11.08.2024. - Проанализировали геном шерстистого мамонта

Проанализировали геном шерстистого мамонта

Впервые исследователи обнаружили и проанализировали трехмерные структуры генома шерстистого мамонта. Образец возрастом 52 000 лет сохранился настолько хорошо, что волосяные фолликулы и форма мышц остались нетронутыми, и один ученый сравнил местоположение находки с тем, что он умер "в глубокой морозильной камере".

Хотя более древняя ДНК мамонта была ранее секвенирована, это были первые трехмерные структуры, называемые хромосомами, собранные для любого древнего образца ДНК.

Хромосомы — пакеты плотно скрученной ДНК — это то место, где такие существа, как мамонты и люди, хранят и дублируют генетическую информацию в клетках.

Анализ генома шерстистого мамонта (Mammuthus primigenius), опубликованный сегодня в журнале Cell международной группой ученых, показал, что у этого вида 28 хромосом — столько же, сколько у азиатских и африканских слонов.

Но между древними и современными животными были существенные различия.

Один из исследователей, биотехнолог Парвиндер Каур из Университета Западной Австралии, назвал ДНК мамонта "невероятным" открытием.

"Это похоже на насекомое в янтаре, но это насекомое - мамонт", - сказал доктор Каур.

Что обнаружила команда исследователей?

Исследователи не случайно обнаружили идеально сохранившуюся ДНК мамонта возрастом 52 000 лет.

Команда, возглавляемая Эрезом Либерманом Эйденом из медицинского колледжа Бейлора в США, хотела выяснить, могут ли структуры ДНК сохраниться спустя десятки тысяч лет.

Они экспериментировали с технологией под названием Hi-C, которая создает трехмерную структуру генома, включая хромосомы и то, как ДНК располагается внутри них.

Чтобы проверить это на древнем образце, им нужно было найти тушу мамонта в идеальном состоянии.

Исследователям потребовалось пять лет, чтобы найти подходящий экземпляр — очень хорошо сохранившийся фрагмент кожи мамонта под названием Якинф, который был обнаружен в 2018 году недалеко от Белой Горы в Сибири.

Они сразу поняли, что это нечто особенное, потому что шерсть была все еще цела, а это означало, что мамонт не подвергался периодам оттаивания и повторного замораживания.

"Вы действительно могли видеть отдельные волосяные фолликулы этого шерстистого мамонта, и это весьма примечательно", - сказал профессор Либерман Эйден на пресс-конференции.

"Волосяной фолликул шерстистого мамонта никогда ранее не был визуализирован".

Обезвоженный образец кожи был описан как стеклообразный или высушенный сублимацией, который удерживал фрагменты ДНК на месте.

"Мы думаем, что этот образец был высушен сублимацией, в результате чего получилось что-то вроде вяленой говядины", - сказал профессор Либерман Эйден.

Что это значит?

ДНК не предназначена для того, чтобы сохраняться долго после смерти.

Обычно, после того, как животное или другое существо умирает, его ДНК быстро распадается на все более мелкие фрагменты по мере того, как оно само и его тело разлагаются.

"Становится действительно трудно читать эти основы ДНК", - сказал доктор Каур.

"И чем больше деградировал образец, тем больше в нем недостающих данных".

К тому времени, когда ДНК становится древней — через сотни или тысячи лет после смерти — исследователи получают доступ только к небольшим фрагментам ДНК, чтобы собрать их воедино, как неполную головоломку.

Если у исследователей есть доступ к большому количеству образцов, это проще, поскольку это похоже на составление нескольких копий одной и той же головоломки с разными недостающими частями.

Иногда команды также могут использовать "эталонные геномы" генетически сходных видов, чтобы убедиться, что они на правильном пути.

Hi-C работает аналогично этому эталонному геному, но в 3D-формате и определяет, какие участки фрагментированной ДНК могут быть соседними и взаимодействовать друг с другом.

Команда использовала Hi-C для детального создания генома мамонта, состоящего из 28 хромосом, а затем сопоставила его с геномами современных азиатских и африканских слонов.

Предыдущие исследования показали, что азиатские слоны генетически ближе к мамонтам, чем к африканским слонам.

Новый анализ показал, что образцы кожи были похожи на образцы кожи азиатских слонов.

В прошлом геномы других, еще более древних шерстистых мамонтов были созданы путем объединения информации из нескольких образцов или использования эталонных геномов для заполнения пробелов.

Но благодаря сублимационной сушке образцов, команда смогла проанализировать не только сам геном, но и его форму и структуру, что позволило получить больше информации.

Например, команда смогла увидеть, какие гены были включены и выключены в клетках кожи, что стало первым случаем, когда исследователи сделали это.

Они обнаружили, что определенные гены, отвечающие за адаптацию к холоду и рост волос, были активированы у мамонта, но не у слона.

Салли Васеф, палеогенетик из Квинслендского технологического университета, которая не принимала участия в исследовании, была впечатлена разработанными методами.

"Моей первой мыслью было: "О, это действительно прорыв", - сказала она.

"Мне бы хотелось посмотреть, как они собираются применить это к другим [древним] образцам".

Какую еще древнюю ДНК можно было бы исследовать?

Хотя эксперты сходятся во мнении, что это впечатляющее открытие, найти такие древние и хорошо сохранившиеся образцы, как шкура мамонта возрастом 52 000 лет, случается нечасто.

Это связано с тем, что в большинстве мест по всему миру температура не такая холодная и стабильная, как в Сибири.

"Им очень повезло, потому что мамонт умер в "глубокой морозильной камере"", - сказал генетик Эндрю Паск из Мельбурнского университета.

По его словам, такой же древний образец из любого более теплого климата "просто превратился бы в кашу".

Это означает, что нет никаких шансов на то, что в Австралии могло бы обитать такое хорошо сохранившееся и древнее животное, как мамонт, добавил профессор Паск.

- Труп подвергается определенной степени гниения, прежде чем высохнет.

ДНК распадается на кусочки. Просто нам слишком тепло.

В то время как холодная, похожая на морозильную камеру среда - лучшее место для поиска других образцов, команда, проводившая последнее исследование, предполагает, что горячая и сухая среда также может привести к стеклообразному состоянию ДНК, подходящему для анализа методом Hi-C.

Если это правда, то это может означать, что египетские мумии также могут быть протестированы с использованием этого метода.

Но доктор Васеф считает, что ДНК древних египтян может быть слишком разрушена.

"Мумификация помогла, - сказала она, - но недостаточно, чтобы сохранить длинные фрагменты [ДНК, необходимые для Hi-C]".

Вместо этого она считает, что этот метод можно было бы использовать на древних гоминидах, таких как денисовцы, чьи окаменелости также были найдены в более прохладных районах, таких как Сибирь, чтобы увидеть, чем они отличались от нашего вида, Homo sapiens.

"Некоторые [денисовские окаменелости] были найдены в очень хорошем состоянии", - сказала она.

"Это расскажет вам больше об окружающей среде, в которой они жили, об их взаимодействии с окружающей средой и о том, что привело к их вымиранию".

Борьба с вымиранием?

Хотя обнаружение хромосомы возрастом 52 000 лет само по себе было захватывающим событием, исследователей также интересовало, как этот метод может помочь вернуть к жизни древние виды, что называется, предотвратить вымирание.

Профессор Либерман Эйден - один из двух старших авторов статьи, которые являются консультантами биотехнологического стартапа Colossal Biosciences, компании, работающей над возрождением мамонта.

Профессор Паск возглавляет лабораторию комплексных исследований по генетическому восстановлению тилацина (TIGRR), которая является партнерством Мельбурнского университета и Colossal. По его мнению, обнаружение хромосом мамонта вселяет оптимизм, но не является "кардинальным изменением" в вопросе борьбы с вымиранием.

Профессор Паск также использовал технологию Hi-C в своей работе над проектом по борьбе с исчезновением тилацина.

"Мы пытаемся сделать это с некоторыми из наиболее хорошо сохранившихся тканей тилацина, просто чтобы посмотреть, сможем ли мы получить какую-то архитектуру", - сказал он.

"Есть несколько образцов, которые были помещены в этанол, а затем помещены в музейную коллекцию и хранились при хорошей температуре в течение всего срока хранения".

Хотя проблема вымирания не осталась без критики, те, кто в восторге от технологии, считают, что это новое открытие может стать частью решения.

"[Люди] являются ключевым биологическим видом... это огромная ответственность", - сказал профессор Либерман Эйден.

"Я надеюсь, что мы будем действовать ответственно, используя все имеющиеся в нашем распоряжении мощные технологии, одной из которых является борьба с вымиранием".

Источник