Фото клетка днк: Как выглядит ДНК — Naked Science

ДНК вымерших: как кости неандертальцев принесли биологу Нобелевскую премию

  • Общество

Фото DEA / A. DAGLI ORTI / De Agostini via Getty Images

Нобелевскую премию по физиологии и медицине присудили шведскому биологу, расшифровавшему геном неандертальца и денисовского человека. Методы, разработанные Сванте Паабо, помогли основать науку о ДНК вымерших людей и животных — палеогеномику

Этапы большого пути

Человек разумный относится к семейству гоминидов и подсемейству гомининов. К этому же подсемейству относятся многочисленные вымершие предки и родственники Homo sapiens.

Наш последний общий с шимпанзе предок жил в Африке 6–7 млн лет назад. Более 4 млн лет назад появился австралопитек — предковый для человека род. Около 2,5 млн лет назад из поздних австралопитеков выделился род Homo. Не позже чем 1,8 млн лет назад люди вида Homo erectus вышли из Африки и начали расселение по Земле. В Евразии от них произошел целый ряд человеческих видов, в том числе неандертальцы и денисовцы. Тем временем на Черном континенте эволюция шла своим чередом и породила Homo sapiens. Древнейшие известные останки сапиенса имеют возраст около 300 000 лет. Представители Homo sapiens вышли из Африки и расселились по всему миру. Остальные человеческие виды при этом ушли в историю.

Насколько неандертальцы и другие коренные жители Евразии отличались от нас генетически? Были ли они ассимилированы пришедшими из Африки сапиенсами? А если нет, то есть ли в современном человеке хотя бы крупица генов древних евразийских видов? Ответами на все эти вопросы мы обязаны нынешнему лауреату.

Материал по теме

Взлом ДНК

Извлечь из древних костей геном и прочитать его — задача, грандиозная не только по важности, но и по трудности. Молекула ДНК хрупкая, со временем она распадается и подвергается химическим превращениям. Спустя десятки тысяч лет в образцах остается лишь едва заметное количество исходной ДНК. Зато в изобилии имеется привнесенная извне ДНК микробов, современного человека и других видов. 

Сванте Паабо, родившийся в 1955 году, начал работать над этой проблемой еще в студенческие годы, когда даже до расшифровки генома современного человека было далеко. Труд ученого затянулся на десятилетия. В 1997-м Паабо добился впечатляющего успеха — расшифровал митохондриальную ДНК из кости неандертальца, найденной еще в XIX веке.

Поясним, о чем речь. Почти вся ДНК клетки человека находится в ее ядре. Но митохондрии — внутриклеточные структуры, снабжающие клетку энергией, — имеют свой собственный геном. Дело в том, что миллиарды лет назад митохондрии были отдельными организмами, заселившимися в клетки на правах симбиоза. Митохондриальная ДНК очень короткая и потому не слишком информативная. Зато ее проще извлечь и расшифровать: в клетке тысячи митохондрий, и внутри каждой есть молекула ДНК, и все эти молекулы идентичны друг другу. Как будто одно слово напечатано на странице несколько тысяч раз. Даже если время стерло почти весь текст, остается шанс восстановить заветное слово. Конечно, это проще сказать, чем сделать, но Паабо и его соавторы справились.

Материал по теме

Вопросы крови

В 1999 году будущий лауреат основал Институт эволюционной антропологии общества Макса Планка. Ученый собрал команду единомышленников и взялся за расшифровку «настоящего» неандертальского генома — из ядра клетки. Ученые упорно совершенствовали методы выделения и анализа древней ДНК. И наконец, в 2010 году ядерный геном неандертальца был расшифрован.

Ученые сравнили геномы неандертальца и современного человека и выяснили немало любопытного. Неандертальские гены у нас есть, но их немного: по разным подсчетам, 1–4% генома. Значит, неандертальцы не были ассимилированы сапиенсами, но все же время от времени скрещивались с ними. Исключение составляют коренные африканцы: у них нет неандертальских генов. Это и неудивительно, учитывая, что неандертальцы — евразийский вид. Другими словами, коренные жители Черного континента и есть последние чистокровные Homo sapiens.

Гены неандертальцев — не просто сувенир от вымершего вида. Они участвуют, например, в формировании нашей иммунной системы.

Материал по теме

Загадка из алтайской пещеры

В 2008 году в Денисовой пещере на Алтае была обнаружена фаланга пальца возрастом около 40 тысячелетий. По столь малому фрагменту трудно было установить, к какому виду принадлежал древний обитатель пещеры. К счастью, в ископаемой кости на удивление хорошо сохранилась ДНК. Команда Паабо в 2010 году расшифровала этот геном. Оказалось, что он не принадлежит ни сапиенсу, ни неандертальцу. Так был открыт еще один евразийский человеческий вид — денисовский человек, или денисовец. 

Ни одного сколько-нибудь полного скелета денисовца нет до сих пор. Находки фрагментарны: та самая фаланга, зубы, небольшой кусочек черепа. Однако гены могут многое сказать нам о его истории. Денисовцы, по всей видимости, широко расселились по Азии, в отличие от неандертальцев, обитавших преимущественно в Европе. Денисовский человек скрещивался и со своими соседями неандертальцами, и с пришедшими в Азию сапиенсами, причем с последними — как минимум дважды. Население Юго-Восточной Азии и сегодня несет в себе гены денисовского человека. Именно от него жители Тибета унаследовали свой вариант гена EPAS1, помогающий им жить на большой высоте.

Палеогенетические методы, созданные Паабо, применяются и для анализа ДНК вымерших животных, например мамонтов. Они постоянно совершенствуются и позволяют нам все глубже проникать в прошлое нашего и других видов.

  • Анатолий Глянцев

    Автор

#генетика
#Нобелевская премия
#неандертальцы
#геном
#ДНК

Рассылка Forbes

Самое важное о финансах, инвестициях, бизнесе и технологиях

Сколько вирусов в нашей ДНК

Число спящих вирусных последовательностей в геноме человека увеличилось более чем вдвое.

Давно не секрет, что многие последовательности в человеческом геноме в прошлом были вирусами, которые когда-то пришли «в гости» к нашим далёким предкам, да так «в гостях» и остались. Вирусы эти относятся к группе ретровирусов, к которым принадлежит, например, современный вирус СПИДа, и в ДНК они проникали, вероятно, с помощью того же механизма, что и их нынешние родственники.

Гены ретровирусов записаны в молекулу РНК, именно она находится в белковой оболочке вирусной частицы, и, когда РНК попадает в клетку, то специальные вирусные белки снимают с неё ДНК-копию. Затем ДНК-копия встраивается в клеточную хромосому, и теперь всё, что клетка делает со своими генами, она будет проделывать и с вирусными. На вирусном участке ДНК клеточные белки синтезируют много РНК, которые, в свою очередь, служат шаблонами для производства вирусных белков. Всё заканчивается тем, что РНК упаковывается в вирусные частицы, которые выходят наружу.

Но бывает так, что клетка подавляет синтез вирусных РНК, так что вирус, встроившись в ДНК хозяина, теряет способность размножаться. (Да и сам встроенный в клеточную ДНК вирус может на время «уснуть», не вредя хозяину.) Так или иначе, вирусный геном становится пассивным грузом, переходящим от родительской клетки к дочерней. И если проанализировать, например, геном млекопитающих, то можно обнаружить множество ретровирусных последовательностей, которые в большинстве своём неактивны – после того, как клетки запрещают синтезировать на них РНК, они ещё и многократно мутируют, так что, в конце концов, становятся совершенно безопасным и неактивным генетическим мусором.

Вирусные последовательности, которые осели в человеческой ДНК, называют HERV – human endogenous retroviruses, или эндогенные ретровирусы человека. Считается, что на их долю приходится 8% генома, однако далеко не все из них описаны – тут нужно учитывать, что один и тот же вирус мог попасть в несколько мест в ДНК, кроме того, из-за мутаций и генетических перестроек вирусные гены могли измениться довольно сильно.

До сих пор было достоверно известно о семнадцати вирусных фрагментах (здесь стоит говорить именно о фрагментах, а не о генах, так как фрагмент может объединять несколько генов, к тому же необязательно хорошо сохранившихся). В статье в PNAS, которую опубликовали исследователи из Мичиганского университета и Университета Тафтса, к этим семнадцати добавляется ещё девятнадцать. Джон Коффин (John Coffin) и его коллеги проанализировали 2 500 геномов со всего света, причем особое внимание уделялось африканским ДНК – поскольку люди когда-то начали расселяться по миру именно из Африки, то и вероятность того, что здесь, в местных популяциях следы вирусных гостей будут встречаться чаще.

Действительно, с помощью сложнейших математических и статистических методов удалось обнаружить, что в африканских геномах следов HERV заметно больше, чем в азиатских, американских или европейских. Как и ожидалось, большая часть вирусов была изрядно побита жизнью и эволюцией – изменения, которые произошли с их последовательностями, сделали невозможной запуск вирусной программы. За одним исключением: у 50 людей в Х-хромосомах нашли последовательность, названную Xq21, и это был полный вирусный геном, в котором сохранились все гены, необходимые для собственного размножения. Однако может ли Xq21 и впрямь проявлять какую-то активность, пока непонятно. Стоит добавить, что Xq21 – всего лишь второй полноценный спящий вирус, обнаруженный в человеческой ДНК.

Возможно, эти семнадцать плюс девятнадцать – не все вирусные последовательности, которые задержались в человеческом геноме; просто искать их, как мы сказали, довольно сложно, в частности ещё и потому, что не все вирусы есть у всех людей, тот же Xq21 нашли только у 50 из 2 500. Считается, что такие вирусные фрагменты, оказавшись рядом с некоторыми генами, могут менять их активность и тем самым провоцировать разные болезни, вплоть до рака.

Однако от «домашних вирусов» есть и польза. Так, год назад мы рассказывали о том, как они защищают человеческий эмбрион от инфекции. А немногим ранее мы говорили о работе исследователей из Юго-западного медицинского центра Университета Техаса, которые обнаружили, как эндоретровирусы помогают иммунитету: оказалось, что они стимулируют в ДНК иммунных клеток синтез антител в ответ на появления в организме чужеродных молекул.

Когда-то древние вирусы проникли в геном приматов, да и уснули в нём. (На фото – вирус гепатита В, способный встраиваться в ДНК клеток печени.) (Фото Jean-Yves Sgro / Visuals Unlimited / Corbis.)

Самый известный и бурно изучаемый среди современных вирусов – ВИЧ. (Фото MedicalRF.com / Corbis.)

‹

›

Открыть в полном размере

Фотоиндуцированное повреждение ДНК и фотоцитотоксичность ретинилпальмитата и продуктов его фоторазложения

. 2005 г., 21 сентября (7–8): 167–75.

doi: 10.1191/0748233705th325oa.

Цзянь Ян
1
 , Цинсу Ся, Шу-Хуи Чернг, Уэйн Г. Уомер, Пол С. Ховард, Хунтао Ю, Питер П. Фу

принадлежность

  • 1 Национальный центр токсикологических исследований Управления по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов США, Джефферсон, Арканзас, США. [email protected]

  • PMID:

    16149731

  • DOI:

    10.1191/0748233705th325oa

Цзянь Ян и др.

Токсикол Инд Здоровье.

2005 9 сентября0003

. 2005 г., 21 сентября (7–8): 167–75.

doi: 10.1191/0748233705th325oa.

Авторы

Цзянь Ян
1
 , Цинсу Ся, Шу-Хуэй Чернг, Уэйн Г. Уомер, Пол С. Ховард, Хунтао Ю, Питер П. Фу

принадлежность

  • 1 Национальный центр токсикологических исследований, Управление по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов США, Джефферсон, Арканзас, США. [email protected]

  • PMID:

    16149731

  • DOI:

    10.1191/0748233705th325oa

Абстрактный

Ретинилпальмитат (РП) представляет собой сложный эфир ретинола (витамина А) и преобладающей формы ретинола, эндогенно обнаруживаемой в коже. Ранее мы сообщали, что фотооблучение РФП УФ-светом приводит к образованию ангидроретинола (АР), 5,6-эпоксиретинилпальмитата (5,6-эпокси-РП) и других продуктов фоторазложения. В то время как AR формировался посредством ионного механизма фотодиссоциации, 5,6-эпокси-RP формировался посредством светоопосредованной цепной реакции, инициируемой свободными радикалами. В текущем исследовании фототоксичность RP, AR и 5,6-эпокси-RP в Т-клетках Jurkat кожи человека с облучением светом и без него определяли с использованием анализа диацетата флуоресцеина. В аналогичных условиях анализ Comet использовали для оценки повреждения клеточной ДНК. Ядерная ДНК не была значительно повреждена при облучении клеток УФ-А плюс видимым светом в отсутствие ретиноидов; однако, когда клетки освещались УФ-А плюс видимым светом в присутствии либо RP, 5,6-эпокси-RP, либо AR (50, 100, 150 и 200 мкМ), наблюдалась фрагментация ДНК. Гибель клеток наблюдалась при концентрациях ретиноидов 100 мкМ и выше. При обработке 150 мкМ RP, 5,6-эпокси-RP или AR гибель клеток составила 52, 33 и 52% соответственно. Эти результаты позволяют предположить, что RP и два его продукта фоторазложения, AR и 5,6-эпокси-RP, вызывают повреждение ДНК и цитотоксичность при облучении УФА плюс видимым светом. Мы также определили, что фотооблучение RP, AR и 5,6-epoxy-RP вызывает одноцепочечные разрывы в суперскрученной ДНК плазмиды phichi 174. При постоянной дозе УФА-света (50 Дж/см2) уровень расщепления ДНК был самым высоким в присутствии AR, затем 5,6-эпокси-RP, затем RP. Индуцированное расщепление цепи ДНК ингибировалось NaN3. Эти результаты позволяют предположить, что фотооблучение RP, 5,6-epoxy-RP и AR светом UVA генерирует свободные радикалы, которые инициируют расщепление цепи ДНК.

Похожие статьи

  • Фотомутагенность ангидроретинола и 5,6-эпоксиретинилпальмитата в клетках лимфомы мыши.

    Мэй Н., Ся К., Чен Л., Мур М.М., Чен Т., Фу ПП.
    Мей Н и др.
    Хим. Рез. Токсикол. 2006 ноябрь;19(11):1435-40. дои: 10.1021/tx0600907.
    Хим. Рез. Токсикол. 2006.

    PMID: 17112230
    Бесплатная статья ЧВК.

  • Фоторазложение ретинилпальмитата в этаноле под действием УФА-света с образованием продуктов фоторазложения, активных форм кислорода и перекисей липидов.

    Чернг С.Х., Ся К., Бланкеншип Л.Р., Фриман Дж.П., Уомер В.Г., Ховард П.С., Фу П.П.
    Чернг С.Х. и соавт.
    Хим. Рез. Токсикол. 2005 Февраль; 18 (2): 129-38. дои: 10.1021/tx049807l.
    Хим. Рез. Токсикол. 2005.

    PMID: 15720116

  • Фотооблучение УФА ретинилпальмитата — образование синглетного кислорода и супероксида и их роль в индукции перекисного окисления липидов.

    Xia Q, Yin JJ, Cherng SH, Wamer WG, Boudreau M, Howard PC, Fu PP.
    Ся Кью и др.
    Токсикол Летт. 2006 5 мая; 163(1):30-43. doi: 10.1016/j.toxlet.2005.09.010. Epub 2005, 27 декабря.
    Токсикол Летт. 2006.

    PMID: 16384671

  • Фотореакция, фототоксичность и фотоканцерогенность ретиноидов.

    Fu PP, Cheng SH, Coop L, Xia Q, Culp SJ, Tolleson WH, Wamer WG, Howard PC.
    Фу П.П. и др.
    J Environ Sci Health C Environ Carcinog Ecotoxicol Rev. 2003 Nov;21(2):165-97. doi: 10.1081/GNC-120026235.
    J Environ Sci Health C Environ Carcinog Ecotoxicol Rev. 2003.

    PMID: 15845224

    Обзор.

  • Фоторазложение и фототоксичность природных ретиноидов.

    Толлесон В.Х., Чернг С.Х., Ся К., Будро М., Инь Дж.Дж., Вамер В.Г., Ховард П.С., Ю Х., Фу П.П.
    Толлесон У.Х. и соавт.
    Общественное здравоохранение Int J Environ Res. 2005 г., апрель; 2(1):147-55. doi: 10.3390/ijerph3005010147.
    Общественное здравоохранение Int J Environ Res. 2005.

    PMID: 16705812
    Бесплатная статья ЧВК.

    Обзор.

Посмотреть все похожие статьи

Цитируется

  • Использование ретиноидов в местных омолаживающих средствах: целенаправленный обзор клинических данных для традиционных и нанопрепаратов.

    Милошеска Д, Рошкар Р.
    Милошеска Д, и соавт.
    Adv Ther. 2022 Декабрь; 39 (12): 5351-5375. doi: 10.1007/s12325-022-02319-7. Epub 2022 11 октября.
    Adv Ther. 2022.

    PMID: 36220974
    Бесплатная статья ЧВК.

    Обзор.

  • Являются ли одобренные FDA солнцезащитные компоненты эффективными в предотвращении рака кожи, вызванного солнечным УФ-излучением?

    Боде А. М., Ро Э.
    Боде А.М. и соавт.
    Клетки. 2020 11 июля; 9 (7): 1674. doi: 10.3390/cells9071674.
    Клетки. 2020.

    PMID: 32664608
    Бесплатная статья ЧВК.

  • Цитотоксичность и мутагенность ретинола при облучении ультрафиолетом А в клетках лимфомы мыши.

    Мэй Н., Ху Дж., Ся К., Фу П.П., Мур М.М., Чен Т.
    Мей Н и др.
    Токсикол в пробирке. 2010 март; 24(2):439-44. doi: 10.1016/j.tiv.2009.10.004. Epub 2009 14 октября.
    Токсикол в пробирке. 2010.

    PMID: 19835946
    Бесплатная статья ЧВК.

  • Фотомутагенность ангидроретинола и 5,6-эпоксиретинилпальмитата в клетках лимфомы мыши.

    Мэй Н., Ся К., Чен Л., Мур М.М., Чен Т., Фу ПП.
    Мей Н и др.
    Хим. Рез. Токсикол. 2006 ноябрь; 19(11):1435-40. дои: 10.1021/tx0600907.
    Хим. Рез. Токсикол. 2006.

    PMID: 17112230
    Бесплатная статья ЧВК.

  • Фотооблучение ретинилпальмитата в этаноле ультрафиолетовым светом — образование продуктов фоторазложения, активных форм кислорода и перекисей липидов.

    Xia Q, Yin JJ, Wamer WG, Cherng SH, Boudreau MD, Howard PC, Yu H, Fu PP.
    Ся Кью и др.
    Общественное здравоохранение Int J Environ Res. 2006 июнь; 3 (2): 185-90. doi: 10.3390/ijerph3006030021.
    Общественное здравоохранение Int J Environ Res. 2006.

    PMID: 16823091
    Бесплатная статья ЧВК.

Типы публикаций

термины MeSH

вещества

Грантовая поддержка

  • 2143-0001/PHS HHS/США

Определение фотоэлемента | ПКМаг

Устройство, обнаруживающее свет. Используемый для фотографических экспонометров, автоматических уличных фонарей в сумерках и других чувствительных к свету приложений, фотоэлемент изменяет свое сопротивление между двумя своими выводами в зависимости от количества фотонов (света), которые он получает. Также называется «фотодетектор», «фоторезистор» и «светозависимый резистор» (LDR).

Полупроводниковый материал фотоэлемента обычно представляет собой сульфид кадмия (CdS), но также используются и другие элементы. Фотоэлементы и фотодиоды используются для аналогичных приложений; однако фотоэлемент пропускает ток двунаправленно, тогда как фотодиод является однонаправленным. См фотодиод.

Светозависимые резисторы
Фотоэлементы поставляются в различных упаковках, таких как этот ассортимент от PerkinElmer. По мере того, как фотоэлемент получает больше фотонов, сопротивление между двумя клеммами снижается. (Изображение предоставлено PerkinElmer, Inc., www.perkinelmer. com)

Реклама

Истории PCMag, которые вам понравятся

{X-html заменен}

Выбор редакции

ЭТО ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПРЕДНАЗНАЧЕНО ТОЛЬКО ДЛЯ ЛИЧНОГО ИСПОЛЬЗОВАНИЯ. Любое другое воспроизведение требует разрешения.
Авторские права © 1981-2022. Компьютерный язык (открывается в новом окне) Co Inc. Все права защищены.

PC Magazine Digital Edition (Открывается в новом окне)

PC Magazine Digital Edition

Читайте интересные истории в автономном режиме на любимом устройстве!

Информационные бюллетени PCMag

Информационные бюллетени PCMag

Наши лучшие истории в вашем почтовом ящике

Подпишитесь на PCMag

  • Фейсбук (Открывается в новом окне)

  • Твиттер (Откроется в новом окне)

  • Флипборд (Открывается в новом окне)

  • Гугл (откроется в новом окне)

  • Инстаграм (откроется в новом окне)

  • Pinterest (Открывается в новом окне)

PCMag.