом собирается обратно как пазлы в мозаике. Так называемый метод дробовика позволил ускорить процесс расшифровки во столько раз, сколько участвует в работе ученых или автоматов.

Крейг Вентер (слева) и Хэмилтон Смит (справа) Крейг Вентер (слева) и Хэмилтон Смит (справа)

В 1995 году Крейг Вентер и Хэм Смит первыми в мире секвенировали бактерии. Ими стали гемофильная палочка Haemophilus influenzae и микоплазма Mycoplasma genitalium. Оба организма обладали до 1 000 генов каждый. После освещения в прессе данных открытий в Институт геномных исследований рекой потекли заказы от Министерства энергетики и НИЗ. Инвестор не успевал обрабатывать информацию о прочитанных генах и требовал на несколько лет отложить их публикацию. В свою очередь Вентер хотел славы и финансирования расшифровки генома человека. Это привело к разрыву отношений с HealthCare Ventures .

В 1998 году Крейг Вентер нашел 300 млн.долларов от PerkinElmer для финансирования расшифровки генома человека. Взамен инвестор получал время для коммерческого использования расшифрованных генов человека. Для этого проекта Крейг Вентер совместно с PerkinElmer основали компанию Celera (от латинского слова ускорять). Большая часть бюджета ушла на приобретение 200 секвенаторов ДНК - в 10 раз больше, чем имелось TIGR. Для обработки 6 миллиардов пар оснований нуклеотидов Compaq разработала для Celera компьютер, которая считала 1-м в мире по производительности среди невоенной сферы.

Обложка журнала Science с описанием генома человека, 16 февраля 2001 года Обложка журнала Science с описанием генома человека, 16 февраля 2001 года

8 сентября 1999 года Celera приступила к расшифровке генома человека. Это случилось спустя 10 лет после запуска аналогичного межнационального проекта. В качестве донорской Celera использовала ДНК Крейга Вентера, Хэма Смита и 3 женщин, афроамериканки, китаянки и латиноамериканки. На тот момент ученые проекта "Геном человека" под руководством Фрэнсиса Коллинза планировали закончить расшифровку кода в 2003 году. Однако понимая, что Celera опубликует свои результаты уже в 2000 году, руководство НИЗ решило объявить о завершении работы в 2000 году, предъявив научному миру черной вариант своей работы. Выступив в этой гонке арбитром, президент США Билл Клинтон устроил 26 июня 2000 пресс-конференцию в Белом Доме и объявил миру, что Celera и государственный проект Геном человека завершили расшифровку генома человека.

Пресс-конференция о расшифровке генома человека в Белом Доме, 2000. Слева направо: Крейг Вентер, Билл Клинтон и Фрэнсис Коллинз. Пресс-конференция о расшифровке генома человека в Белом Доме, 2000. Слева направо: Крейг Вентер, Билл Клинтон и Фрэнсис Коллинз.

Результаты работы Celera были опубликованы в американском журнале Science. 16 февраля 2001 года вышла статья на 47 страницах со складной картой генома шириной 1,5 метра. Среди авторов перечислены 283 ученых, работавших над проектом в Celera. Тогда мир впервые узнал, что у человека порядка 25 000 генов. А геном человека идентичен коду млекопитающих на 90%. При этом разница между людьми различных рас составляет всего лишь 0,1%. Спустя некоторое время британский Nature опубликовал результаты проекта Геном человека. При этом их исследования окончательно завершились лишь в 2004 году.

Обложка журналаTime, выпуск 3 июля 2000, слева Крейг Вентер, справа - Фрэнсис Коллинз, руководитель проекта Геном человека. Обложка журналаTime, выпуск 3 июля 2000, слева Крейг Вентер, справа - Фрэнсис Коллинз, руководитель проекта Геном человека.

Следует отметить, что для Крейга Вентера это был не конец карьеры, а ее началом. В 2003 году они синтезировали вирус phi X174, в 2008 - микоплазму Mycoplasma genitalium. Но синтезированная жизнь - это большая тема для отдельной статьи о Крейге Вентере. Читайте в следующих выпусках!

В то время как мир упорно борется с ковидом, ученые делают странные для большинства людей заявления. Например, что в развитии человека чуть ли не решающая роль принадлежит вирусам. И не будь их, мы бы, возможно, застряли на нижних ветвях эволюции. Это лишь версия? Или у науки есть весомые улики?

Константин Северинов: Такие улики можно найти в геноме каждого человека. А геном - это около 25 тысяч генов, которые кодируют необходимые для жизни белки. Но эти "человеческие" гены составляют лишь около 30 процентов нашего генома. А что же остальное? Один из авторов открытия двойной спирали ДНК Френсис Крик даже назвал эту часть генома "мусорной ДНК". Непонятно, зачем она нужна. Ничего не кодирует, не имеет очевидных функций, необходимых для работы организма.

Ученые давно пытаются разобраться с этим "мусором". Оказалось, что существенная его часть - это остатки вирусов, которые заражали наших предков и встроили в их геном свою генетическую информацию. Почему так произошло, еще предстоит выяснить. Но мы по наследству получили в своем геноме остатки древних вирусов.

Честно говоря, совсем не радует, что гены каждого из нас с таким "мусором".

Константин Северинов: Могу успокоить: в "человеческих" генах, которые кодируют белки, последовательностей вирусных ДНК нет. Или почти нет. Остатки вирусов находятся в других местах генома. Тут необходимо напомнить, что каждый из нас имеет 46 хромосом, 23 от отца и 23 от матери. Каждая хромосома - эта очень длинная молекула ДНК. На ней, как бусы на нитке, расположены кодирующие участки, наши гены. А вот между этими бусинами-генами в основном и находится тот самый "мусор", включая остатки вирусов и их генов.

Но если этот "мусор" не связан с жизненно важными генами, то как вирусы вообще могли оказать решающее влияние на эволюцию человека?

Константин Северинов: Точная функция большинства вирусных останков, которых каждый из нас носит в своей ДНК, пока науке неизвестна, однако кое-что уже понятно. Например, у млекопитающих есть плацента, которая соединяет плод с матерью во время беременности. Так вот, белок, который отвечает за контакт плаценты с внутренней стенкой матки, имеет вирусное происхождение. Это означает, что плацента возникла у далекого общего предка всех млекопитающих в результате случайного заражения вирусом. Это эволюционная инновация оказалось очень полезна и закрепилась в ходе естественного отбора. Подчеркну, что плаценты нет ни у птиц, ни у рептилий, ни у земноводных и рыб.

Вообще роль вирусов в эволюции очень велика, эту тему разработают многие ученые, в частности, наш соотечественник Евгений Кунин, который работает в Америке. Он считает, что вирусы способны осуществлять горизонтальный перенос генов. Это имеет важнейшее значение для эволюции жизни и для человека в частности.

Вирусы способны осуществлять горизонтальный перенос генов. Это имеет важнейшее значение для эволюции жизни и для человека в частности

Почему? И что такое горизонтальный перенос?

Константин Северинов: Обычно мы получаем генетическую информацию от своих родителей и передаем ее потомству, по вертикали. При таком способе передачи генетической информации эволюция идет за счет случайных мутаций и, что важно подчеркнуть, происходит медленно. Поэтому вряд ли может произойти что-то революционное или возникнуть новое свойство, как та же плацента.

Иное дело - горизонтальный перенос генов от одного вида к другому, когда вы вдруг получаете какой-то ген или группу генов из другого организма и "приспосабливаете" их к вашим нуждам. Так вот, многие вирусы являются транспортом для переноса генов. И поэтому они служат главным мотором эволюционных инноваций. Можно с уверенностью сказать, что человека, каким мы его знаем сегодня, не было бы, если бы наши многочисленные предки не заражались вирусами. Следы некоторых таких заражений до сих пор хранятся в нашем геноме.

Говоря образно, они Пигмалионы человечества. Ведь не зря утверждают, что каждый из нас - это кладбище самых разных вирусов. Но так как они испорчены, то совершенно безобидны для конкретного человека?

Константин Северинов: Увы, это не совсем так. По самым разным причинам - например, с возрастом - некоторые из вирусов, находящиеся в геноме наших клеток, могут проснуться и начать "прыгать", перебрасываться из одного места хромосомы в другое, заставляя работать те гены, которые лучше бы молчали. Или, наоборот, выключая гены, нарушая их нормальную работу. Бывает, что клетка с ДНК, измененной таким "прыжком", начинает неконтролируемо делиться, возникает опухоль. У кого-то это происходит, у кого-то нет - процесс случайный, ведь вирусы прыгают не направленно, просто скачут себе по геному.

Знаменитый советский вирусолог Лев Александрович Зильбер в свое время сформулировал вирусную теорию рака. Суть в том, что есть онковирусы, которые делают наши клетки бессмертными. Заражение ими приводит к появлению опухоли. Кстати, за открытие онкогенов тоже была присуждена Нобелевская премия.

Реально ли предсказать появление новых вирусов, чтобы заранее к ним подготовиться? Может, самые мощные суперкомпьютеры призвать на помощь?

Константин Северинов: Пока это из области фантастики. Чтобы понять любой вирус, надо понять клетку, которую он заражает. Понять взаимодействие клеток на уровне сообщества, которое составляет организм, на уровне популяции организмов, и, в конечном счете, на уровне глобальной экосистемы. Такого уровня понимания сегодня у науки нет ни для одного вируса. Поэтому никакие самые мощные суперкомпьютеры не могут предсказать, какой вирус выстрелит, где и когда.

Читайте также: