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氷河期について考えるとき、多くの人はケナガマンモスのイメージを思い浮かべるでしょう。マンモスは、約 480 万年前から 1 万年前までの時代の最も象徴的な生き物の 1 つでした。しかし、気候温暖化に加え、成長の遅れ、食糧不足、人間や獣による狩猟などの要因により、マンモスの数は急速に減少し始め、若いゾウの生存率は非常に低くなり、最終的には絶滅しました。

マンモスの個体群全体の絶滅は氷河期の終わりを告げました。

今回、国際研究チームが、5万2000年前に生息していたマンモスのゲノムと三次元染色体構造の再構築に成功した。古代のDNAサンプルを使ってこのような研究が行われたのはこれが初めてである。この研究により、マンモスのゲノムが細胞内でどのように構成され、特定の遺伝子が皮膚組織でどのように発現されたかが明らかになった。関連する結果が Cell マガジンの最新号の表紙に掲載されます。

この前例のない研究は、絶滅した生物の復活がもはや夢ではない可能性があることを意味します。

「フリーズドライ」した染色体化石は貴重

ほとんどの古代の DNA 標本は、非常に小さく「乱雑な」DNA 断片で構成されています。米国のベイラー医科大学ゲノム構造センター所長であるエリック・リーバーマン・イーデン氏は、ヒトゲノムの三次元構造のマッピングに基づいて、正しい古代の DNA サンプルを見つけることができれば、三次元構造が損なわれていないサンプルであれば、古代のゲノムを組み立てるのにも同じ戦略が使用されたことが可能です。

研究チームは約5年間にわたって数十のサンプルをテストしたが、進歩は依然として遅かった。

2018年までに、ロシアのシベリア北東部で非常に保存状態の良いマンモスが発掘された。マンモスは死後すぐに「フリーズドライ」された。脱水サンプルの核構造は長期間維持できるため、この状態では DNA をガラスのような状態で保存することができ、過去の古代 DNA サンプルの分解問題を回避し、今日の人々は前例のない構造の詳細を見ることができます。

「化石化したマンモスの染色体は、通常の古代のDNA断片よりも何百万倍も長く、まったく新しいタイプの化石である」とアイデン氏は述べた。

このマンモスは見つかるのを待っています。研究チームは、マンモスのゲノムが生きた細胞内でどのように構成されたのか、また、DNAが抽出された皮膚組織ではどの遺伝子が活性化していたのかを解明できることに興奮している。しかし、やはり「組み立て」が課題です。

組み立てる必要がある30億ピースのパズル

「30 億個のピース​​で構成されたパズルがあると想像してください。しかし、完成品はありません」と、スペインのバルセロナにある国立遺伝学・ゲノム規制センターの構造ゲノミスト、マルティン・レノウム氏は言います。 Hi -C テクノロジーにより、パズルのピースを組み合わせる前におおよそのイメージを得ることができます。」 Hi-C は、マンモスのゲノム構造を再構築するためにチームが使用した特別な方法です。彼らはマンモスの耳の後ろから採取した皮膚サンプルからDNAを抽出した。 Hi-C テクノロジーにより、DNA のどの部分が空間的に近接して存在し、細胞核内の本来の状態で互いに相互作用する可能性があるかを検出できるようになりました。

次に、Hi-C 解析からの物理情報と DNA 配列決定を組み合わせて、相互作用する DNA セグメントを特定し、現在のゾウのゲノムをテンプレートとして使用して、マンモスのゲノムの順序付けられた地図を作成しました。分析の結果、マンモスには現在のアジアゾウやアフリカゾウと同じ28本の染色体があることが判明した。

細胞核内の遺伝子の区画化を調べることにより、研究チームは、エピジェネティクスまたはトランスクリプトミクスの代用となる、マンモスの皮膚細胞内で活性な遺伝子と不活性な遺伝子を特定することができました。マンモスの皮膚細胞は、その近縁種であるアジアゾウとは異なる遺伝子活性化パターンを持っており、これには体毛や耐寒性に関連する遺伝子が含まれている可能性があります。

染色体化石は無限の可能性をもたらす

この研究で使用された方法は、実際に非常によく保存された化石に依存しています。化石によって保存されている古代の染色体構造はナノスケールまで正確です。しかし研究チームは、この方法がマンモスからエジプトのミイラに至るまで、博物館の標本を含む他の古代の DNA 標本の研究にも使用できると楽観視している。

染色体の化石は、地球上の生命の歴史を研究するための強力な新しいツールになったことは間違いありません。これは、典型的な古代の DNA 断片が 100 塩基対、つまり遺伝暗号の 100 文字を超えることはほとんどないためです。これは、生物の完全な DNA 配列 (多くの場合、数十億の「文字」長) よりもはるかに小さいためです。対照的に、化石化した染色体は、数億の遺伝的「文字」にまたがる場合があります。

米国のベイラー医科大学ゲノム構造センターの分子遺伝学および人類遺伝学の助教授、オルガ・ドゥドチェンコ氏は、「化石染色体はゲームチェンジャーだ。なぜなら、古代の DNA 分子を現生種の DNA 配列と比較することによって、 、パスワードの個々の「文字」の遺伝的変化を発見することが可能です。」

言い換えれば、科学者は生物の染色体の形状を理解することで、絶滅した生物の DNA 配列全体を組み立て、これまで不可能だったアイデアを実現できるようになります。

しかし今のところ、マンモスの復活は単なる始まりにすぎません。

コラム編集者: Qin Hon テキスト編集者: Da Xi タイトル画像出典: Tu Chong 画像編集者: Cao Liyuan

出典: 著者: Science and Technology Daily