Учёные нашли способ изучения генома вымерших животных

Из кожи найденного в Якутии шерстистого мамонта возрастом 52 тысячи лет впервые удалось извлечь остекленевшие древние хромосомы. Они намного крупнее известных ранее типов древней ДНК и сохраняют информацию о том, какие гены были активны. Как предполагают ученые, это поможет собрать геномы вымерших видов.

В 2018 году в Якутии была обнаружена хорошо сохранившаяся туша древнего животного, которого затем стали называть «Тот самый мамонт». Профессор Центра палеогенетики Стокгольмского университета Лаву Далену взял кусочек мягких тканей с его лба. Исследование образца позволило ученым сделать открытие, которое предоставляет невероятные перспективы для изучения древних организмов.

Незадолго до начала эпидемии коронавируса американский ученый Эрез Либерман Эйден изобрел метод Hi-C, основанный на изучении конформации ДНК, то есть ее расположения в ядре.

— Hi-C позволяет узнать, сколько и каких хромосом содержится в ядре, и одновременно прочитать их, то есть он совмещает цитологические методы и секвенирование, — рассказывает завлабораторией цитогенетики животных Института молекулярной и клеточной биологии СО РАН член-корреспондент РАН Александр Графодатский. —. Доцент Центра геномной архитектуры колледжа Бэйлор доктор медицинских наук Ольга Дудченко придумала сделать с помощью Hi-C зоопарк ДНК всех возможных живых организмов. Филиал такого зоопарка появился и у нас — в Институте молекулярной и клеточной биологии СО РАН. Нам удалось накопить гигантское количество культур клеток, идеально подходящих для Hi-C, а совмещение его с нашими цитологическими методами дает поразительные результаты в плане изучения геномов.

Зная, что крошечные фрагменты древней ДНК могут сохраняться в течение долгого времени, международная группа ученых под руководством медицинского колледжа Бейлора, Копенгагенского университета и Национального центра анатомии и регуляции генома решила попробовать исследовать с помощью Hi-C хромосомы мамонтов. Как пишет «Наука в Сибири», Тот самый мамонт смог их удивить — в образце его кожи вплоть до миллиардных долей метра сохранилась структура древних, замороженных на десятки тысячелетий, хромосом.

Ископаемые хромосомы — новый мощный инструмент для изучения истории жизни на Земле. Длина типичных фрагментов древней ДНК редко превышает 100 пар оснований, или 100 букв генетического кода, что намного меньше, чем полная последовательность ДНК организма, которая часто состоит из миллиардов букв. Напротив, ископаемые хромосомы могут содержать сотни миллионов генетических букв.

Hi-C позволил доказать, что ближайшими родственниками мамонтов из ныне живущих организмов являются современные индийские слоны. Кроме того, именно этот метод помог выяснить, что Тот самый мамонт был шерстистым.

Пожалуй, главный вопрос, который волновал исследователей: как могли фрагменты ДНК древних хромосом сохраниться в течение 52 000 лет и при этом не растерять свою трехмерную структуру? Удалось выяснить, что окаменелости хромосом находились в совершенно особом состоянии, очень напоминающем положение молекул в стекле. Многие цивилизации разработали способы стеклования продуктов питания для их сохранения, обычно путем сочетания охлаждения и обезвоживания. Именно так были созданы чипсы тортилья и вяленая говядина. С телом Того самого мамонта, похоже, такие трансформации произошли естественным образом — благодаря сухому и очень холодному якутскому климату.

Огромный вклад в исследования внесли российские ученые. Группа из четырех сотрудников Музея мамонта (Якутия) под началом руководителя отдела изучения мамонтовой фауны доктора биологических наук Альберта Васильевич Протопопова находила в архивах и предоставляла для исследования всё новые и новые материалы мамонтовой фауны. Кстати, в этой работе принял участие и знаменитый мамонтенок Юка, но его хромосомы оказались менее сохранны.

Команда гистологов из лаборатории морфологии и функции клеточных структур ФИЦ «Институт цитологии и генетики СО РАН», возглавляемая доктором биологических наук Николаем Рубцовым, описывала гистологическую структуру тех мест, откуда были получены ядра клеток. Ученые лаборатории цитогенетики животных Института молекулярной и клеточной биологии СО РАН извлекали ДНК образцов, выполняли для многих из них Hi-C, выделяли и изучали внутренние структуры хромосом.

— Мы хотим попробовать поискать такие же остекленевшие клетки в других замороженных организмах. В Якутии в этом плане богатство неизмеримое: там есть и копытные, например, знаменитая ленская лошадь, которая непонятно как соотносится с нашими лошадьми, и хищники — замороженные львята, и множество других животных. Кроме того, интересно выяснить, почему остекленевшие хромосомы в разных частях организма сохраняются по-разному, — рассказывает Александр Графодатский.

В то же время он признается, что такого мощного открытия уже не будет — ведь в этом исследовании сохранность остекленевших хромосом в ископаемых организмах была показана впервые.

— Кто знает, может, будут другие открытия? – рассуждает учёный. — Вдруг появится метод, позволяющий извлекать хромосомы из костей? Сейчас это невозможно, но сохранение хромосом в ископаемых организмах тоже считалось невозможным, поэтому я уже ничему не удивлюсь.

По информации «Науки в Сибири»

Фото с сайта ИАЭТ СО РАН