Геном голого землекопа

«Геном голого землекопа» — это не название романа Пелевина или Сорокина, хотя читается этот текст, состоящий из 2 миллиардов 700 миллионов букв, с не меньшим интересом. Дело в необычности живого существа, геном которого был описан 12 октября в электронном препринте журнала Nature. О том, чем замечательны это исследование и его объект, рассказывает Михаил Гельфанд.

Heterocephalus glaber (по-английски naked mole rat — голая кротовая крыса, голый копальщик) — грызун, родственник мышевидных грызунов, обитающий в Восточной Африке (Эфиопия, Кения, Сомали). Они достигают в длину 8-10 см и весят около 30 г.

Авторы работы с коллегами (слева направо): Антон Туранов, Вадим Гладышев, Леонид Пешкин, Марина Касаикина, Григорий Крюков, Алексей Лобанов. Фотография сделана в медицинской школе Гарварда (на ней нет еще двух авторов российского происхождения: Щамиля Сюняева из Гарварда и Алексей Фушана из Сеула)

Голые землекопы живут колониями в норах под землей. Суммарная длина ходов колонии может достигать нескольких километров. Каждая колония состоит из самки-королевы (она крупнее и весит 50 г), нескольких (не больше трех) размножающихся самцов и нескольких десятков (до трехсот) рабочих. Большинство рабочих относительно невелики, их роль — рыть нору, добывать пищу и выкармливать детенышей. Более крупные рабочие — это защитники колонии. Рабочие не размножаются; королева крайне враждебно относится к проявлениям полового поведения у рабочих. Когда королева умирает, одна из самок-рабочих занимает ее место, часто после суровой борьбы между несколькими претендентками.

Голые землекопы питаются клубнями растений. Разведчик, наткнувшийся на клубень, звуками призывает к нему других рабочих. При этом они повторяют путь разведчика, даже если он не идеален, что указывает на наличие химических меток (это было подтверждено в лабораторном эксперименте с заменяемыми туннелями). Рабочие прогрызают дырку в кожуре клубня и потом по-немногу выедают его изнутри, не съедая целиком и позволяя зарастать в течение многих месяцев. Норы они роют, образуя своего рода конвейеры: первый землекоп рыхлит землю резцами (специалист по голым землекопам Крис Фолкс из лондонского Университета королевы Марии называет их «саблезубыми колбасами»), а цепочка животных, стоящих за ним, отбрасывает лапами друг другу вплоть до поверхности.

Naked mole rat — голый землекоп

Еще одна каста, морфологически отличная от рабочих, королевы и ее самцов, — особи, которые образуют новые колонии. В лабораторных опытах было показано, что голые землекопы предпочитают спариваться с особями не из своей колонии, а полевые наблюдения показали, что новые колонии (со всего несколькими особями), как правило, образованы самкой и самцом из разных колоний. Как именно происходит образование новой колонии, точно не известно, однако, поскольку были замечены одиноко живущие самцы и самки, видимо, это связано с оставлением материнской колонии и попыткой поселиться отдельно в надежде встретить партнера. Поскольку в благоприятных условиях расстояние между соседними колониями составляет несколько сотен метров (до ста), видимо, это не совсем безнадежное предприятие.

Физиология голых землекопов весьма необычна и отражает крайние формы приспособления к подземному существованию. У них нет шерсти и подкожного жира; они не чувствуют некоторые виды боли (ожог кислотой и капсаицином — жгучим веществом, содержащимся в красном перце); они способны переносить очень низкие концентрации кислорода и высокие — углекислого газа; они не пьют, добывая всю воду из пищи; для экономии пищи они практикуют поедание собственных экскрементов и мертвых детенышей (в остальном они вегетарианцы); они — единственные из млекопитающих — не способны к поддержанию постоянной температуры тела и регулируют ее, перемещаясь между подповерхностными и более глубокими областями норы.

Всего этого уже достаточно, чтобы сделать голого землекопа одним из самых интересных животных. Но биологи интересуются ими в основном из-за еще одного набора особенностей. Голые землекопы живут до 30 лет — в разы больше, чем другие грызуны, они не имеют видимых признаков старения, размножаясь (королева и ее самцы) до самого конца, и они не болеют раком; более того, попытки экспериментально вызвать у них рак пока не удались.

Среди авторов статьи про геном большую часть составляют ученые российского происхождения. Мы задаем вопросы руководителю проекта, профессору Гарвардского университета Вадиму Гладышеву.

Анализ генома, проведенный в Вашей работе, позволил установить генетические причины многих физиологических особенностей голых землекопов. Среди них — уникальные особенности гена UCP1, продукт которого — основной белок, позволяющий осуществлять терморегуляцию; отсутствие части регуляторной области гена, кодирующего нейропептид Р, который играет основную роль в ощущении некоторых видов боли; изменения в генах, важных для зрения и образования волосяного покрова. Анализ интенсивности работы генов в разных условиях позволил обнаружить особенности у генов, связанных с базовым метаболизмом и дыханием. Но в названии статьи упоминается не только физиология, но и долгожительство. Что дал анализ генома для объяснения необычной продолжительности жизни голых землекопов и их устойчивости к раку?

— Замедленное старение является наиболее интересным свойством голых землекопов, и несколько наших наблюдений связано с анализом этого явления. Например, мы нашли, что гены человека и мыши, которые меняют экспрессию при старении, ведут себя во многом по-другому в голых землекопах. Мы также описали изменения в гене p16, который напрямую связан с множеством болезней старения, включая рак, и в нескольких компонентах, ответственных за теломеразную функцию. Да и собственно необычный термогенез и способность жить при низком кислороде, возможно, связаны с замедленным старением.

— Чем еще может быть полезно знание генома?

— Мне кажется, что в настоящее время для изучения конкретного организма знание генома так же полезно как, например, теория эволюции для биологии. Это и основа, на которую всё нанизывается, и система для изучения. В этом плане голый землекоп ничем не отличается от других организмов. Странно только, что геном такого интересного млекопитающего не был определен раньше.

— Среди авторов статьи ученые из СшА, Южной Кореи и Китая, причем для четырех первых авторов — по два из Кореи и Китая — указан равный вклад. Как была организована работа?

— Одной группе всё еще трудно осилить большие геномы, где необходим вклад разных специалистов. В нашем случае животные были из США. Мы готовили образцы в Бостоне, а геномные последовательности определяли в Китае. Анализ же проводился в Корее, США и Китае. Поскольку организм действительно очень интересный, с мотивацией не было проблем, а авторство отразило вклад разных участников в этот проект.

— У Бас указаны три места работы — медицинская школа Гарварда, совместный институт Гарварда и Массачусетского технологического института и университет в Южной Корее. Как Бы делите свое рабочее время между Бостоном и Сеулом?

— Моя лаборатория находится в медицинской школе Гарварда, в отделении генетики госпиталя Бригам. Кроме того, я являюсь ассоциированным членом Института Броуд в Бостоне и профессором университета в Сеуле. Я бываю в Южной Корее несколько раз в году, но основное время провожу в Бостоне.

— Среди авторов статьи много ученых российского происхождения из нескольких разных групп. Как оказалось, что вы встретились для осуществления этого проекта — это случайность или отражение того, что проще работать с соотечественниками?

— Тут сыграло роль несколько факторов. Во-первых, в моей лаборатории много людей из России, и несколько из них участвовали в геномном проекте. Во-вторых, в нашем отделении есть ещё один профессор из России — Шамиль Сюняев, группа которого проводила генетический анализ голого землекопа. Но, конечно, сыграл роль и круг общения.

— При том интересе, который привлекает к себе голый землекоп, и при доступности приборов для определения геномных последовательностей, как оказалось, что Ваша группа была первой — это везение, правильный стратегический расчет или, как у королевы голых землекопов, подавление конкурентов?

— В науке всякое бывает. Сегодня первыми были мы, завтра — кто-то другой. Нам повезло с сотрудничеством с центром секвенирования и лабораториями, которые предоставляли голых землекопов. А еще нам очень хотелось узнать, почему голые землекопы живут долго. Но оказалось, что одного такого генома недостаточно для ответа на этот вопрос. Поэтому мы сейчас собираем образцы долгоживущих и коротко-живущих животных для более широкого проекта.

E.B.Kim et al. Genome sequencing reveals insights into physiology and longevity of the naked mole rat. Nature (published online 12.10.2011) www.nature.com/nature/journal/vaop/ncurrent/full/nature10533.html

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

Связанные статьи

Оценить: 
Звёзд: 1Звёзд: 2Звёзд: 3Звёзд: 4Звёзд: 5 (Пока оценок нет)
Загрузка...
 
 

Метки: , ,

 

Один комментарий

  • Александр Полибином:

    Геном расшифровали, но в статье нет ни одного слова об особенностях самого генома. Какой процент там генов, кодирующих белок, какой процент интернов, какой процент ДНК не принадлежащей ни интронам ни экзонам, какаая доля компонентов ДНК кодирует транспозоны. Статья ни о чем, написана явно не ученым. Человек написал статью о геноме, не сказав о самом геноме ничего.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Недопустимы спам, оскорбления. Желательно подписываться реальным именем. Аватары - через gravatar.com