 |
|
Знаменитый мамонтенок Дима —
один из десяти мамонтов, чей
митохондриальный геном удалось «собрать»
из кусочков ДНК, сохранившихся
в стержнях волос
|
Новые методы секвенирования
(«прочтения») ДНК позволили международной группе исследователей восстановить
полные митохондриальные геномы 10 мамонтов на основе фрагментов ДНК, выделенных
из стержней волос. Исследование показало, что митохондриальная ДНК сохраняется
в древних волосах даже лучше, чем в костях. Это открывает новые возможности для
молекулярно-генетического изучения вымерших млекопитающих.
Несмотря на большой интерес к
изучению древней ДНК, до сих пор ученым удалось прочесть только шесть полных
митохондриальных геномов ископаемых животных — 4 генома гигантских нелетающих
птиц и 2 генома мамонтов (см. Полностьюрасшифрован митохондриальный геном мамонта). В
большинстве случаев дело ограничивается короткими фрагментами ДНК, которые извлекают
из костей или из сохранившихся в вечной мерзлоте мягких тканей.
ДНК современных людей и зверей
для генетических анализов часто берут из корней волос, где много живых клеток с
высоким содержанием ДНК. Что касается стержней волос, то они традиционно
считались малоперспективным источником ДНК. Стержни волос состоят из мертвых
кератинизированных (ороговевших) клеток с незначительным содержанием
генетического материала. Старые методы выделения, амплификации (размножения) и
секвенирования (определения последовательности нуклеотидов) не позволяли
работать с такими ничтожными количествами ДНК.
Однако стремительное развитие
технологий сегодня сделало возможным то, что казалось немыслимым еще 3 года
назад. Большая международная группа ученых (в состав которой входят 6
российских исследователей) сообщила об успешном прочтении десяти полных
митохондриальных геномов на основе фрагментов ДНК, извлеченных из шерсти
сибирских мамонтов. Это стало возможным благодаря новой технологии
секвенирования, получившей название «sequencing-by-synthesis» (секвенирование
при помощи синтеза). Статья с описанием этой методики была
опубликована в журнале Nature в сентябре 2005 года.
Авторы использовали разное
количество волос для каждого из 10 мамонтов — сколько смогли раздобыть (от 0,2
г до 5,2 г). Использовались только стержни; если где-то сохранились корни
волос, они удалялись. Во всех 10 случаях извлеченного количества
митохондриальной ДНК вполне хватило для полной и достаточно точной
реконструкции митохондриального генома. Средняя длина фрагментов мтДНК,
сохранившихся в волосах, колеблется от 60 до 128 пар оснований (примерно как и
в костях).
Авторы отмечают, что волосы во
многих отношениях оказались лучшим материалом для исследования древней
митохондриальной ДНК, чем кости.
Во-первых, как выяснилось, ДНК в
стержнях волос медленнее подвергается «посмертному мутированию». По-видимому,
мертвые кератинизированные клетки защищают сохранившуюся в толще волоса ДНК от
разнообразных повреждающих воздействий, в том числе от воды, которая
способствует превращению (гидролизу) цитозинов (Ц) в тимины (Т).
Во-вторых, в стержнях волос
оказалась резко повышена доля мтДНК по отношению к ядерной ДНК, что сильно
облегчает работу по прочтению именно митохондриальных геномов.
В-третьих, мтДНК из стержней
волос оказалась несравненно меньше загрязнена чужеродным генетическим
материалом — бактериальным, человеческим и т. д. (а эти загрязнения — главная
головная боль всех специалистов по изучению древней ДНК).
Наконец, в-четвертых, волосы
обычно представляют меньшую ценность, чем кости, и их не так жалко тратить на
генетические анализы.
Изученные волосы пролежали в
вечной мерзлоте от 17 до 50 тысяч лет, но это не так страшно для сохранности
ДНК, как те годы, которые эти волосы провели потом в музеях при комнатной
температуре. Один из самых удивительных результатов данного исследования
состоит в том, что мтДНК сохранилась даже в волосах знаменитого «мамонта Адамса» —
первого мамонта, исследованного учеными. Этот прекрасно сохранившийся мамонт
был найден в 1799 году охотником-эвенком. В 1806 году мамонт был извлечен из
вечной мерзлоты русским ботаником Михаилом Адамсом. Изучение этого мамонта дало
первые бесспорные доказательства того, что биологические виды могут вымирать.
Скелет мамонта Адамса сегодня хранится в Санкт-Петербургском зоологическом
музее
То, что в шерсти мамонта Адамса
после 200 лет хранения при комнатной температуре все-таки сохранилась мтДНК в
количестве, достаточном для реконструкции полного митохондриального генома,
открывает перед исследователями небывалые перспективы. Авторы отмечают, что
теперь появилась реальная возможность применить всю мощь методов генетического
анализа к коллекциям Чарльза Дарвина, Александра Гумбольдта и Карла Линнея.
Можно надеяться, что вскоре удастся прочесть митохондриальные геномы многих
недавно вымерших животных, чучела которых сохранились в музеях.
Источник:
- M. Thomas P. Gilbert et al. Whole-Genome Shotgun Sequencing of Mitochondria from Ancient Hair Shafts // Science. 2007. V. 317. P. 1927–1930.