Над созданием объёмной модели человеческого генома трудились учёные нескольких университетов США. Их работа позволит лучше изучить функции двойной спирали и то, как она приобретает свою необыкновенно сжатую форму внутри ядра клетки.

"Всем известно, что ДНК представляет собой двойную спираль. Но как эта почти двухметровая цепь умещается в ядре, диаметр которого составляет сотые доли миллиметра? Даже учёные в этом разобрались не до конца. Выяснением этого вопроса мы и занялись", — рассказывает Эрез Либерман-Эйден (Erez Lieberman-Aiden) из Гарварда.

Достичь столь впечатляющего результата генетикам помог разработанный ими метод, который они сами называют Hi-C. Благодаря этой технологии учёным удалось исследовать положение всех генов, даже тех, что находятся очень к "соседям".

"Мы разбили геном на множество кусков, создали пространственную карту, показывающую, насколько близко отдельные части находятся друг к другу. Затем с помощью компьютера собрали всё воедино", — объясняет в пресс-релизе Гарварда один из исследователей Нейнке ван Беркюм (Nynke van Berkum).

На этих изображениях близкие участки ДНК окрашены одним цветом. Хорошо видно, что в равновесной глобуле (вверху) части генома перепутаны в трёхмерном пространстве, а во фрактальной глобуле (внизу) с её иерархической структурой они и в объёме расположены близко друг к другу (иллюстрация Leonid A. Mirny, Maxim Imakaev).

В результате учёные сделали два основных вывода. Во-первых, человеческий геном "разбит" на два отсека: в первом хранятся активные гены, во втором более плотно изолированы "ненужные" части ДНК. Более того, между двумя частями происходит постоянный обмен включающимися и выключающимися генами.

"Клетка поступает очень умно, выставляя активные гены в особую зону, где они легкодоступны для белков и прочих веществ", — говорит другой исследователь Джоб Деккер (Job Dekker).

Второй вывод: геном представляет собой "фрактальную глобулу" (fractal globule). Эта структура позволяет:

• упаковать ДНК невероятно компактно: плотность информации в ядре примерно в триллионы раз выше, чем в среднестатистическом компьютерном чипе;
• избежать образования узлов или запутанных фрагментов, которые бы помешали нормальной работе ДНК;
• быстро складываться и раскладываться геному во время активации и репрессии генов, репликации клетки.

Если немного проредить картинку, то разумность природного подхода проявляется ещё больше (иллюстрация X. Robert Bao, Leonid A. Mirn, Maxim Imakaev).

Отметим, что ранее считалось, будто ДНК упакована в виде "равновесной глобулы" (equilibrium globule). Однако эта конфигурация легко образует множество узлов. Фрактальная же глобула, которую теоретически предсказали около 20 лет назад, в живой природе никогда раньше не наблюдалась.

Статья авторов работы опубликована в Science, она даже удостоилась первой страницы журнала. Посмотрим, получат ли американские генетики за своё "открытие" Нобелевку (напомним, что лауреатами престижной премии недавно стали химики, раскрывшие в своё время трёхмерное строение рибосом).