17-річний американець першим секвенував геном скалярії. Він витратив на це як власні, так і зібрані шляхом краудфандингу кошти, а дослідження проводив у вільний час. Статтю з результатами дослідження він опублікував у microPublication Biology.
Pterophyllum scalare. Wikimedia Commons
Що за риби скалярії?
Скалярії (Pterophyllum) – це риби родини цихлід, які є популярними об’єктами акваріумістики. В англомовних країнах вони називаються «angelfish», тобто риби-янголи, бо їхні довгі елегантні плавці обабіч вертикально сплюснутого тіла дещо нагадують крила. Вид Pterophyllum scalare, або звичайна скалярія, представлений особинами сріблястого кольору з характерними темними вертикальними смужками, яких найчастіше чотири штуки. Інтенсивність їхнього забарвлення безпосередньо залежить від умов утримання та стану здоров’я риб.
Скалярії походять з Південної Америки. Там вони живуть у річках з темною водою, де їхнє смугасте забарвлення виконує маскувальну функцію. Ці риби добре відомі своїми моногамними моделями розмноження та ретельним батьківським піклуванням про потомство. І якщо поведінка скалярій добре вивчена, то ось їхній геном ніколи не був повністю секвенований. Хоча це дозволило б розширити область використання скалярій в біологічних дослідженнях, бо вже зараз цихліди використовуються як модельні організми в нейробіології.
Як школяр аналізував геном?
Автор дослідження Індівер Мадіредді (Indeever Madireddy) є учнем старшої школи в Сан-Хосе, Каліфорнія. Він затятий акваріуміст, і тримає в своїх домашніх акваріумах та відкритих басейнах біля дому понад сто риб. Втративши в березні одну зі своїх улюблених — скалярію Кельвіна — він вирішив секвенувати її геном, щоб таким чином зберегти його. Він зібрав зразки шкіри та м’язів померлої риби та надалі зберігав їх в спеціальних умовах при -80 градусах Цельсія.
Для проведення секвенування юний дослідник звернувся до лабораторії BioCurious, Санта-Клара, Каліфорнія, яка за невелику членську плату надає всім бажаючим у тимчасове користування сучасне обладнання. Дослідження проводилося за методом Oxford Nanopore Technologies. Він передбачає вимірювання змін струму при проходженні іонів досліджуваного зразка ДНК через нанопору – отвір нанометрового розміру в непроникній мембрані. Індівер за власні кошти визначив 65 відсотків геному Кельвіна, але змушений був ініціювати збір на краудфандинговій платформі, щоб завершити почате.
В роботі автору допомогли навички, одержані ним під час його попереднього наукового дослідження, коли він успішно використав бактеріальну систему CRISPR-Cas9, яка захищає бактерії від вірусних інфекцій, як можливий внутрішньоклітинний механізм захисту клітин людини від COVID-19.
Індівер Мадіредді. The Davidson Institute
Які результати дослідження?
В геномі скалярії, що містив понад 10 мільярдів основ, не виявилося особливих сюрпризів, бо він подібний до геному інших риб родини цихліди. Загалом було виявлено 24247 білоккодуючих послідовностей, споріднених з іншими видами риб, зокрема з: Oreochromis niloticus, Oreochromis aureus, Astatotilapia calliptera, and Simochromis diagramma. Найбільше подібностей виявилося з рибою цихлазомою колючою Archocentrus centrarchus: 59 відсотків її генів виявилося ортологічними генам скалярії, тобто такими, що виникли від спільного предка. Вчені вважають, що ці два види розділилися між 28,7 і 72,4 мільйонами років тому.
Повний геном скалярії автор дослідження виклав у вільний доступ. Він планує в майбутньому провести ще й секвенування РНК своєї скалярії, щоб створити транскриптом організму. На відміну від геному, який, як правило, однаковий для всіх клітин однієї лінії, транскриптом може сильно відрізнятися в залежності від умов навколишнього середовища.
Індіверу Мадіредді пощастило, що геном його скалярії був відносно невеликим, бо, як ми писали, у риби рогозуба геном складається з 43 мільярдів пар основ і є найбільшим з існуючих. Тим не менш, сучасні методи дозволяють отримати результати генетичних досліджень досить швидко. Так, вченим вдалося секвенувати геном людини, що складається з 3 мільярдів пар основ, за рекордний час – всього за 5 годин.