Эта цифра сильно отличается от той, что была дана в 2012 году, когда некоторые ученые, участвующие в проекте ENCODE (Энциклопедия элементов ДНК), заявили, что 80% нашего генома выполняет некоторую биохимическую функцию.Это утверждение было спорным, и многие в этой области утверждали, что биохимическое определение «функции» было слишком широким — что только потому, что происходит активность ДНК, это не обязательно имеет последствия; для функциональности вам нужно продемонстрировать, что действие имеет значение.Чтобы достичь своей цифры, группа из Оксфордского университета воспользовалась способностью эволюции различать, какие виды деятельности имеют значение, а какие нет. Они определили, какая часть нашего генома избежала накопления изменений за 100 миллионов лет эволюции млекопитающих — четкое указание на то, что эта ДНК имеет значение, она выполняет некоторые важные функции, которые необходимо сохранить.
«Это в значительной степени связано с различными определениями того, что такое« функциональная »ДНК», — говорит старший автор исследования профессор Крис Пойнтинг из отделения функциональной геномики MRC в Оксфордском университете. «Мы не думаем, что наша цифра на самом деле слишком отличается от того, что вы могли бы увидеть в банке данных ENCODE, используя то же определение функциональной ДНК.Но это не просто академический аргумент о туманном слове «функция». Эти определения имеют значение. При секвенировании геномов пациентов, если бы наша ДНК была в значительной степени функциональной, нам нужно было бы обращать внимание на каждую мутацию.
Напротив, из-за того, что только 8% являются функциональными, мы должны определить 8% обнаруженных мутаций, которые могут быть важными. С медицинской точки зрения это важно для интерпретации роли генетической изменчивости человека в заболевании ».Исследователи Крис Рэндс, Стивен Мидер, Крис Понтинг и Гертон Лунтер сообщают о своих выводах в журнале PLOS Genetics.
Они финансировались Британским советом по медицинским исследованиям и Wellcome Trust.Исследователи использовали вычислительный подход для сравнения полных последовательностей ДНК различных млекопитающих, от мышей, морских свинок и кроликов до собак, лошадей и людей.Доктор Гертон Лантер из Wellcome Trust Center for Human Genetics в Оксфордском университете, другой совместный старший автор, объяснил: «На протяжении эволюции этих видов от их общих предков в ДНК возникают мутации, и естественный отбор противодействует этим изменениям, чтобы сохранить полезную ДНК. последовательности неповреждены ».
Идея ученых заключалась в том, чтобы посмотреть, где в геномах млекопитающих появляются вставки и делеции фрагментов ДНК. Можно было ожидать, что они будут попадать в последовательность примерно случайным образом — за исключением тех случаев, когда естественный отбор действовал для сохранения функциональной ДНК, где вставки и делеции затем будут лежать дальше друг от друга.
«Мы обнаружили, что 8,2% нашего человеческого генома функционируют», — говорит д-р Лунтер. «Мы не можем сказать, где находится каждый бит из 8,2% функциональной ДНК в наших геномах, но наш подход в значительной степени свободен от предположений или гипотез. Например, это не зависит от того, что мы знаем о геноме или какие конкретные эксперименты используются для определения биологической функции ».Остальная часть нашего генома — это остатки эволюционного материала, части генома, которые претерпели потери или улучшения в коде ДНК — часто называемые «мусорной» ДНК.«Мы склонны ожидать, что вся наша ДНК должна что-то делать.
На самом деле это лишь небольшая часть, — говорит доктор Крис Рэндс, первый автор исследования и бывший студент DPhil отделения функциональной геномики MRC в Оксфордском университете.Исследователи объясняют, что не все из 8,2% одинаково важны.
Чуть более 1% ДНК человека составляют белки, которые осуществляют почти все важные биологические процессы в организме.Считается, что остальные 7% участвуют во включении и выключении генов, кодирующих белки, — в разное время, в ответ на различные факторы и в разных частях тела. Это элементы управления и регулирования, бывают разных типов.«Производимые белки практически одинаковы в каждой клетке нашего тела с момента нашего рождения до момента смерти», — говорит доктор Рэндс. «Какие из них включены, где в теле и в какой момент времени нужно контролировать — и эту работу выполняют 7%».
Сравнивая геномы разных видов, исследователи обнаружили, что, хотя гены, кодирующие белок, очень хорошо законсервированы у всех млекопитающих, наблюдается более высокий оборот последовательности ДНК в регуляторных областях, поскольку эта последовательность теряется и увеличивается с течением времени.Более близкородственные млекопитающие имеют большую долю общей функциональной ДНК.Но только 2,2% ДНК человека является функциональным и разделяется, например, с мышами — из-за высокого оборота в регуляторных областях ДНК за 80 миллионов лет эволюционного разделения между двумя видами.
«Регуляторная ДНК развивается гораздо более динамично, чем мы думали, — говорит доктор Лунтер, — но даже в этом случае большинство изменений в геноме связаны с нежелательной ДНК и не имеют значения».Он объясняет, что, хотя существует множество функциональных ДНК, которые не являются общими для мышей и людей, мы пока не можем сказать, что является новым и объясняет наши различия как видов, а это просто другая система переключения генов, которая достигает тот же результат.Профессор Понтинг соглашается: «Кажется, существует много избыточности в том, как наши биологические процессы контролируются и контролируются.
Это как если бы в комнате было много разных выключателей, чтобы включить свет. Возможно, вы могли бы обойтись без каких-либо переключателей на той или иной стене, но это все та же электрическая цепь ».Он добавляет: «Тот факт, что у нас всего 2,2% общей ДНК с мышами, не показывает, что мы такие разные. Мы не такие уж особенные.
Наша фундаментальная биология очень похожа. У каждого млекопитающего примерно одинаковое количество функциональной ДНК и примерно одинаковое распределение функциональной ДНК, что очень важно и менее важно. Боюсь, что биологически люди довольно обычны в плане вещей.«Я определенно не считаю, что мыши — плохие модельные организмы для исследований на животных.
Это исследование действительно не решает эту проблему », — отмечает он.