Инициатором программы был Джеймс Уотсон – первооткрыватель двойной спирали ДНК. С 1996 года по 2003 год руководителем этой программы в США являлся Ф. Колинз. Решающая роль в становлении и развитии отечественной подпрограммы принадлежит выдающемуся ученому академику А.А. Баеву. К. Вентер в апреле 2000 года в Ванкувере впервые сообщил о завершении сиквенса генома человека.
Секвенирование 1/3 генома человека было завершено в 2001 году, а всего генома — в 2003 году.Размер генома человека составляет 3 х 10 полинуклеотидных оснований или 3000 миллионов полинуклеотидных оснований, при среднем размере одного гена около 30 000 полинуклеотидных оснований. Оценка числа генов у человека составляет величину 60 000-70 000, из них – «гены домашнего хозяйства» 14 000, транскрибируемая часть генома 20 000.В настоящее время картированно свыше 30000 фрагментов экспрессирующихся генов человека, идентифицировано 11000 генов, из которых 6000 картировано на хромосомах. Идентифицированы, клонированы и исследуется гены практически всех наиболее частых (около 330) и 170 генов более редких наследственных болезней.
Проект «геном человека». 11 класс.
Одновременное секвенирование многих небольших отрезков ДНК с последующей мощной компьютерной обработкой данных, позволяющей расположить секвенированные участки в правильной последовательности позволило трижды просеквенировать геном одного человека. На геномных картах четко локализовано и просеквенировано более 50000 коротких фрагментов ДНК наличие которых открывает широкие возможности для картирования новых генов, в том числе и генов ответственных за мультифакториальные заболевания (сердечно-сосудистые, нервно-психические, опухоли и др.).
Определение гена в программе «Геном» человека: единица транскрипции, которая может быть транслирована в одну или несколько аминокислотных последовательностей. Это дает возможность сделать более точные подсчеты количества генов. Оценка числа генов у человека составляет величину 60 000 – 70 000, из них — «гены домашнего хозяйства» 14 000, транскрибируемая часть генома — 20 000.Р.Основные задачи программы «Геном человека» — секвенирование всего генома, т.е. определение последовательности 4-х нуклеотидов – аденина, гуанина, цитозина и тимина в молекулах ДНК;создание генетической, физической карт генома и собственно сиквенса всего генома человека Создание точной генетической карты возможно при выполнении двух условий: обнаружении в геноме большого количества полиморфных генетических маркеров и наличия достаточного количества семей для анализа сцепления между этими маркерами и установления их взаимного расположения.
Современная теория гена.
Согласно современным представлениям ген — единица генетического материала, которая передается от родителей потомству и может быть обнаружена в эксперименте по ее способности мутировать в различные состояния, рекомбинировать с другими такими лее единицами и функционировать, наделяя организм каким-либо конкретным фенотипом.
5 определений гена:
Геном человека. Проект «Геном человека»
1.Термин «ген» предложен в 1909 году Йохансеном для определения элементарной материальной единицы (фактора наследственности)
2.В 50-Е годы Бидл и Татум под термином ген стали понимать фрагмент днк,ответсвенный за синтез одного белка – «один ген-один фермент»
3.ген-кортируемый на хромосоме локус,отвественный за тот или иной фенотипический признак.
4.в молекулярной биологии ген рассматривают как ассоциированный с регуляторными последовательностями фрагмент днк,соответсвующей определенной единице транскрипции (Берг,Сингер)
5. Ген (программа «Геном человека») – единица транскрипции, которая может быть транслирована в одну или несколько аминокислотных последовательностей.
Современная теория/ концепция гена.
1. Ген – это часть молекулы ДНК, которая является функциональной единицей наследственной информации.
2.Ген занимает определенный участок в хромосоме – локус.
Внутри гена может происходить перекомбинация.
2. ДНК, входящая в состав гена способна к репарации.
3. Существуют гены: структурные, регуляторные и т.д.
4. Расположение триплетов комплиментарно аминокислотам (мутации со сдвигом рамки считывания).
5. Генотип, будучи дискретным (состоящим из отдельных генов) функционирует как единое целое.
6. Генетический код универсален.
7. Генетический код вырожден (для многих аминокислот существует более одного кодона – сайта)
8. Гены располагаются в хромосоме в линейном порядке и образуют группу сцепления. Число групп сцепления соответствует гаплоидному набору хромосом (23 у человека или 24 с оговоркой на пол – х и у хромосомы).
Источник: infopedia.su
Грандиозный мировой проект «Геном человека» за три млрд долларов: двадцать один год спустя
Геном человека — международный научно-исследовательский проект, главной целью которого было определить последовательность нуклеотидов, которые составляют ДНК, и идентифицировать 25 — 30 тыс. генов в человеческом геноме. Этот проект называют крупнейшим международным сотрудничеством, когда-либо проводившимся в биологии. Википедия
Последовательность генома человека содержится в нашей ДНК и состоит из длинных цепочек « пар оснований », которые образуют наши 23 хромосомы. Вдоль наших хромосом расположены последовательности пар оснований, которые образуют наши 30 000 генов.
21 год назад президент США Билл Клинтон и премьер-министр Великобритании Тони Блэр и корпорация Celera Genomics объявили, что проект «Геном человека» — «первоначальное секвенирование генома человека» / первоначальное определение последовательностей генов в ДНК, завершен. С этого момента биология вступила в «постгеномную эру». Назвать этот год — 2000 год «годом расшифровки человеческого генома» можно только условно — ученые лишь установили первый «черновик» последовательности ДНК всех 23-х хромосом человека со множеством пробелов. «Чистовая» версия появилась через три года, в 2003 году. После этого проект «Геном человека» завершился — а вот расшифровка генома человека нет. Осмысление и дополнение полученных тогда данных продолжается до сих пор.
Генетический телескоп
Проект «Геном человека» иногда называют самой успешной международной научной коллаборацией (процесс совместной деятельности) в истории науки. Однако на старте единодушного оптимизма научное сообщество не испытывало: подготовку сопровождали публичные дискуссии и разгромные статьи, авторы которых утверждали, что прочитать последовательность человеческой ДНК невозможно, и деньги налогоплательщиков стоит потратить на что-то более полезное.
Хотя техническая возможность секвенировать (определить последовательность) генома была показана еще в 70-х годах, когда был расшифрован первый геном вируса, на расшифровку человеческого генома решились не сразу. Эта идея оформилась благодаря молекулярному биологу Роберту Синшеймеру из Калифорнийского университета в Санта-Крус.
Роберт Синшеймер (1920–2017) американский биофизик и молекулярный биолог, родился в Вашингтоне. В 16 лет поступил учиться в знаменитый Массачусетский технологический институт. Вначале он специализировался в области чистой химии, но затем заинтересовался биологией. Роберт был не только крупным исследователем, но и выдающимся организатором науки.
Возглавив Университет в городе Санта-Крус, он превратил его в первоклассное научное учреждение. В 1985 году он организовал в этом университете симпозиум, на котором рассказал о своей идее расшифровки полной последовательности нуклеотидов в ДНК человека. В дальнейшем из этой идеи вырос мощный международный проект «Геном человека». Википедия
Его коллеги-астрономы работали тогда над созданием самого большого (на тот момент) наземного телескопа, и Синшеймер раздумывал над проектом подобного масштаба в биологии.
В 1985 году он собрал несколько ведущих генетиков для обсуждения проекта по секвенированию генома человека. Коллектив пришел к заключению, что идея заманчива, но не реализуема. К тому моменту не был расшифрован даже геном кишечной палочки размером «всего» в пять миллионов пар нуклеотидов, а максимальная продолжительность нуклеотидной последовательности, которую можно было прочитать за раз методом Сэнгера, составляла несколько сот нуклеотидов.
Шкаф с фрагментами человеческого генома, стоит в лондонском музее Wellcome Collection. Полностью расшифровка занимает сотни томов, в каждом из которых тысячи страниц.
Разворот одного из томов с расшифровкой человеческого генома
В обсуждении участвовал Уолтер Гилберт, который за 10 лет до того предложил свой метод секвенирования ДНК (известный как метод Максама-Гилберта или метод химической деградации ДНК), практически одновременно с Фредериком Сэнгером.
Уолтер Гилберт род 1932 г, американский биохимик , физик, пионер молекулярной биологии и лауреат Нобелевской премии по химии 1980 г. за фундаментальные исследования биохимических свойств нуклеиновых кислот, в особенности рекомбинантных ДНК. Член Национальной академии наук США, иностранный член Лондонского королевского общества. Нобелевский лауреат по химии Википедия
Уолтер Гилберт загорелся идеей создания геномного института и увлек ей первооткрывателя структуры ДНК Джеймса Уотсона и Чарльза Делиси, который возглавлял подразделение здоровья и окружающей среды в Министерстве энергетики США. Последнему геномный проект виделся логичным продолжением исследований влияния радиации на человека. В 1986 году они уже подсчитывали затраты на расшифровку последовательности генома человека.
Настроенные скептически коллеги оценивали продолжительность проекта в десятки лет рутинной работы, если «читать» ДНК небольшими научными коллективами — а ведь только в этом случае, по их мнению, работу можно сделать хорошо. Объем предстоящей работы казался невероятно огромным. Однако Уотсон и Делиси решили сделать ставку на крупные автоматизированные центры и международное сотрудничество. Финальный план американской части проекта был рассчитан на 15 лет и три миллиарда долларов.
Эта цифра кажется большой — но, к примеру, космический проект «Аполлон», реализованный двадцатью годами ранее, стоил американцам в 10 раз дороже (без учета инфляции). При этом в результате выполнения проекта «Геном человека» ученые обещали что-то не менее значимое, чем полет в космос — как минимум, разобраться в природе 4000 наследственных заболеваний и продвинуть вперед медицинскую генетику и сопутствующие технологии.
Несмотря на критику и ценник, им удалось продавить как Министерство энергетики, так и Национальные институты здоровья США (NIH). В 1990 году проект стартовал.
«Заслуга запуска проекта, конечно, принадлежит Уотсону. И он изначально задумывался как международный. Во многих странах выделялось на это финансирование в рамках национальных проектов, Люди из институтов США, Англии, Франции, Германии, Швеции, России — даже тех стран, которые не вошли в соавторы статьи в итоге — ездили друг к другу и работали над задачей сообща. В одиночку Америка бы конечно ничего не сделала». Юрий Лебедев, заведующий лабораторией сравнительной и функциональной геномики ИБХ РАН и член Международной организации по изучению генома человека (HUGO), который в рамках проекта участвовал в создании карты 19-й хромосомы
Трёхмиллиардный проект был формально запущен в 1990 году Министерством энергетики США и Национальным институтом здравоохранения, и ожидалось, что он продлится 15 лет. Над проектом работали сотрудники International Human Genome Sequencing Consortium / Международного консорциума по секвенированию генома Человека из 20 научных групп США, Великобритании, Германии, Франции, Японии и Китая, России.
Обложка журнала Time, вышедшего в 26 июня 2000 года. Слева — Крейг Вентер, справа Фрэнсис Коллинз
Почти одновременно со стартом проекта в США, советский академик Александр Баев смог убедить Горбачева выделить значительное финансирование на оборудование лабораторий и создание научных групп, которые могли бы участвовать в международном консорциуме по расшифровке генома человека. По воспоминаниям академика Льва Киселева , который в то время был председателем научного совета российской части программы, отечественный проект начинался очень активно — на его развитие было выделено около 20 млн $. Однако в 90-х годах государство уже не могло финансировать столь дорогостоящие фундаментальные исследования, и участие в консорциуме, хотя и не закрылось окончательно, было сокращено до минимума.
«У нас работой по проекту занимались несколько десятков групп. Многие из людей, которые работали тогда в проекте, сейчас возглавляют институты и лаборатории у нас и за рубежом», Юрий Лебедев
Через несколько лет после старта одинокий марафон международного консорциума стал гонкой . Крейг Вентер, который изначально возглавлял одну из лабораторий в составе Национального института здравоохранения США ( NIH), разработал новый способ исследования геномов под названием «expressed sequence tags», значительно ускоривший процесс поиска генов по их транскриптам. Вооружившись этой технологией и поддержкой венчурных инвесторов, он ушел из NIH и основал Институт геномных исследований TIGR .
Крейг Вентер род. 1946 г., американский генетик, биотехнолог, биохимик и предприниматель. Признан одним из двух ключевых лидеров в процессе расшифровки генома человека, составив конкуренцию государственному проекту «Геном человека». Википедия
В 1998 году Вентер объединился с производителем автоматических секвенаторов под вывеской Celera Genomics и объявил, что тоже займется расшифровкой генома человека. Начав на восемь лет позже, чем «Геном человека», Вентер собирался справиться с задачей всего за три года — в то время как международный консорциум не собирался финишировать раньше, чем через семь лет. Его компания планировала извлечь из этого немалую выгоду, запатентовав гены, связанные с наследственными заболеваниями (впрочем, в 2000 году Клинтон заявил, что последовательность генома является достоянием общественности, и патентовать ее нельзя, так что усилия бизнесмена в каком-то смысле оказались напрасными).
Появление конкурента подстегнуло «Геном человека», и цель в итоге была достигнута на два года раньше. Федеральный проект договорился с Celera, и результаты обоих проектов были одновременно объявлены на той самой пресс-конференции 26 июня 2001 года. В зале присутствовали и основатель «Генома человека» Джим Уотсон, и Джон Уайт, директор PE Corporations, спонсировавшей Вентера — лица обоих явно давали понять, что войну удалось закончить дурным миром. Статья группы Вентера вышла в Science, через день после публикации статьи «Генома человека» в Nature.
К моменту запуска проекта в 1990 году было расшифровано несколько коротких вирусных геномов и плазмид (вспомогательных кольцевых молекул ДНК из бактерий), размер которых ограничивался десятками тысяч пар нуклеотидов. «Геном человека» же собирался прочитать геном размером на несколько порядков больше: три миллиарда пар — именно столько «букв» содержит одинарный набор хромосом человека (23 хромосомы). По мнению большинства, число генов, содержащихся в этой «летописи», должно было составить около 100 тысяч.
Неудивительно, что многим ведущим генетикам эта задача казалась нерешаемой. Однако по ходу выполнения проекта развитие технологий облегчило ученым работу.
Первые итоги и дальнейшее развитие
К 2000 году удалось получить представление о последовательности ДНК человека в составе эухроматина — участков, с которых активно идет транскрипция, то есть считывание данных РНК-полимеразой.По оценкам ученых, эухроматин составляет около 95 процентов всего генома. Остальная ДНК спрятана в плотно упакованных белковых комплексах и основную часть времени «молчит».
После расшифровки число генов в геноме человека пришлось сократить со 100 тысяч до 30 тысяч — это число всего в два раза больше, чем у мухи или червя, написали авторы исторической публикации в Nature.
Также ученые узнали, что геном человека содержит очень много повторов и мобильных элементов, подавляющее большинство из которых уже не работает. Кроме того, геном человека очень разнообразен — генетики оценили, что количество однонуклеотидных полиморфизмов в нем (участков, в которых у разных людей может стоять тот или иной нуклеотид) достигает 1,5 миллионов. Это стало ясно в том числе благодаря тому, что в проекте была использована ДНК от большого количества добровольцев, а не от одного человека.
«Стандартный», или референсный геном человека дорабатывается до сих пор. Финальная точка была очень условная. Договорились, что этот момент считать точкой, когда [Клинтон с Блэром] сделали [свое заявление]. В этот момент геном не был сделан до конца, люди потом много лет дочищали это дело.
Сейчас выходят чудесные работы, из которых следует, что если взять много-много геномов разных людей, то там будут целые куски, которых в классическом геноме нет, то есть мы отличаемся не только точечными мутациями и заменами, но и целыми большими кусками генома, которые у кого-то есть, а у кого-то нету. В прошлом году вышла статья, они несколько процентов добавили к универсальному геному человека, просто секвенировав много африканцев». Гельфанд Михаил
Гельфанд Михаил Сергеевич род. 1963 Российский биоинформатик. Доктор биологических наук, кандидат физико-математических наук. Член Европейской Академии. Профессор, вице-президент по биомедицинским исследованиям Сколковского института науки и технологий.
Заведующий Учебно-научным центром «Биоинформатика» в Институте проблем передачи информации имени Харкевича. Заместитель главного редактора газеты «Троицкий вариант — наука». Один из основателей вольного сетевого сообщества «Диссернет». Член Совета Общества научных работников. Входит в совет просветительского фонда «Эволюция».
Был членом Общественного совета при Министерстве образования и науки РФ. Википедия
Геном для медицины
За двадцать лет с момента завершения сборки черновой версии генома технологии секвенирования и анализа последовательностей развились настолько, что сегодня узнать последовательность кодирующих участков генома (экзома) обойдется вам уже не в три миллиарда долларов, а лишь несколько сотен.
«Геномные исследования могут показать, что у носителей такого варианта гена заболевание встречается, к примеру, в пять раз чаще, чем у носителей другого варианта. Это знание может помочь скорректировать образ жизни так, чтобы минимизировать вероятность. Но вычисление рисков развития заболевания полностью опирается на статистику, здесь еще есть куда развивать математический аппарат. Что касается предсказания способностей к спорту и музыке по геному ребенка, это, конечно, вещь из области фантастики. Однако, секвенирование генома или экзома может помочь родить здоровых детей в том случае, если родители являются носителями каких-то вредных мутаций». Юрий Лебедев
По материалам статьи из nplus1.ru
Спасибо за внимание!
Все фото взяты с Яндекса в свободном доступе
Источник: dzen.ru
Программа «Геном человека»
Для всестороннего исследования генома человека в 1990 г. была разработана и в настоящее время воплощается в жизнь специальная международная программа «Геном человека» («Human Genome Project») — это один из самых дерзновенных, дорогостоящих и потенциально важных проектов в истории цивилизации.
В ядре каждой соматической клетки человека содержится 23 пары хромосом: на каждую хромосому приходится по одной молекуле ДНК. Длина всех 46 молекул ДНК в одной клетке человека равна почти 2 м, количество нуклеотидных пар составляет 6,4 млрд.
Основной задачей программы является построение исчерпывающих генетических карт большого разрешения (до 1 нуклеотида) каждой из 24 хромосом человека, которое должно завершиться определением полной первичной структуры ДНК всех хромосом. Для решения этой задачи возник Международный консорциум по изучению генома человека, объединивший 20 лабораторий и сотни ученых во всем мире.
В случае успешного завершения программы (по плану это должно было произойти в 2005 г.) у человечества появятся перспективы понять механизмы функционирования каждого из его генов, принципы развития организма, генетические причины многих наследственных болезней и механизмы старения. В то же время в задачи проекта «Геном человека» не входило определение последовательности всей ДНК, находящейся в человеческих клетках, а некоторые гетерохроматиновые области (в общей сложности около 8 %) остаются несеквенированными до сих пор.
В некотором смысле программа не выполнена до конца, хотя в настоящее время и считается завершенной. Причиной тому являются определенные техничекие сложности и ограничения, выявленные в процессе ее выполнения, в частности, для секвенирования весьма проблемными областями явяются множественные короткие повторы вплоть до 1 нуклеотидной пары, которые тем не менее занимают довольно протяженные участки, особенно вблизи центромер и теломер хромосом. Другая проблемная область — мультигенные семейства, например, гены иммуноглобулинов, которые сложно расшифровать после фрагментирования — единственного на сегодняшний день способа секвенировать протяженные участки ДНК. Наконец, в секвенированном геноме человека имеются и другие случайным образом рассеянные бреши, «белые пятна» с невыявленной до настоящего времени последовательностью.
Ввиду очевидности данной проблемы естественным продолжением программы «Геном человека» стал другой международный проект — Энциклопедия элементов ДНК (англ. The Encyclopedia of DNA Elements, ENCODE) — международный исследовательский консорциум, созданный в сентябре 2003 г. Основная цель — полный анализ функциональных элементов генома человека и публикация всех результатов в общедоступных базах данных.
Следует отметить, что результаты работы ENCODE весьма впечатляющи. В 2007 г. началось финансирование проекта, с чем связывают начало основной продуктивной фазы работы консорциума, а уже к 2010 г. благодаря примененному методу секвенирования нового поколения (англ. Next Generation Sequencing, NGS) исследователи располагали данными о последовательности более чем 1000 полногеномных наборов данных. К сентябрю 2012 г. были получены первые результаты ENCODE, которые опубликованы в серии из 30 связанных статей в журнале Nature. Несмотря на критику проекта, продолжающуюся до сих пор, ENCODE добился своей цели, поскольку в настоящее время, в большом количестве научно-исследовательских статей используются данные, полученные в рамках этого проекта (Nature Editorial, Nature, 2013).
Источник: studme.org