Новости

한어Русский языкEnglishFrançaisIndonesianSanskrit日本語DeutschPortuguêsΕλληνικάespañolItalianoSuomalainenLatina

Когда многие люди думают о ледниковом периоде, на ум приходят образы шерстистых мамонтов. Мамонты были одними из самых знаковых существ периода примерно от 4,8 миллиона до 10 000 лет назад. Однако с потеплением климата в сочетании с такими факторами, как медленный рост, недостаточность пищи, а также охота со стороны людей и зверей, численность мамонтов начала быстро сокращаться. Выживаемость молодых слонов была крайне низкой, и в конечном итоге они вымерли.

Гибель всей популяции мамонтов ознаменовала конец ледникового периода.

Теперь международная исследовательская группа успешно реконструировала геном и трехмерную структуру хромосом мамонта, жившего 52 000 лет назад. Это первый раз, когда подобное исследование проводится с использованием древних образцов ДНК. Исследование показывает, как геном мамонта был организован внутри клеток и как определенные гены экспрессировались в тканях кожи. Соответствующие результаты появляются на обложке нового номера журнала Cell.

Это беспрецедентное исследование означает, что воскрешение вымерших существ больше не может быть мечтой.

«Лиофилизированные» окаменелости хромосом очень ценны

Большинство древних образцов ДНК состоят из очень маленьких и «беспорядочных» фрагментов ДНК. Эрик Либерман Иден, директор Центра структуры генома Медицинского колледжа Бэйлора в США, считает, что на основе картирования трехмерной структуры генома человека, если можно будет найти правильные образцы древней ДНК, то есть образцы чья трехмерная структура еще не повреждена, это станет возможным. Та же стратегия использовалась для сборки древних геномов.

Исследовательская группа протестировала десятки образцов в течение пяти лет, но прогресс оставался медленным.

До 2018 года на северо-востоке Сибири в России был обнаружен исключительно хорошо сохранившийся мамонт. Мамонта «лиофилизировали» вскоре после его смерти. Поскольку ядерная структура в обезвоженных образцах может сохраняться в течение длительного времени, это состояние позволяет сохранять ДНК в стекловидном состоянии, избегая проблем деградации древних образцов ДНК в прошлом и позволяя людям сегодня видеть беспрецедентные структурные детали.

«Окаменелые хромосомы мамонта в миллионы раз длиннее обычных фрагментов древней ДНК и представляют собой совершенно новый тип окаменелостей», — сказал Эйден.

Этот мамонт ждет, чтобы его нашли. Команда очень рада получить представление о том, как геном мамонта был организован в его живых клетках и какие гены были активны в ткани кожи, из которой была извлечена ДНК. Однако «сборка» по-прежнему остается проблемой.

Пазл из 3 миллиардов деталей, который нужно собрать

«Представьте, что у вас есть пазл, состоящий из 3 миллиардов частей, но у вас нет готового продукта», — говорит Мартин Ренум, специалист по структурной геномике из Национального центра генетики и регулирования генома в Барселоне, Испания. Технология Hi-C позволяет вам получить приблизительное изображение, прежде чем собирать кусочки головоломки». Hi-C — это специальный метод, используемый командой для реконструкции структуры генома мамонта. Они извлекли ДНК из образцов кожи, взятых из-за ушей мамонта. Технология Hi-C позволила им определить, какие части ДНК могут находиться в непосредственной пространственной близости и взаимодействовать друг с другом в их естественном состоянии в ядре клетки.

Затем они объединили физическую информацию, полученную в результате анализа Hi-C, с секвенированием ДНК, чтобы идентифицировать взаимодействующие сегменты ДНК, и создали упорядоченную карту генома мамонта, используя геном сегодняшних слонов в качестве шаблона. Анализ показал, что у мамонтов было 28 хромосом, столько же, сколько у сегодняшних азиатских и африканских слонов.

Изучая компартментализацию генов внутри клеточного ядра, команда смогла идентифицировать гены, которые были активными и неактивными в клетках кожи мамонта — показатель эпигенетики или транскриптомики. Клетки кожи мамонта имеют иные паттерны активации генов, чем у их близких родственников, азиатских слонов, которые могут включать гены, связанные с волосами на их теле и холодоустойчивостью.

Хромосомные окаменелости открывают безграничные возможности

Метод, использованный в этом исследовании, на самом деле основан на исключительно хорошо сохранившейся окаменелости — древняя структура хромосом, сохраненная в окаменелости, имеет точность до наномасштаба! Но исследовательская группа надеется, что этот метод также можно использовать для изучения других древних образцов ДНК, от мамонтов до египетских мумий, включая музейные образцы.

Хромосомные окаменелости, несомненно, стали новым мощным инструментом для изучения истории жизни на Земле. Это связано с тем, что типичные фрагменты древней ДНК редко превышают 100 пар оснований или 100 «букв» генетического кода, что намного меньше, чем полная последовательность ДНК организма (которая часто имеет длину в миллиарды «букв»). Напротив, окаменелые хромосомы могут охватывать сотни миллионов генетических «букв».

«Ископаемые хромосомы меняют правила игры», — сказала Ольга Дудченко, доцент кафедры молекулярной и человеческой генетики Центра структуры генома Медицинского колледжа Бэйлора в США, потому что «путем сравнения древних молекул ДНК с последовательностями ДНК современных видов , можно обнаружить генетические изменения в отдельных «буквах» паролей».

Другими словами, поняв форму хромосом организма, ученые смогут собрать всю последовательность ДНК вымершего организма, реализовав идеи, которые ранее были невозможны.

Но на данный момент воскрешение мамонта — это только начало.

Редактор колонки: Цинь Хун Редактор текста: Да Си Источник изображения заголовка: Ту Чонг Редактор изображения: Цао Лиюань

Источник: Автор: Science and Technology Daily