Първо мамут: ДНК на 52 000 години, в 3-D

През 2018 година интернационален екип от учени — от лаборатории в Хюстън, Копенхаген, Барселона и други — получиха своите ръцете на незабравим биологичен образец: проба от кожа на 52 000-годишен вълнест мамут, който е бил изваден от постоянно замръзналата земя в Сибир. Те изследват тестът с новаторска пробна техника, която разкрива триизмерната архитектура на генома на мамута. Получената публикация беше оповестена в четвъртък в списанието Cell.

Хендрик Пойнар, постепенен генетик от университета Макмастър в Канада, беше „ подложен “ – техниката сполучливо улови истинска геометрия на дълги сектори от ДНК, героизъм, който в никакъв случай до момента не е постиган с антична ДНК проба. „ Това е безусловно красиво “, сподели доктор Пойнар, който прегледа публикацията за списанието.

Типичният способ за добиване на антична ДНК от вкаменелости, сподели доктор Пойнар, е към момента „ тип пещерен човек “. Той създава къси фрагменти от код, формиран от четирибуквена молекулярна писменост: A (аденин), G (гуанин), C (цитозин), T (тимин). Пълният геном на организма се намира в клетъчните ядра, в дълги, нефрагментирани ДНК вериги, наречени хромозоми. И най-важното е, че геномът е триизмерен; защото той динамично се сгъва с фрактална трудност, неговите зациклящи точки на контакт оказват помощ да се диктува генната интензивност.

„ За да имаме действителната архитектурна конструкция на генома, която допуска модели на генна експресия, това е напълно друго равнище, ” сподели доктор Пойнар.

Erez Lieberman Aiden, член на екипа, който е прибавен математик, биофизик и генетик и управлява Центъра за геномна архитектура в Baylor College of Medicine в Хюстън. Технически, означи той, това е неминерализиран фосил или субфосил, защото не се е трансформирал в камък.

Colossal Biosciences, компания, която се надява да възкреси мамута, тасманийския тигър и додото. Colossal Biosciences не даде финансиране или поддръжка за проучването.

И триизмерните геномни данни също ще бъдат потребни в напъните за избавяне на съществуващи организми от изгубване. „ Като се има поради климатичната рецесия, в която се намираме сега, има огромни въпроси по отношение на това какъв брой бързо или не животните могат да се приспособят към моделите на стопляне или изстудяване “, сподели доктор Пойнар. „ Мамутите са ужасно нещо за проучване в този смисъл, тъй като те са минали големи дистанции през целия си живот и са се сблъскали с разнообразни климати и среди. “

Възстановяване на подобен светиня беше инцидентна в последна сметка. „ Толкова мистериозно е, че тези неща съществуват “, сподели доктор Ейдън. „ Защо тези изкопаеми хромозоми към момента съществуват? “

2009 и 2014 година В шедьовър на „ геномното оригами “, по-ранната работа даде първите 3-D карти с висока разграничителна дарба на сгънати геноми. И това подтикна изобретяването на техника, наречена „ Hi-C “ (несвързана с плодовата напитка, с изключение на като тип лабораторен амулет – доктор Ейдън държи укритие от кутии за сок в кабинета си).

Техниката изследва 3-D архитектурата на цели геноми и се занимава с скучен проблем. Геномът е като книга, съдържаща цялата генетична информация на даден организъм; ДНК секвенирането извлича и чете обособени страници от книгата, само че без номера на страниците. Hi-C подрежда страниците.

Dr. Ейдън се чудеше дали този протокол може да се приложи към антични екземпляри: „ paleoHi-C “. Той се е насочил към вълнестия мамут.

Love Dalén, генетик от Стокхолмския университет. „ Относно мамутите, Любовта е индивидът, с който би трябвало да се приказва “, сподели тя. Той скоро се причисли към екипа.

Dr. Дален срещна откривателите с Томас Гилбърт, шеф на Центъра за еволюционна хологеномика в университета в Копенхаген. Д-р Гилбърт от дълго време е изследвал палеогеномиката на доста типове. „ Когато чух по какъв начин работи Hi-C, ми хрумна в главата, че на доктрина би трябвало да работи върху антична ДНК “, сподели той. мамутът — двете лаборатории сплотиха напъните си.

Марсела Сандовал-Веласко, палеогеномик, която тогава беше член на екипа в лабораторията в Копенхаген, прекара часове в „ разтрошаване на протоколи, ” модифициране на опитите в опит да накара музейните проби да си сътрудничат. Д-р Сандовал-Веласко и доктор Перес Естрада посетиха напред-назад. Те тестваха пчели, мравки, диви магарета, риби, части от череп на полярна мечка, мариновани остатъци от последната огромна гагарка. Почти всички се провалиха.

„ Но макар тези неуспехи и някои триумфи, ние научихме нещо доста значимо “, сподели доктор Перес Естрада. „ За да работят тези опити, тестът би трябвало да бъде непокътната по доста характерен метод. “

Д-р. Сандовал-Веласко, в този момент в Университета на Мексико, означи, че „ с антична ДНК, 1 % от вашата секвенционна продукция ще бъде данни от организма, който ви интересува. Това е обикновено. Деветдесет и девет % ще бъде група от замърсяване от околната среда, микроби и хора. “

През 2019 година доктор Дален показа образец от неотдавна изкопан вълнест мамут с прякор Крис Уодъл, по името на английски футболист, прочут със своя кефал (въпреки че мамутът беше женски). Когато доктор Сандовал-Веласко опита тази мамутска проба, опитът проработи. Но тя не го знаеше, до момента в който данните не бяха оценени.

Точно когато пандемията от Covid удари, тя посети Марк Марти-Реном, систематичен геномик и член на екипът, който ръководи Националния център за геномни разбори в Барселона. Неговата лаборатория извърши известно „ изчислително масажиране “ на пробните данни, сподели доктор Марти-Реном.

„ Никой не вярваше, че структурата може да е там “, спомня си Хуан Антонио Родригес, откривател и член на екипа в Барселона, в този момент в Университета на Копенхаген. „ Първата 3-D карта на генома, която генерирахме, не беше добра, само че беше доста обещаваща “, сподели той. „ Така че ние просто променихме метода тук и там и по-късно, Еврика, получихме страхотна 3-D карта. “

4,1 % разлика

След като откривателите получиха 3-D сигнала, те можеха да изследват по какъв начин е прегънат геномът на 52 000-годишния мамут. Едно удивително изобретение е, че класическите характерности на актуалните хромозоми в доста мащаби са непокътнати.

Олга Дудченко, откривател в лабораторията в Хюстън, чийто опит е в пресечната точка на приложните физика, математика и геномика, направиха алгоритмични чудеса в хода на проучването. И за съпоставяне сред антични и модерни, тя събра генома на азиатски слон, заплашен тип и най-близкия жив родственик на мамута. (Необходимите проби бяха предоставени от Метай, 55-годишната майка на стадото в зоологическата градина в Хюстън, и умрял азиатски слон в зоологическата градина в Сан Антонио.)

Геномите на слона и мамута бяха поразително сходни: всеки имаше 28 хромозоми - не изненадващо, само че скъпо удостоверение. „ Това прави в действителност, в действителност явно, че би трябвало да сме създали това вярно “, сподели доктор Ейдън. Това е доказателство за правилото на технологията. ”

Но доктор Дудченко означи, че сравнението на двата 3-D генома демонстрира, че към 800 гена в кожата – 4,1 % от общия брой — демонстрират разнообразни профили на активност. Един клас от разнообразни гени се отнася до развиването на космения фоликул и регулирането на растежа на косата. „ Тези гени ни дават друг тип визия за какво вълнестият мамут е бил вълнест “, сподели доктор Ейдън.

Това, че тези улики въобще съществуват изглеждаше „ неуместно “, добави той. За да схванат по-добре по какъв начин тестът е могла да бъде толкоз добре непокътната, откривателите са се обърнали към физиката и математиката.

Dr. Дудченко превежда моделите на прегъване на генома на мамута в запълващи пространството криви и случайни разходки. Тя предложи елементарен модел и потвърди теорема, описваща по какъв начин хромозомите ще се разграждат в продължение на хилядолетия - необичаен проблясък на сигурност в объркания свят на биологията.

Все отново, доктор.Ейдън призна, че има „ известна нелепост към тази доктрина. “

„ Има няколко разнообразни метода, по които това в действителност може да подхожда на точното нареждане на атомите във Вселената ”, сподели той, „ и ние не знаем 100 % какъв е отговорът. ”