Биологи «заглянули» в геном 194-летней черепахи и нашли возможный ключ к ее долголетию
Авторы нового исследования изучили геном и эпигенетические характеристики одной исключительно старой черепахи, сопоставили их с данными четырех других особей и предложили возможное объяснение ее долголетия.
Альдабрская черепаха (Aldabrachelys gigantea) по кличке Джонатан живет на острове Святой Елены в южной части Атлантического океана с XIX века. По мнению специалистов, ее возраст может оставлять 194 года. Если данные верны, Джонатан — старейшее из известных ныне живущих наземных животных.
Сухопутные черепахи отличаются исключительным долголетием: они могут жить более 100 лет, а отдельные особи достигают возраста свыше 150 лет. Однако Джонатан значительно превзошел возрастные показатели своего вида.
Специалисты уже давно исследуют долгоживущих животных, чтобы выяснить, какие биологические механизмы защищают организм от старения. Для этого сравнивают геномы китов, голых землекопов, летучих мышей и других видов, способных жить необычно долго.
В случае гигантских черепах ученые уже находили генетические особенности, которые могут быть связаны с долголетием. Однако оставалось выяснить, отличаются долгоживущие черепахи только этими особенностями, или еще и эпигенетическими изменениями, которые накапливаются с возрастом.
ДНК содержит инструкции, по которым работает организм, но не все ее участки активны одновременно. Эпигенетика изучает, как клетки включают одни гены и выключают другие, не меняя саму последовательность ДНК.
Один из механизмов такой регуляции — метилирование: к определенным участкам ДНК присоединяются небольшие химические метки — метильные группы, которые могут влиять на работу генов. С возрастом в одних участках ДНК таких меток становится больше, а в других — меньше. Эти изменения накапливаются на протяжении жизни, поэтому биологи и генетики пытаются выяснить, как они связаны со старением организма.
Международная группа исследователей, объединяющая специалистов по геномике, биоинформатике, анализу белков, эпигенетике, под руководством Стивена Кларка (Stephen Clark) из американского некоммерческого фонда Kallel, попыталась выявить генетические и эпигенетические особенности Джонатана, которые помогли бы объяснить его исключительное долголетие.
Исследование команды Кларка включало два направления: анализ генома и исследование метилирования ДНК. Это позволило сравнить относительно устойчивые различия в последовательности генов с эпигенетическими изменениями.
Геном — полный набор генетического материала организма, содержащий всю его наследственную информацию. Для изучения генома Джонатана ученые взяли образцы клеток из полости рта и слюны. Забор крови у черепахи власти острова не разрешили из-за опасений за ее здоровье и необходимости избежать риска инфекции.
Авторы научной работы прочитали приблизительно 1,1 миллиарда коротких фрагментов ДНК Джонатана и сравнили полученные данные с эталонным геномом, который предварительно составили по образцу крови 36-летней альдабрской черепахи по кличке Танк.
В результате ученые выявили примерно 6,9 миллиона генетических вариантов — различий между ДНК Джонатана и эталонной последовательностью. Затем они сопоставили его геном с геномами других гигантских черепах, в том числе Танка и галапагосской черепахи Одинокого Джорджа, чтобы определить, какие из обнаруженных вариантов отличают Джонатана от остальных исследованных животных. Этот метод помог найти варианты, которые встречались только у черепахи-долгожителя.
Затем с помощью полногеномного бисульфитного секвенирования исследователи определили, на каких участках ДНК присутствуют метильные метки, и сравнили их распределение у пяти черепах: Джонатана, пятилетнего Хэтча, 12-летнего Смоллса и двух взрослых самцов — Токи и Поки. Это позволило выяснить, как различается метилирование ДНК у черепах разного возраста и какие особенности эпигенетической регуляции сохраняются у Джонатана, несмотря на его преклонный возраст.
Анализ выявил 287 генов, в которых исследователи обнаружили уникальные для Джонатана варианты последовательности ДНК, способные изменять аминокислотную последовательность белков. Среди этих генов были те, что участвуют в восстановлении ДНК, поддержании теломер, регуляции обмена веществ и работе митохондрий. Однако пока неизвестно, какие из обнаруженных вариантов действительно влияют на продолжительность жизни черепахи.
Особое внимание исследователей привлекли участки ДНК, связанные с работой митохондрий — клеточных структур, вырабатывающих энергию. Ученые обнаружили, что в некоторых участках ДНК рисунок метилирования у Джонатана оставался таким же упорядоченным, как у пятилетней черепахи того же вида.
Кларк и его коллеги предположили, что эффективная работа митохондрий может обеспечивать системы восстановления ДНК энергией, необходимой для устранения повреждений наследственного материала. Однако исследователи выявили лишь возможные механизмы, связанные с долголетием, но пока не доказали, что именно они позволили Джонатану прожить почти два столетия.
Научная работа опубликована в журнале Science Advances.
Telegram 
Дзен 
VK 
