Российский ученый обнаружил в ДНК дополнительный «тайник» с генетической памятью

Максим Никитин из МФТИ доказал, что кроме двойной макромолекулы передавать наследственную информацию может «клеточный мусор»

Открытие мирового уровня совершил российский ученый, заведующий лабораторией МФТИ Максим Никитин. Он обнаружил «тайную» систему хранения генетической информации в ДНК, на которую раньше никто не обращал внимания. От нее может зависеть наша память, склонность или устойчивость организма к опасным заболеваниям. Более подробно об этой работе, опубликованной недавно в Nature Chemistry, нам рассказал сам ученый и прокомментировал его коллега-биолог.

Сначала напомним читателям, что такое ДНК (дезоксирибонуклеиновая кислота). Это одна из макромолекул нашего организма (есть еще РНК и белки), обеспечивающая хранение и передачу наследственной информации из поколения в поколение. Эта информация записана в ДНК в виде индивидуального для каждого живого существа генетического кода – последовательности всего четырех нуклеотидов (они обозначаются буквами A,G,T,C).

В 1953 году ученые Джеймс Уотсон и Френсис Крик открыли структуру молекулы ДНК — двойную спираль. Вторая цепь в ней также состоит из тех же четырех букв генетического алфавита и прочно связана с первой.

Они соотносятся друг с другом, как части молнии на вашем жакете, – объясняет заведующий лабораторией эпигенетики Института общей генетики РАН Сергей Киселев. – То есть представляют собой плотную «застежку». Как правило, длина спирали составляет несколько сотен миллионов нуклеотидов, тех самых четырех букв в разных последовательностях. И чем больше звеньев «молнии» (или двойной спирали) комплиментарны друг другу, то есть, составляют друг с другом прочную связь, тем прочнее общее «хранилище» – ДНК. Но представьте, что какие-то звенья из «молнии» вдруг вылетели, и буквы перестали совпадать друг с другом, как раньше. В этом случае генетики констатируют обычно наличие мутации в определенном участке ДНК, то есть в гене.

Максим Никитин решил изучить, что произойдет, если в ДНК вдруг пропадут все подобные связи. Что будет, если большая ДНК вдруг разрушится на множество маленьких фрагментов и, соответственно, разорвет пары букв, которыми была скреплена? Ученый работал девять лет, моделируя подобную «катастрофу» из присутствующих в любой клетке «обрывков» ДНК, состоящих, к примеру, всего из 10-20 нуклеотидов. Их раньше называли «мусорной ДНК», которая имеется в каждой клетке и, как считалось ранее, не несет никакой информации потомкам. Так вот, Никитин доказал, что эти маленькие кусочки тоже способны передавать информацию! В эксперименте он увидел изменение в клетке, вызванное именно такими короткими молекулами. Сами по себе они не дотягивали даже до одного гена – не хватало нуклеотидов в нужной последовательности. Но, оказалось, что они способны решать проблему, находя точки соприкосновения с себе подобными, и таким образом создавать конгломераты, которые составляют целые гены.

– Такие связи разрозненных звеньев ДНК можно назвать слабыми взаимодействиями в клетке, – говорит Никитин. – Пока я продемонстрировал их в пробирке, но этот механизм точно может реализовываться в природе. Только теперь надо понять, как. Первый вариант может быть связан с тем, что эта некая хаотическая сущность, которая мешает выстраиванию прочной генетической системы. Второй – что этот механизм участвует в естественных процессах. Например, у меня есть версия, что этот механизм может быть удобен для образования процесса нашей краткосрочной памяти.

Если это удастся доказать, то, по словам Никитина, у человечества появится «входная дверь для улучшения памяти и замедления старения». Кроме того, используя эту возможность нашей ДНК, мы сможем сделать более безопасными, без побочных эффектов, лекарственные препараты или даже создать суперкомпьютер, выстраивающий миллиарды вычислительных вариантов на основе взаимодействия обрывков ДНК.

По словам Сергея Киселева, описанный в работе Максима Никитина механизм передачи информации немного напоминает эпигенетический механизм, который усиливает или ослабляет работу генов за счет молекул мРНК. Как мы знаем, в ответ на внешние стимулы, к примеру, питание, эмоциональные стрессы, физические нагрузки, эпигеном отдает «приказы» отдельным нашим генам усиливать или, наоборот, ослаблять их активность. Как и на что влияет новый механизм слабого взаимодействия в клетке, еще предстоит выяснить ученым.

По словам Никитина, которому уже поступило множество приглашений на международные научные конференции, он «открыл свойство, которое долго оставалось в тени элегантности и красоты двойной спирали ДНК». Он сравнил событие с тем, как если бы мы раньше знали только одно Солнце, а потом случайно узнали, что вообще-то во Вселенной – миллиарды подобных звезд.

Источник: www.mk.ru