Требуется сборка. Расшифровываем четыре миллиарда лет истории жизни – от древних окаменелостей до ДНК - Нил Шубин

У Роя Бриттена любовь к науке была вписана в ДНК. Он родился в 1912 году, под влиянием родителей прикоснулся к разным научным дисциплинам, выбрал физику и во время Второй мировой войны получил работу в рамках Манхэттенского проекта. Но его пацифизм рос с каждым годом, и он стал искать другое занятие. Наконец он нашел место в геофизической лаборатории в Вашингтоне. После открытия структуры ДНК в 1953 году Бриттен, постоянно находившийся в поиске новых интеллектуальных задач, прослушал краткий курс о вирусах в лаборатории в Колд-Спринг-Харборе в Нью-Йорке. Вооружившись этими знаниями и выбрав ДНК как новое поле деятельности, он принялся анализировать ее структуру.

Бриттена интересовало, сколько в геноме генов и как они организованы. Это было еще до того, как стало возможным секвенировать геномы, и структура генома в целом оставалась загадкой. Не имея секвенатора, Бриттен, как до него Оно, вынужден был придумывать изощренные эксперименты.

Идя по стопам Оно, Бриттен предположил, что геном состоит из повторяющихся частей, и разработал хитроумный метод для приблизительной оценки количества копий в геноме. Он выделял ДНК из клеток, нагревал ее и разделял нить ДНК на тысячи фрагментов. Изменяя условия, он позволял фрагментам вновь собираться в единую последовательность. Бриттен хотел посмотреть, насколько быстро разные части образуют новую последовательность. Он предположил, что скорость сборки ДНК позволит понять количество повторяющихся элементов в геноме. На каком основании? На основании химического строения молекулы ДНК: сборка по принципу “подобное тянется к подобному” происходит быстрее. Геном, состоящий из повторяющихся и похожих друг на друга частей, должен складываться быстрее, чем геном, состоящий из меньшего числа повторов.

Первые расчеты Бриттен произвел на ДНК теленка и лосося, а затем перешел к сравнению с ДНК других видов. Хотя он ожидал обнаружить в геноме множество копий, результат его ошеломил. По его оценкам, до 40 % генома теленка было образовано повторяющимися последовательностями. В ДНК лосося этот показатель был ближе к 50%. Невероятное число повторов в каждом геноме было столь же удивительно, как и распространенность этого явления у разных видов. ДНК практически всех животных, которую Бриттен подвергал расщеплению и сборке, содержала гигантское количество повторяющихся элементов. Используя грубую технологию того времени, он оценил, что некоторые элементы представлены в геноме более чем в миллионе копий.

Продвижение геномных проектов привело к тому, что мы можем видеть специфические участки генома, возникшие в результате удвоения, и в более тонком разрешении представить ранние результаты Бриджеса, Оно и Бриттена. Фрагмент ALU длиной около 300 оснований есть в геноме всех приматов. В геноме человека на долю повторов ALU приходится целых 13% ДНК. Еще один короткий фрагмент, LINE1, повторяется в человеческом геноме сотни тысяч раз и составляет до 17% генома. В сумме более двух третей нашего генома составлено из повторяющихся копий последовательностей с неизвестной функцией. Процесс дупликации в геноме вышел из-под контроля.

Рой Бриттен публиковал научные статьи вплоть до 90-летного возраста, до самой смерти от рака поджелудочной железы в 2012 году. За год до смерти в журнале Proceedings of the National Academy of Science он опубликовал свои новые данные в статье, озаглавленной “Почти все человеческие гены возникли в результате дупликации”, – у Оно это вызвало бы улыбку.