Студентка магистратуры Факультета естественных наук Новосибирского государственного университета, сотрудница лаборатории геномных технологий для медицинской генетики Института цитологии и генетики СО РАН Екатерина Глумова представила на 15‑й Международной мультиконференции «Биоинформатика регуляции и структуры геномов / системная биология» BGRS/SB‑2026 доклад про исследования клеток, объединяющих генетический материал человека и комара. Работа посвящена одному из фундаментальных вопросов генетики: как клетка определяет, какие участки ДНК должны работать, а какие – оставаться выключенными.
Учёные получили человеческие клетки с протяжёнными вставками ДНК комара (иногда сопоставимые по размеру с целой хромосомой) и показали, что изначально неактивные фрагменты можно «включить» при направленном воздействии белков-активаторов.
Человек и комар эволюционно разошлись около 600 млн лет назад, поэтому такая система позволяет наблюдать, как белки человеческой клетки взаимодействуют с генетическим материалом далёкого вида.
Гибридные клетки были получены методом соматической гибридизации. Для этого клетки человека и комара сливают с помощью полиэтиленгликоля, после чего в человеческих клетках появляются вставки ДНК комара. Анализ показал, что эти участки обогащены неактивными хроматиновыми метками и не транскрибируются – то есть не используются клеткой для синтеза РНК.
Исследователи выбрали несколько участков вставок, к которым можно было направить белки-активаторы. Одиночные белки не позволили преодолеть неактивное состояние ДНК. Однако при одновременном воздействии множества копий сильного активатора фрагменты ДНК комара начали проявлять активность: в заданном участке появились транскрипты, а сама ДНК стала менее плотно упакованной. При этом жизнеспособность гибридных клеток не изменилась.
«Мы показали, что, если направить активаторы в одно место сразу в большом количестве, ДНК комара активируется», – отметила Екатерина Глумова.
Далее исследователи приступили к поиску ответа на вопрос, какие свойства приобретают участки ДНК после активации и какие белки способны преодолевать их «выключенное» состояние. В дальнейших планах также – испытать другие белки-активаторы и получить гибриды человеческих клеток с генетическим материалом иных организмов. Это позволит сравнить, одинаково ли человеческая клетка подавляет активность разных чужеродных последовательностей и от чего зависит этот процесс.
Научный руководитель проекта, ведущий научный сотрудник сектора геномных механизмов онтогенеза, д.б.н. Вениамин Фишман считает, что подобные эксперименты расширяют границы привычных исследований генома. Большинство геномных данных получают при изучении человека, мыши и других модельных организмов. Однако набор последовательностей в геноме отдельного вида ограничен, а значит, ограничены и выводы о возможных механизмах работы ДНК.
«Если посмотреть на разнообразие последовательностей, которые есть у мыши или человека, это как одна звёздочка на бескрайнем небе», – подчеркнул он.
По его словам, развитие секвенирования позволило быстро и сравнительно недорого читать геномы, но сами исследователи всё равно работают лишь с теми последовательностями, которые уже присутствуют в геноме человека или другого изучаемого организма. Гибридные клетки позволяют поместить в человеческий клеточный контекст генетический материал, который обычно в таких экспериментах недоступен, и проверить, как он будет вести себя в новой среде.
Работа помогает и в решении задач машинного обучения. При обучении геномных моделей важен набор данных, на котором они ищут закономерности. Если модель видит только ограниченный набор последовательностей, она может плохо работать с принципиально иными вариантами – это аналог проблемы out-of-distribution в машинном обучении.
«Мы хотели посмотреть на что-то принципиально другое, чтобы дать моделям гораздо более широкий набор данных для обучения», – отметил Вениамин Фишман.
Полученные результаты пока относятся к фундаментальной науке и не предполагают прямого медицинского применения. Однако они могут помочь лучше понять общие принципы регуляции генома: почему одни фрагменты ДНК активны, другие подавлены и как клетка распознаёт чужеродные последовательности. Такое знание важно для развития геномных технологий, методов редактирования генома и вычислительных моделей, анализирующих работу ДНК.
редакция по материалам ФИЦ ИЦиГ СО РАН
© фото предоставлено институтом
