Дослідникам зі Стокгольмського університету вперше вдалося успішно виділити та секвенувати молекули РНК шерстистих мамонтів льодовикового періоду
Ці послідовності РНК є найдавнішими з коли-небудь виявлених і походять з тканини мамонта, що зберігалася у вічній мерзлоті Сибіру майже 40 000 років. Дослідження, опубліковане в журналі Cell, показує, що не тільки ДНК та білки, але й РНК можуть зберігатися протягом дуже тривалих періодів часу, і дає нове розуміння біології видів, які давно вимерли.
«За допомогою РНК ми можемо отримати прямі докази того, які гени «ввімкнені», що дає змогу зазирнути в останні моменти життя мамонта, який ходив по Землі під час останнього льодовикового періоду. Цю інформацію неможливо отримати лише з ДНК», — каже Еміліо Мармол, провідний автор дослідження. Раніше він був постдокторантом у Стокгольмському університеті, а зараз працює в Інституті Globe у Копенгагені. Під час роботи в Стокгольмському університеті він об’єднав зусилля з дослідниками SciLifeLab та Центру палеогенетики, спільної ініціативи Стокгольмського університету та Шведського музею природної історії.
Секвенування доісторичних генів та вивчення того, як вони активуються, важливе для розуміння біології та еволюції вимерлих видів. Роками вчені розшифровували ДНК мамонтів, щоб зібрати їхні геноми та еволюційну історію. Однак РНК, молекула, яка показує, які гени активні, досі залишалася недоступною. Давнє переконання, що РНК занадто крихка, щоб вижити навіть кілька годин після смерті, ймовірно, відштовхнуло дослідників від дослідження цих багатих на інформацію молекул у мамонтів та інших давно вимерлих видів.
«Ми отримали доступ до надзвичайно добре збережених тканин мамонта, виявлених у сибірській вічній мерзлоті, які, як ми сподівалися, все ще містять молекули РНК, заморожені в часі», – додає Еміліо Мармол.
«Раніше ми розширили межі відновлення ДНК за мільйон років. Тепер ми хотіли дослідити, чи можемо розширити секвенування РНК далі в часі, ніж це було зроблено в попередніх дослідженнях», — каже Лав Дален, професор еволюційної геноміки Стокгольмського університету та Центру палеогенетики.
Найстаріша секвенована РНК
Дослідникам вдалося виявити тканинно-специфічні патерни експресії генів у заморожених м’язових останках Юки, молодого мамонта, який помер майже 40 000 років тому. Серед понад 20 000 генів, що кодують білки, у геномі мамонта далеко не всі були активними. Виявлені молекули РНК кодують білки з ключовими функціями у скороченні м’язів та регуляції метаболізму під час стресу.
«Ми виявили ознаки клітинного стресу, що, мабуть, не дивно, оскільки попередні дослідження показали, що на Юку напали печерні леви незадовго до його смерті», — каже Еміліо Мармол.
Дослідники також виявили безліч молекул РНК, які регулюють активність генів у зразках м’язів мамонта.
«РНК, які не кодують білки, такі як мікроРНК, були серед найцікавіших відкриттів, які ми отримали», — каже Марк Фрідлендер, доцент кафедри молекулярних біологічних наук Інституту Веннера-Грена Стокгольмського університету та SciLifeLab.
«М’язово-специфічні мікроРНК, які ми виявили в тканинах мамонтів, є прямим доказом того, що регуляція генів відбувалася в режимі реального часу в давнину. Це перший випадок, коли щось подібне було досягнуто», – каже він.
Ідентифіковані мікроРНК також допомогли дослідникам підтвердити, що знахідки справді походять від мамонтів.
«Ми виявили рідкісні мутації в певних мікроРНК, які стали неопровірним доказом їхнього мамонтового походження. Ми навіть виявили нові гени виключно на основі даних РНК, чого ніколи раніше не робили в таких давніх залишках», – зазначає Бастіан Фромм, доцент Музею Арктичного університету Норвегії (UiT).
«Молекули РНК можуть існувати набагато довше, ніж вважалося раніше»
«Наші результати демонструють, що молекули РНК можуть існувати набагато довше, ніж вважалося раніше. Це означає, що ми зможемо не лише вивчати, які гени «ввімкнені» у різних вимерлих тварин, але й секвенувати РНК-віруси, такі як грип та коронавіруси, що збереглися в рештках льодовикового періоду», — каже Лав Дален.
У майбутньому дослідники сподіваються провести дослідження, які поєднуватимуть доісторичну РНК з ДНК, білками та іншими збереженими біомолекулами.
«Такі дослідження можуть докорінно змінити наше розуміння вимерлої мегафауни, а також інших видів, розкриваючи численні приховані шари біології, які досі залишалися застиглими в часі», – підсумовує Еміліо Мармол.
Про шерстистих мамонтів
Шерстисті мамонти колись бродили крижаними рівнинами Євразії та Північної Америки, чудово пристосовані до життя під час останнього льодовикового періоду (приблизно 115 000–11 500 років тому). Зі своєю густою шерстю, вигнутими бивнями та величезними розмірами вони паслися на безкрайніх степах, що простягалися по всій північній півкулі. Але з потеплінням клімату шерстисті мамонти поступово зникли, а останні невеликі стада виживали на віддалених арктичних островах лише до 4000 років тому.
РНК (рибонуклеїнова кислота) — це одноланцюгова молекула, яка допомагає клітині синтезувати білки за інструкціями з ДНК. Можна уявити її як робочого “помічника” ДНК, який переносить генетичний код з ядра клітини до рибосом і допомагає збирати білки, наче інструкція до збірки. Простими словами про РНК
- Функція РНК:
- Перенос інформації: “Інформаційна” або мРНК (messenger RNA) копіює генетичну інструкцію з ДНК і переносить її до місця синтезу білка — рибосом.
- Складання білків: “Транспортна” або тРНК (transfer RNA) знаходить потрібні амінокислоти та доставляє їх до рибосоми відповідно до інструкції мРНК, щоб зібрати правильний білок.
- Будівельний матеріал: “Рибосомна” або рРНК (ribosomal RNA) є частиною самої рибосоми – “фабрики”, де відбуваються білки.
