Реконструкция 3D-генома из «высушенной заморозкой» шерстистого мамонта

Около 52 000 лет назад шкура сибирского шерстистого мамонта подверглась воздействию столь низких температур, что она спонтанно высушилась заморозкой, зафиксировав фрагменты ДНК на своих местах.

В исследовании, опубликованном в журнале Cell, учёные сообщили об использовании этого уникального образца для реконструкции трёхмерного генома животного. Этот прорыв может дать важные новые данные о вымерших видах и даже помочь в усилиях по их возвращению к жизни.

До сих пор древние образцы ДНК находили лишь в виде коротких, перемешанных фрагментов, что сильно ограничивало объём информации.

«Теперь мы показываем, что, по крайней мере, в некоторых обстоятельствах, сохраняются не просто фрагменты ДНК, но они сохраняются таким образом, что остаётся исходное расположение», — сообщила соавтор работы, генетик Ольга Дудченко.

Понимание 3D-архитектуры генома — полного набора ДНК организма — критически важно для определения активных генов в конкретных тканях.

Около десяти лет назад международная группа учёных начала поиск древнего образца, в котором трёхмерная организация ДНК осталась нетронутой для полной реконструкции с помощью новой аналитической техники. Их поиски привели к исключительно хорошо сохранившемуся образцу шерстистого мамонта, раскопанному в 2018 году на северо-востоке Сибири.

Мамонтовая «джерки»

Команда выдвигает гипотезу, что кожа охладилась и обезводилась, перейдя в стеклообразное состояние, которое зафиксировало её молекулы и сохранило форму хромосом — нитевидных структур, содержащих цепи ДНК. По сути, они обнаружили кусок высушенной заморозкой мамонтовой «джерки».

Чтобы проверить устойчивость такого материала, они подвергли куски лабораторной и магазинной говяжьей джерки серии тестов, моделирующих повреждения, которые древние образцы могли получить за тысячелетия.

«Мы стреляли в неё из дробовика. Мы переезжали её машиной. Мы просили бывшего питчера "Хьюстон Астрос" бросить в неё скоростной мяч», — рассказала соавтор Синтия Перес Эстрада.

Джерки разламывалась на мелкие кусочки, иногда разбиваясь, как оконное стекло. «Но на наноуровне хромосомы оставались нетронутыми, неизменными», — отметила Перес Эстрада.

Одно из значимых открытий установило, что у мамонтов было 28 пар хромосом. Этот результат совпадает с 28 парами хромосом у слонов — ближайших живых родственников мамонтов, — «но до этого исследования это было лишь догадкой», сказала Дудченко.

«Ископаемые хромосомы»

Анализ команды также выявил несколько «кандидатных» генов, которые могут быть ответственны за характерные черты шерстистых мамонтов, включая ген, отвечающий за длинные густые ресницы, и ген, связанный с малочисленными потовыми железами.

Эрез Либерман Айден, со-руководитель группы, отметил, что, хотя целью исследователей не было воскрешение мамонта, полученная информация может быть для этого использована.

В коже «96% генов находятся практически в том же состоянии активности, что и у слона», — сказал Айден. Это означает, что учёные, работающие над возрождением вида, теперь могут сосредоточиться на оставшихся 4%.

Команда надеется, что польза от их исследования выйдет далеко за рамки этого особого образца и откроет новую главу в палеогенетике, если будут найдены другие подобные «ископаемые хромосомы».

Арктическая вечная мерзлота остаётся перспективным местом для поиска. Также возможно, что мумификация в древних цивилизациях в более тёплом климате могла сохранить геномные структуры, согласно Дудченко.