Нашите геноми са пълни с „отпадъчна ДНК“, която може да е много по-важна, отколкото предполагаме

От приблизително трите милиарда базови двойки, съставляващи човешкия геном, само около 2 процента са предназначени за кодиране на протеини, а останалите 98 процента имат не толкова очевидни функции.

Въпреки отхвърляната от някои учени като безполезна „отпадъчна ДНК„, нейният произход, въздействие и потенциална роля в еволюцията на живота привлича вниманието на биолозите, откакто за първи път бе забелязана в нашите хромозоми, което стана през 60-те години на миналия век.

Изследователи от университета на Тел Авив, Израел, разкриха причините за запазването на некодиращата ДНК, което може да ни помогне да разберем по-добре голямото разнообразие в размерите на геномите в природата.

През 1977 г. учените Ричард Робъртс и Фил Шарп независимо един от друг забелязват, че голяма част от този така наречен „ДНК отпадък“ не е просто разпръснат между нашите гени, а често ги прекъсва по средата на последователността – откритие, което по-късно им носи Нобелова награда.

Известни като интрони, те сякаш обременяват сложните клетки като нашите, а по-простите – като тези на бактериите – остават незасегнати. Освен това те допринасят за увеличаването на процеса на превръщане на ДНК в нещо по-съществено.

Всеки път, когато се създава нов протеин, тези прекъсвания трябва да бъдат изрязани от генетичния шаблон, което налага кодиращите инструкции да бъдат сглобени отново, преди да бъдат интерпретирани като протеин. Може да се направи сравнението, че за да се прочете едно изречение е необходимо да бъдат премахнати хиляди думи.

Този на пръв поглед разточителен начин на работа е необходим в цялата природа, като изключение правят само бактериите и другите прокариоти.

Също така броят на интроните значително се различава при различните видове: при човека те са почти 140 000, при плъховете – около 33 000, при обикновените плодови мушици – почти 38 000, при дрождите (Saccharomyces cerevisiae) – едва 286, а при едноклетъчната гъба Encephalitozoon cuniculi – само 15.

Защо еволюцията не е изчистила този отпадък чрез естествения подбор, за да ни направи още по-ефективни организми?

И защо, след като геномите имат известна естествена склонност към премахване, а не към добавяне на ДНК с течение на времето, „ненужната ДНК“ така и не е станала по-къса дори след милиони години еволюция?

„Интригуващо е, че се предполага, че се е случило точно обратното, тъй като еукариотите имат по-големи геноми, по-дълги протеини и много по-големи междугенични области в сравнение с прокариотите“, твърдят в наскоро публикуваната си научна работа учените, които осъществиха това изследване на интроните.

Изследователите предполагат, че премахването на тези считани досега ненужни фрагменти на ДНК около кодиращите фрагменти ще навреди на оцеляването на живите същества, понеже при осъществяването на един подобен хипотетичен процес кодиращите секции също може да бъдат премахнати.

„Делециите, които се появяват в близост до границите, понякога навлизат в запазения регион и по този начин стават обект на силна пречистваща селекция“, пишат изследователите.

Следователно този „граничен подбор“, при който една неутрална последователност се намира между кодиращите области, би създал тенденция за вмъкване на къси, некодиращи ДНК последователности.

На практика „ненужната ДНК“ действа като мутационен буфер, защитавайки областите, които съдържат по-чувствителни последователности, необходими за кодирането на протеини.

Изследователите са създали математически модел, за да покажат тази динамика в действие. Той показва, че това, което досега се считаше за ДНК отпадък, след време постепенно се превръща в генетично съкровище. Всичко това изглежда като твърде сложен начин за изграждането на организмите, но с няколко милиарда години еволюция зад гърба си природата изглежда знае какво прави.