Геном неандертальца

Кто еще не видел, спешите. В «Троицком варианте» статья Михаила Гельфанда (он же prahvessor) Геном другого человека.

Любопытная дискуссия на эту тему развернулась у ivanov-petrov.

Про мозг и генетику.

Иногда наблюдаю скрытые интересные диалоги, которые разворачиваются во френдоленте, но при этом незаслуженно ускользают от внимания публики. Надо просто собрать их как паззл воедино, что я сейчас и сделаю.

Например, недавно в блоге ivanov_petrov обсуждалась лекция Татьяны Черниговской о языке и сознании. Помимо всего прочего, упомянуты генетические различия человека и шимпанзе. Не буду пересказывать, просто процитирую выдержки из лекции.

«…Споры о языке идут именно между сильными сторонами, у каждой из которых есть тонны аргументов. К чему сводится этот спор? В итоге он сводится к следующему. Есть все жители этой планеты, потом есть некий провал. И тогда начинается человек. Есть ли этот провал? Если он есть, значит люди действительно — вообще другие. Что это значит? Другие – это кто? В августе 2006-го года были опубликованы исследования, в рамках которых сравнивались геномы человека и шимпанзе. Те, кто этим занимались, пытались найти участки ДНК, в которых за 5 млн. лет произошли такие сильные изменения, которые отдалили нас от шимпанзе. Нашли несколько таких участков. В этих участках темпы изменения были существенно выше, чем в среднем по геному. Их оказалось 49. Я не генетик. Поэтому эту информацию комментировать научно я не возьмусь. Причем в некоторых участках изменения происходили в 70 раз быстрее, чем в среднем. Это огромная цифра. Почему такое ускорение произошло?

Тут есть множество спекуляций, правда, вне генетики. Хомский считает, что произошла макромутация, то есть взрыв, который привел к возникновению языка. Стивен Пинкер с некоторых пор занимает другую позицию. Общее у них в том, что есть модуль языка. Но Пинкер занимает более эволюционную позицию, говоря, что была серия микромутаций, которые привели к языку. Участки этих изменений разбросаны по всему геному. Встает вопрос: какие функции эти участки выполняют? Начали разбираться и выделили ген, который претерпел наиболее значительные изменения. Это небольшой ген, который называется HAR1, который входит в группу HAR1F, что означает Human accelerated region 1 forward. Он кодирует маленькую РНК. Но в нем содержится 118 различий между человеком и шимпанзе. Для сравнения: разница между шимпанзе и птицами – 2 различия. То есть был какой-то взрывной процесс. Это исследование было выполнено в Калифорнии целой группой людей. Этот HAR1F влияет на развитие нейронов новой коры между седьмой и девятнадцатой неделями развития плода. Это критичный период для миграции нейронов и специализации нейронов в коре. Это очень важно. И сразу было объявлено, что это ген мышления.»

Эту цитату лаконично прокомментировал galicarnax : Это как бы ошибка. Вся длина гена HAR1F — 118 нуклеотидов, из них между человеком и шимпанзе отличаются 18, а между шимпанзе и птицами — два.

А уже у себя дал развернутое и исключительно интересное сообщение об этой некодирующей РНК HAR1F .

Еще раз процитирую:
«Возможно, самым примечательным событием в геномике последних лет стало обнаружение некодирующих консервативных последовательностей — участков, которые не несут информацию о белках, но сохранаются в течение эволюции позвоночных не хуже (а порой и лучше), чем кодирующие экзоны. В геноме человека 1.5% нуклеотидов кодируют белки. Но доля консервативных участков составляет около 5%. Часть некодирующих 3.5% составляют зоны, регулирующие экспрессию генов, а также участки, с которых копируются функциональные молекулы РНК (прежде всего рРНК и тРНК) — они также похожи у всех организмов. Каковы функции оставшихся консервативных «записей», составляющих в сумме около 5 миллионов оснований — загадка. А функции у них, несомненно, есть, и крайне важные, судя по их сохранности. В среднем длина этих загадочных участков составляет 50-200 оснований.»

Для полноты картины у меня еще один кусочек паззла в рукаве про загадочные участки. Дискуссия у того же ivanov_petrov о темной материи генома. В даном случае речь идет пересмотре масштабов некодирующей, но транскрибирующейся части генома, которая непонятно, что делает. Согласно новым исследованиям их транскрибируется несколько меньше, чем ранее предполагалось, но тем не менее мы наблюдаем кучу непонятной считанной информации, смысл которой далеко еще непонятен. Но вот с HAR1F немножечко, совсем чуть-чуть, проблескивает хотя бы структура.

Быстро-быстро, пока физики черную дыру не образовали.

Александр Марков красиво и грамотно обозрел предыдущую новость про палец Денисова на "Элементах" с иллюстрациями и выводами. Всем читать!

Сегодня запускают коллайдер в прямом эфире. Лично я оторваться не могу, как интересно.

Прямо сейчас довели напряжение до 3,5 TeV. И вообще, отличный повод припасть к источнику знаний.
CERN на твиттере
(Читать снизу вверх, ощущая весь накал и драматизм ситуации)
ПС: какие эти физики оказывается темпераментные, а?

# Nature does it all the time with cosmic rays (and with higher energy) but this is the first time this is done in Laboratory!!
# First time in the history!!!!!!!!!!!! World record!!!!!!!!
# Experiment have seen collisions!!!!!!!!!!!
# Now stabilizing the beams
# Collapsed!!
# Final sequence for collapsing is starting!
# Beams will be collapsed soon! Then a new stabilization will be needed before experiments will be able to observe the first collisions.
# Operators are stabilizing the beams… yes, we’ll attempt to collide them soon!
# 3,5 TeV at the #LHC… Adjusting the beams now.
# The ramp is successfully completed! Beams are now accelerated to 3.5 TeV, the highest energy! Preparing for collisions now!!
# 3 TeV at the #LHC. Almost 3,5 TeV… v
# Physicists hold their breath in the control room of the #LHC
# Half of today’s energy at the #LHC: 1,75 TeV! All lights are green!
# Ramping up now!
# Beams look really good this time. Preparing for energy ramp!
# Beams are in again! Now, cross your fingers! We want to go for collisions here!
# Live webcast restarting at 12:00 — Twitter is always on!

При встрече в черной дыре напомните мне, чтобы я рассказала о суперплодоносных томатах с геном гетерозисного эффекта SINGLE FLOWER TRUSS

Еще один Homo

Геном неандертальца расшифрован и анализируется. А тут новые ископаемые остатки подоспели.

На Алтае есть пещера Денисова (51°40′N; 84°68′E). Там нашли кости. Выделили из них ДНК. Просеквенировали пока только митохондриальную, по которой привыкли происхождение устанавливать. Посмотрели на генеалогическое древо, что за фрукт.

Оказалось, что это не неандерталец, и не кроманьонец, а какой-то вообще новый пришелец Homo. Причем, вроде как все эти кроманьонцы и неандертальцы, и "денисовцы" жили приблизительно в одно и то же время.

На "Элементах" еще не отписались? Ждем развернутую статью от специалистов или . Я в палеонтологии не сильно разбираюсь.

Горячая новость в номер

Провеквенированы геномы сразу четырех человек, семьи — родителей и двоих детей. У детей сразу две врожденные генетическии аномалии: синдром Миллера и синдром Картагенера. У родителей аномалий нет, они носители соответствующих генов в гетерозиготном состоянии. Вероятность, что эти два синдрома встретятся в одной особи в популяции 1 на 10 миллиардов.
Выводы интересные, в частности передача мутаций детям ниже, чем ожидалось. Но об этом надо рассказывать подробнее, а у меня нет времени.

Про геномы

С большим удивлением обнаружила сегодня в новостях ликование про полное секвенирование генома сои. Думаю, что за фигня — месяца три как последовательности открыты и в свободном доступе для всех жаждущих, а может и раньше, чем три месяца, но раньше мне дела до них не было. Я уже успела натягать оттуда нужных мне сиквенсов и докторант даже гены по ним наклонировал. А теперь оказывается это в Нейчер наконец опубликовали. Ну что ж, вполне логичный ход событий: сначала последовательности, потом научная публикация, потом ликование в прессе.

Но бывает и по-другому. Тут мне в комментариях подсказывают, намедни секвенировали россиянина (в прошлом году было это намедни). Вроде дело было в РНЦ «Курчатовский институт» в центре конвергентных нано-био-инфо-когнитивных (НБИК) наук и технологий. Так вот, поулюлюкали эти нано-био-инфо, а статьи научной нет, как нет и доступа до геномных последовательностей. Селяви.

Полезные ссылки

Не могла пройти мимо, делюсь.

Сначала загляните к copperkettle78. Там о генах, которые обнаружили у человека и которые отсуствуют у обезьян. Судя по всему эти гены «образовались» из некодирующих участков «обезяньего» генома. Пока таких обнаружено три. Один из них активируется при хронической лимфоцитарной лейкемии, два других пока еще не изучены.

Кроме того, там же ссылка на википедийную статью о зонах ускоренного развития у человека. Это такие сегменты генома, которые у позвоночных больших изменений не претерпевали, а человека они мутируют скорее.

Но и это еще не все. В конце прошлого месяца в PloS вышла статья об возможном объяснении закреплении мутации, которая привела к появлению в человеческой популяции явления переваривания лактозы. До сих пор было непонятно, когда именно появилась и каким образом закрепилась эта мутация, теперь можно поспекулировать. В статье комбинируют генетические находки, узоры на археологических черепках и методы построения комьютерных моделей. В конце статьи есть видео с моделями, как распространялась мутация. Формат электронной статьи позволяет демонстрировать и такие фичи.

Я до сих пор думала, что все человечество изначально переваривало цельное молоко, а потом «разучилось». Оказалось, что не так. До того, как ген эволюционировал, человек переваривал молоко где-то до пятилетнего возраста, а потом его начинало поташнивать. Считается, что смысл в том, чтобы отпрыски отучивались таким образом от груди. Потом, где-то 7 с половиной тысяч лет тому назад, где-то в момент, когда приручились окончательно молочные животные, появилась и закрепилась мутация «усвоения лактозы». Сначала предполагали, что закрепление произошло у северных народов в связи с потребностью в витамине Д, однако новые модели с учетом керамических черепков из неолита говорят, что это случилось где-то между Балканами и Центральной Европой.

Оригинал.
Ссылки на освещение этой темы в различных популярных ресурсах, часто с веселыми коментариями.
Занудные блогеры придираются к деталям. Это самое интересное.

A SHORT COURSE ON SYNTHETIC GENOMICS

George Church и J. Craig Venter провели короткий курс синтетической геномики в рамках третьей культуры Edge для ученых, журналистов и культурных импресарио. С видео и короткими откликами участников тут.

О Крэйге Вентере я уже писала, а имя Джоджа Черча больше известно специалистам-молекулярщикам по первому методу секвенирования ДНК, который он разрабатывал вместе с Wally Gilbert.

Синтетическия геномика — новая область биологических исследований, комбинирующая науку и инженерию с целю получить новые биологические функции и системы. Синтетическая геномика все еще на стадии звездных карт, хотя она становится чем-то вроде Google Earth быстрее, чем думает большинство людей.
Вопросы, которые рассматривались на курсе

Гены рождаются и умирают. И воскресают.

Очень часто встречаю мнение, что все мутации для особи смертельны. Мутанты — синоним уродов, мутировавший ген — обязательно что-то вредоносное, а понятие "полезные мутации" воспринимается с большими оговорками. На самом деле большинство мутаций нейтральные. Ген, как и все в этом мире, переживает рождение и смерть. Если мутация действительно несовместима с жизнью особи — ген исчезает навсегда. Но это происходит не так часто. Бывает, что мутация в гене никак не влияет на успешность дальнейшего размножения. Тогда в нем накапливается такое количество мутаций, что рано или поздно ген выключается, но остается погребенным в геноме. Ген умер — родился псевдоген.

Анализ человеческого генома вскрыл большое кладбище псевдогенов, которые когда-то служили нашим предкам верой и правдой. Например, по мере развития зрения, уменьшалось количество обонятельных рецепторов. И сейчас в человеческом геноме из около 1000 генов, кодирующих обонятельные рецепторы, 600 являются псевдогенами, а работают только 400. То есть наш геном носит в себе потенциально 600 обонятельных рецепторов, а мы о них и не догадываемся.

Псевдогены интенсивно изучаются, составляются базы даных с целью изучить когда и по какой причине эти гены выключились. Вообще в геноме около 12 тысяч молчащих генов.

Иногда случается, что "умершие" гены восстают из мертвых. Так случилось с геном Immunity-related GTPase (IRG), который играет важную роль в защите от внутриклеточных патогенов. Анализ этого гена у обезьян показал, что этот ген был "выключен" ретротранспозоном Alu около 50ти миллионов лет назад, а 20 миллионов лет назад восстановился другим элементом ERV9.

Коль скоро гены могут сами восставать из мертвых, то уж точно их можно и разбудить. В этом смысле становятся интересными "спящие" гены устойчивости против болезней. Обнаружилось, что человечество понесло утрату в виде гена дефензина, котрый стал псевдогеном 7 миллионов лет назад в результате мутации. Восстановление гена у лабораторных условиях показало, что ген может сильно пригодится в борьбе с ВИЧ.

UPD: бонус об эволюционных фокусах и причудах полового отбора у стебельчатоглазых мух от

nature_wonder

 .
UPD1: еще один жирный бонус о том, как целые вирусы восстанавливают, которые существовали 4 млн лет тому назад. от  

Допересаживались.

В феврале этого года под колеса городской электички в Мюнхене бросился человек. Его труп доставили в институт судебной медицины для рутинного обследования. В том числе образцы ткани были отправлены на анализ ДНК. Тоже рутинный.
Результаты были ошеломляющие: анализ показал два различных ДНК профиля, причем один из них был… женский. Давай уточнять. «Женский» ДНК-профиль был в клетках крови, а все остальные ткани принадлежали мужчине. Оказалось, что самоубийце за несколько лет до суицида пересадили «женские» стволовые клетки костного мозга, которые и продуцировали клетки крови. Казалось бы, все стало на свои места, хоть и случай явно неожиданный.
Однако судмедэксперты схватились за голову. ДНК анализ следов крови с мест преступления значительно более чувствительный метод, чем отпечатки пальцев. Но если мы не знаем, есть ли в медицинской истории исследуемого случая факт пересадки костного мозга, то по результатам анализа следов крови мы вообще не може судить, кому эта кровь принадлежит. Вот так то.