Александр Розов (alex_rozoff) wrote,
Александр Розов
alex_rozoff

Category:

От выполненного проекта syn3.0 - к проекту минимышь, от минимыши - к оптимизации генома человека

Генофонд человечества, это огромная 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. 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.
(Букет для улитки. Решето джамблей - 2 )


Проект syn3.0 (минимальный жизнеобеспечивающий бактериальны геном)* завершен в 2016 году*

Условно-минимальный жизнеобеспечивающий геном JCVI-syn3.0 был получен путем урезания и так очень экономичного прототипа (генома бактерии-микоплазмы, содержащего около 600 тысяч "букв") - примерно на 10% (473 гена против 525 в прототипе - по данным nkj)
Любопытно, что работа велась "методом тыка" - т.е. всю ДНК бактерии-прототипа разбили на несколько сегментов, и начали их комбинировать между собой, в каждом случае экспериментально выясняя, жизнеспособен ли получающийся организм.
По сути, команда исследователей перенесла в генную инженерию - методологию реверс-инженерии (reverse engineering, обратное проектирование), широко применявшуюся в 1940-х - 1980-х в советском, в 1970-х - 2000-х в китайском, а в 1990-х - 2010-х - в северокорейском промышленном пиратстве.

Реверс-инженерия это исследование готового устройства, полученного без документации - с целью понять принцип его работы в достаточной мере, чтобы затем воспроизводить и модифицировать такое устройство и проектировать его аналоги.
Ключевые слова: "понять в достаточной мере". В случае биоинженерии нам необязательно знать все о механизме функционирования генома. Нас не должно пугать, например, открытие, сделанное в проекте syn3.0 - что в геноме прототипа
содержатся 149 условных генов, функции которых не удалось выяснить, однако стало известно, что они почему-то необходимы (практически в неизменном составе) как биохимически-самостоятельным бактериям, так и у высшим организмам. Когда-нибудь мы узнаем, как работают эти 149 условных генов - но пока достаточно знания о том, что их следует включать в создаваемые синтетические геномы.

Здравый смысл подсказывает, что такой метод реверс-биоинженерии следует перенести далее на геномы более высокоорганизованных существ. Эти геномы значительно более замусорены - поскольку возникли намного позже чем геномы бактерий (как уже отмечалось выше - в среднем мусора тем больше, чем больше было случайных эволюционных блужданий, приведших к данному биологическому виду).
- У бактерий, появившихся более 2 миллиардов лет назад, генетического мусора минимальное количество, и эффективность кода около 1000 "букв" на 1 ген. Это, видимо, близко к предельной эффективности.
- У высших насекомых, появившихся в позднем палеозое 250 миллионов лет назад, геномы составлены из примерно 200 миллионов "букв" при 10 тысячах генов. Если даже считать, что сами гены стали сложнее и требуют в среднем 3000 "букв", то получается, что содержательная часть генома - 30 миллионов букв, а 170 миллионов "букв" (85%) это слепой эволюционный мусор
- у лягушек, появившихся примерно тогда же, когда и высшие насекомые - но более запутанным эволюционным путем геномы составлены из примерно 1.7 миллиардов "букв" при 20 тысячах генов (доля эволюционного мусора - 96.5%). Впрочем, это относится к лягушкам, у которых диплоидный набор хромосом (как у млекопитающих), а у большинства лягушек тетраплоидный набор хромосом, что дает им ряд очень серьезных биологических преимуществ, о чем в другой раз.
- у человека, появившегося примерно миллион лет назад, примерно 3 миллиарда "букв" при тех же примерно 20 тысячах генов (доля эволюционного мусора - 98%)
Впрочем, это касается всех высших млекопитающих (в геноме мыши ненамного меньше "букв", он на 80% просто совпадает с человеческим, а принципиальные различия составляют порядка 1%).

Можно спорить, являются ли насекомые столь же высокоорганизованными, как приматы (включая людей), но в отношении лягушек такого спора нет**.
Так что исследования по уборке генетического мусора вполне можно вести начиная с лягушек, затем заняться мышами, а затем (установив минимально рабочий мышиный геном - этакую минимышь) перейти к оптимизации генома человеком.
Разумеется, это не значит, что надо стремиться к минимизации генома. Возможно, освободив геном от мусора, имеет смысл далее увеличить его, достроив генами и фрагментами, или дополнительными копиями, расширяющими биологический возможности человека.
О преимуществах тетраплоидного набора у лягушек уже упомянуто выше.
Еще один пример - геном аксолотля***, 32 миллиарда "букв", на порядок больше, чем у человека. При этом аксолотли способны регенерировать разрушенные лапы, глаза, участки мозга, и т.п., в общем - почти любые части тела, кроме тех, утрата которых быстро приводит к гибели организма.
И последний пример (ближе к человеку). В 2011-м расшифрован геном голого землекопа, близкого родственника обыкновенной мыши, но с продолжительностью жизни на порядок больше (30 лет против 2 - 3 лет), и еще несколькими свойствами, которые здорово пригодились бы людям****

...Такие дела...
-------------------------
*) О проекте syn3.0
26 марта 2016 Создан синтетический организм с минимальным набором генов
https://nkj.ru/news/28446/
https://en.wikipedia.org/wiki/Mycoplasma_laboratorium#JCVI-syn3.0
https://ru.wikipedia.org/wiki/Mycoplasma_laboratorium
https://ru.wikipedia.org/wiki/Искусственный_геном#Минимальный_геном
**) 30.04.2010 Ученые обнаружили, что структура генома тропической лягушки во многом аналогична структуре человеческого генома. Это раскрывает детали эволюции позвоночных и позволяет использовать лягушек в качестве модельных животных для изучения болезней человека.
https://ria.ru/20100430/228554070.html
***) 29.01.2018 ГЕНОМ АКСОЛОТЛЯ ПОМОГ РАЗОБРАТЬСЯ В ЕГО СПОСОБНОСТИ К РЕГЕНЕРАЦИИ
https://scientificrussia.ru/articles/genom-aksolotlya-pomog-razobratsya-v-ego-sposobnosti-k-regeneratsii
****) Марс будет принадлежать голым землекопам?
https://alex-rozoff.livejournal.com/66743.html
Subscribe

  • Post a new comment

    Error

    Anonymous comments are disabled in this journal

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