Существует ли мусорная ДНК?

Мы знаем, что бóльшая часть нашей ДНК считается бесполезной, представляя собой генетический мусор: она ничего не кодирует и ничего не регулирует. Однако в прошлом году исследователи, работавшие по проекту ENCODE («Энциклопедия элементов ДНК»), сообщили, что мусорной ДНК пришёл конец — в том смысле, что это вовсе не мусор, и бóльшая её часть (а именно 80%) имеет смысл для организма.

В научном мире немедленно вспыхнула полемика о том, действительно ли мусорной ДНК пришёл конец, что имели в виду авторы работы, что получили и как ко всему этому относиться.

Мерлин Кроссли (Merlin Crossley), профессор молекулярной биологии из Университета Нового Южного Уэльса (Австралия), комментируя дискуссию вокруг мусорной ДНК, для начала предлагает вспомнить о тех, у кого ДНК в целом меньше всего — о вирусах и бактериях. И те, и другие, как считается, избавлены от мусорной ДНК, просто потому, что им её негде хранить. В геноме вирусов и бактерий едва хватает места на нужные гены, что уж говорить про генетический мусор. У многоклеточных животных, напротив, достаточно места для хранения ненужной информации. Это можно сравнить с двумя моделями мобильных телефонов, в одном из которых нам приходится постоянно стирать старые СМС, чтобы не забивать память, а в другом мы вольны хранить те же СМС чуть ли не годами.

«Портрет» растительной ДНК, сделанный с помощью электронного микроскопа. (Фото Dennis Kunkel Microscopy.)

Одним из источников мусорной ДНК в нашем геноме называют мобильные генетические элементы — транспозоны, которые сами могли возникнуть из вирусов. Эти последовательности обезвреживаются в клетке, у них исчезает способность автономно прыгать из одного участка ДНК в другой, однако из самой ДНК они никуда не исчезают. Можно сказать, они представляют собой что-то вроде компьютерного вируса, помещённого в карантин. Другой источник — это повторяющиеся последовательности, гены, которые без нужды увеличили число своих копий, и теперь эти копии лежат в ДНК мёртвым грузом. Удалить же весь этот мусор можно далеко не всегда: молекулярные машины способны захватить кусок нужной ДНК, и ущерб от её потери может быть слишком велик. Благодаря большей ёмкости наших клеток мы, в отличие от бактерий, можем не рисковать и продолжать хранить генетический мусор у себя.

Но тут появляется одна тонкость. Некоторые исследователи (среди которых, например, нобелевский лауреат Сидней Бреннер) предлагают различать «ДНК-хлам» и «ДНК-отбросы». ДНК-хлам — это то, что вы храните и от чего не можете избавиться, боясь выкинуть нечто нужное. Кроме того, в этом хламе могут оказаться какие-то вещи, которые могут понадобиться. ДНК-отбросы — это нечто, похожее на гниющие и дурно пахнущие пищевые остатки, от которых нужно избавиться в любом случае. В связи с этим, во-первых, нужно точно представлять, о каком ДНК-мусоре мы говорим, а во-вторых, что мы имеем в виду под внезапно открывшейся функциональностью этого ДНК-мусора.

Слово «функциональный» имеет, к сожалению, субъективную окраску: можно, например, сказать, что функция сердца — качать кровь по сосудам, но также можно сказать, что функция сердца — производить шум своими сокращениями. Хотя второе утверждение смехотворно, но, строго говоря, чем это не функция? Исследователи, «разоблачившие» мусорную ДНК, считали, что о функциональности того или иного фрагмента ДНК можно судить по трём признакам. Во-первых, он должен быть транскрибируем (то есть с него должна синтезироваться РНК), во-вторых, он должен соединять ДНК-связывающие регуляторные белки и должен быть избавлен от архивирующих ДНК гистонов, в-третьих, на такой ДНК должны быть эпигенетические метки (что указывало бы на то, что её активность регулируют).

Ни один из этих признаков, по мнению профессора Кроссли, не указывает на функциональность. В качестве наглядной аналогии он предлагает представить сарай, набитый всяким хламом: мы можем время от времени заглядывать в него, перебирать то, что там свалено, видеть какие-то метки, вроде «не кантовать» или «огнеопасно», но это не значит, что мы этим пользуемся. Профессор приводит довольно ядовитое замечание Дэна Граура из Хьюстонского университета (США), который вместе с коллегами опубликовал в Genome Biology and Evolution разгромную статью по поводу результатов ENCODE. По словам г-на Граура, исследователи из ENCODE за признак функциональности могли взять реплицируемость ДНК: так они могли бы довести долю функциональной ДНК до 100%, а не до 80%, как в итоге вышло, поскольку любая ДНК в клетке удваивается и передаётся потомству.

Тут мы имеем проблему не столько в ДНК, сколько в научной методологии, в том, что считать критериями того или иного свойства. Эпигенетические метки могут сохраняться на ДНК, но сама ДНК может быть бесполезной, «сломанной», следовательно, бесполезными, нефункциональными оказываются и метки, и взаимодействие с белками, и синтез РНК. Более логичным критерием функциональности служит консервативность последовательностей ДНК: чем стабильнее, чем неизменней тот или иной кусок генома, тем он важнее для клетки, а потому у него уж точно есть какая-то функция. И наоборот: чем сильнее ДНК отличается раз от разу, тем меньше её роль в клетке. Такой критерий вовсе не новость, с его помощью доля полезной ДНК в нашем геноме оценивается в 9%, а остальные 91% — это «хлам в сарае».

Значит ли это, что вся работа проекта ENCODE была напрасной? Конечно, нет: по мнению Мерлина Кроссли, исследователи достигли выдающегося результата, создав каталог меченых участков ДНК, которые находятся под эпигенетическим контролем, — независимо от того, функциональны они или нет. Однако дальнейшая интерпретация полученных данных вольно или невольно сработала на эффект Голливуда, когда большой проект, на который были потрачены большие деньги, просто обязан привести к большим результатам.

О причинах передёргиваний подобного рода мы уже писали: проблема возникла едва ли не вместе с самой наукой, и стоит ли удивляться, что в трёх десятках статей, выпущенных по результатам ENCODE, исследователи не сумели удержаться от искушения выдать желаемое за действительное.

Подготовлено по материалам The Conversation.