Полный геном неандертальца будет прочтен через два года

Неандерталец (реконструкция Николая Ковалева с сайта macroevolution.narod.ru)
Неандерталец (реконструкция Николая Ковалева с сайта Проблемы эволюции)

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 Пеэбо (Svante Pääbo) 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 Пеэбо 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 Пеэбо, 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 Pääbo. 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 Pääbo, Jonathan K. Pritchard, Edward M. Rubin. Sequencing and Analysis of Neanderthal Genomic DNA // Science. 2006. V. 314. P. 1113–1118.

См. также:
1) Получено генетическое подтверждение скрещивания наших предков с неандертальцами, «Элементы», 13.11.2006.
2) Древнейшая история человечества пересмотрена, «Элементы», 02.03.2006.
3) Будут ли расшифрованы генетические основы разума?, «Элементы», 09.10.2006.
4) Происхождение и эволюция человека.
5) Неандертальский форум на сайте «Проблемы эволюции».
6) В пятницу, 24 ноября, в 22.40 слушайте на радио «Свобода» передачу об изучении древней ДНК. С Евгением Рогаевым, генетиком, расшифровавшим митохондриальный геном мамонта, беседуют Александр Марков и Александр Костинский.

Александр Марков


8
Показать комментарии (8)
Свернуть комментарии (8)

  • dims  | 20.11.2006 | 17:07 Ответить
    Насколько я понимаю, если полный геном "прочтён", то принципиальных проблем воссоздать существо уже не остаётся.

    Что при этом получится за особь? Какая-то конкретная, которую секвенировали? Или некая смесь?

    Учитывается ли (отмечается ли) при составлении карты генома участки, которые соответствуют изменениям от особи к особи и отличаются ли они от участков, соответствующих изменениям от вида к виду?

    Если реально расшифровать ДНК неандертальца, то и мамонта, следовательно, тоже? Дронта?

    Спасибо, очень интересно.
    Ответить
    • А. Марков > dims | 20.11.2006 | 18:04 Ответить
      "Принципиальные" технические проблемы, к сожалению, остаются. Пока нет технологий, позволяющих, даже зная полный геном вымершего вида, воссоздать его. Клонирование овечек Долли осуществляется путем пересадки целого клеточного ядра от животного-донора в яйцеклетку реципиента. А целое ядро - это ГОРАЗДО больше, чем голая ДНК, пусть даже и правильно восстановленная. Пока можно клонировать только отдельные гены. Например, пересадить восстановленный ген неандертальца в бактерию или в мышь, и посмотреть, чего будет.

      "Особь" в данном случае получается пока конкретная: именно тот хорватский неандерталец - мужчина. Ну, конечно, в полном прочтенном геноме будет поначалу СТОЛЬКО ошибок, что я бы не позавидовал тому существу, которое можно было бы (пока только теоретически) на основе этого генома "воскресить".

      Полиморфизм, индивидуальная изменчивость. Для современных организмов это, конечно, постепенно учитывают. Составляют базы данных существующих у разных особей вариаций разных участков ДНК. Это делают для человека, мыши. С остальными пока хуже. Неандертальцу, думаю, это пока не светит.

      Мамонта геном тоже скорее всего скоро прочтут, если финансирование добудут. Мамонты есть мороженые, из них ДНК гораздо легче доставать, и нет проблемы с загрязнением похожей современной ДНК, т.к. слоны к этим образцам не приближались.
      Ответить
      • dims > А. Марков | 20.11.2006 | 18:16 Ответить
        Спасибо.

        Если можно, ещё вопрос: нашумевший в своё время проект секвенирования генома человека. Там, получается, тоже секвенировали конкретную личность? Кто это? :)
        Ответить
        • Vitall > dims | 20.11.2006 | 22:37 Ответить
          Нет - в Human Genome Project использовалась смесь из ДНК множества человек. Более 40 - насколько я помню. Исследование было устроено так, что ни доноры ДНК, ни исследователи не знали, кому конкретно принадлежит тот или иной кусочек расшифрованной ДНК. Celera для сиквентирования генома человека использовала 5 "субъектов". Одним из этих пяти был главный научный сотрудник(lead scientist) Celera. Когда оба исследования были почти закончены(2003), расшифрованные последовательности вроде как объединили(не уверен), по крайней мере отрапортовали о совместном успехе. Во всяком случае подходы используемые для сиквентированиай международным консорциумом и Celera кардинально отличались(сложно сказать чей лучше - но whole genome shotgun используемый Celera был дешевле).
          Ответить
    • Vitall > dims | 20.11.2006 | 22:55 Ответить
      Кстати, даже с текущими технологиями есть принципиальные проблемы с расшифровкой геномов. Так HGP расшифровал порядка 92% человеческого генома. Остальные проценты практически не поддаются расшифровке современными методами. Связано это с большой повторяемостью генетического кода в этих участках генома. Существует мнение, что гены в этих участках не содержатся, но точно не известно. И здесь мы говорим не про мамонтов, а про современного человека.
      Ответить
  • PavelS  | 22.11.2006 | 15:51 Ответить
    "Свидетельств гибридизации между нашими предками и неандертальцами пока не найдено" - совсем только что тут была статья что наоборот, найдено, а тут её типа почти опровергают.
    Ответить
    • А. Марков > PavelS | 22.11.2006 | 17:07 Ответить
      В тексте заметки есть соответствующее пояснение. Если вы хотите просто узнать, скрещивались или не скрещивались, не вдаваясь в детали, то это пока точно не известно и все очень спорно. И подтверждения не очень надежные, и опровержения тоже.
      Ответить
  • zemleroi  | 29.11.2006 | 09:09 Ответить
    Прошу прощения, но фамилия учёного - Пяябо, а не Паабо.
    Ответить
Написать комментарий


Элементы

© 2005-2017 «Элементы»