Наука воскрешения видов

Для начала немного терминологии. Геном – большая структура, но молекулы, из которых он состоит, имеют маленькие размеры (рис. 5). Геном строится из хромосом, которые в свою очередь состоят из длинных нитей нуклеотидов — строительных блоков ДНК. Каждый нуклеотид содержит азотистое основание, пятиуглеродный сахар и фосфатную группу.

Рис. 5. Структура ДНК. Молекула ДНК состоит из четырех химических «кирпичиков», называемых азотистыми основаниями: аденина (A), цитозина (C), гуанина (G) и тимина (T). ДНК представляет собой закрученную структуру «двойной спирали», формирующуюся благодаря тому, что азотистые основания соединяются попарно, образуя лестничную структуру, объединяющую две нити между собой. Порядок расположения азотистых оснований, называемый также последовательностью ДНК (англ. sequence – отсюда «секвенирование»), содержит в себе информацию, необходимую для создания и сохранения жизни

Геномы, состоящие из ДНК, содержат четыре разных нуклеотида, в основе каждого из которых лежит одно из азотистых оснований: аденин (A), гуанин (G), цитозин (C) или тимин (T). Нуклеотиды связаны вместе вдоль каркаса из фосфорилированного сахара, формируя нуклеиновые кислоты, к примеру дезоксирибонуклеиновую кислоту, или ДНК. ДНК в геноме состоит из двух нитей, и это означает, что в стабильном состоянии нуклеотид из одной нити связан с комплементарным ему нуклеотидом из второй нити. Нуклеотид, связанный с комплементарным нуклеотидом, называется спаренным основанием (или парой оснований). Размер генома обычно выражается в парах оснований, что составляет половину числа нуклеотидов в геноме.

Геномы очень сильно отличаются друг от друга по количеству спаренных оснований и хромосом, по которым эти основания распределены. Человеческий геном заключает в себе около 3,2 миллиарда пар оснований, расположенных в 23 парах хромосом. Геном сосны ладанной содержит 22,2 миллиарда пар оснований, но хромосомных пар в нем всего 12. В геноме карпа 1,7 миллиарда спаренных оснований расположены в 100 парах хромосом. Колоссальные различия в геномах животных и растений не связаны ни со сложностью организма, ни с количеством генов, закодированных в их геномах.

Хромосомы имеют слишком большую длину, чтобы мы смогли секвенировать их целиком с помощью современных технологий. Поэтому, когда ученые секвенируют ДНК, они начинают с того, что разрезают хромосомы на более мелкие фрагменты. Эти фрагменты состоят из двух нитей, поэтому их длина также указывается в количестве спаренных оснований. В зависимости от используемого метода секвенирования размеры этих фрагментов могут варьировать от нескольких десятков до нескольких тысяч пар оснований. После того как ДНК разделили на части и секвенировали, ее фрагменты собираются заново в хромосомы. Вкратце процесс секвенирования генома выглядит так: сначала разрежьте, потом склейте заново.

Теперь, когда мы немного разобрались со сленгом, давайте набросаем в общих чертах этапы секвенирования и сборки генома вымершего вида. Вначале мы собираем останки представителей вида, который собираемся вернуть к жизни, – кости, зубы, шкуру, шерсть, – всё, что удается найти. После этого мы выделяем из них все фрагменты ДНК, которые сможем. Затем мы секвенируем эту ДНК. Наконец, мы бережно собираем вместе крошечные кусочки ДНК, делая их все больше и больше, и в итоге получаем хромосомы.

Если вы были внимательны, то могли заметить, что мы пропустили этап, на котором разрезали ДНК на более мелкие фрагменты. При работе с древней ДНК он не нужен. ДНК поступает к нам уже разделенной на кусочки. Правильнее даже будет сказать слишком разделенной. Слишком сильная фрагментация для нас плоха: чем короче фрагмент ДНК, тем сложнее разобраться, где он должен находиться в геноме.

Но это еще не все. Эти короткие фрагменты ДНК к тому же находятся в довольно плохом состоянии. Благодаря химическим веществам, а также другим биомолекулам, содержащимся в окружающей среде, отдельные нуклеотиды могут повредиться или разрушиться, так что их молекулярная структура будет отличаться от изначальной. Молекулы с измененными структурами будут неправильно считываться в процессе секвенирования, что приведет к ошибкам в геномной последовательности. В некоторых средах ДНК распадается медленнее, чем в других (к примеру, в Арктике, где жили мамонты, ДНК сохраняется лучше, чем в тропиках, где жили дронты). Это означает, что виды, не обитавшие в областях, где у их останков была высокая вероятность сохраниться, скорее всего, не очень хорошо подходят для восстановления.