Темная материя ДНК выходит на свет

Эта история, написанная Элейн Витоне, взята из лето 2018 года выпуска журнала Питт Мед.

В течение десятилетий мы думали, что гены во многом похожи на нас: выкованы из того же материала, что и наши родители, и их родители до них, и так далее, начиная с Общего Предка. Считалось, что каждый ген на Земле использовал в качестве своего шаблона один из небольшого числа генов, которые были вокруг, когда началась жизнь.

Но затем, когда стало возможным сравнивать геномы различных видов друг с другом, исследователи начали находить неудачников - так называемые «сиротские» гены, которые не были похожи на своих соседей. У них также не было аналогов в других видах - даже в близких родственниках. Если все мы, земляне, попали сюда исключительно благодаря дупликации генов, это не имело смысла. В течение многих лет многие ученые не верили, что гены-сироты являются реальными генами.

А если вы упорядочили геном организма и нашли нечто, похожее на ген, но не имевшее «семью»? Извините, это не мог быть ген.

В 2006 году группа из Гарвардского университета ломала голову над тем, как литература могла ошибаться в отношении своего модельного организма, дрожжей. Анн-Руксандра Карвунис Затем аспирант, начинающий аспирантуру, присоединился к лаборатории, когда они присматривались к этим детям-сиротам и находили их поведение удивительным ... ничем не примечательным.

Это были просто обычные гены, хотя и странные.

Карвунис, который сейчас доцент вычислительная и системная биология в университете Питтсбурга, был озадачен. Подождите. Эти гены совершенно нормальны, но у них нет семей? Так откуда они берутся? Чтобы ответить на этот давний вопрос, Карвунис обратилась к эволюции, которая стала центром ее карьеры.

«У меня не было страсти к его взрослению», - говорит она. «Я имею в виду, как и многие дети, я был поклонником динозавров и всего такого, но я не думал, что [эволюция] была моим научным призванием. Это произошло только из-за данных, которые меня втянули. И, как только вы вошли, вы вошли ».

Карвунис в конечном итоге изучала сетевую биологию в Гарварде для своей докторской степени. Параллельно со своей диссертацией, посвященной взаимодействию белков, она начала разрабатывать собственные исследования генов de novo , как их начала называть литература (от латинского слова «новый»). В то время существовало чуть более десятка статей на эту тему.

После того, как Карвунис защитил докторскую диссертацию, она написала исчерпывающий генный трактат de novo , используя дрожжи в качестве своей модели. бумага , который был опубликован в журнале Nature в 2012 году, впервые предложил правдоподобный механизм генезиса de novo . И это стало переломным моментом для поля. Ищите Google Scholar сегодня, и " de novo gene birth" дает 325 просмотров. Более 250 из них ссылаются на Карвуниса.

Оказывается, внутри генома очень много всего происходит под поверхностью.

У людей 20000 кодирующих белок генов, которые исследователи обычно изучают, составляют только около 25 процентов нашей ДНК. Тогда есть «остальное», объясняет Карвунис - таинственное пространство, которое некоторые называют «темной материей» или, что гораздо менее лестно, «мусорной ДНК», в основном, потому что никто не мог понять, для чего это было. Это турбулентно, постоянно меняется. Это также очень грязно: тонны повторений и следы многочисленных путаниц нашего тела с вирусами на этом пути. («Мы очень вирусные», - говорит она.)

В своих исследованиях пивных дрожжей Карвунис изучила 108 000 коротких последовательностей из большого неизвестного этого генома и обнаружила, что более 1000 из этих элементов были задействованы с машиной для производства белка в клетке - свидетельство того, что так называемый мусор может стать белковым.

По причинам, подобным этому, многие предпочитают термин «межгенный», а не «мусор».

И среди темноты и хаоса Карвунис увидел порядок. Если новый элемент был плох для ячейки, для этого материала игра была окончена. Если это было нейтрально, то, что случилось затем, было оставлено на волю случая. И если элемент превратился во что-то полезное, то естественный отбор мог бы завладеть. Благоприятные мутации будут снежным комом, и в конечном итоге этот маленький самородок небытия приобретет все характеристики гена, изобретенного целиком с нуля.

«Итак, эти элементы - я называю их протогенами», - говорит Карвунис, - «Я нашел тысячи из них в дрожжах, у которых всего 6000 генов». Это было безумно."

В январе 2017 года Карвунис приехал в Питт в качестве соучредителя и члена исполнительного комитета Питтсбургского центра эволюционной биологии и медицины, открытие которого запланировано на лето. В свои 37 лет она является международным лидером в области эволюционной системной биологии - новой области в области эволюционной теории, геномики, вычислительной и системной биологии. Она была процитирована в рассказах о рождении гена в Нью-Йорк Таймс а также Новый Ученый , Этой весной она была названа Searle Scholar Одна из самых престижных наград, присуждаемых биологам ранней карьеры. Ее протогенная статья остается популярным фаворитом в научных журнальных клубах из самых разных областей. На конференциях и в электронных письмах молодых ученых со всего мира она часто слышит, что ее работа была источником вдохновения и поводом для переосмысления диссертаций.

Коллеги Карвуниса скажут вам, что она любит большие идеи. Она наслаждается хорошим завтраком за утренним кофе в лаборатории. (Родная парижанка провела большую часть своих подростковых лет, посещая кафе и разговаривая, разговаривая, разговаривая с друзьями.) Она любит говорить на науку. И более широкий контекст / перспектива. И эволюция! И куда все это идет! (Иногда, когда она действительно взволнована, она переходит на французский.)

В ее последняя статья В соавторстве с комментатором в журнале «Иммунология природы» Карвунис применила свой эволюционный системно-биологический подход к одной из самых сложных задач биомедицины: почему 90 процентов клинических испытаний I фазы не продвигаются вперед? То есть: почему то, что хорошо для мыши, чаще всего хорошо и для мужчины или женщины?

Это еще одна история - и еще несколько прорывов. Продолжайте читать о Карвунис и ее революционной работе.

Похожие