Генетический ретроград

В среду, 26 января, в одном из самых авторитетных научных журналов - Nature - появилась статья, авторы которой впервые определили последовательность ДНК орангутана. Симпатичная обезьяна с рыжей шерстью пополнила пока еще небольшой список высших приматов, геномы которых были расшифрованы (помимо орангутана в него входят человек и шимпанзе). Пока специалисты провели только предварительный анализ полученных данных, но, тем не менее, им уже удалось найти в них немало интересного.

Орангутаны относятся к подсемейству Ponginae, а точнее, к его единственному современному роду Pongo. Эти обезьяны водятся только в двух местах на Земле (не считая зоопарков) - на островах Борнео и Суматра. Вместе с человеком, шимпанзе, карликовым шимпанзе бонобо и гориллой орангутан относится к группе гоминид - самому продвинутому семейству приматов. Среди членов этого семейства Pongo эволюционно дальше всех отстоит от человека. Именно поэтому его ДНК особенно интересна ученым - с ее помощью они смогут рассмотреть эволюцию гоминид в полном масштабе.

До недавнего времени определение полногеномных последовательностей ДНК было очень дорогим и невероятно трудозатратным процессом. Например, на расшифровку генома человека ушло 15 лет и около трех миллиардов долларов (более подробно о том, как это происходило, можно прочитать здесь). Черновое определение последовательности ДНК шимпанзе заняло около четырех лет - первый вариант генома был представлен в 2005 году. Дата начала работы с ДНК орангутана в статье не называется, однако сообщается, что авторы расшифровали геномы одиннадцати обезьян - шести суматрианских животных и пяти орангутанов с Борнео. Представить себе такой размах даже в 2001 году, когда был завершен проект "Геном человека", было невозможно.

Основным объектом нового исследования стала самка орангутана по кличке Сьюзи (Susie), вывезенная с Суматры и живущая в зоопарке в Техасе. Ее геном был расшифрован "по старинке" - с использованием так называемого метода "дробовика" (если бы эта технология не была изобретена, то проект "Геном человека" вряд ли был бы завершен в 2001 году). "Дробовик" обошелся ученым, работавшим с ДНК Сьюзи, в 20 миллионов долларов, но зато полученная расшифровка отличается приличным уровнем надежности - каждая "буква" генетического кода была прочитана в среднем 5,5 раза. Для определения последовательности ДНК остальных десяти животных авторы применили современную и намного более дешевую технологию, но надежность итоговых данных вышла чуть более низкой.

Нелюбовь к переменам

Ученые провели предварительный анализ полученных генетических данных и установили, что геном орангутана отличается странным консерватизмом. Генетический консерватизм означает, что с течением времени в геноме того или иного вида накапливается меньше мутаций, чем в геномах близких видов. В данном случае слово "мутация" используется без негативных коннотаций - природа вносит изменения в ДНК всех живых существ "преднамеренно", так как именно они служат механизмом эволюции. Если бы геномы оставались неизменными, организмы не смогли бы приспосабливаться к непостоянным условиям окружающей среды, и жизнь на Земле закончилась бы, едва появившись (точнее, она даже не смогла бы зародиться).

В геноме орангутана изменения происходят намного реже, чем в ДНК человека и шимпанзе. На данный момент исследователи не могут однозначно ответить, с чем связано такое ретроградство Pongo, но более или менее обоснованная гипотеза у них уже есть. Анализ показал, что в геноме орангутана существенно снижена активность ретротранспозонов. Этим термином обозначают особые фрагменты ДНК, которые умеют перемещаться по геному - их последовательность копируется, а затем встраивается в другой участок генома. Похожим образом ведут себя некоторые вирусы - собственно, структура ретротранспозонов очень напоминает структуру вирусных геномов.

Когда такой подвижный элемент встраивается на свое новое место обитания, он может нарушить структуру гена или другого важного участка ДНК клетки-хозяина. Иногда такие помехи оказывают негативный эффект на работу клетки, но в некоторых случаях могут привести к появлению новых полезных свойств.

Одним из типов ретротранспозонов являются так называемые Alu-повторы. Эти элементы весьма многочисленны, а, значит, могут заметно сказываться на частоте появления мутаций. Авторы новой работы показали, что у орангутанов активность перемещения Alu-повторов очень сильно снижена по сравнению с Alu-повторами шимпанзе и человека. Ученые не исключают, что эта особенность хотя бы отчасти определяет консерватизм генома Pongo.

Представленная в Nature работа не только ставит вопросы - один из новых результатов, возможно, поможет объяснить загадочную особенность биологии орангутанов. По сравнению с другими гоминидами - и вообще с млекопитающими - у этих обезьян заметно снижена активность обмена веществ. Количество калорий, которое расходует активный орангутан, сравнимо с количеством, расходуемым ленивцем, большую часть времени проводящим в неподвижности. Существует версия, что низкий уровень метаболизма выработался у орангутанов из-за их образа жизни - Pongo питаются преимущественно фруктами и нередко по много дней вообще обходятся без еды.

Исследователи показали, что участок генома орангутана, который, в частности, контролирует липидный обмен (а значит, связан с активностью метаболизма), является "прицельным" объектом отбора. То есть в ходе эволюции выживали преимущественно особи, несущие определенные изменения в этом регионе ДНК. Второй мишенью отбора оказались гены, контролирующие зрение, которое чрезвычайно важно для обезьян, живущих на деревьях.

Очевидно, что по мере изучения расшифрованного генома орангутана количество новых фактов об этом родственнике Homo sapiens будет увеличиваться. А если учесть, что сейчас уже полным ходом идут проекты по расшифровке геномов бонобо и гориллы, то можно надеяться, что в обозримом будущем история самого продвинутого семейства животных станет намного яснее.