Полный геном неандертальца будет прочтен через два года
|
Сразу две международные команды ученых сообщили в последних номерах журналов Nature и Science о начале работы по прочтению полного генома неандертальца. На сегодняшний день удалось прочесть фрагменты общей длиной около миллиона нуклеотидов, что составляет четыре сотых процента полного генома. Новые данные подтвердили прежние выводы, основанные на анализе митохондриальной ДНК, согласно которым разделение линий неандертальцев и современных людей произошло около 500 000 лет назад. Свидетельств гибридизации между нашими предками и неандертальцами пока не найдено.
Еще совсем недавно пределом мечтаний для палеогенетиков было выделение из древних костей митохондриальной ДНК. Эта небольшая часть генома, передающаяся по материнской линии, присутствует в каждой клетке в сотнях копий, к тому же она имеет кольцевую структуру и поэтому лучше сохраняется. Выделение ядерной ДНК, составляющей у человека и других млекопитающих примерно 99,9995% полного генома, представлялось совершенно нереальным. Однако стремительное развитие методов выделения, секвенирования и анализа ДНК сегодня сделало возможным то, что казалось совершеннейшей фантастикой пару лет назад.
Профессор Сванте Пяабо (Svante Paabo) из Института эволюционной антропологии Макса Планка в Лейпциге (Max-Planck Institute for Evolutionary Anthropology) после долгих поисков по различным музеям и институтам нашел в Загребе (Хорватия) образец неандертальской кости, в котором сохранилось достаточное количество древней ДНК и который почти не был загрязнен ДНК современного человека. Кость принадлежала неандертальцу мужского пола, проживавшему на территории нынешней Хорватии 38 000 лет назад.
Часть уникального материала Пяабо передал группе американских коллег под руководством Эдварда Рубина (Edward Rubin). Американские и немецкие исследователи воспользовались разными методиками анализа и одновременно опубликовали свои первые результаты в журналах Nature и Science. Главный вывод обеих статей состоит в том, что прочтение полного генома неандертальца является выполнимой задачей. По оценке Пяабо, на это потребуется два года.
На сегодняшний день исследователям удалось прочесть множество отдельных фрагментов ядерного генома неандертальца, рассеянных по всем хромосомам. Суммарная длина прочтенных фрагментов — около миллиона нуклеотидов, что составляет примерно 0,04% полного генома. Для сравнения, длина митохондриальной ДНК человека — 16 569 нуклеотидов.
По предварительным данным, геномы H.sapiens и H.neandertalensis идентичны на 99,5% или более. Приблизительное время расхождения эволюционных линий двух видов (500 000 лет назад плюс-минус 200 000 лет), определенное ранее по митохондриальной ДНК, подтверждается, но точность оценки выше пока не стала. Никаких свидетельств гибридизации между нашими видами во время их совместного проживания в Европе 40 000–28 000 лет назад не обнаружено. По мнению исследователей, вероятность такой гибридизации сейчас представляется небольшой, однако полностью исключить такую возможность пока нельзя.
Постоянных читателей «Элементов», безусловно, интересует вопрос о гене microcephalin, один из вариантов которого предположительно был получен нашими предками от неандертальцев (см. Получено генетическое подтверждение скрещивания наших предков с неандертальцами, «Элементы», 13.11.2006). К сожалению, никаких новых данных по этому поводу пока нет: до микроцефалинового гена ни американские, ни германские исследователи пока не добрались. Добавлю от себя, что многие данные говорят о том, что гибридизация H.sapiens с европейскими неандертальцами представляется менее вероятной, чем с азиатскими; к тому же «неандертальский вариант» микроцефалинового гена наиболее распространен не в Европе, а в Центральной Азии, где имеются косвенные археологические свидетельства такой гибридизации.
Главная цель обеих публикаций — продемонстрировать принципиальную возможность прочтения полного неандертальского генома. Они показывают, что современные методики уже позволяют собирать геномы из крошечных обрывков длиной менее сотни нуклеотидов. Однако остаются две сложнейшие проблемы.
Первая состоит в том, что из-за очень высокого сходства геномов человека разумного и неандертальского чрезвычайно трудно отличить фрагменты подлинной неандертальской ДНК от «загрязнений» — фрагментов современной человеческой ДНК, попавших в образец в процессе его изучения. Хорватский образец в этом отношении ценен тем, что с ним почти не работали археологи, поскольку он считался «малоинформативным».
Конечно, если в неандертальских костях обнаруживается последовательность, более похожая на участок генома шимпанзе, чем сапиенса, то такой участок можно с уверенностью считать неандертальским, поскольку загрязнение образца фрагментами ДНК каких-либо приматов, кроме современного человека, представляется маловероятным. Но таких случаев мало: все-таки общие предки неандертальцев и современных людей отделились от предков шимпанзе 5–7 миллионов лет назад, и неандертальцы по геномным последовательностям на порядок ближе к нам, чем к шимпанзе.
Вторая проблема — это «постмортальные мутации». В ископаемых молекулах ДНК со временем происходят изменения: Г (гуанин) может превратиться в А (аденин), а Ц (цитозин) — в Т (тимин). В принципе, такие мутации можно «выловить», поскольку каждый фрагмент нативной ДНК присутствует в образце во множестве копий, и одна и та же мутация не может произойти во всех копиях. Но такая «чистка» прочтенных последовательностей сопряжена с большими техническими трудностями. Авторы сами признают, что прочтенные ими неандертальские последовательности пока довольно «грязные».
Наиболее эффективные методики исправления постмортальных мутаций разработаны российскими генетиками под руководством Евгения Рогаева, что позволило им недавно очень «чисто» прочесть митохондриальный геном мамонта. Будем надеяться, что россияне примут участие в последующей работе по прочтению полного генома неандертальца.
Источники:
1) Richard E. Green, Johannes Krause, Susan E. Ptak, Adrian W. Briggs, Michael T. Ronan, Jan F. Simons, Lei Du, Michael Egholm, Jonathan M. Rothberg, Maja Paunovic, Svante Paabo. Analysis of one million base pairs of Neanderthal DNA // Nature. 2006. V. 444. P. 330–336.
2) James P. Noonan, Graham Coop, Sridhar Kudaravalli, Doug Smith, Johannes Krause, Joe Alessi, Feng Chen, Darren Platt, Svante Paabo, Jonathan K. Pritchard, Edward M. Rubin. Sequencing and Analysis of Neanderthal Genomic DNA // Science. 2006. V. 314. P. 1113–1118.
