Геном зверинца

Ключевой шаг в понимании того, как тысячи мутаций генома могут быть связаны с человеческими болезнями, сделали американские и шведские ученые, которые сравнили геномы 29 млекопитающих, в том числе и человека.

95 процентов генома человека занимают последовательности ДНК, функции которых пока не установлены. Такая же ДНК, которую в научной среде называют «мусорной» или же «темной материей», есть и у других организмов. Глубже узнать «мусорную» ДНК удалось в результате масштабного исследования, проведенного международной группой генетиков из США и Швеции, результаты которого опубликованы в журнале Nature.

В центре внимания ученых оказались так называемые регуляторные последовательности, своеобразное генетическое начальство, которое само по себе никакой информации об организме вроде бы не несет, но управляет деятельностью генов, в частности, отключая их по мере необходимости или, наоборот, активизируя.

Карта регуляторных элементов, составленная учеными, представляет собой ключевой шаг в понимании того, как тысячи мутаций генома могут быть связаны с человеческими болезнями.

Проведенные прежде исследования геномов мыши и человека дали основание говорить о существовании в геномах животных наличия регуляторных элементов, однако с помощью предыдущих исследований удалось найти только очень небольшую часть этих элементов. Чтобы разобраться в ситуации подробнее, ученые привлекли к исследованию целый зверинец, изучив и сравнив геномы 29 различных млекопитающих, включая кроликов, крыс, слонов, ну и, конечно же, человека.

Секвенирование этих геномов заняло у исследователей пять лет, причем 20 из этих геномов опубликованы впервые.

В результате было обнаружено почти три миллиона ранее не детектируемых элементов «мусорной» ДНК, которые остаются неизменными для всех исследованных животных и изменение которых в геноме человека напрямую связано с его заболеваниями.

Напомним, что ДНК состоит из четырех оснований: аденин (А), цитозин (C), тимин (T) и гуанин (G) и порядок этих оснований называется ДНК-последовательностью. Изучив геномы своего «зверинца», ученые смогли если не определить, то хотя бы сделать предположения о функциях более чем половины из 360 миллионов последовательностей, содержащихся в этих неизменяемых элементах генома. В частности, обнаружено почти 4 тысячи прежде не детектируемых экзонов (участков генов, несущих информацию о первичной структуре белка) и 10 тысяч элементов с высокой степенью сохранности, которые могут участвовать в регулировании процесса, когда организм производит нужные белки. Также обнаружено более тысячи новых вторичных структур из семейств РНК, регулирующих работу генов.

Сравнение помогло исследователям понять, как эволюционировали у животных эти неизменяемые части их геномов на протяжении более чем ста миллионов лет.%%5

«Нам удалось установить, что у всех животных регуляторные элементы одни и те же, — утверждает один из членов команды Эрик Ландер, директор Института Броуда, возглавляющего это исследование. — Их эволюционные изменения, вызванные адаптацией к различным средам обитания и образу жизни, были, похоже, запрограммированы 100 миллионов лет назад и до сих пор происходят в геноме человека».

Вдобавок к обнаружению неизменяемых регуляторных частей ДНК, общих для всего исследованного «зверинца», сравнение также выявило около тысячи областей генома, которые быстро меняются только у человека и других высших приматов.

По мнению ученых, это дает им множество стартовых точек для исследования человеческой эволюции с помощью ДНК.

Методика сравнения множества полностью секвенированных геномов сравнительно нова — хотя бы уже потому, что такого множества ученые до недавнего времени попросту не имели. Эта методика позволяет обнаруживать регионы генома, которые прежде обнаружению не поддавались. Чем больше геномов различных видов будет участвовать в подобных сравнениях, тем эффективнее будет работать этот новый и поистине очень мощный метод.