Не как в школьном учебнике: хромосомы выглядят иначе, чем вы думаете. Ученые получили трехмерные изображения с высоким разрешением
Еще школьный учитель биологии, когда рассказывал о генах, показывал всем нам картинку с X-образной хромосомой. Ученые долгое время считали, что все хромосомы имеют именно такую форму. Но все их представления перевернулись с ног на голову после получения 3D-снимка этой структуры.
Что такое хромосома, и зачем она нужна
Хромосома – структура, состоящая из длинной молекулы ДНК, скрученной в спираль. Ее длинна зависит от стадии деления. В ядрах клеток здорового человека содержится 46 хромосом.
В них имеется вся наследственная информация, которая передается от поколения к поколению. Молекулы ДНК заключены в хроматин, который «удерживает» их вместе, не давая переплетаться с другими нитями дезоксирибонуклеиновой кислоты, содержащейся в ядре клетки. В настоящее время процессы, происходящие внутри хромосом, мало изучены.
Революционное исследование
Команда ученых из Медицинского института Говарда Хьюза - Пи Чжэн, Сон Кинрот и Богдан Бинту – сделали трехмерные снимки хромосом человека. Статью о своем открытии исследователи опубликовали в научном журнале Cell.
Ученые делали снимки определенных мест расположения генов (локусов) на всей цепи ДНК. Полученные фотографии они соединили в одно изображение и тем самым получили 3D-модель хроматина.
Подобные снимки можно было сделать и раньше, но для получения столь детализированной структуры, исследователи не располагали большим количеством маркеров: можно было обозначить только три локуса. Гарвардские же ученые изобрели новый способ получения изображения: двоичные коды, которыми обозначили каждый локус. Всего удалось идентифицировать больше 2 тысяч молекул.
3D-хромосома для будущего
Благодаря этому исследованию выяснилось, что только 10 % хромосом человека имеет привычную нам X-образную форму. Остальные же могут быть совершенно разнообразными, и каждая из них совершенно не похожа на другую, как снежинки. Поэтому, чтобы выяснить все возможное разнообразие хромосом, работы одной группы исследователей недостаточно.
Профессор Пи Чжэн, один из авторов эксперимента, отметил, что их открытые позволит намного лучше понять все механизмы, происходящие внутри молекулы ДНК. С помощью трехмерных карт генома они смогли проанализировать, как структура ДНК меняется со временем, а также как положение локусов влияет на деление и репликацию клеток.
Кроме того, исследователи определили, что внутри хромосомы есть области, где скапливается большее число генов. А эти узлы зачастую «притягиваются» к подобным областям на другой хромосоме. В свою очередь области, которые «бедны генами» могут объединяться в группы, только внутри одной хромосомы. Это открытие навело ученых на мысль, что богатые генами области, которые являются местами активного копирования генов, объединяются, как фабрика, чтобы обеспечить более эффективное производство.
Год генов
В 2020 году произошло еще одно знаковое событие для науки: ученые Национального института исследования генома человека впервые расшифровали полную последовательность человеческой Х-хромосомы.
Это позволит генным инженерам создать первую искусственную модель генома человека.