ساختار سه بعدی DNA ماموت ها: شگفتی علمی قرن

محققان توانستند اولین کروموزوم‌های فسیلی در پوست ماموت یخ‌زده را کشف کنند. آن‌ها ساختار سه‌بعدی کروموزوم‌ها را در نمونه‌های پوست ماموتی ۵۲,۰۰۰ ساله که از یخ‌های دائمی سیبری بیرون آورده شده بود، پیدا کردند.این کشف بی‌سابقه است زیرا تصور می‌شد ساختار سه‌بعدی DNA در طول زمان از بین می‌رود. محققان توانستند سازمان فضایی مولکول‌های DNA و ژن‌های فعال در پوست ماموت را آشکار کنند.

مقایسه با فیل‌های امروزی نشان می‌دهد که علاوه بر شباهت‌ها در تعداد و ساختار کروموزوم‌ها، تفاوت‌هایی در فعالیت ژن‌های مرتبط با رشد مو و سازگاری با سرما وجود دارد.این یافته‌ها نشان می‌دهد که پتانسیل بازیابی DNA باستانی فراتر از آن چیزی است که قبلاً تصور می‌شد.

در حدود 50,000 سال پیش، یک ماموت پشمالو در توندرا یخ‌زده سیبری به طرز مرموزی جان سپرد. محققان اکنون در نمونه‌های پوست این حیوان، کروموزوم‌هایی را کشف کرده‌اند که در ساختار سه‌بعدی اصلی خود حفظ شده‌اند – چیزی که قبلاً در تحقیقات DNA باستانی غیرممکن به نظر می‌رسید.

این تیم همچنین ساختار فضایی مولکول‌های DNA ماموت و ژن‌های فعال در پوست آن را نشان داده اند ، از جمله یکی که مسئول رشد مو حیوان است. این تحقیق امروز در مجله Cell منتشر شد.

لودویک اورلاندو، باستان‌شناس مولکولی دانشگاه پل ساباتیه در تولوز، فرانسه، که در این تحقیق شرکت نداشت، می‌گوید این مطالعه اولین مطالعه‌ای است که ساختار سه‌بعدی یک ژنوم باستانی را گزارش می‌کند. او می‌گوید: از آنجایی که ساختار فضایی ژنوم – مجموعه کامل مواد ژنتیکی یک موجود – سرنخ‌هایی درباره فعالیت ژن‌های آن دارد، درک این ساختار ممکن است بینش‌های عمیق‌تری درباره زیست‌شناسی سلول پوست ماموت نسبت به بررسی توالی DNA به تنهایی ارائه دهد.

این تحقیقات واقعا بی‌سابقه است

لودویک اورلاندو، باستان‌شناس مولکولی دانشگاه پل ساباتیه در تولوز، فرانسه

ساختار سه بعدی DNA ماموت ها: آثار زمان

حدود 40 سال پیش، دانشمندان کشف کردند که قطعاتی از DNA می‌توانند در نمونه‌هایی از گذشته‌های دور، از جمله مومیایی‌های هزاران ساله مصری، زنده بمانند. از آن زمان مشخص شد که در بسیاری از بقایای باستانی، DNA حفظ شده است.

اما با گذشت زمان، DNA تجزیه و دچار آسیب شیمیایی می‌شود، بنابراین محققان قبلاً تنها قطعات DNA را بازیابی کرده‌اند که فاقد ساختار منسجم بودند. از آنجایی که ژنوم یک پستاندار 30 میلیون برابر بزرگ‌تر از یک قطعه معمولی DNA باستانی است، بازسازی یک ژنوم سه‌بعدی از چنین قطعاتی تقریباً غیرممکن است.

و یک کروموزوم دست نخورده – مولکول بلند و واحدی از DNA که بخشی از مواد ژنتیکی یک موجود را شامل می‌شود – حدود یک میلیون برابر بلندتر از بیشتر قطعات DNA باستانی است. به دلیل این فرض که ساختار سه‌بعدی DNA با گذشت زمان ناپدید می‌شود، هیچ‌کس تاکنون تلاش نکرده بود تا سازماندهی کروموزوم‌ها را در هسته سلول‌های باستانی مطالعه کند.

ساختار سه بعدی DNA ماموت ها: کشف شگفت‌انگیز

با به چالش کشیدن این فرض، لیبرمن آیدن و همکارانش یک جستجوی نه‌ساله برای یافتن نمونه‌های باستانی خوب حفظ شده آغاز کردند و سرانجام کروموزوم‌های تقریباً دست‌نخورده‌ای را در نمونه‌های پوستی 52,000 ساله از یک ماموت پشمالو (Mammuthus primigenius) کشف کردند که از پرمافراست سیبری بیرون آمده بود. این کشف “شگفت‌انگیز” بود، می‌گوید همکار نویسنده مطالعه، سینتیا پرز استرادا، یک ژنتیک‌دان در کالج پزشکی بیلور.

محققان ساختار کروموزوم‌های ماموت را تحلیل کردند و تاخوردگی مولکول DNA و سازمان فضایی آن را در هسته آشکار کردند – دو ویژگی که برای تعیین اینکه کدام ژن‌ها فعال هستند و برای چه مدت، بسیار مهم هستند.

مقایسه‌ها با فیل‌های مدرن، نزدیک‌ترین خویشاوندان زنده ماموت، نه تنها شباهت‌هایی در تعداد و ساختار کروموزوم‌ها نشان داد بلکه تفاوت‌هایی در فعالیت ژن‌های مرتبط با رشد مو و سازگاری با سرما نیز آشکار شد.

ساختار سه بعدی DNA ماموت ها : DNA منجمد

محققان پیشنهاد کردند که کروموزوم‌های ماموت در حالتی شبیه شیشه از طریق فرآیند کم‌آبی شبیه به روشی که برای تولید گوشت خشک استفاده می‌شود، حفظ شده‌اند. این تکنیک منجر به بافتی می‌شود که در آن مولکول‌های DNA به شدت بسته‌بندی شده و غیرقابل حرکت هستند. آزمایش‌های تیم بر روی گوشت خشک که تحت آزمایش‌های شدیدی از جمله شلیک با اسلحه و زیر گرفته شدن توسط ماشین قرار گرفت، نظریه محققان را تأیید کرد: گوشت خشک مانند شیشه خرد شد اما کروموزوم‌های آن دست‌نخورده باقی ماندند.

ویکتور مورنو مایار، متخصص ژنوم‌های جمعیت‌های باستانی در دانشگاه کپنهاگ، که در این مطالعه شرکت نداشت، می‌گوید: “به هیچ وجه نمی‌توان تصور کرد که [DNA باستانی] شکل خود را حفظ می‌کند.” دیدن اینکه این امکان وجود دارد “واقعاً شگفت‌انگیز” است. این یافته‌ها نشان می‌دهند که پتانسیل بازیابی DNA باستانی فراتر از آنچه قبلاً تصور می‌شد، است، مشروط بر اینکه شرایط ایده‌آل باشد.

روش این مطالعه می‌تواند به محققان کمک کند تا یک ژنوم کامل ماموت را مونتاژ کنند، می‌گوید اریونا هیسولی، رئیس علوم زیستی در شرکت کلاسل بایوساینسز، یک شرکت بیوتکنولوژی در دالاس، تگزاس، که در حال کار بر روی بازآفرینی ماموت پشمالو است.

هیسولی، که در این مطالعه شرکت نداشت، می‌گوید که یک ژنوم کامل ماموت می‌تواند ویژگی‌هایی را آشکار کند که ممکن است برای برنامه جسورانه شرکت – تولید یک هیبرید فیل-ماموت که شبیه به موجود منقرض شده است و می‌تواند به زیستگاه طبیعی خود بازگردانده شود – مرتبط باشد.

این تحقیق همچنین نشان می‌دهد که توانایی حفظ و بازیابی کروموزوم‌های دست‌نخورده در نمونه‌های باستانی، می‌تواند به محققان اجازه دهد تا ویژگی‌های بیشتری از موجودات منقرض شده را کشف کنند. علاوه بر این، مطالعه ساختار سه‌بعدی ژنوم‌ها می‌تواند به فهم بهتری از ژنوم‌های دیگر موجودات باستانی کمک کند و اطلاعات جدیدی درباره تکامل و بیولوژی آن‌ها ارائه دهد.

با توجه به اینکه DNA معمولاً با گذشت زمان تجزیه می‌شود، کشف این کروموزوم‌های دست‌نخورده به معنی این است که شرایط محیطی خاصی می‌تواند به حفظ بهتر مواد ژنتیکی کمک کند. این اطلاعات می‌تواند راهنمایی‌هایی برای حفاری‌های آینده و حفظ نمونه‌های باستانی ارائه دهد.

در مجموع، این کشف می‌تواند فصل جدیدی را در تحقیقات DNA باستانی باز کند و به محققان اجازه دهد تا به عمق بیشتری در مطالعه موجودات منقرض شده و حتی امکان بازسازی و احیای آن‌ها بپردازند.

مقالات بیشتر را در بلاگ نوترکیب بخوانید .

منبع : nature