Технологията за секвениране на ДНК помага на учените да намерят отговори на въпроси, които мъчат хората от векове. Чрез картиране на животински геноми, ние получаваме по-добро разбиране за това как жирафа е получил дългата си шия и защо змиите са толкова дълги. Последователността на генома ни позволява да сравним и контрастираме ДНК на различни животни и да разберем как те се развиват и стават това, което са станали.
Но понякога се сблъскваме с мистерия. Изглежда, че геномите на някои животни не включват определени гени, които се появяват при други подобни видове и трябва да присъстват, за да поддържат животните живи. Тези явно липсващи гени са наречени „тъмна ДНК“. Съществуването му може да промени нашето разбиране за еволюцията.
За първи път учени, ръководени от Адам Харгрийвс от Оксфордския университет, се сблъскват с това явление, докато секвенират генома на пясъчния плъх (Psammomys obesus), вид на лабиринт, живеещ в пустини. По-конкретно, те искаха да изучат гените на лабиринта, свързани с производството на инсулин, за да разберат защо това животно е особено податливо на диабет тип II.
Когато потърсили гена Pdx1, който контролира секрецията на инсулин, установили, че инсулин липсва, заедно с 87 други гена, които го заобикалят. Някои от тези липсващи гени, включително Pdx1, са жизненоважни и животното не може да оцелее без тях. Къде са те?
Първата улика беше, че в няколко тъкани от тялото на пясъчен плъх учените са открили химически продукти, които могат да се появят според "инструкции" от "липсващи" гени. Това би било възможно само ако някъде в генома присъстват гени. И това би означавало, че те не липсват, а просто изчезват.
ДНК последователностите на тези гени са много богати на гуанин и цитозин, две от четирите "базови" молекули, които съставят ДНК. Знаем, че богатите на цитозин и гуанин последователности създават проблеми при някои методи за секвениране на ДНК. И става все по-вероятно гените, които търсехме, да са на мястото си, но трудно да се намерят. Поради тази причина ние нарекохме тази скрита последователност „тъмна ДНК“като препратка към тъмната материя, която представлява 25% от Вселената, но която не можем да намерим.
Изучавайки генома на пясъчните плъхове, открихме, че в една част от него, по-специално, има много повече мутации, отколкото в гените на други гризачи. Всички гени в тази гореща мутация на мутации бяха с ДНК, богата на цитозин и гуанин, и мутирали до такава степен, че бяха трудни за откриване чрез стандартни методи. Свръх-мутацията често спира гена да работи, но по някакъв начин гените на пясъчния плъх продължават да играят своята роля, въпреки радикалната промяна в последователността на ДНК. Това е много трудна задача за гените. Това е като да пееш „Катюша“, използвайки само гласни.
Този вид тъмна ДНК по-рано е открита при птиците. Учените са открили, че 274 гена „отсъстват“в понастоящем секвенираните птичи геноми. Сред тях е генът за лептин (хормон, който регулира енергийния баланс), който учените не успяха да намерят от много години. За пореден път тези гени имат изключително високо съдържание на цитозин и гуанин и техните продукти се намират в тъканите на телата на птиците, дори и самите гени да не са в геномните последователности.
Промоционално видео:
Лъч светлина в тъмна ДНК
В повечето учебници има определение, от което следва, че еволюцията протича на два етапа: мутацията е последвана от естествен подбор. Мутацията на ДНК е често срещан процес, който се случва напълно случайно. Естественият подбор определя кои мутации трябва да преминат и кои не, обикновено в зависимост от това какъв резултат са показали в процеса на възпроизвеждане. Накратко, една мутация създава вариация в ДНК на организма и естественият подбор решава дали да го остане или да го изпусне и така се случва еволюцията.
Но джобовете на високи мутации в генома означават, че гените на определени места имат по-голям шанс да мутират от други. Това означава, че такива огнища могат да бъдат подценен механизъм, който също може да определи хода на еволюцията. Това означава, че естественият подбор може да не е единствената движеща сила. Досега изглежда, че тъмната ДНК присъства при два различни и често срещани вида животни. Но все още не е ясно колко е широко разпространено. Могат ли геномите на всички животни да съдържат тъмна ДНК и ако не, какво прави пясъците и птиците толкова уникални? Най-пристрастяващият пъзел ще бъде да разберем какво влияние има тъмната ДНК върху еволюцията на животните. В пясъчния пример плъх фокусът на мутацията може да доведе до адаптиране на животното към пустинни условия. Но от друга страна мутацията може да бъдесе случи толкова бързо, че естественият подбор не можеше да работи достатъчно бързо, за да елиминира всичко вредно в ДНК. Ако е така, вредните мутации могат да пречат на оцеляването на пясъчния плъх извън сегашната му пустинна среда. Откриването на толкова странен феномен определено поражда въпроси за това как се развива геномът и какво може да пропуснем в съществуващите проекти за секвениране на геноми. Може би трябва да се обърнем и да разгледаме по-отблизо.и това, което може би сме пропуснали в съществуващи проекти за секвениране на геноми. Може би трябва да се обърнем и да разгледаме по-отблизо.и това, което може би сме пропуснали в съществуващи проекти за секвениране на геноми. Може би трябва да се обърнем и да разгледаме по-отблизо.
Иля Кел