УЧЕНЫЕ ОБНАРУЖИЛИ КОРЕННОЕ ОТЛИЧИЕ ЧЕЛОВЕКА ОТ ЖИВОТНЫХ
Участники международного консорциума Zoonomia сообщили о завершении 20-летнего проекта. Биологи расшифровали геномы 240 животных из различных семейств и сравнили с последовательностью ДНК человека. Результаты позволили лучше понять, на каком этапе эволюции произошли изменения, сделавшие нас людьми.
Термин «зоономия» ввел в научный обиход Эразм Дарвин — выдающийся английский врач и биолог, дед Чарльза Дарвина. В книге «Зоономия, или законы органической жизни», вышедшей в 1794-м, он высказал смелую для своего времени мысль: предположил, что все теплокровные животные связаны друг с другом и в далеком прошлом имели общего предка.
Через два столетия идеи ученого получили блестящее подтверждение. В начале 2000-х были опубликованы полные геномы мыши, человека, крысы и шимпанзе, которые оказались очень близкими. Чтобы понять, в какой момент разошлись эволюционные линии, требовалось больше данных.
В рамках проекта Zoonomia биологи расшифровали и сравнили геномы 241 вида млекопитающих, включая человека. Образцы ДНК предоставили свыше 50 научных организаций из разных стран. Результаты исследования выпустили в виде 11 статей тематического номера журнала Science.
По подсчетам биологов, известно более 6500 современных видов млекопитающих и около 20 тысяч вымерших. Несмотря на анатомическое сходство, внешне они очень разные — от крошечной карликовой многозубки, весящей менее двух граммов, до огромных китов. Одни покрыты густой шестью, другие практически лысые, кто-то научился летать, кто-то приспособился к жизни в воде, у кого-то чрезвычайно чуткий нос, а у кого-то, как у человека, большой и сложный мозг.
Задачей проекта Zoonomia было выявить особенности ДНК, определяющие видовые различия, и определить, на каком этапе эволюционной истории они закреплялись на генетическом уровне. Исследования касались только представителей группы планцентарных, которые появились на планете за последние 100 миллионов лет, и не затрагивали более древних сумчатых и яйцекладущих.
Дерево эволюции плацентарных млекопитающих. Вымирание динозавров на рубеже мелового и палеогенового периодов отмечено пунктирной линией
Метод сравнительной генетики, который использовали ученые, позволил определить геномные зоны, отвечающие за такие характеристические черты, как острый нюх, привычка впадать в спячку, способность издавать звуки, развитие мозга.
Отследив историю отдельных генов, специалисты установили, что разнообразие млекопитающих начало расти задолго до вымирания динозавров, которое произошло 66 миллионов лет назад, на рубеже мелового и палеогенового периодов. Ранее считалось, что млекопитающие освоили все экологические ниши только после исчезновения динозавров.
Сколько в нас животного
Хромосомы, заключенные в клетке человека, содержат около 20 тысяч генов, кодирующих белки. В совокупности это не более 1,5 процента всего генетического материала. Помимо них, в геноме есть множество последовательностей, отвечающих за регуляцию — контроль экспрессии генов. Идентифицировать функции таких регуляторных элементов намного сложнее, чем генов, отвечающих за производство конкретных белков.
«Одна из главных проблем в том, что у человека очень большой геном, и мы до конца не знаем, как он работает, — приводятся в пресс-релизе слова одного из руководителей проекта Zoonomia Элинор Карлссон, директора группы геномики позвоночных в Институте Брода Массачусетского технологического института и Гарварда. — Результаты показывают, что многое мы можем понять, изучая геномы других млекопитающих».
Метод сравнения позволил исследователям выявить в ДНК человека более трех миллионов регуляторных элементов, примерно половина которых ранее была неизвестна. Оказалось, что их по крайней мере в десять раз больше, чем тех, что кодируют белки, и они играют важнейшую роль в управлении всеми физиологическими процессами в организме, поскольку содержат инструкции, определяющие, где, когда и в каком количестве производить белки.
Большинство клеток человека имеет 46 хромосом, сгруппированных в 23 пары. Каждая хромосома состоит из цепочки дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК) — генетического материала, который служит инструкцией для роста и развития
Также выяснилось, что примерно 11 процентов генома — всего около 4500 участков — идентичны у всех млекопитающих, включая человека. Это так называемые консервативные фрагменты ДНК, которые сохраняются неизменными миллионы лет и отвечают за черты, отличающие млекопитающих от других организмов. Около четырех процентов ученые отнесли к «сильно консервативным», очевидно, ответственным за самые базовые молекулярные процессы на клеточном уровне, присущие всем эукариотам.
Консервативные участки ДНК необходимы для нормального функционирования организма, а генетические изменения в них могут стать причиной не только наследственных заболеваний, но и рака. Ученые приводят пример пациента с медуллобластомой, у которого быстрый рост опухоли мозга был связан с мутацией в одном из таких участков генома.
Катализатор эволюции мозга
В начале 2000-х биологи обнаружили в геноме человека участки, связанные с развитием мозга. Их назвали «зонами ускоренного развития человека» (HAR — Human Accelerated Regions). Некоторые из них играют важную роль в формировании на эмбриональной стадии нейронных путей, связанных с интеллектом.
Генетики, изучающие HAR в проекте Zoonomia, выяснили, что подобные участки есть и у других приматов. Но в человеческом геноме они содержат гены, отличающиеся от наших ближайших родственников — таких как шимпанзе или бонобо. Различия возникли примерно миллион лет назад. При этом речь идет не о появлении какого-то особого «гена сознания», а всего лишь о перестроении белковой упаковки ДНК.
«Представьте ДНК нашего последнего общего с шимпанзе предка в виде обернутого вокруг шеи шарфа, по всей длине которого проходят поперечные полоски разных цветов, — объясняет руководитель исследования, директор Гладстонского института науки о данных и биотехнологии в Сан-Франциско Кэтрин Поллард. — Если цвета расположить в другом порядке, сделать одни полоски уже, а другие шире и снова намотать, будет уже совсем другой шарф. Примерно это и произошло».
Источник
Генетическая уникальность: учёные обнаружили различие ряда белков ДНК человека и животных
Транскрипционные факторы — белки, отвечающие за перенос генетической информации, — у человека и других представителей животного мира имеют значительные отличия. К такому выводу пришли канадские учёные. В ходе исследования они обнаружили уникальные гены, которые могут отвечать за особенности человеческой физиологии и анатомии, прежде всего иммунной системы и мозга. По их мнению, это открытие приблизит специалистов к разгадке тайны появления нашего вида.
- Gettyimages.ru
- © KTSDESIGN / SCIENCE PHOTO LIBRARY
Исследователи из Donnelly Centre Университета Торонто (Канада) утверждают, что гены людей и других живых существ имеют больше различий, чем считалось ранее. Десятки генов уникальны только для человека, и они могут помочь объяснить появление нашего вида. Об этом сообщается в статье, вышедшей в журнале Nature Genetics.
Ранее считалось, что белки — транскрипционные факторы, отвечающие за перенос генетической информации, — выглядят у различных организмов одинаково. Однако исследование канадских учёных показало, что между ними могут быть различия в определённых последовательностях органических соединений — в специфических фрагментах кода ДНК, которые называются мотивами.
«Даже между близкородственными видами имеется значительная часть транскрипционных факторов, которые могут привести к образованию новых последовательностей. Это означает, что они, регулируя различные гены, могут выполнять новые, ещё не изученные функции, что может иметь большое значение с точки зрения межвидовых различий», — говорит один из авторов работы Сэм Ламберт.
По его мнению, даже у людей и шимпанзе, чьи геномы идентичны на 99%, есть десятки белков, которые распознают различные для каждого вида фрагменты кода ДНК. Всё это влияет на процесс передачи наследственной информации для сотен разных генов.
«Мы полагаем, что данными различиями, наблюдаемыми на молекулярном уровне, могут быть обусловлены некоторые различия между шимпанзе и людьми», — поясняет Ламберт.
- Gettyimages.ru
- © RollingEarth
Напомним, что кодом ДНК, или генетическим кодом, называют совокупность правил, согласно которым в живых клетках последовательность нуклеотидов (ген и мРНК) переводится в последовательность аминокислот (белок). Генетический код всех живых организмов Земли един (имеются лишь незначительные вариации).
Открытый вопрос
Учёные разработали компьютерную программу, способную сравнивать транскрипционные факторы у различных видов по составу аминокислот и таким образом различать похожие белки.
Полученные результаты противоречат данным более ранних работ, в которых утверждалось, что почти все транскрипционные факторы человека и, например, мух из рода дрозофил связывают одни и те же фрагменты кода ДНК.
Американские учёные выявили новый вид обезьян, обитавший на Земле 22 млн лет назад. Открытие было сделано благодаря обнаруженным в.
«До сих пор сохранилось представление о том, что транскрипционные факторы людей и плодовых мух связывают почти идентичные структурные элементы (мотивы). И хотя известно множество примеров, где эти белки обладают функциональной консервативностью, данная гипотеза ещё далека от признания», — говорит руководитель лаборатории, в которой было проведено исследование, профессор кафедры молекулярной генетики Университета Торонто Тимоти Хьюз.
Для канадских учёных остаётся открытым вопрос, за какие функции отвечают уникальные для человека гены. В изучаемых ими белках могут быть сокрыты особенности физиологии и анатомии человека — нашей иммунной системы и мозга, которые являются наиболее сложными среди животных. Также исследователи не исключают, что эти гены могут отвечать за анатомические различия между полами.
«В области генетики человека молекулярная основа полового диморфизма почти никем не исследуется. Но ведь речь идёт о различиях, которые видны людям друг в друге и привлекают их внимание. У меня есть соблазн посвятить работе над данной темой оставшуюся половину своей карьеры, если только я смогу разобраться, как мне этого добиться», — говорит профессор Хьюз.
«Кирпичик в здании науки»
Однако российские коллеги канадских учёных не столь оптимистичны в оценках проведенного исследования.
«Работа канадцев важна для понимания определённых регуляционных процессов, для более глубокого понимания живых систем и их эволюции. Но говорить о том, что они приблизились к пониманию природы человека, пока рано. Это лишь кирпичик в здании науки», — сообщил в беседе с RT академик РАН ректор РНИМУ им. Н.И. Пирогова Сергей Лукьянов.
Ясно, что в ходе эволюции некоторые гены претерпели изменения и не могут оставаться идентичными тем, которые были сотни миллионов лет назад, утверждает академик.
«Очевидно, что кошка с собакой разные. Но, например, иммунная система людей практически ничем не отличается от той, что есть у других животных. А вот мозг — совсем другое дело, большие полушария у нас более развиты. В результате эволюции у всех видов появились какие-то особенности. Но, с точки зрения генетики, человек — абсолютно обычный организм», — заключил Лукьянов.
Источник