Геномите ни са пълни с ненужна ДНК. Но защо продължава да е там?

От около 3 милиарда базови двойки, съставляващи човешкия геном, само около 2 % кодират протеини, а останалите 98 % имат не толкова очевидни функции, пише БГНЕС.

Отхвърляна от някои като безполезна "ненужна ДНК", нейният произход, въздействие и потенциална цел в еволюцията на живота привлича вниманието на биолозите, откакто през 60-те години на миналия век за пръв път е забелязана в нашите хромозоми.

Сега изследователи от Университета в Тел Авив, Израел, добавиха някои важни прозрения за причините, поради които некодиращата ДНК продължава да съществува, което може да ни помогне да разберем по-добре богатото разнообразие от размери на геномите в живия свят, предаде "ScienceAlert''.

През 1977 г. двама учени на име Ричард Робъртс и Фил Шарп независимо един от друг забелязват, че голяма част от този ДНК хаос не просто е разпръсната между нашите гени, но често ги прекъсва по средата на веригата- откритие, което по-късно им носи Нобелова награда.

Известни като интрони, те сякаш натоварват сложни клетки като нашата, докато оставят по-простите - като тези на бактериите - незасегнати. Освен това те увеличават много труда в процеса на превръщане на ДНК в нещо материално.

Всеки път, когато се създаваше нов протеин, тези прекъсвания трябваше да бъдат изрязани от генетичния шаблон, което изискваше кодиращите инструкции да бъдат сглобени отново, преди да бъдат интерпретирани като протеин.

Сравнението с ежедневието би било, ако трябва да се премахнат хиляди безсмислени думи само за да се прочете едно изречение.

Този на пръв поглед неикономичен начин на работа е необходим в цялата природа, като изключения правят бактерии и други прокариоти.

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

Защо еволюцията не е изчистила тази бъркотия чрез естествения подбор, за да ни направи по-ефективни организми?

И защо, след като геномите имат известна склонност към изтриване вместо към добавяне на ДНК с течение на времето, "ненужната ДНК" никога не става по-къса дори след милиони години еволюция?

"Интригуващо е, че се предполага, че се е случило обратното, защото еукариотите имат по-големи геноми, по-дълги протеини и много по-големи междугенични области в сравнение с прокариотите", пишат в наскоро публикувания си доклад учените, които стоят зад последното изследване на интроните.

Изследователите предполагат, че изтриването на всякакви интронни парчета ДНК около кодиращите региони вероятно ще навреди на оцеляването на животното, тъй като кодиращите участъци могат да бъдат изрязани по същото време.

"Изтриванията, възникващи в близост до границите, понякога засягат запазения регион и по този начин са обект на силна пречистваща селекция", пишат изследователите.

Този "граничен подбор", при който неутрална последователност се намира между кодиращи участъци, следователно би създал тенденция за вмъкване на къси, некодиращи ДНК участъци.

По същество "ненужната ДНК" действа като мутационен буфер, защитавайки регионите, които съдържат по-чувствителните вериги, необходими за кодиращите протеини.

Изследователите създават математически модел, за да покажат тази динамика в действие. По-рано беше изказано предположението, че " тенденцията към изтриване води до свиване на геномите в течение на еволюцията", обяснява екипът.

"Контраинтуитивният резултат, че дълги неутрално еволюиращи вериги могат да се появят дори при силен стремеж към изтриване. Това се дължи на отхвърлянето на изтривания, които навлизат в силно запазените граници на неутралните вериги."

Въпреки че техният модел дава правдоподобно обяснение за вариациите в дължините на интроните в рамките на един вид, той не може да обясни защо те се различават между видовете.

"Едно тривиално обяснение е, че самите параметри на модела еволюират", пишат те. "По този начин различните видове имат различно съотношение между скоростта на вмъкване и изтриване и вероятно различна склонност към поява на запазени области в интроните."

Знаейки, че съществува тенденция, може да се обясни разнообразието от интрони, което наблюдаваме в природата, и защо някои организми изглеждат по-хаотични от други.

Откъде изобщо се появяват тези прекъсвания също е област на продължаващи изследвания, като дълго време като източници се сочат вируси и остарели гени.

Много от тях може дори да не са некодиращи в крайна сметка, натоварени с функции, за които просто все още не знаем. През последните години науката все повече се отдалечава от описването на всички интрони като "ненужна ДНК", тъй като се откриват все повече възможни функции, включително транскрибиране на интроните в нишки РНК, които контролират производството на протеини.

Това, което смятаме за боклук, след време може да се превърне в генетично богатство. Това може да изглежда сложен начин за изграждане на организъм, но с няколко милиарда години еволюция зад гърба си природата изглежда знае какво прави.