В Сибири соединили на генетическом уровне человека и комара
Ученые рассказали, зачем скрестили гены человека и комара
Российские ученые из Института цитологии и генетики Сибирского отделения РАН впервые скрестили геномы человека и комара. Создали гибридные клетки, чтобы посмотреть… что из этого, по большому счету, получится. О результате этой довольно неожиданной работы нам рассказал научный руководитель проекта, доктор биологических наук Вениамин Фишман.
Трансгенных мышей создавали, трансгенных коров создавали, с комарами пока не работали… Да и зачем, казалось бы, ведь если с той же мышью наши эволюционные ветви разошлись каких-то 70-90 миллионов лет назад, оставив на память очень большие сходства в ДНК и почти одинаково работающие внутренние органы, то с комаром мы распрощались аж 600 миллионов лет назад, когда наши общие предки в виде каких-нибудь губок или медуз еще плавали в океане.
Оказалось, что именно эта генетическая удаленность и непохожесть на нас комаров и привлекла внимание генетиков, которые проводят фундаментальные исследования генома и обучают анализу ДНК нейросети. Им было очень интересно посмотреть, как белки человеческой клетки взаимодействуют с генетическим материалом далёкого вида.
– Для чего надо выяснять взаимодействие человеческого и комариного геномов? У нас что, есть шанс когда-либо объединиться?
– Есть несколько причин, которые нас мотивируют к таким исследованиям, – отвечает Вениамин Фишман. – Одна из них – обучение искусственного интеллекта. Он проникает во все сферы деятельности, и в биологию тоже. Но если при работе с текстами или изображениями он достиг уже очень большого успеха, то в биологии есть проблема: в нашем генетическом наборе, в отличие от классического буквенного алфавита, всего четыре буквы-нуклеотида – А, T, G, С – и они не подчиняются никаким правилам грамматики, это всего лишь химические молекулы.
Вот мы видим изменения «буквы» в геноме, нужно сказать, как это скажется на человеке, на его заболеваниях, предрасположенностях? В принципе это понятная задача, если мы говорим о среднестатистическом геноме человека, и во всем мире ученые занимаются таким анализом ДНК. Но как только мы видим, какую-то уникальную мутацию конкретного пациента, все наработанные правила перестают работать.
– И при чем тут, извините, комар?
– Это наше радикальное решение проблемы знакомства с необычными последовательностям: давайте возьмём последовательность, которую у человека мы никогда не встречали, и добавим в эту выборку, чтобы разнообразить её. Ведь на самом деле человек с точки зрения генетики очень однообразный вид, даже у коров больше разнообразия. И это логично, ведь человеческий вид прошел бутылочное горлышко, когда на земле жило всего несколько тысяч людей, сравнительно недавно. И все мы происходим из этого небольшого пула геномов.
Как только мы идём в какой-то совершенно другой вид организмов, то мы получаем намного больше разнообразия последовательностей и изучаем, как они себя ведут.
– То есть в пределах человеческой популяции варианты уже иссякли?
– Не иссякли, но они, как хорошая семья, чаще всего неразлучны. Поэтому, исследуя геном человека трудно понять, какие варианты действительно вызывают болезни, а какие просто путешествуют с ними вместе в одном геноме. Вот пример: в геноме человека есть такая особенность: сочетание двух букв – С и G (CG). Такие сочетания встречаются редко, в основном, именно рядом с активными генами. Это сочетание ответственно за включение-выключение генов. «Ну а у кого их больше – у человека или комара?» – задумались ученые. Оказалось, что у комаров таких сочетаний полно, но они не влияют на активность комариных генов.
– Кстати, забыла сразу спросить: а почему именно комары были взяты вами для исследования? Почему не черви какие-нибудь или вообще растения?
– Объяснение тут сугубо бытовое: у нас просто была в лаборатории культура клеток комаров, которую мы давным-давно привезли из США. Она относится к Anopheles stephensi — одному из самых изученных видов малярийных комаров, который исторически являлся главным переносчиком малярии в городах Южной Азии.
– А не слишком рискованно объединять геномы таких комариков с человеческими?
– Вот тут мы и подходим к нашим результатам, которые говорят о том, что вставленные нами куски генома комара в человеческий геном ни к чему не привели, они просто перестали работать в гибридном варианте. Мы как раз показываем, что от таких далёких видов ничего человеку перенести нельзя.
– Как вы их объединяли?
– Гибридные клетки были получены методом соматической гибридизации. Для этого клетки человека и комара слили в единую массу с помощью синтетического полимера полиэтиленгликоля. После этого в человеческих клетках и появились вставки ДНК комара.
– Что же вы намерены делать дальше с неработающими кусками генома комара?
– Я не успел сказать вам о другой части работы… Убедившись, что одиночные белки не позволили преодолеть неактивное состояние ДНК комара в гибридной клетке, мы все-таки нашли способ «разбудить» ее. Для этого мы искусственно направили на ее фрагменты сильные ферменты-активаторы (это специальные генетические конструкции). И что вы думаете? ДНК комара начала проявлять активность в том самом месте, на которое мы воздействовали, она стала менее плотно упакованной.
– Это как-то повлияло на саму гибридную клетку?
– Нет, ее жизнеспособность не изменилась. Мы просто показали, что, если направить активаторы в одно место сразу и в большом количестве, ДНК комара активируется.
– И что вы планируете делать дальше?
– Хотим испытать другие белки-активаторы и получить гибриды человеческих клеток с генетическим материалом иных организмов. Это позволит сравнить, одинаково ли человеческая клетка подавляет активность разных чужеродных последовательностей и от чего зависит этот процесс.
– Кто из живых существ вас бы заинтересовал больше всего после комара?
– Ближайшие предки позвоночных животных – морские ежи, оболочники, ланцетник. Про позвоночных мы уже знаем, что большая часть их ДНК-«грамматики» похожа. А насколько отличаются эти виды от нас с вами на молекулярном уровне, пока не до конца понятно.
Кстати, еще одной из фундаментальных задач генетиков является достижение ответа на вопрос: а по какой причине мы «разошлись» когда-то с теми же комарами или морскими ежами? Как вдруг последовательности генома стали настолько разными, что больше не «включаются» в присутствии «дальних родственников»? Вот вопросы, на которые у нас пока нет ответа.
