DNS secības noteikšanas tehnoloģija palīdz zinātniekiem atrast atbildes uz jautājumiem, kas cilvēkus ir satraukuši gadsimtiem ilgi. Kartējot dzīvnieku genomus, mēs iegūstam labāku izpratni par to, kā žirafe ieguva garo kaklu un kāpēc čūskas ir tik garas. Genoma sekvencēšana ļauj mums salīdzināt un pretstatīt dažādu dzīvnieku DNS un izdomāt, kā viņi attīstījās un kļuva par to, par ko viņi kļuva.
Bet dažreiz mēs saskaramies ar noslēpumu. Atsevišķu dzīvnieku genomos, šķiet, nav noteiktu gēnu, kas parādās citās līdzīgās sugās, un tiem jābūt klāt, lai dzīvnieki dzīvotu. Šos acīmredzami trūkstošos gēnus sauca par "tumšo DNS". Tā esamība var mainīt mūsu izpratni par evolūciju.
Pirmoreiz zinātnieki Oksfordas universitātes Ādama Hargreavesa vadībā saskārās ar šo fenomenu smilšu žurkas (Psammomys obesus), gerbeju sugas, kas dzīvo tuksnešos, genoma sekvencēšanas laikā. Jo īpaši viņi vēlējās izpētīt gerbila gēnus, kas saistīti ar insulīna ražošanu, lai saprastu, kāpēc šis dzīvnieks ir īpaši uzņēmīgs pret II tipa diabētu.
Kad viņi meklēja Pdx1 gēnu, kas kontrolē insulīna sekrēciju, viņi atklāja, ka trūkst insulīna, kā arī 87 citi gēni, kas to ieskauj. Daži no šiem trūkstošajiem gēniem, ieskaitot Pdx1, ir ļoti svarīgi, un dzīvnieks bez tiem nevar izdzīvot. Kur viņi ir?
Pirmais pavediens bija tāds, ka vairākos smilšu žurkas ķermeņa audos zinātnieki bija atraduši ķīmiskos produktus, kas varētu parādīties saskaņā ar "norādījumiem" no "trūkstošajiem" gēniem. Tas būtu iespējams tikai tad, ja gēni atrastos kaut kur genomā. Un tas norāda, ka viņu netrūka, bet vienkārši pazuda.
Šo gēnu DNS sekvences ir ļoti bagātas ar guanīnu un citozīnu - divām no četrām "bāzes" molekulām, kas veido DNS. Mēs zinām, ka citozīniem un guanīniem bagātas sekvences rada problēmas dažām DNS secības noteikšanas metodēm. Un kļūst ticamāk, ka gēni, kurus mēs meklējām, atradās savā vietā, bet grūti tos atrast. Šī iemesla dēļ mēs šo slēpto secību sauca par "tumšo DNS" kā atsauci uz tumšo vielu, kas veido 25% no Visuma, bet kuru mēs nevaram atrast.
Izpētot smilšu žurku genomu, mēs noskaidrojām, ka it īpaši vienā tā daļā bija daudz vairāk mutāciju nekā citu grauzēju gēnos. Visi gēni šajā mutāciju tabulā bija ar DNS, kas bagāts ar citozīnu un guanīnu, un bija mutēti tādā mērā, ka tos bija grūti noteikt, izmantojot standarta metodes. Pārmērīga mutācija bieži pārtrauc gēna darbību, taču kaut arī smilšu žurku gēni turpina spēlēt savas funkcijas, neraugoties uz radikālām izmaiņām DNS secībā. Gēniem tas ir ļoti grūts uzdevums. Tas ir tāpat kā dziedāt “Katyusha”, izmantojot tikai patskaņus.
Šāda veida tumšā DNS iepriekš ir atrasta putniem. Zinātnieki ir noskaidrojuši, ka pašlaik secīgajos putnu genomos "nav" 274 gēnu. Starp tiem ir leptīna (hormons, kas regulē enerģijas līdzsvaru) gēns, kuru zinātnieki daudzus gadus nav spējuši atrast. Atkal šajos gēnos ir ārkārtīgi augsts citozīna un guanīna saturs, un to produkti ir sastopami putnu ķermeņu audos, pat ja paši gēni, it kā, nav genoma secībās.
Reklāmas video:
Gaismas stars tumšā DNS
Lielākajā daļā mācību grāmatu ir definīcija, no kuras izriet, ka evolūcija notiek divos posmos: mutācijai seko dabiskā atlase. DNS mutācija ir parasts un pastāvīgs process, kas notiek pilnīgi nejauši. Dabiskā atlase nosaka, kurām mutācijām vajadzētu iziet cauri un kuras ne, parasti atkarībā no tā, kādu rezultātu tās parādīja reprodukcijas procesā. Īsāk sakot, mutācija rada variācijas organisma DNS, un dabiskā atlase izlemj, vai to saglabāt vai nomest, un tieši tā notiek evolūcija.
Bet kabatās ar augstām mutācijām genomā nozīmē, ka gēniem noteiktās vietās ir lielāka mutācijas iespēja nekā citās. Tas nozīmē, ka šādi perēkļi var būt nepietiekami novērtēts mehānisms, kas var arī noteikt evolūcijas gaitu. Tas nozīmē, ka dabiskā atlase var nebūt vienīgais virzošais spēks. Līdz šim tumšā DNS, šķiet, bija sastopama diviem dažādiem un izplatītiem dzīvnieku veidiem. Bet joprojām nav skaidrs, cik tā ir izplatīta. Vai visu dzīvnieku genomos varētu būt tumša DNS, un ja nē, kas padara gerbilus un putnus tik unikālus? Visnopietnākā mīkla būs izdomāt, kāda ietekme tumšajai DNS ir bijusi uz dzīvnieku evolūciju. Smilšu žurku piemērā mutācijas uzmanības centrā varēja būt dzīvnieka pielāgošanās tuksneša apstākļiem. Bet, no otras puses, mutācija var būtnotika tik ātri, ka dabiskā atlase nevarēja darboties pietiekami ātri, lai iznīcinātu kaut ko kaitīgu DNS. Ja tā, tad kaitīgas mutācijas varētu traucēt smilšu žurku izdzīvošanai ārpus tās pašreizējās tuksneša vides. Tik dīvainas parādības atklāšana noteikti rada jautājumus par genoma attīstību un to, ko mēs varētu izlaist esošajos genoma secības projektos. Varbūt mums vajadzētu apgriezties un tuvāk apskatīt.un ko mēs, iespējams, esam palaiduši garām esošajos genomu sekvencēšanas projektos. Varbūt mums vajadzētu apgriezties un tuvāk apskatīt.un ko mēs, iespējams, esam palaiduši garām esošajos genomu sekvencēšanas projektos. Varbūt mums vajadzētu apgriezties un tuvāk apskatīt.
Iļja Khel
