Міжнародна група дослідників з Австралії, США, Данії, Іспанії, Норвегії, Росії та Швеції застосувала сучасні молекулярно-біологічні методи для аналізу добре збережених останків мамонта, виявлених у вічній мерзлоті. За допомогою новітніх технологій їм вдалося повністю реконструювати геном і тривимірну структуру хромосом з нанометровою роздільною здатністю в клітинах шкіри, включно з інформацією про активні та неактивні ділянки. Ці результати значно перевершують попередні спроби аналізу древньої ДНК. Звіт про дослідження опубліковано в журналі Cell.
Зазвичай стародавня ДНК у викопних рештках представлена численними невеликими фрагментами, часто забрудненими домішками чужорідного генетичного матеріалу. Таку ДНК піддають повногеномному секвенуванню, а потім картують отримані короткі послідовності за допомогою референсних геномів сучасних споріднених організмів. Це дозволяє виявити однонуклеотидні поліморфізми (SNP) і невеликі інсерції та делеції (інделі), але не більші зміни, такі як хромосомні перестановки.
Дослідники під керівництвом Марселли Сандовал-Веласко з Копенгагенського університету працювали з зразками шкіри самки шерстистого мамонта (Mammuthus primigenius), знайденими неподалік від селища Біла Гора в Якутії. Радіовуглецеве датування визначило вік останків у понад 45 тисяч років, а аналіз мітохондріальної ДНК вказав на 52 тисячі років. Гістологічне дослідження показало, що морфологія шкіри добре збережена, включаючи базальний шар, дерму, волосяні цибулини та м’язи, а також клітинні ядра.
Для аналізу зразків було застосовано метод визначення конформації хромосом Hi-C, модифікований для цієї задачі та названий PaleoHi-C. Протягом 26 експериментів було прочитано майже 4,5 мільярда пар основ ДНК. Після цього були отримані de novo геномні збірки африканського (Loxodonta africana) та азіатського (Elephas maximus) слонів для порівняння з геномом мамонта. Це дозволило відсіяти домішки чужорідної ДНК та верифікувати геномну збірку мамонта, включаючи визначення близько 4,6 мільйона контактів між ділянками ДНК в одній хромосомі та між різними хромосомами, що зумовлено тривимірною структурою хроматину.
Для відновлення тривимірної структури геному автори розробили метод, що спирається на структуру геному спорідненого виду. Це дозволило реконструювати генетичний матеріал мамонта, що складається, як і в сучасних слонів, з 28 хромосом і містить 3,04 мільярда пар основ. Подальше зіставлення показало, що в зразку шкіри збереглися хромосомні території, компартменти, петлі, тільця Барра та супердомени інактивованої Х-хромосоми і DXZ4.
З’ясувалося, що активні та неактивні геномні компартменти в шкірі мамонта нагадують ті, що є у шкірі азіатського слона, більше, ніж у будь-якій іншій слонячій тканині. Також у зразках збереглися петлі ДНК розміром близько 50 нанометрів, які забезпечують просторову близькість активуючих послідовностей ДНК до активованих ними генів.
Подальші дослідження показали, що ДНК мамонта в зразках зберегла винятково низьку фрагментацію. Дослідники припустили, що це збереження зумовлене одночасно заморожуванням і висушуванням тканини з подальшою вітрифікацією незабаром після смерті тварини, що схоже із сублімацією харчових продуктів для їх консервації. Цю гіпотезу було підтверджено експериментами з сучасними зразками м’яса.
Отримані результати дозволили успішно застосувати PaleoHi-C для реконструкції хроматину Юкі, самки мамонта віком 39 тисяч років, і можуть знайти подальше застосування для аналізу хромосом у добре збережених зразках стародавніх тканин.