Вторая подсказка для биоинформатиков также основана на статистике и во многом следует из факта существования принципа предпочтения кодонов. Представьте, что перед вами фото многолюдной улицы неизвестного вам города. Вы бы хотели понять, где именно сделано это фото. Оценив, какой оттенок кожи и разрез глаз вы видите на фото чаще, вы можете сделать первые выводы. Если добавить к признакам, какую одежду предпочитают люди с фото, можно скорректировать свои выводы. Добавим далее то, какая архитектура преимущественно попала на снимок, и вуаля наш прогноз стал достаточно хорошим даже для снимка крупного портового города, каковые известны своей смесью национальностей, культур и архитектур. Примерно так же мы можем посмотреть и на геном. Сначала оценить, как часто в нем встречаются определенные буквы. Чаще всего измеряют долю букв Г и Ц (этот параметр получил название ГЦ-состав) или долю букв А и Т (АТ-состав) на геном или на определенный фрагмент генома. Уже по такому простому, казалось бы, параметру можно неплохо различать между собой различные организмы. Например, в человеческом геноме доля букв Г и Ц составляет в среднем 41 % (есть отдельные специфические регионы в геноме, которые содержат значительно больше или меньше, но среднее для большей его части такое)[33], а в геноме бабочки монарха (Danaus plexippus) ГЦ-контент равен 31,6 %[34].
Затем можно изучить различные двухбуквенные сочетания. Например, сколько раз в геноме (или определенном регионе генома) найдется сочетание АГ, или АТ, или ЦЦ. Потом вычислить частоту вхождения различных троек. Например, как много в геноме сочетаний ЦЦЦ, ГГГ или АГА. После перейти к четверкам и определить, скажем, процент вхождения сочетаний ААГГ и ЦЦГА. Затем к пятеркам Таким образом мы сформируем индивидуальный портрет генома из признаков частоты вхождения в него различных подстрок. Такой же портрет мы можем получить для каждого отдельного региона в этом геноме. А потом наложить два портрета друг на друга и сделать выводы о том, вписывается ли рассматриваемый фрагмент в картину всего генома. Если ответ «да», вероятно, все в нем «родное». Если ответ «нет», можно предположить, что там есть ген, который был перенесен из генома организма другого вида.
Примечания
1
Канеман Даниел. «Думай медленно решай быстро».
2
В. К. Солондаев, Е. В. Конева, Н. Л. Черная. Психологические факторы принятия решения о вакцинации // Сибирский психологический журнал. 2016. 59. С. 125136. УДК 159.9:614.253 DOI: 10.17223/17267080/59/8
3
Предпочтение нулевого риска когнитивное искажение. Из-за него мы склонны поступать так, чтобы полностью исключить один из нескольких рисков, вместо частичного снижения сразу нескольких рисков, которое может привести к уменьшению общего риска. Например, люди часто предпочитают выбрать бездействие вместо одного из возможных вариантов действия, полагая, что так они смогут избежать самой проблемы. «Спрятать голову в песок» иногда говорят про такое поведение.
4
Даниел Канеман РБК: «Неразумные решения путь к большому успеху. https://pro.rbc.ru/demo/5ce561759a79472ea92a6890
5
Такой предмет спора и постановка вопроса сами по себе бессмысленны, но к обсуждению этого мы еще много раз вернемся на страницах этой книги.
6
И не только. Но об этом мы поговорим далее.
7
На самом деле в генах записана информация не только для создания белков, но и для создания разных необходимых для работы клетки молекул РНК. Но в упрощенном случае принято говорить, что ген это «инструкция» именно по построению белка.
8
Почему это не совсем так, мы поговорим далее в этой же главе. А тут я просто добавлю, что есть еще такие явления, как мозаицизм и химеризм, о которых я не имею возможности рассказать на страницах этой книги, но поглубже самостоятельно закопаться в эту тему читателю очень рекомендую (например, вот тут «Геномная головоломка: открой в себе мозаика». https://biomolecula.ru/articles/genomnaia-golovolomka-otkroi-v-sebe-mozaika). Там просто море всего шокирующего и интересного. А еще есть наши клетки иммунной системы, раковые клетки Короче говоря, главное правило генетики в том, что на любое правило в ней обязательно найдется исключение. Но в настоящей науке и не бывает простых ответов. Зато бывают невероятно интересные поиски ответов настоящих!
9
Митохондрии это небольшие внутриклеточные органеллы, которые выполняют в них функции энергетических станций. История появления в ядерных организмах митохондрий в процессе эволюции жизни на Земле сама по себе достойна отдельных книг. И их написано уже немало. К примеру, замечательно рассказана эта история в книге «Рождение сложности. Эволюционная биология сегодня: неожиданные открытия и новые вопросы» А. Маркова
10
Shifting the limits in wheat research and breeding using a fully annotated reference genome The International Wheat Genome Sequencing Consortium (IWGSC), Rudi Appels1 et al Science 17 Aug 2018: Vol. 361, Issue 6403, eaar7191 DOI: 10.1126/science.aar7191.
11
Не так давно David Nadlinger из Оксфордского университета все-таки смог сделать это с атомом стронция, сфотографировав его на обычный фотоаппарат при помощи некоторых технических ухищрений.
12
Не в обиду молекуле РНК, чью важность преуменьшить просто невозможно. Но ради любопытства спросите разных ученых о том, какая молекула в клетке главная. Исследователи РНК вам ответят, что это, конечно, РНК, а исследователи ДНК скажут то же самое о ДНК. Я работаю с геномными данными, а поэтому принадлежу ко второму лагерю.
13
Здесь речь идет о водородной связи особом типе взаимодействия между молекулами, позднее мы остановимся на этом подробно.
14
У ядерных организмов, таких как мы с вами, мышка или кошка, это происходит в ядре клетки для ядерной ДНК и в митохондриях для митохондриальной, а у кактуса и морковки ДНК есть еще и в пластидах. Для безъядерных, таких как бактерии или вирусы, все иначе.
15
Ферменты это белковые соединения, которые ускоряют химические реакции.
16
The half-life of DNA in bone: measuring decay kinetics in 158 dated fossils Morten E. Allentoft et al Published:10 October 2012. https://doi.org/10.1098/rspb.2012.1745
17
Van der Valk T. et al. Million-year-old DNA sheds light on the genomic history of mammoths. Nature. 2021 Mar;591(7849):265269. doi: 10.1038/s41586021032249. Epub 2021 Feb 17. PMID: 33597750; PMCID: PMC7116897. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/33597750/
18
Речь здесь именно о классической структуре. То есть двуцепочечной правозакрученной спирали, в виде которой мы обычно видим ДНК на картинках. Такая форма получила название B-форма, что наталкивает на мысль о существовании и других форм вроде A или C. И они действительно существуют! Как еще и буквы Z, H Разные формы молекула ДНК умеет принимать при различных условиях среды. Она может быть право- или левозакрученной, иметь разное количество «ступенек» на один виток спирали, или даже состоять не из двух, а из трех закрученных нитей! Такую форму правозакрученной спирали из трех нитей H-форму ДНК открыли только в 1986 году. А еще вам может быть любопытно узнать, что H-форма ДНК дает ученым целых две разные возможности для редактирования геномов животных и растений! Чтобы узнать об этом больше, а также забавную историю самого открытия, можно прочесть прекрасную книгу «Самая главная молекула. От структуры ДНК к биомедицине XXI века» от одного из авторов открытия М. Д. Франк-Каменецкого.
19
Подробнее об этом советую видео «Центральная догма молекулярной биологии», где биофизик Максим Франк-Каменецкий рассказывает о транскрипции нуклеотидов в аминокислоты, ретровирусах и болезни куру. https://postnauka.ru/video/44252.