Подписаться на новости
  • Сенатор
  • ООО "Ай Вао"
  • medtech
  • ММИФ-2018
  • Vitacoin

Тайны «темной ДНК»

Попытка объяснить все непонятное разом

Алексей Алексенко, «Сноб»

Есть два подхода к проблемам. Первый подход – автор не сексист, но условно назовем его «мужским» – состоит в том, чтобы решать проблемы одну за одной, постепенно. Второй подход интереснее: надо просто свалить все проблемы в одну кучу, немного поплакать, а потом они, наверное, как-то решатся сами. Обычно наука идет первым путем, но вот сейчас мы разберем пример, когда ей оказался ближе второй, интегральный метод.

Между прочим, для широкой публики здесь нет ничего нового: если предположить, что истуканов острова Пасхи воздвигли пассажиры летающих тарелок (которые незадолго до этого истребили динозавров), вы не получите ответа ни на один вопрос… но формальное сокращение списка тайн доставляет какое-то эмоциональное облегчение.

Подобный поворот сюжета произошел недавно в молекулярной генетике животных. Тайна, лежавшая в завязке этой истории, такова. В 2004 году Гиль Бежерано, выпускник Еврейского университета Иерусалима, вместе со своим коллегой Дэвидом Хауснером обнаружил в геноме человека очень странные последовательности. Длиной они были примерно в несколько сотен букв-оснований, а всего их нашлось около пятисот. Странным же в них оказалось то, что точно такие же последовательности нашлись в геномах крысы и мыши, а очень-очень похожие – у собаки, курицы и даже у некоторых рыб.

Кусочков генома, чем-то похожих на крысиные или рыбьи, у нас пруд пруди. Гены альфа-цепи гемоглобина, скажем, весьма похожи у всего позвоночного зверья: от лошади нас отделяет всего 25 значимых замен (то есть таких, которые привели к изменению аминокислоты в соответствующем белке), а от гориллы – одна-единственная. Впрочем, отличий синонимических – не приводящих к изменению белка – гораздо больше, есть они даже между разными людьми. Гены рРНК – структурного каркаса клеточной фабрики по производству белка, рибосомы, – вообще похожи друг на друга у всех живых тварей земли.

Но гены гемоглобина или рРНК – это именно гены: они кодируют вполне понятные компоненты живой клетки, и потому изменчивы ровно в тех пределах, каких можно ожидать от деталей механизма, выполняющих заданную функцию. Последовательности, обнаруженные Бежерано, не были генами в обычном смысле. Некоторые из них целиком укладывались в интроны – ничего не кодирующие кусочки, которые клетка вырезает из генного продукта и выбрасывает. Другие находились на границе интронов. И при всем при этом их сходство у разных животных было ошеломляющим. Между человеком и крысой, к примеру, стопроцентным, у других позвоночных – процентов этак 95. Странные, короткие, ни к селу ни к городу расставленные повсюду кусочки ДНК оказались куда консервативнее, чем гены важнейших клеточных белков, и эта загадка, казалось, не имела решения. Бежерано и его соавторы отметили лишь, что «темная ДНК» (нам вполне логично так ее назвать по аналогии с «темной материей», над загадкой которой бьются физики) обычно встречается внутри и в окрестностях генов, которые регулируют работу других частей генома и, в частности, управляют процессами развития.

Если что-то умудрилось так мало измениться за полмиллиарда лет эволюции, отделяющие нас от рыб, значит, отбор беспощадно наказывал за любой шаг влево-вправо. А раз так, стало быть, если эти кусочки генома искусственно удалить или даже слегка изменить, то вместо привычного цыпленка или мышонка на свет появится страшный нежизнеспособный уродец, да, скорее всего, и вовсе не появится, погибнув на стадии первых же делений яйцеклетки.

Такой опыт и проделали в 2007 году исследователи из Беркли (Калифорния). И результат их страшно разочаровал. Мыши, у которых несколько кусочков «темной ДНК» были намеренно испорчены, родились здоровыми и счастливыми. Ни малейшего отличия от обычных мышат обнаружить так и не удалось. Исследователям оставалось сделать абсурдный вывод: возможно, какие-то части генома не меняются в процессе эволюции вовсе не потому, что им не позволяет отбор, а по иным, совершенно непостижимым причинам. По каким-таким причинам?! Сказано же: «по непостижимым», и точка.

Но ученые очень не любят ставить точки в такие моменты повествования. Если не получается разгадать тайну, можно хотя бы попытаться связать ее с другими – ну, например, с тайной развития сознания на пути от тех же рыб к человеку. И идея увязать тайну «темной ДНК» с тайной развития мозга оказалось неожиданно плодотворной.

Статья, вышедшая пару недель назад в журнале Cell (Dickel et al., Ultraconserved Enhancers Are Required for Normal Development), имеет солидный список авторов, он включает многих из тех, кто в 2007 году пытался вывести породу мутантных мышей с нарушенными ультраконсервативными фрагментами и убедился, что это никакие не мутанты, а обычные мыши. В этот раз для манипуляций с мышиной ДНК была использована техника CRISPR – благо за прошедшее десятилетие она прошла путь от лабораторного курьеза до мощного инструмента исследований. Мыши, полученные исследователями, по-прежнему не очень-то отличались от обычных. Но биологи не удовлетворились этим поверхностным наблюдением, а сразу полезли им в мозг. И там наконец-то нашли то, что искали.

Результат зависел от того, какие именно последовательности ДНК были удалены. У одной из линий отмечено резкое уменьшение числа клеток, известных тем, что они как-то участвуют в развитии болезни Альцгеймера. У другой линии был видимым образом изменен участок переднего мозга, занятый формированием долговременной памяти. Этот же участок, как считается, играет важную роль в развитии эпилепсии. Неудивительно, что в 2007 году никто не обратил внимания на такие тонкости: все же жизнь мышей в лабораторном виварии не столь насыщена событиями, чтобы предъявлять к их мозгу слишком уж высокие требования. А вот в дикой природе забывчивая мышь или, к примеру, мышь, склонная к эпилептическим припадкам, обречена на житейские неудачи и горькие разочарования.

Разумеется, полученный ответ просто помещает проблему в контекст более широкой загадки, поскольку представления ученых о формировании памяти, болезни Альцгеймера или эпилепсии по-прежнему достаточно фрагментарны. Однако узнать, что несколько жгучих загадок биологии на самом деле связаны между собой, – уже немало.

У самого Гиля Бежерано, открывшего когда-то «темную ДНК» (или уже можно назвать ее «ультраконсервативными энхансерами», как выражаются серьезные люди?) работа вызвала сложные чувства: «Тогда <в 2004 г.> кое-кто уговаривал нас подождать с публикацией, пока не станет ясно, зачем нужны эти штуки. Теперь я могу сказать им: эй, чуваки, это заняло четырнадцать лет!»

Достаточно ли этих данных, чтобы объяснить удивительную, почти стопроцентную сохранность ультраконсервативных энхансеров в процессе эволюции и расхождения классов позвоночных? На первый взгляд, это не слишком очевидно. Но теперь по крайней мере виден просвет в сплошной пелене тайн. Там, в этом просвете, замаячили другие тайны, по сравнению с которыми прежние покажутся детскими шутками, как сказка о колобке перед романом Стивена Кинга. Мы и наши уважаемые читатели рискуем просто не дожить до того момента, когда все разъяснится; потому и пришлось рассказать эту историю прямо сейчас, не дожидаясь финального катарсиса. А если мы когда-нибудь узнаем окончательный ответ, то сможем высокомерно сказать: «А, я где-то читал об этом еще в 2018 году!»

Портал «Вечная молодость» http://vechnayamolodost.ru


Читать статьи по темам:

геномика мозг Версия для печати
Ошибка в тексте?
Выдели ее и нажми ctrl + enter
назад

Читать также:

2013: лучшие новости биомедицины по версии MIT Technology Review

Уходящий год принес немало достижений в биомедицине, в том числе инновации в нейробиологии, реформу в регулировании генетической информации, успехи в генотерапии и надежду на излечение от ВИЧ.

читать

Геном глиобластомы

Расшифровка генома клеток глиобластомы позволит ученым уточнить причины этого заболевания и разработать новые методы лекарственного воздействия на опухоль.

читать

Человек отличается от обезьяны факторами транскрипции

Ученые выявили в мозге человека и шимпанзе различия в 90 генах факторов транскрипции – белков, регулирующих активность тысячи генов, занятых в синтезе других белков. Сами регулируемые гены идентичны у человека и обезьян.

читать

Зеркало для мозга

Во многом особенности человеческого разума зависят от функциональной анатомии мозга, но эта анатомия создавалась постепенно, и мы должны понять законы развития мозга, законы эволюции, связанные с генами.

читать

Генетическая карта мозга

Ученые из Института науки о мозге Алена в Сиэтле собираются создать трехмерную карту мозга человека, на которой показана активность 20 тысяч генов.

читать