День ДНК

25 апреля отмечается Международный день ДНК. В Зоологическом музее МГУ работает лаборатория исторической ДНК. Заведующая лаборатории Александра Лисенкова рассказала об истории палеогенетики и исследовании на материале музейной ДНК.

Термин древняя ДНК (ancient DNA) – очень широкий, и включает любую ДНК возрастом в десятки, сотни и тысячи лет, материал для извлечения которой не сохранялся умышленно с целью генетического анализа. Древней будет называться и ДНК мамонта возрастом в миллион лет (а именно её разновидность, палеоДНК), и ДНК из столетнего музейного чучела ежа (музейная ДНК). Область генетики, которая изучает древнюю ДНК, называется палеогенетика.

Начиная с 1984 года и до начала 90-х гг.. начали выходить в свет и статьи про древнюю ДНК. Наибольший интерес в новой области генетики представляли на тот момент вымершие животные. Для их изучения учёные, помимо палеонтологических находок, обратились и к музейным коллекциям. Одним из самых известных примеров ранних исследований древней ДНК стало выделение и прочтение последовательности ДНК квагги – родственника лошадей и зебр, истребленного человеком в XIX веке.

Около 15 лет палеогенетика была на пике своего развития. Однако стандарты в этой области еще не были сформированы и достоверность результатов исследований вызывали сомнения у ученых. Ведь, если результат не может быть воспроизведен, он не может считаться достоверным. В августе 2000 года в журнале Science вышла статья с названием «Ancient DNA: do it right or not at all» («Древняя ДНК: делай как надо или не делай вообще»). В ней авторы суммировали проблемы с выходом большого количества статей с недостоверными и невоспроизводимыми результатами о древней ДНК и высокие стандарты, которые палеогенетики и научные журналы должны были бы предъявлять к будущим исследованиям в этой области. Из всей плеяды ранних результатов только полученная ДНК квагги оказалась достоверной - остальные последовательности представляли из себя либо результат загрязнения человеческой ДНК, либо ДНК других современных организмов, изучавшихся в тех же лабораториях, либо чем-то непонятным и невоспроизводимым.

Основы современной методологии исследований ДНК были заложены в вышеупомянутой статье 2000 г. и с годами становились строже и обстоятельнее.

Пройдя нелегкий путь осознания и выявления всех трудностей работы с древней ДНК, палеогенетика смогла начать восхождение к новым успехам после середины 2000-х гг. Во многом этому способствовало развитие нового метода секвенирования (прочтения последовательности ДНК): высокопроизводительного секвенирования нового поколения (high-throughput next generation sequencing), названного так за возможность прочитывать многие миллионы молекул ДНК за раз. А благодаря критике ранних статей о древней ДНК, научные журналы стали строже относиться к критериям достоверности полученных результатов и выполняемой работы, из-за чего значительно выросла надежность публикаций по этой теме, а полученный опыт начал помогать все новым поколениям палеогенетиков.

В лаборатории исторической ДНК в Зоомузее МГУ регулярно проводятся работы на музейном материале. В 2023 году вышла статья «Молекулярная филогения Stylodipus».

Александра Лисенкова рассказала о целях исследования и процессе выделения музейной ДНК:

Емуранчиков рода Stylodipus исследовали в нашей лаборатории с 2020 года. Целью исследования было получение последовательностей митохондриальной и ядерной ДНК для изучения их филогенетических отношений, уточнение видового статуса некоторых подвидов и процессов гибридизации между ними.

Процесс выделения музейной ДНК значительно отличается от выделения ДНК из современного и свежего материала: во втором случае фрагменты тканей животного помещаются в 95-градусный спирт, в котором после приезда с точек сбора материала они и хранятся в морозильнике при температуре -20 градусов. Музейный материал же представлен зачастую высушенными шкурками, которые специальным образом для выделения ДНК не фиксировались (они прежде всего приехали в морфологическую коллекцию, и первоочередной задачей было сохранение формы шкурки от поедания насекомыми, из-за чего их обрабатывали инсектицидами, которые часто не позволяют эффективно выделять и работать с ДНК объекта). Также для наилучшей сохранности ДНК ткани следует держать при наименьшей возможной температуре: -20, -30 градусов или даже ниже. Музейный материал содержит ДНК, подробленную на много маленьких кусочков, с которыми тяжело работать и которую тяжело выделять. Для того, чтобы брать участки шкурки, которые не повредят общей форме и морфологическим признакам, но при этом не сильно обработаны инсектицидами. Это как правило уголки рта и губы. Это сухой материал, поэтому протоколы работы в лаборатории в нем отличаются для влажного спиртового материала.

С результатами исследования можно ознакомиться в статье:

V. S. Lebedev, D. A. Mirzoyan, G. I. Shenbrot, E. N. Solovyeva, V. Y. Bogatyreva, A. A. Lisenkova, E. Undrakhbayar, G. Sukhchulun, K. A. Rogovin, A. V. Surov, and A. A. Bannikova. A molecular phylogeny of Stylodipus (Dipodidae, Mammalia): A small genus with a complex history. Diversity, 15(11):1114, 2023.

Фото: Александр Ладыгин