Александр Розов (alex_rozoff) wrote,
Александр Розов
alex_rozoff

Category:

Генинженерии надо не только рыться на помойке в поисках деталей, но и самой создавать машины

Представьте себе огромную свалку. На этой свалке, как в типичной стране Третьего мира, обитают бомжи. Они очень условно поделили свалку, примерно как старатели времен Золотой лихорадки, и ищут там всякие штуки и когда найдут – пытаются наугад применить в быту. Порой неудачно. Время от времени они переползают с участка на участок. А между тем, мусоровозы периодически скидывают новые порции всякой фигни на свалку. Так это устроено.
Генофонд человечества, это та самая огромная свалка. Свалка фрагментов ДНК-кода, который хаотически пишется 4-буквеннным алфавитом. И эта процедура накопления мусора идет более двух миллиардов лет с эры докембрия, когда возникли первые многоклеточные – наши прямые предки.
Естественный отбор лишь отбраковывает такие комбинации фраз, которые оказались совсем неудачными. Как турнирная таблица Паралимписких игр. В соревновании кто-то вылетает, но выигравший не перестает быть инвалидом. Так вот: генофонд человечества - свалка. Геном человека состоит из трех миллиардов букв. Эти буквы местами образуют более-менее понятные фразы примерно по 3000 букв: гены. У человека где-то 20 тысяч генов, это 60 миллионов букв.
60 миллионов из трех миллиардов. Примерно 2 процента генома - это понятные фразы, кодирующие разные РНК и протеины для жизни. Остальное мусор...
...Геном человека – zip-архив, в котором 2 процента это сжатая картинка человека, а 98 процентов это мусор, смесь из бессмысленного балласта и всякой вредной дряни вроде вирусов, червей, и троянов.
https://proza.ru/2019/10/10/1477 Букет для улитки. Решето джамблей - 2

Может, персонаж из книги утрирует? Ну разве что, чуть-чуть. Смотрим картинку:

Пояснение:

У человека 3,2 миллиарда пар нуклеотидов. А вот японский вороний глаз (Paris japonica) — красивое растение с белыми цветами — имеет в своем геноме 150 миллиардов пар оснований. Получается, что человек должен быть устроен в 50 раз проще какого-то цветка. А двоякодышащая рыба протоптер (двоякодышащая — обладающая как жаберным, так и легочным дыханием), получается, в 40 раз сложнее, чем человек. Может, все рыбы почему-то сложнее, чем люди? Нет. Ядовитая рыба фугу, из которой японцы готовят деликатес, имеет геном в восемь раз меньше, чем у человека, и в 330 раз меньше, чем у двоякодышащей рыбы протоптер.
Остается посчитать хромосомы — но это еще сильнее запутывает картину.

Как может человек по количеству хромосом быть равным ясеню, а шимпанзе — таракану?
С этими парадоксами эволюционные биологи и генетики столкнулись давным-давно. Они были вынуждены признать, что размер генома, в чем бы мы его ни пытались посчитать, поразительно не связан со сложностью устройства организмов. Этот парадокс назвали "загадкой значений С", где С — это количество ДНК в клетке (C-value paradoх, точный перевод — "парадокс величины генома"). И все-таки какие-то корреляции между видами и царствами существуют.
Ясно, например, что эукариоты (живые организмы, клетки которых содержат ядро) имеют в среднем геномы больше, чем прокариоты (живые организмы, клетки которых не содержат ядро). Позвоночные животные имеют в среднем геномы больше, чем беспозвоночные. Однако тут есть исключения, которые никто пока не смог объяснить.
Профессор Техасского агромеханического университета и Гёттингенского университета Константин Крутовский: "Размер генома не связан с продолжительностью жизненного цикла организма! Например, есть виды внутри одного рода, которые имеют одинаковый размер генома, но могут различаться по продолжительности жизни в десятки, если не сотни раз. В целом есть связь размера генома с эволюционной продвинутостью и сложностью организации, но со множеством исключений. В основном размер генома связан с плоидностью (копийностью) генома (причем полиплоиды встречаются и у растений, и у животных) и количеством высокоповторяющейся ДНК (простые и сложные повторы, транспозоны и другие мобильные элементы)".
Андрей Синюшин, кандидат биологических наук, доцент кафедры генетики биологического факультета МГУ имени М. В. Ломоносова: "Есть впечатление, что размер генома хотя и влияет на некоторые показатели организма, не решает ничего однозначно. Иначе "парадокс величины генома" и не был бы парадоксом. Рост и развитие организма связаны с делением клеток. Каждому делению клетки предшествует удвоение ДНК — копирование всех ее "букв" — нуклеотидов. Поэтому логика проста: чем больше у клетки ДНК (независимо от ее содержания), тем медленнее будет делиться такая клетка и происходить рост организма, состоящего из таких клеток. Однозначно сказать, что растения с большим геномом будут многолетними, а с маленьким — однолетними, нельзя. Есть ощущение, что в ходе эволюции разные группы растений решили эту проблему по-разному".
https://ria.ru/20170704/1497743424.html
Сравнительные размеры генома разных существ - по числу пар нуклеотидов и по числу генов - можно посмотреть тут:
https://ru.wikipedia.org/wiki/Геном

Познакомимся с мнением еще одного специалиста.
Заведующий лабораторией сравнительной геномики Института молекулярной и клеточной биологии СО РАН, доцент Новосибирского государственного университета Владимир Александрович Трифонов: Мы в институте занимаемся поиском и изучением новой информации о геномах живых существ, конечно же, наши исследования идут в рамках общей парадигмы эволюционного дарвинизма и его продолжения — Синтетической теории эволюции. Геном — это определённая инструкция, записанная в виде последовательностей нуклеотидов, о том, как построить все клетки, ткани и органы единого организма и как им в целом управлять. В этом направлении науки исследователи постоянно находят неожиданные и удивительные факты. Например, у человека в одной клетке содержится около двух метров ДНК (три миллиарда нуклеотидных остатков). У животных геномы по размеру разные. Из позвоночных самый крупный — у двоякодышащих рыб (40 миллиардов пар нуклеотидов). А у амёбы Polychaos dubium — в 200 раз больше, чем у человека. Зачем таким простым и крошечным существам, как амеба, столь огромные совокупности наследственной информации? Пока загадка. Поражает отсутствие корреляции между размером генома и сложностью организма: особи могут быть похожими, одинаково себя вести, но при этом у них могут отличаться геномы по размеру в два раза. Почему так — до конца не ясно. Вообще само по себе секвенирование — ещё далеко не финал, а скорее, самое начало исследования генома. В некоторых случаях понять полученные данные поможет только полная сборка (процесс объединения большого количества коротких фрагментов ДНК в одну или несколько длинных последовательностей) и аннотация (описание структурных и функциональных характеристик участков генома).
https://www.mcb.nsc.ru/history/media/822

Можно ли укоротить геном, избавиться от мусора и получить понятную функциональность содержимого этой инструкции? Похоже что да.
Японские ученые открыли бактерию с самым коротким геномом. Он кодирует всего 182 белка. Такой «экономии» бактерии удалось достичь, благодаря симбиозу с листоблошкой — крохотным насекомым-хозяином.
Бактерия-рекордсмен Carsonella ruddii живет в клетках крошечного насекомого из семейства листоблошек.
Геном этой симбиотической бактерии содержит всего 160 тысяч нуклеотидных пар, то есть букв генетического текста, и кодирует всего 182 белка. Симбиотические отношения позволили бактерии избавиться от генов, отвечающих за производство липидов и полисахаридов клеточной стенки, и оставить только гены, отвечающие за синтез белка и производство аминокислот, необходимых насекомому-хозяину. Помимо того, бактерия избавилась от «бессмысленных» некодирующих геномных вставок, резко уплотнив (до 97%) смысловую часть генома.
https://www.svoboda.org/a/267575.html

Ладно, а кто обладатель геномного минимума у многоклеточных органиизмов? На данный момент таковым считается Intoshia variabili - представитель довольно экзотического типа: ортонектиды (Orthonectida). Это существа около 1 мм длиной, и с достаточно сложным жизненным циклом.

Строение различных стадий жизненного цикла ортонектид: 1) плазмодий; 2, 3) развитие половозрелых особей из клеток плазмодия; 4) спаривающиеся взрослые особи; 5) личинка
https://ru.wikipedia.org/wiki/Ортонектиды
Какой геном у этих существ? Читаем мнение специалиста.
кандидат биологических наук старший научный сотрудник СПбГУ Наталья Бондаренко: Его размер составляет 15,3 миллионов пар оснований. Количество генов — 5120, причем половина из них — это так называемые orphan genes, которые не группируются ни с какими с другими известными науке генами. Они уникальны именно для ортонектид. Мы продолжаем работать в этом направлении, чтобы понять, что это за гены, а также как они работают в геноме
https://spbu.ru/news-events/novosti/uchenye-spbgu-vyyasnili-u-kogo-iz-mnogokletochnyh-samyy-korotkiy-genom

ПАУЗА...
...И естественный вопрос:
Может хватит пассивно изучать геномы, т.е. просто разбирать (секвенировать) и пытаться воздействовать точечно, чтобы понять по косвенным признакам, как что работает? Может пора уже самим делать синтетические гекномы, и опытным путем разобраться, как что устроено?
А то мы похожи на жителей условного города, которые сто лет все поголовно 24x7 пользуются автомобилями, страдают от низкого качества автомобилей, кое-как чинят автомобили, полжизни вынуждены ездить на частично-неисправных автомобилях, научились уже даже разбирать автомобили на запчасти, и при этом...
...Не пытаются сами сделать хороший автомобиль.

...Или пытаются? Познакомимся с еще двумя специалистами специалистами.
5 АПР 2016, Минимум необходимого. Как скоро мы научимся программировать живые организмы «с нуля»
Недавно одиозный генетик Крейг Вентер и его коллеги заявили, что смогли смоделировать, синтезировать и заставить работать в живой клетке геном минимально возможной длины. Пора ли уже говорить, что ученые вплотную подошли к созданию синтетической жизни?
Вентер, считает, что его работа по созданию искусственной жизни началась 20 лет назад, когда в 1995 году он и его коллеги впервые целиком расшифровали геном живого существа — бактерии гемофильной палочки. В том же году исследователи «расправились» с ДНК бактерии Mycoplasma genitalium. У нее самый короткий геном среди всех живых организмов.
В 2010 году они смогли целиком синтезировать геном другого вида микоплазм — Mycoplasma mycoides — с 901 геном. Из него путем «вырезания» генов, без которых клетка могла жить, ученые смогли получить минимальный геном. Он включает всего 473 гена — в два раза меньше, чем «исходный» вариант. Что самое удивительное, функции примерно трети из этих совершенно необходимых микоплазме для жизни генов неизвестны науке.
Вентер полагает, что его разработки помогут в скором времени делать необходимые микроорганизмы «на заказ», добавляя к «болванкам» в виде минимальных генетических последовательностей нужные функции. Правда ли, что генетики скоро научатся программировать живые организмы с нуля и зачем все это нужно, объясняет Александр Манолов, сотрудник лаборатории биоинформатики ФНКЦ физико-химической медицины.
— Зачем нужно определять минимальный геном?
— Поиск минимального генома помогает оценить важность каждого отдельного гена для самых базовых процессов в клетке — роста и деления, а также определить случаи избыточности, когда одна и та же функция дублируется различными генами. То есть одна из задач — это углубление знаний о функциях конкретных генов.
Если думать о живой клетке как о компьютере, а о геноме — как об исходных кодах программ, то можно переформулировать идею Вентера так: нужно отделить операционную систему (или ядро операционной системы) от вспомогательных утилит. Тут проявляется еще одна вероятная польза знаний о минимальном геноме: чем короче исходники, тем больше шансов в них разобраться.
Если смотреть дальше, то работы по созданию искусственных геномов и искусственных живых клеток — это шаги на пути к пониманию отличий живого от неживого. И мы, кажется, только в начале этого пути.
https://tass.ru/sci/6822133

...Такие дела...
Subscribe

  • Post a new comment

    Error

    Anonymous comments are disabled in this journal

    default userpic
  • 300 comments
Previous
← Ctrl ← Alt
Next
Ctrl → Alt →
Previous
← Ctrl ← Alt
Next
Ctrl → Alt →