3D-геном: как же оно работает?

Задача программы 3DGENOME - реконструкция трехмерной структуры ДНК в ядре клетки с помощью новейших методов микроскопии и компьютерных систем обработки изображений.

Европейский Союз выделил 2,2 млн. евро на международную программу 3DGENOME. Выполняет ее консорциум из семи европейских партнеров, координируемых из Института Сваммердама в университете Амстердама.

Задача программы — определение трехмерной структуры (конформации) ДНК в ядре клетки. В ходе исследования будут использованы новейшие методы микроскопии в сочетании с программными системами обработки изображений, позволяющими реконструировать структуру супермолекулы ДНК. Работа будет вестись на клетках человека, мыши и дрозофилы (исследователи считают, что с интересующей их точки зрения эти клетки принципиально не отличаются).

Длина молекул ДНК, содержащихся в ядре человеческой клетки, достигает 2 м. Для сравнения: ту же степень компактности имеет двадцатикилометровая нить, помещенная в теннисный мячик! Более того, эта "нить" не просто упакована, а интенсивно работает: сложные ферментные системы проверяют состояние ДНК и считывают информацию с ее активных участков. Компактизация ДНК осуществляется на нескольких уровнях, для нее важны взаимодействия между теми или иными участками самой ДНК и различными белками.

3DGENOME - один из шагов, направленных на понимание механизма управления развитием клетки и организма. Предыдущим шагом был широко разрекламированный проект по изучению генома человека. Хотя он завершился вполне успешно (основная часть последовательностей ДНК человека прочитана), оптимисты были разочарованы. Получена масса ценных и интересных фактов, однако как работает геном в целом, яснее не стало. Увы, до сих пор непонятно, как объяснить всю структурно-функциональную сложность тела и психики человека 35 тысячами генов, составляющих около 2% ДНК. Связь между активностью генов и клеточной специализацией - сложнейшая проблема для исследования. Сейчас ясно, что одним из главных способов управления генной активностью является именно изменение конформации ДНК. Изучая ее, необходимо рассматривать молекулу ДНК не как совокупность отдельных управляющих единиц, разделенных "мусором", а как единое целое, имеющее множество степеней свободы.

Остается, правда, открытым вопрос: хватит ли наших способностей к интерпретации сверхсложных массивов данных, чтобы понять механизм управления развитием после выполнения этого проекта?

- Из журнала "Компьютерра" от 20 июля 2004 года.