Геном риби фугу приблизно у вісім разів менше, ніж геном людини, і в 330 разів менше, ніж геном двоякодишної риби протоптер. Які «привиди» живуть на «кладовищах геномів», і скільки сміття в нашій з вами ДНК?
Відомий молекулярний біолог Девід Пенні з Центру молекулярної екології та еволюції Аллена Вілсона в новозеландському Університеті Массей якось сказав: "Я б дуже пишався роботою в групі, яка розробила геном кишкової палички. Однак я б ніколи не зізнався, що брав участь у проектуванні геному людини. У жодному університеті цей проект не змогли б настільки зіпсувати ". Тема про кількість сміття в нашій ДНК - одна з найбільш «гарячих» тем у науковому співтоваристві. Навколо цього питання серед вчених розгораються справжні словесні баталії.
Реплікація (від лат. replicatio - відновлення) - процес синтезу дочірньої молекули дезоксирибонуклеїнової кислоти на матриці батьківської. При наступному поділі кожна з дочірніх клітин отримує по одній копії молекули ДНК, ідентичній ДНК вихідної материнської клітини. Реплікацію ДНК здійснює реплісома - складний ферментний комплекс, що складається з 15 − 20 різних білків.
Трохи молекулярної генетики
Нагадаємо, що в основі передачі спадкової інформації лежить двцепочкова молекула ДНК. Вона являє собою полімер з чотирьох типів мономерів (нуклеотидів): аденіна (A), тиміна (T), цитозина (С) і гуаніна (G) - і покладена в хромосоми. У людини 23 пари розташованих в ядрі хромосом (22 пари неполових і одна пара статевих). Вони і складають основу нашого геному (ще 37 генів містять кільцеві ДНК мітохондрій). Якби ми взяли одну клітку людини, пошили весь диплоїдний (парний) набір хромосом разом і витягнули в нитку, то отримали б молекулу довжиною в два метри, що складається з шести мільярдів пар підстав (нуклеотидів). Три мільярди від тата і три - від мами.
Геноми і гени
Плодова муха дрозофіла Drosophila melanogaster. Геном модельної мухи. Геном: 120 млн пар підстав. Генів: 13 500.
Найбільш вивчений тип функціональних послідовностей ДНК - гени, що кодують білки. З таких генів зчитується молекула РНК, яка потім грає роль матриці для синтезу білків і визначає їх амінокислотну послідовність. Кодуюча частина молекули РНК може бути розділена на трійки нуклеотидів (кодони), які або відповідають деякій амінокислоті, або визначають місце закінчення синтезу білка (стоп-кодони). Правило відповідності кодонів амінокислотам називається генетичним кодом. Наприклад, кодон GCC кодує амінокислоту аланін.
Частково синтетична бактерія Mycoplasma laboratorium. Синтетичний геном, в якому закодовані імена синтезували його вчених. Геном: 580 000 пар підстав. Генів: 381.
Поміряємося генами?
Колись думали, що у такого складного організму, як людина, має бути дуже багато генів. Коли проект «Геном людини» підходив до завершення, вчені навіть влаштували тоталізатор: скільки генів буде виявлено? Яке ж було їх здивування, коли виявилося, що кількість генів у людини і маленького круглого хробака Caenorhabditis elegans приблизно однакова. У черв'яка близько 20 000 генів, а у нас - 20... 25 тисяч. Для «вінця творіння» факт досить образливий, особливо якщо врахувати, що існує багато організмів як з Більшим за розміром геномом (геном двоякодишної риби протоптер, Protopterus aethiopicus, в 40 разів більше людського), так і з більшою кількістю генів (у рису - 32 ‑ 50 тисяч генів).
Вільноживе нематода Caenorhabditis elegans. Маленький модельний геном тварини. Геном: 100 млн пар підстав. Генів: ~20 000.
Але насправді у людини менше 2% геному кодують якісь білки. Для чого ж потрібні інші 98%? Може, там ховається секрет нашої складності? Виявилося, що існують важливі некодуючі ділянки ДНК. Наприклад, це ділянки промоторів - послідовностей нуклеотидів, на які сідає фермент РНК-полімеразу і звідки починається синтез молекули РНК. Це ділянки пов'язування транскрипційних факторів - білків, що регулюють роботу генів. Це теломери, що захищають кінці хромосом, і центромери, необхідні для правильної розбіжності хромосом по різних полюсах клітин при діленні. Відомі деякі регуляторні молекули РНК (наприклад, мікроРНК, що перешкоджають синтезу білків відповідних генів на матричній РНК - копії гена-вихідника), а також молекули РНК, що входять до складу важливих ферментативних комплексів - наприклад, рибосом, які збирають з окремих амінокислот білки, пересуваючись по матричній РНК. Є й інші приклади важливих некодуючих ділянок ДНК.
Резуховидка Таля Arabidopsis thaliana. Маленький модельний рослинний геном. Геном: 119 млн пар підстав. Генів: ~25 000.