Гренландские акулы (Somniosus microcephalus) являются одними из самых загадочных и долгоживущих существ на планете. Их продолжительность жизни может достигать 400 лет, что делает их уникальным объектом для изучения механизмов долголетия и адаптации к экстремальным условиям окружающей среды. Недавнее исследование, проведенное учеными из Токийского университета, впервые предоставило полное секвенирование генома гренландской акулы на уровне хромосом, что позволило выявить ключевые генетические адаптации, связанные с их необычайной продолжительностью жизни, иммунной функцией и выживанием в глубоководных условиях.
Гренландские акулы обитают в холодных водах северной части Атлантического и Северного Ледовитого океанов. Они достигают длины более шести метров и веса свыше 1400 килограммов, а их медленный рост — около одного сантиметра в год — указывает на их исключительное долголетие. Радиоуглеродное датирование хрусталика глаза одной из особей подтвердило, что ее возраст может достигать 400 лет. До настоящего времени геномные исследования гренландских акул не проводились из-за технических сложностей, связанных с большим размером их генома, а также ограниченного доступа к высококачественному геномному материалу.
В исследовании, опубликованном в виде препринта на bioRxiv под названием «Геном гренландской акулы: взгляд на глубоководную экологию и экстремальные показатели продолжительности жизни», ученые провели полное секвенирование генома самки гренландской акулы, пойманной в Конгсфьорде на архипелаге Шпицберген. Образцы тканей, включая вырезки плавников и кровь, были взяты перед тем, как акулу выпустили обратно в дикую природу. Используя высокоточное длиннопрочтное секвенирование, исследователи получили геном размером 5,9 гигабаз с длиной каркаса N50 в 233 мегабаз. Всего было аннотировано 37 125 генов, кодирующих белки, что обеспечило показатель полноты генома в 86,5%.
Сравнительный анализ генома гренландской акулы выявил 549 расширенных и 1461 сокращенное семейство генов. Среди расширенных семейств особое внимание привлекли гены, связанные с сигнализацией NF-κB, восстановлением ДНК и иммунной функцией. NF-κB играет ключевую роль в клеточной защите, воспалительной реакции и апоптозе, что указывает на возможную генетическую основу для продления жизни и устойчивости к заболеваниям.
Также были обнаружены гены, участвующие в подавлении рака, такие как FOXF2, FSCN1 и MAD2L1BP. Эти гены регулируют иммунную микросреду опухоли, миграцию клеток и стабильность хромосом, что может способствовать устойчивости гренландских акул к онкологическим заболеваниям.
Одной из ключевых адаптаций гренландских акул является их способность выживать в условиях глубоководья, где свет практически отсутствует. Исследователи обнаружили, что ген родопсина (RHO), отвечающий за зрение, у гренландских акул имеет аминокислотные замены, которые позволяют им лучше воспринимать синий свет, характерный для глубоководной среды. Это подтверждает, что их зрительная система адаптирована к условиям слабого освещения. Интересно, что полевые наблюдения показали, что гренландские акулы реагируют на подводные источники света и движения, что ставит под сомнение ранее существовавшие предположения об их плохом зрении из-за паразитов роговицы.
Исследование также включало анализ генетики популяции гренландских акул и их ближайших родственников — тихоокеанских полярных акул (Somniosus pacificus). Результаты показали, что популяция гренландских акул переживает долгосрочное снижение численности, в то время как тихоокеанские полярные акулы демонстрируют признаки восстановления после исторического сокращения популяции.
Генетический анализ выявил два ключевых события в эволюционной истории этих видов: более раннее расхождение около 10 миллионов лет назад и более позднюю генетическую изоляцию около 3 миллионов лет назад. Кроме того, у гренландских акул были обнаружены признаки недавнего инбридинга, что может быть связано с их низкой численностью и ограниченным ареалом обитания.
Результаты исследования имеют важное значение не только для понимания биологии гренландских акул, но и для разработки стратегий их сохранения. Эти акулы достигают половой зрелости примерно в 150 лет, что делает их крайне уязвимыми к чрезмерному вылову и изменениям окружающей среды. Полученные геномные данные могут быть использованы для мониторинга популяции и разработки мер по ее защите.
Кроме того, исследование проливает свет на генетические механизмы, связанные с долголетием, устойчивостью к раку и иммунной регуляцией. Расширение генов, связанных с NF-κB, и положительный отбор генов, участвующих в подавлении опухолей, указывают на эволюционные адаптации, которые могут быть полезны для изучения процессов старения у человека. Это открывает новые перспективы для исследований в области биомедицины и геронтологии.