Скільки генів потрібно людині

Порівняння десятків тисяч людських геномів показало, що абсолютно необхідних генів налічується 3230.

У біології є поняття мінімального генома - мінімального набору генів, без яких організм не виживе. Звичайно, до цього поняття є маса питань. Наприклад, про який саме організмі йде мова? Можна взяти одноклітинних бактерію, а можна дуже і дуже багатоклітинного людини - за способом життя вони настільки різні, що і набір необхідних генів у них, очевидно, теж буде різним.

Х-хромосома людини під електронним мікроскопом. (Фото Dr. Gopal Murti / Visuals Unlimited / Corbis.)

Людські хромосоми в момент клітинного ділення. (Фото Lester V. Bergman / CORBIS.)

<

>

Знову ж таки, є пункт «способу життя». За яких умов мінімальний геном буде достатній? Та ж бактерія може потрапити в виключно сприятливе живильне середовище, з ідеальними показниками температури, вмісту солей, поживних речовин і т. Д., А може, навпаки, перейти на голодний пайок, та ще випробувати на собі підвищення солоності або кислотності. І набір необхідних для виживання генів в обох випадках буде різний. Тому при обговоренні мінімального генома часто обумовлюються, що мова йде саме про сприятливі умови життя.

Взагалі думка про те, що одні гени потрібніше інших, виникла порівняно давно: так, ще в 1996 році Аркадій Мушегян і Євген Кунин оцінили мінімальний необхідний геном для бактеріальної клітини в 256 генів; в 2004 році іншими дослідниками було запропоновано набір в 204 гена. Мінімальний геном будували на порівняльному аналізі декількох бактеріальних геномів; якщо ж говорити про конкретний організмі, то тут неминуче доводиться згадати про бактерії Mycoplasma genitalium, збудника захворювань сечостатевої системи людини - у неї налічується всього 517 генів, з яких 482 кодують білки; життєво важливих з них 382. Геном мікоплазми деякий час вважався самим маленьким, поки не були прочитані ДНК ще кількох мікроорганізмів, які можуть існувати тільки у вигляді симбіонтів всередині клітин хазяїна. Поки що чемпіоном тут є бактерія Carsonella, що мешкає в клітинах листоблошек - її геном містить всього 182 гена з білкової інформацією.

Бактерії бактеріями, а якщо спробувати оцінити мінімальне число генів у людини? Саме це спробувала зробити дослідницька група під керівництвом Деніела Макартура (Daniel MacArthur) з Інституту Броуда. Відокремити важливі гени від неважливих можна, якщо припустити, що важливі гени будуть у різних людей повністю або майже повністю схожі один на одного. Відомо, що в генах можуть проскакувати невеликі зміни в послідовності, за якими одна особина відрізняється від іншої; такі зміни можуть взагалі не позначатися на роботі білка, що кодується геном, або ж позначатися незначно. Але в разі важливих генів їх модифікації з дуже великою ймовірністю погано позначаться на організмі, і він навряд чи виживе. Що до неважливих генів, то вони можуть в певних умовах дозволити собі працювати не дуже добре, не піддаючи наше життя небезпеки.

І ось дослідники взялися порівняти між собою гени 60 тисяч чоловік (варто уточнити, що порівнювали лише Екзони, тобто ті ділянки генів, які несуть інформацію про послідовність амінокислот в білках). В сумі вдалося знайти 10 млн відмінностей.

З іншого боку, для кожного гена оцінювали теоретичне кількість варіантів, які б він отримав, якби вони виникали в ньому випадково і так і залишалися. Результат теоретичної прикидки порівнювали з тим, що отримали в ході порівняльного аналізу реальних послідовностей ДНК (взятих, нагадаємо, у 60 тис. Чоловік). Як і очікувалося, якісь гени легко «ставилися» до варіацій у власній послідовності, інші ж, навпаки, намагалися їх позбутися. Порахувавши гени, в яких змін не було або майже не було, автори роботи отримали цифру 3230 - саме стільки людських генів не можуть дозволити собі ніяких, навіть найменших змін у функціонуванні. Тобто, можна сказати, що ці 3230 і є життєво необхідний генетичний набір людини. (Нагадаємо, що всього ж людський геном налічує, за різними оцінками, від 20 до 25 тис. Генів.)

Очевидно, модифікації в послідовності таких генів відразу ж приводять до якихось важким розладам або ще під час ембріонального розвитку, так що людина навіть не встигає з'явитися на світло, або вже після народження, в дитинстві чи ранньої юності (людина вмирає, не встигнувши народити дітей). Дійсно, про 20% з описаних 3230 відомо, що вони пов'язані з різними захворюваннями, проте функцію більшості інших генів ще належить з'ясувати. Отримані результати можна використовувати в медичних цілях: очевидно, що пошук генетичних причин тих чи інших захворювань найкраще починати саме з «мінімального генетичного набору».

Нові дані поки що існують у вигляді препринта, статті з ними поки немає. Можливо, що до моменту офіційної публікації, після всіх зауважень рецензентів, число генів якось зміниться. Втім, воно може змінитися і так: хто знає, раптом, якщо ми візьмемо ще більший набір послідовностей для аналізу, то список необхідних генів збільшиться? Не будемо забувати і про те, що наш геном, як і будь-який інший, складається не тільки з кодують послідовностей (тобто тих, що безпосередньо несуть інформацію про білках) - в ДНК існує маса регуляторних ділянок, промоторів, енхансером, інсуляторов, ділянок, кодують регуляторні РНК, і серед них, безумовно, є життєво важливі.

До речі кажучи, одне із завдань визначення мінімального генома - створення організму в буквальному сенсі з нуля. Іншими словами, чи можемо ми, знаючи генетичний набір мінімального генома, створити живу бактеріальну клітину, нехай і вимагає для себе виключно сприятливих умов? З бактеріями, між іншим, це вже намагаються виконати; що ж, коли-небудь справа дійде і до людини.

за матеріалами Science .