Хромосомная живопись: как увидеть эволюцию в геноме

Хромосомная живопись - это не образ, придуманный журналистами, а научный метод, который успешно применяется учеными, когда нужно не просто узнать буквы генома, но и понять, что они означают. Поэтическое название следует из самой процедуры: очень уж живописными получаются хромосомы, по-разному окрашенные флюорохромами - органическими красителями, способными флюоресцировать при их освещении ультрафиолетовыми, фиолетовыми или синими лучами.

Сейчас из всех "уголков" генетической науки несутся сообщения о том, что расшифрованы те или иные геномы животных и растений. Однако нужно понимать, что само по себе секвенирование - это лишь получение с помощью прибора гигантского набора кусков текстов. Ту же самую картину мы наблюдали бы, если бы книгу разорвали на миллиарды кусочков, а потом разными методами пытались понять, какой фрагмент текста откуда взят. Некоторые генетики работают на уровне букв, пытаясь сложить из них слова. Другие могут составить целые предложения. Третьи - занимаются тем, что располагают предложения друг за другом в правильном порядке. А вот те, кто складывает осмысленные куски текста в главы, - работают на уровне хромосом.

Первая хромосома - первая глава, ну и так далее. Всего у человека 22 главы плюс хромосомы X и Y. Хромосомы можно сравнить с футлярами, в которые "пакуются" гены. Если бы мы попытались набить шариками длинные носки, то получили бы примерно ту самую картину. Можно ли эти "носки" разложить по разным ящичкам-пробиркам? Этим и занимаются ученые, работающие методом хромосомной живописи.

Правда, дальше хромосомы нужно пометить разными цветами: например, первую - красным, вторую - синим, третью - оранжевым... А потом получается, что, имея разноцветные хромосомы из геномов разных животных, можно не только сравнить их друг с другом, но и понять, каким образом развитие определенного вида было встроено в эволюционную картину.

Как же технически можно это сделать?

Поясняет доктор биологических наук, профессор, заведующий отделом Института молекулярной и клеточной биологии СО РАН Александр Графодатский: "После того как мы разложили хромосомы по разным пробиркам, мы можем взять первую хромосому человека и денатурировать ДНК. Денатурировать - это разделить две скрученные цепочки на две отдельные. Для чего это нужно? Когда ДНК двуцепочечная, к ней уже ничего присоединиться не может, она все свои химические связи заняла. А когда цепочки разошлись - все связи открыты. В этом случае мы можем создать гибрид: одну цепочку взять от одного вида животных, другую - от другого. Цепочки, как магниты, соединяются автоматически, причем теми местами, которые идентичны по содержанию".

Процесс присоединения одной цепочки к другой называется ренатурацией.

Можно взять, например, одну первую хромосому ДНК африканской землеройки и положить ее на хромосомы африканского слона. Таким образом, кстати, стало понятно, что маленькая африканская землеройка и слон - ближайшие родственники. Подобным же образом "срослись" вдруг хромосомы кита и бегемота. С этого момента ученые считают их ближайшими родственниками и понимают, что кит - это сбежавший из болота в океан бегемот.

Получается, что метод открыл перед генетиками удивительные перспективы: теперь можно нарисовать с помощью хромосом эволюционную картину мира.

Рассказывает Александр Графодатский: "Когда мы провели очень много опытов, соединяя цепочки одних видов с другими, то есть выясняя гомологию (одинаковость) между человеком и, например, свиньей, мышью, хорьком, китом, мы получили возможность увидеть картину эволюции. Теперь можно предполагать, каким был предок в каждом таксоне: у китов, приматов, млекопитающих, плацентарных млекопитающих, сумчатых. Однако метод хромосомной живописи имеет и свои ограничения. Он не дает сравнивать хромосомы далеких видов, например человека и птицы. Тем не менее сравнить далекие виды можно с помощью полного секвенирования генома, когда его текст ясен до букв".

Сейчас одним из главных научных центров, в котором сосредоточены специалисты по методу хромосомной живописи, является Институт молекулярной и клеточной биологии Сибирского отделения Российской академии наук. Там собирается крупнейшая в мире коллекция клеточных культур. Возможно, именно сибирские генетики первыми представят миру подробную карту биологической эволюции.