Какво прави бозайника бозайник?

423 000 новоидентифицирани ДНК участъци ръководят нашите гени. Тези елементи са наречени „ЕДНОРОЗИ“. Близо са до гени, влияещи на обонянието и съня. Както и начините, по които хората и другите бозайници взаимодействат със заобикалящата ги среда.

Различните бозайници споделят цели 10 % от своя геном

Бягащите вълци, летящите прилепи и плуващите делфини изглежда имат малко прилики. Но тези напълно различни животни са сред най-малко 240 вида бозайници – включително хора – които споделят цели 10 процента от своя геном. Това откритие включва повече от 400 000 неидентифицирани досега участъци от ДНК. Те вероятно контролират начина, по който гените – сегментите от генетичен материал, които кодират протеини – действително функционират. Новите анализирани региони бяха подчертани в статии, описващи първия опит за директно сравняване на 240 геномни последователности на бозайници. Новата база данни от сътрудничество, наречено Zoonomia идентифицира части от ДНК кода, които дават на някои бозайници изключителни способности. Такива например са хибернация или способността да усещат миризми на километри разстояние.

Геномите на бозайниците

Досега повечето проучвания, които разглеждаха геномите на бозайниците използваха човешкия геном като референция. Той бе отправна точка, в разбирането как геномът на даден животински вид се вписва заедно и как се е развил. Но този измервателен способ е полезен само ако последователностите на човешката ДНК са подобни на животинските. При животни, които имат специфични нечовешки адаптации или черти, като хибернация, генетични прилики с хората може да не съществуват.

За да преодолеят този проблем, десетки изследователи от проекта Zoonomia, събрали геномните последователности на 240 видове бозайници. Включително хора и две породи домашни кучета. Реководители на изследването са геномиците Елинор Карлсон от Broad Institute на Масачузетския технологичен институт и Харвардския университет и Керстин Линдблад-Тох от университета в Упсала в Швеция. Те и техните сътрудници ги прекарали чрез алгоритъм, който сравнил всички геноми един с друг.

Изненадващите прилики и разлики

Подравняването на геномите по този начин позволил на изследователите да открият приликите и разликите между видовете, дори ако тези видове са само далечни роднини. Някои видове прилепи, например, спят зимен сън като мечки, докато други тясно свързани видове прилепи не го правят. Подравняването на генома разкрива ДНК региони, които се споделят само между мечки, зимуващи прилепи и други зимуващи. Тези региони включват гени, участващи в регулирането на температурата, метаболизма и възстановяването на увредени неврони.

Изследователите открили прилики между животински видове, които имат силно обоняние. Те установили, че гризачите имат най-много гени за обонятелни рецепторни протеини, които улавят миризми. Но дори най-добре надушващият гризач, централноамериканският агути, имал по-малко обонятелни гени от три други вида. Африканският савански слон, с 4199 гена, посветени на обонянието, има най-много от всички животни. Изследователите също така установили, че животните, които живеят сами, са склонни да имат повече обонятелни гени от тези, които живеят на групи. Това може да се дължи на факта, че само животните се нуждаят от по-добри способности да усещат хищници и плячка, защото не могат да разчитат на мрежа от спътници за предупреждения.

Наличието на 240 генома за сравнение позволило на изследователите да видят къде регионите на ДНК кода са идентични при видовете бозайници. Тези запазени региони вероятно са много важни за оцеляването на бозайниците, защото бозайниците са ги държали през цялата си еволюция.

10,7 % от човешкия геном е сходен с другите бозайници

Някои предишни оценки предполагаха, че само 3 процента от човешкия геном е подобен на този на всички други бозайници. Но когато екипът на Zoonomia потърсил прилики, установил, че 10,7 процента от човешкия геном изглежда подобен на нашите сънародници от бозайници. И забележително, само 20 процента от тези запазени региони са били в части от гени, които кодират протеини. По-голямата част от запазените области са били в други области на хромозомата, които биха могли да повлияят на това как различните гени се изключват или включват или колко активни стават. Тези така наречени регулаторни елементи могат да повлияят на генната експресия по редица начини. Те могат да огънат ДНК верига, за да помогнат на клетъчните машини да се свържат с ген и в крайна сметка да създадат повече протеин.

ЕДНОРОЗИ

Изследователите са открили 423 586 потенциални регулаторни елемента, които те наричат ​​неанотирани междугенни ограничени региони (UNICORNs). Много от тях са разположени близо до гени, които влияят на начина, по който животните взаимодействат с околната среда. Като например развитието на кожата, както и способността да се адаптират към промените. Линдблад-То казва, че ЕДНОРОЗИТЕ почти сигурно влияят на генната регулация по начини, които все още не са разбрани.

Тези ЕДНОРОЗИ никога не са били идентифицирани преди, дори от големи научни сътрудничества, които са разгледали стотици хиляди човешки геноми в голяма дълбочина.

Нямахме нужда от съвършенство; просто имахме нужда от голям брой видове, които да сравняваме помежду си

, казва Карлсон.

Дейвид Кингсли, биолог по развитието в Станфордския университет, който не е участвал в изследването, казва, че подравняването на геномите може да разкрие много повече за генетиката и биологията на даден вид, отколкото изучаването на всеки вид поотделно – поне като първа стъпка.

 Използва се от всички тези експерименти на природата, които са много по-мащабни от експериментите, които са правени от хората

, казва той. Кингсли се надява, че биолозите ще използват тази информация, за да копаят още повече в регулаторната ДНК, която е важна при определянето на поведението и адаптациите на видовете.

Предизвикателството

Предизвикателството сега, е да разберем по-добре физиологията и поведението на животинските видове. Така ще можем да идентифицираме по-добре техните генетични прилики. Някой трябва да изследва 240 вида, за да разбере дали спят зимен сън и колко големи са мозъците им, смята Карлсон. Тя и Линдблад-То планират да добавят повече геноми на примати към базата данни. Това ще им позволи да определят по-добре как са се развили хората. Но най-важните констатации, казват те, ще дойдат, когато други изследователи започнат да изучават генетиката на любимите си видове. Тъй като геномите на повечето бозайници не са напълно секвенирани – особено частите, които не са вътре в гените – базата данни Zoonomia може да запълни много от празнините и да позволи на учените да задават нови въпроси.