: 19.07.2024
Эталонный геном шерстистого мамонта получили из останков, прошедших сублимационную «сушку» в голоцене
Палеогенетика и палеогеномика занимаются исследованиями на стыке археологии и молекулярной биологии, а конкретнее – «расшифровкой» древней ДНК, содержащейся в ископаемых находках. Эти работы начались с определения фрагментов генов митохондрий – энергетических структур клетки, а теперь ученые восстанавливают целые геномы не только древних микроорганизмов, но и архаичных людей. Похоже, становится все более реалистичной и мечта воскресить одного из «недавно» вымерших гигантов – шерстистого мамонта
За миллиарды и миллионы лет эволюции в небытие ушло неисчислимое множество самых разных организмов. Некоторые исчезли без следа, от других остались окаменевшие ископаемые останки… А вот шерстистый мамонт (Mammuthus primigenius), последний представитель древнего вымершего рода мамонтов, процветал вплоть до появления человеческих цивилизаций и вымер относительно недавно – около 4 тыс. лет назад. Благодаря вечной мерзлоте в некоторых районах планеты уцелели не только бивни вымершего гиганта, но и части туши, включая внутренние органы. Говорят, что в 1951 г. мясо мамонта даже было подано на ежегодном банкете нью-йоркского клуба первооткрывателей The Explorers Club!
Неудивительно, что ученых не оставляет мысль клонировать этот вымерший вид. И первый этап такой работы – генный анализ сохранившихся останков. Обычно речь идет о секвенировании («расшифровке») нуклеотидной последовательности коротких фрагментов ДНК и сопоставлении их с известными геномами родственных видов. Но таким способом можно выявить лишь незначительные генетические различия между древними и современными организмами. Но что делать в случаях, когда речь идет не об «однобуквенных» заменах, а о масштабных хромосомных перестройках?
В такой ситуации поможет методика Hi-C, объединившая технологии массового параллельного секвенирования и определения пространственной формы генома (техника chromosome conformation capture), позволяющая получить 3D-информацию о контактах участков ДНК друг с другом. Этот метод был модифицирован для древней ДНК под названием PaleoHi-C, но до последнего времени попытки применить его не приносили успеха. Проблема была в хроматине, составляющем основу хромосом и состоящем из ДНК и белков: не нашлось образцов, в которых древний хроматин сохранил бы свою трехмерную структуру.
Добиться успеха смогла международная группа ученых, работавших с хорошо сохранившимися останками самки шерстистого мамонта возрастом около 52 тыс. лет, которые были обнаружены в Якутии в 2018 г. На большой части тела этого животного уцелел даже волосяной покров, что бывает редко, и исследователям удалось найти неповрежденные волосяные фолликулы, а также частично сохранившиеся ткани скелетных мышц. В клетках, выделенных из этих образцов, были выявлены объемные структуры хроматина, состоящие из ДНК и «обслуживающих» белков.
С помощью методики PaleoHi-C ученые выяснили, что архитектура генома в исследуемых образцах сохранилась настолько хорошо, что они смогли, к примеру, отличить активные и неактивные участки хроматина и т.п. Аналогичные, хотя и не такие значимые результаты, были получены при исследовании образцов останков еще одного мамонта, возрастом около 39 тыс. лет, – молодой самки по кличке Юка, найденной в 2010 г. на севере Якутии.
Предположительно, трехмерная структура хроматина и длинные цепочки ДНК в этих образцах сохранились потому, что сразу после смерти животного его ткани подверглись сублимации – обезвоживанию при низких температурах. В результате произошло так называемое стеклование, хорошо известное в пищевой промышленности, которое остановило тепловое движение молекул. Чтобы подтвердить свои выводы, ученые даже провели несколько экспериментов с обезвоженной говяжьей печенью, получив «хроматиновое стекло».
Как известно, сублимированные продукты долго хранятся и не подвержены воздействию патогенных микроорганизмов. И «хроматиновое стекло» стало своего рода «капсулой времени» для древних биомолекул.
Итогом исследования стал первый эталонный геном шерстистого мамонта. Теперь мы знаем, что у мамонтов, как и у современных слонов, было 28 хромосом. А участки генома клеток кожи мамонта оказались больше всего похожи на аналогичные участки у азиатского слона (Elephas maximus). Вместе с тем удалось определить два гена, связанные с ростом волос, которые у мамонта работали иначе.
Новые данные, вероятно, дадут новый импульс попыткам «воскресить» мамонта. Например, американская биотехнологическая фирма Colossal Biosciences планирует вставить известные гены мамонта в геном современного слона и использовать слоних как суррогатных матерей, чтобы получить уникальную химерную особь. Однако для создания животного, достаточно похожего на мамонта, понадобятся образцы разных тканей, а не только кожи. Удастся ли их обнаружить – неизвестно, ведь пока находка «хроматинового стекла» – счастливая, но редкая случайность.
Можно добавить, что процессы стеклования может вызвать не только сублимация, но и искусственное обезвоживание при мумификации. Так что хорошо сохранившийся хроматин можно теоретически найти и в тканях древнеегипетских мумий. Может, не так уж были неправы древние жрецы, верившие, что мумификация подготавливает человека или животное к воскрешению в будущей жизни?
: 19.07.2024 
