Категории
 
Ссылки
 

Расшифровка ДНК человека

Расшифровка ДНК человека

Десятки, если не сотни лабораторий, консорциумы и институты, тысячи генетиков в разных странах работают над расшифровкой ДНК человека. Знание полной структуры нуклеотидных последовательностей генотипа человека задача фундаментальная. И как каждая из фундаментальных задач любой науки сиюминутной пользы ждать от нее не следует.


Знание всех генов человека на данный момент практически ничего не даст. Этому есть две причины. Первая, и самая важная – нет еще полной картины механизма, управляющего генами. Неизвестно, почему и когда активируется тот или иной ген. В отдельных случаях ученые могут предсказать поведение регуляторных механизмов. Могут заставить их работать так, как необходимо. Но это пока только отдельные единичные результаты. Общей же теории, которая позволила бы смоделировать работу ДНК и клетки целиком, пока нет. Точнее, теория есть, и даже несколько, но каждой из них присущи недостатки, не позволяющие построить на ней действующую модель.


Вторая - современных вычислительных мощностей просто-напросто не хватит на подобное моделирование. Даже относительно простая модель клетки, без учета работы механизмов транспонирования белков требует работы в течении нескольких месяцев крупнейших суперкомпьютеров. Упрощенные же модели не позволяют увидеть всей картины целиком.


Именно поэтому многие проекты, за исключением может быть только самых наглядных, например «Геном человека», испытывают трудности с пониманием их необходимости, и как следствие, с финансированием. Именно поэтому они используют кричащие заголовки в своих пресс-релизах, круглые цифры и громкие заявления.


Так, совсем недавно консорциум ENCODE (Encyclopedia of DNA Elements, "энциклопедия фрагментов ДНК") заявил о нахождении в человеческом генотипе 80% функциональных участков. Т.е. активных, необходимых в жизнедеятельности человека. Это не совсем правда. В чем же заключается некое лукавство участников проекта?


ДНК человека состоит из более чем 3 000 000 000 нуклеотидов (символов генетического алфавита). Генов же в ней всего 50000-100000, что составляет порядка одного процента от общей длины ДНК. С середины 70х годов прошлого века остальные 99% считались лишними, мусорными (junk). Налицо противоречие: с одной стороны непонятно, как всего десятками тысяч генов описать всю сложность человеческого организма (общепринято считать, что информации в геноме человека закодировано всего порядка 8-10Мбайт), с другой – зачем в генотипе столько «мусора».


По мере развития генетики пришло понимание, что бОльшая часть из этого «мусора» на самом деле несет нужную информацию:


  • Регуляторную. Регуляторные элементы ДНК определяют, какой ген в данный момент будет активен, а какой продолжит оставаться в латентном состоянии.

  • Пространственную. Если последовательность регуляторных элементов, запускающая работу гена, находится на большом расстоянии от него, то молекуле ДНК приходится скручиваться в петлю или супервиток для их соприкосновения.

  • Модификационную. Белок, транспонированный с гена, может подвергаться определенным видоспецифичным модификациям. Информация о них тоже содержится в ДНК.


Участники ENCODE поставили своей целью выяснить, какие же участки ДНК действительно необходимы для функционирования клетки, а какие действительно являются «мусором». Со старта проекта в 2003 году более 400 ученых проанализировали весь человеческий геном на факт образования РНК с «мусорной» части ДНК. По полученным данным с 60% ДНК так или иначе синтезируются матрицы РНК, еще 20% тоже попадают под критерии потенциально значимых участков. 80% ДНК человека не мусор точно. Примерно такие заголовки появились во многих серьезных журналах после опубликования результатов исследования. К сожалению, они не совсем корректны.


Ошибка заключается в самой методологии определения функциональности участка ДНК. Т.е. если с него РНК синтезируется, то считаем этот участок функциональным и необходимым. Однако РНК синтезируется и с тех участков, которые несут регуляторные функции спящих генов, остатков и «огрызков» генов, выброшенных эволюцией за ненадобностью, наконец, встроенных в ДНК генов древних вирусов. Осмысленного участка ДНК уже нет, а функции, регулирующие его активность еще остались и на них синтезируется РНК, которую подсчитали и занесли в пресловутые 80%.


Сами исследователи, в том числе сам координатор Эван Бирни (Ewan Birney) подтверждают недостатки такого подсчета. Наиболее важным критерием выбора функциональности участка ДНК следует считать его необходимость для функционирования клетки. Т.е. если без этого участка клетка умирает или прекращает размножаться. По мнению большинства биоинформатиков доля немусора всего 20%, а не 80%.


Почему же выбрали цифру 80, а не 20? По словам Эвана Бирни, это сделано с целью донести до научной общественности главный вывод проекта: большая часть человеческой ДНК – далеко не массив мертвой информации. И понять некоторую подмену понятий, сделанную учеными тоже можно. Проделанная огромная работа позволит ученым сосредоточиться на анализе действительно рабочей части генома, не распыляя усилия на заведомо бездействующие участки.