Неандерталец. В поисках исчезнувших геномов

Подобный анализ, предложенный на одном из пятничных собраний в Лейпциге, на первый взгляд прост. Но простота эта кажущаяся, как, впрочем, почти во всем, чем занимался Эд. Загвоздка состояла вот в чем. Хотя строение Х- и Y-хромосомы отличается, некоторые их части эволюционно связаны. В результате этой общей истории появляются одинаковые нуклеотидные участки, которые путают сортировку и картирование коротких фрагментов. Чтобы избежать этого, Эд определил 111 132 нуклеотида в Y-хромосоме, не схожих ни с какими другими в геноме, даже если фрагменты для сравнения очень короткие, в 30 нуклеотидов длиной. Проверив все кусочки неандертальской ДНК, он обнаружил всего четыре фрагмента, в которых нашлись подобные специфические Y-хромосомные последовательности. Если бы кости принадлежали особи мужского пола, мы бы ожидали 666 таких кусочков. Эд сделал вывод, что все три исходных кости принадлежали женским особям и что четыре Y-хромосомных кусочка являются результатом современного загрязнения. Эта цифра дает 0,6 процента “мужского” загрязнения. Оценка, конечно, весьма приблизительная, так как включает только контаминацию от мужчин, но тем не менее она указывает на достаточно низкий уровень привнесенных современных ДНК и подтверждает цифры, полученные при работе с мтДНК.

Обсуждались и другие способы оценки уровня контаминации. Филип Джонсон из группы Монти из Беркли предложил подход, основанный на определении нуклеотидных позиций, в которых у большинства сегодняшних людей стоит продвинутый аллель, а у неандертальцев – предковый, как у обезьян. Схема его рассуждений была примерно такова. Возьмем фрагменты ДНК, где у неандертальцев не обнаруживался предковый аллель. Теперь смоделируем вероятности различных причин отсутствия этих предковых аллелей. Таких причин может быть три: это результат либо нормальной генетической изменчивости, либо загрязнения, либо ошибки секвенирования. Филип просчитал модели и получил вероятность загрязнений ниже одного процента. Наконец-то у нас в руках были оценки загрязнения, которым я доверял и которые доказывали великолепное качество отсеквенированных последовательностей!

Мартин доложил о данных, полученных от Illumina,

но еще не собранных в единые цепочки. Illumina представила расшифровку более 80 процентов всех отсеквенированных фрагментов, а это почти миллиард. Дискуссия сосредоточилась в основном на трудностях, с которыми столкнулся Удо, переделывая алгоритмы для ускорения масштабного картирования компьютерным блоком в Германии. И хотя анализ полного генома откладывался до тех пор, пока Удо не закончит картирование всех фрагментов, но мы все равно обсуждали, как будем его проводить. Для начала следовало определить, насколько неандертальский геном отличается от человеческого. Ответить на этот простой вопрос (а на самом деле не простой) мешали ошибки. Часть их была вызвана посмертными модификациями нуклеотидов, другая часть происходила по вине технологий секвенирования.

Illumina делала примерно одну ошибку на каждую сотню нуклеотидов.

Чтобы скомпенсировать технологические ошибки, мы повторяли секвенирование каждой древней молекулы по многу раз. Но все равно, по нашим оценкам, ошибок в неандертальских ДНК-последовательностях получалось в пять раз больше, чем в “золотом стандарте”, в эталонном человеческом геноме. Так что если мы просто возьмемся считать, сколько у человека и неандертальца различающихся нуклеотидов, то на самом деле мы будем считать ошибки прочтения неандертальского генома.

Эд придумал, как обойти затруднение: невключать в базовый подсчет те позиции, по которым неандертальцы отличались от обезьян, а люди не отличались, но, напротив, учитывать только те, где человеческий геном претерпел изменения по сравнению с обезьянами. Чтобы это проделать, Эд составил список всех позиций, по которым человеческий геном отличается от генома шимпанзе и макак. Затем он проверил, какие стоят нуклеотиды в соответствующих позициях у неандертальцев: человеческие или обезьяньи. Если обнаруживался человеческий нуклеотид, то, значит, мутация старая и произошла до того, как разделились исследуемый неандертальский и человеческий геномы. Если же у неандертальца оказывался нуклеотид как у обезьян, значит, мутация произошла недавно и случилась в человеческой линии после отделения неандертальцев.

Таким образом, доля мутационных изменений, по которым неандертальцы оказывались “обезьяноподобными”, относительно общего количества мутаций показывает, насколько давно разделились человеческая и неандертальская ветви. Наш подсчет дал цифру в 12,8 процента.