Ћелије које садрже људску и биљну ДНК откривају нешто фундаментално о нашем геному
Ес саравутх/Схуттерстоцк
Колико је наш геном заиста важан? Неки тврде да зато што је већина наше ДНК активна, она мора да ради нешто важно. Други кажу да би чак и насумична ДНК била веома активна. Ово је сада стављено на тест проучавањем људских ћелија које садрже огромне комаде биљне ДНК, Нев Сциентист може искључиво открити – а ефективно насумична биљна ДНК је заиста била скоро једнако активна као људска ДНК.
Овај налаз показује да је висок проценат активности генома само бука, а не да има било какву сврху, и на тај начин додаје доказима да је већина људског генома смеће.
„Велика количина се једноставно може објаснити позадинском буком“, каже Брет Адеј са Универзитета Окланд на Новом Зеланду. „Чини се да је ово у великој мери у складу са идејом о отпадној ДНК.
Главна функција ДНК је да чува рецепте за прављење протеина, молекуларне машине које обављају скоро сав посао у ћелијама. ДНК рецепти се копирају да би се направиле РНК које преносе рецепте до рибозома, фабрика за производњу протеина ћелије.
У почетку се претпостављало да се скоро сва ДНК састоји од рецепата за прављење протеина, али сада знамо да само 1,2 одсто људског генома кодира протеине. Па шта ради остатак?
Од 1960-их, многи биолози су тврдили да је то углавном смеће. Да, мали проценат ДНК који не кодира протеин је заиста важан и вероватно ћемо деценијама наставити да откривамо делове који раде корисне ствари, али таква открића, кажу, неће променити укупну слику велике већине некодирајуће ДНК која је смеће.
На пример, студија из 2011. показала је да је само око 5 процената генома сачувано током дубоког времена – изгледа да еволуцији није стало до остатка. Биолози у кампу који се углавном бави отпадом такође истичу да величина генома веома варира између врста. Зашто је луку потребно пет пута више ДНК него човеку, на пример? Зашто плућка има 30 пута више?
Али други биолози су се фокусирали на то да ли људска ДНК ишта чини – на пример, да ли се претвара у РНК, чак и ако та РНК нема познату сврху. У 2012, велики пројекат под називом ЕНЦОДЕ закључио је да је више од 80 одсто људског генома активно у том смислу, и тврдио да је то показало да то ипак није смеће. Неки биолози у овом кампу користе термин „тамна ДНК“ да се односе на некодирајућу ДНК, а идеја је да је то важно из разлога које још увек не разумемо.
Као одговор на тврдњу ЕНЦОДЕ-а, 2013. године, Шон Еди са Универзитета Харвард предложио је пројекат случајног генома. „Претпоставимо да ставимо неколико милиона база потпуно насумичне синтетичке ДНК у људску ћелију и урадимо пројекат ЕНЦОДЕ на њој“, написао је он.
Да ли ћемо и даље видети све активности ЕНЦОДЕ које се поздрављају као доказ функције? „Мислим да да“, закључио је Еди.
„Не можете заиста ништа закључити само из мерења активности. И то је бриљантност идеје Шона Едија о насумичном геному, да оно што нам заиста треба јесте ова основна линија“, каже Остин Генли, такође са Универзитета у Окланду. „Без те основне линије, све што погледате није стварно значајно у смислу одлучивања између функције и смећа.
Међутим, израда синтетичке ДНК је скупа. До сада, једини покушаји пројекта случајног генома укључивали су мале делове ДНК не дуже од око 100.000 парова база.
Али када су Адеи и Ганлеи сазнали да су истраживачи у Јапану створили хибридне ћелије између људи и биљака које садрже 35 милиона базних парова ДНК од тхале креса (Арабидопсис тхалиана), схватили су да се ово може посматрати као далеко највећи пројекат случајног генома до сада.
Еди, који није био укључен у студију, се слаже. Биљке и животиње су се одвојиле од заједничког претка пре најмање 1,6 милијарди година, тако да су у то време мутације „ефикасно насумично поређале“ некодирајућу ДНК у А. тхалиана. Сваки појединачни сајт је мутирао неколико пута, оценио је Едди на питање о овом приступу.
Након почетних студија за проверу да је биљна ДНК заиста насумична, што се људске ћелије тиче, Адеи и Ганлеи су затим измерили број полазних тачака за претварање ДНК у РНК на 1000 базних парова некодирајуће ДНК.
Ако је претварање ДНК у РНК заиста знак функције, онда тешко да би било која биљна ДНК требало да се претвори у РНК. У стварности, Адеи и Ганлеи су открили само нешто мање активности – било је око 80 посто толико почетних локација по килобази некодираних А. тхалиана ДНК у поређењу са људском некодирајућом ДНК.
Другим речима, ово снажно сугерише да је скоро сва активност коју види ЕНЦОДЕ шум.
„Ово је одлична демонстрација колико је биологија, заиста, бучна“, каже Крис Понтинг са Универзитета у Единбургу у Великој Британији. „Биохемијске активности које се дешавају унутар ове (биљне) секвенце очигледно не дају никакву функцију људској ћелији.“
„Ова веома елегантна студија је била потребна“, каже Дан Граур са Универзитета у Хјустону у Тексасу. „Нуди још експерименталних доказа који потврђују оно што је годинама било очигледно: већина људског генома је смеће. Израз ‘тамни ДНК’ је смешна глупост, коју су измислили људи са лошим случајем физичке зависти.“
У савршено дизајнираном систему не би било буке, каже Ганли, али еволуција не ствара савршене дизајне. И бука може имати предности. „Ако имате ове несавршене системе који имају много буке, та бука заправо може створити занимљиве ствари које се онда могу покупити селекцијом“, каже он.
Тим још увек не може да објасни зашто је било 25 одсто више активности у људској ДНК. „Све што заиста можемо да кажемо је да је за то потребно објашњење“, каже Ганли.
Могуће је да неке од додатних РНК имају функције – то не би променило закључак који је углавном непожељан – али постоје и друга потенцијална објашњења. Истраживачи сада користе машинско учење да виде да ли могу пронаћи начине да разликују потенцијално значајну активност од позадинске буке.
Тим планира да објави налазе, али још није написао рад.
Теме:
