Исследователям из Стокгольмского университета впервые удалось успешно выделить и секвенировать молекулы РНК шерстистых мамонтов ледникового периода. Эти последовательности РНК являются самыми древними из когда-либо обнаруженных и происходят из тканей мамонтов, сохранявшихся в вечной мерзлоте Сибири на протяжении почти 40 000 лет. Исследование, опубликованное в журнале Cell, показывает, что не только ДНК и белки, но и РНК могут сохраняться в течение очень длительного времени и давать новое представление о биологии давно вымерших видов.
Шерстистые мамонты когда-то бродили по ледяным равнинам Евразии и Северной Америки, прекрасно приспособившись к жизни в последний ледниковый период (примерно 115 000–11 500 лет назад). Благодаря своей густой шерсти, изогнутым бивням и внушительным размерам они паслись в степях, простиравшихся по всему северному полушарию. Но с потеплением климата шерстистые мамонты постепенно исчезли. Последние небольшие стада выживали на отдалённых арктических островах всего 4000 лет назад.
«С помощью РНК мы можем получить прямое подтверждение того, какие гены "включены", и заглянуть в последние мгновения жизни мамонта, который бродил по Земле во время ледникового периода. Эту информацию нельзя получить только из ДНК», — говорит Эмилио Мармоль, ведущий автор исследования.
Секвенирование доисторических генов и изучение того, как они активируются, важно для понимания биологии и эволюции вымерших видов. В течение многих лет учёные расшифровывали ДНК мамонтов, чтобы воссоздать их геномы и историю эволюции. Однако РНК — молекула, которая показывает, какие гены активны, — до сих пор оставалась вне досягаемости. Давнее убеждение, что РНК слишком хрупкая и не может сохраняться даже в течение нескольких часов после смерти, вероятно, отбивало у исследователей желание изучать эти богатые информацией молекулы у мамонтов и других давно вымерших видов.
«Мы получили доступ к исключительно хорошо сохранившимся тканям мамонта, найденным в сибирской вечной мерзлоте. Мы надеялись, что в них всё ещё содержатся молекулы РНК, застывшие во времени», — добавляет Эмилио Мармоль. «Ранее мы расширили границы восстановления ДНК до периода в миллион лет. Теперь мы хотели выяснить, можно ли расширить секвенирование РНК на более ранние периоды, чем в предыдущих исследованиях», — говорит Лав Дален, профессор эволюционной геномики в Стокгольмском университете.
Исследователям удалось выявить тканеспецифичные паттерны экспрессии генов в замороженных останках мышц Юки, молодого мамонта, который умер почти 40 000 лет назад. Из более чем 20 000 генов, кодирующих белки в геноме мамонта, далеко не все были активны. Обнаруженные молекулы РНК кодируют белки, выполняющие ключевые функции в сокращении мышц и регуляции метаболизма в условиях стресса.
«Мы обнаружили признаки клеточного стресса, что неудивительно, поскольку, согласно предыдущим исследованиям, незадолго до смерти Юка на него напали пещерные львы», — говорит Эмилио Мармоль.
Исследователи также обнаружили множество молекул РНК, которые регулируют активность генов в образцах мышц мамонта. «РНК, которые не кодируют белки, например микроРНК, стали одним из самых интересных открытий, которые мы сделали», — говорит Марк Фридлендер, доцент кафедры молекулярных биологических наук Института Веннера-Грена. «Специфические для мышц микроРНК являются прямым доказательством того, что в древние времена регуляция генов происходила в режиме реального времени. Это первый подобный случай».
Выявленные микроРНК также помогли исследователям подтвердить, что образцы действительно принадлежали мамонтам. «Мы обнаружили редкие мутации, которые убедительно доказывают их "мамонтовое" происхождение. Мы даже выявили новые гены исключительно на основе данных об РНК, чего раньше никогда не делали при изучении столь древних останков», — отмечает Бастиан Фромм, доцент Арктического университетского музея Норвегии.
«Результаты показывают, что молекулы РНК могут сохраняться гораздо дольше, чем считалось ранее. Это значит, что мы сможем не только изучить, какие гены "включены" у различных вымерших животных, но и секвенировать РНК-вирусы, такие как вирусы гриппа и коронавирусы, сохранившиеся в останках ледникового периода», — говорит Лав Дален.
В будущем исследователи надеются провести эксперименты, в которых доисторическая РНК будет сочетаться с ДНК, белками и другими сохранившимися биомолекулами. Такие исследования могут в корне изменить представление о вымершей мегафауне, а также о других видах, раскрыв множество скрытых биологических аспектов.
