Ученые из МГУ имени М.В. Ломоносова и Университета Иллинойса (США) изучили способы упаковки ДНК в клеточном ядре и их изменение в процессе ее репликативного синтеза. Статья опубликована в журнале Current Biology.

Сравнение обычной флуоресцентной микроскопии реплицирующегося хроматина и микроскопии с суперразрешениемАвторы работы предложили метод маркировки работающих генов, основываясь на различиях активных и неактивных хромосомных участков во времени репликации из ДНК. Дело в том, что активно работающий участок, так называемый эухроматин, реплицируется в самом начале синтетического периода клеточного цикла, а «молчащий» — гетерохроматин — во второй его половине. Новый метод позволил осуществлять неразрушающие исследованияхроматина. «Он основан на комбинации мечения новосинтезированной (дочерней) ДНК методами click-химии с последующей детекций продуктов реакции методами корреляционной флуоресцентной микроскопии с суперразрешением и иммуноэлектронной микроскопии. Иными словами, одну и ту же молекулу в данной клетке мы можем видеть и в оптический, и в электронный микроскоп», — рассказывает один из авторов работы Игорь Киреев из МГУ.  

Такой подход позволил сделать неожиданные выводы. Во-первых, «работающий» хроматин, вопреки традиционным представлениям, как выяснилось, сохраняет весьма высокую степень упаковки, поскольку он представлен высоко структурированными хроматиновыми фибриллами высшего порядка — хромонемами. Во-вторых, оказалось, что ДНК в составе хромонем обладает высокой структурной пластичностью, то есть способна как бы «перетекать» из одного участка хромонемы в соседний. При этом общая плотная структура хромонемы не изменяется. Эти наблюдения не укладываются в рамки существующих теорий о пространственной организациихромосом, но в то же время позволяют высказать новые гипотезы о механизмах передачи эпигенетической информации в процессе клеточного деления.

«Мы сделали предположение о том, что в новой дочерней клетке структуры хроматина могут перемещаться внутри нее, а не являться фиксированными, взаимодействуя с той ДНК, которая еще не удваивалась и “помнит все”, а также содержит необходимые молекулярные компоненты для восстановления утраченной эпигенетической информации», — поясняет Игорь Киреев.

Также ученые показали, что структурная организация генома не является жесткой иерархией: есть некие принципы построения, но внутри заданных границ ДНК обладает некоторой свободой и пластичностью.

В дальнейшем исследователи надеются вплотную приблизиться к расшифровке принципов пространственной организации ДНК, используя прямые методы анализа при помощи визуализации способов упаковки хроматина с высоким разрешением. С практической точки зрения понимание структурных аспектов эпигенетического контроля генной экспрессии поможет найти пути его регулирования, что позволит разрабатывать более эффективные подходы для терапевтических воздействий.

Источник: Научная Россия

Исследовательская группа из Техасского университета A&M доказала редкий случай передачи ДНК между растениями и животными. В их работе показано, что около 340 миллионов лет назад предшественники сосен, елей и прочих современных хвойных деревьев получили некоторые ДНК-последовательности от насекомых. Статья опубликована в журнале Genome Biology and Evolution, кратко об исследовании сообщается на портале Phys.org.

«Мы назвали эти последовательности ДНК сосны “дриадами” в честь греческих мифических существ, селившихся на деревьях. Дриады — одна из многих групп повторяющихся ДНК-последовательностей», — пояснил руководитель исследования Клаудио Касола (Claudio Casola). Эти последовательности могут составлять до половины генома растения, в том числе сосны, и, как известно, из предыдущих исследований, во многом влияют на характеристики растения.

Ученые называют такие последовательности «геномными паразитами»: они проникают в новые для себя геномы, как вирусы распространяются между людьми. Возникают такие «геномные инфекции» редко, но однажды возникнув, существуют миллионами лет.

До того, как были описаны дриады, подобные элементы ученые находили только у животных. Исследователи предположили, что эти последовательности когда-то и были взяты деревьями от животных. Чтобы подтвердить это, они проанализировали последовательности 1029 видов, не относящихся ни к животным, ни к соснам, но не нашли подобных элементов. Много исследований было проведено и чтобы показать, что дриады — не артефакты, а действительно когда-то были переданы от насекомых и аналогичны ретроэлементам Penelope, имеющимся у них.

Поясним, что ретроэлементы, известные также как ретротраспозоны, — это подкласс траспозонов, а эти последние, в свою очередь определяются как участки ДНК, которые могут перемещаться и размножаться, но в пределах генома (еще их называют «прыгающие гены»).

Источник: Научная Россия

Генетики восстановили митохондриальную ДНК глиптодонтов, древних двухтонных гигантских броненосцев, которая подтвердила, что эти причудливые представители мегафауны были предками современных броненосцев Южной Америки, говорится в статье, опубликованной в журнале Current Biology.

Вымершие гигантские броненосцы Южной Америки - глиптодонты"Глиптодонтов следует считать одной из ветвей существующих сегодня гигантских броненосцев. Мы считаем, что необычная структура их цельного панциря, не характерная для их современных родичей, возникла в результате сверхбыстрой эволюции этих млекопитающих и достижения ими гигантских размеров", — заявил Фредерик Делсюк (Frederic Delsuc) из университета Монпелье (Франция).

Делсюк и его коллеги под руководством Хендрика Пойнара (Hendrik Poinar) из Университета Макмастера в Гамильтоне (Канада) уже несколько лет занимаются  генетической "палеонтологией" – они изучают останки древних существ или людей, извлекают из них ДНК и восстанавливают интересные детали из прошлого Земли и человечества.

К примеру, за минувшие пять лет они восстановили геномы чумной и холерной палочки, выяснили, что "черная смерть" и чума Юстиниана были вызваны одними и теми же микробами, восстановили часть генома вымершего гигантского ленивца, а также выяснили, какие мамонты – чукотские или американские – вымерли последними.

В своей новой работе группа Пойнара попыталась разрешить одну из главных загадок мегафауны Южной Америки – они попытались определить, к какой группе животных принадлежали так называемые глиптодонты, гигантские броненосцы длиной в 2-3 метра и массой в 1-2 тонны, населявшие Южную и Северную Америку до конца ледникового периода.

Родословная этих причудливых существ вызывает споры среди ученых – часть палеонтологов считает, что они были прямыми родственниками современных броненосцев, тогда как другие исследователи полагают, указывая на их сплошной, а не сегментированный панцирь, что глиптодонты были всего лишь их "кузенами".

По словам авторов статьи, проблема заключается в том, что все известные останки глиптодонтов почти не содержат в себе хорошо сохранившейся ДНК, которая помогла бы прояснить положение этих гигантов на эволюционной "лестнице".

Поэтому Пойнар и его коллеги прибегли к хитрости – они извлекли все обрывки ДНК из панцирей и костей глиптодонтов, которыми с ними поделился ряд музеев в США и в других странах мира, расшифровали все из них и отобрали только те, которые были похожи на фрагменты генетического кода современных броненосцев.

Такой прием позволил ученым получить большое количество ДНК одного из самых крупных видов этих броненосцев, дедикуров (Doedicurus clavicaudatus), обладавших массой в тонну и оснащенных настоящим оружием – шипастой "булавой" на хвосте весом почти в центнер. Используя эти обрывки ДНК, ученые восстановили полную митохондриальную ДНК дедикуров – небольшой сегмент генома, который содержится в митохондриях, энергостанциях клеток, и передается от матери к ее детям. Изучение этой мтДНК показало две вещи.

Во-первых, современные гигантские броненосцы оказались не "кузенами" глиптодонтов, а членами того же семейства панцирных млекопитающих. Во-вторых, мтДНК раскрыла время жизни общего предка всех броненосцев – им было небольшое травоядное существо весом всего в 6 килограмм, жившее на территории Нового Света примерно 35 миллионов лет назад, во время олигоцена.

Превращение этого существа в первых 80-килограммовых глиптодонтов, а затем и в двухтонных гигантов, было одним из самых быстрых процессов роста в истории эволюции жизни на Земле, который загадочным образом оборвался примерно 10 тысяч лет назад во время вымирания мегафауны в Южной Америке, в чем мог быть замешан человек, заключает Пойнар.

Источник: РИА Новости

Биологи Иэн Джонстон (Iain Johnston) из университета Бирмингема и Бен Уильямс (Ben Williams) из Кембриджского университета выяснили, как митохондриям — органеллам и «энергетическим станциям» живых клеток — удалось на протяжении сотен миллионов лет эволюции сохранить собственную ДНК. Результаты их исследования, подробно изложенные в журнале Cell Systems, кратко пересказывает сайт журнала Science.

МитохондрияЧтобы исследовать, почему и зачем в митохондриях сохранились остатки их ДНК, Джонстон и Уильмс проанализировали 2000 митохондриальных геномов самых разных существ, включая простейших одноклеточных, животных, растения и грибы. На основании этого анализа они реконструировали пути, по которым в разных ветвях эволюционного древа живых организмов развивалась митохондриальная ДНК.

Выяснилось, что в ней в основном сохранялись гены, кодирующие синтез особых белков, вокруг которых в митохондрии формируются белковые комплексы. Именно они играют ключевую роль в процессе передачи электронов через мембрану митохондрии, благодаря которому эти органеллы и способны вырабатывать энергию. «То, что эти гены остаются непосредственно в митохондрии, дает клетке возможность индивидуально контролировать ее работу», — объяснил Джонстон.

Ну а кодирование других белков, не столь важных для выполнения функции митохондрии, можно и «отдать на аутсорс» — в ДНК клеточного ядра.

Ученые уже достаточно давно пришли к выводу, что митохондрии когда-то были самостоятельными одноклеточными живыми существами. Потом наши столь же одноклеточные предки проглотили их, но, вместо того, чтобы переварить, поставили себе на службу, «заставив» вырабатывать энергию. Таким образом, остатки собственной ДНК — это своеобразный «рудимент» былой «свободы».

Большинство митохондриальных генов в процессе эволюции исчезли, или мигрировали в геном ядра клетки. Сейчас, например, в человеческих митохондриях всего 37 генов, а в ядре наших клеток, для сравнения — свыше 20 000. Но почему это небольшое количество генов все же сохранилось в митохондриях? Этот вопрос имеет отнюдь не только теоретическое значение: мутации в митохондриальной ДНК приводят к опасным наследственным заболеваниям.

Источник: Научная Россия

Тихоходки, единственные на Земле многоклеточные, способные жить и даже размножаться в открытом космосе, вероятно, приобрели эту способность, позаимствовав примерно 18% своей ДНК у архей, бактерий, растений и даже грибков, говорится в статье, опубликованной в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.

Тихиходка Hypsibius dujardini"У нас и понятия не было, что геном какого-то животного может содержать так много чужой ДНК. Мы знали, что многие животные часто заимствуют гены у других существ, но мы совсем не ожидали того, что это может происходить в столь промышленных масштабах", — заявил Боб Гольдштейн (Bob Goldstein) из университета Северной Каролины в Чапел-Хилле (США).

В 2007 году ученые совершили удивительное открытие, анализируя данные, собранные российским биоспутником "Фотон-М3": оказалось, что тихододки, небольшие беспозвоночные, дальние родичи раков и насекомых, способны выживать очень долгое время в открытом космосе и даже размножаться в условиях полной невесомости и отсутствия пищи и воды.

Эти необычные качества, как рассказывает Гольдштейн, привлекли внимание многих биологов, генетиков и планетологов, и они решили расшифровать и проанализировать геном этих необычных беспозвоночных, избрав в качестве подопытных тихоходок вида Hypsibius dujardini, побывавших в космосе на борту зонда.

Геном у этих существ относительно большой для их размеров и положения на древе эволюции – он содержит в себе около 215 миллионов "букв"-нуклеотидов, что примерно в два раза больше, чем у червей-нематод, которых ученые используют для экспериментов с беспозвоночными.

Когда ученые начали подсчитывать и изучать гены, их ожидал большой сюрприз – свыше 6,5 тысяч участков ДНК из 38 тысяч генов были "позаимствованы" у других организмов. Большая часть из них была получена от бактерий-экстремофилов, но при этом в геноме тихоходок так же присутствуют гены растений, грибов и архей.

Как данному беспозвоночному удалось "экспроприировать" все эти шесть тысяч генов? По мнению Гольдштейна и его коллег, причиной этого является невероятная способность этого существа к выживанию.

Тихоходки, как объясняют генетики, способны переносить экстремальные формы обезвоживания, когда доля воды в их организме падает до 1-2% от нормы. Когда их тело высушивается, ДНК Hypsibius dujardini, скорее всего, распадается на крупные фрагменты. В тот момент, когда период экстремальных условий заканчивается, их тело заново наполняется водой, и особые белки "сшивают" и восстанавливают поврежденную ДНК.

В этот момент в клетки, благодаря расширенным порам, могут попадать фрагменты чужой ДНК, которые "вшиваются" в геном и остаются в нем, если их появление не приводит к фатальным последствиям для тихоходки и помогает ей выживать. Благодаря этому ДНК тихоходок стало мозаикой из множества своих и чужих участков за 550 миллионов лет эволюции этих существ.

Учитывая то, что многие из этих генов отвечают за реакцию на стресс, починку ДНК и противодействие различным экстремальным факторам, вполне возможно, что данные существа приобрели способность выживать в космосе благодаря позаимствованным генам.

Как считают Гольдштейн и его коллеги, их открытие говорит о том, что так называемый вертикальный обмен генами – заимствование их у других организмов, дирижирует не только эволюцией микробов, среди которых он распространен, но и многоклеточных существ.

Источник: РИА Новости

Ученые открыли самый древний на сегодня сегмент ДНК в геномах насекомых, чей возраст – 700 миллионов лет – позволяет нам считать его частью ДНК общего предка микробов и многоклеточных животных, говорится в статье, опубликованной в журнале BMC Evolutionary Biology.

Докембрийский мир"Мы очень рады тому, что нам удалось найти столь древние сегменты ДНК. Их сохранение внутри генома говорит о том, что они играют крайне важную функцию, и у нас уже есть зацепки на то, что это действительно так. Мы с нетерпением ждем экспериментов, в ходе которых мы попытаемся понять, что они делают", — заявил Эран Таубер (Eran Tauber) из университета Лейчестера (Великобритания).

Таубер и его коллеги открыли участок генома, которые они назвали "кластером Осириса", сравнивая наборы мелких мутаций в ДНК паразитических ос вида Nasonia vitripennis и 12 других групп насекомых, предки которых разделились сотни миллионов лет назад.

Ученых интересовали так называемые CNE-области – участки ДНК, которые не кодировали белки, но при этом играли важную роль в жизни организма, и чья структура в целом является одинаковой для ос и других видов насекомых. Эти фрагменты генома, как объясняют генетики, содержат в себе не "инструкции" по сборке белков, а являются своеобразными управляющими элементами, включающими или выключающими "прицепленные" к ним гены.

По словам биологов, подобные области мутируют и меняются гораздо быстрее, чем остальные части ДНК, что позволяет использовать CNE-области в качестве индикаторов того, как много времени прошло со времени разделения предков обладателей этих участков генома, сравнивая число мелких мутаций в привязанных к ним генах.

В общей сложности группе Таубера удалось найти более трех сотен CNE-областей в геноме ос, чей возраст колебался от 160 миллионов и до 700 миллионов лет. Последнее означает, что все насекомые (а возможно, и все многоклеточные) обладают некими участками ДНК, которые были унаследованы в первозданном виде от их общего предка, который жил в первичном океане Земли еще до "кембрийского взрыва" и появления первых простейших и многоклеточных.

Самые древние CNE-области, как рассказывают ученые, были найдены в окрестностях генов, которые управляют сборкой рибосом, клеточных белковых "фабрик". Эти же последовательности Таубер и его коллеги обнаружили в ДНК примитивнейших многоклеточных существ из типа Placozoa и морских актиний, что подтвердило "докембрийский" статус этих фрагментов генома.

В ближайшее время авторы статьи начнут изучать то, чем занимаются эти участки генома, и попытаются понять, что заставило эволюцию сохранять эти фрагменты ДНК фактически без каких-либо изменений на протяжении 700 лет существования жизни.

Источник: РИА Новости

Группа исследователей из университета Эдинбурга под руководством Робина Олшира (Robin C. Allshire) пришла к выводу, что не только ДНК отвечает за то, какими будут следующие поколения. Свое исследование они опубликовали в свежем номере журнала Science.

Ученые изучали один из белков, гистон, который хотя и не содержит генетической информации, но отвечает, как показала работа группы Олшира, за то, какие гены включатся и, соответственно, окажут влияние на следующее поколение, а какие нет. При этом сама структура этого белка отчасти зависит от того, какой образ жизни ведет человек и, соответственно, таким образом можно сказать, что диета или стресс могут повлиять на то, какую часть ДНК включит или выключит гистон и, соответственно, какие из них передадутся потомству.

Как говорит Роберт Олшир, их исследование несомненно показывает, что некоторые черты, хотя и передаются по наследству могут иметь не генетический характер, а могут быть обусловлены условиями среды. Однако он не уточняет, на что может или не может повлиять среда, а что всегда обусловлено генетическими особенностями организма.

Источник: Научная Россия

Биохимики из Московского государственного университета раскрыли детали работы ключевого механизма клетки, который оповещает внутренние защитные механизмы и организм в целом о повреждении ДНК и необходимости ее починки или "самоуничтожения" клетки, и опубликовали результаты исследования в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.

Так художник представил себе процесс починки одиночных разрывов в спирали ДНК"Теперь мы хотим понять, как данный фермент включается в ответ на разрывы в одной из двух спиралей ДНК. Это поможет нам разработать новые подходы лечения и способы облегчения судьбы людей, которые страдают от синдрома Луи-Бар и других похожих на него болезней", — заявила Светлана Хороненкова с Химического факультета МГУ, одна из авторов статьи.

Как объясняют Хороненкова и ее коллега Григорий Дьянов, каждый день в каждой клетке нашего организма происходит по 10-20 тысяч мелких поломок в ДНК, которые приводят к разрыву ее спиралей. На эти поломки реагирует целый комплекс белков и сигнальных молекул, которые распознают их, оценивают возможность починки, соединяют разорванные нити или подают сигнал на самоликвидацию клетки.

Ключевую роль в борьбе с такими разрывами играет особый фермент АТМ, механизмы включения которого и роль оставались неясными до исследования авторов статьи. Хороненкова и Дьянов попытались выяснить, как работает этот фермент и почему нарушения в его работе вызывают гибель клетки.

Для этого ученые вырастили культуру клеток кожи и проследили за тем, как они реагировали на повреждение ДНК молекулами агрессивного окислителя. Это помогло им выяснить, что ATM реагирует на относительно безобидные единичные, а не на опасные двойные разрывы нитей ДНК, как считалось ранее.

Причиной подобного "алармизма" является то, что клетка просто не успевает починить все единичные разрывы до того момента, как начинается ее деление, так как процесс их ликвидации является достаточно медленным с химической точки зрения.

Когда клетка начинает копировать спираль ДНК, одиночные разрывы в ее структуре достаточно часто превращаются в двойные разрывы, что и вызывает гибель клетки. Таким образом, белок ATM позволяет предотвратить подобный исход, приостанавливая деление до тех пор, пока все единичные разрывы не будут ликвидированы.

Как полагают ученые, собранные ими данные должны помочь их коллегам понять, как возникает синдром Луи-Бар и другие генетически обусловленные болезни, связанные с мутациями в АТМ и других белках, участвующих в починке ДНК.

Источник: РИА Новости

Пожалуй, мы стали забывать, что до того, как ДНК открыла нам сексуальную неразборчивость неандертальцев и происхождение палеоиндейцев, была квагга. 

Изображение Nature / Tetra Images / Alamy.Странноватое существо с головой зебры и задом осла вымерло в 1883 году. Столетие спустя учёные опубликовали данные о примерно 200 нуклеотидах, выделенных из фрагмента мышц квагги (Equus quagga quagga), которая жила за 140 лет до этого. Так было доказано, что квагга и горная зебра (Equus zebra) — два разных вида. 

Но не это главное. Впервые удалось получить ДНК из мёртвого организма. Стало ясно, что отныне мы будем изучать давно исчезнувшую жизнь не только по костям. «Если длительная сохранность ДНК окажется распространённым явлением, преимущества из этого извлекут сразу несколько областей науки, в том числе палеонтология, эволюционная биология, археология и криминалистика», — писали в эпохальной статье Расселл Хигучи и Аллан Уилсон из Калифорнийского университета в Беркли (США). 

Поначалу это утверждение встретило глубокий скепсис: коллегам не верилось, что можно разобраться, где в образце действительно древняя ДНК, а где — не имеющие к ней отношения компоненты. Но со временем возникли более совершенные методы выявления и устранения современной ДНК, загрязняющей образец, и дело пошло на лад. Начался бум древней геномики. В прошлом году были сняты покровы с двух старейших на сегодня геномов — лошади, погребённой в канадской вечной мерзлоте около 700 тыс. лет назад, и нашего с вами родственника из испанской пещеры, жившего примерно 400 тыс. лет назад. Кроме того, обнародована геномная последовательность неандертальца, которая столь же полна и точна, как и геном современного человека. То же самое можно сказать о геноме ребёнка из Сибири, который соединяет родословные индейцев и европейцев.

Эволюционный биолог Людовик Орландо из Копенгагенского университета (Дания) не ждал ничего хорошего, приступая к секвенированию ДНК из ноги лошади, жившей 560–780 тыс. лет назад. Его коллега Эске Виллерслев нашёл образец в Юконе в 2003 году и... положил его в холодильник, надеясь, что однажды появятся такие технологии, которые позволят прочитать его деградировавшую со временем ДНК. (На самом деле холодильники генетических лабораторий набиты такими костями.) 

Воскресным вечером в 2010 году Виллерслев позвонил Орландо и сказал, что время пришло. Орландо не поверил. «Я начинал работать с намерением доказать, что это невозможно», — вспоминает учёный. 

Секвенирование древней ДНК — это битва со временем. После смерти организма длинные участки ДНК распадаются на кусочки. При низкой температуре процесс деградации замедляется, но не останавливается, и рано или поздно приходит момент, когда нити ДНК становятся настолько короткими, что уже не несут почти никакой информации. 

Орландо и его сотрудники обработали то, что осталось от ДНК, соответствующими ферментами и обнаружили, что не только выявили одни фрагменты ДНК, но одновременно потеряли огромное количество других. Пришлось серьёзно подумать над методом, в том числе над температурой, и в итоге удалось добыть в десять раз больше клочков ДНК, чем до этого. Их собрали вместе и получили черновой вариант старейшего генома в истории науки. 

Аналогичным образом генетик Сванте Пээбо из Института эволюционной антропологии Общества Макса Планка (ФРГ) и его коллеги отнеслись к останкам из пещеры Сима-де-лос-Уэсос на севере Испании. Возможно, тот, кто жил там 400 тыс. лет назад, был в числе предков современного человека. Кости лежали в яме при стабильно низкой температуре, поэтому шансы на обнаружение значимых фрагментов ДНК считались сравнительно высокими. «Если бы гоминин спросил, где ему оставить свои кости, мы бы, скорее всего, выбрали именно это место», — поясняет молекулярный биолог Маттиас Мейер, возглавляющий проект. 

В декабре прошлого года учёные отчитались о получении примерно 16 300 «букв» митохондриального генома особи из упомянутой пещеры. Последовательность неожиданно выявила родственные отношения между обитателями пещеры и денисовцами — другой группой архаичных гомининов, обнаруженных группой Пээбо в Алтайских горах за тысячи километров от Испании. Сейчас Мейер и его коллеги думают только о ядерном геноме: «Я не успокоюсь, пока не пойму, можно это сделать или нет». 

По словам Мейера, сомнений уже не осталось: восстановление генома животного, которое пролежало в вечной мерзлоте более миллиона лет, — всего лишь вопрос времени. Со своей стороны, Мейер и Пээбо собираются побить рекорд для ДНК гоминина и подбираются к останкам человека прямоходящего из сравнительно тёплых азиатских краёв. Кроме того, своего часа ждут египетские мумии и человек флоресский, живший в Индонезии всего 18 тыс. лет назад. Впереди у нас множество выдающихся открытий, которые должны наконец заполнить осточертевшие пробелы в истории. 

А несколько лет назад Дэвид Рейх обнаружил... привидение. Рейх — популяционный генетик из Гарвардской медицинской школы (США) — занимается реконструкцией истории Европы на основании геномов современных людей. И его группа выяснила, что обитатели Северной Европы связаны с индейцами. Учёные постулировали существование ныне вымершей популяции на севере Евразии, которая скрещивалась с предками европейцев и с некоей сибирской группой, которая позднее мигрировала в Америку. Рейх называет такие популяции призрачными, поскольку об их существовании мы знаем не по костям, орудиям труда или их собственным ДНК, а всего лишь по эху, которое они оставили в других геномах.

Призрачные популяции — продукт статистических моделей, поэтому к ним нужно относиться соответственно, подчёркивает популяционный генетик Карлос Бустаманте из Стэнфордского университета (США). Постулирование такой популяции ещё не означает, что данное биологическое событие действительно имело место. 

Однако порой призраки обретают тела. В прошлом году группа Виллерслева отчиталась по результатам работы над геномом мальчика с сибирской стоянки Мальта, жившего 24 тыс. лет назад. По-видимому, он был представителем как раз той популяции, которая соединила индейцев и европейцев. Рейх оказался прав. 

Это не единственная призрачная популяция. Группа, которую возглавляли Рейх и Монтгомери Слаткин Калифорнийского университета в Беркли (США), изучая высококачественные геномы неандертальцев и денисовцев, обнаружила любопытную деталь: современные обитатели Африки южнее Сахары ближе к неандертальцам, чем к денисовцам. Чтобы объяснить эту странность, пришлось выдумать ещё одного призрака. Возможно, денисовцы скрещивались с неизвестными науке гомининами, которые покинули Африку более 1 млн лет назад и откололись от общего предка людей, неандертальцев и денисовцев. Следовательно, получившиеся в результате такого кроссбридинга денисовцы унаследовали последовательности ДНК, которых нет у современных африканцев. Вот почему последние ближе к неандертальцам. 

Рейх и его команда теперь ищут остатки денисовской ДНК в современном человеческом геноме, надеясь узнать, когда же денисовцы скрещивались с этой загадочной популяцией. Полученная информация поможет понять, какие кости следует анализировать в поисках неизвестного науке вида. И геном из пещеры Сима-де-лос-Уэсос должен очень сильно тут помочь. 

Другие учёные тоже не брезгуют призыванием теней из мира мёртвых. Палеоантрополог Крис Стрингер из лондонского Музея естественной истории (Великобритания) предложил считать вид Homo antecessor (человек-предшественник), известный по останкам, найденным близ Сима-де-лос-Уэсос, и существовавший около 900 тыс. лет назад, представителем той самой популяции. Если он скрещивался с предками денисовцев и гоминина из испанской пещеры, то связь между той и другой группой понятна. Для проверки этой гипотезы нужна ядерная ДНК. Ждём очередного чуда от лаборатории Пээбо и Мейера. 

Наука о человеческой эволюции вступила в новую фазу. По словам популяционного генетика Джоша Эки из Вашингтонского университета в Сиэтле (США), совсем не обязательно искать кости с древней ДНК: можно найти остатки древней ДНК в современном геноме. Если верна гипотеза о скрещивании людей с неандертальцами и денисовцами, то потомки этих «браков» должны обладать короткими сегментами архаичной ДНК. Эки и другие специалисты сейчас занимаются составлением каталога этих фрагментов. 

В январе группы Эки и Рейха независимо друг от друга собрали 20 и 40% соответственно неандертальского генома из кусочков, сохранившихся в геномах сотен современных европейцев и азиатов. Эти гены имеют отношение в основном к коже и волосам. По-видимому, они помогли нашим предкам приспособиться к холодному климату: сделали кожу более толстой, покрыли её более густой «шерстью», уменьшили количество пор. В то же время значительное количество неандертальских генов мы не сохранили, и это намекает на то, что они могли быть вредными для наших предков. Один из таких участков группа Эки обнаружила вокруг гена FOXP2, отвечающего за речь и язык. Интербридинг имел свою цену. 

Всё только начинается. Группы Эки и Рейха выяснили, что в обитателях Восточной Азии в среднем чуть больше неандертальской ДНК, чем в европейцах. По мнению Эки, это может свидетельствовать о том, что неандертальцы скрещивались с древними людьми по крайней мере дважды: сначала с предками всех евразийцев, а затем с предками восточных азиатов. Более того, Эки убеждён, что в нас можно найти генетические клочки других вымерших видов, которые скрещивались с нашими предками ещё в Африке южнее Сахары. 

На протяжении последних 30 лет основным методом амплификации древней ДНК была полимеразная цепная реакция, но она, увы, несовершенна из-за загрязнения образцов. Поэтому заниматься поиском древних генов могли только избранные лаборатории, имевшие и опыт, и деньги на исследование сотен окаменелостей в надежде добыть достаточно материала на полный геном. 

Сейчас ситуация меняется. Появились новые технологии, которые позволяют извлечь ДНК из любого образца (за исключением сильно разложившихся, конечно) и затем секвенировать только ту часть генома, которая интересует в данный момент. «Меня удивляет, что этим ещё не занимаются по всему миру, — говорит палеогенетик Иоганн Краузе из Тюбингенского университета (ФРГ), возглавлявший значительную часть работы над денисовским геномом в лаборатории Пээбо. — Нет тут ничего космического». 

Постепенно появляются новые имена, и Бустаманте — одно из них. «Если я смог, любой сможет», — говорит учёный. Он занимался современными человеческими популяциями, но пару лет назад ему позвонила мумия. В 1991 году в Тирольских Альпах Италии туристы нашли труп, который пролежал там 5 300 лет. Для изучения Эци, как назвали на удивление хорошо сохранившегося мужчину, создали целый институт. Со временем возник вопрос, к какому народу принадлежал сей индивид, и решили пригласить Бустаманте. Он помог выяснить, что ближе всех к Эци стоят современные жители Сардинии и Корсики, то есть связь с древним населением Центральной Европы сохраняется в современных популяциях. 

Теперь Бустаманте занимается генетической историей пришествия первых неолитических «фермеров» в Болгарию, трансатлантической работорговли и доместикации собак. Попутно изобретаются более дешёвые и эффективные методы секвенирования древних ДНК. 

Рейх тоже перешёл от неандертальцев к возникновению сельского хозяйства и истории Индии. На самом деле заниматься этим ещё труднее, потому что материала для анализа даже меньше, чем в случае неандертальцев. 

В общем, методы, выработанные при расширении области исследований во времени, теперь используются для её углубления. И результаты уже есть. В прошлом году Рейх и его коллеги сообщили об изучении митохондриальной ДНК 364 европейцев, живших 1,55–5,5 тыс. лет назад. А исследование 18 мДНК древних собак и волков показало, что европейские охотники одомашнили представителей вымершей ныне популяции волков. 

Интересно, что сейчас учёные вновь возвращаются к тому, с чего всё когда-то начиналось, — к квагге. Секвенирование полного генома вымершего животного — часть большого проекта, направленного на выявление различий между современными и исчезнувшими лошадьми, а также зебрами и ослами. Хочется понять, за какие признаки отвечает тот или иной ген. 

Источник: КОМПЬЮЛЕНТА

Зоологи давно используют достижения молекулярной биологии в своих целях. Например, о родственно-эволюционных связях между группами животных куда проще судить, имея на руках последовательность генома. Но в этом смысле разным животным везёт по-разному; вот и до змей руки у учёных дошли только сейчас. Сразу две большие исследовательские группы опубликовали результаты анализа всего генома королевской кобры и тигрового питона. Эти виды стали первыми змеями, ДНК которых полностью секвенировали. 

Тигровые питоны появляются из яиц. (Фото Joe McDonald.) Разумеется, исследователи занялись этим не просто так, а чтобы понять, как на генном уровне отражается тот весьма своеобразный внешний вид и образ жизни, который ведут эти рептилии. С помощью генетического анализа можно не только выяснить, что за молекулярные механизмы стоят за той или иной особенностью змей, но и то, как эти существа, как говорится, дошли до жизни такой, то есть какие эволюционные изменения с ними происходили.

Тодд Кэстоу (Todd Castoe) из Техасского университета в Остине (США) и его коллеги занимались тёмным тигровым питоном, который обитает в Юго-Восточной Азии и в последнее время стал инвазивным видом в южных штатах США. Исследователи не просто прочитали его ДНК, но ещё и сравнили активность питоньих генов в сердце, печени, почках и тонком кишечнике до еды и после — через один день и через четыре дня после угощения. 

В журнале PNAS зоологи сообщают, что изменения в активности генов у питона были на удивление масштабными: еда заставляла работать иначе буквально половину генов, и изменения эти происходили в течение 48 часов. В результате метаболизм питона ускорялся в 40 раз, а его внутренние органы (кишечник, почки и печень) за три дня вдвое увеличивались в размерах. 

Что же до кобры, которой вместе с коллегами занимался Николас Кэйсвелл (Nicholas Casewell) из Бангорского университета (Великобритания), то тут учёных интересовала в первую очередь ядовитость змеи, её умение создавать ядовитую смесь из 73 пептидов и белков. Как пишут авторы в том же PNAS, в производстве яда у кобр задействовано 20 семейств генов, причём, что любопытно, те гены, которые работают в ядовитых железах, имеют двойников в других частях тела рептилии. В ходе эволюции «ядовитые» гены получали дополнительные копии, причём нередко не одну, и эти копии могли мутировать, ещё более усложняя яд.

В ходе эволюции ядовитые змеи вынуждены постоянно совершенствовать свой яд, поскольку их жертвы одновременно становятся более устойчивыми к тем токсинам, которыми их травят рептилии. Жизнь змеи в буквальном смысле зависит от яда, поскольку ничего, кроме него, она противопоставить противнику не может, и понятно, почему для этих целей выделены столь масштабные генетические ресурсы.

Исследователи из обеих групп попробовали заодно сравнить между собой геномы питона и кобры, а также сопоставить результат с ДНК других позвоночных, в том числе с ДНК единственного ядовитого вида млекопитающих — утконоса.

Для этого у обеих змей выбрали около семи с половиной тысяч генов, присутствующих в их геномах в одной копии. Как и ожидалось, генетические изменения в змеях шли с огромной скоростью, намного превышающей показатели других животных. Кроме того, количество генетических модификаций у змей тоже было много бόльшим. Что понятно: форма тела, образ жизни и прочее у змей настолько необычны, что без масштабных генетических изменений, без сильнейших перестроек, которые позволили бы приспособиться к выбранной нише, было не обойтись. 

При этом учёные отмечают, что многие изменения заключались не столько в том, как происходило управление уже существующими генами, сколько в появлении новых. Считается, что основной молекулярный инструмент эволюции — это перенастройка регуляции генов, внесение изменений в регуляторные области, но не появление новых кодирующих блоков. Однако змеи, видимо, в этом смысле оказываются некоторым исключением — из-за склонности их генома множить копии генов, которые в дальнейшем могут изменяться, как захотят. 

Впрочем, делать какие-либо особенно масштабные выводы об эволюции змей всего лишь по двум геномам, наверное, рано, а потому сами исследователи предлагают дождаться появления ещё десяти змеиных геномов, которые должны быть исследованы в ближайшие два года.

Источник: КОМПЬЮЛЕНТА

Вирусы не могут размножаться сами, а потому используют молекулярные машины клетки-хозяина, чтобы сделать копии своего генома и белков оболочки. Для этого вирус перетягивает клеточную машинерию на свою нуклеиновую кислоту, будь то РНК или ДНК.

Бактериофаги, атакующие кишечную палочку (фото Dennis Kunkel Microscopy, Inc.). В таких случаях наше внимание обычно приковано к тому, как вирус ведёт себя внутри клетки. Но ведь перед этим он должен как-то попасть в неё, вбросить свой геном внутрь. А этот процесс сам по себе довольно непростой и отнимающий много времени.

Кристиан Микелетти (Cristian Micheletti) из института СИССА в Триесте (Италия) и его коллеги взялись выяснить, не влияет ли как-то на переход генома вируса в клетку структура самой нуклеиновой кислоты. Как оказалось, влияет, и довольно сильно. С помощью компьютерной модели, которую исследователи описывают в журнале PNAS, им удалось установить, что скорость перехода ДНК из вирусного капсида в клетку прямо зависит от упорядоченности этой ДНК.

ДНК сама по себе склонна формировать довольно организованный, упорядоченный клубок, без узлов и переплетений. Это отличает её от множества других полимеров, которые, складываясь, формируют весьма хаотичные структуры. ДНК в этом смысле можно сравнить с якорным канатом, который сам укладывается правильной бухтой — и при разворачивании, когда якорь бросают на дно, не образует никаких узлов. 

Согласно модели, построенной исследователями, простая полимерная нить переходила бы из вируса в клетку в 10 раз медленнее по сравнению с двунитевой ДНК. Однако укладка ДНК в вирусе может быть разной, и тут всё зависит от её сложности и, разумеется, от длины самой молекулы. И может возникнуть одна трудность — когда ДНК складывается в торический, или крендельный, узел. В этом случае она вообще не может попасть в клетку, и диверсия вируса заканчивается неудачей. Такого никогда не бывает, если взять однонитевой полимер. Правда, вероятность такой неудачи невысока, так что в целом ДНК вполне оправдывает «ожидания» вирусов и легко и быстро заражает клетку. 

Эти результаты, по словам учёных, совпали со многими экспериментальными данными, в том числе с теми, когда наблюдалось торможение ДНК при переходе из вируса в клетку. Стоит заметить, что процесс этот моделировали для бактериофагов, у которых вообще довольно сложная система для заражения бактерий своей ДНК. Для вирусов же, специализирующихся на эукариотических клетках, и для тех, что используют вместо двунитевой ДНК однонитевую или вообще РНК, этот процесс может иметь свои, довольно далёкие от фагов особенности.

Источник: КОМПЬЮЛЕНТА

Палеонтологи, изучая насекомых в кусках ископаемой смолы, выяснили, что ДНК в них не содержится. Это значит, что в составе янтаря генетический материал сохраняется еще хуже, чем в костях. Поэтому не стоит рассчитывать на «воскрешение» динозавров.

Янтарь с останками комараРезультаты исследования, проведенного британскими учеными из Манчестерского университета, опубликованы в журнале PLOS ONE.

Фильм «Парк юрского периода» вышел на экраны в 1993 году. В фильме ученые используют для «воскрешения» динозавров комаров из янтаря. Насосавшись крови динозавров, комары «залипли» в растительную смолу, так что в их кишечнике сохранились образцы ДНК тираннозавров и других давно вымерших гигантов.

Одновременно с выходом фильма в престижных научных журналах появилось несколько публикаций, которые заставили многих поверить - «Парк юрского периода» может когда-то стать реальностью. Например, ученые заявили, что им удалось прочитать ДНК жука-долгоносика из древнего нижнемелового ливанского янтаря возрастом 120-135 миллионов лет.

Авторы статьи поставили под сомнение эти результаты, работая с куда менее древней ископаемой смолой, называемой копалом. В отличие от янтаря, где обычно содержатся уже вымершие насекомые, в копале, как правило, можно найти современные виды. Исследователи попытались извлечь ДНК из двух пчел вида Trigonisca ameliae, одна из которых была обнаружена в куске копала возрастом 10 тысяч лет, а другая - в копале, образовавшемся всего около 60 лет назад.

Несмотря на все усилия, ученые так и не смогли выявить в пчелах из копала хоть какие-нибудь фрагменты пчелиной ДНК. В более молодом образце копала они нашли лишь обрывки ДНК бактерий. Исследователи подчеркивают, что даже анализ костных остатков дает лучшие результаты. Следовательно, если ДНК не сохраняется даже в копале, то в древнем янтаре ее тем более быть не может. Поэтому сообщения о выделении ДНК из янтарных насекомых не заслуживают доверия: пробы просто были загрязнены современным генетическим материалом.

«Может казаться, что быстрое погружение в смолу способствует сохранению ДНК в насекомых, но это не так. К сожалению, сюжет «Парка юрского периода» так и останется всего лишь фантазией», -- рассказал Дэвид Пэнни, один из авторов статьи.

Источник: infox.ru

Митохондриальную ДНК пещерного медведя, жившего 300 тысяч лет назад на территории современной Испании, восстановила международная группа ученых. Успех секвенирования обусловил новый метод, позволяющий "склеивать" молекулы наследственности из коротких обрывков.

Пещерный медведь Продвинутую методику изучения ископаемых ДНК разработал Маттиас Мейер из Института эволюционной антропологии имени Макса Планка. Первое же применение – на митохондриальном материале среднеплейстоценового пещерного медведя – увенчалось успехом. Анализируя восстановленный геном, ученые выяснили, что данный вид пещерных медведей (Ursus deningeri) ведет свою родословную от сестринской группы, отделившейся в прошлом от предков остальных медведей.

"Мы представляем доработку распространенной методики экстракции ДНК на основе диоксида кремния, которая в сочетании с одноцепочеченой библиотекой позволяет эффективно восстанавливать древние молекулы ДНК на основании очень коротких (порядка 30 пар оснований) фрагментов, – сообщили Мейер и его коллеги. – Мы описываем результаты применения нашего метода на кости древнего пещерного медведя из Сима де лос Уэсос (Испания), пещеры, в которой находится местонахождение ископаемых остатков среднейплейстоценовой фауны, в том числе и гоминин".

Некоторое время назад ученые прочитали ДНК древних лошадей, остатки которых 700 тысяч лет хранились в вечной мерзлоте Канады. Однако для ископаемых материалов, происходящих не из зоны тундры, "срок годности" для секвенирования ДНК обычно составляет 100-120 тысяч лет. Таким образом, новая методика отодвинула этот рубеж сразу на 200 тысяч лет.

Изучив расшифрованные данные ДНК, Мейер и его команда построили филогенетическую схему родственных взаимоотношений известных видов древних медведей. Судя по ней, Ursus deningeri ответвляется от общего предка Ursus spelaeus и Ursus ingressus, превращаясь для него в сестринскую группу.

Этот же метод в принципе применим и для другой среднеплейстоценовой фауны, пишет GenomeWeb. Однако для получения более достоверных и подробных результатов его еще предстоит доработать.

Статья "Complete mitochondrial genome sequence of a Middle Pleistocene cave bear reconstructed from ultrashort DNA fragments" доступна на сайте PNAS

Источник: PaleoNews

Нервные клетки общаются друг с другом мгновенными электрическими импульсами, при этом как-то ухитряясь годами удерживать информацию, которую они некогда получили. Считается, что работа нервных клеток сводится не только к мимолётным импульсам, что есть ещё какие-то процессы, создающие и поддерживающие длительные изменения. Но если мы говорим о «длительных изменениях», то это почти всегда приводит нас к ДНК и обслуживающему её аппарату.

Дендритный шипик — место формирования синапса возбуждения на нейронном отростке-дендрите. (Фото Dennis Kunkel Microscopy, Inc..)То, что деятельность нейронов отражается на их ДНК, косвенным образом подтверждается тем, что у нейронов после проведения того или иного сигнала усиливаются или ослабляются синапсы с другими клетками. Известно также, что у нейронов могут происходить долговременные изменения в активности генов, причём они зависят от местоположения клетки. Исследователям из Университета Алабамы в Бирмингеме (США) удалось обнаружить, с чем связаны некоторые из изменений, сопровождающих запись положительных воспоминаний.

В действительности команда Дэвида Суитта проверяла известную гипотезу о том, что формирование долговременной памяти подключает эпигенетические механизмы, которые ведут к модификациям ДНК клетки. Эпигенетические модификации влияют на доступ белков к ДНК, и они могут касаться либо белков-гистонов, упаковывающих ДНК, либо самой нуклеиновой кислоты. Ряд работ свидетельствовал в пользу того, что для долговременной памяти необходимо метилирование ДНК — присоединение к нуклеиновой кислоте метильной группы. И вот было решено проверить это напрямую. 

Для этого мышей учили узнавать определённый звук, после которого животные получали порцию сладкого. Это довольно стандартный опыт, и давно уже известно, какие области мозга отвечают за такую ассоциацию, а также то, какие гены нужны для запоминания связи того и другого. В журнале Nature Neuroscience авторы пишут, что изменения в активности этих генов действительно начинались тогда, когда животные выучивали, что за звуком следует угощение. Более того, удалось увидеть, как и в каких участках меняется метилирование ДНК, кодирующей эти гены, и как с этой ДНК взаимодействует фермент, отвечающий за метилирование: он начинал работать опять-таки как раз к тому моменту, когда мыши более-менее запоминали то, что нужно. 

Когда исследователи вводили животным вещества, блокирующие метилирование в этом месте, то старая память у мышей оставалась нетронутой, однако ничего нового они запомнить надолго уже не могли. Если модификациям ДНК ставили блок в другом месте, то на запоминание «звука с сахаром» это никак не влияло.

Иными словами, животным (да и нам, скорее всего) для памяти действительно нужны эпигенетические «резцы», которые эту память «прорезали» бы ещё и на молекулярном уровне, уровне ДНК. 

Нет нужды говорить, какое нейротехнологическое будущее открывается перед нами благодаря подобным исследованиям. Однако вопросов тут пока что больше, чем ответов. Например, авторы в данном случае имели дело с положительной ассоциацией — и хотелось бы знать, какой механизм работает при отрицательных ассоциациях, связанных со страхом, отторжением и т. п.

Во-вторых, предстоит ещё выяснить, как эпигенетические молекулярные танцы взаимодействуют с электрохимическими импульсами и как эпигенетическим модификациям удаётся на покидать строго очерченной зоны коры мозга.

Источник: КОМПЬЮЛЕНТА

Учёные из Копенгагенского университета (Дания) вместе с коллегами из Франции, Норвегии, США, Канады и Китая совершили невозможное — секвенировали геном лошади, которая жила на Земле 560-780 тыс. лет назад. Необходимо уточнить, что речь идёт не об отдельно взятых генах — исследователям удалось прочесть полностью всю ДНК, так что на сегодня это самый древний полный геном, который удалось расшифровать! 

Лошадь Пржевальского. (Фото Claudia Feh / Association pour le cheval de Przewalski.) Всё началось, разумеется, с палеонтологических раскопок. В ходе экспедиции, предпринятой в 2003 году, на Юконе (Канада), учёные обнаружили некие кости, которым, по предварительным оценкам, было более 700 тыс. лет. Кости, а точнее — фрагмент лошадиной конечности, изучили на предмет остатков коллагена или ещё какого-нибудь материала, в котором могла бы сохраниться ДНК.

Шансы на это были чрезвычайно малы — до сих пор не удавалось найти останки старше 130 тыс. лет, в которых оставалась бы ДНК (рекорд в 130 тыс. лет принадлежал челюсти белого медведя). Хотя считается, что нижний возраст сохранности ДНК равен 1 млн лет (то есть теоретически миллионолетнюю ДНК можно найти). Исследователям повезло — в костях древней лошади оставались фрагменты коллагена и «законсервированной» крови, вот так у них и оказался полный геном животного (хотя его расшифровка и заняла довольно много времени). Для сравнения были также прочитаны геномы другой древней лошади, которая жила 43 тыс. лет назад, нескольких современных пород лошадей, осла и лошади Пржевальского, которая считается единственным видом дикой лошади, дожившим до наших дней. 

С лошадью Пржевальского, между прочим, связаны некоторые генетические двусмысленности, не дающие покоя биологам-эволюционистам. Если говорить, например, о западно-американских мустангах, то считается, что это бывшие домашние лошади, которые одичали, что можно понять по их геному. А вот сEquus ferus przewalskii ясности нет, ибо наука до сих пор не могла точно сказать, есть ли в её геноме гены домашних лошадей.

Сравнение геномов дикой лошади, чьи кости откопали на Юконе, с геномами современных животных показало, во-первых, что эта особь была самцом и жила примерно 700 тыс. лет назад, а во-вторых, что у ископаемого был общий предок с современными лошадьми. То есть все нынешние лошади, а также ослы и зебры — то есть все, кто относится к роду Equus, — произошли от одного предка, который жил на Земле где-то 4-4,5 млн лет назад. 

Происхождение лошадей до сих пор считается одной из самых больших проблем теории эволюции. Достаточно сказать, что пресловутый общий предок по разным оценкам жил между 2 и 6 млн лет назад. Теперь же это время сильно сузилось. Но исследователям удалось разгадать ещё одну «лошадиную» загадку. Как пишут авторы работы в Nature, лошадь Пржевальского является настоящей дикой лошадью, то есть домашних предков в её роду не было. Иначе говоря, 700-тысячелетняя ДНК, по-видимому, помогла исследователям чётко понять, какие гены относятся к «домашним», а какие — к «диким». 

Что же до внешнего облика этой самой древней лошади, то, по словам Эске Виллерслева, одного из соавторов работы, ростом она напоминала арабских скакунов, но, скорее всего, её мышцы были развиты много хуже, чем у любых современных лошадей. Кроме генов, отвечающих за развитие мышц, наибольшим изменениям со временем подверглись гены, отвечающие за обоняние и гены иммунитета. (Впрочем, иммунные гены обычно у всех живых организмов эволюционируют, что называется, «впереди планеты всей» — по очевидным причинам.) 

Как признаются сами исследователи, они сделали невозможное: никто не верил, что в принципе удастся «вытащить» такой древний геном. В методическом аспекте работа оказалась не менее выдающейся, чем в эволюционно-биологическом. Вполне возможно, что таким образом удастся проанализировать другие древнейшие останки и прояснить многие тёмные места в теории эволюции, в том числе касающиеся эволюции человека.

Истчоник: КОМПЬЮЛЕНТА

Бактерии так долго жили бок о бок с нападавшими на них вирусами-бактериофагами, что в появлении у бактерий «иммунной системы» нет ничего удивительного. Впрочем, назвать этими словами их защиту от фагов можно лишь по аналогии с нашим иммунитетом: никаких антител, а уж тем более специальных клеток, охотящихся за вирусами, у бактерий нет.

Бактериофаги, атакующие кишечную палочку (фото Dennis Kunkel Microscopy).Одна из таких систем называется CRISPR/Cas (clustered regularly interspaced short palindromic repeats/CRISPR-associated proteins). Она настроена на распознавание ДНК, проникшей в клетку, включая и фаговую ДНК. Бактерии с CRISPR/Cas нечувствительны к фагам. Некоторые штаммы холерного вибриона несут в себе такую иммунную противовирусную защиту, и хотя её происхождение остаётся тайной, в целом для возбудителя холеры она нехарактерна.

Однако, как выяснили исследователи из Медицинской школы при Университете Тафтса (США), некоторые фаги способны преодолевать защиту бактерий, причём они делают это с помощью той же самой — бактериальной — «иммунной системы».

Анализируя геномы фагов, выделенных из холерных вибрионов, учёные внезапно обнаружили у вирусов гены системы CRISPR/Cas. Оказалось, что фаги с этими генами могут легко инфицировать штаммы холерного возбудителя, защищённые CRISPR/Cas-иммунитетом, притом что обычные фаги перед такими бактериями пасуют. Как пишут исследователи в журнале Nature, фаговая система CRISPR/Cas взаимодействует с бактериальной и подавляет активность соответствующего участка хромосомы бактерии. И чем лучше последовательность фаговой CRISPR/Cas совпадает с последовательностью бактериальной CRISPR/Cas, тем сильнее подавляется бактериальный иммунитет.

По словам Эндрю Камилли, руководителя работы, эти данные лишь обостряют дискуссию о том, считать ли вирусы живыми. До недавнего времени вирусы в глазах учёных были всего лишь сложными надмолекулярными комплексами, а жизнь начиналась с клетки. То, что доклеточные вирусы могут использовать клеточную иммунную систему бактерий, оказалось большим сюрпризом.

Ну а с практической точки зрения эти данные помогут создать более совершенное биологическое оружие против бактериальных инфекций: сейчас разрабатываются вирусные способы лечения таких инфекций, однако системы защиты бактериальных клеток от фагов порой препятствуют успешному применению этих методов.

Источник: КОМПЬЮЛЕНТА

    Специалисты ботанического сада Kew Gardens обнародовали результаты прочтения ДНК цветка вороньего глаза японского (Paris japonica). В процессе исследования выяснилось, что растение обладает геномом, который в 50 раз длиннее человеческого.

Небольшое 30-сантиметровое растение обладает ДНК длиной более 90 метров (фото Neil Roger/Flickr.com)149 миллиардов пар оснований – таков новый мировой рекорд протяжённости ДНК. В пресс-релизе сада учёные утверждают, что если выпрямить геном японского цветка, то он окажется выше знаменитого лондонского Биг-Бена.

Рекордсменом по количеству "букв" в ДНК среди животных является мраморный протоптер (Protopterus aethiopicus). В его коде биологи обнаружили 130 миллиардов пар оснований (фото Joel Abroad/Flickr.com). Кстати, подобная экстремальная длина генетического кода не даёт растению никаких преимуществ. И даже наоборот, мешает ему приспосабливаться к меняющимся условиям окружающей среды: из-за того что репликация ДНК происходит долго, вороний глаз растёт медленнее своих сородичей.

По мнению многих генетиков, нынешний рекорд не продержится долго. У биологов есть подозрение, что такие микроорганизмы, как амёбы, обладают ещё более массивной ДНК. (Уже давно ясно, что длина генома никак не связана со сложностью организма.)

Учёные пока не пришли к единому мнению, отчего в мире существует такой большой разброс в длине генетического кода, а точнее, в количестве мусорной ДНК (которая, впрочем, не вполне мусор).

Science приводит пример организма с одним из самых "скромных" геномов. В ДНК паразита Encephalitozoon intestinalis (на фото) содержится 2,25 миллиона пар оснований. Мы рассказывали о рекордсмене – одноклеточном-симбионте Carsonella ruddii, чей код насчитывает около 160 тысяч пар (фото AJ Cann/Flickr.com). Статья авторов открытия опубликована в Botanical Journal of the Linnean Society. Узнайте также о том, как геном одного вида был обнаружен в ДНК другого и зачем от части своих генов избавляются минога и мужская половая хромосома. 

Источник: MEMBRANA

Надцарство: Эукариотов

Общие сведения

Эукарио́ты, или Я́дерные (лат. Eucaryota от греч. εύ- — хорошо и κάρυον — ядро) — надцарство живых организмов, клетки которых содержат ядра. Все организмы, кроме бактерий и археев, являются ядерными.

Животные, растения, грибы, а также группы организмов под общим названием протисты — все являются эукариотическими организмами. Они могут быть одноклеточными и многоклеточными, но все имеют общий план строения клеток. Считается, что все эти столь несхожие организмы имеют общее происхождение, поэтому группа ядерных рассматривается как монофилетический таксон наивысшего ранга. Важную роль в эволюции эукариот сыграл симбиогенез — симбиоз между эукариотической клеткой, видимо, уже имевшей ядро и способной к фагоцитозу, и проглоченными этой клеткой бактериями — предшественниками митохондрий и хлоропластов.

Существует несколько вариантов деления надцарства эукариот на царства. Первыми были выделены царства растений и животных. Затем было выделено царство грибов, которые из-за биохимических особенностей, по мнению большинства биологов, не могут быть причислены ни к одному из этих царств. Также некоторые авторы выделяют царства простейших, миксомицетов, хромистов. Некоторые системы насчитывают до 20 царств.

Сейчас каталогизировано 1 124 516 видов эукариотических организмов и предпологается, что на нашей планете обитает около 9,92 млн эукариотов из них в морях и океанах обитает около 2 150 000 видов среди 171 082 известных (табл.1). [1]

Табл. 1. Количество открытых и проживаемых видов эукареотических организмов.

Строение эукареотической клетки

Рис. 1. Эндомембранная система и её компоненты. Эукариотические клетки в среднем намного крупнее прокариотических, разница в объёме достигает тысяч раз. Клетки эукариот включают около десятка видов различных структур, известных как органоиды (или органеллы, что, правда, несколько искажает первоначальное значение этого термина), из которых многие отделены от цитоплазмы одной или несколькими мембранами. В прокариотических клетках всегда присутствуют клеточная мембрана, рибосомы (существенно отличные от эукариотических рибосом) и генетический материал — бактериальная хромосома, или генофор, однако внутренние органоиды, окруженные мембраной, встречаются редко. Ядро — это часть клетки, окружённая у эукариот двойной мембраной (двумя элементарными мембранами) и содержащая генетический материал: молекулы ДНК, «упакованные» в хромосомы. Ядро обычно одно, но бывают и многоядерные клетки.

Отличия эукариот от прокариот

Важнейшая, основополагающая особенность эукариотических клеток связана с расположением генетического аппарата в клетке. Генетический аппарат всех эукариот находится в ядре и защищен ядерной оболочкой (по-гречески "эукариот" значит имеющий ядро). ДНК эукариот линейная (у прокариот ДНК кольцевая и свободно плавает в цитоплазме). Она связана с белками-гистонами и другими белками хромосом, которых нет у бактерий. В жизненном цикле эукариот обычно присутствуют две ядерные фазы (гаплофаза и диплофаза). Первая фаза характеризуется гаплоидным (одинарным) набором хромосом, далее, сливаясь, две гаплоидные клетки (или два ядра) образуют диплоидную клетку (ядро), содержащую двойной (диплоидный) набор хромосом. Спустя несколько делений клетка вновь становится гаплоидной. Такой жизненный цикл и в целом диплоидность для прокариот не характерны.

Рис. 2. Диаграма типичной клетки животного. Отмеченные органоиды (органеллы): 1. Ядрышко, 2. Ядро, 3. Рибосома, 4. Везикула, 5. Шероховатый (гранулярный) эндоплазматический ретикулум, 6. Аппарат Гольджи, 7. Клеточная стенка, 8. Гладкий (агранулярный) эндоплазматический ретикулум, 9. Митохондрия, 10. Вакуоль, 11. Гиалоплазма, 12. Лизосома, 13. Центросома (Центриоль). Третье, пожалуй, самое интересное отличие, — это наличие у эукариотических клеток особых органелл, имеющих свой генетический аппарат, размножающихся делением и окруженных мембраной. Эти органеллы — митохондрии и пластиды. По своему строению и жизнедеятельности они поразительно похожи на бактерий. Это обстоятельство натолкнуло современных ученых на мысль, что подобные организмы являются потомками бактерий, вступившими в симбиотические отношения с эукариотами. Прокариоты характеризуются малым количеством органелл, и ни одна из них не окружена двойной мембраной. В клетках прокариот нет эндоплазматического ретикулума, аппарата Гольджи, лизосом.

Не менее важно, описывая различия между прокариотами и эукариотами, сказать о таком явлении у эукариотических клеток, как фагоцитоз. Фагоцитозом (дословно "поедание") называют способность эукариотических клеток захватывать и переваривать самые разные твёрдые частицы. Этот процесс обеспечивает в организме важную защитную функцию. Впервые он был открыт И.И. Мечниковым у морских звезд. Появление фагоцитоза у эукариот скорее всего связано со средними размерами (далее о размерных различиях написано подробнее). Размеры прокариотических клеток несоизмеримо меньше и поэтому в процессе эволюционного развития перед эукариотами возникла проблема снабжения организма большим количеством пищи, и как следствие в группе эукариот появляются первые хищники.

Разнообразен и обмен веществ у бактерий. Вообще всего выделяют четыре типа питания, и среди бактерий встречаются все. Это фотоавтотрофные, фотогетеротрофные, хемоавтотрофные, хемогетеротрофные (фототрофные используют энергию солнечного света, хемотрофные используют химическую энергию). Эукариоты же либо сами синтезируют энергию из солнечного света, либо используют готовую энергию такого происхождения. Это может быть связано с появлением среди эукариотов хищников, необходимость синтезировать энергию, для которых отпала.

Ещё одно отличие — строение жгутиков. У бактерий они тонкие — всего 15—20 нм в диаметре. Это полые нити из белка флагеллина. Строение жгутиков эукариот гораздо сложнее. Они представляют собой вырост клетки, окруженный мембраной, и содержат цитоскелет (аксонему) из девяти пар периферических микротрубочек и двух микротрубочек в центре. В отличие от вращающихся прокариотическох жгутиков жгутики эукариот изгибаются или извиваются. Две группы рассматриваемых нами организмов, как уже было сказано, сильно отличаются и по своим средним размерам. Диаметр прокариотической клетки составляет обычно 0,5—10 мкм, когда тот же показатель у эукариот составляет 10—100 мкм. Объём такой клетки в 1000—10000 раз больше, чем прокариотической. У прокариот рибосомы мелкие (70S-типа). У эукариот рибосомы более крупные (80S-типа). [2]

 Эволюция эукариот

Первые эукариоты появились более 2 млрд лет назад. Последующие 1,5 млрд лет шло усложнение эукариотической клетки и примерно 630 млн. лет назад в эдикарском периоде появились первые многоклеточные существа. 

Предположительно первоначально в многоклеточные структуры объединялись простейшие хоанофлагеллаты, которые, как полагают, стоят на грани между одноклеточностью и многоклеточностью, образуют зародышеобразные колонии только с помощью бактериального липида, который получают из съеденных бактерий (прокариот). Следующим щагом было появление в этом же периоде первых настоящих многоклеточных макроогранизмов - эти организмы появились на Земле сразу после Мариноанского оледенения – одной из стадий глобального оледенения, когда нашу планету в течение многих миллионов лет сплошь покрывали льды. Первые многоклеточные существа были мягкотелыми организмами, состоящими из отдельных фракталов. Размеры их тела варьировались от одного сантиметра до одного метра. Выглядели они настолько необычно, что долгое время ученые спорили, к какому царству – растений или животных их можно отнести.

Около 480-460 млн лет назад в силурийском периоде на суше появились первые растения (по другим данным это произошло в верхнем кембрии 499-488 млн. лет назад), а еще спустя 50 млн лет в девонском периоде вслед за растениями на сушу вышли и первые животные (хотя существуют некоторые данные, показывающие, что первые сухопутные животные жили в силурийском (рис. 3) или даже вендском периодах). После этого начало бурное развитие всевозможных живых существ потомками, которых являемся и мы. [3]

Разделение классификации эукариот: