Российские ученые выяснили, как эволюционируют "мертвые" гены

Генетики из МГУ и ИППИ РАН проследили за тем, как меняется структура так называемых псевдогенов, "мертвых" участков ДНК, при эволюции животных, и нашли первые намеки на то, что естественный отбор продолжает действовать на них, говорится в статье, опубликованной в журнале Genome Biology and Evolution.

"Мы давно знаем, что после того, как в гене возникла очень вредная мутация, он перестает работать и превращается в псевдоген. Отрицательный отбор перестает на него воздействовать, и мутации, ведущие к замене одной аминокислоты на другую, начинают накапливаться в гене с той же скоростью, что и нейтральные изменения. Примеры этого уже упоминались в литературе, но полноценного исследования эффекта таких мутаций никто не проводил", — рассказывает Надежда Потапова, биоинформатик из МГУ, чьи слова приводит пресс-служба вуза.

Геном человека и большинства других живых существ содержит в себе десятки тысяч генов, кодирующих белки и управляющих другими аспектами нашей жизни, многие из которых дополняют друг друга или дублируют функции других участков ДНК. По этой причине поломка одного их таких генов не всегда бывает фатальной для организма – активность его "дублеров" повышается, и носитель такого гена и его потомки выживают.

Как сегодня считают эволюционисты, естественный отбор практически сразу перестает действовать на такой "обрывок" ДНК, и он превращается в своеобразный "генетический мусор", в котором начинают быстро накапливаться мутации. В геноме человека, как отмечает Потапова, сегодня присутствует около ста "мертвых" генов, которые пока еще можно отличить от остальной "мусорной" ДНК, что ставит под сомнение эту идею.

Российские генетики и биоинформатики решили проверить, действительно ли эволюция перестает "дирижировать" псевдогенами сразу после появления фатальной мутации, наблюдая за изменениями в структуре трех десятков "мертвых" генов мушек-дрозофил.

Все эти гены потеряли свою роль в результате появления в них случайной мутации, в результате которой в середине или в начале этого участка ДНК появляется особый "стоп-сигнал", заставляющий клетку считать, что белковая молекула кончается на этом месте. Ученые называют такие повреждения генов "нонсенс-мутациями" (от английского nonsense – чепуха), так как они полностью лишают их биологического смысла.

Экспериментируя с мухами, Потапова и ее коллеги выяснили, что псевдогены не были полностью "мертвыми", как считали эволюционисты раньше.

С одной стороны, они подтвердили, что отрицательный естественный отбор, препятствующий накоплению вредных мутаций в нормальных генах, действительно не работает в поврежденных участках ДНК. С другой стороны, они обнаружили, что "опечатки" появляются в них совсем не случайным образом.

К примеру, ученые выяснили, что псевдогены, состоящие не из одного, а нескольких сегментов, разделенных блоками "мусорной" ДНК, начинают накапливать в себе случайные мутации только в той части, где возникла первая фатальная "опечатка". Остальные их части продолжают оставаться под контролем естественного отбора, и опасные мутации возникают в них гораздо реже и медленнее.

Почему это так происходит, ученые пока не знают, однако этот факт, как считает команда Потаповой, может объяснять то, почему ДНК человека и других многоклеточных живых существ содержит десятки и сотни псевдогенов. По всей видимости, они не являются полностью "мертвыми" и играют какую-то роль в работе организма, заключают авторы статьи.