Геном неандертальца почти прочтен, осталось в нем разобраться

Скоро генетики смогут выяснить, какими генами обусловлены различия между неандертальцем (слева) и современным человеком (справа). Фото из обсуждаемой статьи в Science

Работа по прочтению полного ядерного генома неандертальца, предварительные результаты которой были опубликованы два года назад, близится к завершению. Общая длина прочтенных фрагментов неандертальской ДНК достигла 3 млрд пар нуклеотидов, что лишь ненамного меньше длины полного генома, однако в этих фрагментах пока много ошибок. Никаких признаков скрещивания неандертальцев с людьми современного типа по-прежнему не обнаружено.

Профессор Сванте Пяабо (Svante Pääbo) из Института эволюционной антропологии Макса Планка в Лейпциге (Max-Planck Institute for Evolutionary Anthropology) сообщил на ежегодном собрании Американской ассоциации по развитию науки (American Association for the Advancement of Science) об успешном прочтении ядерного генома неандертальца. О предварительных результатах этой работы, а также трудностях изучения древней ДНК и способах их преодоления, «Элементы» уже рассказывали (см.: Полный геном неандертальца будет прочтен через два года, 20.11.2006). Проект обошелся всего в 6,4 млн долларов — еще несколько лет назад такая стоимость показалась бы фантастически низкой, учитывая огромные технические трудности, которые пришлось преодолеть. Успех проекта свидетельствует о колоссальных возможностях, открываемых перед наукой новыми методами выделения, размножения и секвенирования (определения последовательности нуклеотидов) ДНК (см. также: Полные митохондриальные геномы вымерших животных теперь можно извлекать из волос, «Элементы», 04.10.2007).

К сожалению, нынешнее сообщение тоже носит предварительный характер. Хотя неандертальский геном длиной 3 млрд пар нуклеотидов уже прочтен, его компьютерная обработка и анализ пока не завершены. Когда это будет сделано, мы сможем наконец узнать, какие генетические изменения сделали современного человека «современным». Генетики и антропологи ожидают, что публикация результатов анализа и, главное, самой нуклеотидной последовательности неандертальского генома (это должно произойти в течение шести месяцев), приведет к колоссальному прорыву в изучении молекулярных основ «человеческой сущности».

Неандертальская ДНК для данного исследования была выделена из трех костных фрагментов, найденных в пещере на северо-западе Хорватии. Два года назад Пяабо и его коллеги ошибочно полагали, что эти кости принадлежат одному мужчине. Оказалось — двум женщинам. Они жили 38 000 лет назад, вскоре после появления в Европе, вотчине неандертальцев, африканских пришельцев — сапиенсов (см.: Уточнение радиоуглеродных датировок заставляет пересмотреть историю оккупации Европы людьми современного типа, «Элементы», 06.03.2006).

Исследователи подчеркивают, что речь идет только о «черновом» прочтении. В полученной последовательности много пробелов и неизбежных ошибок. Чтобы полностью исключить возможность ошибок, возникающих из-за посмертных изменений ДНК, каждый участок генома следовало бы прочесть несколько раз. Однако исследователям пока удалось прочесть всего 3 млрд пар нуклеотидов, что несколько меньше, чем размер полного генома неандертальца и современного человека. Некоторые участки удалось прочесть по несколько раз, зато другие участки пока не прочтены вовсе. Пяабо считает, что более или менее качественную последовательность удалось пока получить примерно для 60% генома. Однако исследователи не собираются останавливаться на достигнутом. В течение «нескольких ближайших лет» они намерены получить полную геномную последовательность неандертальца, сравнимую по качеству с прочтенным геномом шимпанзе.

На данный момент установлено, что различия в аминокислотных последовательностях белков между неандертальцем и сапиенсом затрагивают от 1000 до 2000 аминокислот (примерно одна аминокислотная замена на 10–20 белков). Для сравнения, от шимпанзе нас отличает около 50 000 аминокислотных замен (в среднем 2–3 замены на белок). Количество различий в некодирующих участках генома пока не подсчитано. Подтвердились опубликованные ранее результаты, согласно которым ген FOXP2 абсолютно идентичен у современного человека и неандертальца. Этот ген тесно связан с речью, поэтому данный факт можно рассматривать как аргумент в пользу того, что неандертальцы умели говорить. Впрочем, не следует переоценивать силу этого аргумента. На самом деле от данного гена зависит не речь как таковая, а способность к очень быстрым и точно скоординированным движениям определенных мышц. Певчим птицам, например, ген FOXP2 необходим для пения (см.: Будут ли расшифрованы генетические основы разума?, «Элементы», 09.10.2006).

Важнейшие вехи в развитии палеогеномики. 1856 — в Германии найден типовой экземпляр неандертальца. 1997 — отсеквенирован первый фрагмент митохондриальной ДНК неандертальца. До 2005 — дорогостоящие технологии и опасность загрязнений сдерживают попытки изучения ядерной ДНК. 2005 — расшифровка ДНК пещерного медведя показывает полезность методов метагеномного анализа для палеогеномики. 2006 — ДНК мамонта отсеквенирована при помощи новых технологий. 2006 — начало проекта «геном неандертальца». 2006 — две команды исследователей сообщают о прочтении 65 000 и 1 млн пар нуклеотидов неандертальского ядерного генома. 2007 — в материале команды Грина и др. обнаружены загрязнения. 2007 — показано, что неандертальцы были рыжими и светлокожими. 2007 — показано, что ген FOXP2 идентичен у неандертальца и современного человека. 2007 — опубликован полный геном мамонта. 2008 — опубликован полный митохондриальный геном неандертальца. 2008 — показано, что у неандертальцев встречалась группа крови 0. 2009 — черновое прочтение ядерного генома неандертальца. Рис. из обсуждаемой статьи в Science

Ранее сообщалось, что одна из двух исследовательских групп, параллельно взявшихся за расшифровку неандертальского генома, вроде бы обнаружила некоторые признаки возможного генетического обмена между неандертальцами и сапиенсами. В заметке «Полный геном неандертальца будет прочтен через два года» мы об этом умолчали, поскольку выводы были весьма сомнительные, и правильно сделали, потому что позже обнаружилось, что эта исследовательская группа все-таки не смогла уберечь свои пробы от «загрязнения» фрагментами современной человеческой ДНК. Именно из-за этих загрязнений и создалось ошибочное впечатление, что некоторые гены сапиенсов «просочились» в неандертальский генофонд. Теперь же Пяабо сообщил, что каких-либо признаков гибридизации сапиенсов с неандертальцами так и не удалось обнаружить.

В частности, не подтвердилась (пока?) красивая теория, согласно которой сапиенсы получили от неандертальцев один из вариантов гена microcephalin, влияющего на рост мозга (см.: Получено генетическое подтверждение скрещивания наших предков с неандертальцами, «Элементы», 13.11.2006). В прочтенном геноме неандертальца этот вариант гена microcephalin не обнаружен. Впрочем, теоретически сохраняется возможность, что ген был получен сапиенсами не от европейских, а от азиатских неандертальцев. По справедливому замечанию Пяабо, едва ли когда-нибудь будет получено абсолютное доказательство того, что неандертальцы и сапиенсы вообще никогда не скрещивались. Однако вероятность (и возможная частота) таких скрещиваний по мере появления новых данных неуклонно становится всё меньше и меньше.

Источник: Elizabeth Pennisi. Neandertal genomics: Tales of a Prehistoric Human Genome // Science. 2009. V. 323. P. 866–871.

См. также:
1) Полный геном неандертальца будет прочтен через два года, «Элементы», 20.11.2006.
2) Получено генетическое подтверждение скрещивания наших предков с неандертальцами, «Элементы», 13.11.2006.
3) Будут ли расшифрованы генетические основы разума?, «Элементы», 09.10.2006.
4) Древнейшая история человечества пересмотрена, «Элементы», 02.03.2006.
5) Полные митохондриальные геномы вымерших животных теперь можно извлекать из волос, «Элементы», 04.10.2007.
6) Уточнение радиоуглеродных датировок заставляет пересмотреть историю оккупации Европы людьми современного типа, «Элементы», 06.03.2006.

Александр Марков

Последние новости: Генетика, Эволюция, Александр Марков