Что делает нас людьми? Исследования ДНК шимпанзе и человека могут дать ответ
Геномы шимпанзе (Pan troglodytes) и человека (Homo sapiens) идентичны на 99%. Это делает шимпанзе нашим ближайшим живым родственником. Ученые стремятся выяснить, какие именно генетические различия лежат в основе уникальных человеческих способностей и уязвимостей.
15 миллионов различий
Хотя разница в 1% кажется небольшой, при длине генома в 3 миллиарда пар оснований это означает 15 миллионов отличий в "буквах" кода между человеком и шимпанзе.
Кэти Поллард, PhD, и ее коллеги разработали компьютерные алгоритмы для сравнения полных геномов и поиска участков ДНК, которые эволюционировали у человека особенно быстро. Они анализируют геномы не только человека и шимпанзе, но и других позвоночных — сегодня доступны данные по 50 различным видам.
"Часы" эволюции и "горячие точки" ДНК
Накопление изменений в ДНК служит мерой эволюционного времени. Пути человека и шимпанзе разошлись около 6 миллионов лет назад.
Если мутация закрепляется в популяции за необычно короткий срок, это может указывать на важное адаптивное преимущество. Участки ДНК, которые оставались неизменными у многих видов на протяжении сотен миллионов лет, вероятно, выполняют жизненно важную функцию.
Алгоритмы Поллард ищут именно те регионы, которые были "заморожены" в ходе эволюции млекопитающих, но претерпели внезапный всплеск изменений в человеческой линии.
От "мусорной" ДНК к ключевым регуляторам
Раньше ученые фокусировались на 2% ДНК, кодирующих белки. Сейчас известно, что большая часть остальной ДНК (ранее считавшейся "мусорной") содержит регуляторные последовательности, которые определяют, когда, где и в каких комбинациях производятся белки. Это ключевой фактор развития.
Главный вопрос: "Создается ли человек за счет других белков или за счет иной сборки тех же "строительных блоков"?". Большинство ученых сейчас склоняется ко второму варианту.
Примеры "горячих точек": HAR1 и HAR2
- HAR1 — участок ДНК, который у человека отличается от шимпанзе в 18 из 118 пар оснований. При этом у шимпанзе и курицы (чьи пути разошлись ~300 млн лет назад) в этом же участке всего 2 различия. Показано, что HAR1 кодирует особую РНК, которая производится в специфических нервных клетках развивающейся коры головного мозга.
- HAR2 — регуляторный переключатель, участвующий в развитии конечностей. Различия между человеком и шимпанзе в этой области могут объяснять более точный контроль движений пальцев и большого пальца у человека.
Изучение болезней через призму генома шимпанзе
Поллард также интересуется различиями, которые могут пролить свет на человеческие болезни, не поражающие шимпанзе в той же мере (например, ВИЧ/СПИД или болезни сердца).
Подход может быть двусторонним:
- От различий в геноме — к поиску связанных с ними признаков.
- От известных различий в анатомии, поведении или восприимчивости к болезням — к поиску лежащих в их основе геномных различий.
В лаборатории Поллард уже начали работу по изучению болезней сердца, комбинируя данные генетических ассоциаций с алгоритмами сравнения геномов человека и шимпанзе.