Мумии мамонтов содержат древнейшую на сегодняшний день РНК

Фото из открытых источников

За последние несколько десятилетий бурный рост исследований древней ДНК пролил свет на то, как эволюционировали и жили давно вымершие существа. Но одни лишь гены могут рассказать лишь часть истории. Время и место активности гена в живом существе может иметь решающее значение для его биологии, и эта активность регистрируется в аналоге ДНК, РНК, которая разрушается гораздо быстрее ДНК. Исследователи утверждают, что обнаружили эти хрупкие молекулы в шерстистых мамонтах, мумифицированных тысячелетиями в вечной мерзлоте Сибири.

Результаты, опубликованные в журнале Cell, подтверждают, что при правильных условиях РНК может быть выделена из останков животных возрастом более 50 000 лет, что потенциально открывает новые горизонты в их биологии. «Это, безусловно, впечатляет», — говорит Одри Лин, биолог-эволюционист из Американского музея естественной истории, которая изучала РНК, сохранившуюся в музейных образцах, но не принимала участия в новой работе. Сочетание древней РНК и ДНК может объяснить, например, почему шерсть мамонтов была такой пушистой или как они реагировали на стресс. Лин отмечает, что это также может дать ключ к разгадке происхождения РНК-содержащих вирусов, таких как грипп.

За редкими исключениями, все клетки организма имеют одинаковую ДНК, содержащую полный набор молекулярных инструкций для организма. Скопированная с ДНК, РНК преобразует эти инструкции в конкретные приказы, например, для синтеза белка или повышения или снижения экспрессии другого гена. Если ДНК можно сравнить с чертежами здания, то молекулы РНК – это инструкции, данные бригаде, работающей над конкретным помещением.

В то время как ДНК может сохраняться сотни тысяч лет, исследователи считали, что РНК, благодаря своей хрупкой структуре и множеству ферментов, которые её атакуют, вряд ли сохранится даже малую часть этого срока. «Если посмотреть учебники по молекулярной биологии, там буквально написано, что РНК разрушается в течение нескольких минут или часов после смерти», — говорит палеогенетик из Стокгольмского университета Лав Дален, один из ведущих авторов нового исследования. И в результате, отмечает он, мало кто удосужился её поискать.

За последние несколько лет учёные начали развенчивать этот миф, обнаружив фрагменты РНК в древних семенах кукурузы и ячменя, а также в тканях волка, замёрзших в вечной мерзлоте. В 2023 году Дален и его коллега, стокгольмский палеогенетик Марк Фридлендер, объявили, что им удалось секвенировать РНК из 132-летнего сохранившегося в музее тела тилацина — сумчатого животного из семейства кошачьих, также известного как тасманийский тигр, вымершего в начале XX века. Воодушевлённые этими результатами, учёные решили проверить, смогут ли они обнаружить неуловимую молекулу ещё дальше в прошлое.

Они сотрудничали с коллегами из академии наук Республики Саха (Россия), которые отправили им образцы тканей десяти шерстистых мамонтов, найденных в холодных северных районах этой страны. Эти образцы были крошечными, размером с ноготь, «поэтому мы знали, что у нас есть только одна попытка найти РНК», — говорит ведущий автор Эмилио Мармоль-Санчес, который тогда был научным сотрудником в Стокгольме, а сейчас работает в Копенгагенском университете.

Он и его коллеги использовали ферменты для преобразования всех имеющихся в образце молекул РНК в короткие цепи ДНК, затем секвенировали их и методом обратной инженерии восстановили соответствующую последовательность РНК. После отсеивания загрязняющих материалов, полученных из окружающей среды или в результате современной обработки, им удалось идентифицировать древнюю РНК у трёх из десяти мамонтов, возраст каждой из которых составлял от 39 000 до 52 000 лет. Глубокая заморозка в Сибири, вероятно, остановила деградацию молекул вскоре после гибели животных.

Хотя большая часть этой РНК была фрагментарной и раздробленной, один мамонт, по кличке Юка, сохранил исключительные детали. Например, команда обнаружила несколько последовательностей РНК из генов, обнаруженных только на Y-хромосоме. Это стало неожиданностью: учёные считали Юку самкой.

Другие последовательности РНК, полученные от Юки, содержат инструкции по построению и поддержанию мышечной ткани. В каком-то смысле, говорит Дален, это наблюдение «немного скучновато», поскольку те же самые гены активны у многих других млекопитающих. «Но в будущем, возможно, появятся пути, где мы найдём, например, РНК из волосяных фолликулов, — добавляет он, — и узнаем, какие гены ответственны за шерсть шерстистых мамонтов».

Это сложный вопрос, которым Дален уже занимался. Ранее в этом году группа, в которую входили Дален и эволюционный биолог Бет Шапиро, объявила о создании пушистых мышей, гены которых, связанные с шерстью, имитируют гены, обнаруженные в ДНК шерстистого мамонта. Исследование финансировалось биотехнологической компанией Colossal Biosciences, которая стремится воссоздать вымершие виды, включая шерстистых мамонтов, путём генной инженерии родственных животных, придав им схожие черты. 

В целом, результаты представляют собой «впечатляющий шаг в палеогеномике», — говорит Шапиро, главный научный сотрудник Colossal. «В будущем мы, возможно, сможем использовать этот подход для изучения различий в экспрессии генов у вымерших и ныне живущих видов, или даже у особей одного вымершего вида».

Дален надеется, что методы, описанные в новой работе, вдохновят другие команды на поиск древней РНК у других вымерших животных. «Вот доказательство концепции, что мы можем проникнуть далеко в прошлое, в последний ледниковый период, а возможно, и ещё дальше», — говорит он. «Это открывает множество возможностей».