4 мая 2010
membrana
Немало подробностей об открытии можно узнать на специально созданных
страницах различных институтов, посвящённых расшифровке ДНК лягушки
(фото с сайта freshwatermadness.com).Оказывается, между генетическим материалом людей, мышей, куриц и лягушек не так много различий, как в облике всех этих живых существ. К такому выводу пришли 46 специалистов из 24 институтов мира, более пяти лет занимавшихся расшифровкой и исследованием генома земноводного, являющегося моделью для биологических лабораторий всего мира.Объектом изучения стала африканская шпорцевая лягушка вида Xenopus tropicalis. Теперь она стоит в одном ряду с такими распространёнными модельными организмами, как мышь, крыса, рыбка данио, круглый червь, дрозофила и гидра.
X. tropicalis стал пользоваться особенной популярностью у биологов в последние десять лет. Однако самой известной модельной лягушкой был и остаётся вид X. laevis (обыкновенная шпорцевая лягушка). Она используется учёными ещё с 40-х годов прошлого века, когда её начали широко применять в качестве теста на беременность.
Некогда обнаружилось, что лягушки необычайно чувствительны к гонадотропину хориона человека (HCG), гормону, свидетельствующему о наступлении беременности (его же "ищет" стандартная аптечная тест-полоска). Если в присутствии женской мочи земноводное производило икру в течение 8-10 часов, то это считалось положительным результатом анализа.
Геном X. tropicalis (лягушки слева) расположен на 10 парах хромосом,
у X. laevis (справа) по четыре копии каждого гена и к тому же 18 пар хромосом
(фото Science/AAAS).Со временем же выяснилось, что на примере X. laevis очень удобно изучать развитие эмбрионов и клеток. Оба вида шпорцевых лягушек легко размножаются в неволе, у них крупные икринки и прозрачные головастики, что облегчает наблюдение за происходящим в организме земноводных.
Поначалу в претенденты на секвенирование генома предлагали именно X. laevis. Но X. tropicalis всё же оказалась удобнее: она чуть меньше по размеру и взрослеет всего лишь за четыре месяца (обыкновенной шпорцевой на это нужно два года). Всё это упрощает мониторинг фенотипов и индивидуальных генетических мутаций.
С точки зрения нынешнего исследования она была выгодна ещё и тем, что обладает геномом с двойным набором хромосом, а у X. laevis их ещё в два раза больше, что, конечно же, затрудняет изучение. Как говорит один из авторов работы Джон Уоллингфорд (John Wallingford) из университета Техаса в Остине, "в те времена нам было страшно подумать, что мы возьмёмся за подобную головоломку".
Дело в том, что анализ ДНК земноводного начали ещё в 2002 году, до того как появились новые техники секвенирования. К 2005 году был получен черновой вариант последовательности генов. Теперь же на руках у учёных не только код ДНК, но и некоторые первые выводы (читайте статью в журнале Science).
Самое интересное, что выяснили учёные, – это множественные соответствия кусков кода земноводного таковым у мыши и человека: большие последовательности генов на нескольких хромосомах были выстроены в том же порядке, что и у млекопитающих.
"Мы обнаружили, что целые мегабазы в некоторых генах почти не изменили своё строение с тех пор, как амфибии, птицы и млекопитающие разошлись на отдельные ветви эволюционного древа", — рассказывает Уффе Хелстен (Uffe Hellsten) из Объединённого института генома (Joint Genome Institute).
Крупные икринки позволяют легко ввести внутрь них нужные вещества,
что фактически превращает их в своеобразные большие сферические пробирки
(фото Richard Harland/UC Berkeley).По подсчётам учёных, общий предок упомянутых существ жил на Земле около 360 миллионов лет назад. Однако данные выводы нельзя распространить на всех позвоночных: так, последовательность генов данио рерио весьма отличается.
"Тем не менее наши данные свидетельствуют: хромосомные перестройки в процессе эволюции были не так уж и часты", — добавляет Ричард Харленд (Richard Harland) из университета Калифорнии в Беркли. Кстати, ввели учёных в заблуждение быстро эволюционирующие грызуны.
Некоторые биологи сравнивают нынешние генетические исследования с археологическими раскопками: теперь можно судить о предках современных существ и об истории эволюционного развития ДНК как у млекопитающих, так и у амфибий.
Головастик X. tropicalis с появившимися задними конечностями.
Сквозь кожу головы видны нервы, парная вилочковая железа и
крупные кровеносные сосуды. Подобные "подарки природы" –
редкость, чаще всего прозрачных животных приходится специально выводить
(фото Siwei Zhang, Jingjing Li, Enrique Amaya/Science).Что касается применения полученных данных, то прежде всего они пригодятся в изучении человеческих заболеваний: установлено, что около 1700 из более чем 20 тысяч генов X. tropicalis идентичны "болезнетворным" генам людей. Это означает, что на лягушках можно будет моделировать болезни и опробовать их лечение.
"Доступ к коду Xenopus позволит изучить влияние на их гены химикатов, встречающихся в воде озёр и рек и имитирующих гормоны земноводных", — говорит в пресс-релизе университета Калифорнии в Беркли Уффе.
Эти вещества нарушают обменные процессы в организме животных и приводят к уменьшению их популяции. Кстати, не меньший вред они могут наносить и человеку, так что исследования в этой области станут не лишними.
В лаборатории Харленда сейчас проводятся опыты по изучению функций генов земноводных: биологи вводят в икринки нуклеиновые кислоты для активации и "отключения" тех или иных составляющих ДНК, а затем смотрят, как это отражается на выработке белков и остальных процессах.
А ещё учёные взялись за расшифровку ДНК X. laevis, построить которую теперь будет проще. Современные технологии позволят также снизить затраты до $1 миллиона (что в 20 раз меньше, чем объём средств, использованных в нынешнем проекте).
Чуть позже планируется сравнить полученную информацию с геномом "тропического" собрата. Возможно, это прольёт свет на вопрос о том, зачем природа придумала увеличивать количество копий генов и что этот процесс даёт организму.
