Древняя тайна в сердцевине ваших хромосом
Исследователи из университета Калифорнии в Дэвисе нашли в геномах людей куски древней ДНК — неандертальцев и еще одного неизвестного вымершего вида. То, что когда-то наши предки скрещивались направо и налево с представителями других ветвей человечества, — совсем не новость, и еще одна заметка об этом не может вызвать никакого желания дочитать ее до конца. Однако эта история совсем не о том, как ваш пра(пра)прадедушка любил все, что движется. Она скорее о том, почему следы первобытного распутства сохранились до наших дней. А чтобы в этом разобраться, нам придется мимоходом узнать об одном таинственном уголке нашего генома.
Как вычисляют предков
Половина хромосом у вас от мамы, половина от папы. А у папы и мамы — половина от бабушки, половина от дедушки, и так далее вглубь поколений. Теперь считаем: всего у вас хромосом 46, от мамы из них 23, от бабушки в среднем 11,5, а от прапрапрапрабабушки в среднем около 0,7. То есть, может, она и есть в вас, эта хромосома, а может, ее и нет. А уж от предка, жившего 20 поколений назад, вы с высокой вероятностью не получили ровным счетом ничегошеньки.
В этом расчете есть ошибка: на самом деле хромосомы не передаются как целое. В них происходят обмены между бабушкиными и дедушкиными участками, которые называются «кроссинговерами». На одну хромосому и на одно поколение их никак не меньше трех, а потому кроссинговеры успевают перемешать гены наших предков, так что уж хоть что-то мы от них, скорее всего, получили, как далеко в историю поколений ни углубляйся. Но есть и обратная сторона: чем дальше в прошлое, тем мельче нарублен винегрет из хромосом, полученных нами от тогдашних прародителей. И когда вы слышите, что «в генофонде европейцев 2% ДНК неандертальца», надо понимать, что речь идет о небольших кусочках хромосом, куда и целый ген навряд ли поместится.
И вот еще что: когда компании, зарабатывающие деньги на коммерческой геномике, сообщают вам, к примеру, что в вас 11% француза и 2% эвенка, следует иметь в виду, что речь идет в лучшем случае о статистике точечных мутаций, якобы унаследованных вами от гипотетических древних популяций. Ничего похожего на «французский ген» вы у себя, видимо, не найдете.
Генетики, занимающиеся происхождением и миграциями народов, делают чуть более надежные выводы, когда ориентируются на «гаплогруппы». Это части генома, в которых, в отличие от обычных хромосом, никогда не происходил никакой кроссинговер, а потому они унаследованы от предков (точнее, от одного из ваших многочисленных предков) в целости и сохранности. Такова Y-хромосома, передающаяся по отцовской линии, или митохондриальная ДНК — по материнской. Однако информацию, которую можно было почерпнуть из этого скудного источника, популяционные генетики, кажется, отжали уже почти насухо. Можно ли поискать в человеческом геноме еще что-то в том же духе? Может быть, какие-то гаплогруппы ускользали от нашего внимания?
Примерно этим и занялись генетики из Калифорнии. Опубликованная ими статья сообщает, что нечто похожее на гаплогруппы обнаружилось в неожиданном месте: в серединках хромосом, которые называются «центромеры».
Центромера как источник личной драмы
Центромера — это просто кусочек хромосомы, за который клетка ее хватает, чтобы растащить к разным полюсам во время деления. Какое слово в этой фразе лишнее? Слово «просто».
«Это сердцевина тьмы в геноме, — говорит о центромере руководитель исследования Чарльз Лэнгли. — Мы предупреждаем студентов, чтобы они туда не совались».
А вот автора этих строк, то есть меня, никто не предупредил. В 2000 году я сунулся. Правда, не в центромеру человека, а к одной несложной плесени, но от этого не легче. Та техника называлась «прогулка по хромосоме», и вот гулял я там, гулял года два, да и заблудился. Центромера, она ведь какая? Одинаковые, бессмысленные, ничего не значащие последовательности повторены там много-много раз, и никто не знает, сколько именно. Где мы? Уже там или еще здесь?!
Как было мне, бедному путнику, не прийти в отчаяние? С тех пор я бросил занятия практической наукой, и вот я с вами, дорогие читатели.
Между тем статью-то написать у меня тогда получилось, вот она. Фокус там вот в чем: я засовывал в разные места центромеры специальные гены, которые легко находить методами классической генетики (вроде цвета спор у гриба — это как менделевские цветки гороха). А потом «картировал» их, то есть, собственно, определял как раз число кроссинговеров, о которых шла речь в прошлом разделе. Получилось вот что: в окрестностях центромеры этих самых кроссинговеров происходит минимум раз в десять меньше, чем в среднем по геному! А это значит, что гены предков (в моем случае предков плесени) там сохраняются в целости гораздо дольше, чем в других местах.
С тех пор прошло почти 20 лет, а ясности с центромерами не прибавилось. И когда вам говорят, что геном человека расшифрован, знайте, что там есть маленькая оговорочка: «…насколько позволяют существующие технологии». Расшифровать центромеры эти технологии пока толком не позволяют. В совокупности эти неизведанные места составляют на сегодня минимум 2% генома, а то и больше. Вот в эти самые дебри и углубились исследователи из Дэвиса во главе с бесстрашным Чарльзом Лэнгли.
Что же они там нашли?
Что они нашли
В человеческих центромерах, как и у плесени, да и у всего живого, кроссинговеров почти не бывает. А значит, там можно найти цельные протяженные куски очень древней ДНК, практически новые гаплотипы. Исследователи назвали их «ценгапы» (cenhaps). Сперва эти ценгапы они обнаружили у дрозофилы, а затем обратились и к человеку — собственно, взяли данные по центромерам из проекта «1000 геномов», насколько их там можно было найти.
И вот на хромосоме номер 11 вблизи центромеры у некоторых индивидуумов (исключительно европейцев) нашелся большой кусок ДНК, совпадающий с ДНК неандертальцев. Его сравнение с аналогичным куском человека (т. е. африканца) показало, что разошлись они чуть меньше миллиона лет назад — как раз когда разошлись и наши с неандертальцами исторические пути. Однако, по всей видимости, значительно позже один из наших европейских предков смешал свою ДНК с генами некой прекрасной неандерталицы (или наоборот) и сделал означенный кусок частью нашего генофонда.
А на 12-й хромосоме еще круче — там нашелся кусок ДНК очень древнего родственника, с которым наши пути разошлись более миллиона лет назад. Кто это был, где искать его кости? Это пока неизвестно.
Кроме того, на 11-й, прямо посреди неандертальского куска, нашлось целых 34 гена обонятельных рецепторов (всего их у нас около четырех сотен). Неудивительно, что они отличались от своих собратьев человеческого типа — точнее, обеспечивали примерно 50% от общей вариабельности этих генов. Если неандертальцы воспринимали запахи не так, как древние сапиенсы, тогда современные носители этого «ценгапа» могли бы рассказать остальным, чем для неандертальцев пахла роза и чем — жареная козлятина.
Но это лирика. Гораздо занимательнее, что у популяционных генетиков появился совершенно нежданный просвет в области исследования родословных разных народов и рас. Хромосом всего 23, столько же и центромер, и на каждой из них можно поискать что-то, унаследованное от дремучей древности — неплохая добавка к жалкой Y-хромосоме и совсем уж крохотной мтДНК, которыми приходилось довольствоваться раньше. Напомним, что эти самые центромеры вообще-то еще полностью не расшифрованы, и новых сюрпризов не избежать.
Второй вывод из этой работы скорее эмоционального свойства. У меня, автора этих строк, работа калифорнийских генетиков вызвала смешанные чувства. Ну конечно, я с нежностью отношусь к центромерам и всему, с ними связанному, прошлое-то не изменишь. С другой стороны, помню, как они меня тогда задолбали, пришлось даже сменить профессию. А вот кого-то не задолбали, а может, просто другой профессии у них в запасе не было. Но так, видимо, и развивается наука: все задолбались, а один не задолбался, а в результате стало известно то, что раньше известно не было. Мучительный процесс, да. Но порой увлекательный.