Залезть в раковину: впервые расшифрован геном моллюска-жемчужницы

Первый расшифрованный

Первые виды жемчужниц появились на Земле около 170 млн лет назад — это современники динозавров. С тех времен геном европейской жемчужницы практически не изменился, что делает его особенно интересным для изучения.

— Европейская жемчужница — первый пресноводный моллюск из этого семейства, чей геном удалось полностью расшифровать. Более того, это второй в мире крупный пресноводный двустворчатый моллюск с полностью известным геномом. Он содержит 2,4 гигабайта информации. Идентифицировано 35 тыс. генов, кодирующих разные белки. Это один из крупнейших прорывов мирового уровня в геномике за 2020 год, — сообщил «Известиям» директор ФИЦКИА УрО РАН Иван Болотов.

Работу по расшифровке полного генома пресноводного моллюска европейская жемчужница (Margaritifera margaritifera) три года вела международная группа ученых, в составе которой были биологи Федерального исследовательского центра комплексного изучения Арктики Уральского отделения РАН (Лаверовский центр, Архангельск). Исследования на территории России вели директор ФИЦКИА УрО РАН Иван Болотов и ведущий научный сотрудник лаборатории молекулярной экологии и биогеографии ФИЦКИА УрО РАН Илья Вихрев.

Часть работ, в ходе которых использовались ультрасовременные секвенаторы ДНК, осуществлялась в Университете Порто (Португалия) под руководством профессора Мануэля Лопеса Лимы.

По словам Ивана Болотова, сейчас уже расшифрована часть генов и стали понятны их функциональные свойства — за какие белки и особенности организма они отвечают.

Стабильность — признак мастерства

За миллионы лет ряд особенностей жемчужниц (например, форма раковины) практически не изменился — так же как и порядок генов в их геноме.

— Раз жемчужницы медленно эволюционируют, значит, они обладают неким механизмом, который обеспечивает стабильность генома, — рассказал Иван Болотов. — В геноме в процессе его функционирования могут возникать ошибки вроде сбоев компьютерной программы, но у жемчужниц есть что-то, что позволяет удалять эти ошибки, стирать их из генетического кода. Поэтому порядок генов в митохондриальном геноме жемчужниц за 170 млн лет остался неизменным.

Есть еще одно редкое качество, которое делает европейскую жемчужницу уникальным организмом. Моллюск является животным-долгожителем. Предельный возраст отдельных особей достигает 200 лет.

Впрочем, продолжительность их жизни сильно зависит от климата. На севере отдельные особи могут доживать до 200 лет (и более), на юге моллюски умирают в 40–50 лет.

— Ранее жемчужница была распространена по всей Европе, но сейчас является исчезающим видом в большинстве стран континента, — рассказал «Известиям» ведущий научный сотрудник лаборатории молекулярной экологии и биогеографии ФИЦКИА УрО РАН Илья Вихрев. — В XVII–XIX веках на севере России и в странах Скандинавии велся промысел жемчужницы в больших масштабах: из речного жемчуга изготавливались украшения, он использовался для инкрустации окладов икон и жемчужного шитья на одежде.

По словам ученого, сейчас жизнеспособные популяции сохранились в основном на территории Норвегии и России (на Кольском полуострове, в Карелии, Архангельской, Ленинградской и Новгородской областях). По подсчетам биологов, на Северо-Западе России до сих пор обитает несколько десятков миллионов жемчужниц, а, например, в Австрии осталось около 2 тыс.

Как правило, европейская жемчужница населяет холодные быстротекущие реки. Глобальное потепление климата вызвало сложности с размножением и воспроизводством этого вида. Личинки этих моллюсков развиваются на жабрах лососевых рыб (семги и кумжи). Если вода недостаточно холодная, они теряют способность прикрепляться к жабрам рыбы-хозяина, не могут передвигаться и гибнут из-за теплового шока.

Изучить долголетие

Расшифрованный геном позволит оценить состояние популяций и дальнейшие шансы на выживание вида, а также в перспективе спроектировать на человеческие гены, отвечающие за долголетие. Активирование аналогичных по функциям генов теоретически может послужить делу продления человеческой жизни.

— Секвенирование, сборка и аннотирование генома пресноводного моллюска европейская жемчужница — это, несомненно, большое достижение, учитывая, что размер генома этого моллюска относительно большой (примерно 2,4 млрд нуклеотидных оснований) и сопоставим с геномом человека (~3,2 млрд нуклеотидных оснований), — отметил профессор кафедры геномики и биоинформатики СФУ, профессор Геттингенского университета (Германия) Константин Крутовский.

Существует и более долгоживущий двустворчатый моллюск — Arctica islandica (Исландская Арктика), обратил внимание эксперт. Этот вид живет до рекордных среди животных 500 лет. Его геном уже прочитан.

Геном жемчужницы — первый изученный из семейства Margaritiferidae, и этот вид тоже относится к долгожителям, сказал Константин Крутовский. По его мнению, полученные данные имеют большое значение для изучения генетических механизмов долголетия, а также эволюции этой группы моллюсков. Это поможет также защитить этот краснокнижный вид от исчезновения.

— Расшифровка генома европейской жемчужницы — необходимый, но недостаточный шаг, — отметил ведущий научный сотрудник МГУ имени М.В. Ломоносова Максим Скулачев. — Теперь очередь за геномами близких и не очень родственников этого моллюска, желательно максимально на него похожих, но короткоживущих. Потом можно будет провести анализ — сравнить эти геномы, прикинуть, нет ли общих черт с другими парами долгожитель–короткожитель, как, например, голый землекоп и мышь. И тогда, может быть, ученые смогут сделать какие-то выводы о причинах экстремального долголетия этого организма.

Это, по словам ученого, позволит сделать еще один шаг в понимании общих механизмов старения.