Большую часть генома человека вновь объявили бесполезной

Генетик Дэн Грор (Dan Graur) из Университета Хьюстона (США) подсчитал верхний предел функциональности человеческого генома. В своих расчетах Грор взял за основу частоту вредных мутаций, которые возникают в каждом поколении и нарушают работу «значащей» ДНК. По оценке ученого, даже в самом оптимистичном случае только четверть генома выполняет какую-то функцию, а всю остальную ДНК можно смело считать «мусорной». Эти расчеты противоречат полученным ранее в ходе проекта ENCODE данным о том, что 80 процентов генома человека несет некую биохимическую нагрузку. Статья опубликована в журнале с открытым доступом Genome Biology and Evolution, а с комментариями ученых по этому поводу можно ознакомиться в заметке в New Scientist.

большую часть генома человека вновь объявили бесполезной

Двойной набор хромосом человека содержит шесть миллиардов нуклеотидов, однако последовательности, кодирующие белки, составляют менее двух процентов всей ДНК. Какой-то процент генома приходится на регуляторные последовательности, то есть участки, отвечающие за тонкую настройку работы генов. Вероятно, регуляция является функцией значительной части генома, но подтвержденных данных пока очень мало. Согласно устоявшейся гипотезе большая часть ДНК человека считается «мусорной», то есть ничего не значащей.

Чтобы разобраться, зачем нам столько ДНК, американский Исследовательский Институт генома человека в 2003 году запустил проект ENCODE (ENCyclopedia Of DNA Elements – Энциклопедия элементов ДНК). Заявленной целью проекта было картировать функциональные элементы в составе генома. В 2012 году проект подвел промежуточные итоги, что сопровождалось публикацией нескольких десятков статей в престижных научных журналах. Согласно данным, полученным в ходе проекта, 80 процентов человеческой ДНК «засветилось» в каком-либо процессе, связанном с РНК или белками хроматина. Журналисты трактовали это как функциональность.

Сразу после публикации эта цифра подверглась критике. Тот факт, что с ДНК считывается РНК, еще не означает, что эта РНК функциональна – полимераза может синтезировать короткие кусочки РНК на ДНК-матрице случайным образом. Также связывание белков с ДНК не значит, что они участвуют в каком-то «полезном» процессе. Дэн Грор, генетик и автор учебника по молекулярной эволюции, был среди критиков проекта ENCODE. Он утверждал, что для подобных громких заявлений у ученых недостаточно данных о реальной функциональности найденных участков генома.

В своей новой статье Грор решил оценить предельный размер функциональной части генома человека, опираясь на эволюционный подход. Известно, что в каждом поколении человек приобретает новые мутации, в том числе в половых клетках, и часть из них является вредными. Новые мутации распределены по геному случайным образом, но если вредная мутация попадет в функциональный участок, это негативно отразится на потомках, которые унаследуют эту мутацию. Ученый подсчитал, сколько потомков должна оставлять пара, чтобы поддерживать размер популяции, с учетом того, что часть детей будет погибать из-за новых вредных мутаций.

Количество новых наследуемых мутаций, которые человек приобретает в течение жизни, оценивается от 10-8 до 2.5х10-8 на нуклеотид, то есть мы передаем потомкам несколько десятков мутаций. Вредными из них, по разным оценкам, могут быть от 4 до 76 процентов. Для поддержания размера популяции у пары должно выживать два ребенка. По расчетам Грора, даже при самом низком проценте вредных мутаций, если бы геном был полностью функционален, каждая пара родителей должна была бы производить на свет 24 потомка, из которых выживали бы только два. Чтобы оправдать цифру в 80 процентов, каждой женщине нужно было бы рожать 15 детей. В реальности средний уровень воспроизводства для человеческой популяции составляет 3,6 ребенка, и исходя из этого рабочую часть генома Грор оценивает максимум в 25 процентов, а скорее в 10-15 процентов.

Кроме расчета размеров функциональной части генома ученый также предполагает, что число вредных мутаций в реальности не так уж велико, иначе рабочая часть генома была бы меньше тех значений, в которых мы точно уверены. Недавно мы писали о работе российских ученых, которые доказали, что вредные мутации влияют друг на друга и усиливают эффект.

Несмотря на критику, проект ENCODE стал закономерным продолжением проекта «Геном человека» и уже собрал много ценных данных, которыми пользуются ученые. В настоящее время он продолжается. Прочитать о первом этапе этого проекта с комментариями российских специалистов можно, например, здесь.

Автор: Дарья Спасская

Ссылка на источник