Зачем нам мусор в ДНК? Александр Панчин на QWERTY
[музыка] Всем привет! Приветствую вас на канале QWERTY. Меня зовут Александр Панчин, а сегодня мы поговорим о мусоре и о нашей ДНК.
Вы когда-нибудь задумывались о том, чем мусор отличается от барахла? Мусор — это что-то, что пахнет, воняет, от чего нужно избавиться, иначе всё будет плохо. Это протухшая курица, которая гниет в вашем холодильнике и отравляет вашу жизнь. Барахло — это что-то такое вроде поломанного КСВ; оно лежит, как бы не мешает, но в него иногда можно споткнуться.
Когда ученые говорят о мусоре ДНК, то они на самом деле скорее подразумевают барахло, хотя и мусор в нашей ДНК тоже есть. Наш геном, то есть совокупность наших молекул ДНК, которые отвечают за вашу информацию, — это такие ниточки, представляющие собой в сумме три миллиарда букв: A, T, G, C. Все создается из химических молекул.
Но представим себе и покажу это в виде такого большого-большого текста. И вот, три миллиарда букв — много это или мало? Ну, с одной стороны, вроде бы и не мало. Да, вы можете поместить на одну маленькую флешку весь свой геном, всё, что отвечает за то, как вы биологически устроены.
На самом деле из этих трёх миллиардов букв лишь небольшой процент отвечает за что-то по-настоящему важное. Как ученые могли это установить? Начнем мы немного издалека. Будет такой математик, его звали Авраам Вольт, и он работал на военно-воздушные силы. Его задача заключалась в том, чтобы определить, какие части самолетов нужно бронировать. Для этого он анализировал статистику дырок от пуль в тех самолетах, которые вернулись из боевых действий.
Оказалось, что в этих самолетах много дыр на крыльях и достаточно мало в фюзеляже. Некоторые военные говорили: "А значит, нужно бронировать крылья". А Вольт сказал: "Нет, вы совершенно не правы. Всё ровно наоборот: нужно вешать броню там, где дырок мы не наблюдаем".
Поскольку те самолеты, которые вернулись на базу, с ними всё в порядке, а те, которые не долетели, эти повреждения не существенно повредили значимой части этого самолета. Но мы не видим тех дыр, которые подвергли самолеты. Это явление получило название "ошибки выжившего" и касается самых разных аспектов нашей жизни.
Вы часто слышали: "Я сходил к целителю, и мне помогло". Вы не услышите тех людей, которые скажут: "Я сходил к целителю, и у меня не получилось", потому что они неживые. Так вот, биологи исходят из очень похожего подхода: наша молекула ДНК — это по сути тоже такой самолет, в котором возникают дырки.
Эти дырки — это мутации. Мутация возникает постоянно в каждом поколении у людей. Например, у нас накапливается 50 новых мутаций, которые мы отличаемся от наших родителей. Мы можем смотреть на эти дырки, где они возникают, а где нет. Можем сравнить такие дырки у людей по сравнению с другими животными или у разных животных друг с другом.
Таким образом, мы можем понять, какие участки ДНК изрешечены дырками, а какие вообще не содержатся. Если в каком-то месте нашей ДНК дырок не бывает, значит, это что-то очень важное, потому что всё, что получало в этом месте дырку, оказалось мутантами, настолько неприспособленными к жизни, что не оставляло в итоге потомство.
Все остальные участки ДНК дырок много, а это означает, что у них можно допускать эти ошибки, эти мутации, то есть они не очень важны. Если мы посмотрим на геном человека, то кажется, что примерно 8.2% нашей ДНК — это те места, в которых мы очень сильно избегаем дырок.
Отсюда возникает такое революционное представление о том, что на самом деле больше 90% нашего генома является "мусором". С этой точки зрения пытались некоторые другие ученые бороться. Буду, такой большой проект, как он звался, "Нокаут". На него потратили несколько миллиардов долларов, а тысячи достаточно успешных и тщательных на самом деле ученых сделали множество важных открытий.
Они пытались достать точку зрения, что на самом деле процент этих важных участков в геноме намного больше — более 80%. У них вышла статья, и даже не одна статья, которая это утверждала. Но потом эти работы были сильно раскритикованы, потому что авторы этих работ очень своеобразным образом обозначали, что такое функция.
Например, у вас есть участок ДНК, и с этим участком ДНК взаимодействует какая-то молекула. И вот они говорят: "Функция этой молекулы ДНК — это взаимодействие с некоторым" а "случаем", но совершенно это не означает, что это взаимодействие хоть чему-то приводит.
Для чего-то нужно. Например, мы шли по улице, наступили ботинком на жевательную резинку, и у вас ботинок прилип. Вы же не говорите: "Это функция вашего ботинка — прилипание жвачки". То же самое происходило и здесь.
Собственно, главный аргумент критиков этих выводов проекта "Нокаут" заключался в том, что они выдают за функции вот такую жевачку. Если мы посмотрим на реальную долю тех участков в геноме, которые важны и в которых не возникает этих мутаций, этот процент будет очень небольшой. Почему эта концепция о том, что бывает барахло в ДНК, такая привлекательная? Почему она, например, мне очень нравится?
Представьте себе: объяснение, что зачем Лук геномов в 5 раз больше, чем у человека. Вроде, ук — не очень сложный, но у него ДНК еще больше, чем у нас, и всего там еще больше мусора. Можем ли мы как-то экспериментально подтвердить предположение ученых о том, что то, что не выдолбят из предсказали, что это ненужный ДНК, на самом деле не очень нужен?
Такие работы проводились, например, на грызунах. Брали мышей, и этих мышей ведь сказывали на основании этих последовательностей ДНК, ненужные участки ДНК изрешечены этими дырками. Предсказывали участок длиной полтора миллиона букв и 0.8 миллиона букв, и эти участки вырезали из генома с помощью генной инженерии, получая этих вот генно-модифицированных мышей, лишенных большого блока, даже 2 генетической информации.
И ничего, эти мыши были совершенно нормальны, лаборатории они не по поведению, ни по каким-то своим биологическим показателям, от обычных мышей не отличались. Но некоторые ученые пошли ещё дальше, правда, это будет сделано не на мышах, а на бактериях. Учёный по имени Крейг Вентер взял бактерию, у которой совсем немного генов — всего 900 генов, что даже по меркам бактерий совсем немного, и это такая простая бактерия.
Он показал, что вообще-то даже те участки ДНК, которые несут какую-то функцию, от них тоже иногда можно избавиться без особых последствий. Он убрал примерно половину этих генов, оставив 470, и показал, что эти бактерии все новые, обнажаются, с ними всё в порядке. Но они делятся немножко медленнее, чем обычные — примерно в 3 раза, что, конечно, бы не позволило им выжить в дикой природе.
Но с ними всё абсолютно в порядке. Таким образом, на самом деле жизнь можно упрощать. ДНК содержит множество участков, которые могут быть важны в определённых ситуациях, могут быть вообще не нужны вовсе, а могут быть нужны лишь в контексте того, что наш организм постоянно эволюционирует. Иногда на месте, где когда-то был вуз, может родиться новый ген, и тогда может учиться новый вид, новый организм с новыми свойствами.
В научной литературе таких примеров на самом деле достаточно много. На этом всё, большое спасибо за внимание, подписывайтесь на канал и не забывайте выносить мусор. [музыка]