Ваше тело состоит как минимум из 30 триллионов клеток. Думаете, каждая в этом “полчище” имеет свою ДНК?
А ученые, которые расшифровывают геномы человека - они с триллионами клеток должны дело иметь? - Бедняги-иии…
Ну, не совсем так. Если опираться на главнейшую догму современной биологии, тогда в “знаменателе” все сильно “сокращается”, потому что соматические клетки организма (это все, кроме половых) имеют совершенно одинаковый геном.
Хотя, есть данные, что и здесь не все так просто и однозначно. Обнаружились, например, довольно широкие границы “генетической индивидуальности” нейронов головного мозга. И не удивительно, ведь “настройки” мышления и сообразительности это как раз то, что создает между нами основные отличия, верно?
Тем не менее, на протяжении нескольких десятилетий ученые упорно пытаются расшифровать геном человека. Зачем? Что эти генетики так носятся со своим секвенированием?
ГЕНОМ И ЕГО РАСШИФРОВКА
Из скольки бы триллионов клеток вы не состояли - каждая из них, как удивительная книга, записанная на языке ДНК.
Для клеток - это своего рода шпаргалка, которая содержит подробную “инструкцию по применению” человеческого организма.
На протяжении последних 30 лет исследователи плотно занимались расшифровкой генетического кода. Ведь именно в нем запрятана информация о том, как вы растете, развиваетесь, болеете, стареете.
С 1990 года был запущен проект "Геном человека" (HGP — Human Genome Project), изначально рассчитанный на 15 лет. В его реализации принимали участие генетики 18 государств.
Проект затевался ради того, чтобы получить доступ к “книге жизни” - к точному биохимическому коду каждого из 80 – 100 тыс. генов, составляющих геном человека.
Для этого пришлось:
- идентифицировать и локализовать все гены в молекулах ДНК человека;
- определить последовательность расположения 3 млрд. химических оснований, из которых состоит ДНК;
- создать базу данных генома человека и некоторых микроорганизмов;
- разработать средства для эффективного анализа генетических данных.
Ну и “попутно” определять механизмы действия и взаимодействия генов в процессе развития человеческого организма, а также в патогенезе заболеваний.
Уже в 2004 году научное сообщество объявило о завершении проекта и первом прочтении генома.
Хотя “черновики” были представлены еще раньше - в 2001-м.
Завершить-то - завершили, но расшифровка генома была неполная - только 92%. Но даже этот результат стал огромным достижением.
СЛОЖНЫЕ УЧАСТКИ
Оставшиеся 8% долго не получалось “взломать”. Потому что есть в хромосомах труднодоступные участки. Есть и фрагменты, которые принципиально невозможно “распутать”.
Однако к 2022 году ученые из исследовательской группы Telomere-to-Telomere завершили этот колоссальный труд.
Почему же потребовалось столько времени, чтобы поставить точку в этом вопросе? И что нового принесло его полное прочтение?
Формально в тот, самый первый, “эталонный” геном вошли преимущественно области ДНК с неплотно упакованными участками, содержащими гены, которые активно переписываются (транскрибируются).
После 2004-го данные секвенирования постоянно обновлялись и редактировались. Вплоть до 2022.
Самым последним достижением в расшифровке генома человека стала новая версия, распознанная почти на 100%.
Ученым, в том числе из России, удалось прочитать последовательности оставшихся 8% ДНК.
Те самые, труднодоступные:
- центромеры - плотно упакованные участки центральных областей хромосом;
- теломеры - короткие концевые участки (плечи) хромосом;
- множественные повторы тандемных последовательностей;
- ДНК рибосомы, которые содержат много копий генов рибосомальной РНК.
(Рибосомы - органеллы в каждой живой клетке, в которых синтезируются белковые молекулы из аминокислот)
ЧТО ПОМОГЛО ЗАВЕРШИТЬ РАСШИФРОВКУ ГЕНОМА
Не удивляйтесь, все дело в технических прорывах.
В начале XXI века технологии, используемые для секвенирования, были несовершенны.
Основной метод - “разрезание” молекулы ДНК на множество маленьких кусочков, которые читались параллельно и собирались обратно в единое целое, как кусочки мозаики.
Однако повторяющиеся участки генома и плотно закрученные “сгустки” теломер и центромер сделали этот процесс крайне сложным. Они мешали точному прочтению и вызывали множество ошибок.
Только спустя два десятилетия, с появлением современных технологий секвенирования удалось расшифровать эти сложные участки.
Так Oxford Nanopore DNA позволяет считывать генетикам до миллиона "букв" ДНК за один раз, а PacBio HiFi обеспечивает высокую точность на коротких участках до 20 тысяч "букв".
Сочетание методов дало высокий результат: ученые “освоили” оставшиеся 8% участков ДНК.
Результаты опубликованы в марте 2022 в журналах “Science” и “Nature”.
ЧТО СКРЫВАЛИ ТЕЛОМЕРЫ И ЦЕНТРОМЕРЫ
Ученые составили подробную карту теломер и центромер - двух ключевых структур хромосом.
Теломеры - своеобразные "защитные колпачки" на концах хромосом Они оберегают ДНК от повреждений при делении клеток.
Оказывается, чем старше клетка, тем короче становятся теломеры ее хромосом. Нетрудно догадаться, что это напрямую связано с процессом старения организма. Понимаете теперь, почему так важно было “раскрутить клубок” их ДНК?
Сравнение теломер разных людей дает ключ к пониманию, почему одни организмы стареют быстрее, а другие медленнее.
Центромеры располагаются в середине хромосом. Эдакий “поясок”, который связывает друг с другом две сестринские хроматиды. Роль центромер велика - они обеспечивают правильное распределение генетического материала при делении клетки.
Нарушения в работе этих структур приводят к генетическим сбоям, к непредсказуемым хромосомным перестройкам.
К числу таких сбоев относятся раковые опухоли, например. Расшифровка генома центромер позволят точнее понимать эти механизмы. А значит - создавать более эффективные методы диагностики и лечения.
Секвенирование “трудных участков” попутно “подарило” исследователям 99 новых генов, которые кодируют белки. А еще, примерно 2000 генов-кандидатов, роль которых еще предстоит изучить.
Доктор Эйхлер подчеркивает: "Мы обнаружили гены, связанные с иммунной реакцией на вирусы, с работой мозга и даже с реакцией на лекарства".
ЧТО БУДЕТ, КОГДА ПОЯВИТСЯ ПОЛНАЯ КАРТА ДНК ЧЕЛОВЕКА
Замечу, что ожидания ученых от полного секвенирования генома были огромны. Ученые надеялись, что получат ясную картину, “универсальный ключ” к созданию новых лекарств, прорывным методам лечения, омоложения, физических нагрузок.
Но по факту оказалось - геном человека только часть общей картины. На нас влияют и другие генетические системы, которые существуют с нами бок о бок. Про микробиом - гены бактерий, вирусов и грибков, живущих внутри нас - знает уже каждый.
К тому же думается, что “универсального генома” быть не может. Ведь генетическое разнообразие человеческих популяций никто не отменял.
Сейчас существует, например, проект "Тысяча геномов", который собирает данные о генетическом составе людей всего мира. Его назначение - понять, как мутации в одних и тех же генах влияют на людей из разных регионов: по-разному или похоже.
И может я не права, но посмотрите, что получается: 32 года бились, чтобы получить доступ к “книге жизни”, но похоже так его и не получили.
Некий “эталонный” генетический код расшифрован, но оказалось - существует столько нюансов, что, видимо, создание этой книги бесконечно, как и сама жизнь. Многообразие так велико, что поставить точку секвенировании генома невозможно. “Текст” всегда будет неполным.
Вместе с тем, когда в научном мире объявлено - полный геном человека расшифрован, возникает логичный вопрос: что дальше? Начнется “сборка” людей?
Бр-рр…
Как-то неприятно думать, что людей станут клонировать, как овечку Долли. Но ведь не за этим же затевалась вся эта расшифровка генома!
Как думаете? Делитесь мнением в комментариях.
И не забудьте подписаться на канал - наши читатели узнаю́т больше, когда вникают в Суть явлений
