Хромосомная живопись: как увидеть эволюцию в геноме
Агентство РИА-Новости 17 сентября 2017 г.
Сайт Рамблер/Новости 18 сентября 2017 г.
Сайт Новости Науки 18 сентября 2017 г.
Хромосомная живопись — это не образ, придуманный журналистами, а научный метод, который успешно применяется учеными, когда нужно не просто узнать буквы генома, но и понять, что они означают. Поэтическое название следует из самой процедуры: очень уж живописными получаются хромосомы, по-разному окрашенные флюорохромами — органическими красителями, способными флюоресцировать при их освещении ультрафиолетовыми, фиолетовыми или синими лучами.
Сейчас из всех "уголков" генетической науки несутся сообщения о том, что расшифрованы те или иные геномы животных и растений. Однако нужно понимать, что само по себе секвенирование — это лишь получение с помощью прибора гигантского набора кусков текстов. Ту же самую картину мы наблюдали бы, если бы книгу разорвали на миллиарды кусочков, а потом разными методами пытались понять, какой фрагмент текста откуда взят. Некоторые генетики работают на уровне букв, пытаясь сложить из них слова. Другие могут составить целые предложения. Третьи — занимаются тем, что располагают предложения друг за другом в правильном порядке. А вот те, кто складывает осмысленные куски текста в главы, — работают на уровне хромосом.
Первая хромосома — первая глава, ну и так далее. Всего у человека 22 главы плюс хромосомы X и Y. Хромосомы можно сравнить с футлярами, в которые "пакуются" гены. Если бы мы попытались набить шариками длинные носки, то получили бы примерно ту самую картину. Можно ли эти "носки" разложить по разным ящичкам–пробиркам? Этим и занимаются ученые, работающие методом хромосомной живописи.
Правда, дальше хромосомы нужно пометить разными цветами: например, первую — красным, вторую — синим, третью — оранжевым… А потом получается, что, имея разноцветные хромосомы из геномов разных животных, можно не только сравнить их друг с другом, но и понять, каким образом развитие определенного вида было встроено в эволюционную картину.
Как же технически можно это сделать?
Поясняет доктор биологических наук, профессор, заведующий отделом Института молекулярной и клеточной биологии СО РАН Александр Графодатский: "После того как мы разложили хромосомы по разным пробиркам, мы можем взять первую хромосому человека и денатурировать ДНК. Денатурировать — это разделить две скрученные цепочки на две отдельные. Для чего это нужно? Когда ДНК двуцепочечная, к ней уже ничего присоединиться не может, она все свои химические связи заняла. А когда цепочки разошлись — все связи открыты. В этом случае мы можем создать гибрид: одну цепочку взять от одного вида животных, другую — от другого. Цепочки, как магниты, соединяются автоматически, причем теми местами, которые идентичны по содержанию".
Можно взять, например, одну первую хромосому ДНК африканской землеройки и положить ее на хромосомы африканского слона. Таким образом, кстати, стало понятно, что маленькая африканская землеройка и слон — ближайшие родственники. Подобным же образом "срослись" вдруг хромосомы кита и бегемота. С этого момента ученые считают их ближайшими родственниками и понимают, что кит — это сбежавший из болота в океан бегемот.
Получается, что метод открыл перед генетиками удивительные перспективы: теперь можно нарисовать с помощью хромосом эволюционную картину мира.
Рассказывает Александр Графодатский: "Когда мы провели очень много опытов, соединяя цепочки одних видов с другими, то есть выясняя гомологию (одинаковость) между человеком и, например, свиньей, мышью, хорьком, китом, мы получили возможность увидеть картину эволюции. Теперь можно предполагать, каким был предок в каждом таксоне: у китов, приматов, млекопитающих, плацентарных млекопитающих, сумчатых. Однако метод хромосомной живописи имеет и свои ограничения. Он не дает сравнивать хромосомы далеких видов, например человека и птицы. Тем не менее сравнить далекие виды можно с помощью полного секвенирования генома, когда его текст ясен до букв".
Сейчас одним из главных научных центров, в котором сосредоточены специалисты по методу хромосомной живописи, является Институт молекулярной и клеточной биологии Сибирского отделения Российской академии наук. Там собирается крупнейшая в мире коллекция клеточных культур. Возможно, именно сибирские генетики первыми представят миру подробную карту биологической эволюции.
Анна Урманцева