Ученые собрали наиболее полную 3D-реконструкцию генома шерстистого мамонта благодаря невероятно хорошо сохранившемуся экземпляру, который был «лиофилизирован» сразу после смерти. Впервые были обнаружены окаменелые хромосомы, сохранившие ДНК в стеклянном состоянии, что позволило даже увидеть, какие гены включены, а какие выключены.
Мамонтов и других животных ледникового периода обычно извлекают из вечной мерзлоты в относительно хорошем состоянии, с сохраненными мягкими тканями. Но через многие десятки тысяч лет — древняя ДНК обычно распадается на мелкие фрагменты, что затрудняет восстановление головоломки.
Тем не менее, ранее ученым удавалось секвенировать геном мамонта, но это только половина дела. Трехмерная структура этого генома дает много дополнительной информации, которая будет иметь решающее значение для таких работ, как Colossal, стартапа, который планирует возродить шерстистого мамонта в течение следующего десятилетия.
Теперь ученые нашли сохранившегося мамонта, который сохранил эту трехмерную структуру. Крупный экземпляр самки мамонта, датируемый 52 000 лет назад, был выкопан из вечной мерзлоты на северо-востоке Сибири в 2018 году.
По чистой случайности, похоже, что погода быстро высушила это тело после смерти животного, сохранив его клеточную структуру более нетронутой, чем обычно. В результате сегменты ДНК оказались в миллион раз длиннее, чем фрагменты, обнаруженные в большинстве древних образцов.
Исследователи взяли образец кожи за ухом мамонта, извлекли из него ДНК, а затем проанализировали его с помощью метода Hi-C. Этот метод работает путем определения того, какие сегменты ДНК физически расположены близко друг к другу в ядре клетки, а это означает, что они с большей вероятностью будут взаимодействовать. Благодаря этому можно составить карту трехмерной структуры генома. Hi-C уже используется для картирования генома человека.
«Представьте, что у вас есть головоломка, состоящая из трех миллиардов частей, но у вас нет изображения головоломки, с которой можно работать», — сказал Марк Марти-Реном, автор исследования. «Hi-C позволяет вам получить приблизительное представление об этой картине, прежде чем вы начнете собирать кусочки головоломки».
Используя геномы современных слонов в качестве шаблона, исследователи использовали Hi-C для создания первой 3D-карты генома мамонта. Это показало, что у мамонтов было 28 хромосом — столько же, сколько у живых слонов.
Невероятно, но геном сохранился настолько детально, что ученые смогли различить наноразмерные петли, которые помогают регулировать гены, и даже определить, какие гены активны, а какие неактивны в клетках кожи мамонта. Эти паттерны активации генов отличались от тех, которые наблюдались у азиатского слона, что может указывать на гены, связанные с холодоустойчивостью и «шерстистостью».
«Впервые у нас есть ткань мамонта, для которой мы примерно знаем, какие гены были включены, а какие выключены», — сказал Марти-Реном. «Это необычайный новый тип данных, и это первое измерение клеточно-специфической активности генов в любом древнем образце ДНК».
Ученые говорят, что следующим шагом будет изучение закономерностей экспрессии генов в других тканях мамонта. Эти данные могут оказаться чрезвычайно важными для усилий по спасению гигантских видов. Метод также можно использовать на других хорошо сохранившихся образцах древней ДНК, включая мумии.
Исследование было опубликовано в журнале Cell.