Do zamarzniętej tundry Syberii przybył około 50 000 lat temu Mamut włochaty jego koniec w tajemniczych okolicznościach. W próbkach skóry zwierzęcia badacze odkryli chromosomy, które zachowały się w oryginalnej konfiguracji 3D 1– osiągnięcie, które wcześniej uważano za niemożliwe w badaniach DNA z użyciem kopalnego DNA.

Zespół ujawnił także przestrzenną organizację cząsteczek DNA mamuta i aktywnych genów w jego skórze, w tym genu nadającego zwierzęciu puszysty wygląd. Praca została wykonana dzisiajKomórkaopublikowany.

Badanie to jest pierwszym, które opisuje trójwymiarową strukturę starożytnego genomu, mówi Ludovic Orlando, archeolog molekularny z Uniwersytetu Paula Sabatier w Tuluzie we Francji, który nie był zaangażowany w badania. Ponieważ struktura przestrzenna genomu – pełnego zestawu materiału genetycznego organizmu – dostarcza wskazówek na temat aktywności genów, zrozumienie tej struktury może zapewnić głębszy wgląd w biologię komórkową skóry mamuta niż zwykłe badanie samej sekwencji DNA – mówi. „Ta praca jest po prostu bezprecedensowa”.

Zniszczenie w czasie

Około 40 lat temu naukowcy odkryli, że pozostałości DNA mogą przetrwać w próbkach z odległej przeszłości, w tym Mumie egipskie sprzed tysięcy lat. Od tego czasu stało się jasne, że w wielu starożytnych pozostałościach zachowało się DNA.

W miarę upływu czasu DNA ulega degradacji i ulega uszkodzeniom chemicznym, dlatego badacze dotychczas otrzymywali jedynie fragmenty DNA, które nie miały spójnej struktury, mówi współautor badania Erez Lieberman Aiden, genetyk z Baylor College of Medicine w Houston w Teksasie. Rekonstrukcja genomu 3D z takich fragmentów jest prawie niemożliwa: genom ssaka jest 30 milionów razy większy niż typowy fragment starożytnego DNA – mówi.

Niesamowite odkrycie

Kwestionując to założenie, Lieberman Aiden i jego współpracownicy rozpoczęli dziewięcioletnie poszukiwania dobrze zachowanych starożytnych próbek i ostatecznie znaleźli prawie nienaruszone chromosomy w próbkach skóry mamuta włochatego sprzed 52 000 lat (Mammuthus primigenius), które pochodziły z wiecznej zmarzliny syberyjskiej. Odkrycie „po prostu zapierało dech w piersiach” – mówi współautorka badania Cynthia Pérez Estrada, genetyk z Baylor College of Medicine.

The legs of a juvenile female wooly mammoth, with a gloved hand holding a tuft of ginger hair at the foot

Naukowcy przeanalizowali strukturę chromosomów mamuta i ujawnili zwinięcie cząsteczki DNA oraz jej organizację przestrzenną w jądrze komórkowym – dwie cechy określające, które geny są włączone i na jak długo.

Porównaj z współczesne słonie, najbliżsi żyjący krewni mamutów wykazali nie tylko podobieństwa w liczbie i strukturze chromosomów, ale także różnice w aktywności genów zaangażowanych we wzrost włosów i adaptację do zimna.

Liofilizowane DNA

Naukowcy zasugerowali, że chromosomy mamuta zostały zakonserwowane w stanie przypominającym szkło w procesie suszenia podobnym do tego stosowanego przy produkcji suszonej wołowiny. Dzięki tej technice powstaje tkanka, w której cząsteczki DNA są ściśle upakowane i nieruchome.

Eksperymenty zespołu na liofilizowanej suszonej wołowinie, która została poddana ekstremalnym testom, takim jak strzelanie z pistoletu i potrącenie przez samochód, potwierdziły teorię badaczy: suszona wołowina rozbiła się jak szkło, ale jej chromosomy pozostały nienaruszone.

„W żadnym wypadku nie można by pomyśleć, że [starożytne] DNA zostanie zachowane w swojej formie” – mówi Víctor Moreno Mayar, specjalista w dziedzinie genomiki starożytnych populacji na Uniwersytecie w Kopenhadze, który nie był zaangażowany w badania. „To naprawdę fajne” – mówi, widząc, że potrafi tego dokonać.

Wyniki sugerują, że potencjał przywracania starożytnego DNA wykracza poza to, co wcześniej uważano za możliwe, pod warunkiem, że warunki będą idealne, mówi Moreno Mayar.

Podejście przedstawione w artykule może również pomóc naukowcom w złożeniu pełnego genomu mamuta, mówi Eriona Hysolli, dyrektor ds. nauk przyrodniczych w Colossal Biosciences, firma biotechnologiczna z Dallas w Teksasie, która pracuje nad ożywieniem mamuta włochatego.

Hysolli, który nie był zaangażowany w badanie, twierdzi, że kompletny genom mamuta może pomóc w ujawnieniu cech, które mogą mieć znaczenie dla śmiałego planu firmy – stworzenie hybrydy słonia i mamuta, który przypomina wymarłe zwierzę i można go ponownie wprowadzić do jego naturalnego środowiska.