Az emberi genom a következőkből áll. Az emberi genom felépítése és működése

Mindannyian tudjuk, hogy az ember megjelenése, bizonyos szokásai, sőt betegségei is öröklődnek. Mindezek az élőlényekről szóló információk génekben vannak kódolva. Tehát hogyan néznek ki ezek a hírhedt gének, hogyan működnek és hol helyezkednek el?

Tehát bármely személy vagy állat összes génjének hordozója a DNS. Ezt a vegyületet 1869-ben fedezte fel Johann Friedrich Miescher. Kémiailag a DNS dezoxiribonukleinsav. Ez mit jelent? Hogyan hordozza ez a sav bolygónk összes életének genetikai kódját?

Kezdjük azzal, hogy megnézzük, hol található a DNS. Az emberi sejt számos organellumát tartalmaz, amelyek különféle funkciókat látnak el. A DNS a sejtmagban található. A mag egy kis organellum, amelyet egy speciális membrán vesz körül, és amelyben az összes genetikai anyag - DNS - tárolódik.

Mi a DNS-molekula szerkezete?

Először is nézzük meg, mi az a DNS. A DNS egy nagyon hosszú molekula, amely szerkezeti elemekből - nukleotidokból - áll. Négyféle nukleotid létezik: adenin (A), timin (T), guanin (G) és citozin (C). A nukleotidlánc sematikusan így néz ki: GGAATTCTAAG... Ez a nukleotidszekvencia a DNS-lánc.

A DNS szerkezetét először 1953-ban James Watson és Francis Crick fejtette meg.

Az egyik DNS-molekulában két nukleotidlánc van, amelyek spirálisan csavarodnak egymás köré. Hogyan maradnak együtt ezek a nukleotidláncok és csavarodnak spirállá? Ez a jelenség a komplementaritás tulajdonságának köszönhető. A komplementaritás azt jelenti, hogy két láncban csak bizonyos nukleotidok (komplementerek) helyezkedhetnek el egymással szemben. Így az adeninnel szemben mindig timin, a guaninnal szemben mindig csak citozin található. Így a guanin komplementer a citozinnal, az adenin pedig a timinnel.

Sematikusan a következőképpen ábrázolható:

G-C
T-A
T-A
C-G

Ezek az A - T és G - C komplementer párok kémiai kötést képeznek a pár nukleotidjai között, és a G és C közötti kötés erősebb, mint az A és T között. A kötés szigorúan a komplementer bázisok között jön létre, vagyis a kialakulás A nem komplementer G és A közötti kötés lehetetlen.

A DNS "csomagolása", hogyan lesz egy DNS-szálból kromoszóma?

Miért csavarodnak egymás körül ezek a DNS-nukleotidláncok is? Miért van erre szükség? Az a tény, hogy a nukleotidok száma hatalmas, és sok hely kell az ilyen hosszú láncok befogadásához. Emiatt két DNS-szál spirálisan csavarodik egymás körül. Ezt a jelenséget spiralizációnak nevezik. A spiralizáció eredményeként a DNS-láncok 5-6-szorosára rövidülnek.

Egyes DNS-molekulákat a szervezet aktívan használ, míg másokat ritkán. A spiralizáció mellett az ilyen ritkán használt DNS-molekulák még kompaktabb „csomagoláson” mennek keresztül. Ezt a kompakt csomagolást szupertekercselésnek hívják, és 25-30-szor rövidíti le a DNS-szálat!

Hogyan csomagolódnak a DNS-hélixek?

A szupertekercselés hisztonfehérjéket használ, amelyek megjelenése és szerkezete egy rúd vagy fonaltekercs. A DNS spiralizált szálait ezekre a „tekercsekre” – hisztonfehérjékre – tekerik. Így a hosszú szál nagyon kompaktan csomagolódik, és nagyon kevés helyet foglal el.

Ha egy vagy másik DNS-molekulát kell használni, akkor megtörténik a „letekercselés” folyamata, vagyis a DNS-szál „letekercselődik” az „orsóból” - a hisztonfehérjéből (ha rá volt tekercselve) és letekercselődik. a spirált két párhuzamos láncra. És amikor a DNS-molekula ilyen felcsavaratlan állapotban van, akkor a szükséges genetikai információ kiolvasható belőle. Sőt, a genetikai információkat csak a nem csavart DNS-szálakból olvassuk ki!

A szuperspirált kromoszómák halmazát ún heterokromatin, és az információk olvasásához rendelkezésre álló kromoszómák euchromatin.

Mik azok a gének, mi a kapcsolatuk a DNS-sel?

Most pedig nézzük meg, melyek a gének. Köztudott, hogy vannak olyan gének, amelyek meghatározzák a vércsoportot, a szemszínt, a hajat, a bőrt és a testünk számos más tulajdonságát. A gén a DNS egy szigorúan meghatározott szakasza, amely bizonyos számú nukleotidból áll, amelyek szigorúan meghatározott kombinációban vannak elrendezve. A szigorúan meghatározott DNS-szakaszban való elhelyezkedés azt jelenti, hogy egy adott génnek van kijelölve a helye, és ezt a helyet lehetetlen megváltoztatni. Helyénvaló a következő összehasonlítást tenni: egy személy egy bizonyos utcában, egy bizonyos házban és lakásban él, és nem költözhet önszántából másik házba, lakásba vagy másik utcába. Egy gén bizonyos számú nukleotidja azt jelenti, hogy minden génnek meghatározott számú nukleotidja van, és ezek nem válhatnak többé vagy kevesebbé. Például az inzulintermelést kódoló gén 60 nukleotidpárból áll; az oxitocin hormon termelését kódoló gén - 370 nukleotidpárból.

A szigorú nukleotidszekvencia minden gén esetében egyedi és szigorúan meghatározott. Például az AATTAATA szekvencia egy inzulintermelést kódoló gén fragmentuma. Az inzulin előállításához pontosan ezt a szekvenciát használjuk például az adrenalin előállításához, a nukleotidok eltérő kombinációját alkalmazzuk. Fontos megérteni, hogy csak a nukleotidok bizonyos kombinációja kódol egy bizonyos „terméket” (adrenalin, inzulin stb.). Egy bizonyos számú nukleotid ilyen egyedi kombinációja, amely a „helyén” áll - ez gén.

A DNS-lánc a gének mellett úgynevezett „nem kódoló szekvenciákat” is tartalmaz. Az ilyen nem kódoló nukleotidszekvenciák szabályozzák a gének működését, segítik a kromoszómák spiralizációját, és kijelölik a gén kezdő- és végpontját. A mai napig azonban a legtöbb nem kódoló szekvencia szerepe tisztázatlan.

Mi az a kromoszóma? Nemi kromoszómák

Az egyed géngyűjteményét genomnak nevezzük. Természetesen a teljes genomot nem lehet egyetlen DNS-ben tartalmazni. A genom 46 pár DNS-molekulára oszlik. Egy pár DNS-molekulát kromoszómának nevezünk. Tehát az embernek 46 ilyen kromoszómája van. Minden kromoszóma egy szigorúan meghatározott génkészletet hordoz, például a 18. kromoszóma szemszínt kódoló géneket stb. tartalmaz. A kromoszómák hossza és alakja különbözik egymástól. A leggyakoribb alakzatok az X vagy az Y, de vannak mások is. Az embernek két azonos alakú kromoszómája van, ezeket pároknak nevezzük. Az ilyen különbségek miatt minden páros kromoszóma számozott - 23 pár van. Ez azt jelenti, hogy van 1. számú, 2. számú, 3. számú kromoszómapár stb. Minden egyes gén, amely egy adott tulajdonságért felelős, ugyanazon a kromoszómán található. A szakembereknek szóló modern iránymutatások jelezhetik a gén helyét, például az alábbiak szerint: 22. kromoszóma, hosszú kar.

Mi a különbség a kromoszómák között?

Miben különböznek még egymástól a kromoszómák? Mit jelent a hosszú váll kifejezés? Vegyünk X formájú kromoszómákat. A DNS-szálak metszéspontja történhet szigorúan középen (X), vagy nem központilag. Ha a DNS-szálak ilyen metszéspontja nem központilag történik, akkor a metszésponthoz képest egyes végei hosszabbak, mások rövidebbek. Az ilyen hosszú végeket általában a kromoszóma hosszú karjának, a rövid végeket pedig rövid karnak nevezik. Az Y formájú kromoszómákban a karok nagy részét hosszú karok foglalják el, a rövidek pedig nagyon kicsik (a sematikus képen nem is szerepelnek).

A kromoszómák mérete változó: a legnagyobbak az 1. és 3. számú kromoszómák, a legkisebbek a 17., 19. számú kromoszómák.

A kromoszómák alakjukon és méretükön túl az általuk ellátott funkciókban is különböznek. A 23 párból 22 pár szomatikus és 1 pár szexuális. Mit jelent ez? A szomatikus kromoszómák meghatározzák az egyén összes külső jellemzőjét, viselkedési reakcióinak jellemzőit, örökletes pszichotípusát, vagyis minden egyes személy összes tulajdonságát és jellemzőjét. A nemi kromoszómapár határozza meg az ember nemét: férfi vagy nő. Az emberi nemi kromoszómáknak két típusa van: X (X) és Y (Y). Ha XX (x - x)-ként vannak kombinálva - ez egy nő, és ha XY (x - y) - férfiunk van.

Örökletes betegségek és kromoszómakárosodás

A genom „lebomlása” azonban bekövetkezik, majd genetikai betegségeket mutatnak ki az emberekben. Például, ha a 21. kromoszómapárban három kromoszóma van kettő helyett, egy személy Down-szindrómával születik.

A genetikai anyagnak sok kisebb „lebontása” van, amely nem vezet betegséghez, hanem éppen ellenkezőleg, jó tulajdonságokat kölcsönöz. A genetikai anyag minden „lebontását” mutációnak nevezzük. A betegségekhez vagy a szervezet tulajdonságainak romlásához vezető mutációk negatívnak, az új előnyös tulajdonságok kialakulásához vezető mutációk pedig pozitívnak minősülnek.

A legtöbb betegségnél azonban, amelyekben ma az emberek szenvednek, nem a betegség öröklődik, hanem csak egy hajlam. Például egy gyermek apja lassan szívja fel a cukrot. Ez nem azt jelenti, hogy a gyermek cukorbetegséggel fog megszületni, de a gyermeknek lesz hajlama. Ez azt jelenti, hogy ha egy gyerek visszaél az édességekkel, liszttermékekkel, cukorbetegség alakul ki.

Ma már az ún predikatív gyógyszer. Ennek az orvosi gyakorlatnak a részeként azonosítják az ember hajlamait (a megfelelő gének azonosítása alapján), majd ajánlásokat kapnak - milyen étrendet kell követni, hogyan kell megfelelően váltani a munka és a pihenés között, hogy ne legyen beteg.

Hogyan olvassuk ki a DNS-ben kódolt információkat?

Hogyan lehet elolvasni a DNS-ben található információkat? Hogyan használja fel a saját szervezete? A DNS maga egyfajta mátrix, de nem egyszerű, hanem kódolt. A DNS-mátrix információinak olvasásához először egy speciális hordozóra - RNS-re - továbbítják. Az RNS kémiailag ribonukleinsav. Abban különbözik a DNS-től, hogy a magmembránon keresztül bejut a sejtbe, míg a DNS-nek ez a képessége hiányzik (csak a sejtmagban található meg). A kódolt információt magában a cellában használják fel. Tehát az RNS a kódolt információ hordozója a sejtmagból a sejtbe.

Hogyan történik az RNS szintézis, hogyan szintetizálódik a fehérje RNS segítségével?

A DNS-szálak, amelyekből információt kell „olvasni”, letekernek, egy speciális „építő” enzim közelíti meg őket, és egy komplementer RNS-láncot szintetizál a DNS-szállal párhuzamosan. Az RNS-molekula 4 típusú nukleotidból is áll - adenin (A), uracil (U), guanin (G) és citozin (C). Ebben az esetben a következő párok komplementerek: adenin - uracil, guanin - citozin. Mint látható, a DNS-sel ellentétben az RNS uracilt használ timin helyett. Vagyis az „építő” enzim a következőképpen működik: ha A-t lát a DNS-szálban, akkor Y-t köt az RNS-szálhoz, ha G-t, akkor C-t stb. Így a transzkripció során minden aktív génből templát képződik - az RNS egy másolata, amely átjuthat a nukleáris membránon.

Hogyan történik egy meghatározott gén által kódolt fehérje szintézise?

A sejtmag elhagyása után az RNS belép a citoplazmába. Az RNS már a citoplazmában mátrixként beágyazódhat speciális enzimrendszerekbe (riboszómákba), amelyek az RNS információtól vezérelve szintetizálhatják a fehérje aminosavak megfelelő sorrendjét. Mint tudják, a fehérjemolekula aminosavakból áll. Hogyan tudja a riboszóma tudni, hogy melyik aminosavat adja hozzá a növekvő fehérjelánchoz? Ez a triplet kód alapján történik. A triplet kód azt jelenti, hogy az RNS-lánc három nukleotidjának szekvenciája ( hármas, például GGU) egyetlen aminosavat (jelen esetben glicint) kódol. Minden aminosavat egy specifikus triplet kódol. Így a riboszóma „beolvassa” a triplettet, és meghatározza, hogy melyik aminosavat kell ezután hozzáadni, miközben beolvassa az RNS-ben lévő információt. Amikor létrejön egy aminosavlánc, az egy bizonyos térbeli formát ölt, és olyan fehérjévé válik, amely képes ellátni a számára kijelölt enzimatikus, építő, hormonális és egyéb funkciókat.

Minden élő szervezet fehérje egy gén terméke. A fehérjék határozzák meg a gének összes különféle tulajdonságát, minőségét és külső megnyilvánulását.

ELŐADÁS

PROGRAM „EMBER GENOM”

A genomot 2003-ban szekvenálták, i.e. a DNS kettős hélix felfedezésének ötvenedik évfordulójára (1953), amelyet 2005-re terveztek.

1988-ban a DNS híres kettős spiráljának egyik felfedezője, a Nobel-díjas J. Watson nyilvánosan kifejtette, hogy a tudomány közel áll az öröklődés kémiai alapjainak felfedezéséhez, és nem bármely alacsonyabb rendű szervezeté, hanem a „királyé” természet” – ember. Ugyanebben az 1988-ban a kiváló orosz molekuláris biológus és biokémikus, akadémikus A.A. Baev (1904-1994). A kollégákkal folytatott konzultációt követően M.S.-hez fordult. Gorbacsov egy levéllel, amelyben állami tudományos projekt megszervezését javasolta az emberi genom tanulmányozására. Oroszországban és külföldön is nagyon kritikusan fogadták ezt az elképzelést, de telt az idő, és hamarosan a világ tudományos közössége komolyan megvitatni kezdte. 1989 óta az USA-ban és a Szovjetunióban is működnek megfelelő tudományos programok; Később, 1999-ben megalakult a Nemzetközi Humán Genom Kutatási Szervezet (HUGO‚ Human Genome Project), amelynek alelnöke több évig A. D. akadémikus volt. Mirzabekov. Ez az egyik legmerészebb, legdrágább és potenciálisan fontos projekt a civilizáció történetében. Ha 1990-ben összesen mintegy 60 millió dollárt költöttek rá, akkor 1998-ban csak az Egyesült Államok kormánya 253 millió dollárt, a magáncégek pedig még többet.

A HUGO koordinációs központ az amerikai Bethesda városában, Washington közelében található, és az Országos Egészségügyi Intézethez tartozik. Vezetője Francis Collins, a Bethesda-i Genomikai Kutatóintézet igazgatója. A központ hat országban – Németországban, Angliában, Franciaországban, Japánban, Kínában és az USA-ban – koordinálta a tudományos munkát. De ma már több mint 20 ország (20 laboratórium) rendelkezik nemzeti genomikai programmal, és a HUGO tagjai több mint 50 ország képviselői. Vannak nemzeti programok a fejlődő országokban, például Kínában és Brazíliában, ahol a kormányok megértik a genomikai program fontosságát. A. Mirzabekov és én évekig dolgoztunk a tudományos tanácsban. Most Oroszországot N. K. Yankovsky professzor képviseli.

Fontos hangsúlyozni, hogy a genomprojekttel kapcsolatos munka kezdetétől fogva a világ egyetértett abban, hogy minden kapott információ nyitott és hozzáférhető a résztvevők számára, függetlenül azok hozzájárulásától és nemzetiségétől. Ez azt jelenti, hogy bármely laboratórium, miután befejezte bármely DNS-fragmens nukleotidszekvenciájának megfejtését, azonnal elküldi az eredményeket egy nemzetközi adatbázisba Amerikába vagy Németországba. Az ilyen adatbázisokból a bioinformatikusok információkat merítenek számításaikhoz. Manapság több tucat nagy teljesítményű adatbázis létezik, amelyek hatalmas információkat halmoznak fel nemcsak az emberi genom szerkezetéről, hanem sok más organizmus genomjáról is.

1989-ben a Szovjetunióban a kormány döntése alapján finanszírozást nyitottak, és Tudományos Tanácsot szerveztek az „Emberi genom” programhoz A.A. vezetésével. Baeva. A program fő intézményében, a Molekuláris Biológiai Intézetben található. V.A. Engelhardt RAS, a tanács nagyon gyorsan megteremtette az infrastruktúrát, és egyesítette számos különböző csoport kutatását. Oroszországban körülbelül 100 csoport dolgozik a projekten. Minden emberi kromoszóma fel van osztva a részt vevő országok között, és Oroszország a 3., 13. és 19. kromoszómát kapta kutatásra.

Az orosz program számos irányba fejlődött: orvosi genomika, funkcionális genomika ésbioinformatika. Az egyik fő a bioinformatika. Mi az? A bioinformatika a DNS nukleotid szekvenciákra vonatkozó teljes adathalmaz számítógépes elemzése. Jelenleg az adatbázisok több milliárd nukleotidpárt tartalmaznak az emberi genomból és más élő szervezetek genomjából. Ebben az információtengerben még szét kell válogatnunk, le kell írni, meg kell értenünk, mi következik, hol van a gén eleje, hol a vége, hol vannak a szabályozó régiók. Nem definiálni, hanem előre jelezni. Egy nukleotid szekvencia megfejtése olyan, mintha egy könyvet olvasnánk úgy, hogy egyszerűen kimondjuk egymás után a betűk nevét. Egy gén megtalálása azt jelenti, hogy megértjük, hogyan alkotnak szavakat a betűk. A helyes előrejelzés valószínűsége ma eléri a 85%-ot. A bioinformatika nem végleges, hanem kezdeti információkat ad. Ezután kísérletileg ellenőrizzük egy adott gén jelenlétét. A bioinformatika megjósolja: itt kezdődik a gén, és itt ér véget. Kísérleti tudósok „kivágnak” egy feltételezett gént a DNS-ből, és megvizsgálják, hogy ez a fragmentum valóban felelős-e egy adott fehérjemolekula szintéziséért. Néha kiderül, hogy a bioinformatikusok helyesen jósolták meg a géneket, néha pedig nem.

Egy másik szempont, amely a multinacionális Oroszországban különösen gyorsan fejlődik, a meghatározás különböző nemzetiségű genom. Különböző etnikai csoportok lakják. Kiderült, hogy a különböző nemzetiségek genomja kissé eltér. A DNS-ben azonosítható a nukleotidok egy bizonyos „mintája” (egy speciális elrendezés), amely azt jelzi, hogy ez a személy baskír, ez pedig tatár. A különböző etnikai csoportok képviselőinek genomja nem azonos, de a köztük lévő különbségek rendkívül kicsik, bár abszolút megbízhatóak, ezért lehetséges a különböző etnikai csoportok összehasonlítása.

Ez a megközelítés összekapcsolja a genomikát a történelemmel, a nyelvészettel, a régészettel, a paleontológiával és a néprajzzal. És elképesztően érdekes felfedezések születnek. Szerinted melyik etnikai csoporthoz állnak a legközelebb az oroszok?

A szlávok anyai oldalról közel állnak (mivel az anyától a gyermeknek továbbított mitokondriális DNS-t vizsgálják) nyugati szomszédainkhoz: a németekhez, az ugro-finnekhez.

Jelenleg az Y kromoszóma tanulmányozása folyik, ami sokkal nehezebb, mint a mitokondriális DNS tanulmányozása. Két-három év múlva megtudjuk, hogyan néz ki az orosz etnikum apai szomszédaihoz képest.

A munka nagyon izgalmas és nagyon aktív. Tomszkból, Moszkvából, Ufából és Tartuból (Észtország) vesznek részt kutatók. A nemzetközi közösség minden szemmel szemléli kutatásaink eredményeit: elvégre egyedi etnikai csoportjaink vannak.

Mindenekelőtt „nemzetiség alapján” lehet majd kiválasztani a gyógyszereket. Nem titok, hogy sok jel kapcsolódik egy személy egy bizonyos etnikai csoporthoz. Ezért az ilyen vizsgálatok nemcsak nagyon érdekesek, hanem a jövőbeni egyéni orvoslás alapjait is megteremtik.

Az új gyógyszer nemcsak egyéni, hanem profilaktikus (megelőző) is lesz. Az orvosok nemcsak kezelni tudják a betegséget, hanem megakadályozzák annak előfordulását is. A genomika ezt is lehetővé teszi

Minden emberi szomatikus sejt magja 23 pár kromoszómát tartalmaz: minden kromoszómában egy DNS-molekula található. Egy emberi sejtben található mind a 46 DNS-molekula hossza közel 2 m, a nukleotidpárok száma 6,4 milliárd Az emberi test összes sejtjében (kb. 5x1013 van) a DNS teljes hossza 1011 km, ami majdnem. ezerszer nagyobb, mint a Föld és a Nap távolsága. Az emberben lévő gének száma 30-40 ezer között mozog.

Az emberi genomban található gének számával kapcsolatos feltételezés a projekt kezdete óta felére csökkent (80-100 ezerről). Számos „értelmetlen” területet azonosítottak. A génektől eltérő szerkezetűek, ráadásul a genom jelentős részét képezik. (95%). A genom 5%-ában, ahol az a 32 ezer gén található, sokat tudunk a felépítésről és keveset a funkciókról. Tudományosan az „értelmetlen” területeket nem kódolásnak nevezik. Egyes amerikai tudósok „szemétnek” nevezik őket – szemétnek, szemétnek vagy „önző DNS-nek”. Ha azonban nem értjük, mire van szükség a DNS egyes szakaszaira, ez nem jelenti azt, hogy szemét.

A baktériumnak egyáltalán nincsenek „értelmetlen” területei. Az élesztőnek szinte nincs. Az élő szervezet szervezettségének növekedésével egyre több nem kódoló DNS halmozódik fel. Úgy gondolom, hogy a nem kódoló DNS-szekvenciák az evolúció tárházának, a „pótalékok” raktárának bizonyulhatnak. Ha valami nem stimmel egy génnel, a sejt nem kódoló DNS-darabokat használhat fel a sérült gén helyreállítására.

Az „értelmetlen” DNS sérült géneket tartalmaz, amelyek bizonyos mutációk következtében elhaltak. Ezeket pszeudogéneknek nevezik.

Másodszor, távoli őseink - a neandervölgyiek vagy a cro-magnoniak - vírusos betegségekben szenvedtek, és ezek a vírusok (és a vírusok DNS- vagy RNS-molekulákból és fehérjehéjból állnak) néha bekerültek a genomba, és örökre ott maradtak. Más szavakkal, genomunk egy része ősi vírusok molekuláris temetője.

Aztán a genomunkban sok ismétlődő régió van. Valóban nagyon érdekes, hogy az embernek, az „evolúció koronájának” miért van hatalmas része „nem működőképes” genomnak.

Rizs. 2. Az emberi gének hozzávetőleges megoszlása ​​funkcióik szerint.

1 - sejtes anyagok gyártása; 2 - energiatermelés és felhasználása; 3 - kommunikáció a cellákon belül és kívül; 4 - a sejtek védelme a fertőzésekkel és károsodásokkal szemben; 5 - sejtszerkezetek és mozgás; 6 - sejtreprodukció; 7 - a funkciók nem egyértelműek

Genomunkat tekintve alig különbözünk az egértől. A génszerkezetbeli különbségek 10-15 százalékosak, nem több. A csimpánzoktól pedig 1,23%-kal különbözünk. Ezt mutatta ki a világ első tanulmánya, amelyet Ioshiyuki Sakai japán professzor által vezetett nemzetközi szakértői csoport végzett.

Az emberi eredet problémája sokkal összetettebbé vált, mint azt a tudósok korábban gondolták. Tudat alatt azt reméltük, hogy összegyűjtünk száz gént, amelyek megkülönböztetik az embert a csimpánzoktól. És azt fogjuk mondani franciául, hogy "voila" - ezek azok a gének, amelyeknek köszönhetően "emberré váltunk". Közben nincsenek ott.

Különbségeket találtak másban is: az emberi genomba sok idegen elem van beépítve - retrovírusok, míg a majmok szinte egy sem.

A program fő célja átfogó, nagy felbontású genetikai térképek készítése az egyes emberi kromoszómákról, amely az összes kromoszóma teljes elsődleges DNS-szerkezetének meghatározásában ér véget.

Az elmúlt években a következő területeken folytak kutatások:

1. A teljes emberi genom és részei számítógépes elemzése nyílt adatbázisokban található információk alapján. Alapvetően új megközelítések kidolgozása újonnan létrehozott szoftvereken alapuló strukturális információk tárolására, feldolgozására és adatbázisokból történő beszerzésére.

2. Új gének azonosítása fizikai, kromoszómális és funkcionális térképezés, klónozás és szekvenálás alapján. Újonnan felfedezett gének szerkezeti és funkcionális elemzése, aktivitásuk szabályozása.

3. Ok-okozati genetikai összefüggések megállapítása a gének és a különböző természetű, széles körben elterjedt betegségekre való hajlam között. Az egyes gének és mutációik szerepének azonosítása egyes emberi betegségek etiológiájában és kialakulásában.

4. Emberi betegségek genetikai és genomikai diagnosztikájának módszereinek kidolgozása a fizikai térkép és a nukleotid szekvenciák ismeretén.

5. Monogén betegségek génterápiás módszereinek kidolgozása előfordulásuk és fejlődésük molekuláris genetikai mechanizmusainak ismeretén.

6. A genomkutatás nyílt jogi, etikai, jogalkotási/jogi, társadalmi és egyéb aspektusainak fejlesztése és az egyes genomok szerkezetére és tulajdonságaira vonatkozó információk felhasználása??? emberek. Az orvostudomány és az egészségügy fejlődési pályáinak előrejelzése a humán genom ismeretének új szintjén és ennek megfelelő gyakorlati javaslatok megfogalmazása alapján.

A Human Genome program fő feladatának megoldása a következő lépéseket tartalmazza.

* Az első szakaszban be kell fejezni egy részletes elkészítését genetikai térképés jelölje meg azokat a géneket, amelyek egymástól átlagosan legfeljebb 2 millió bázis távolságra vannak elválasztva (1 millió bázis egyenlő 1 megabázissal - 1 MB, az angol bázistól-- bázis).

* A második szakasz az egyes kromoszómák kis felbontású fizikai térképeinek összeállítását foglalja magában (0,1 Mb felbontás).

* A harmadik lépés a teljes genom nagy felbontású fizikai térképének beszerzése egyedileg jellemzett klónok formájában (a klón 5 Kb-t tartalmaz).

* A negyedik szakasz az emberi genom teljes DNS-ének teljes elsődleges szerkezetének (szekvenálásának) meghatározására szolgál (felbontás - 1 bázis).

* Az ötödik, egyben utolsó szakaszban a szervezet összes génjét lokalizálni kell a talált nukleotidszekvenciákban, és meghatározni funkcionális jelentőségét.

Genetikai térképezés

Genetikai kapcsolódási térképek. A genetikai kapcsolódási térképek meghatározzák a kromoszómális hovatartozást és a genetikai markerek egymáshoz viszonyított relatív helyzetét. A szűkebb értelemben vett térképezés egy gén vagy mutáció helyzetének meghatározása a kromoszómán. Később ez a kifejezés tágabb értelmezést kapott. Nem csak egy génre vonatkozik, hanem mindenre jelző, amely alatt egy meghatározatlan funkciójú gént, mutációt, DNS-szakaszt értünk, a DNS restrikciós enzimekkel történő hasítási pontja. Így a marker minden olyan öröklött tulajdonság, amely így vagy úgy azonosítható. Egy marker lokalizációjának meghatározása lehetővé teszi, hogy egy másik marker helyzetének meghatározására is felhasználható legyen.

A gyakorlatban a genetikai kapcsolódási térképek és csak ezek teszik lehetővé a komplex genetikai markerek (például a betegség tüneteivel kapcsolatos) lokalizálását a kutatás első szakaszában, és lehetővé teszik azok további tanulmányozását.

A XX. század 70-es évek elejéig. Az emberi genetikai térképek készítése nagyon lassan haladt előre. Az első emberi gént (a színvakság gént) 1911-ben térképezték fel az X kromoszómán, az első autoszomális gént pedig csak 1968-ban. 1973-ra 64 gént, 1994-re pedig 5000 szerkezeti gént és több mint 60 000 markert térképeztek fel az emberi kromoszómákra. DNS-szekvenciák. Az emberi gének feltérképezésének ilyen gyors előrehaladása a citogenetikában, a sejttenyészetekben és különösen a molekuláris genetikában új technológiák megjelenésével függ össze.

Szomatikus sejtek hibridizációja. A genetikai marker (funkcionálisan aktív gén) meghatározott kapcsolódási csoporthoz való hozzárendelésének egyik legnépszerűbb módszere a különböző biológiai élőlényfajok szomatikus sejtjeinek hibridizálása (egymással való fúziója), amelyek közül az egyik a vizsgált. A hibrid klónokat emberi sejtek és különféle rágcsálók mesterséges egyesítésével állítják elő: kínai hörcsög, egér, patkány. Az ilyen szomatikus hibridek termesztése, mint kiderült, az emberi kromoszómák elvesztésével jár. A kromoszómavesztés véletlenszerű, és az így létrejövő sejtklónok különböző kombinációkban tartalmazzák a fennmaradó kromoszómákat. Ez hibrid sejtklónokból álló paneleket hoz létre, amelyek csak egy vagy néhány emberi kromoszómát és egy másik faj teljes kromoszómáját tartalmazzák. A humán fehérjék, specifikus mRNS vagy DNS-szekvenciák ilyen klónokban történő kimutatása lehetővé teszi a megfelelő gének kromoszóma-azonosságának egyértelmű meghatározását.

Hibridizációbeszitu(ugyanott). Ez a módszer lehetővé teszi bizonyos nukleotidszekvenciák lokalizálását a kromoszómákon. Szondaként működnek. A fix kromoszómák preparátumait a vizsgált szekvenciákkal hibridizálják, radioaktív vagy fluoreszcens jelöléssel jelölik. A jelölt molekulák olyan kromoszómális régiókhoz kapcsolódnak, amelyek a jelölt próbával komplementer szekvenciákat tartalmaznak. A kapott hibrideket mikroszkóppal analizáljuk közvetlenül vagy autoradiográfiát követően. Ez a módszer az utóbbi időben határozottan az első helyen áll a használat gyakoriságát tekintve. A módszerek legnépszerűbb csoportját ún fluoreszcens hibridizációbeszitu-- FISH módszer (fluoreszcencia beszituhibridizáció).

A polimeráz láncreakció (PCR) lehetővé tette az emberi genom szinte bármely régiójának gyors és hatékony amplifikálását, és a kapott PCR-termékek próbaként történő felhasználását a kromoszómák megfelelő régióinak hibridizációval történő feltérképezésére. beszitu. Ebben a tekintetben sikeresen kidolgozták a szekvencia-kapcsolt helyek (STS) koncepcióját. Sorrend- megjelölt oldalak). Minden DNS-fragmens, amelyet genetikai és fizikai térképek készítésére használnak, egyedileg azonosítható egy 200-500 bp hosszúságú nukleotidszekvencia segítségével, amely egy adott fragmentumra egyedi. Ezeket a helyeket PCR-rel amplifikáljuk, és próbaként használják. Az STS biztosította az alapot egy közös nyelv kifejlesztéséhez, amely lehetővé tette a különböző laboratóriumok számára klónjaik leírását. Az STS koncepció kidolgozásának végeredménye az emberi genom átfogó STS térképének elkészítése. A markerek előállításához manapság gyakran használnak diszpergált ismétlődő szekvenciáknak megfelelő primereket, amelyek közül elsőként az A1u szekvenciákat alkalmazták, mivel ezek jellemzőek az emberi genomra. Mivel a humán genomban a mérsékelten ismétlődő szekvenciák több mint 90%-át az A1u és a Krn I családok képviselik (ez utóbbiak ritkábban ismétlődnek, és jellegzetes kromoszómális lokalizációjuk van), a PCR reakcióban a megfelelő próbák előállítására használják őket.

Alacsony felbontású fizikai térképek. A genom fizikai térképei a markerek közötti tényleges távolságot tükrözik, nukleotidpárokban kifejezve. Az alacsony felbontású fizikai térképet gyakran nevezik a genom kromoszómális (citogenetikai) térképe.

A XX. század 70-es éveinek elején. Most már reális lehetőség nyílik arra, hogy az emberi kariotípusban nemcsak az összes kromoszómát, hanem azok egyes szegmenseit is pontosan azonosítsuk. Ennek oka a metafázisú kromoszómák preparátumainak differenciált festésére szolgáló módszer megjelenése. A kromoszómakészítményeket megfelelő proteolitikus kezelés vagy melegítés után bizonyos fluorokrómokkal megfestik. Ugyanakkor a kromoszómákon jellegzetes keresztirányú csíkok - úgynevezett korongok (sávok) jelennek meg, amelyek elhelyezkedése minden kromoszómára jellemző. A prometafázis kromoszómákon lévő kis korongok mérete körülbelül 1 millió bp-nak felel meg. fizikai kártyákon. Minden kromoszóma differenciális festés után szegmensekre osztható, amelyek számozása a centromer régiótól felfelé indul (rövid kar p) vagy lefelé (hosszú váll -- q) . Az egyes szegmensek sávjai szintén hasonló sorrendben vannak számozva. A térképen a génpozíció rekordja tartalmazza a kromoszómaszámot, a kart, a szegmensszámot, a sávot és annak alegységét.

A 7. q21.1 rekord azt jelenti, hogy a gén a 7. kromoszóma hosszú karja 2. szegmensének 1. sávjának alegységében található. Az ilyen rekord alkalmas az in situ hibridizációs módszerrel végzett citogenetikai térképezéshez, amely lehetővé teszi a gén számára egy sáv, sőt annak alegysége pontossággal lokalizálható.

A humán genom kromoszómatérképeit genetikai markerek lokalizálásával is előállítják, leggyakrabban FISH-módszerrel: a metafázisú kromoszómák esetében a kromoszómatérképek felbontása 2-5 millió bp között van; az interfázisú kromoszómák esetében (a genetikai anyag kevésbé kompakt formában van) - megközelíti a 100 ezer bp-t. A leképezésnek ezt a szintjét az jellemzi cDNS térképek (o. 358). Az expresszált DNS-szakaszok (exonok) helyzetét tükrözik a metafázisos kromoszómákon lévő ismert citogenetikai markerekhez (sávokhoz) képest. Mivel az ilyen térképek betekintést nyújtanak a genom átírt régióinak lokalizációjába, beleértve az ismeretlen funkciójú géneket is, felhasználhatók új gének keresésére. Ez a megközelítés akkor hasznos, ha olyan géneket keresünk, amelyek károsodása emberi betegségeket okoz, ha az ilyen kromoszómarégiók hozzávetőleges lokalizációját már elvégezték a genetikai kapcsolódási térképeken (lásd 100. ábra).

Nagy felbontású fizikai térképek. A nagy felbontású fizikai térképek készítéséhez két alternatív megközelítést alkalmaznak kísérletileg: felülről lefelé és alulról felfelé irányuló térképezést ( B ábra a genomhoz). A felülről lefelé történő térképezéshez egy egyedi humán kromoszóma DNS-preparátumát nagy vágású restrikciós enzimekkel (például Not I) hosszú fragmentumokra vágják, amelyeket a pulzáló mezős elektroforézissel történő elválasztás után további restrikciós enzimek dolgoznak fel. .

Az agaróz vagy poliakrilamid gélekben egyirányú konstans mező hatására végzett elektroforézis segítségével legfeljebb 30-50 ezer bp méretű DNS-fragmenseket lehet elkülöníteni. A nagyméretű DNS-fragmensek előretörése a gélben az elektromos tér irányának pulzáló változásával a DNS-molekulák csavarodása és letekeredése által okozott konformációs változások miatt következik be a térirányváltás pillanatában. Ebben az esetben lehetőség van 50 ezer bp méretű DNS-molekulák elkülönítésére. legfeljebb 10 millió n.p.).

Ennek eredményeként azt kapjuk makrokorlátozás térkép. Az elektroforézis módszert sikeresen alkalmazták kis genomok feltérképezésére.

Az emberi genom alulról felfelé történő feltérképezéséhez a genom teljes DNS-ének vagy egy egyedi kromoszómának a preparálása alapján véletlenszerű, kiterjesztett DNS-szekvenciákból álló (10-1000 ezer bp) klónok sorozatát kapjuk, amelyek egy része átfedésben van egymást. Ebben az esetben a mesterséges élesztő minikromoszómákat (YAM) használják vektorként a klónozáshoz. A genom egy meghatározott régiójából származó, részben átfedő és komplementer DNS-fragmenseket tartalmazó, egymás után következő klónkészletet ún. csúszó szondázás, vagy „kromoszómajárások”. Minden alkalommal, amikor a kiválasztott fragmentumot DNS-próbaként használjuk a további keresésekhez. Ennek eredményeként olyan klónozott DNS-fragmenseket kapunk, amelyek teljesen lefedik a vizsgált genom régióját, amelyet „contignek” neveznek. Ezt a stratégiát először sikeresen alkalmazták a Drosophila 3-as kromoszóma tanulmányozására. Segítségével ritkán lehet 200-300 ezernél többet utazni. egy irányban a genomban ismétlődő és nehezen klónozható DNS-szekvenciák jelenléte miatt. Az ilyen korlátok leküzdésére és a génszekvenciák keresésének felgyorsítására F. Collins, a Nemzetközi Konzorcium jelenlegi elnöke a kromoszóma mentén történő „ugrás” módszerét javasolta, amely lehetővé teszi a több százezer nukleotidpárból álló DNS-fragmensek izolálását. egymástól a genomban (ugráshossz) anélkül, hogy az összes közbeeső DNS-szekvenciával izolálnánk.

A kapott kontigek helyességét általában in situ hibridizáció (FISH) igazolja, a vizsgált kromoszómák bizonyos régióihoz való egyidejű kötéssel.

A humán genom nukleotidszekvenciájának meghatározása

Az emberi genom átfogó fizikai térképének az összes kromoszómája teljes DNS-nukleotidszekvenciáját kell reprezentálnia. A világ különböző országaiban számos jól finanszírozott, automatikus, nagy teljesítményű szekvenszerrel felszerelt laboratórium vett részt egy ilyen monumentális feladat megoldásában.

A múlt század 70-es éveinek közepén két különböző módszer létrehozása a DNS nukleotidszekvenciájának dekódolására. Kronológiailag az első a Maxam-Gilbert módszer volt. Kidolgozásában nagy szerepet játszott Andrej Darievich Mirzabekov akadémikus. Fred Sanger angol tudós egy másik módszert javasolt a DNS szerkezetének megfejtésére. Gilbert és Sanger Nobel-díjat kapott ezen módszerek kidolgozásáért. Érdekes módon ez Sanger második díja, amit az inzulinfehérje aminosavszekvenciájának megfejtéséért kapott. Ez egyedülálló eset a tudományban – ugyanaz a személy volt az első, aki megfejtette mind a fehérje, mind a DNS szerkezetét!

A Maxam-Gilbert módszer abból áll, hogy a DNS-molekulát darabokra bontják, majd ezeket a darabokat kémiai hatásoknak vetik alá, majd speciális módon kezelik. A tudósok megnézik, mi történik a nukleotidszekvenciával, és ez alapján következtetést vonnak le az egyes DNS-fragmensekben a nukleotidok egymás utáni sorrendjére.

A Sanger-módszer szerint egy DNS-molekulát speciális enzimkezeléssel nemcsak fragmentumokra hasítanak, hanem kettős hélixét is két szálra „bontják”. Ezután minden egyes létrejövő, egyedi nukleotid „szálakból” álló fragmentum esetében a hiányzó második nukleotidszálat speciális kémiai „magok” segítségével állítják helyre. De nem teljesen - szintézise különböző nukleotidoknál megszakad. Ebben az esetben egy folyamatosan változó hosszúságú DNS-láncot kaptunk - egy „létrát”. A különböző hosszúságú töredékek végei fluoreszcens címkével vannak ellátva, hogy könnyen felismerhetők legyenek.

Meg kell mondani, hogy az orosz biológusok jelentősen hozzájárultak ennek a módszernek a kifejlesztéséhez. A novoszibirszki tudós, Stanislav Konstantinovich Vasilenko professzor már Sanger munkáinak megjelenése előtt javasolta a „létra” elvét, és ugyanezt az elvet Jevgenyij Davydovics Sverdlov akadémikus, az Orosz Tudományos Akadémia Molekuláris Genetikai Intézetének igazgatója dolgozta ki. Nem szabad megfeledkezni arról, hogy Vaszilenko és Sverdlov a Sanger-módszer előfutára.

Minden automatikus szekvenszer a Sanger-módszer elvén épül fel, mivel kényelmesebbnek bizonyult az automatizáláshoz és a számítógépes rögzítéshez. Rengeteg gépet és szabványos elemzési reagenskészletet állítottak elő. Valójában a szekvenálás (vagyis a DNS nukleotidszekvenciájának meghatározása) rutin laboratóriumi munkává vált. A Maxam-Gilber módszernek pedig inkább történelmi, mint gyakorlati jelentősége van.

Alig 15-20 évvel ezelőtt egy 1000 nukleotidból álló nukleotid szekvencia dekódolása szinte tudományos bravúrnak számított, amelyről azonnal doktori fokozatot lehetett szerezni. De 1990-re a DNS-szekvenálás általánossá vált. És most egy képzett laboratóriumi technikus kevesebb, mint egy nap alatt elvégezheti ezt a fajta munkát.

Más teljesen új szekvenálási módszereket fejlesztettek ki. Az egyik azon a képességen alapul, hogy bizonyos nukleotidokhoz nehézfém atomokat (nem radioaktív izotópokat) lehet szelektíven rögzíteni, majd tömegspektrometriás vizsgálatot végeznek a nagyon vékony (nanométeres) mikrokapillárison áthaladó DNS-molekulákról. A készülék szinte hibamentesen olvassa be a nukleotidszekvenciát. Ebben az esetben nincs szükség drága és munkaigényes kémiai szekvenálási műveletekre, restrikciós enzimkészletek használatára és egyéb trükkökre. A módszert a San Diegóban (Kalifornia) bejegyzett Sequenom cég kezdte alkalmazni, Charles Cantor vezetésével.

Egy másik megközelítés a fluoreszcens címkék DNS-hez való csatolásán, a DNS-nek egy vagy több restrikciós enzimmel meglehetősen hosszú darabokra vágásán és a darabok optikai elemzésén alapul. Mivel az egyes nukleotidokra szorbeált fluoreszcens címkék minden DNS-szakaszra csak rá jellemző fényképet hoznak létre, ez összevethető a számítógép memóriájában elérhető képekkel. Ennek érdekében a Silera Genetics cég munkatársai elkészítették a kiterjesztett DNS optikai „kiégetésére” szolgáló eszközt (Visionade rendszer), valamint a Gentig nevű matematikai algoritmust. Ha az optikai megtekintés után kétségek maradnak a nukleotidszekvenciák pontosságával kapcsolatban néhány rövid régióban, csak ezeket a régiókat kell kémiailag szekvenálni. A levágott DNS szakaszokon végzett optikai „lövés” példátlan sebesség elérését tette lehetővé a szekvenálás során: egy időben az E. coli genomjának tanulmányozása több száz ember munkáját igényelte 12 hónapon keresztül, míg a Visionade rendszer segített megfejteni ugyanezt. genom néhány perc alatt.

Az emberi genom felépítése (2001-es szekvenálási adatok alapján)

A gén- és fehérjedomének általános szerkezetére vonatkozó modern elképzeléseken alapuló számítógépes algoritmusok alapján kiszámították a fehérjéket kódoló gének számát az emberi genomban. Egy nemzetközi konzorcium 31 780 fehérjét kódoló gént azonosított, a Celera Genomics pedig 39 114 ilyen gént fedezett fel.

Kimutatták, hogy egy tipikus emberi gén körülbelül 28 000 bp-ból áll. és 8 exonja van, kódoló szekvenciája 1340 bp, ez a gén 447 aminosavat kódol.

Az emberi genomban található legnagyobb gén az izomfehérje disztrofin gén (2,4 * 106 bp). A vázizmok passzív rugalmasságáért felelős fibrilláris fehérje, a titin 27 000 aminosavból áll. Génje 234 exont tartalmaz. Ez az eddigi legnagyobb számú exon az emberi fehérjét kódoló génekben. Az emberi gének szerkezete és szerveződése sokkal összetettebb, mint más eukarióták génjeinek szerkezete. Nagyon gyakran nagy intronok szakítják meg őket, az emberi gének 35%-a különböző keretekből olvasható ki, és az RNS 40%-a alternatív splicing-nek van kitéve. Így egy DNS-szekvencia egynél több típusú mRNS-t kódolhat.

Más eukarióta szervezetek genomjához képest az immunvédelem biztosításában szerepet játszó gének elterjedtebbek az emberben; az idegrendszer (neurotróf faktorok, idegnövekedési faktorok), jelzőmolekulák, mielinfehérjék, feszültségfüggő ioncsatornák és szinaptikus receptorfehérjék fejlődésében; a citoszkeleton felépítésében és a vezikulák mozgásában, intra- és intercelluláris jelátvitel biztosításában, a homeosztázis fenntartásában. Emberben lényegesen nagyobb számú gén vesz részt a transzkripcióban és a transzlációban. A 2000 ilyen gén közül 900 a cinkujj fehérjék családjába tartozik.

Általában a fehérjét kódoló gének a 2 % genom; Az RNS-t kódoló régiók a genom körülbelül 20%-át teszik ki az ismétlődő szekvenciák a genom több mint 50%-át foglalják el, és ennek a DNS-nek jelentős része az RNS reverz transzkripciója miatt keletkezett.

Számos prokarióta és eukarióta, és különösen az ember genomszerkezetének tanulmányozása hozzájárult a genomok tudományának létrehozásához. genomika. Magában foglalja a genomok tanulmányozását molekuláris, kromoszómális, biokémiai és fenotípusos szinten. Egy diagramot mutatunk be, amely elmagyarázza az emberi genomika és a modern biológia más tudományterületei közötti kapcsolatot. A strukturális és összehasonlító genomika a bioinformatikán keresztül egy új szekcióba költözik - a funkcionális genomikába, amelynek fő feladata a géntermékek és mindenekelőtt a fehérjék biológiai funkcióinak tisztázása.

Számos, a genomika területén dolgozó modern kutatónak nincs kétsége afelől, hogy a 21. század első évtizede. a funkcionális genomika és a bioinformatika korszaka lesz.

Az interneten nagyszámú címet találhat, amelyek sokféle információt tartalmaznak az emberi genommal kapcsolatban:

Mit várhatunk a genomikai kutatástól a következő 40 évben? Így fogalmaztam meg az előrejelzést F. Collins, programvezető "Emberi genom"(EGYESÜLT ÁLLAMOK).

2010

Genetikai vizsgálat, betegségek kockázatát csökkentő megelőző intézkedések és génterápia akár 25 örökletes betegség esetén. Az ápolónők orvosi genetikai eljárásokat kezdenek végezni.

A preimplantációs diagnosztika széles körben elérhető, és ennek a módszernek a korlátai heves viták tárgyát képezik. Az Egyesült Államoknak törvényei vannak a genetikai megkülönböztetés megakadályozására és a magánélet tiszteletben tartására. Nem mindenki fér hozzá a genomika gyakorlati alkalmazásaihoz, különösen a fejlődő országokban.

2020

Megjelennek a piacon a cukorbetegség, a magas vérnyomás és más betegségek kezelésére szolgáló, genomiális információk alapján kifejlesztett gyógyszerek. Rákterápia, amely kifejezetten a rákos sejtek tulajdonságait célozza meg. A farmakogenomika számos gyógyszer kifejlesztésének általános megközelítésévé válik. A mentális betegségek diagnosztizálásának módjának megváltoztatása, új kezelési módszerek megjelenése, a társadalom ilyen betegségekhez való hozzáállásának megváltoztatása. A génterápia biztonságosságának bemutatása csírasejt szinten homológ rekombinációs technológiával.

2030

Az egyén teljes genomjának nukleotidszekvenciájának meghatározása rutin eljárássá válik, amely kevesebb, mint 1000 dollárba kerül. Az öregedési folyamatban részt vevő géneket katalogizálták. Klinikai kísérleteket végeznek az emberek maximális élettartamának növelésére. Az emberi sejtekkel végzett laboratóriumi kísérleteket felváltották a számítógépes modelleken végzett kísérletek. A fejlett technológiák ellenzőinek tömeges megmozdulásai fokozódnak az Egyesült Államokban és más országokban.

2040

Minden általános egészségügyi intézkedés a genomikán alapul. A legtöbb betegségre való hajlamot meghatározzák (születéskor/szülés előtt).

Egyénre szabott hatékony megelőző gyógyszer áll rendelkezésre. A betegségeket molekuláris monitorozással korai stádiumban észlelik.

A génterápia a legtöbb betegségre elérhető. A gyógyszerek helyettesítése a szervezet által a terápiára válaszul termelt géntermékekkel. Az átlagos várható élettartam a társadalmi-gazdasági intézkedéseknek köszönhetően eléri a 90 évet. Komoly vita folyik arról, hogy az ember képes-e irányítani saját evolúcióját.

Proteomika

A biológiának ez a teljesen új ága, amely a fehérjék szerkezetét és működését, valamint a köztük lévő kapcsolatokat vizsgálja, az emberi genommal foglalkozó genomikáról kapta a nevét. Már a proteomika születése is megmagyarázza, miért volt szükség a Human Genome programra. Magyarázzuk meg egy példával egy új irány kilátásait

Térjünk vissza a proteomikához. Az aminosavszekvenciák és egyes fehérjék háromdimenziós szerkezetének ismerete lehetővé tette a genetikai szekvenciák aminosavakkal való összehasonlítására alkalmas programok kidolgozását, majd a polipeptidek háromdimenziós szerkezetében való feltételezett elhelyezkedését. A háromdimenziós szerkezet ismerete lehetővé teszi, hogy gyorsan megtalálja a molekulák kémiai változatait, amelyekben például az aktív centrum blokkolva van, vagy meghatározza az aktív centrum helyzetét egy mutáns enzimben.

A nemzetközi Human Genome Project 1988-ban indult. Ez az egyik legmunkaigényesebb és legdrágább projekt a tudomány történetében. Ha 1990-ben összesen mintegy 60 millió dollárt költöttek rá, akkor 1998-ban csak az Egyesült Államok kormánya 253 millió dollárt, a magáncégek pedig még többet. A projektben több mint 20 ország több ezer tudósa vesz részt. 1989 óta Oroszország is részt vesz benne, ahol mintegy 100 csoport dolgozik a projekten. Minden emberi kromoszóma fel van osztva a részt vevő országok között, és Oroszország a 3., 13. és 19. kromoszómát kapta kutatásra.

A projekt fő célja az összes humán DNS molekulában található nukleotid bázisok sorrendjének feltárása és a lokalizáció, azaz a lokalizáció megállapítása. teljesen feltérképezi az összes emberi gént. A projekt alprojektként a kutyák, macskák, egerek, lepkék, férgek és mikroorganizmusok genomjának vizsgálatát tartalmazza. A kutatók ezután várhatóan meghatározzák a gének összes funkcióját, és kidolgozzák az eredmények felhasználásának módjait.

Mi a projekt fő témája – az emberi genom?

Ismeretes, hogy az ember minden szomatikus sejtjének magja (a DNS-magon kívül mitokondriumok is vannak) 23 pár kromoszómát tartalmaz, mindegyik kromoszómát egy DNS-molekula képviseli. Az egy sejtben található 46 DNS-molekula teljes hossza körülbelül 2 m, ezek körülbelül 3,2 milliárd nukleotidpárt tartalmaznak. A DNS teljes hossza az emberi test összes sejtjében (kb. 5x1013 van) 1011 km, ami majdnem ezerszer nagyobb, mint a Föld és a Nap távolsága.

Hogyan illeszkednek az ilyen hosszú molekulák a magba? Kiderült, hogy a sejtmagban van egy mechanizmus a DNS „kényszeres” lerakására kromatin formájában - a tömörítési szintek.

Az első szint magában foglalja a DNS szerveződését hisztonfehérjékkel - a nukleoszómák képződését. Két speciális nukleoszómális fehérje molekula oktamert alkot tekercs formájában, amelyre egy DNS-szál van feltekerve. Egy nukleoszóma körülbelül 200 bázispárt tartalmaz. A nukleoszómák között egy legfeljebb 60 bázispár méretű DNS-fragmens, az úgynevezett linker marad. Ez a hajtogatási szint lehetővé teszi a DNS lineáris dimenzióinak 6-7-szeres csökkentését.

A következő szinten a nukleoszómák fibrillákba (szolenoidokba) rendeződnek. Minden fordulat 6-7 nukleoszómából áll, miközben a DNS lineáris méretei 1 mm-re csökkennek, i.e. 25-30 alkalommal.

A tömörítés harmadik szintje a fibrillumok hurkos elrendezése – hurokdomének kialakulása, amely a kromoszóma főtengelyéhez képest szöget zár be. Fénymikroszkóp alatt interfázisú "lámpakefe" kromoszómákként láthatók. A mitotikus kromoszómákra jellemző keresztcsíkozás bizonyos mértékig a DNS-molekulában lévő gének sorrendjét tükrözi.

Ha a prokariótákban egy gén lineáris mérete megegyezik a szerkezeti fehérje méretével, akkor az eukariótákban a DNS mérete sokkal nagyobb, mint a jelentős gének teljes mérete. Ezt egyrészt a gén mozaikos, vagyis exon-intron szerkezete magyarázza: az átírandó fragmentumok - exonok - jelentéktelen régiókkal - intronokkal - tarkítják. A génszekvenciát először teljesen átírja a szintetizált RNS-molekula, amelyből azután kivágják az intronokat, az exonokat összefűzik, és ebben a formában az mRNS-molekulából származó információ olvasható le a riboszómán. A DNS kolosszális méretének második oka az ismétlődő gének nagy száma. Egyesek tízszer vagy százszor ismétlődnek, míg mások genomonként akár 1 millió ismétlődést is tartalmaznak. Például az rRNS-t kódoló gén körülbelül 2 ezer alkalommal ismétlődik.

1996-ban azt hitték, hogy az embernek körülbelül 100 ezer génje van, jelenleg a bioinformatikai szakértők szerint az emberi genomban nem több, mint 60 ezer gén, és ezek a teljes sejt DNS-hosszának mindössze 3%-át teszik ki; a többi 97%-ának funkcionális szerepe még nincs telepítve.

Milyen eredményeket értek el a tudósok a projekten végzett alig több mint tíz éves munka során?

Az első jelentős siker a Haemophilus influenzae baktérium genomjának teljes feltérképezése volt 1995-ben. Később több mint 20 baktérium genomját teljesen leírták, beleértve a tuberkulózis, tífusz, szifilisz stb. kórokozóit. 1996-ban feltérképezték az első eukarióta sejt, az élesztőgomba DNS-ét, 1998-ban pedig egy genomját. A többsejtű szervezet, a Caenorhabolitis elegans orsóféreg első ízben került feltérképezésre. 1998-ra 30 261 humán génben létesültek nukleotidszekvenciák, i.e. Az emberi genetikai információ körülbelül felét megfejtették.

Az alábbiakban közöljük az egyes emberi szervek és szövetek fejlődésében és működésében részt vevő gének számának ismert adatait.

A szerv, szövet, sejt neve és a gének száma

1. Nyálmirigy 17

2. Pajzsmirigy 584

3. Sima izom 127

4. Emlőmirigy 696

5. Hasnyálmirigy 1094

6. Lép 1094

7. Epehólyag 788

8. Vékonybél 297

9. Placenta 1290

10. Vázizom 735

11. Fehérvérsejt 2164

12. Here 370

13. Bőr 620

14. Agy 3195

15. 547. szem

16. Tüdő 1887

17. Szív 1195

18. Vörösvértestek 8

19. Máj 2091

20. Méh 1859

Az elmúlt években nemzetközi adatbankokat hoztak létre a különböző szervezetek DNS-ében található nukleotidszekvenciákról és a fehérjék aminosav-szekvenciáiról. Az International Sequencing Society 1996-ban úgy döntött, hogy minden újonnan meghatározott 1-2 ezer bázis vagy annál nagyobb méretű nukleotidszekvenciát a megfejtést követő 24 órán belül nyilvánosságra kell hozni az interneten, ellenkező esetben az ilyen adatokkal rendelkező cikkek nem jelennek meg tudományos folyóiratokat elfogadnak. A világ bármely szakembere használhatja ezeket az információkat.

A Humán Genom Projekt megvalósítása során számos új kutatási módszert fejlesztettek ki, amelyek többségét a közelmúltban automatizálták, ami jelentősen felgyorsítja és csökkenti a DNS dekódolás költségeit. Ugyanezek az elemzési módszerek más célokra is felhasználhatók: az orvostudományban, a gyógyszerészetben, a törvényszéki orvostudományban stb.

Maradjunk a projekt néhány konkrét vívmányánál, elsősorban természetesen az orvostudományhoz és a farmakológiához kapcsolódóan.

A világon minden századik gyermek valamilyen örökletes hibával születik. A mai napig körülbelül 10 ezer különböző emberi betegség ismert, amelyek közül több mint 3 ezer örökletes. Már azonosítottak olyan mutációkat, amelyek felelősek olyan betegségekért, mint a magas vérnyomás, a cukorbetegség, a vakság és a süketség bizonyos típusai, valamint a rosszindulatú daganatok. Felfedezték az epilepszia, a gigantizmus stb. egyik formájáért felelős géneket. Az alábbiakban felsorolunk néhány olyan génkárosodás következtében fellépő betegséget, amelyek szerkezetét 1997-re teljesen megfejtették.

Génkárosodásból eredő betegségek

1. Krónikus granulomatosis
2. Cisztás fibrózis
3. Wilson-kór
4. Korai emlő/petefészekrák
5. Emery-Dreyfus izomdisztrófia
6. A gerincizmok sorvadása
7. A szem albinizmusa
8. Alzheimer-kór
9. Örökletes bénulás
10. Disztónia

Valószínűleg az elkövetkező években lehetővé válik a súlyos betegségek ultrakorai diagnosztizálása, ezáltal az ellenük való sikeresebb küzdelem. Jelenleg aktívan fejlesztenek módszereket a gyógyszereknek az érintett sejtekbe történő célzott eljuttatására, a beteg gének egészségesekkel való helyettesítésére, az oldalsó metabolikus útvonalak be- és kikapcsolására a megfelelő gének be- és kikapcsolásával. A génterápia sikeres alkalmazására már ismertek példák. Például jelentős enyhülést lehetett elérni egy súlyos veleszületett immunhiányban szenvedő gyermek állapotán a sérült gén normál másolatainak bejuttatásával.

A betegséget okozó gének mellett néhány más gént is felfedeztek, amelyek közvetlenül kapcsolódnak az emberi egészséghez. Kiderült, hogy vannak olyan gének, amelyek a veszélyes iparágakban hajlamot okoznak a foglalkozási megbetegedések kialakulására. Így az azbesztgyártás során egyesek megbetegednek és belehalnak azbesztózisba, míg mások ellenállnak ennek. A jövőben lehetőség nyílik egy speciális genetikai szolgálat létrehozására, amely ajánlásokat ad a foglalkozási megbetegedésekre való hajlam tekintetében a lehetséges szakmai tevékenységekre.

Kiderült, hogy az alkoholizmusra vagy a kábítószer-függőségre való hajlamnak genetikai alapja is lehet. Már hét gént fedeztek fel, amelyek károsodása a vegyi anyagoktól való függőség kialakulásával függ össze. Alkoholizmusban szenvedő betegek szöveteiből egy mutáns gént izoláltak, amely az agy örömközpontjainak működésében kulcsszerepet játszó sejt dopaminreceptorainak hibáihoz vezet. A dopamin hiánya vagy receptorainak hibája közvetlenül összefügg az alkoholizmus kialakulásával. A negyedik kromoszómán egy gént fedeztek fel, amelynek mutációi a korai alkoholizmus kialakulásához vezetnek, és már kora gyermekkorban megnyilvánulnak a gyermeki mobilitás megnövekedett és figyelemzavaraként.

Érdekes módon a génmutációk nem mindig vezetnek negatív következményekhez – néha előnyösek is lehetnek. Ismeretes tehát, hogy Ugandában és Tanzániában a prostituáltak AIDS-fertőzöttsége eléri a 60-80%-ot, de néhányan nem csak nem halnak meg, hanem egészséges gyermekeket is szülnek. Úgy tűnik, van egy mutáció (vagy mutációk), amely megvédi az embert az AIDS-től. Az ezzel a mutációval rendelkező emberek megfertőződhetnek az immunhiányos vírussal, de nem fejlődnek ki AIDS-ben. Most egy térképet készítettek, amely nagyjából tükrözi ennek a mutációnak az európai elterjedését. Különösen gyakori (a lakosság 15%-ában) a finnugor lakosság körében. Egy ilyen mutáns gén azonosítása egy megbízható módszer létrehozásához vezethet századunk egyik legszörnyűbb betegsége elleni küzdelemhez.

Kiderült az is, hogy ugyanannak a génnek különböző alléljei különböző reakciókat válthatnak ki az emberekben a drogokra. A gyógyszergyárak azt tervezik, hogy ezeket az adatokat a különböző betegcsoportoknak szánt speciális gyógyszerek előállítására használják fel. Ez segít kiküszöbölni a gyógyszerek mellékhatásait, pontosabban megérteni hatásmechanizmusukat, és több millió költséget csökkenteni. A farmakogenetika egy teljesen új ága azt vizsgálja, hogy a DNS-szerkezet bizonyos jellemzői hogyan gyengíthetik vagy fokozhatják a gyógyszerek hatását.

A baktériumok genomjának dekódolása új, hatékony és ártalmatlan vakcinák és kiváló minőségű diagnosztikai gyógyszerek létrehozását teszi lehetővé.

Természetesen a Humán Genom Projekt vívmányai nemcsak az orvostudományban vagy a gyógyszeriparban hasznosíthatók.

A DNS-szekvenciák segítségével meghatározható az emberek közötti kapcsolat mértéke, a mitokondriális DNS pedig az anyai rokonság pontos megállapítására. Kifejlesztettek egy „genetikai ujjlenyomat” módszert, amely lehetővé teszi egy személy azonosítását nyomnyi vér, bőrpelyhek stb. Ezt a módszert sikeresen alkalmazták a törvényszéki tudományban – már több ezer embert felmentettek vagy elítéltek genetikai elemzés alapján. Hasonló megközelítések alkalmazhatók az antropológiában, őslénytanban, néprajzban, régészetben, sőt a biológiától olyan távoli területen is, mint az összehasonlító nyelvészet.

A kutatás eredményeként lehetővé vált a baktériumok és a különböző eukarióta szervezetek genomjainak összehasonlítása. Kiderült, hogy az evolúciós fejlődés folyamatában az élőlényekben növekszik az intronok száma, i.e. az evolúció a genom „felhígulásával” jár: egységnyi DNS-hosszra vetítve egyre kevesebb információ jut a fehérjék és az RNS felépítéséről (exonok), illetve egyre több olyan régió, amelynek nincs egyértelmű funkcionális jelentősége (intronok). Ez az evolúció egyik nagy titka.

Korábban az evolúciós tudósok a sejtes organizmusok evolúciójának két ágát különböztették meg: prokarióták és eukarióták. A genomok összehasonlításának eredményeként az archaebaktériumokat külön ágra kellett megkülönböztetni - egyedi egysejtű szervezetekre, amelyek egyesítik a prokarióták és az eukarióták jellemzőit.

Jelenleg az ember képességeinek és tehetségének génjeitől való függésének problémáját is intenzíven tanulmányozzák. A jövőbeli kutatások fő feladata a különböző szervek sejtjeinek egynukleotidos DNS-variációinak vizsgálata és az emberek közötti genetikai szintű különbségek azonosítása. Ez lehetővé teszi az emberek génportréinak készítését, és ennek eredményeként a betegségek hatékonyabb kezelését, az egyes személyek képességeinek és képességeinek felmérését, a populációk közötti különbségek azonosítását, egy adott személy egy adott környezeti helyzethez való alkalmazkodóképességének mértékét. stb.

Végezetül meg kell említeni az adott személyekre vonatkozó genetikai információk terjesztésének veszélyét. Ezzel kapcsolatban néhány ország már hozott olyan törvényeket, amelyek tiltják az ilyen információk terjesztését, és ügyvédek világszerte dolgoznak ezen a problémán. Emellett a Human Genome Project olykor az eugenika új szintre való újjáéledésével is összefüggésbe hozható, ami szintén aggodalomra ad okot a szakértők körében.

Az emberi genom elemzése befejeződött.

2000. április 6-án Washingtonban az Egyesült Államok Kongresszusának Tudományos Bizottságának ülését tartották, amelyen Dr. J. Craig Venter bejelentette, hogy cége, a Celera Genomics befejezte az emberi genom összes szükséges fragmentumának nukleotidszekvenciájának megfejtését. . Arra számít, hogy az összes gén (kb. 80 ezer van, és hozzávetőleg 3 milliárd DNS- „betűt” tartalmaz) szekvenálásának előmunkálatai 3-6 héten belül befejeződnek, i. a tervezettnél jóval korábban. Valószínűleg 2003-ra befejeződik az emberi genom végső szekvenálása.

Celera 22 hónappal ezelőtt csatlakozott a Human Genome Project kutatásához. Megközelítéseit kezdetben bírálta a projekt résztvevőinek úgynevezett nyílt konzorciuma, de a múlt hónapban befejezett alprojektje a gyümölcslégy genomjának megfejtésére megmutatta hatékonyságukat.

Ezúttal senki sem bírálta K. Venter előrejelzéseit, amelyeket az Egyesült Államok elnöki tudományos tanácsadója, Dr. N. Lane és a konzorcium képviselője, a legnagyobb genomszekvenálási szakember, Dr. Robert Waterston jelenlétében tett. .

A genom előzetes térképe az összes gén körülbelül 90%-át tartalmazza majd, de ennek ellenére nagy segítséget jelent majd a tudósok és az orvosok munkájában, hiszen lehetővé teszi számukra, hogy egészen pontosan megtalálják a szükséges géneket. Dr. Venter elmondta, hogy most azt tervezi, hogy 300 szekvenátorát használja az egérgenom elemzésére, amelyek ismerete segít megérteni az emberi gének működését.

A megfejtett genom egy emberhez tartozik, ezért X és Y kromoszómát is tartalmaz. Ennek a személynek a neve nem ismert, és nem is számít, mert... A Celera és egy kutatókonzorcium is kiterjedt adatokat gyűjtött és gyűjt az egyéni DNS-variációkról. A konzorcium egyébként különféle emberektől nyert genetikai anyagot használ fel kutatásai során. Dr. Venter 500 ezer megfejtett, de nem szekvenált fragmentumként jellemezte a konzorcium által elért eredményeket, amelyekből nagyon nehéz lenne teljes géneket építeni.

Dr. Venter elmondta, hogy a gének szerkezetének megállapítása után konferenciát szervez, amelyben külső szakértőket vonnak be a DNS-molekulákban lévő gének helyzetének azonosításába és funkcióik meghatározásába. Ezt követően más kutatók szabadon hozzáférhetnek az emberi genom adatokhoz.

Eredményeik közös publikálásáról tárgyaltak Venter és egy kutatókonzorcium, és a megállapodás egyik fő pontja az volt, hogy a gének szabadalmaztatása csak funkciójuk és DNS-ben elfoglalt helyük pontos meghatározása után lehetséges.

A tárgyalások azonban megszakadtak, mert nézeteltérések merültek fel azzal kapcsolatban, hogy mi tekinthető a genomszekvenálás befejezésének. A probléma az, hogy az eukarióták DNS-ében a prokarióták DNS-ével ellentétben vannak olyan fragmentumok, amelyeket a modern módszerekkel nem lehet megfejteni. Az ilyen fragmentumok mérete 50-150 ezer bázis között mozoghat, de szerencsére ezek a fragmentumok nagyon kevés gént tartalmaznak. Ugyanakkor a génekben gazdag DNS-régiókban vannak olyan fragmentumok, amelyeket szintén nem lehet megfejteni.

A gének helyzetének és funkcióinak meghatározását speciális számítógépes programok segítségével kell elvégezni. Ezek a programok elemzik a gének szerkezetét, és összehasonlítva azt más élőlények genomjaira vonatkozó adatokkal, javaslatokat tesznek azok lehetséges funkcióira. Celera szerint a munka akkor tekinthető befejezettnek, ha a gének szinte teljesen azonosítottak, és pontosan ismert, hogy a megfejtett fragmentumok hogyan helyezkednek el a DNS-molekulán, azaz. milyen sorrendben? A Celera eredményei megfelelnek ennek a definíciónak, míg a konzorcium eredményei nem teszik lehetővé a megfejtett szakaszok egymáshoz viszonyított helyzetének egyértelmű meghatározását.

Az emberi genom teljes térképének összeállítása után a Celera azt tervezi, hogy ezeket az adatokat más kutatók számára is elérhetővé teszi előfizetéssel, míg az egyetemek esetében nagyon alacsony, évi 5-15 ezer dollár lesz az adatbank használati díja. Ez komoly versenyt jelent majd az egyetemi tulajdonú Genbank adatbázisnak.

A tudományos bizottság ülésének résztvevői rendkívül kritikusan fogalmaztak az olyan társaságokkal szemben, mint az Incyte Pharmaceuticals és a Human Genome Sciences, amelyek minden este lemásolták a konzorcium interneten elérhető adatait, majd kérelmezték az ezekben a szekvenciákban felfedezett összes gén szabadalmaztatását.

Arra a kérdésre, hogy az emberi genomra vonatkozó adatok felhasználhatók-e új típusú, például csak egyes populációkra veszélyes biológiai fegyverek létrehozására, Dr. Venter azt válaszolta, hogy a kórokozó baktériumok és vírusok genomjára vonatkozó adatok sokkal nagyobb veszélyt jelentenek. Arra az egyik kongresszusi képviselő kérdésére, hogy az emberi fajban megvalósuló célzott változtatások most valósággá válnak-e, Dr. Venter azt válaszolta, hogy körülbelül száz évbe telhet az összes gén funkciójának teljes meghatározása, és addig nem beszélnek a célzott változásokról. változások a genomban.

Emlékezzünk vissza, hogy 1999 decemberében Nagy-Britannia és Japán kutatói bejelentették a 22. kromoszóma szerkezetének megállapítását. Ez volt az első dekódolt emberi kromoszóma. 33 millió bázispárt tartalmaz, és 11 szakasz (a DNS hosszának körülbelül 3%-a) megfejtetlen maradt a szerkezetében. A gének hozzávetőleg felének funkcióját meghatározták ehhez a kromoszómához. Megállapítást nyert például, hogy ennek a kromoszómának a defektusai 27 különböző betegséghez kapcsolódnak, beleértve a skizofréniát, a mieloid leukémiát és a 22-es triszómiát, amely a második vezető ok a terhes nők vetélésében.

Akkoriban brit tudósok élesen bírálták a Celera által alkalmazott szekvenálási módszereket, és úgy vélték, hogy túl sokáig tartana megfejteni a szekvenciákat és meghatározni a fragmentumok egymáshoz viszonyított helyzetét. Ezután a dekódolt anyag ismert mennyisége alapján azt jósolták, hogy legközelebb a 7., 20. és 21. kromoszómát térképezik fel.

Egy héttel azután, hogy bejelentették, hogy befejeződött a humán genom nukleotidszekvenciáinak megfejtése, az Amerikai Tudományfejlesztési Szövetség ülésére került sor, amelyen Bill Richardson amerikai energiaügyi miniszter bejelentette, hogy a Joint Genome Institute tudósai megállapították. az 5., 16. és 19. emberi kromoszóma szerkezete.

Ezek a kromoszómák megközelítőleg 300 millió bázispárt tartalmaznak, ami 10-15 ezer gén, vagyis az emberi genetikai anyag mintegy 11%-a. Eddig e kromoszómák DNS-ének 90%-át sikerült feltérképezni, még mindig vannak olyan területek, amelyeket nem lehet megfejteni, és kis számú gént tartalmaznak.

A kromoszómatérképek olyan genetikai hibákat tárnak fel, amelyek bizonyos vesebetegségekhez, prosztata- és vastagbélrákhoz, leukémiához, magas vérnyomáshoz, cukorbetegséghez és érelmeszesedéshez vezethetnek. Richardson szerint a nyárhoz közeledve a kromoszómák szerkezetével kapcsolatos információk minden kutató számára ingyenesen hozzáférhetők lesznek.



„Ma, tíz évvel a Human Genome Project befejezése után kijelenthetjük: a biológia sokkal összetettebb, mint azt a tudósok korábban elképzelték” Erica Check Hayden írja a Nature News március 31-i és a Nature április 1-i számában.1

Átírási projekt emberi genom század végének egyik legnagyobb tudományos vívmánya lett. Egyesek a Manhattan Projecthez (az amerikai nukleáris fegyverek fejlesztésére irányuló program) vagy az Apollo programhoz (NASA emberes űrrepülések) hasonlítják. Korábban a DNS-karakterek szekvenciáinak olvasása unalmas és fáradságos munkának számított. Ma a genom megfejtése természetes dolog. De amikor új adatok jelentek meg a különféle organizmusok genomjairól - az élesztőtől a neandervölgyiig, nyilvánvalóvá vált: "Ahogy a szekvenálás és más fejlett technológiák új adatokat szolgáltatnak számunkra, a biológia összetettsége egyre nő a szemünk előtt.", írja Hayden.

Néhány felfedezés meglepően egyszerű volt. A genetikusok 100 ezer gént vártak az emberi genomban, de kiderült, hogy körülbelül 21 ezer, de meglepetésükre a tudósok más segédmolekulákat is felfedeztek - transzkripciós faktorokat, kis RNS-eket, szabályozó fehérjéket, amelyek aktívan és egymással összefüggően a séma szerint járnak el, ami egyszerűen nem fér a fejembe. Hayden a fraktálgeometriában használt Mandelbrot-készlettel hasonlította össze őket, és a biológiai rendszerek még mélyebb komplexitását mutatta be.

"A legelején úgy gondoltuk, hogy a jelzési útvonalak meglehetősen egyszerűek és egyértelműek, mondja Tony Pawson, az Ontariói Torontói Egyetem biológusa. -Ma már megértjük, hogy az információ átvitele a cellákban egy teljes információs hálózaton keresztül történik, nem pedig egyszerű, külön utakon. Ez a hálózat sokkal összetettebb, mint gondoltuk."

Hayden elismeri, hogy a "szemét DNS" fogalmát darabokra törték. Azzal az elképzeléssel kapcsolatban, hogy a génszabályozás direkt és lineáris folyamat, i.e. A gének olyan szabályozó fehérjéket kódolnak, amelyek szabályozzák a transzkripciót, megjegyezte: „Csak tíz évvel a biológia posztgenomikus korszaka megszüntette ezt az elképzelést.” "A biológia új betekintése a nem kódoló DNS világába, amelyet egykor "szemét DNS-nek" neveztek, egyszerre lenyűgöző és zavarba ejtő." Ha ez a DNS szemét, akkor az emberi test miért írja át ennek a DNS-nek 74-93%-át? A nem kódoló régiók által termelt kis RNS-ek bősége és az egymással való kölcsönhatás módja teljesen meglepetés volt számunkra.

Mindezek megértése eloszlatja a Megfejtés Projekt kezdeti naivitását. emberi genom. A kutatók szándéka volt „Felold meg minden titkait az evolúciótól a betegségek eredetéig”. A tudósok abban reménykedtek, hogy megtalálják a rák gyógymódját, és a genetikai kódon keresztül nyomon követhetik az evolúció útját. Így volt ez az 1990-es években is. Joshua Plotkin biológus-matematikus a Pennsylvaniai Egyetemről (Philadelphia) mondta: "Ezeknek a rendkívüli szabályozó fehérjéknek a létezése azt mutatja, hogy milyen hihetetlenül naiv az alapvető folyamatok megértése, például egy sejt elindításának és leállításának módja.". Leonid Kruglyak, a Princeton Egyetem (New Jersey) genetikusa szerint: "Naivitás azt gondolni, hogy bármilyen folyamat megértéséhez (legyen az biológia, időjárás-előrejelzés vagy bármi más), csak hatalmas mennyiségű adatot kell felvenni, át kell futtatni egy adatelemző programot, és meg kell érteni, mi történik a folyamat során.".

Egyes tudósok azonban még mindig az egyszerűséget keresik az összetett rendszerekben. A felülről lefelé irányuló elemzés elvei olyan modelleket próbálnak létrehozni, amelyekben az alapvető referenciapontok a helyükre kerülnek.

A rendszerbiológia új tudományágának célja, hogy segítse a tudósokat a meglévő rendszerek összetettségének megértésében. A biológusok abban reménykedtek, hogy a p53 fehérjében, egy sejtben vagy egy sejtcsoport között fellépő összes kölcsönhatás felsorolásával, majd számítási modellbe történő lefordításával képesek lesznek megérteni az összes biológiai rendszer működését.

A zűrzavaros posztgenomika éveiben a rendszerbiológusok számos, erre a stratégiára épülő projektet indítottak el: kísérletet tettek olyan rendszerek biológiai modelljeinek létrehozására, mint az élesztősejt, az E. coli, a máj, sőt a „virtuális ember” is. .” Jelenleg ezek az erőfeszítések ugyanazt az akadályt sújtják: lehetetlen összegyűjteni az összes releváns információt a modellben szereplő minden interakcióról.

A Hayden által leírt p53 fehérje áramkör a váratlan összetettség figyelemre méltó példája. Az 1979-ben felfedezett p53-at kezdetben inkább rákpromoternek, mint rákszuppresszornak tekintették. "Kevés más fehérjét tanulmányoztak alaposabban, mint a p53." jegyezte meg a tudós. "A p53 fehérje története azonban sokkal összetettebbnek bizonyult, mint azt eredetileg gondoltuk.". Elárult néhány részletet:

„A kutatók már tudják, hogy a p53 kötődik több ezer telek DNS, és ezen szakaszok egy része más gén több ezer bázispárja. Ez a fehérje befolyásolja a sejtek növekedését, halálát és szerkezetét, valamint a DNS helyreállítását. Számos más fehérjéhez is kötődik, amelyek megváltoztathatják aktivitását, és ezek a fehérje-fehérje kölcsönhatások kémiai módosítók, például foszfát- és metilcsoportok hozzáadásával szabályozhatók. Az alternatív splicing néven ismert folyamat révén a p53 fehérje felszívódhat kilenc különböző forma, amelyek mindegyikének megvan a maga aktivitása és kémiai módosítói. A biológusok ma már megértik, hogy a p53 részt vesz a nem rákos folyamatokban, például a termékenységben és a korai embrionális fejlődésben. Egyébként teljesen írástudatlan egyedül a p53 fehérjét próbálni megérteni. E tekintetben a biológusok áttértek a p53 fehérje kölcsönhatásainak tanulmányozására, amint az a rajzokon látható, dobozokkal, körökkel és nyilakkal, amelyek szimbolikusan ábrázolják a kapcsolatok összetett labirintusát.

A kölcsönhatások elmélete egy új paradigma, amely felváltotta az egyirányú lineáris „gén - RNS - fehérje” sémát. Ezt a sémát korábban a genetika „központi dogmájának” nevezték. Most minden hihetetlenül elevennek és energikusnak tűnik, promóterekkel, blokkolókkal és interakciókkal, visszacsatolási hurokkal, előrecsatolt folyamatokkal és "érthetetlenül bonyolult jelátviteli utak." "A p53 fehérje története egy újabb példa arra, hogy a biológusok megértése hogyan változik a genomiális korszak technológiáinak megjelenésével." jegyezte meg Hayden. "Bővítette ismereteinket az ismert fehérjekölcsönhatásokról, és megzavarta a jelátviteli útvonalakkal kapcsolatos régi elképzeléseket, amelyekben a p53-hoz hasonló fehérjék egy meghatározott downstream szekvenciát váltanak ki."

A biológusok gyakori hibát követtek el, amikor azt gondolják, hogy több információ több megértést jelent. Egyes tudósok továbbra is az „alulról felfelé” építkező típus szerint dolgoznak, hisz mindennek az alapja az egyszerűség, ami előbb-utóbb kiderül. „Az emberek hozzászoktak ahhoz, hogy bonyolítsák a dolgokat” jegyezte meg egy kutató Berkeley városából. Ugyanakkor egy másik tudós, aki azt tervezte, hogy 2007-re feltárja az élesztőgomba genomját és kapcsolatait, kénytelen volt több évtizedre elhalasztani terveit. Nyilvánvaló, hogy megértésünk továbbra is nagyon felületes. Hayden így foglalta össze: "A biológiai komplexitás gyönyörű és titokzatos struktúrái (mint amilyeneket a Mandelbrot-halmazban látunk) megmutatják, milyen messze vannak a megoldástól".

De van egy jó oldala is a bonyolultság feltárásának. Mina Bissell, a kaliforniai Lawrence Berkeley National Laboratory rákkutatója elismeri: „Az előrejelzések szerint a projekt az emberi genom megfejtése segít a tudósoknak megfejteni az összes titkot, kétségbeesésbe kergetett.” Hayden azt mondja: „Híres emberek azt mondták, hogy a projekt után minden világos lesz számukra”. De a valóságban a Projekt csak ennek megértésében segített "A biológia összetett tudomány, és ettől lesz szép.".

Linkek:

1. Erica Check Hayden: Az emberi genom tíz év alatt: az élet nagyon bonyolult, magazin Természet 464, 664-667 (2010. április 1.) | doi:10.1038/464664a.

Ki jósolta meg a bonyolultságot: darwinisták vagy az intelligens tervezés hívei? Erre a kérdésre már tudja a választ. A darwinisták újra és újra megmutatták, hogy ebben a kérdésben tévednek. Véleményük szerint az életnek egyszerű eredete van (Kis meleg tavacska, amelyben Darwin álmai lebegnek). Korábban azt hitték, hogy a protoplazma egyszerű anyag, a fehérjék pedig egyszerű struktúrák, a genetika pedig egyszerű tudomány (emlékszel még Darwin pangénjére?). Úgy vélték, hogy a genetikai információ átadása és a DNS átírása egyszerű folyamatok (Central Dogma), és nincs semmi bonyolult a genetikai kód eredetében (az RNS-világ, vagy Crick „befagyasztott eset” hipotézise). Úgy vélték, hogy az összehasonlító genomika a genetika egy egyszerű ága, amely lehetővé teszi számunkra, hogy nyomon kövessük az élet evolúcióját a gének segítségével. Véleményük szerint az élet a mutációk és a természetes szelekció (kezdetleges szervek, ócska DNS) szemétdombja. Egyszerű, egyszerű, egyszerű. Simpletons...

Az emberi genom- egy nemzetközi program, amelynek végső célja a nukleotidszekvencia meghatározása ( szekvenálás) a teljes humán genomiális DNS-t, valamint a gének azonosítását és lokalizációját a genomban ( feltérképezése).

A projekt eredeti ötlete ben született 1984 fizikusok egy csoportja között, akik az Egyesült Államok Energiaügyi Minisztériumának dolgoztak, és egy másik problémát akartak vállalni, miután befejezték a nukleáris projekteken végzett munkát. IN 1988 Az Egyesült Államok Energiaügyi Minisztériumát és az Országos Egészségügyi Intézetet magában foglaló vegyes bizottság egy kiterjedt projektet mutatott be, amely az emberi genom szekvenálása mellett a baktériumok, élesztőgombák, fonálférgek, gyümölcslegyek és egerek genetikájának átfogó vizsgálatát is magában foglalta. ezeket az organizmusokat széles körben használták modellrendszerként az emberi genetika tanulmányozásában). Emellett részletes elemzést nyújtottak a projekttel kapcsolatos munkával kapcsolatban felmerülő etikai és társadalmi kérdésekről. A bizottságnak sikerült meggyőznie a Kongresszust, hogy különítsen el 3 milliárd dollárt a projektre (egy DNS-nukleotid egy dollárért), amelyben jelentős szerepe volt a projekt élére került Nobel-díjasnak. J. Watson. Hamarosan más országok is csatlakoztak a projekthez (Anglia, Franciaország, Japán stb.). Oroszországban 1988-ban egy akadémikus állt elő az emberi genom szekvenálásának ötletével. A.A.Baev, és be 1989 Hazánkban a Humán Genom programhoz tudományos tanácsot szerveztek.

1990-ben létrehozták a Nemzetközi Emberi Genom Kutatási Szervezetet. HUGO), amelynek több évig alelnöke volt akadémikus A. D. Mirzabekov. A genomprojekttel kapcsolatos munka kezdetétől fogva a tudósok egyetértettek abban, hogy a résztvevők számára minden kapott információ nyitott és hozzáférhető, függetlenül hozzájárulásuktól és nemzetiségüktől. Mind a 23 emberi kromoszómát felosztották a résztvevő országok között. Az orosz tudósoknak a 3. és 19. kromoszóma szerkezetét kellett tanulmányozniuk. Hazánkban ennek a munkának a finanszírozása megszűnt, és Oroszország nem vett részt a szekvenálásban. Hazánkban a genomikai kutatási program teljesen átalakult, és egy új területre – a bioinformatikára – összpontosult, amely megpróbálja megérteni és megérteni mindazt, amit matematikai módszerekkel már megfejtettek. A munkának 15 év alatt kellett volna elkészülnie, i.e. 2005 körül. A szekvenálás sebessége azonban évről évre nőtt, és ha a kezdeti években évente több millió nukleotidpárt tett ki szerte a világon, akkor 1999 végén egy amerikai magáncég"Celera" , vezette, naponta legalább 10 millió nukleotidpárt fejtett meg. Ez annak köszönhető, hogy a szekvenálást 250 robottelepítés végezte; éjjel-nappal dolgoztak, automatikusan működtek, és minden információt azonnal átvittek közvetlenül az adatbankokba, ahol rendszerezték, jegyzetekkel ellátták és elérhetővé tették a tudósok számára szerte a világon. Ezenkívül a Celera széles körben felhasználta a projekt részeként más résztvevőktől kapott adatokat, valamint különféle típusú előzetes adatokat. 2000. április 6-án az Egyesült Államok Kongresszusa Tudományos Bizottságának ülésére került sor, amelyen Venter kijelentette, hogy cége befejezte az emberi genom összes jelentős fragmensének nukleotidszekvenciájának megfejtését, és az előmunkálatokat a nukleotidszekvencia összeállítására. az összes gén (a feltételezések szerint 80 ezer van belőlük, és körülbelül 3 milliárd nukleotidot tartalmazott) végre elkészül.

A jelentés a HUGO képviselője, a legnagyobb szekvenálási szakember, Dr. R. Waterson jelenlétében készült. A Celera által megfejtett genom egy névtelen férfié volt, i.e. X és Y kromoszómát is tartalmaztak, a HUGO pedig különböző emberektől nyert anyagokat használt fel vizsgálatai során. Tárgyalások folytak Venter és a HUGO között az eredmények közös közzétételéről, de ezek hiába végződtek, mert nézeteltérések támadtak arról, hogy mi tekinthető a genomszekvenálás befejezésének. Celera szerint ez csak akkor mondható el, ha a gének teljesen szekvenáltak, és ismert, hogy a megfejtett szegmensek hogyan helyezkednek el a DNS-molekulában. Ezt a követelményt a Celera eredmények teljesítették, míg a HUGO eredmények nem tették lehetővé a megfejtett szakaszok egymáshoz viszonyított helyzetének egyértelmű meghatározását. Ennek eredményeként 2001 februárjában két legtekintélyesebb tudományos folyóirat különszámában, "Tudomány" és "Természet", a Celera és a HUGO vizsgálatok eredményeit külön publikálták, és bemutatták az emberi genom teljes nukleotidszekvenciáját, amely a hosszának körülbelül 90%-át fedi le.

Az emberi genom kutatása számos más, sokkal egyszerűbb organizmus genomjának szekvenálásához vezetett; A genomikai projekt nélkül ezeket az adatokat sokkal később és sokkal kisebb mennyiségben szerezték volna meg. Ezek megfejtése egyre nagyobb ütemben zajlik. Az első nagyobb siker a teljes feltérképezés volt 1995 A Haemophilus influenzae baktérium genomja, később több mint 20 baktérium genomját sikerült teljesen megfejteni, köztük a tuberkulózis, tífusz, szifilisz stb. 1996 feltérképezte az első eukarióta sejt genomját (egy kialakult sejtmagot tartalmazó sejt) élesztő, és be 1998 Először szekvenálták egy többsejtű szervezet genomját - a Caenorhabolits elegans orsóféreg ( fonálférgek). Megfejtették az első rovar, a gyümölcslégy genomját gyümölcslegyekés az első növény - Arabidopsis. Az emberben a két legkisebb kromoszóma szerkezetét már megállapították - a 21. és 22. Mindez megteremtette az alapot egy új irányvonal megteremtéséhez a biológiában - összehasonlító genomika.

A baktériumok, élesztőgombák és fonálférgek genomjának ismerete egyedülálló lehetőséget ad az evolúciós biológusoknak arra, hogy ne egyes géneket vagy azok együtteseit, hanem teljes genomokat hasonlítsanak össze. Ezt a hatalmas mennyiségű információt még csak most kezdik megérteni, és kétségtelen, hogy a biológiai evolúció új fogalmai várnak ránk. Így a fonálféreg számos „személyes” génje, ellentétben az élesztőgomba génjeivel, nagy valószínűséggel a többsejtű szervezetekre jellemző intercelluláris kölcsönhatásokhoz kapcsolódik. Az embernek csak 4-5-ször több génje van, mint a fonálférgeknek, ezért bizonyos génjeiknek „rokonai” kell lenniük a ma ismert élesztőgombák és férgek génjei között, ami megkönnyíti az új emberi gének keresését. Az ismeretlen fonálféreg gének funkciói sokkal könnyebben tanulmányozhatók, mint a hasonló humán géneké: könnyű bennük változtatásokat (mutációkat) végrehajtani vagy letiltani, miközben egyidejűleg nyomon követhető a szervezet tulajdonságaiban bekövetkező változások. Miután azonosítottuk a géntermékek biológiai szerepét a féregben, lehetséges ezeket az adatokat az emberekre extrapolálni. Egy másik megközelítés a génaktivitás elnyomása specifikus inhibitorok segítségével és a szervezet viselkedésében bekövetkezett változások nyomon követése.

Nagyon érdekes a genom kódoló és nem kódoló régiói közötti kapcsolat kérdése. A számítógépes elemzés szerint a C.elegans genomjában megközelítőleg egyenlő arányt - 27, illetve 26%-ot - foglalnak el az exonok (a gén azon régiói, amelyekben a fehérje vagy az RNS szerkezetére vonatkozó információkat rögzítik) és az intronok (régiók) gén, amelyek nem hordoznak ilyen információt, és az érett RNS kialakulása során kivágódnak). A genom fennmaradó 47%-át ismétlődések, intergenikus régiók stb. alkotják, azaz. ismeretlen funkciójú DNS-en. Ezeket az adatokat az élesztő genommal és a humán genommal összehasonlítva látni fogjuk, hogy az evolúció során a kódoló régiók genomonkénti aránya meredeken csökken: élesztőben nagyon magas, emberben nagyon kicsi. Van egy paradoxon: az eukarióták evolúciója alacsonyabb formákból magasabb formák felé a genom „felhígulásával” függ össze – egységnyi DNS-hosszra egyre kevesebb információ jut a fehérjék és az RNS szerkezetéről, és egyre több információ „a semmit”, valójában egyszerűen nem értjük és olvasatlanok. Sok évvel ezelőtt F.Crick, a DNS „kettős hélix” modelljének egyik szerzője ezt a DNS-t „önzőnek” vagy „szemétnek” nevezte. Lehetséges, hogy az emberi DNS egy része valóban ebbe a típusba tartozik, de ma már világos, hogy az „önző” DNS nagy része az evolúció során megmarad, sőt megnövekszik, i.e. valamiért evolúciós előnyöket biztosít tulajdonosának.

Egy másik fontos eredmény, amelynek általános biológiai (és gyakorlati) jelentősége van, az genom variabilitás. Általánosságban elmondható, hogy az emberi genom erősen konzervált. A benne lévő mutációk vagy károsíthatják, majd a szervezet egyik vagy másik hibájához, halálához vezetnek, vagy semlegesnek bizonyulnak. Ez utóbbiak nem szelekciónak vannak kitéve, mert nincsenek fenotípusos megnyilvánulásaik. A népességben azonban elterjedhetnek, és ha arányuk meghaladja az 1%-ot, akkor beszélnek polimorfizmus a genom (diverzitása). Az emberi genomban számos olyan régió található, amelyek csak egy vagy két nukleotidban különböznek egymástól, de generációról generációra továbbadódnak. Ez a jelenség egyrészt hátráltatja a kutatót, hiszen ki kell derítenie, hogy valódi polimorfizmusról van-e szó, vagy csak szekvenálási hibáról van szó, másrészt pedig egyedülálló lehetőséget teremt egy egyedi organizmus molekuláris azonosítására. . Elméleti szempontból a genomi variabilitás adja az alapját a populációgenetika számára, amely korábban tisztán genetikai és statisztikai adatokon alapult.

Mind a tudósok, mind a társadalom az emberi genom szekvenálásának eredményeinek alkalmazásához fűzi a legnagyobb reményeket genetikai betegségek kezelésére. A mai napig számos gént azonosítottak a világon, amelyek számos emberi betegségért felelősek, köztük olyan súlyosakért, mint az Alzheimer-kór, a cisztás fibrózis, a Duchenne-i izomdystrophia, a Huntington-kór, az örökletes mell- és petefészekrák. Ezeknek a géneknek a szerkezetét teljesen megfejtették, és magukat is klónozták. Még 1999-ben megállapították a 22-es kromoszóma szerkezetét, és meghatározták génjeinek felének funkcióit. Ezek hibái 27 különböző betegséghez kapcsolódnak, beleértve a skizofréniát, a mieloid leukémiát és a 22-es triszómiát, amely a spontán vetélés második leggyakoribb oka. Az ilyen betegek kezelésének leghatékonyabb módja az lenne, ha a hibás gént egészségesre cserélnénk. Ehhez először is ismerni kell a gén pontos lokalizációját a genomban, másodszor, hogy a gén a szervezet összes sejtjébe (vagy legalábbis a többségébe) bejusson, és ez a modernnel lehetetlen. technológiákat. Ráadásul még a sejtbe jutó kívánt gént is azonnal idegennek ismeri fel, és megpróbál megszabadulni tőle. Így a sejtek csak egy része „gyógyítható”, és csak átmenetileg. A génterápia alkalmazásának másik komoly akadálya számos betegség multigén jellege, pl. egynél több gén általi kondicionálásukat. A génterápia széles körű elterjedésére tehát a közeljövőben aligha számíthatunk, bár erre már van sikeres példa: a súlyos veleszületett immunhiányban szenvedő gyermek állapotán jelentős enyhülést lehetett elérni normál másolatok bevezetésével. a sérült gént belé. Világszerte folynak kutatások ezen a területen, és talán a vártnál hamarabb sikerül előrehaladást elérni, ahogy az az emberi genom szekvenálásával történt.

A szekvenálási eredmények másik fontos alkalmazása az új gének azonosítása, illetve azok azonosítása, amelyek bizonyos betegségekre való hajlamot határoznak meg. Így bizonyítékok vannak az alkoholizmusra és a kábítószer-függőségre való genetikai hajlamra, és már hét gént fedeztek fel, amelyek hibái a szerhasználathoz vezetnek. Ez lehetővé teszi azoknak a betegségeknek a korai (sőt prenatális) diagnosztizálását, amelyekre már megállapították a hajlamot.

Egy másik jelenség kétségtelenül széles körben alkalmazható: felfedezték, hogy ugyanazon gén különböző alléljai különböző reakciókat válthatnak ki az emberekben a kábítószerekkel szemben. A gyógyszergyárak azt tervezik, hogy ezeket az adatokat különböző betegcsoportoknak szánt gyógyszerek előállítására használják fel. Ez segít elkerülni a terápia mellékhatásait, és milliós költséget jelent. Egy teljesen új iparág van kialakulóban - farmakogenetika, amely azt vizsgálja, hogy a DNS-szerkezet bizonyos jellemzői hogyan befolyásolhatják a kezelés hatékonyságát. A gyógyszerkészítés teljesen új megközelítései fognak megjelenni, amelyek új gének felfedezésén és fehérjetermékeik tanulmányozásán alapulnak. Ez lehetővé teszi számunkra, hogy a „próba és hiba” hatástalan módszerétől a gyógyászati ​​anyagok célzott szintézisére térjünk át.

A genom variabilitásának fontos gyakorlati vonatkozása az személyazonosítás lehetősége. A „genomikus ujjlenyomat” módszerek érzékenysége akkora, hogy egy csepp vér vagy nyál, egy hajszál elegendő ahhoz, hogy az emberek között teljes biztonsággal családi kötelékek jöjjenek létre (99,9%). A humán genom szekvenálása után ez a módszer, amely ma már nem csak specifikus markereket használ a DNS-ben, hanem egynukleotidos polimorfizmust is, még megbízhatóbb lesz. A genom variabilitása a genomika területét eredményezte - etnogenomika. A Földön élő népcsoportok bizonyos, az adott népcsoportra jellemző csoportgenetikai jellemzőkkel rendelkeznek. A megszerzett információk bizonyos esetekben megerősíthetnek vagy megcáfolhatnak bizonyos tudományágakon belül keringő hipotéziseket, mint például a néprajz, a történelem, a régészet és a nyelvészet. Egy másik érdekes irány - paleogenomika, amely a temetkezési helyeken és sírdombokban talált maradványokból kinyert ősi DNS-t vizsgálja.

A „genomi faj” finanszírozása és több ezer szakember részvétele elsősorban azon a posztulátumon alapult, hogy a DNS nukleotidszekvenciájának megfejtése alapvető genetikai problémákat oldhat meg. Kiderült azonban, hogy az emberi genom mindössze 3%-a kódol fehérjéket, és részt vesz a génműködés szabályozásában a fejlődés során. A DNS fennmaradó szakaszainak mi a funkciója, és hogy léteznek-e egyáltalán, az teljesen homályos. Az emberi genom mintegy 10%-a 300 bp hosszúságú úgynevezett Alu elemekből áll. Az evolúció során a semmiből jelentek meg a főemlősök között, és csak közöttük. Miután eljutottak az emberhez, félmillió példányra szaporodtak, és a legfurcsább módon oszlanak el a kromoszómák mentén, vagy csomókat képezve, vagy megszakítva a géneket.

Egy másik probléma magukkal a DNS kódoló régióival kapcsolatos. A tisztán molekuláris számítógépes analízisben ezeknek a szakaszoknak a gének rangjára emelése tisztán formális kritériumoknak való megfelelést követeli meg: tartalmaznak-e az információ olvasásához szükséges írásjeleket, vagy sem, pl. hogy egy adott géntermék szintetizálódik-e rajtuk és mi az. Ugyanakkor a legtöbb potenciális gén szerepe, működési ideje és helye még mindig tisztázatlan. Venter szerint legalább száz évbe telhet minden gén működésének meghatározása.

Ezután meg kell állapodni abban, hogy mit kell beletenni a „genom” fogalmába. A genomot gyakran csak genetikai anyagként értelmezik, de genetikai és citológiai szempontból nemcsak a DNS-elemek szerkezetéből áll, hanem a közöttük lévő kapcsolatok természetéből is, amely meghatározza a gének működését és működését. hogy bizonyos környezeti feltételek mellett hogyan fog haladni az egyedfejlődés. És végül nem lehet nem említeni a jelenséget az ún "nem kanonikus öröklés", amely a „bolondmarhakór” járvány kapcsán hívta fel magára a figyelmet. A betegség az 1980-as években kezdett terjedni az Egyesült Királyságban, miután a teheneket feldolgozott birkafejekkel etették, beleértve a surlókórban, egy neurodegeneratív betegségben szenvedő juhokat. Hasonló betegséget kezdtek átadni azokra az emberekre, akik beteg tehenek húsát ették. Kiderült, hogy a fertőző ágens nem DNS vagy RNS, hanem prionfehérjék. A gazdasejtbe behatolva megváltoztatják a normál analóg fehérjék konformációját. A prionjelenséget az élesztőben is felfedezték.

Így tarthatatlan az a kísérlet, hogy a genomdekódolást pusztán tudományos és technikai feladatként mutassák be. Mindeközben ezt a nézetet széles körben hirdetik még a nagyon tekintélyes tudósok is. Így, a „The Code of Codes” (1993) című könyvben W. Gilbert, aki felfedezte a DNS-szekvenálás egyik módszerét, azt állítja, hogy az összes emberi DNS nukleotidszekvenciájának meghatározása az önmagunkról alkotott elképzeléseink megváltozásához vezet. „Hárommilliárd bázispár tárolható egyetlen CD-n. És bárki előhúzhatja a lemezét a zsebéből, és azt mondhatja: „Itt van – én vagyok!” Mindeközben nemcsak a DNS-lánc láncszemeinek sorrendjét kell ismerni, hanem nemcsak a gének egymáshoz viszonyított elhelyezkedését és funkcióit. Fontos kideríteni a köztük lévő kapcsolatok természetét, amely meghatározza, hogy a gének hogyan fognak működni meghatározott – belső és külső – körülmények között. Végül is sok emberi betegséget nem maguk a gének hibái okoznak, hanem összehangolt cselekvéseik és szabályozórendszereik megsértése.

Az emberek és más szervezetek genomjának dekódolása nemcsak a biológia számos területén vezetett előrelépéshez, hanem számos problémát is felvet. Az egyik a „genetikai útlevél” ötlete, amely jelzi, hogy egy adott személy hordoz-e egészségre veszélyes mutációt. Ezek az információk várhatóan bizalmasak, de senki sem tudja garantálni, hogy az információ nem szivárog ki. Van precedens az afroamerikaiak "genetikai tesztelésére", hogy megállapítsák, hordozzák-e a hemoglobin gént, amely sarlósejtes vérszegénységgel kapcsolatos mutációt tartalmaz. Ez a mutáció Afrikában gyakori a maláriás területeken, és ha egy allélban van jelen, akkor rezisztenciát biztosít a hordozónak a maláriával szemben, míg a két kópiával rendelkezők (homozigóták) kora gyermekkorban meghalnak. 1972-ben a malária elleni küzdelem részeként több mint 100 millió dollárt költöttek „minősítésre”, majd a program lezárása után kiderült, hogy a) egészséges emberekben, a mutáció hordozóiban bűntudat-komplexus alakul ki, ezeknél az embereknél nem érzi magát teljesen normálisnak, és így mások kezdik felfogni őket; b) a szegregáció új formái jelentek meg - a munkaerő-felvétel megtagadása. Jelenleg egyes biztosítótársaságok számos betegség DNS-vizsgálatára adnak forrást, és ha a leendő szülők, egy nem kívánt gén hordozói nem járulnak hozzá a terhesség megszakításához, és beteg gyermekük van, megtagadhatják a szociális támogatást.

További veszélyt jelentenek a transzgenózissal kapcsolatos kísérletek, más fajokból átültetett génekkel rendelkező organizmusok létrehozása és az ilyen „kimérák” elterjedése a környezetben. Itt különös veszélyt jelent a folyamat visszafordíthatatlansága. Ha egy atomerőművet be lehet zárni, a DDT és az aeroszolok használatát le lehet állítani, akkor lehetetlen új szervezetet eltávolítani a biológiai rendszerből. A McClintock által a növényekben felfedezett mobil gének és a mikroorganizmusok hasonló plazmidjai a természetben fajról fajra terjednek. Egy gén, amely káros vagy előnyös (emberi szempontból) egy faj számára, idővel átkerülhet egy másik fajba, és előre nem látható módon megváltoztathatja hatásának természetét. Amerikában a Monsanto nagyhatalmú biotechnológiai cég olyan burgonyafajtát hozott létre, amelynek sejtjei egy olyan toxint kódoló bakteriális gént tartalmaznak, amely elpusztítja a Colorado burgonyabogár lárváit. Azt állítják, hogy ez a fehérje ártalmatlan az emberekre és az állatokra, de az európai országok nem adtak engedélyt e fajta termesztésére országaikban. A burgonyát Oroszországban tesztelik. A transzgenikus növényekkel végzett kísérletekhez a kísérleti növényekkel végzett parcellák legszigorúbb elszigetelésére van szükség, de a Moszkva melletti Golicinban található Fitopatológiai Intézet transzgénikus növényekkel védett területein a karbantartók kiásták a burgonyát, és azonnal megették. Dél-Franciaországban egy rovarrezisztencia-gén ugrott a haszonnövényekről a gyomok közé. A veszélyes transzgenózis másik példája a lazac kibocsátása a skót tavakba, amelyek 10-szer gyorsabban híznak, mint a közönséges lazacok. Fennáll a veszélye, hogy ezek a lazacok az óceánba kerülnek, és megzavarják más halfajok populációinak egyensúlyát.

Így fogalmazta meg az előrejelzést F. Collins, a Human Genome Program (USA) vezetője.

2010

Genetikai vizsgálat, betegségek kockázatát csökkentő megelőző intézkedések és génterápia akár 25 örökletes betegség esetén. Az ápolónők orvosi genetikai eljárásokat kezdenek végezni. A preimplantációs diagnosztika széles körben elérhető, és ennek a módszernek a korlátai heves viták tárgyát képezik. Az Egyesült Államoknak törvényei vannak a genetikai megkülönböztetés megakadályozására és a magánélet tiszteletben tartására. Nem mindenki fér hozzá a genomika gyakorlati alkalmazásaihoz, különösen a fejlődő országokban.

2020

Megjelennek a piacon a cukorbetegség, a magas vérnyomás és más betegségek kezelésére szolgáló, genomiális információk alapján kifejlesztett gyógyszerek. Rákterápia, amely kifejezetten a rákos sejtek tulajdonságait célozza meg. A farmakogenomika számos gyógyszer kifejlesztésének általános megközelítésévé válik. A mentális betegségek diagnosztizálásának módjának megváltoztatása, új kezelési módszerek megjelenése, a társadalom ilyen betegségekhez való hozzáállásának megváltoztatása. A génterápia biztonságosságának bemutatása csírasejt szinten homológ rekombinációs technológiával.

2030

Az egyén teljes genomjának nukleotidszekvenciájának meghatározása rutin eljárássá válik, amely kevesebb, mint 1000 dollárba kerül. Az öregedési folyamatban részt vevő géneket katalogizálták. Klinikai kísérleteket végeznek az emberek maximális élettartamának növelésére.

Az emberi sejtekkel végzett laboratóriumi kísérleteket felváltották a számítógépes modelleken végzett kísérletek. A fejlett technológiák ellenzőinek tömeges megmozdulásai fokozódnak az Egyesült Államokban és más országokban.

2040

Minden általános egészségügyi intézkedés a genomikán alapul. A legtöbb betegségre való hajlamot meghatározzák (születéskor/szülés előtt).

Egyénre szabott hatékony megelőző gyógyszer áll rendelkezésre. A betegségeket molekuláris monitorozással korai stádiumban észlelik.

A génterápia a legtöbb betegségre elérhető.

A gyógyszerek helyettesítése a szervezet által a terápiára válaszul termelt géntermékekkel. Az átlagos várható élettartam a társadalmi-gazdasági intézkedéseknek köszönhetően eléri a 90 évet. Komoly vita folyik arról, hogy az ember képes-e irányítani saját evolúcióját.

Mint minden tudományos felfedezés, az emberi genom megfejtése is új fontos tudományos irányok kialakulásához vezetett, amelyek gyors fejlődése a 21. század kezdetét jelentette - funkcionális genomika, genetikai sokféleség (humán genom diverzitás), etikai, jogi és társadalmi vonatkozások. humán genomkutatás (etikai „jogi és társadalmi vonatkozások – ELSI).

A funkcionális genomika feladata új gének, pontosabban génegyüttesek, úgynevezett „génhálózatok” funkcióinak tanulmányozása a szervek, szövetek normális fejlődésében és különböző betegségekben. A genetikai sokféleség vizsgálata rávilágít az emberi evolúcióra, az etnogenezis problémáira, i.e. fajok, nemzetiségek, etnikai csoportok stb. eredete. Különösen fontosak az egyén különféle, köztük a leggyakoribb betegségekre való örökletes hajlamának tisztázásában. Jelen szakaszban nagy jelentőséget kap az emberiség gyorsan növekvő „genetizálódása” okozta komoly orvostudományi és társadalmi változásokhoz való alkalmazkodási módok kutatása.

Az emberi genom kutatásának egyik legfontosabb eredménye az orvostudomány új irányának a megjelenése és gyors fejlődése - a molekuláris medicina - az örökletes és nem örökletes betegségek diagnosztizálásán, kezelésén és megelőzésében, maguk a gének felhasználásával. , pontosabban nukleinsavak. Mi különbözteti meg a molekuláris gyógyászatot a hagyományos orvoslástól? Mindenekelőtt a diagnosztika egyetemessége a gének pontos elemzésén alapul. Megelőző fókusza, vagyis egy adott betegség diagnosztizálásának vagy nagy valószínűséggel történő előrejelzésének képessége (prediktív medicina). A kezelés egyértelműen kifejezett egyénisége (a gyógyszereket minden beteg számára szigorúan egyénileg kell kiválasztani). Végül maguknak a géneknek és termékeiknek a felhasználása különféle örökletes és nem örökletes betegségek kezelésére (génterápia). Mi az a prediktív medicina? Amint azt egy összehasonlító elemzés eredményei mutatják, a különböző emberek genomjainak molekuláris szerkezetében az egyéni variabilitás gyakorisága körülbelül 0,1%. Ez azt jelenti, hogy az ilyen különbségek (az egyes betűk helyettesítése) nagyon gyakran előfordulnak - körülbelül 400 karakterenként, ami genomonként 9 000 000 szubsztitúció jelenlétét jelenti. Fontos, hogy az ilyen változatok magukon a géneken belül ne legyenek ritkák. Eredményük lehet a genetikai kódban betűhelyettesítések (polimorfizmusok), amelyek szokatlan, gyakran erősen megváltozott, a normáltól eltérő tulajdonságú fehérjék szintézisét eredményezik. Az ilyen funkcionálisan eltérő fehérjék (izoenzimek), hormonok stb. jelenléte minden ember számára egyedi biokémiai mintázatot hoz létre.

Az ilyen szubsztitúciók a génekben (polimorfizmusok) nem mindig semlegesek. Ezek, vagy inkább az ilyen gének termékei, általában kevésbé hatékonyan működnek, és sebezhetővé teszik az embert egy adott betegséggel szemben. Ezt a gondolatot különösen világosan fogalmazta meg Francis Collins, a Nemzetközi Humán Genom Program igazgatója: „Egyikünk sem tökéletes. Egyre több genetikai teszt válik elérhetővé, és végül mindannyian felfedezzük, hogy van egy mutációnk, amely hajlamosít minket valamilyen betegségre.” Valójában a genetikai tesztek segítségével bármely életkorú személy, és ha szükséges, még a méhben is, hajlamot állapíthat meg egy adott betegségre. Ebben az esetben természetesen nem minden gént tesztelnek, hanem csak bizonyos géneket ("hajlam" gének, azaz olyan gének, amelyek polimorfizmusa (mutációja) összeegyeztethető az élettel, de külső tényezők (gyógyszerek, étrend, víz) bizonyos káros hatásaira. , levegő és stb.) vagy más gének termékei okozhatják a különböző, úgynevezett multifaktoriális betegségeket. Fontos hangsúlyozni, hogy a legtöbb betegség oka nem az egyes gének (ún. génhálózatok) mutációi. A megfelelő anyagcsere-folyamatokat pontosan az ilyen génhálózatok alkotóelemeinek megfejtése különböző betegségekben és az egyes gének polimorfizmusainak feltárása jelenti a prediktív orvoslás forró területét.

A prediktív medicina fontos ága a farmakogenetika – a szervezet különböző gyógyszerekre adott egyéni válaszreakcióinak genetikailag meghatározott jellemzőinek feltárása. Egyes becslések szerint évente több mint 100 000 ember hal meg a világon a kábítószerek helytelen adagolása miatt, ami figyelmen kívül hagyja a kábítószerek hatásának egyéni változatosságát. Jelenleg számos genetikai tesztet fejlesztettek ki, amelyeket széles körben alkalmaznak különböző laboratóriumokban és diagnosztikai központokban. Némelyikük olyan mutáns gének hordozóinak azonosítására irányul, amelyek különféle súlyos örökletes betegségekhez vezetnek. Ezek a vizsgálatok különösen fontosak a veszélyeztetett családokban, ahol már van beteg gyermek. Lehetővé teszik a megfelelő mutáns gének hordozóinak azonosítását egy családban, és megelőzik egy ismert beteg gyermek születését az időben történő prenatális (prenatális) diagnózis után. Létezik azonban a neurodegeneratív betegségek és néhány onkológiai betegség nagy csoportja, amelyek első klinikai megnyilvánulásai viszonylag későn, már felnőtteknél jelentkeznek. Az ilyen betegségekre tünet előtti diagnosztikai módszereket dolgoztak ki.

Jelenleg, amint azt a világirodalom elemzése mutatja, már mintegy 150-200 genetikai teszt áll rendelkezésre klinikai felhasználásra. Ezeket széles körben alkalmazzák az USA és a nyugat-európai országok különböző központjaiban, különösen Franciaországban, Nagy-Britanniában és Németországban. Franciaországban például kifejlesztették a SESAM (System Expert Specialisee aux Analyae Medicale) rendszert, amelyet már az orvosi gyakorlatban is alkalmaznak. A genetikai vizsgálatok eredményeinek számítógépes értelmezésén, valamint a biokémiai, szerológiai és immunológiai vizsgálatok eredményein alapul. Megvalósítása során már több mint 80 tesztet használnak, amelyeket speciális számítógépes programmal dolgoznak fel. Ez a program különösen jelentős mértékben járul hozzá a prediktív gyógyászathoz. A fő hangsúly a különböző genetikai tesztek eredményeinek értelmezésén van, és mindenekelőtt a méregtelenítő rendszer génjeinek állapotát vizsgáló teszteken, amelyek felelősek az ember sokféle külső hatásra való érzékenységéért, különösen vegyszerekre, gyógyszerekre és más xenobiotikumokra. Az Egyesült Királyságban már megkezdődött egy nagyszabású projekt létrehozása Biobank, amely több mint 500 000 különböző rasszhoz és etnikumhoz tartozó brit ember genetikai információit tartalmazza cukorbetegség, rák, Alzheimer-kór és szív- és érrendszeri betegségek tanulmányozása céljából. Ez a projekt sikeres megvalósítása esetén várhatóan egy új korszak kezdetét jelenti az orvostudományban, hiszen segítségével a betegek egyéni genetikai sajátosságai alapján lehet előre jelezni és kezelni a betegségeket.

Észtországban már megkezdődött a teljes lakosság és mindenekelőtt a fiatalok tömeges genetikai minősítésének programja. Oroszországban még nincs ilyen program. Különféle prediktív genetikai vizsgálatokat azonban már végeznek különböző moszkvai, szentpétervári, novoszibirszki, tomszki és ufai molekuláris laboratóriumokban és központokban.

Természetesen a méregtelenítő rendszer génjei (más néven metabolikus gének) csak egy a sok géncsalád közül, amelyek tesztelése a prediktív medicina szempontjából fontos. Az örökletes hajlamban más gének is jelentős szerepet játszanak, különösen a metabolitok transzmembrán transzportját szabályozó gének, valamint olyan gének, amelyek termékei kulcsszerepet játszanak a sejtanyagcserében (trigger gének).

Így bármennyire is szomorú, el kell ismernünk, hogy az ember olyan génkészlettel születik, amely hajlamosítja egyik vagy másik súlyos betegségre. Ezenkívül minden családban és minden emberben egy adott betegségre való örökletes hajlam súlyossága tisztán egyéni. A megfelelő gének tesztelése nemcsak az ezen és más multifaktoriális betegségek fokozott kockázatának kitett egyének azonosítását teszi lehetővé, hanem a kezelési stratégia optimalizálását is.

Fontos hangsúlyozni, hogy meglehetősen objektív információkhoz juthatunk bármely többtényezős betegségre való örökletes hajlamról, amelyet a szüleinktől örököltünk, ha nem egy vagy két, hanem több különböző gént – egy adott génhálózatban a fő hajlamgéneket – tesztelünk. Jelenleg több mint 25 multifaktoriális betegségre fejlesztettek ki módszereket a többkomponensű génhálózatok tesztelésére. Az elmondottakhoz tegyük hozzá: az összes emberi gén azonosítása és az új génhálózatok felfedezése mérhetetlenül növeli az örökletes hajlam genetikai vizsgálatának és az orvosi genetikai tanácsadásnak a lehetőségeit. Az új technológiák jelentős segítséget nyújthatnak ebben a tekintetben. Különösen a microarray-t használó elemzési módszerek, amelyek lehetővé teszik több ezer genetikai polimorfizmus egyidejű tesztelését egy személyben, vagy több polimorfizmust egyszerre sok ezer emberben. Ez utóbbi megközelítés különösen fontos egy egész állam populációjának genetikai szerkezetének megítélésében, ami fontos a gyakori multifaktoriális betegségek megelőzésének leghatékonyabb rendszerének megtervezéséhez.

Tehát a genetikai tesztek segítségével meglehetősen objektív információhoz juthatunk arról, hogy genomunk kialakulásakor, az embrionális fejlődés kezdeti szakaszában mely betegségek „választottak ki” minket már, vagyis mely mutáns géneket érintjük. hordozói. Ma már teljesen kideríthető, hogy genomunk egyedi sajátosságai mennyiben jelenthetnek valós veszélyt gyermekeink és közeli hozzátartozóink egészségére, és vezethetnek súlyos, gyógyíthatatlan betegségekhez. Az egyes személyek genomjára vonatkozó ilyen információk összessége lehetővé teszi, hogy egyéni adatbázisról beszéljünk. Az örökletes betegségek prenatális (prenatális) diagnosztizálásának gyakorlati gyógyászatba való bevezetése, a mutáns gének hordozásának szűrése (tömeges vizsgálata), valamint a genetikai vizsgálatok aktívan hozzájárulnak az egyének és egész családok adatbázisainak kialakításához. Kiegészítve a kariotípussal (kromoszómakészlettel) és a genetikai számmal (minden személy egyedi genetikai kódja, genomikus ujjlenyomat-vételi módszerekkel) kapcsolatos információkkal, és ez az alapja egy személy kibővített egyéni adatbázisának - a „genetikai útlevélnek”. A probléma azonban az, hogy nem minden ember akar és nem hajlandó megismerni öröklődésének buktatóit. Nem kevésbé súlyos az ilyen információk kötelező szigorú titkosságának problémája. Természetesen ezeknek és sok más problémának a megoldása a modern genetika vívmányainak az életben való széles körű megvalósítása felé vezető úton megköveteli, hogy a tudósok és a társadalom részletesen megértsék. Sürgősen szükség van a prediktív orvoslás vívmányainak az egészségügyi gyakorlatban történő alkalmazásának egyértelmű jogi szabályozására és harmonikus társadalmi adaptációjára.

Az emberi genom kutatásának stratégiai irányai.

Az emberi genom kutatása már vezetett olyan új tudományos irányok, és ennek megfelelően olyan programok megjelenéséhez, mint a „Funkcionális genomika”; „Emberi genetikai sokféleség”; "Az emberi genom kutatásának etikai, jogi és társadalmi vonatkozásai." Ezek a trendek aktívan behatolnak az emberi élet minden területére, és most lehetővé teszik, hogy az emberiség gyorsan növekvő „genetizálásáról” beszéljünk.

1. A feltérképezett gének számának rohamos növekedésével egyre nyilvánvalóbbá válik a funkciójukra és mindenekelőtt az általuk kódolt fehérjék funkcionális jelentőségére vonatkozó adatok hiánya. Az emberi genom fizikai térképén már azonosított több mint 30 ezer génből máig nem vizsgáltak funkcionálisan 5-6 ezret Mi a funkciója a fennmaradó 25 ezernek, amely már feltérképezett, és ugyanennyi génnek nem mégis a feltérképezés a kutatás fontos stratégiai feladata "Funkcionális genomika" program. Embrionális őssejtek célzott mutagenezisének módszerei, különböző szövetek és szervek cDNS-bankjainak létrehozása az ontogenezis különböző szakaszaiban; módszerek kidolgozása a fehérjéket nem kódoló DNS-régiók funkcióinak tanulmányozására; új technológiák kifejlesztése a génexpresszió összehasonlító elemzésére – ezek már létező megközelítések a funkcionális genomika problémáinak megoldására.

2. Az egypetéjű ikrek kivételével minden ember genomja más. A genomokban mind a szemantikai részükben (strukturális gének exonjai), mind a nem kódoló szekvenciáiban (intergenikus terek, intronok stb.) jelentkező markáns populációs, etnikai és főként interindividuális különbségeket a különböző genetikai polimorfizmushoz vezető mutációk okozzák. Utóbbit alaposan tanulmányozzák a gyorsan növekvő „Emberi genetikai sokféleség” program. Az etnogenezis, a genogeográfia, az emberi eredet, a genom evolúciójával kapcsolatos számos probléma megoldása a filogenezisben és az etnogenezisben – ez az alapvető problémák sora, amelyekkel ez a gyorsan fejlődő terület szembesül. Ehhez szorosan kapcsolódnak az összehasonlító genomikai tanulmányok. Az emberrel egyidejűleg más emlősök (egér), valamint rovarok (drosophila) és férgek (Caenorhabditis elegans) genomját szekvenálják. Okunk van feltételezni, hogy a különféle állatok genomjának számítógépes elemzése lehetővé teszi egy periódusos genomrendszer létrehozását. A jövő megmutatja, hogy kétdimenziós lesz-e, a jól ismert D. I. Mengyelejev kémiai elemek periódusos rendszerével, vagy kiderül, hogy többdimenziós. Egy ilyen biológiai periodikus rendszer létrehozásának lehetősége azonban ma már nem tűnik fantasztikusnak.

3. Ahogy az emberi élet egyre inkább „genetizálódik”, azaz. a genetika behatolása nemcsak az orvostudomány minden területére, hanem azon túl is, így a társadalmi szférákba is, a világközösség minden szektorának növekvő érdeklődése a genetika vívmányai iránt, a számos probléma megoldásának igénye egyre nagyobb A tudósok, hivatalnokok, kormányok és egyszerűen képzett emberek számára nyilvánvalóak az emberi genom tanulmányozása és funkcióinak ismerete által előidézett etikai, jogi, jogi és társadalmi problémák. Etikai, jogi és szociális programsorozat, amelynek célja az ember és a társadalom egészének a genetika vívmányaihoz való alkalmazkodásának problémáinak tanulmányozása.

A tudósok megfejtették az emberi genom utolsó kromoszómáját. Összeállították a legösszetettebb emberi kromoszómák térképét. 1. kromoszóma majdnem kétszer annyi gént tartalmaz, mint egy normál kromoszóma, és az emberi genetikai kód 8%-át teszi ki. Ez a legnagyobb kromoszóma volt az utolsó a 23 emberi kromoszóma közül (22 páros plusz nemi kromoszóma), amelyet a Human Genome Project részeként fejtettek meg – írja a Reuters.

Ez a kromoszóma 3141 gént tartalmaz, beleértve azokat, amelyek olyan betegségekhez kapcsolódnak, mint a rák, az Alzheimer-kór és a Parkinson-kór. „Ez az eredmény egy fontos mérföldkövet zár le a Human Genome Projectben” – mondja Simon Gregory, a brit Sanger Institute projektvezetője.

Az 1. kromoszóma a legnagyobb, és a legtöbb gént tartalmazza. "Tehát a genomnak ez a régiója kapcsolódik a legtöbb betegséghez" - mondja Gregory.

Az 1. kromoszóma szekvenálása 150 brit és amerikai tudós 10 év munkáját igényelte. A munka eredményei világszerte segítenek a kutatóknak a rák, az autizmus, a mentális zavarok és más betegségek diagnosztizálására és kezelésére szolgáló módszerek kidolgozásában.

A kromoszómák a sejtmagban helyezkednek el, fonalszerű struktúrák és olyan géneket tartalmaznak, amelyek meghatározzák az ember egyéni tulajdonságait. Az emberi genom becslések szerint 20-25 ezer génből áll. Az 1. kromoszóma szekvenálása 1000 új gént tárt fel.

Bibliográfia

Baranov V.S., Baranova E.V., Ivascsenko T.E., Aseev M.V. Az emberi genom és a „fogékonysági” gének: Bevezetés a prediktív gyógyászatba. Szentpétervár, 2000
Borinskaya S.A., Yankovsky N.K. A prokarióta genom szerkezete // Molekuláris biológia. 1999. T. 33. 6. sz
Bochkov N.P. Humángenetika és klinikai orvoslás // Vestn. RAMS. 2001. 10. sz
Génterápia – a jövő orvoslása / Szerk. A.V.Zelenina. M., 2000
Gorbunova V.N., Baranov V.S. Bevezetés az örökletes betegségek molekuláris diagnosztikájába és génterápiájába. Szentpétervár, 1997
Puzirev V.P., Sztepanov V.A. Az emberi genom kóros anatómiája. Novoszibirszk, 1997
Tyazhelova T.V., Ivanov D.V., Baranova A.V., Yankovsky N.K. Új emberi géneket fedeztek fel a 13q14.3 régióban in silico // Genetika. 2003. T. 39. 6. sz
Yankovsky N.K., Borinskaya S.A. Humán genom: tudományos és gyakorlati eredmények és kilátások: Analitikai áttekintés // Az Orosz Alapkutatási Alapítvány közleménye. 2003. 2. sz
Baranova A.V., Lobasev A.V., Ivanov D.V., Krukovskaya L.L., Yankovsky N.K., Kozlov A.P. In silico szűrés tumorspecifikus expresszált szekvenciákra a humán genomban // FEBS Lett. 2001 nov. V. 9. No. 508 (1)
Collins F.S., Green E.D., Guttmacher A.E., Guyer M.S. Vízió a genomikai kutatás jövőjéről. 2003. Természet. 422. sz
A mitokondriális DNS-szekvencia sokfélesége az oroszoknál. Orekhov V., Poltoraus A., Zhivotovsky L.A., Spitsyn V., Ivanov P., Yankovsky N. // FEBS Lett. 1999. febr. V. 19. 445. sz.
Orekhov V., Ivanov P., Zhivotovsky L., Poltoraus A., Spitsyn V., Ginter E., Khusnutdinova E., Yankovsky N. MtDNS szekvencia diverzitás három szomszédos etnikai csoportban három nyelvcsaládból Oroszország európai részéből / / Archaeogenetics: DNS and the Population Prehistory of Europe / Szerk. által. C. Renfrew, K. Boyle. Cambridge, 2000
Az emberi genom // Természet. 2001. 409. sz
Az emberi genom // Természet. 2003. 421. sz
Venter J.C., Adams M.D., Myers E.W. et al. Az emberi genom szekvenciája // 2001. Tudomány. 291. sz

Az anyag A. Gordon programjának archívumából származik a http://promo.ntv.ru webhely „Speciális projektek” részéből, valamint a http://www.newsru.com webhelyről a cikkből „A tudósok megfejtették az emberi genom utolsó kromoszómáját” 2006. május 18-án

Előző cikk: Mekkora a fénysebesség Következő cikk: Harmonikus rezgések Az oszcillációs frekvencia fizikai képlete