Генная инженерия – область молекулярной биологии и генетики, главной задачей которых является создание организмов с новой генетической программой.
Геном человека- международный проект, начатый в 1988 г.
Основная цель проекта – выяснить последовательность нуклеотидных оснований во всех молекулах ДНК человека и установить локализацию, т.е. полностью картировать все гены человека.
К 1998 г. установлены последовательности нуклеотидов в 30 261 гене человека, т.е. расшифрована примерно половина генетической информация человека.
Вектор (в генетике) — молекула нуклеиновой кислоты, чаще всего ДНК, используемая в генетической инженерии для передачи генетического материала другой клетке.
Генная терапия — это введение нуклеиновых кислот в ткань для предотвращения, подавления или обратного развития патологического процесса.
Цели и задачи программы «Геном человека». Тканевая и генная инженерия. Стволовые клетки и проблема клонирования особей и тканей. Принципы методики.
Геном человека. Проект «Геном человека»
Геном человека- международный проект, начатый в 1988 г.
Основная цель проекта – выяснить последовательность нуклеотидных оснований во всех молекулах ДНК человека и установить локализацию, т.е. полностью картировать все гены человека.
Задачи: определить последовательность нуклеотидов ДНК всего генома человека.
К 1998 г. установлены последовательности нуклеотидов в 30 261 гене человека, т.е. расшифрована примерно половина генетической информация человека.
Тканевая инженерия — создание новых тканей и органов для терапевтической реконструкции поврежденного органа.
Генная инженерия – область молекулярной биологии и генетики, главной задачей которых является создание организмов с новой генетической программой.
Стволовая клетка – это незрелая клетка, способная к самообновлению и развитию в специализированные клетки организма.
Стволовы́ е кле́ тки — недифференцированные, незрелые клетки, имеются у многих видом многоклеточных животных, способны самообновляться, делиться митозом и дифференцироваться в специализированные клетки, т.е. превращаться в клетки различных органов и тканей.
Использование молекулярной биологии в медицинских целях. Генная терапия. Ее методы. Проблемы биотехнологии в медицине и промышленности.
Молекулярная биология и генная инженерия открыли принципиально новые перспективы в изучении и лечении наследственных заболеваний человека.
Генная терапия — это введение нуклеиновых кислот в ткань для предотвращения, подавления или обратного развития патологического процесса.
Формы изменчивости: модификационная, комбинативная, мутационная и их значение в онтогенезе и эволюции.
Изменчивость – способность организмов в процессе онтогенеза приобретать новые признаки и качества.
Модификационная изменчивость – изменение фенотипа под действием изменения среды, происходящие в пределах нормы реакции. Норма реакции – предел изменчивости признака, обусловленный генотипом.
Проект «геном человека». 11 класс.
Комбинативная изменчивость – появление новых комбинаций генов и признаков. Источник – половай процесс, случайные комбинации негомологичных хромосом, кроссинговер.
Мутационная изменчивость – изменение генетического аппарата.
1) Генные – изменения нуклеотида в молекуле ДНК, приводящие к образованию аномального гена – признака (гемофилия, серповидно-клеточная анемия)
2) Хромосомные – изменения структуры хромосомы:
-Делеция – потеря участка хромосомы
-Транслокация – перенос участка хромосомы на другую
-Инверсия – поворот участка хромосомы на 180
-Дубликация – удвоение генов в определенном участке хром-ы
3) Геномные – изменение числа хромосом:
-Полиплоидия – кратное увеличение гаплоидного набора
-Анеуплоидия – изменение хромосомного набора на 1, 2 хромосомы. У человека встречается 47 хромосом (ХХХ, ХХУ) или в 21 паре – синдром Дауна
Изменчивость- материал для эволюции. Большее видовое разнообразие.
Модификационная изменчивость. Норма реакции генетически детерминированных признаков. Фенокопии. Адаптивный характер модификаций. Взаимодействие среды и генотипа в проявлении признаков человека.
Изменчивость – способность организмов в процессе онтогенеза приобретать новые признаки и качества.
Модификационная изменчивость – изменение фенотипа под действием изменения среды, происходящие в пределах нормы реакции.
Норма реакции – предел изменчивости признака, обусловленный генотипом.
Фенокопия — ненаследственное изменение фенотипа организма, вызванное действием определённых условий среды, при этом копируются признаки, характерные для другого генотипа. (модификации, напоминающие проявление известных генов).
Адаптивность модификаций. В подавляющем большинстве случаев модификация представляет собой полезную, приспособительную реакцию организма на тот или иной внешний фактор. Это можно видеть на примере почти всех перечисленных выше и множестве других модификаций микробов, растений, животных и человека.
Не имеют приспособительного значения (а нередко представляют даже настоящие уродства) модификации, вызываемые физическими и химическими факторами, с которыми организм не сталкивается в природе или которые применяются в эксперименте с интенсивностью, превосходящей встречающуюся в естественных условиях. Индуцированные таким образом модификации часто называют морфозами. Некоторые из этих морфозов очень похожи на изменения, вызываемые мутациями известных генов. Такие модификации, напоминающие проявление известных генов получили название фенокопий.
Формирование различных типов изменчивости является следствием взаимодействия внешней среды, генотипа и фенотипа.
Анализируя изменчивость любого организма, можно убедиться в том, что многие различия между особями находятся в зависимости от условий окружающей среды. При идентичном генотипе две особи могут быть фенотипически несхожими, если развивались в разных условиях среды. Такие фенотипические различия, вызываемые внешними факторами, называются модификационными.
Выяснить соотносительную роль и характер взаимодействия генотипа и среды в становлении фенотипа особи можно только исследовав модификации, возникающие под воздействием различных факторов среды. Знание характера модификаций и причин, их вызывающих, необходимо для понимания закономерностей эвоюции, т.к. естественный отбор оперирует как с мутациями, их комбинациями, так и с модификациями. Модификации имеют большое значение в понимании медицинских аспектов воспитания здорового гармонически развитого человека.
Комбинативная изменчивость. Значение комбинативной изменчивости в генетическом разнообразии людей. Проявление уникальности и универсальности биологического в человеке. Понятие о «снипсах» и генетическом полиморфизме.
Комбинативная изменчивость – появление новых комбинаций генов и признаков. Источник – половай процесс, случайные комбинации негомологичных хромосом, кроссинговер.
Благодаря комбинативной изменчивости обеспечивается большое разнообразие наследственных признаков у человека.
На проявление комбинативной изменчивости у человека оказывает влияние система скрещивания или система браков: инбридинг и аутбридинг.
Инбридинг – родственный брак. Он может быть в разной мере тесным, что зависит от степени родства вступающих в брак.
Аутбридинг – неродственный брак. Неродственными особями считаются особи, у которых нет общих предков в 4-6 поколениях.
Аутбридинг повышает гетерозиготность потомков, объединяет в гибридах аллели, которые существовали у родителей порознь. Вредные рецессивные гены, находившие у родителей в гомозиготном состоянии, подавляются у гетерозиготных по ним потомков. Возрастает комбинация всех генов в геноме гибридов и соответственно широко будет проявляться комбинативная изменчивость.
Полиморфизм – существование в единой панмиксной популяции двух и более резко различающихся фенотипов. Они могут быть нормальными или аномальными. Полиморфизм – явление внутрипопуляционное.
Генетический полиморфизм наблюдается, когда ген представлен более чем одним аллелем. Пример – системы групп крови.
Генетический полиморфизм — сосуществование в пределах популяции двух или нескольких различных наследственных форм, находящихся в динамическом равновесии в течение нескольких и даже многих поколений.
Мутационная изменчивость. Классификация мутаций. Мутации в половых и соматических клетках. Понятие о хромосомных и генных болезнях. Примеры.
Мутационная изменчивость – изменение генетического аппарата.
1) Генные – изменения нуклеотида в молекуле ДНК, приводящие к образованию аномального гена – признака (гемофилия, серповидно-клеточная анемия)
2) Хромосомные – изменения структуры хромосомы:
-Делеция – потеря участка хромосомы
-Транслокация – перенос участка хромосомы на другую
-Инверсия – поворот участка хромосомы на 180
-Дубликация – удвоение генов в определенном участке хром-ы
3) Геномные – изменение числа хромосом:
-Полиплоидия – кратное увеличение гаплоидного набора
-Анеуплоидия – изменение хромосомного набора на 1, 2 хромосомы. У человека встречается 47 хромосом (ХХХ, ХХУ) или в 21 паре – синдром Дауна
Мутации в половых клетках сохраняются и передаются следующему поколению при половом процессе, чего нет у соматических клеток.
Синдром Клайнфельтера, наблюдается у лиц с мужским фенотипом. Кариотип 47 (ХХУ). Телосложение по женскому типу, недоразвитие семенников, отсутствие сперматогенеза.
Синдром Шерешевского-Тернера, кариотип 45 (Х0), фенотип женский, недоразвитие яичников.
Трисомия-21 (синдром Дауна), трисомия по 21 хромосоме. Кариотип 47 (21+)
Спонтанные и индуцированные мутации. Мутагены. Классификация мутаций по механизмам происхождения. Мутагенез и канцерогенез. Генетическая опасность загрязнения окружающей среды. Меры защиты.
Роль репарации ДНК, апоптоза и иммунной системы в поддержании генетического гомеостаза.
Спонтанные мутации возникают в естественных условиях без специального воздействия необычными агентами. Мутационный процесс характеризуется, главным образом, частотой возникновения мутаций. Определенная частота возникновения мутаций характерна для каждого вида организмов. Одни виды обладают более высокой мутационной изменчивостью, чем другие.
Индуцированный мутационный процесс — возникновение наследственных изменений под влиянием специального воздействия факторов внешней и внутренней среды. Все факторы мутагенеза могут быть разбиты на три вида: физические, химические и биологические.
Мутагены — химические и физические факторы, вызывающие наследственные изменения — мутации.
| N п/п | Классифицирующий фактор | Название мутаций |
| I | По мутировавшим клеткам | 1. Генеративные 2. Соматические |
| II | По характеру изменения генотипа | 1. Генные (точковые) 2. Хромосомные перестройки (дефишенсы, делеции, дупликации и инверсии) 3. Межхромосомные перестройки (транслокации) 4. Геномные мутации (полиплоидия, анеуплоидия) 5. Цитоплазматические мутации |
| III | По адаптивному значению | 1. Полезные 2. Вредные (полулетальные, летальные) 3. Нейтральные |
| IY | По причине, вызвавшей мутацию | 1. Спонтанные 2. Индуцированные |
Первостепенная роль принадлежит генеративным мутациям , возникающим в половых клетках. Генеративные мутации, вызывающие изменение признаков и свойств организма, могут быть обнаружены, если гамета, несущая мутантный ген, участвует в образовании зиготы.
Если мутация доминантна, то новый признак или свойство проявляются даже у гетерозиготной особи, происшедшей из этой гаметы. Если мутация рецессивная, то она может проявиться только через несколько поколений при переходе в гомозиготное состояние. Примером генеративной доминантной мутации у человека может служить появление пузырчатости кожи стоп, катаракты глаза, брахифалангии (короткопалость с недостаточностью фаланг). Примером спонтанной рецессивной генеративной мутации у человека можно рассматривать гемофилию в отдельных семьях.
Соматические мутации по своей природе ничем не отличаются от генеративных, но их эволюционная ценность различна и определяется типом размножения организма. Соматические мутации играют роль у организмов с бесполым размножением. Так, у вегетативно размножающихся плодовых и ягодных растений соматическая мутация может дать растения с новым мутантным признаком. Наследование соматических мутаций в настоящее время приобретает важное значение для изучения причин возникновения рака у человека. Предполагают, что для злокачественных опухолей превращение нормальной клетки в раковую происходит по типу соматических мутаций.
Генные или точковые мутации — это цитологически невидимые изменения хромосом. Генные мутации могут быть как доминантными, так и рецессивными. Молекулярные механизмы генных мутаций проявляются в изменении порядка нуклеотидных пар в молекуле нуклеиновой кислоты в отдельных сайтах. Сущность локальных внутригенных изменений может быть сведена к четырем типам нуклеотидных перестроек:
1. Замена пары оснований в молекуле ДНК:
а) Транзиция: замена пуриновых оснований на пуриновые или пиримидиновых на примидиновые;
б) Трансверзия: замена пуриновых оснований на пиримидиновые.
2. Делеция (выпадение) одной пары или группы оснований в молекуле ДНК;
3. вставка одной пары или группы оснований в молекуле ДНК;
4. Дупликация – повтор нуклеотидной пары;
5. перестановка положения нуклеотидов внутри гена.
Изменения в молекулярной структуре гена ведут к новым формам списывания с него генетической информации, нужной для протекания биохимических процессов в клетке, и приводит к появлению новых свойств в клетке и организме в целом. По-видимому, точковые мутации являются наиболее важными для эволюции.
По влиянию на характер кодируемых полипептидов точковые мутации могут быть представлены в виде трех классов:
1. Миссенс-мутации — возникают при замене нуклеотида внутри кодона и обусловливают подстановку в определенном месте в цепи полипептида одной неверной аминокислоты. Физиологическая роль белка изменяется, что создает поле для естественного отбора. Это основной класс точковых, внутригенных мутаций, которые появляются в естественном мутагенезе под воздействием радиации и химических мутагенов.
2. Нонсенс-мутации — появление внутри гена терминальных кодонов за счет изменения отдельных оснований в пределах кодонов. В результате процесс трансляции обрывается в месте появления терминального кодона. Ген оказывается способным кодировать только обрывки полипептида до места появления терминального кодона.
Хромосомные перестройки возникают в результате разрыва участков хромосомы и их перекомбинаций. Различают:
1. Дефишенси и делеции – нехватка, соответственно концевого и срединного участка хромосомы;
2. Дупликации — удвоение или умножение тех или иных участков хромосомы;
3. Инверсии — изменение линейного расположения генов в хромосоме вследствие переворота на 180 отдельных участков хромосомы.
Межхромосомные перестройки связаны с обменом участками между негомологичными хромосомами. Такие перестройки получили название транслокации.
Геномные мутации затрагивают геном клетки и вызывают изменение числа хромосом в геноме. Это может происходить за счет увеличения или уменьшения числа гаплоидных наборов или отдельных хромосом. К геномным мутациям относят полиплоидию и анеуплоидию.
Полиплоидия — геномная мутация, состоящая в увеличении числа хромосом, кратному гаплоидному. Клетки с разным числом гаплоидных наборов хромосом называются: 3n — триплоидами, 4n тетраплоидами и т.д. Полиплоидия приводит к изменению признаков организма: увеличению плодовитости размеров клеток, биомассы. Используется в селекции растений. Полиплоидия известна и у животных, например, у инфузорий, тутового шелкопряда, земноводных.
Анеуплоидия — изменение числа хромосом, некратное гаплоидному набору: 2n + 1; 2n — 1; 2n — 2; 2n +2. У человека такие мутации вызывают патологии: синдром трисомии по Х-хромосоме, трисомия по 21-й хромосоме (болезнь Дауна), моносомия по Х-хромосоме и т.д. Явление анеуплоидии показывает, что нарушение числа хромосом приводит к изменению в строении и снижению жизнеспособности организма.
Цитоплазматические мутации – это изменение плазмогенов, приводящее к изменению признаков и свойств организма. Такие мутации стабильны и передаются из поколения в поколение, например, потеря цитохромоксидазы в митохондриях дрожжей.
По адаптивному значению мутации делят: на полезные, вредные (летальные и полулетальные) и нейтральные. Это деление условно. Между полезными и летальными мутациями существуют почти непрерывные переходы вследствие экспрессивности гена. Примером летальных и сублетальных мутаций у человека можно назвать эпилойю (синдром, характеризующийся разрастанием кожи, умственной отсталостью) и эпилепсию, а также наличие опухолей сердца, почек, врожденный ихтиоз, амавротическую идиотию (отложение в ЦНС жирового вещества, сопровождающееся дегенерацией мозгового вещества, слепотой), талассемию и др.
Спонтанные мутации возникают в естественных условиях без специального воздействия необычными агентами. Мутационный процесс характеризуется, главным образом, частотой возникновения мутаций. Определенная частота возникновения мутаций характерна для каждого вида организмов. Одни виды обладают более высокой мутационной изменчивостью, чем другие.
Мутагенез — внесение изменений в нуклеотидную последовательность ДНК (мутаций).
Канцерогене́ з — сложный патофизиологический процесс зарождения и развития опухоли.
Репарация ДНК — особая функция клеток, заключающаяся в способности исправлять химические повреждения и разрывы в молекулах ДНК, повреждённой при нормальном биосинтезе ДНК в клетке или в результате воздействия физических или химических агентов.
Апоптоз – запрограммированная гибель клеток.
Источник: lektsia.com
Проект «Геном человека» цели, задачи и достижения
Основой для их умозаключений служили повседневные наблюдения: сходство родителей и потомков (причем, не только во внешности, но и в характере, походке, способностях), участие мужского семени в зачатии, передача по наследству некоторых болезней и уродств. Одной из наиболее волнующих загадок природы всегда было определение пола. По этому поводу выдвигались самые разнообразные гипотезы, большей частью основанные на принципе равновесия и борьбы пола. Всю историю становления и развития психогенетики можно условно поделить на пять этапов. Периодизация первых трех этапов была предложена в 1973 г. В.Томпсоном и Г.Уайльдом (Thompson W.R., Wilde G.J.S., 1973).
Первый этап (1865 — начало 1900-х) связан с научной деятельностью Ф. Гальтона и его учеников. В 1865 г. увидела свет первая научная публикация по психогенетике «Наследственный талант и характер». В ней Ф. Гальтон впервые высказал идею о наследуемости психических качеств и о возможности улучшения природы человека, для чего предложил способствовать рождению потомства от одаренных людей. Вслед за этим вышла его знаменитая книга «Наследственный гений» (1869), а также статьи «Люди науки, их воспитание и характер» (1874) и «История близнецов как критерий относительной силы природы и воспитания
Второй этап — до конца 30-х гг. ХХ столетия — характеризуется интенсивным развитием методологии психогенетики. Были разработаны надежные методы определения зиготности близнецов (Siemens H., 1927). В 20-е гг. в методический арсенал психогенетики прочно вошел метод приемных детей, который и сейчас, наряду с близнецовым, является одним из основных (Gordon K., 1919; Burks B., 1928).
Благодаря совместным усилиям генетиков и математиков, совершенствовались методы количественной генетики. Это в значительной мере способствовало и развитию психогенетики, поскольку большинство психологических признаков относятся к категории количественных, т.е. требуют измерения и применения вариационно-статистических методов.
На третьем этапе (до конца 60-х гг.) психогенетика развивалась экстенсивно. Это был период накопления фактического материала. Продолжала развиваться генетика поведения животных. В 1960 г. вышла первая обобщающая монография по генетике поведения (J. Fuller и W. Thompson).
В этом же году была основана «Ассоциация генетики поведения» («Behavior Genetics Assotiation»), начал выходить журнал «Генетика поведения» («Behavior Genetics»). Это означало, что генетика поведения окончательно оформилась как самостоятельная область науки.
Четвертый этап (до конца 80-х гг.) вновь характеризуется смещением акцентов на развитие методологии психогенетики.. Быстрое совершенствование компьютерных технологий подтолкнуло исследователей к разработке принципиально новых подходов. В этот период начали интенсивно развиваться новые генетико-математические методы (структурное моделирование, метод путей). Психогенетика получила для своих исследований мощный инструмент, который позволял в короткие сроки проводить обработку значительных массивов данных и проверять самые сложные гипотезы. Одной из наиболее популярных компьютерных программ является LISREL (LIneal Structural RELation).
В этот же период происходит некоторое смещение доминирующих направлений. Неослабевающий долгие годы интерес к исследованию наследуемости интеллекта уступает место другим характеристикам человеческой индивидуальности (когнитивным стилям, темпераменту, личности, психофизиологическим особенностям, различным нарушениям развития). Все более тщательно изучаются различные аспекты средовых влияний, создаются специальные методики для изучения семейной среды. Во всем мире начинают закладываться лонгитюдные проекты исследования близнецов и приемных детей, позволяющие проследить траектории развития и генетическую преемственность.
Пятый этап — современный — охватывает 90-е гг. ХХ в. и начало нынешнего, т.е. по времени совпадает с интенсивной работой над проектом «Геном человека». Преобладающим направлением сейчас можно считать геномное (если можно так выразиться).
Всемирно известный психогенетик Роберт Пломин в одной из последних обобщающих статей назвал современную генетику поведения «поведенческой геномикой» («behavioral genomics») (Plomin R., 2001). Употребив это выражение, Р. Пломин подчеркнул важность нисходящего («top-down») принципа анализа того, как работают гены, связанные с поведением. Нисходящий путь анализа означает, что в генетике поведения более перспективным является движение «от поведения к генам», включая взаимодействия и корреляции между генотипом и средой, а также возможности коррекции генетических нарушений с помощью средовых воздействий, т.е. «средовой инженерии», по выражению Р. Пломина.
Проект «Геном человека» цели, задачи и достижения
Проект по расшифровке генома человека — международный научно-исследовательский проект, главной целью которого было определить последовательность нуклеотидов, которые составляют ДНК и идентифицировать 20—25 тыс. генов в человеческом геноме
Проект начался в 1990 году, под руководством Джеймса Уотсона под эгидой Национальной организации здравоохранения США.
Целью проекта по расшифровке генома человека является понимание строения генома человеческого вида.
Изначально планировалось определение последовательности более трёх миллиардов нуклеотидов, содержащихся в гаплоидном человеческом геноме. Затем несколько групп объявили о попытке расширить задачу до секвенирования биополимеров — определение их аминокислотной или нуклеотидной последовательности. В результате секвенирования получают формальное описание первичной структуры линейной макромолекулы в виде последовательности мономеров в текстовом виде диплоидного генома человека.
Геном любого отдельно взятого организма (исключая однояйцевых близнецов и клонированных животных) уникален, поэтому определение последовательности человеческого генома в принципе должно включать в себя и секвенирование многочисленных вариаций каждого гена. Однако, 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.
создание детальной физической карты генома человека;
— создание физических карт всех хромосом человека и хромосом ряда модельных организмов;
— определение полной последовательности ДНК человека и ряда модельных организмов;
— развитие методологии и инфраструктуры для хранения, анализа и распределения полученной информации;
-создание технологии, необходимой для достижения перечисленных целей.
Геном был разбит на небольшие участки, примерно по 150 000 пар нуклеотидов в длину. Эти куски затем встраивали в вектор, известный как Искусственная бактериальная хромосома (англ.) или BAC. Эти векторы созданы из бактериальных хромосом, измененных методами генной инженерии.
Векторы, содержащие гены, затем можно вставлять в бактерии, где они копируются бактериальными механизмами репликации. Каждый из кусочков генома потом секвенировали раздельно методом дробовика, и затем все полученные последовательности собирали воедино уже в виде компьютерного текста. Размеры полученных больших кусков ДНК, собираемых для воссоздания структуры целой хромосомы, составляли около 150 000 пар нуклеотидов. Такая система известна под именем «иерархического метода дробовика», потому что вначале геном разбивается на куски разного размера, положение которых в хромосоме должно быть заранее известно.
Существуют многочисленные определения «полной последовательности человеческого генома». Согласно некоторым из них, геном уже полностью секвенирован, а согласно другим, этого ещё предстоит добиться. остаётся несколько регионов, которые считаются незаконченными:
-Прежде всего, центральные регионы каждой хромосомы, известные как центромеры, которые содержат большое количество повторяющихся последовательностей ДНК
-Во-вторых, концы хромосом, называемые теломерами, также состоящие из повторяющихся последовательностей, и по этой причине в большинстве из 46 хромосом их расшифровка не завершена. Точно не известно, какая часть последовательности остаётся не расшифрованной до теломер, но как и с центромерами, существующие технологические ограничения препятствуют их секвенированию.
-В-третьих, в геноме каждого индивидуума есть несколько локусов, которые содержат членов мультигенных семейств, которые также сложно расшифровать с помощью основного на сегодняшний день метода фрагментирования ДНК.
-Бо́льшая часть остающейся ДНК сильно повторяющаяся, и маловероятно, что она содержит гены, однако это останется неизвестным, пока они не будут полностью секвенированы. Понимание функций всех генов и их регуляции остается далеко неполным.
Все люди имеют в той или иной степени уникальные геномные последовательности. Поэтому данные, опубликованные проектом «Геном человека», не содержат точной последовательности геномов каждого отдельного человека. Это комбинированный геном небольшого количества анонимных доноров. Полученная геномная последовательность является основой для будущей работы по идентификации разницы между индивидуумами. Основные усилия здесь сосредоточены на выявлении однонуклеотидного полиморфизма.
Почти все цели, которые ставил перед собой проект, были достигнуты быстрее, чем предполагалось. Проект по расшифровке генома человека был закончен на два года раньше, чем планировалось. Проект поставил разумную, достижимую цель секвенирования 95 % ДНК. Исследователи не только достигли её, но и превзошли собственные предсказания, и смогли секвенировать 99,99 % человеческой ДНК. Проект не только превзошёл все цели и выработанные ранее стандарты, но и продолжает улучшать уже достигнутые результаты.
Источник: megalektsii.ru
Проект «Геном человека»
Введение: Международный проект «Геном человека» был начат в 1988 г. под руководством Джеймса Уотсона под эгидой Национальной организации здравоохранения США.
Цель проекта заключается в выяснении последовательности оснований во всех молекулах ДНК в клетках человека. Одновременно должна быть установлена локализация всех генов, что помогло бы выяснить причины наследственных заболеваний и этим открыть пути к их лечению.
«Геном человека». Вехи проекта: В любой соматической клетке человека 23 пары хромосом. В каждой из них по одной молекуле ДНК. Как представить себе 3 млрд. оснований зримо? Чтобы воспроизвести информацию, содержащуюся в ДНК единственной клетки, даже самым мелким шрифтом (как в телефонных справочниках), понадобится тысяча 1000-страничных книг!
Проект состоит из пяти основных этапов: составление карты, на которой помечены гены, отстоящие друг от друга не более чем на 2 млн. оснований, на языке специалистов, с разрешением 2 Мб ( Мегабаза — от английского слова « base » — основание); завершение физических карт каждой хромосомы с разрешением 0,1 Мб; получение карты всего генома в виде набора описанных по отдельности клонов (0,005 Мб); к 2004 г. полное секвенирование ДНК (разрешение 1 основание; нанесение на карту с разрешением в 1 основание всех генов человека (к 2005 г.). Когда эти этапы будут завершены, исследователи определят все функции генов, а также биологические и медицинские применения результатов.
Карты хромосом. Подходы к их составлению В ходе проекта создают три типа карт хромосом: Генетические; Физические; Секвенсовые ;
Выявить все гены, присутствующие в геноме, и установить расстояния между ними — значит локализовать каждый ген в хромосомах. Такие генетические карты помимо инвентаризации генов и указания их положений ответят на исключительно важный вопрос о том, как гены определяют те или иные признаки организма.
Составление физических карт хромосом. Еще в 60-е годы цитогенетики стали окрашивать хромосомы, чтобы выявить на них особые поперечные полосы. Позже научились «метить» молекулы ДНК (радиоактивными или флуоресцентными метками) и следить за присоединением этих меток к хромосомам.
В 70-е годы научились «разрезать» ДНК на участки специальными ( рестрикционными ) ферментами, распознающими короткие отрезки ДНК, в которых информация записана в виде палиндромов — сочетаний, читаемых одинаково от начала к концу и от конца к началу. Так возникли рестрикционные карты хромосом. Использование современных физических и химических методов и средств улучшило разрешение физических карт в сотни раз.
Разработка методов секвенирования (изучения точных последовательностей нуклеотидов в ДНК) открыла путь к созданию секвенсовых карт с рекордным на сегодня разрешением (на этих картах будет указано положение всех нуклеотидов в ДНК).
Разработка новых технологий: Важный аспект проекта «Геном человека» — разработка новых методов исследований. Еще до старта проекта был развит ряд весьма эффективных методов цитогенетических исследований (теперь их называют методами первого поколения). Среди них: создание и применение упомянутых рестрикционных ферментов; получение гибридных молекул, их клонирование и перенос участков ДНК с помощью векторов в клетки-доноры (чаще всего — кишечной палочки или дрожжей); синтез ДНК на матрицах информационной РНК; секвенирование генов; копирование генов с помощью специальных устройств; способы анализа и классификации молекул ДНК по плотности, массе, структуре
Самая маленькая хромосома клеток человека содержит ДНК длиной 50 Мб, самая большая (хромосома 1) — 250 Мб. До 1996 г. наибольший участок ДНК, выделяемый из хромосом с помощью реактивов, имел длину 0,35 Мб, а на лучшем оборудовании их структура расшифровывалась со скоростью 0,05-0,1 Мб в год при стоимости 1-2 долл. за основание. Иными словами, только на эту работу понадобилось бы примерно 30 тыс. дней (почти век) и 3 млрд. долл.
Результаты. Задачи на будущее: Расшифрованные геномы. 1995 г. — бактерия гемофильная палочка ( Hemophilus influenza );. 1996 г. — клетка дрожжей (6 тыс. генов, 12,5 Мб); 1998 г. — круглый червь Caenorhabditis elegans (19 тыс. генов, 97 Мб). Основные результаты завершенных этапов проекта изложены в журнале « Science»
Изученные гены человека. За 1995 г. длина участков ДНК человека с установленной последовательностью оснований увеличилась почти в 10 раз. Но хотя прогресс был налицо, результат за год составил менее 0,001% от того, что предстояло сделать. Но уже к июлю 1998 г. было расшифровано почти 9% генома, а затем каждый месяц появлялись новые значительные результаты. Изучив большое число копий генов в виде сДНК и сопоставив их последовательности с участками хромосомной ДНК, к ноябрю 1998 г. расшифровали 30 261 ген (примерно половина генома).
Функции генов. Результаты завершенной части проекта позволяют судить о роли двух третей генов в образовании и функционировании органов и тканей человеческого организма. Оказалось, что больше всего генов нужно для формирования мозга и поддержания его активности, а меньше всего для создания эритроцитов — лишь 8.
К настоящему времени известно около 10 тыс. различных заболеваний человека, из которых более 3 тыс. — наследственные. Уже выявлены мутации, отвечающие за такие заболевания, как гипертония, диабет, некоторые виды слепоты и глухоты, злокачественные опухоли. Обнаружены гены, ответственные за одну из форм эпилепсии, гигантизм и др. Вот некоторые болезни, возникающие в результате повреждения генов, структура которых полностью расшифрована: Хронический грануломатоз ; Кистозный фиброз; Болезнь Вильсона; Ранний рак груди/яичника; Мышечная дистрофия Эмери-Дрейфуса; Атрофия мышц позвоночника; Альбинизм глаза; Болезнь Альцгеймера; Наследственный паралич; Дистония.
С учетом постоянного наращивания темпов работ руководители проекта заявили в конце 1998 г., что проект будет выполнен гораздо раньше, чем планировалось, и сформулировали задачи на ближайшую перспективу: 2001 г. — предварительный анализ генома человека; 2002 г. — расшифровка генома плодовой мухи Drosophila melanogaster ; 2003 г. — создание полных карт генома человека; 2005 г. — расшифровка генома мыши с использованием методов сДНК и искусственных хромосом дрожжей.
Главная стратегическая задача на будущее — изучить вариации ДНК (на уровне отдельных нуклеотидов) в разных органах и клетках отдельных индивидуумов и выявить эти различия.
Заключение: Почти все цели, которые ставил перед собой проект, были достигнуты быстрее, чем предполагалось. Проект по расшифровке генома человека был закончен на два года раньше, чем планировалось. Проект поставил разумную, достижимую цель секвенирования 95 % ДНК. Исследователи не только достигли её, но и превзошли собственные предсказания, и смогли секвенировать 99,99 % человеческой ДНК. Проект не только превзошёл все цели и выработанные ранее стандарты, но и продолжает улучшать уже достигнутые результаты.
Источник: nsportal.ru