Учёные когда-то считали большую часть человеческого генома «мусором», потому что большие участки его генетического кода не дают никаких белков, сложных молекул, отвечающих за поддержание работы клеток. Однако с тех пор было обнаружено, что эта так называемая мусорная ДНК играет важную роль в клетках, и в новом исследовании учёные сообщают, что у людей действительно может быть мусорная ДНК, благодаря которой мы являемся обладателями исключительно большого мозга.
Исследование, опубликованное в понедельник (2 января) в журнале Nature Ecology & Evolution, предполагает, что гены, которые позволили человеческому мозгу вырастить большие доли и сложные информационные сети, могли первоначально возникнуть из мусорной ДНК. Другими словами, в какой-то момент «мусор» приобрёл способность кодировать белки, и эти новые белки, возможно, имели решающее значение для эволюции человеческого мозга.
Полученные данные свидетельствуют о том, что такие гены «могут играть определённую роль в развитии мозга и, возможно, были движущей силой познания во время эволюции людей», — считает Эрих Борнберг-Бауэр (Erich Bornberg-Bauer), биофизик-эволюционист из Вестфальского университета имени Вильгельма, Германия, который не принимал участия в исследовании.
Как правило, новые гены, кодирующие белок, рождаются, когда клетки дублируют и делают копии своей ДНК. По мере того как клетки строят новые молекулы ДНК, в генетическом коде в состоянии появляться мутации, и изменённые гены могут затем давать начало белкам, несколько отличающимся от тех, что были у их предшественников. Гены, рождённые из мусорной ДНК, известные как гены de novo, претерпевают более драматическую трансформацию, поскольку внезапно приобретают способность производить белки.
Чтобы сделать белки, клетки «считывают» гены, кодирующие белок, и записывают свои генетические схемы в молекулу, называемую РНК, которая затем перемещается к месту построения белка в клетке, называемому рибосомой. Оттуда рибосома использует схему РНК для создания желаемого белка. Интересно, что мусорная ДНК также может быть использована для создания различных разновидностей РНК, но очень немногие из этих молекул РНК могут покинуть ядро, защитный пузырь, в котором клетки хранят свою ДНК, как обнаружили авторы исследования. Их новое исследование предполагает, что для превращения в ДНК, кодирующую белок, мусорная ДНК должна сначала начать создавать РНК, способную покинуть ядро и достичь рибосомы, сообщает журнал Science.
Сравнивая геномы людей, шимпанзе (Pantroglodytes) и макак-резусов (Macaca mulatta), более отдалённых наших родственников среди приматов, авторы выявили 74 примера превращения мусорной ДНК в ДНК, кодирующую белок, сообщает Ars Technica. Они подтвердили, что ключевым шагом в этой трансформации была мусорная ДНК, собирающая мутации, которые позволили её РНК выйти из ядра.
Люди и шимпанзе разделяют 29 из этих генов de novo, что означает, что гены возникли после того, как люди и шимпанзе отделились от эволюционного предка, которого они делили с макаками-резусами. Остальные 45 генов de novo появились после того, как люди и шимпанзе отделились друг от друга около 6 миллионов лет назад, то есть эти гены уникальны для человека.
Кроме того, команда обнаружила, что девять из этих уникальных генов активны в человеческом мозге, поэтому они исследовали функции генов в нескольких экспериментах. В некоторых тестах участвовали крошечные 3D-модели мозга, выращенные в лабораторных чашках; два гена заставляли этот мини-мозг расти больше, чем без этих генов. По сообщению журнала Science, у генетически модифицированных мышей эти два гена соответственно стимулировали рост мозга выше среднего и вызывали образование человекоподобных гребней и борозд в мозге грызунов.
Важно отметить, что мини-мозг не отражает всю сложность полноразмерного человеческого мозга и что в исследованиях на грызунах участвовало относительно мало мышей, сообщили эксперты журналу Science. Но, в конечном счёте, работа предполагает, что мусорная ДНК, возможно, предоставила некоторые из ключевых ингредиентов поспособствовавших тому, что делает нас людьми.
