Ученые извлекли древнейшую РНК из останков мамонтенка Юка

Новости МирТесен

Ученым удалось извлечь биомолекулу рибонуклеиновой кислоты из образцов мышечной ткани и кожи шерстистого мамонтенка Юка, найденного в вечной мерзлоте на северо-востоке России. Обычно РНК разрушается в течение нескольких часов после гибели организма, однако в данном случае она сохранилась на протяжении 40 тысяч лет. Неожиданное открытие последовало позже, когда исследователи решили вернуться к давно интересующему их вопросу, касающемуся мамонтенка.

Шерстистые мамонты (Mammuthus primigenius), мохнатые гиганты, населявшие Землю в позднем плейстоцене, и сегодня являются символом ушедшей ледниковой эпохи. Остатки их скелетов и бивней обнаруживаются на всей территории Сибири, однако иногда вечная мерзлота дарит уникальные находки – прекрасно сохранившиеся туши животных.

Одна из таких находок — мамонтенок по имени Юка. Останки животного были найдены в 2010 году в северной части Якутии. Сохранились не только кости, но и мягкие ткани, а также густая шерсть. Первичный анализ выявил, что это молодая самка в возрасте шести-восьми лет, которая, вероятно, умерла в результате конфликта с пещерными львами.

На протяжении многих лет палеогенетику возглавляла ДНК. Ученые разработали методику извлечения ДНК из древних останков и даже расшифровали геномы мамонтов, люди, населявшие Землю сотни тысяч лет назад, оставили нам ДНК — базовый код, определяющий структуру живых организмов. Однако эта информация не позволяет узнать, какие гены были активны в конкретных клетках древних животных и какие процессы происходили в их клетках в последние моменты жизни. Какой ген был включен? Какие изменения происходили в тканях? Ответы на эти вопросы содержит другая биомолекула — РНК, которая, как правило, разрушается быстрее, чем ДНК.

РНК (рибонуклеиновая кислота), особенно матричная РНК, представляет собой рабочую версию участков ДНК, используемую клеткой для синтеза белков. Когда клетке требуется определенный белок, она «считывает» соответствующий ген и создает его РНК-копию. Эта молекула отличается нестабильностью и хрупкостью. В нормальных условиях, после гибели организма, она стремительно разрушается, обычно в течение нескольких часов. Ранее наиболее древнюю РНК извлекли из останков волка из сибирской вечной мерзлоты, жившего примерно 14 тысяч лет назад. Ученые полагали, что из-за нестабильности РНК найти что-то старше практически невозможно.

Однако международная группа палеобиологов под руководством Лава Далена ( Love Dalen) исследователи из стокгольмского Центра палеогенетики в Швеции установили, что в условиях вечной мерзлоты молекулы РНК способны сохраняться в древних останках значительно более продолжительный срок, чем предполагалось ранее. Специалистам удалось выделить и изучить РНК из мышечной ткани и кожи мамонтенка Юка, который жил 40 тысяч лет назад. Этот результат оказался почти в три раза лучше предыдущего достижения.

Достижение успеха стало возможным благодаря двум ключевым факторам: отличное состояние самой туши и новаторский подход исследователей. Юка находился в вечной мерзлоте на протяжении десятков тысяч лет. Стремительная заморозка и стабильно низкая температура «сохранили» ткани, не позволив им полностью разрушиться. Это предоставило молекулам РНК возможность сохраниться и дойти до современного периода.

Действительно, у специалистов возникли обоснованные опасения. В процессе перевозки ценной находки в Якутск тело мамонта на короткое время было разморожено. Ученые ожидали, что любая древняя РНК в образцах деградировала до небольших, сильно поврежденных фрагментов. Чтобы сохранить оставшиеся данные и избежать современного загрязнения, группа исследователей работала в стерильной среде.

Для измельчения образцов исследователи применяли жидкий азот, работали в защитных костюмах и в лаборатории с системой очистки воздуха. Целью каждого этапа было выделение исключительно древней РНК мамонтенка, исключая попадание молекул извне.

Значительные усилия ученых принесли существенные результаты: палеобиологи идентифицировали в образцах мамонтенка Юка 342 матричные РНК, содержащие информацию для синтеза белков, а также 902 некодирующих РНК различных типов, в том числе микроРНК. Изучение этих молекул позволило обнаружить РНК, участвующие в функционировании скелетных мышц, и РНК, связанную с регулированием обмена веществ в периоды стресса.

В момент гибели в клетках Юка были активированы гены, контролирующие механизмы немедленной реакции организма: повышение притока крови к мышцам, производство энергии для побега или защиты и снижение воспалительных процессов в случае травм. Полученные сведения подтверждают предположение о насильственной смерти мамонтенка, вероятно, в результате нападения пещерных львов. Животное приложило максимум усилий, чтобы выжить, и свидетельства этой борьбы сохранились на молекулярном уровне.

К удивлению исследователей, наиболее значимым оказалось сопоставление результатов анализа ДНК и РНК. Дален и его соавторы выяснили, что Юка, ранее идентифицированная как самка, на самом деле является самцом (её хромосомный набор соответствует мужскому типу – 56, XY).

Эксперты также провели анализ образцов на наличие древних РНК-вирусов, например, вирусов гриппа или коронавирусов. Поиск не выявил существенных результатов. Тем не менее, Дален полагает, что это лишь отправная точка. Он считает, что в дальнейшем возникнут научные области, сосредоточенные на вирусах ледникового периода. Значительный интерес представляют собой туши древних птиц, в которых можно попытаться обнаружить штаммы птичьего гриппа.

Международная группа исследователей добилась значительного технического прорыва, который получил высокую оценку мирового научного сообщества. Австралийский генетик Мерлин Кроссли ( Merlin Crossley) из Университета Нового Южного Уэльса, расположенного в Сиднее сравнил эту работу с рискованным и впечатляющим трюком. При этом он задался вопросом, насколько значительно новое знание изменит наше понимание биологии мамонтов.

Кроссли полагает, что коллектив Далена, вероятно, исчерпал возможности по извлечению древней РНК, поскольку, по его мнению, она не может сохраняться более 40 тысяч лет. Ученый считает, что вероятность обнаружения других образцов, сохранившихся так же хорошо, как, скажем, мамонтенок Юка, невелика.

Научная работа опубликована в журнале Cell.