Наскільки насправді важливий наш геном? Деякі люди стверджують, що оскільки більшість нашої ДНК активна, вона повинна виконувати якусь важливу функцію. Інші кажуть, що навіть випадкова ДНК буде дуже активною. Тепер це було перевірено шляхом вивчення людських клітин, що містять великі частини ДНК рослин, нові вчені Зокрема, це може виявити — і ефективно — що випадкова ДНК рослин насправді така ж активна, як ДНК людини.

Відкриття показує, що велика частка активності генома є просто шумом, а не має будь-якої мети, і таким чином додає докази того, що більша частина геному людини є сміттям.

«Велику кількість можна легко пояснити фоновим шумом», — каже Бретт Едді з Університету Окленда в Новій Зеландії. «Це здається загалом узгодженим з ідеєю сміттєвої ДНК».

Основна функція ДНК – зберігати інструкції для створення білків, молекулярних машин, які виконують майже всю роботу в клітинах. Рецепти ДНК копіюються для створення месенджерної РНК, яка переносить рецепти до рибосом, клітинних фабрик з виробництва білка.

Спочатку вважалося, що майже вся ДНК містить гени для створення білків, але тепер ми знаємо, що лише 1,2 відсотка геному людини кодує білки. Отже, що роблять інші люди?

З 1960-х років багато біологів стверджували, що це переважно сміття. Так, невеликий відсоток ДНК, що не кодує білок, дійсно важливий, і ми, ймовірно, десятиліттями будемо відкривати фрагменти, які виконують корисну роботу, але він каже, що такі відкриття не змінять загальної картини переважної більшості некодованої ДНК як сміття.

Наприклад, дослідження 2011 року показало, що лише близько 5 відсотків геному зберігається в глибокій епосі – еволюція не піклується про інше. Біологи, які переважно належать до табору сміття, також зазначають, що розмір геному сильно відрізняється між видами. Наприклад, чому цибулі потрібно в п’ять разів більше ДНК, ніж людині? Чому у дихальних риб у 30 разів більше?

Але інші біологи зосереджуються на тому, чи ДНК людини щось робить – наприклад, чи перетворюється вона на РНК, навіть якщо ця РНК не має відомого призначення. У 2012 році великий проект під назвою ENCODE дійшов висновку, що понад 80 відсотків людського геному є активними в цьому сенсі, і стверджував, що це показує, що це зовсім не сміття. Деякі біологи в цьому таборі використовують термін «темна ДНК» для позначення некодуючої ДНК, вважаючи, що вона важлива з причин, які ми ще не розуміємо.

У відповідь на заяву ENCODE у 2013 році Шон Едді з Гарвардського університету запропонував проект «Випадковий геном». «Припустімо, що ми вставимо кілька мільйонів основ абсолютно випадкової синтетичної ДНК у людську клітину та зробимо на ній проект ENCODE», — написав він.

Чи ми все одно розглядатимемо всю діяльність ENCODE як доказ роботи? — Гадаю, так, — підсумував Едді.

«Ви не можете нічого зробити, просто вимірявши активність. І це геніальність ідеї Шона Едді про випадковий геном, що нам справді потрібна ця базова лінія», — каже Остін Ґенлі з Університету Окленда. «Без цієї базової лінії ніщо з того, що ви бачите, не має дійсного значення з точки зору вибору між функціональністю та сміттям».

Однак створення синтетичної ДНК коштує дорого. Поки що єдині зусилля проекту Random Genome стосуються коротких фрагментів ДНК довжиною не більше 100 000 пар основ.

Але коли Едді та Ґенлі дізнаються, що дослідники з Японії створили гібридні клітини людини та рослини, які містять 35 мільйонів пар основ ДНК дикого крес-са (арабідопсис таліанський), вони зрозуміли, що це можна розглядати як найбільший проект випадкового геному, який будь-коли здійснювався.

Едді, який не брав участі в дослідженні, погоджується. Рослини і тварини відокремилися від спільного предка щонайменше 1,6 мільярда років тому, тому мутації того часу «фактично рандомізували» некодуючу ДНК. А. Таляна. Коли його запитали про такий підхід, Едді сказав, що кожен сайт змінювався кілька разів.

Після початкових досліджень, щоб з’ясувати, чи дійсно рослинна ДНК є фактично випадковою, що стосується людської клітини, Едді та Ганлі виміряли кількість початкових точок для перетворення ДНК на РНК на 1000 пар основ некодуючої ДНК.

Якщо перетворення ДНК на РНК справді свідчить про функцію, то навряд чи будь-яка рослинна ДНК повинна перетворюватися на РНК. Насправді Едді та Ґенлі виявили лише трохи меншу активність – близько 80 відсотків початкових сайтів на кілобазу не кодували. А. Таляна ДНК порівнювали з некодуючою ДНК людини.

Іншими словами, це переконливо свідчить про те, що майже вся діяльність, яку спостерігає ENCODE, є шумом.

«Це чудова демонстрація того, наскільки шумною є біологія», — каже Кріс Понтінг з Единбурзького університету в Британії. «Біохімічна діяльність, що відбувається всередині [plant] Ця послідовність явно не виконує жодної функції людської клітини».

«Це дуже гарне дослідження було необхідним», — каже Ден Грауер з Університету Х’юстона, Техас. «Це надає додаткові експериментальні докази, які підтверджують те, що було ясно протягом багатьох років: більша частина людського геному — це сміття. Термін «темна ДНК» — це смішна нісенітниця, яку придумали люди з поганою заздрістю до фізики».

Ідеально розроблена система не матиме шуму, говорить Ганлі, але розробка не створює ідеального дизайну. І шум може принести користь. «Якщо у вас є ці недосконалі системи, які мають багато шуму, цей шум може створювати справді цікаві речі, які пізніше можна підібрати шляхом відбору», — каже він.

Поки що команда не може пояснити, чому ДНК людини мала на 25 відсотків більше активності. «Все, що ми насправді можемо сказати, це те, що це вимагає пояснень», — каже Ганлі.

Цілком можливо, що деякі з додаткових РНК мають функції — це не змінить висновок про здебільшого сміття, — але є й інші можливі пояснення. Зараз дослідники використовують машинне навчання, щоб дізнатися, чи зможуть вони відрізнити потенційно значущу діяльність від фонового шуму.

Команда планує опублікувати результати, але ще не написала статтю.

Тема: