Спасены «мусорной» ДНК

Исследователи из VIB, связанные с K.U.Leuven и Гарвардским университетом, показали, что участки ДНК, ранее считавшиеся бесполезным «мусором», играют жизненно важную роль в эволюции нашего генома. Они обнаружили, что нестабильные фрагменты «мусорной» ДНК помогают настраивать активность генов и позволяют организмам быстро адаптироваться к изменениям в окружающей среде. Результаты будут опубликованы в авторитетном научном журнале Science.

Мусорная ДНК

«Большинство людей не осознают, что все наши гены составляют лишь около 3% от общего человеческого генома. Остальное — это, по сути, один большой чёрный ящик», — говорит Кевин Верстрепен, возглавляющий исследовательскую группу. «Зачем нам эта ДНК, что она делает?».

Учёные ранее полагали, что большая часть ДНК за пределами генов, так называемая некодирующая ДНК, — это бесполезный мусор, который проник в наш геном и отказывается его покидать. Один из известных примеров такой «мусорной» ДНК — тандемные повторы, короткие участки ДНК, повторяющиеся друг за другом. «На первый взгляд может показаться маловероятным, что эта «заикающаяся» ДНК имеет какую-либо биологическую функцию», — говорит Марсело Винсес, один из ведущих авторов статьи. «С другой стороны, трудно поверить, что природа будет поддерживать такую расточительную систему».

Нестабильные повторы

Международная команда учёных обнаружила, что участки тандемных повторов влияют на активность соседних генов. Повторы определяют, насколько плотно локальная ДНК упакована вокруг специфических белков, называемых «нуклеосомами», и эта структура упаковки диктует, в какой степени гены могут быть активированы. Интересно, что тандемные повторы очень нестабильны — количество повторов часто меняется при копировании ДНК. Эти изменения влияют на локальную упаковку ДНК, что, в свою очередь, изменяет активность генов. Таким образом, нестабильная «мусорная» ДНК позволяет быстро сдвигать активность генов, что может позволить организмам настраивать её в соответствии с меняющейся средой — жизненно важный принцип для выживания в бесконечной эволюционной гонке.

Эволюция в пробирках

Чтобы дополнительно проверить свою теорию, исследователи провели сложный эксперимент, направленный на имитацию биологической эволюции, используя дрожжевые клетки в качестве «подопытных кроликов» Дарвина. Их результаты показывают, что когда повтор находится рядом с геном, можно отобрать мутантные дрожжи, которые демонстрируют значительно повышенную активность этого гена. Однако когда область повторов была удалена, такая быстрая эволюция оказалась невозможной. «Если бы это был реальный мир», — говорят исследователи, — «только клетки с повторами смогли бы быстро адаптироваться к изменениям, тем самым победив своих лишённых повторов собратьев в игре эволюции. Их «мусорная» ДНК спасла им жизнь».

Источник: VIB (Институт биотехнологий Фландрии)