Группа биологов из Великобритании и США смогла расшифровать геномы двух змей — тигрового питона и королевской кобры.

Группа биологов из Великобритании и США смогла расшифровать геномы двух змей — тигрового питона и королевской кобры. В результате выяснилось, что активность генов питона меняется в зависимости от того, сыт он или голоден. А у кобры имеется множество копий участков ДНК, отвечающих за производства яда, - это нужно для быстрой модификации токсинов.

31 января 2014 года, ученые сделали несколько интересных открытий, которые были напрямую связаны с этими рептилиями. И самым крупным из них была, несомненно, расшифровка генома двух змей — тигрового питона (Python bivittatus) и королевской кобры (Ophiophagus hannah). Интересно, что это первое масштабное исследование ДНК данной группы животных — до этого молекулярные биологи почему-то уделяли змеям мало внимания. И, как выяснилось, совершенно напрасно.

Геномом питона занималась группа биологов из Техасского университета в Остине (США), которой руководил герпетолог Тодд Кэстроу. Интересно, что исследователи не просто прочитали ДНК этой змеи, но еще и сравнили активность питоньих генов в сердце, печени, почках и тонком кишечнике до еды и после, то есть через сутки, через четыре дня после угощения. В результате они обнаружили, что проглоченная пища заставляла работать иначе почти половину этих участков ДНК, и изменения эти происходили в течение 48 часов. Итогом этой смены активности было ускорение метаболизма змеи почти в 40 раз, а внутренние органы питона, то есть кишечник, почки и печень за три дня вдвое увеличивались в размерах.

Однако куда более сенсационные открытия сделала группа ученых под руководством Николаса Кэйсвелла из Бангорского университета (Великобритания), которая занималась расшифровкой генома королевской кобры. Здесь исследователей в первую очередь интересовали те участки ДНК змеи, которые отвечают за выработку страшного яда королевской кобры (напомню, что человек, которому эта змея ввела всего 7 мл своего нейротоксина, умирает от остановки дыхания через 15-20 минут). Уже давно было известно, что эта "адская смесь" состоит из 73 различных пептидов и белков. Ученые хотели узнать, сколько же генов "руководят" созданием данного смертоносного "коктейля".

В конечном итоге было установлено, что в производстве яда у кобр задействовано 20 семейств генов. Однако самое интересное заключалось в том, что все эти участки ДНК имели множество копий — и такая ситуация наблюдалась не только в клетках ядовитых желез, но и вообще во всех клетках тела рептилии. Биологи предположили, что такой "запас" нужен был змее для того, чтобы при надобности изменить формулу яда — ведь если хотя бы одна из копий в процессе эволюции мутирует, то состав токсичного вещества будет уже несколько другим.

Такая стратегия является достаточно выгодной для змеи — в процессе эволюции ядовитые рептилии вынуждены постоянно совершенствовать свой яд, поскольку их жертвы одновременно становятся более устойчивыми к тем токсинам, которыми они их травят. Особенно это актуально для королевской кобры, которая питается в основном другими ядовитыми змеями (то есть является змеиным "сверххищником"), а уже давно известно, что те, кто имеет собственный токсин, достаточно быстро привыкают и к действию чужого. Вот и получается, что жизнь змеи в буквальном смысле зависит от яда, поскольку ничего, кроме него, она противопоставить противнику не может — и именно поэтому для обеспечения надежности главного оружия королевской кобры выделены столь масштабные генетические ресурсы.

Под конец ученые из обоих групп решили провести еще одно исследование — они захотели сравнить между собой геномы питона и кобры, а также сопоставить результат с ДНК других позвоночных, в том числе с наследственным веществом одного из ядовитых видов млекопитающих, то есть утконоса. Для этого из геномов обеих рептилий выбрали около семи с половиной тысяч генов, присутствующих в их ядрах в одном экземпляре. В итоге выяснилось, что генетические изменения в ДНК змей шли с огромной скоростью, намного превышающей показатели других животных.

Любопытно также, что общее количество генетических модификаций у змей тоже было намного больше, чем у других позвоночных, в том числе и у утконоса. В статье, опубликованной в журнале PNAS ученые высказывают предположение, что все эти особенности могут быть связаны с тем, что форма тела, образ жизни и прочее у змей настолько необычны, что без масштабных генетических изменений, без сильнейших перестроек, которые позволили бы приспособиться к выбранной нише, в процессе их эволюции было не обойтись.

Авторы работы также отметили одну интересную особенность молекулярной эволюции змей: многие изменения их генома заключались не столько в том, как происходило управление уже существующими генами, сколько в появлении новых участков ДНК. Это весьма нетипично — считается, что основным молекулярным инструментом эволюции является перенастройка регуляции генов, то есть внесение изменений в регуляторные области, но совсем не появление новых кодирующих блоков ДНК. Однако змеи оказываются некоторым исключением — и все из-за склонности их генома множить копии генов, которые в дальнейшем могут изменяться, как захотят.

Комментарии: