Первая трехмерная структурная хромосома была обнаружена на ископаемой коже мамонта

В образцах кожи животного, прекрасно сохранившихся в вечной мерзлоте, исследователи обнаружили хромосомы, сохранившиеся в своей первоначальной трехмерной конфигурации. Ранее это считалось невозможным при исследовании древней ДНК.

Это исследование является первым, сообщающим о трехмерной структуре древнего генома. Поскольку пространственная структура генома — полный «набор генетического материала» организма — содержит подсказки об активности его генов, понимание структуры может дать более глубокое понимание клеточной биологии кожи мамонта по сравнению с простым тестированием последовательности ДНК, как обычно. Это беспрецедентный подвиг.

Размытые следы времени

Около 40 лет назад ученые обнаружили, что фрагменты ДНК могут существовать в образцах из далекого прошлого, включая египетские мумии возрастом в тысячи лет. С тех пор было признано, что во многих древних реликвиях ДНК все еще сохраняется.

«Однако со временем ДНК деградирует и химически повреждается, поэтому в прошлом исследователи могли получать только фрагменты ДНК, не имеющие целостной структуры», — сказал генетик Эрез Либерман Эйден из Медицинской школы Университета Бейлора в Техасе. «Реконструкция трехмерного генома из таких фрагментов ДНК практически невозможна: геномы млекопитающих в 30 миллионов раз больше типичного фрагмента древней ДНК».

Кроме того, неповрежденная хромосома — одна длинная молекула ДНК, содержащая часть генетического материала организма — примерно в миллион раз длиннее большинства древних фрагментов ДНК. Из-за предположения, что трехмерная структура ДНК со временем исчезнет, ​​никто не пытался изучать организацию хромосом в ядрах древних клеток.

Невероятное открытие

Оспаривая это предположение, Либерман Эйден и его коллеги приступили к девятилетнему исследовательскому проекту по поиску наиболее сохранившихся древних образцов. Спустя почти десятилетие ученые наконец обнаружили почти неповрежденные хромосомы в 52 000-летних образцах кожи шерстистого мамонта (Mammuthus primigenius), выкопанных из вечной мерзлоты в Сибири. Соавтор исследования Синтия Перес Эстрада, генетик из Медицинского колледжа Бейлора, сказала, что открытие было «удивительным».

Затем группа проанализировала структуру хромосомы мамонта и выявила сворачивание молекулы ДНК и ее пространственную организацию в ядре — две особенности, которые важны для определения того, какие гены «активируются» и на какой срок.

Сравнение с современными слонами, ближайшими ныне живущими родственниками мамонта, показывает не только сходство в числе и структуре хромосом, но и различия в активности генов, связанных с ростом шерсти и адаптацией к холодной погоде.

В частности, впервые ученые определили, что у шерстистых мамонтов было 28 пар хромосом, как у современных слонов. Это также первый раз, когда ученым удалось подсчитать количество хромосом давно вымершего животного.

«Замороженная ДНК»

Исследователи предполагают, что хромосомы этого мамонта сохранились в стеклообразном состоянии благодаря процессу дегидратации, похожему на тот, который используется для производства вяленой говядины. Этот метод создает ткань, в которой молекулы ДНК плотно упакованы и неподвижны.

Эксперименты группы с сублимированной говядиной, в ходе которых она подвергалась суровым испытаниям, включая выстрелы из пистолета и наезды автомобиля, подтвердили теорию исследователей: вяленое мясо развалилось, как стекло, но его хромосомы остались целыми.

Настоящее открытие демонстрирует потенциал восстановления древней ДНК, далеко выходящий за рамки того, что считалось возможным ранее, при условии идеальных условий.

Карим Винтерс

Обновление 14 июля 2024 г.