Как на дрожжах

Митохондрия. Изображение: solvanam.com

Фенотип живого существа определяется генами, но не только его собственными

Артем Асташенков

14 мая, 2014 15:31

4 мин

Менее половины наследственных вариаций организма зависит от генотипа, выяснили ученые из Массачусетского технологического института (MIT) и кембриджского Института биомедицинских исследований Уайтхеда. Как говорится в исследовании, итоги которого опубликованы в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences, значительную роль при транскрипции и трансляции генетической информации в конечные протеины играют привнесенные элементы, такие, как митохондриальная ДНК и вирусы.

Уже более 10 лет ученые располагают полной картой человеческого генома, но принципиально новые методы лечения болезней, а тем более улучшения врожденных качеств, пока так и не появились. Определение роли отдельных генов остается серьезной проблемой, отчасти потому, что установлению прямых взаимосвязей препятствуют внешние факторы, влияющие на транскрипцию генетического кода: различные протеины, химические соединения, «цепляющиеся» к ДНК, фрагменты РНК.

Ученые обнаружили, что фенотип (вся совокупность характеристик индивида) зависит даже не столько от его собственного генетического кода, сколько от собственной ДНК митохондрий и случайно затесавшихся в процесс генной транскрипции вирусов.

Все началось с простого эксперимента по управлению ростом дрожжей. Ученые пытались проверить влияние определенного набора генов на этот процесс, для чего сравнивали развитие нескольких колоний одноклеточных, у части которых соответствующий участок ДНК был удален.

Результаты оказались абсолютно хаотичными: некоторые экспериментальные колонии дрожжей росли намного хуже контрольной группы, некоторые ничем не отличались от обычных. Разброс показателей казался совершенно необъяснимым. Тогда исследователи обратили внимание на присутствовавший в образцах РНК-вирус.

«Мы не могли воспроизвести многие из наших результатов и обнаружили, что в ходе экспериментов один двухцепочечный РНК-вирус в некоторых колониях исчезал, а в тех, где оставался, оказывал огромное влияние. Тогда мы выдвинули гипотезу, что если этот вирус так важен, то можно допустить, что и другие нехромосомные генетические элементы могут иметь значение. Поэтому мы обратили внимание на митохондрии», — объясняет профессор Дэвид Гиффорд, занимавшийся компьютерным анализом экспериментальных данных в MIT.

Митохондрии — это органеллы клеток, которые вырабатывают для них «топливо» — аденозинтрифосфат. От митохондрий зависит практически вся животная и растительная жизнь. При этом в эволюционном смысле их происхождение остается загадкой: у них есть собственная ДНК, отличная от ДНК организма, в котором они находятся. Ученые предполагают, что на заре жизни на Земле митохондрии были бактериями, у которых возник симбиоз с ранними простейшими организмами.

Ученые перестроили свой эксперимент с учетом новой гипотезы. Каждый образец дрожжей с тем или иным удаленным геном теперь рассматривался в нескольких вариантах — с разными комбинациями митохондрий и вируса. Для большего разнообразия они успешно имплантировали одним клеткам митохондрии других.

Оказалось, что простое удаление генов объясняет лишь около 40% вариативности в колониях дрожжей. Когда исследователи попытались линейно разбить имеющиеся образцы на категории в зависимости от присутствующего нехромосомного генетического материала, это помогло обосновать около 60% изменений.

Тогда инженеры из MIT построили компьютерную модель, учитывающую все многообразие образцов, и выявили нелинейную зависимость результатов от определенных сочетаний митохондрий и вируса. Различные комбинации нехромосомного генетического материала из разных источников объяснили более 90% вариативности экспериментальных организмов.

В генетическом коде хранится ключ к лечению многих болезней. Результаты эксперимента однозначно показывают, что при исследовании механизмов наследования и изменения необходимо учитывать не только собственный генотип особи и ее предков, но и другие факторы, такие как ДНК митохондрий и различных вирусов.

ТЕГИ

поддержать проект

Для поднятия хорошего настроения, вы можете угостить наших редакторов чашечкой кофе

Маленькая чашка кофе