Компьютерра
Геном человека - сумма наследуемой информации - представляет собой, как только что выяснилось, не только набор кодирующих белки генов.
Проект «Энциклопедия элементов дезоксирибонуклеиновой кислоты - ДНК» - Encyclopedia of DNA Elements, ENCODE, финансируемый Соединёнными Штатами Америки, начинался в конце 1990-х с намерения разыскать все традиционные гены, дабы выявить все белки, необходимые для жизни. Каждый ген мыслился как дискретный фрагмент ДНК, и порядок расположения оснований ДНК - всем известных «букв» - то есть молекул, из которых составляется ДНК - считался кодом конкретного белка. Но, к своему удивлению, учёные обнаружили, что на такие участки приходится менее 3% генома. В чём же смысл миллиардов других оснований?
Теперь на этот вопрос есть ответ. Выяснилось, что многие из них играют важную роль в биологии человека: например, они помогают определить, когда ген включён или выключен. Именно это обстоятельство делает одну клетку клеткой почки, а другую - клеткой мозга. «Геном - это не просто набор генов», - подытоживает соавтор Марк Герштейн из Йельского университета Соединённых Штатов Америки.
Проникновение в эту суть поможет исследователям глубже понять связь между генетикой и болезнями: составлена беспрецедентно точная и всеобъемлющая карта с указанием роли каждого конкретного основания.
В проекте ENCODE, возглавлявшемся Эваном Бёрни из Европейского института биоинформатики Великобритании, принимали участие 32 учреждения и 442 специалиста. Они провели компьютерный анализ, выполнили биохимические тесты и исследовали основания 147 типов клеток - шести из них с особенной тщательностью, дабы выяснить роль каждого из 3 миллиардов оснований. В целом выходит, что около 80% генома биохимически активны. Одни основания предназначены для того, чтобы связываться с белками, влияющими на активность генов. Другие превращаются в нити РНК, которые и сами способны выполнить ряд функций - регуляцию генов, например. Рибонуклеиновая кислота - РНК, как правило, рассматривается в качестве молекулы-посредника, которая помогает производить белки, но ENCODE показал, что большая часть РНК является конечным продуктом и не используется для создания белков. И многие основания просто предоставляют место химическим модификациям, которые отключают избранные участки наших хромосом.
Тем самым наше представление о генах меняется весьма принципиальным образом. Установлено, что около 76% ДНК транскрибируется в РНК того или иного рода - гораздо больше, чем ожидалось. В эту часть ДНК входит чуть менее 21 тысячи кодирующих белок генов - некогда предполагалось, что у нас их более 100 тысяч, а также «гены» ~8800 малых РНК-молекул и ~9600 длинных некодирующих РНК, каждая из которых занимает по меньшей мере 200 оснований. Добавьте к этому 11224 участка ДНК, которые классифицировались как псевдогены, то есть «мёртвые» гены, и которые, как только что выяснилось, на самом деле активны, но лишь в некоторых типах клеток или у отдельных людей. Наконец, стало известно, что гены могут пересекаться и иметь несколько начал и концов.
В общей сложности обнаружено 4 миллиона участков ДНК, которые действуют как переключатели активности генов. Эти коммутаторы могут находиться как вблизи, так и вдали от регулируемого ими гена. Они действуют в различных сочетаниях в различных типах клеток, дабы придать им индивидуальности. Кроме того, по крайней мере некоторые из нитей РНК, производимых геномом, помогают контролировать количество белка, получаемого в результате деятельности конкретного гена. Таким образом, регуляция генов оказывается гораздо более сложным процессом, чем считалось.
Результаты исследования опубликованы в журналах Nature - шесть статей, Genome Research и Genome Biology - двадцать четыре материала, а также на сайте журнала Science - две статьи.