Международная группа исследователей изучила волосы из шерсти мамонтов, найденных в разное время в сибирской вечной мерзлоте. Десять изученных мамонтов жили в промежуток от 50 до 12 тысяч лет назад. Ранее образцы митохондриальных ДНК (мтДНК) получали только из костных и мышечных тканей, и таким образом были расшифрованы мтДНК всего семи видов вымерших животных: четырех птиц, двух мамонтов и одного мастодонта.
Как рассказал один из авторов исследования Стивен Шустер, научная ценность результатов исследования ДНК из костей и мышц вымерших животных относительна. Последовательности ДНК обычно деградируют, и возможно загрязнение их чужеродным генетическим материалом — например, бактериальным. Обычно в руки ученых попадает очень маленькое количество незагрязненных костных и мышечных фрагментов, исследование которых сопряжено с огромными трудностями — расшифровка генома может длиться до шести лет.
Митохондрия - органоид цитоплазмы животных и растительных клеток в виде нитевидных или гранулярных образований. Состоит из белка, липидов, РНК и ДНК. Основная функция митохондрии - выработка энергии. Митохондрии играют ключевую роль в окислительном фосфорилировании, аэробном метаболизме глюкозы и жирных кислот, сигнальном пути кальция и апоптозе клеток. Митохондрии наследуются по материнской линии и содержат в себе митохондриальную ДНК (мтДНК), состоящую у человека из 16568 пар оснований. Такая короткая нуклеотидная последовательность мтДНК кодирует лишь незначительную часть всех белков и РНК, содержащихся в митохондрии.
Ранее считалось, что митохондрии были приобретены предшественниками эукариот в процессе эволюции (под митохондриями подразумевали предков прокариот - организмов, не обладающих, в отличие от эукариот, оформленным клеточным ядром. Генетический материал в виде кольцевой цепи ДНК лежит у них свободно в нуклеоиде и не образует настоящих хромосом.). Однако факт кодирования большинства митохондриальных белков и РНК генами ядерной ДНК поставило это предположение под сомнение.
Мутации в ДНК митохондрий возникают чаще и легче, чем в ДНК ядра клетки, потому что в митохондриях нет механизма исправления мутаций, который есть в ядре: они не защищены гистонами - белками с щелочными свойствами, которые входят в ядра клеток эукариот в состав комплексов с ДНК (хроматин, нуклеосомы). Гистоны участвуют в поддержании и изменении структуры хромосом на разных стадиях клеточного цикла, в регуляции активности генов.
Разработанная учеными методика позволяет быстро и эффективно анализировать большое количество различных последовательностей в мтДНК волос. Специалисты уверены, что это позволит им заняться геномами других видов, а также полностью расшифровать гораздо более длинные цепочки ядерных ДНК вымерших животных.
«Результаты нынешних исследований представляют собой лишь начальный этап полного секвенирования генома мамонта», — сказал Шустер в интервью ScienceDaily.
Для расшифровки применялся метод стохастических геномных фрагментов, при котором длинные цепочки нуклеотидов разрезают на части с помощью рестриктаз (бактериальных ферментов, специфически расщепляющих ДНК). Расшифрованные фрагменты затем вновь соединяются с помощью компьютерной программы. Для генного анализа достаточно 0,2 грамма стержневой части волос.
«Как правило, при упоминании о секвенировании ДНК волос люди полагают, что речь идет о клетках из корневой их части, стержень волос кажется им мертвой зоной, — говорит Шустер. — Но мы знаем, что ДНК в стержне защищена чем-то наподобие биологического пластика».
роговые нитевидные производные кожи, образующие характерный для млекопитающих волосяной покров.
Выступающая свободно над поверхностью кожи часть волос называется стержнем, часть, погружённая в кожу, - корнем, заканчивающимся расширенной частью - луковицей, в углубление которой входит сосочек, содержащий сосуды и нервы; к сосочку прилегают камбиальные клетки луковицы, размножением которых осуществляется рост волос.
Различают 3 слоя волос:
1) Сердцевина, состоящая из крупных клеток с кератиноподобным веществом, в этом слое содержатся пузырьки воздуха.
2) Корковое вещество, представленное склеенными ороговевшими веретеновидными клетками, заполненными частично сросшимися нитями (фибриллами) рогового вещества - кератина, ориентированными параллельно оси волос; фибриллы в виде плотно упакованных более тонких нитей - филаментов - диаметром 50-100 Å, состоящих, в свою очередь, из протофиламентов - диаметром около 20 Å, образованных 2-3 спиралевидно переплетёнными нитевидными молекулами белка. Механическая прочность волос определяется главным образом корковым веществом, клетки которого, как и клетки сердцевины, могут содержать пигмент меланин, придающий волосам, в зависимости от его количества и степени дисперсности, различный цвет - от чёрного до светлых тонов.
3) Кутикула - слой черепицеобразно наложенных друг на друга плоских ороговевших клеток, содержащих в основном аморфный кератин.
У взрослых млекопитающих различают 3 основных типа волос: покровные, или остевые (шерсть) - длинные и прямые (щетины и иглы - видоизменённые волосы); пуховые (подшёрсток) - нередко без сердцевины, обычно волнообразно изогнутые, тонкие, короче покровных; осязательные, или вибриссы.
Волосы, вероятно, возникли из кожных роговых чешуй.
Образцы шерсти для анализа отбирали у музейных экспонатов.
Один из них — мамонт Адамса, который является первым полным скелетом мамонта в истории палеозоологии, — уже более 200 лет хранится в Петербургском зоологическом музее при комнатной температуре.
Его нашли в устье Лены в 1799 году, а в 1804–1806 гг. зоолог Михаил Адамс с помощью тунгусов извлек мамонта из вечной мерзлоты и доставил в Петербург вместе с частью шкуры, волосы из которой и были использованы для генного анализа.
Как говорят ученые, они собираются применить свой метод для анализа других содержащих кератин тканей животных, таких как когти и рога.
Подробное описание исследований опубликовано в последнем номере журнала Science. Авторы статьи: Томас Гилберт из Центра древней генетики Копенгагенского университета, а также Стивен Шустер и Уэбб Миллер из Центра сравнительной геномики и биоинформатики при Университете штата Пенсильвания в соавторстве с большой группой ученых и хранителей музеев из России, Бельгии, Великобритании, Дании, Италии, США, Франции и Швеции.
