База непонятных данных

Ученые заявили, что более 90 процентов ДНК человека — это эволюционный "мусор", не имеющий никакого смысла. Означает ли это, что изучение генома можно значительно сузить, сэкономив колоссальные средства?

Елена Кудрявцева

Сто миллионов лет назад будущий человек не особо отличался от мыши, утконоса и лошади, по крайней мере, с точки зрения генетики.

Этот милый парадокс — вывод, к которому пришли ученые из Оксфордского университета, когда решили сравнить, как на протяжении эволюции менялись геномы разных млекопитающих. С этой целью исследователи для начала попробовали выделить какие-то общие части геномов у разных видов. А в итоге пришли к тому, что все животные имеют огромную часть древних спящих генов и лишь незначительную долю работающих. У человека, к примеру, эта доля составляет всего 8,2 процента.

— Мы, как правило, ожидаем, что все части нашей ДНК должны что-то делать,— говорит один из авторов работы, доктор Крис Рэндс из лаборатории функциональной геномики Оксфордского университета,— но это далеко не так. В действительности функционирует лишь небольшая часть.

Все же остальное, уточняют его соавторы по нашумевшей публикации об этом исследовании в авторитетном журнале PLoS Genetics, по всей вероятности, бесполезно и является эволюционным "мусором". Вообще, работа британских ученых возродила давнюю войну между сторонниками теории "мусорной ДНК" и теми, кто считает геном человека полностью функциональным. Подобный поворот в принципиальном научном диспуте примечателен уже потому, что несколько лет назад сторонники теории "полностью функционального генома", потратив на доказательство своей правоты почти 10 лет и 200 млн долларов в рамках проекта ENCODE, праздновали окончательную победу. Другое дело, что их оппоненты уже тогда намекали, что за такие огромные деньги они, в принципе, не могли не найти того, что искали...

Очень темная материя

"Мусорная ДНК" — это, по сути, гигантский эволюционный шлейф, который тянется за человеком миллионы лет и бережно хранится в кладовых его клеток. Долгое время считалось, что этого шлейфа нет только у вирусов и бактерий, которые столь малы, что еле умещают в себе необходимые для жизни гены, не то, что какие-то "скелеты" из прошлого. Огромный объем этого "мусора" по сравнению с полезной частью давно ставит ученых в тупик, и они даже сравнивают эту непонятную область нашего генома с темной материей во Вселенной, которая составляет ее гигантскую часть, но до сих пор скрыта от человека.

Впрочем, уже есть технологии, которые позволяют эту самую "мусорную ДНК" пощупать. Оказалось, что она состоит из весьма не похожих друг на друга частей. Например, из древних ретровирусов, которые когда-то свирепствовали на Земле, а потом по неизвестной причине перестали размножаться и застыли в нашем геноме, как след от каблука в бетоне. Еще есть не работающие лишние копии генов, которые отвечали за что-то тысячи лет назад. Еще есть спящие гены, которые отвечают, к примеру, за способность отбрасывать хвост, и так далее.

— Все знают, что ДНК является носителем генетической информации человека и других организмов,— говорит Дмитрий Штокало из Института систем информатики им. А.П. Ершова СО РАН, который занимается изучением "мусорной" части ДНК.— Код последовательности ДНК определяет, что человек является человеком, мышь — мышью, а муха — мухой. Но как все это работает, ученым до сих пор неясно: сегодня известен механизм работы примерно 3-8 процентов генома, а функция остальных покрыта мраком, так что часть ученых относит ее к бесполезному "мусору". Правда, оппоненты этой теории говорят, что если сравнивать мышь и человека, то окажется, что те самые функциональные 3-8 процентов у нас почти одинаковы. Напрашивается вывод, что именно "мусорная ДНК" на самом деле несет в себе какую-то функцию, которая, собственно, и делает человека человеком.

О пользе мусора

Разговоры о том, что гигантский багаж, который человечество тащит за собой в собственных генах, не такое уж пассивное наследие, начались после расшифровки генома в 2003-м. По одной из версий, "мусорная ДНК" вообще двигатель эволюции: ученые посчитали, что если бы эволюция шла постепенно за счет мутаций в функциональной части ДНК, человек так бы и не возник до сих пор — не хватило бы времени. Но, на наше счастье, эволюция шла рывками, которые выводили виды на новые витки развития. Возможно, происходило это именно благодаря "мусорной ДНК", вернее, ее особой части, которую окрестили "прыгучим геномом". Так называют небольшие кусочки генома, которые ведут себя по типу вирусов — могут вырезать себя из одного места хромосомы и переставлять в другое.

В прошлом году биологи из Йельского университета (США) установили, что именно так, к примеру, 100 млн лет назад будущий человек потерял сумку на животе и стал вынашивать детей в утробе: кусок "мусорной ДНК" вытеснил из генома часть, соответствующую сумчатым. Если бы этого не произошло, мы бы, как кенгуру, носили детей в кармашках. По мнению биолога Александра Маркова из Палеонтологического института РАН, вполне может оказаться, что собственно эволюция человека, то есть увеличение мозга, членораздельная речь и вообще "превращение обезьяны в человека", тоже шло под контролем этих подвижных кусочков генома.

Великое раскодирование

Самой крупной попыткой разобраться в генетическом эволюционном "мусоре" стал проект ENCODE, стартовавший в 2003-м с подачи Национального института по изучению генома человека США. В нем приняли участие более 400 ученых из 32 лабораторий США, Великобритании, Японии, Испании и Сингапура. Цель проекта — понять, как работает геном, особенно те его части, которые не производят белок. Прорыв в работе столь солидной группы ученых произошел примерно 5 лет назад, когда появились технологии ускоренного прочтения генома: если в первый раз его читали 14 лет, то теперь ту же работу научились делать за две недели. Участники проекта изучили огромный массив информации и выяснили: так называемая мусорная ДНК содержит некие переключатели, которые сами не работают, но каким-то образом регулируют работу других генов и от них в том числе зависит вероятность возникновения той или иной болезни — от диабета и рака до сердечно-сосудистых или психических расстройств.

Россия в ENCODE не участвовала, но работала в схожих группах, например в "Проекте по исследованию некодирующей РНК" вместе с французами и американцами.

— Мы взяли самые современные технологии прочтения генома человека и поискали те участки, которые, с нашей точки зрения, могли бы исполнять какие-то функции,— рассказывает Дмитрий Штокало.— Чтобы проверить догадку, коллеги на Западе заблокировали эти участки в геноме раковых клеток и у тех включился механизм запрограммированной смерти. А рак, как известно, зачастую возникает именно из-за того, что клетки начинают бесконтрольно делиться и теряют способность к самоуничтожению. Так что в перспективе эти данные можно использовать для создания нового поколения лекарств и диагностики онкологических заболеваний.

Правда, сторонники "мусорной теории", включая оксфордских ученых, уверены: пока не изучен механизм действия этих загадочных участков генома, делать выводы преждевременно. Что мы получим на выходе — суперэффективные генетические лекарства или пустышку,— пока тоже не ясно. Как известно всем, кто изучает древности, шансы обнаружить мусор и шансы набрести на сокровища — примерно равны.

Огонек http://www.kommersant.ru/doc/2538727