Катедра за медицинска биологија и генетика

Геном. Геномика.

Казан, 2005 година

Опфатени прашања

1. Вовед во геномика.

1.2. Делови од геномика

1.3. Фази на развој на геномијата.

2. Организација на човечкиот геном. Феноменот на полиморфизам.

2.1. Единствени гени.

2.2. Семејство на гени.

2.3. Регулаторни зони.

2.4. Повторувања.

2.5. Транспозони .

2.5.1. Биолошко значење на транспонираните елементи.

3. Феноменот на полиморфизам.

1. Вовед во геномика.

1.1. Дефиниција на геном и геномика.

Пред сè, да го дефинираме концептот на „геном“. Постојат неколку дефиниции за геномот. Во енциклопедискиот речник „Генетика“ Н.А. Картел и други даваат две дефиниции за геномот. Прво, геномот се подразбира како севкупност на хаплоиден сет на хромозоми на даден тип на организам. И, второ, ова е целиот генетски материјал на индивидуален вирус, клетка или организам што не е алоплоиден. Во нашата презентација ќе тргнеме од фактот дека геномот на клетката е целата збирка на ДНК лоцирана во јадрото и митохондриите (пластидите) на оваа клетка или организам. Оваа дефиниција често се користи во дела поврзани со проучување на геномот.

Структурата и функцијата на геномот ги проучува посебна наука - геномика.

Напредокот во проучувањето на човечкиот геном стана најзабележителен во врска со развојот и последователната имплементација на меѓународниот проект за човечки геном. Овој меѓународен проект ги обедини напорите на стотици научници од различни земјиа се спроведуваше од 1989 до 2005 година. Главните насоки на проектот се мапирање на гените (одредување на локализација на гените на хромозомите) и секвенционирање на ДНК или РНК (редоследот на нуклеотидите во ДНК или РНК). Иницијатор на ова движење од самиот почеток беше добитникот на Нобеловата награда научник Џ. Вотсон. Во Русија, академик А.А.Баев стана таков ентузијаст. За проектот беа потрошени над 6 милијарди долари. Материјалните трошоци на Русија беа толку скромни што не се земаат предвид при севкупната пресметка на трошоците. И покрај ова, руските научници спроведоа истражување за мапирање на хромозомите 3,4,13 и 19. Проектот овозможи целосно да се дешифрира нуклеотидната секвенца во човечкиот геном. Всушност, ова беше првата фаза - структурна. Втората фаза, наречена функционална, ќе биде поврзана со декодирање на функцијата на генот. Добиените резултати во областа на истражувањето на геномот ја формираа основата на првиот учебник за универзитети, „Геномика“, објавен во САД во 2000 година од C. Cantor и K. Smith.

1.2. Делови од геномика

Геномиката е поделена на пет независни делови.

Структурна геномика ја проучува низата на нуклеотиди во геномот, ги одредува границите и структурата на гените, меѓугенските региони, промоторите, засилувачите итн., т.е. всушност учествува во подготовката генетски картитело. Се проценува дека човечкиот геном се состои од 3,2 милијарди нуклеотиди.

Функционална геномика ја идентификува функцијата на секој ген и геномски регион и нивната интеракција во клеточниот систем. Една од најважните задачи на геномијата е создавање на т.н „генска мрежа“- меѓусебно поврзана работа на гените. На пример, генската мрежа на хематопоетскиот систем вклучува работа на најмалку 500 гени. Тие не само што се меѓусебно поврзани, туку се поврзани и со други гени.

Компаративна геномика ги проучува сличностите и разликите во организацијата на геномите на различните организми.

Еволутивна геномика ги објаснува еволутивните патишта на геномите, потеклото на генетскиот полиморфизам и биодиверзитетот и улогата на хоризонталниот трансфер на гени. Кога се применува на луѓето, како и на кој било организам, можеме да кажеме дека човечката еволуција е еволуција на геномот.

Медицинска геномика решава применети прашања од клиничката и превентивната медицина врз основа на познавање на човечките геноми и патогени организми.

Човечката геномика е основата молекуларна медицинаа неговите достигнувања се користат во развојот на ефективни методи за дијагноза, третман и превенција на наследни и ненаследни болести. Ако претходно се претпоставуваше дека наследна патологија, е поврзан со одредени гени или регулаторни зони, сега нуклеотидните секвенци лоцирани во меѓугенски простори привлекуваат се повеќе внимание. Долго време се сметаа за „тивки“. Во моментов, се акумулираат се повеќе информации за нивниот ефект врз генската експресија.

Геномските истражувања уште еднаш ја потврдија потребата од индивидуален пристап во превенцијата и лекувањето на болестите. Од значаен интерес за медицината се студиите поврзани со компилацијата на „генска мрежа“ - обрасци на интеракција помеѓу гените на ниво на протеински производи. Овие студии придонесоа за создавање на нова наука во рамките на геномијата - протеомика, кој го проучува протеинскиот пејзаж на клетката во различни начини на функционирање на гените. Добиените резултати јасно ја покажуваат изводливоста на индивидуален пристап за лекување на болеста. Сега протеомиката е независна наука, тесно поврзана со геномијата.

Во овој поглед, треба да се нагласи дека тезата „да се лекува не болеста, туку пациентот“ доби значајна потврда во бројни студии за геномот и протеините. Врз основа на нив, приоритетот на оваа одредба во медицинската пракса веќе не е доведен во прашање.

На крајот на дваесеттиот век, молекуларните технологии се развиле толку интензивно што биле создадени предуслови за систематско проучување на структурата на геномите различни типовиживи суштества, вклучувајќи ги и луѓето. Една од најзначајните цели на овие проекти е да се одреди целосната нуклеотидна секвенца на геномската ДНК. Така, се роди нова наука - геномика.

Почетокот на новиот милениум беше означен со најголемото откритие во областа на геномијата - дешифрирана е структурата на човечкиот геном. Веста се покажа толку значајна што стана предмет на дискусија меѓу претседателите на водечките земји во светот. Сепак, многу луѓе не беа импресионирани од оваа порака. Ова првенствено се должи на недостаток на разбирање за тоа што е геном, каква е неговата структура и што значи да се дешифрира? Дали оваа вест има врска со медицината и дали може да влијае на секој од нас? Што е молекуларна медицина и дали нејзиниот развој е поврзан со декодирање на структурата на геномот? Покрај тоа, некои луѓе имаат загриженост за тоа дали Уште еднашново откритие на научниците за човештвото? Дали овие податоци ќе се користат за воени цели? Дали по ова нема да следи општ задолжителен генетски преглед - еден вид генетска сертификација на населението? Дали нашиот геном ќе биде предмет на анализа и колку ќе бидат доверливи добиените информации? Сите овие прашања во моментов активно се дискутираат во научната заедница.

Се разбира, геномијата не започна со луѓето, туку со многу поедноставно организирани живи суштества. Во моментов, дешифрирана е нуклеотидната секвенца на геномната ДНК на многу стотици видови микроорганизми, од кои повеќето се патогени. За прокариотите, комплетноста на анализата се покажа како апсолутна, односно ниту еден нуклеотид не останува недешифриран! Како резултат на тоа, не се идентификуваат само сите гени на овие микроорганизми, туку се одредуваат и аминокиселинските секвенци на протеините што ги кодираат. Ние постојано забележавме дека знаењето за аминокиселинската секвенца на протеинот ни овозможува прилично прецизно да ја предвидиме неговата структура и функции. Се отвора можноста за добивање антитела на овој предвиден протеин, негова изолација од микроорганизмот и директна биохемиска анализа. Ајде да размислиме што значи тоа за развој на фундаментално нови методи за борба против инфекции, ако лекарот не само што знае како се структурирани гените на инфицирачкиот микроорганизам, туку и каква е структурата и функцијата на сите негови протеини? Микробиологијата моментално претрпува огромни промени поради појавата на огромна количина на нови знаења, чие значење во моментов не го разбираме целосно. Очигледно, ќе бидат потребни уште децении за да се прилагоди ова нови информациина потребите на човештвото, пред се во областа на медицината и Земјоделство.

Преминот од прокариоти во еукариоти во смисла на дешифрирање на структурата на геномот е проследен со големи тешкотии и не само затоа што должината на повисоката ДНК е илјадници, а понекогаш и стотици илјади пати поголема, туку и нејзината структура станува посложена. Да се ​​потсетиме дека во геномот на повисоките организми се појавува голема количина на некодирачка ДНК, од кои значителен дел се повторени секвенци. Тие внесуваат значителна конфузија во правилното спојување на веќе дешифрирани фрагменти на ДНК. И, покрај тоа, самите тандем повторувања тешко се дешифрираат на овој начин. Во областа на локализација на такви повторувања, ДНК може да има невообичаена конфигурација, што ја комплицира нејзината анализа. Затоа, во геномот на еден од видовите микроскопски кружни црви (нематоди) - првиот повеќеклеточен организам за кој беше можно да се одреди нуклеотидната секвенца на ДНК - веќе има оставени голем број нејасни места. Навистина, нивната пропорција е помала од една стотинка од вкупната должина на ДНК и овие нејаснотии не се однесуваат на гените или на регулаторните елементи. Целосно е утврдена нуклеотидната секвенца на сите 19.099 гени на овој црв, распоредени на површина од 97 милиони базни парови. Затоа, работата за дешифрирање на геномот на нематодата треба да се смета за многу успешна.

Уште поголем успех е поврзан со декодирањето на геномот на Drosophila, кој е само 2 пати помал по големина од човечката ДНК и 20 пати поголем од ДНК на нематодата. И покрај високиот степен на генетско знаење за Drosophila, околу 10% од нејзините гени беа непознати до овој момент. Но, најпарадоксалното нешто е што Drosophila, која е многу поорганизирана во споредба со нематодата, има помалку гени од микроскопски кружен црв! Од модерна биолошка гледна точка, ова е тешко да се објасни. Повеќе гени од оние на Drosophila се присутни и во дешифрираниот геном на растение од семејството на крстовидни - Arabidopsis, широко користен од генетичарите како класичен експериментален објект.

Развојот на геномските проекти беше проследен со интензивен развој во многу области на науката и технологијата. Така, на биоинформатика. Создаден е нов математички апаратза складирање и обработка на огромни количини на информации; Дизајнирани се суперкомпјутерски системи со невидена моќ; Напишани се илјадници програми кои овозможуваат, за неколку минути, да се изврши компаративна анализа на различни блокови на информации, секојдневно да се внесуваат во компјутерските бази на податоци нови податоци добиени во различни лаборатории ширум светот и да се прилагодат новите информации на оние што се акумулирано порано. Во исто време, беа развиени системи за ефективна изолација различни елементигеном и автоматско секвенционирање, односно определување на ДНК нуклеотидни секвенци. Врз основа на тоа, беа дизајнирани моќни роботи кои значително го забрзуваат секвенционирањето и го прават поевтино.

Развојот на геномијата, пак, доведе до откривање на огромен број нови факти. Значењето на многу од нив останува да се оценува во иднина. Но, дури и сега е очигледно дека овие откритија ќе доведат до преиспитување на многу теоретски позиции во врска со појавата и еволуцијата различни формиживотот на Земјата. Тие ќе придонесат за подобро разбирање на молекуларните механизми во основата на функционирањето на поединечните клетки и нивните интеракции; детално декодирање на многу сè уште непознати биохемиски циклуси; анализа на нивната поврзаност со основните физиолошки процеси. Така, постои премин од структурна во функционална геномика, што пак создава предуслови за истражување молекуларна основафункционирањето на клетката и организмот во целина. Информациите акумулирани сега ќе бидат предмет на анализа во следните неколку децении. Но, секој следен чекор кон дешифрирање на структурата на геномите на различни видови доведува до нови технологии кои го олеснуваат процесот на добивање информации. Така, употребата на податоци за структурата и функцијата на гените на пониско организираните видови живи суштества може значително да го забрза пребарувањето специфични гениповисоко. И сега, методите за компјутерска анализа што се користат за идентификување на нови гени често ги заменуваат прилично трудоинтензивните молекуларни методи за пребарување на гени.

Најважната последица од дешифрирањето на структурата на геномот на одреден вид е способноста да се идентификуваат сите негови гени и, соодветно, да се идентификуваат и определат молекуларна природатранскрибираните РНК молекули и сите нејзини протеини. По аналогија со геномот, концептите се родени транскриптом, кој комбинира базен на РНК молекули формирани како резултат на транскрипција, и протеом, кој вклучува многу протеини кодирани од гени. Така, геномијата создава основа за интензивен развој на новите науки - протеомикаИ транскриптомика. Proteomics е проучување на структурата и функцијата на секој протеин; анализа на протеинскиот состав на клетката; определување на молекуларната основа на функционирањето на поединечна клетка, што е резултат на координирана работа на многу стотици протеини, и проучување на формирање на фенотипска карактеристика на организмот, што е резултат на координирана работа на милијарди клетки. Многу важни биолошки процеси се случуваат и на ниво на РНК. Нивната анализа е предмет на транскриптомика.

Најголемите напори на научниците од многу земји во светот кои работат на полето на геномијата беа насочени кон решавање меѓународен проект„Човечки геном“. Значителен напредок во оваа област е поврзан со имплементацијата на идејата предложена од Ј. Во работата на групата предводена од о. Колинс. Се заснова на примарната идентификација на гените за наследни човечки болести.

Декодирањето на структурата на човечкиот геном доведе до сензационално откритие. Се покажа дека човечкиот геном содржи само 32.000 гени, што е неколку пати помалку од бројот на протеини. Во исто време, постојат само 24.000 гени за кодирање на протеини; производите на преостанатите гени се молекули на РНК. Процентот на сличност во ДНК нуклеотидните секвенци помеѓу различни индивидуи, етнички групи и раси е 99,9%. Оваа сличност е она што не прави луѓе - хомо сапиенс! Целата наша варијабилност на ниво на нуклеотиди се вклопува во многу скромна бројка - 0,1%. Така, генетиката не остава простор за идеи за национална или расна супериорност.

Но, ајде да се погледнеме - сите сме различни. Уште позабележителни се националните, а уште повеќе, расните разлики. Значи, колкав број на мутации ја одредуваат човечката варијабилност, не во проценти, туку во апсолутна смисла? За да ја добиете оваа проценка, треба да запомните која е големината на геномот. Должината на молекулата на човечката ДНК е 3,2 x 10 9 базни парови. 0,1% од ова е 3,2 милиони нуклеотиди. Но запомнете дека кодираниот дел од геномот зафаќа помалку од 3% од вкупната должина на молекулата на ДНК, а мутациите надвор од овој регион, најчесто, немаат никакво влијание врз фенотипската варијабилност. Така, за да се добие интегрална проценка на бројот на мутации кои влијаат на фенотипот, треба да земеме 3% од 3,2 милиони нуклеотиди, што ќе ни даде бројка од редот на 100.000. Односно, околу 100 илјади мутации го формираат нашиот фенотип варијабилност. Ако ја споредиме оваа бројка со вкупниот број на гени, излегува дека во просек има 3-4 мутации по ген.

Кои се овие мутации? Нивното огромно мнозинство (најмалку 70%) ја одредува нашата индивидуална непатолошка варијабилност, она што нè разликува, но не прави полоши едни со други. Ова ги вклучува карактеристиките како што се бојата на очите, косата, кожата, типот на телото, висината, тежината, типот на однесување, што исто така е во голема мера генетски определено и многу повеќе. Околу 5% од мутациите се поврзани со моногени заболувања. Околу една четвртина од преостанатите мутации припаѓаат на класата на функционални полиморфизми. Тие се вклучени во формирањето на наследна предиспозиција за широко распространета мултифакторна патологија. Се разбира, овие проценки се прилично груби, но ни овозможуваат да ја процениме структурата на човечката наследна варијабилност.



Кандидат за хемиски науки Олга Белоконева.

Американските истражувачи за прв пат конструирале целосен геном на бактерија „ин витро“ и го вовеле во лушпата на бактерија од друг вид, со што добиле комплетен жива клеткаспособни за репродукција. Сега следниот чекор е да се создаде одржлив организам со минимален сет на гени.

Технологија за создавање бактерии со интегриран вештачки геном.

Меѓународен тим на истражувачи кои создадоа синтетички живот.

Работните лидери Крег Вентер (лево) и Хамилтон Смит.

Електронска микрографија на синтетичката бактерија Mycoplasma mycoides.

Она што не можам да го создадам
Не можам да разберам.
Ричард Фајнман, добитник на Нобеловата награда за физика

Вообичаено, хемичарите кои проучуваат природни соединенија работат според следнава логика: прво наоѓаат нова супстанција во природата, потоа ја одредуваат нејзината функција и структура и на крајот се обидуваат да го синтетизираат ова соединение во лабораторија за да ги споредат својствата на природно соединение и негов синтетички аналог. Ова е единствениот начин да се докаже дека супстанцијата со дадена хемиска структура има одредени својства. Но, во генетските манипулации, овој пристап не функционираше долго време - структурата на ДНК беше веќе позната, но никој не можеше да го реши инверзниот проблем.

Наука за создавање бизнис

Ветеранот на кампањата во Виетнам, Американецот Крег Вентер студирал биохемија и добил академски степен, но не остана долго во лабораториските ѕидови. Младиот истражувач бил привлечен од бизнисот. Во 1998 година, тој учествуваше во создавањето на биотехнолошката компанија Celera Genomics. Во времето на создавањето на компанијата, работата веќе беше во полн замав за дешифрирање на геномот на живите суштества, вклучувајќи ги и луѓето. Но, напредокот беше ограничен поради несовршеноста на технологијата за секвенционирање на ДНК (одредување на нуклеотидната секвенца). Како дел од тимот на истражувачи, Вентер учествуваше во развојот на нов метод на секвенционирање - методот на сачмарка. Користејќи го овој метод, во рок од две години човечкиот геном беше целосно дешифриран. Вентер сакал да го продаде истражувањето на компанијата, но научната заедница изразила незадоволство и тој морал да попушти. Тој ги објави сите резултати од декодирањето на геномот на Интернет и ја остави Celera Genomics, создавајќи нов институтимето на себе.

Една од пионерските иницијативи на Институтот Крег Вентер во 2000-тите беа таканаречените метагеномски проекти. Експедициите организирани од институтот извршија анализа на геномот на населението разни организмиживеат во Саргасо и други мориња. Користејќи геномски технологии, тимот успеа да ја опише генетската разновидност на подводното царство, притоа откривајќи илјадници нови гени и нови видови живи суштества.

Сега, кога беше позната хемиската структура на многу сложени геноми, логично беше неопходно да се започне со синтеза на вештачки геном, што го направи Вентер. Друга идеја на Вентер беше создавање на одржлив организам со минимален сет на гени. Таквата генетска единица може добро да се нарече „елемент на животот“ - „минимална“ клетка. По аналогија во хемијата, наједноставната единица е атомот на водород.

Сè уште не постои „минимална“ клетка, но организам со синтетички геном веќе живее и се репродуцира во лабораторијата на Институтот Крег Вентер. Ова е обична бактерија, која се разликува од другите само по тоа што нејзината ДНК се синтетизира „ин витро“.

Од почетокот на работата до историската публикација во мај 2010 година во списанието Science под наслов „Создавање на бактериска клетка која е контролирана од хемиски синтетизиран геном“, поминаа долги 15 години, а проектот чинеше 40 милиони долари. На ова големо научно достигнување му претходеше уште еден успех - во 2003 година, тимот на Вентер успеа да создаде вирус со вештачки геном.

Покрај Вентер, меѓународниот тим од успешни истражувачи на двете локации на институтот, во Роквил, Мериленд и Ла Јола, Калифорнија, го водат уште двајца истакнати научници. Еден од нив - Нобеловец 1978 Хамилтон Смит. Нобелова наградатој го добил за откритието што ја вовело ерата на хемиска манипулација со геномот: тој изолирал рестриктивни ензими - ензими кои ја сечат молекулата на ДНК на посебни фрагменти. Друг водач на работата е извонредниот микробиолог, претставник на познатата научна династија Клајд Хачисон III.

Синтетичката ДНК, која се состои од 1,08 милиони нуклеотиди, стана најдолгата молекула некогаш синтетизирана во лабораторија. Првата синтетичка клетка во историјата содржи целосно вештачки хромозом, синтетизиран од хемиски компоненти со помош на компјутерска програма. Ова веќе не е технологија генетскиот инженерингКога научниците успеале да го променат или дополнат геномот на живите суштества со неколку гени или збир на гени, ова е целосна трансплантација на целиот геном.

Трансплантација на геном

Експериментот за создавање вештачки живот се состоеше од следново: научниците го синтетизираа геномот на една бактерија и го внесоа во клетката на бактерија од друг вид. Резултирачкиот организам со лушпата на примачката бактерија Mycoplasma capricolum се покажа дека е идентичен со донаторската бактерија Mycoplasma mycoides. Така, за прв пат со сигурност се покажа дека ДНК всушност содржи целосни информации за функционирањето на целата жива клетка.

Добиените хибриди изгледаа, растеа и се репродуцираа исто како Mycoplasma mycoides. Друг важен знак дека станува збор за Mycoplasma mycoides е дека инженерската бактерија синтетизирала протеини карактеристични за овој конкретен вид. Точно, синтетичките бактерии сè уште се разликуваат од природните. Засега може да живее и да се размножува само во лабораторија, во посебен хранлив медиум, во природни условибактеријата не е одржлива.

Луѓето честопати прашуваат зошто е невозможно да се постави вештачки геном во сопствената клетка? Бидејќи протеините карактеристични за неа останале во оваа клетка, што значи дека резултатите од експериментот можеле да се објаснат со нивното присуство. Односно, би имало несигурност во толкувањето на резултатот.

Зошто се потребни синтетички бактерии?

Реакциите на истражувањето во научната заедница се мешани. Многумина веруваат дека е прерано да се зборува за практичната примена на технологијата: едно е да се програмираат прокариотски бактерии без нуклеарно оружје, а сосема друго е да се создадат вештачки хромозоми на нуклеарните клетки на еукариотите, односно клетките на сите растенија. животните и луѓето. Кога се прилагодува технологијата на нуклеарните ќелии, се поставуваат премногу прашања: како да се пренесе ДНК во јадрото, како да се создадат и трансплантираат ненуклеарни генетски информации итн.

Сепак, Вентер смета дека спроведеното истражување е важно за фундаменталната наука, бидејќи отвора нови перспективи во проучувањето на потеклото на животот и наоѓање одговор на прашањето кои гени се одговорни за животот и репродукцијата на живо суштество.

Работата на Вентер ветува создавање организми со целосно дефинирани својства и функции. Точно, ова е прашање на прилично далечна иднина. Досега, научниците „само“ успеаја да спроведат генетска програма што веќе постои во природата. Но, сепак, изгледите за синтетичка геномика се огромни. Тоа е толку примамливо - менувајќи ја генетската програма по ваша дискреција, да создадете фабрики за синтетички бактерии способни да произведуваат лекови, хранливи протеини, биогорива, прочистување на водата од загадувачи и многу, многу повеќе.

По успешното создавање на првиот вештачки организам, тимот на Вентер и други, ги концентрираа своите напори на уште еден проект што логично следеше од ова достигнување. Зборуваме за создавање на клетка која ги содржи само гените неопходни за одржување на животот во неговата наједноставна форма, односно „минимален“ геном.

Елемент на животот

Дефиниција на „минималниот“ геном кој обезбедува сè потребни функции, кои дозволуваат едноклеточен организам да постои во одредена средина, не е празно прашање. Решавањето на овој проблем е неопходно за да се разбере потеклото на животот на Земјата, што вклучува проучување на патеките на генетската еволуција и механизмот на потеклото на геномите како такви. Покрај тоа, „минималната“ клетка ќе стане основа за проучување на сите гени неопходни за живот.

Работата во оваа насока се врши главно со бактерии од родот Mycoplasma. Геномите на микоплазмата, како што веќе споменавме, се многу мали (од 580 до 1400 илјади базни парови) и добро проучени. Најкраткиот геном е тој на Mycoplasma genitalium. Неговата должина е околу 580 илјади базни парови, кои сочинуваат 485 гени.

Со проучување на геномите на микоплазмите, Крег Вентер и неговите колеги дојдоа многу блиску до разбирање каков треба да биде „минималниот“ геном на идните вештачки микроби. Како што е наведено во патентот што тие веќе го поднеле, „минималниот“ геном – основната градежна блока или поточно основната „шасија“ за создавање вештачки организми – се состои од помалку од 400 гени. Со воведување на „минимален“ геном во клетката и додавање други гени на него, истражувачите имаат намера да создадат едноставни организми со нови, однапред одредени својства.

Фотографии од веб-страницата на Институтот Ј. Крег Вентер www.jcvi.org.

Геномика Геномика - комплексна наука, проучувајќи ги геномите. Делови од геномика: структурна геномика – содржина и организација на геномските информации; функционална геномика – имплементација на информации запишани во геномот од ген до особина; компаративна геномика– компаративни студии на содржината и организацијата на геномите на различни организми; Сите овие гранки на геномијата придонесуваат за основната биологија (индивидуален развој, еволуција), здравствената заштита, земјоделството и биотехнологијата. Резултатот од структурната геномика е добивањето на нуклеотидна секвенца (низа од англиската низа), која целосно би го претставувала секој од хромозомите од првиот нуклеотид до последниот. 2

За да се добие таква низа, денес е неопходно да се одреди нуклеотидната низа во прилично кратки ДНК сегменти, долги приближно 1000 позиции. Во човечкиот геном има 3 милијарди позиции, што значи дека тој мора да се скрши на парчиња што ќе се „читаат“. Потоа треба да вратите единечна нуклеотидна секвенца од споредба на поединечни сегменти за читање текст. Враќањето се заснова на споредување на одредени секвенци и идентификување на преклопувачки (идентични) делови од текст во нив. Должината на преклопениот регион мора да ја надмине должината на секвенцата што може да се појави во даден геном од случајни причини. На пример, во човечкиот геном има 3 x 109 bp. секвенца долга 15 нуклеотиди може да се појави случајно - бидејќи секоја позиција може да содржи еден од четирите нуклеотиди, веројатноста дадените нуклеотиди да се појават на 15 позиции по ред е 415 = 230, што е приближно еднакво на 109. Тоа е, во сегмент од 109 позиции долг, даден 15-нуклеотид низата може да се појави 1 пат поради случајни причини. 3

Но, факт е дека нуклеотидите во ДНК не се случајно лоцирани и ова е проблем за реконструкција на низата од преклопувачките сегменти. Ако две секвенци од 1000 нуклеотиди се преклопуваат со 20 или стотина нуклеотиди, тоа не значи ништо, бидејќи целиот овој фрагмент од 1000 нуклеотиди може да се повтори неколку пати во геномот. Затоа, беше неопходно прво да се подредат фрагментите долж геномот и дури потоа да се идентификува нивното преклопување врз основа на низата. Ова беше патот на светската заедница при секвенционирањето на човечкиот геном. (секвенционирањето во литературата на руски јазик е процес на одредување на низата на нуклеотиди. Овој термин е исто така трага-хартија од англиското име). Како би можело да се направи ова? Во човечкиот геном требаше да се стават неколку „плови“, кој регион е зад кој. Редоследот на таквите региони ја сочинува мапата на геномот. Првата таква карта беше генетска карта. Тоа е прикажано на сликата лево. 4

Во близина е обоен хромозом со видливи попречни ленти. Попречното обојување е индивидуално за секој хромозом; секоја лента има свој број, што ја претставува „адресата“ на даден дел од хромозомот. Секој таков регион содржи милиони нуклеотидни парови, чија низа мора да се одреди. Добиени се полиморфни маркери, односно пронајдени се региони на хромозомот кои кај различни луѓе (или на различни хромозоми на иста личност) содржат неидентични нуклеотидни секвенци. Забележете дека за генетска карта со интервал од 10% рекомбинација, потребни се 300 маркери на еднакво растојание за да се разликува еден од друг хромозом на даден локус. 5

Откривањето на маркерите на ДНК се заснова на методот на засилување (репродукција) на фрагменти на ДНК ин витро со нуклеотидна точност со помош на полимеразна верижна реакција (PCR). Користејќи го методот PCR, можете да синтетизирате фрагмент на ДНК ин витро (во епрувета) и да го добиете како хемиски чиста супстанција. За синтеза, се користат кратки синтетички ДНК сегменти наречени прајмери ​​(семе за синтеза). Од 3'-крајот на прајмерот, синтезата на фрагмент на ДНК започнува по должината на шаблонот, на кој се анектира (се лепи преку комплементарна интеракција помеѓу нуклеотидите на прајмерот и шаблонот). Во еден циклус на завршување на ДНК, од две се добиени 4 ДНК нишки, а во следниот циклус од 4 се добиваат 8 нишки итн. Секој циклус трае неколку минути. Во текот на 30 PCR циклуси, целниот фрагмент ќе се размножи 1 милијарда пати, овозможувајќи фрагментот да се набљудува (по боење). Времето потребно за секој чекор на PCR во иднина ќе се намали за 2-3 реда на големина, така што секој циклус ќе биде завршен за секунди. 6

За да се направи разлика помеѓу хромозомите на таткото и мајката, се користеа таканаречените STR маркери (Кратко тандемско повторување), составени од идентични врски, најчесто врската се состои од пар CA нуклеотиди. Односно, тие пронајдоа места во геномот каде што овие прошарани врски се повторуваа. Да речеме дека во хромозомот на таткото, во фрагмент од 100 нуклеотидни парови, имало вметнување од 20 врски, а на истото место на хромозомот на мајката биле вметнати 22 врски. Овој фрагмент на ДНК беше пропагиран ин витро, со нуклеотидна прецизност со помош на полимеразна верижна реакција (PCR). Должината на овие фрагменти ќе биде 100+20 x2=140 за тато и 100+22 x2=144 за мама. Со фракционирање на формираните фрагменти во гел под влијание на постојана струја (електрофореза), можеме да ги одвоиме фрагментите по големина. Колку е потежок фрагментот, толку е помала неговата електрофоретска подвижност и ќе биде поблиску до почетокот. Ако родителите на детето имале должина на фрагменти (како што е наведено во примерот погоре) 140 и 144 bp. , тогаш детето ќе ги има и овие пруги. 7

Опишаниот пристап се користи не само во фундаменталните истражувања, туку и во практиката на лична идентификација за време на судско-медицинскиот преглед. Да речеме, даден локус на хромозомот може да биде во една од 10-те алтернативни состојби. (Овие состојби, алели, се одликуваат со нивната електрофоретска подвижност). Овие состојби се разликуваат со 10 хромозоми или луѓе со такви хромозоми. Ако земеме во анализа друг локус (на различен хромозом) со исти карактеристики, тогаш по овој локус ќе разликуваме и 10 хромозоми или луѓе. И врз основа на комбинацијата на состојби во овие два локуси, се разликуваат 10 x 10 = 102 хромозоми. Пет такви локуси ќе разликуваат 105 хромозоми. И бидејќи секој од нас има пар хромозоми, комбинациите на алели на овие пет локуси даваат 105 x 105 = 1010 опции. Овој број на опции е поголем од бројот на луѓе на земјата. Во пракса, идентификацијата користи збир на алели од 13 локуси, иако пет, како што гледаме, може да бидат доволни за бран. Генетската карта беше првата карта на човечкиот геном, врз која беше изградена последователна работа за мапирање. Оваа карта беше во корелација со физичка карта што ја прикажува секвенцата на клонирани ДНК фрагменти долж геномот (види Слика 1, десно). 8

Физичките карти на геномот често се претставени со групи на фрагменти на ДНК клонирани во векторски молекули (рекомбинантна ДНК) распоредени на уреден начин релативно едни на други. Овој сет на континуирано преклопувачки фрагменти на ДНК се нарекува контиг. Со цел да се идентификува преклопувањето на клонирани фрагменти на ДНК, потребна беше претходно воспоставена мапа на генетски маркери. Преклопувањето беше воспоставено помеѓу „големите“ молекули на ДНК кои содржат приближно 106 базни парови кои беа клонирани во вештачки хромозоми на квасец (клонови YAC, кратенка од Вештачки хромозом на квасец). Вештачки бидејќи го отстранија најголемиот дел од вистинската ДНК од квасец и вметнаа фрагменти од човечка ДНК. Таквите конструкции се способни да се реплицираат во клетките на квасецот. Големината на хромозомите на квасецот е приближно 1-2 милиони нуклеотидни парови. Како беше воспоставено преклопувањето на фрагментите на клонирани ДНК? Имаме YAC клон бр. 1 со продолжен фрагмент од клонирана ДНК и, да претпоставиме, во него се најдени и маркерот А и маркерот Б, за кои од генетските податоци се знае дека се соседни на картата. Во YAC клонот бр. 2 повеќе нема маркер А, туку има маркери B и C, а од генетската карта се знае и дека B и C се соседи. Клон бр. 3 содржи маркери C и D. Споредбата на податоците за присуството на генетските маркери A, B, C и D во клоновите YAC покажува дека тие се преклопуваат во низата од YAC бр.1, бр.2, бр.3. 9

Вметнувањата на ДНК од 3000 YAC клонови се приближно еднакви по должина на човечкиот геном. Во анализата на преклопување на YAC-колона, беа земени 30.000 клонови така што секоја точка во геномот беше преклопена со неколку клонови. На почетокот не беше познато како се наоѓаат, но во просек секоја точка во геномот се преклопуваше 10 пати. Беа користени околу 3000 STR маркери, и тие погледнаа како овие маркери и клонови се преклопуваат еден со друг. PCR беше користен како метод за откривање на присуството на генетски маркер во клоновите на YAC. Во последната фаза од составувањето на физичка карта на човечкиот геном, присуството на приближно 30.000 маркери беше откриено во овие 30.000 клонови на YAC. Ова е еден маркер на 100.000 базни парови. Растојанието помеѓу краевите на клоновите на YAC беше исто така 100.000 bp. (со должина на клон од 1 милион bp). Мапирањето беше извршено на роботски машини кои изведуваа приближно 300.000 PCR реакции дневно. Дозволено е сите клонови на YAC да се подредат во контиг. Се претпоставуваше дека тие ќе бидат директно секвенционирани. Меѓутоа, подоцна беше користена различна шема за секвенционирање на клонови. Мапираните клонови на YAC често се користеа за пребарување на гени лоцирани во влошката на YAC, но овој чекор не доведе до секвенционирање. 10

11

Преклопувањето може да се види и по локацијата на одредени места за ограничување. Ајде да го разгледаме овој метод подетално. Структурата на фрагментот на ДНК се определува со положбата на местата на расцепување со специфични ензими - рестриктивни ендонуклеази (рестриктивни ензими). Секој рестриктивен ензим препознава нуклеотидна секвенца со одредена должина и состав. На пример, рестриктивниот ензим Еко. RI препознава GAATTC и никој друг (ќе ја расцепи ДНК во просек еднаш на 46=4096 нуклеотиди), Бам. HI го препознава GGATTC. Да претпоставиме дека имаме клониран фрагмент на ДНК кој е долг 13.000 нуклеотиди и го вариме со рестриктивниот ензим Бам. HI, добивајќи два фрагменти од 9 и 4 илјади нуклеотиди. Тогаш ако го поделиме Еко. РИ, добиваме фрагменти од 8, 3 и 2 kb. Кога го гледаме двојното разделување, добиваме фрагменти со големини од 7, 3, 2, 1 kb. Големините се познати затоа што во близина има патека која ги фракционира молекулите со стандардна големина, овозможувајќи да се создаде крива на калибрација. Ако извршиме второ делење, ќе видиме дека фрагментот од 9 kb се подели на фрагменти од 7 и 2 kb. Оваа специфична низа на места и специфичното растојание меѓу нив е портрет на молекулата (види слика подолу). Од овие портрети можеме да ги усогласиме молекулите една со друга, без оглед на тоа што тие кодираат или што е содржано во нив. Ова е многу типична процедура. Расцепувањето на фрагмент на ДНК со секој рестриктивен ензим посебно и со нивна мешавина овозможува да се создаде рестриктивна карта на фрагментот. 12

13

14

Значи, ги подредивме молекулите користејќи генетско и физичко мапирање. Да се ​​вратиме на методот на секвенционирање. Користена е мешавина на дидеоксинуклеотиди - dd. NTP (на сликата на десната страна; тие немаат OH група на 3' јаглеродниот атом), која е додадена на обичните деоксинуклеотиди (на сликата лево). И за време на синтезата на ДНК ин витро, ова доведе до прекин на синтезата на жиците на позицијата каде што беше вметната dd. NTP. Позицијата 3' е местото каде што нуклеотидот се додава на молекулата на ДНК во изградба. Но, ако на 3`-крајот нема хидроксилна група, туку водород, тогаш синтезата нема да оди понатаму - ќе биде прекината. Ова се користи на следниот начин. Имаме матрица (влакно на ДНК) што треба да се секвенционира. Ако синтезата е во тек, а A е на првата позиција на матрицата (види слика подолу), тогаш вообичаеното T може да се вгради и синтезата ќе оди понатаму, или dd може да се вгради. ТТП и синтезата нема да одат понатаму. Ланецот ќе се скрши, а добиеното синтетизирано јадро ќе заземе одредена позиција за време на фракционирањето според неговата големина. Следниот прекин ќе одговара на втората буква од секвенционираната нишка, а исто така ќе ја заземе нејзината позиција според должината при фракционирање на електрофореза итн. И така натаму за секој нуклеотид. На овој начин ќе ја вратиме нуклеотидната секвенца во низата на ДНК што се секвенционира. Овој метод беше предложен од Фред Сангер, за што ја доби својата втора Нобелова награда. 15

16

17

Ајде да размислиме за одредување на нуклеотидната секвенца во клонирана ДНК фрагмент. Клонираниот фрагмент е содржан во таканаречената векторска ДНК молекула, молекула која овозможува да се внесе во клетка (обично бактериска клетка, но понекогаш се користат и клетки од квасец). Целата работа на секвенционирање на човечкиот геном беше спроведена со учество на бактериски векторски молекули. Векторскиот регион во непосредна близина на влошката содржи нуклеотидна низа комплементарна на универзалниот прајмер за секвенционирање. Овој прајмер иницира синтеза на ДНК ин витро, што ќе продолжи од првиот нуклеотид по шаблонот на клонираниот фрагмент на човечка ДНК. Се користат два универзални прајмери, еден за векторската секвенца во непосредна близина на едниот крај на влошката, другиот прајмер за векторската низа во непосредна близина на другиот крај на влошката. Со еден од прајмерите, клонираниот фрагмент се секвенционира од едната страна, а со другиот прајмер, од другата страна. 18

Имаме ист вектор, и има милиони вметнувања, но сите тие се секвенционирани од ист пар прајмери. Најголемиот дел од геномот беше секвенциониран со клонирање на фрагменти од 2 илјади базни парови, бидејќи илјада читања на едната и илјада од другата страна. Секоја точка од човечкиот геном беше секвенционирана неколку десетици пати како дел од различни клонирани молекули на ДНК. Односно, растојанието во геномот помеѓу краевите на клонираните и секвенционираните фрагменти на ДНК беше помало од 200 базни парови. Од секоја почетна точка беа прочитани околу 1000 нуклеотиди. Од целиот овој сет на „текстови“ беше репродуцирана структурата на човечкиот геном. Но, беше можно да се соберат овие секвенци од 1000 букви во бројни милиони букви само врз основа на фактот дека повеќетофрагменти претходно биле мапирани на човечки хромозоми. Без мапирање, секвенцата би можела да заврши во регион кој се повторува на геномот, а продолжението на секвенцата од таков регион има онолку варијанти на продолжување колку што е присутно повторувањето во човечкиот геном (некои повторувања се милиони пати). Затоа, прво беше воспоставена низата на локација на клонираните фрагменти во геномот. Ова беше направено за фрагменти од околу 200 илјади базни парови во големина, и дури тогаш тие беа секвенционирани. Процесот на секвенционирање на Sanger може да се автоматизира. Механизмот е претставен на следниот слајд. 19

20

Слајдот покажува прајмер од кој синтезата продолжува налево. Имаме дидеоксинуклеотидни фосфати T, A, C и G. Секој од нив зазема своја позиција во фрагментот синтетизиран по должината на проучуваната шаблонска нишка. На претходниот слајд, секоја буква одговараше на посебна гел песна, вкупно има четири. Ако секоја од синтезата за завршување на буквите е означена во сопствена боја, тогаш сите терминатори може да се комбинираат во една епрувета и производите да се фракционираат во една лента. Прекинувањето на синтезата на позицијата на дадена буква ќе даде фрагмент со неговата позиција во гелот по фракционирањето. Секоја позиција на прекинот ќе се карактеризира со бојата на терминаторската буква на која настанала паузата. За време на фракционирањето на завршните фрагменти, ласерот ќе сними последователни врвови на детекторот - која лента поминала низ броењето и каква боја е. Оваа низа од врвови потоа се дешифрира во низа од нуклеотиди во молекулата на ДНК. Точноста на низата (востановувајќи која буква ја прекинала синтезата во дадена позиција) се определува со односот на височините на врвовите на соодветните различни буквина истата позиција на секвенционираниот фрагмент. Помеѓу два врва различни боиво една позиција имаше одредена дискриминаторска вредност. Техниката беше разработена на таков начин што буквата се сметаше за веродостојно воспоставена за дадена позиција ако главниот врв во оваа позиција беше повисок од другите за одреден број пати. 21

22

Бактеријата H. influenzae беше првиот слободно жив организам на кој геномот му беше целосно секвенциониран. Бидејќи бактерискиот геном е мал, околу илјада нуклеотиди, и има неколку повторувања (и тие се кратки), немаше потреба од прелиминарно мапирање на клонираните фрагменти на ДНК - овие фрагменти веднаш беа секвенционирани. Оваа работа беше спроведена во Институтот за генетски истражувања TIGR под раководство на Крег Вентер. Вентер потоа ја основал фирмата на Селер за да го секвенционира човечкиот геном, каде што ја користел истата шема за секвенционирање како и за бактериите. Згора на тоа, земал пари од приватни фирми, бидејќи државата не верувала дека ќе успее. Глобалната заедница претходно користеше генетска и физичка карта, против која беше изградена низа од преклопени фрагменти од клонирана ДНК (контиг) наменети за секвенционирање. Односно, секвенцата на човечкиот геном беше составена од фрагменти, обично преку употреба на нареден сет на клонови и воспоставување на нуклеотидната секвенца на мапираните клонови. 23

24

25

Вентер, за разлика од меѓународната заедница, користел случаен сет на клонови и се обидел да ја врати целосната нуклеотидна секвенца директно од споредувањето на секвенците на целата грамада фрагменти. Успеал да го направи тоа на бактерии, но кај луѓето тоа функционирало само затоа што користел јавно достапни податоци од глобалната заедница за тоа кои молекули каде се наоѓаат во човечкиот геном. Вентер својата работа ја објавил еден месец порано од светската заедница, бидејќи не мапирал ништо, туку користел секвенционирање на многу кратки рекомбинантни молекули. Вкупната должина на Вентер на секвенционирани ДНК фрагменти беше пет пати поголема од онаа на целата светска заедница. Користејќи ги податоците на светската заедница за мапираните фрагменти, Вентер успеал да реконструира сè што секвенционирал во една нуклеотидна секвенца. Доколку немаше податоци од светската заедница, тогаш целата нејзина работа би била претставена во кратки сегменти кои би се разграниле поради фактот што има повторувања во геномот. Како резултат на сработеното, беа објавени две статии: напис на Вентер во списанието Science и статија на Ландер, лидер на светската заедница, во списанието Nature. 26

Проектот за човечки геном започна во 1990 година. Првата (нацрт) верзија на нуклеотидната низа беше завршена во 2000 година. Конечната верзија, која повеќе нема да се подобрува (наречена Build 35), беше завршена во 2004 година.

Најновата верзија на секвенцата содржи 2,85 милијарди базни парови со 341 празнини, односно поради некоја причина геномската ДНК не можеше да се секвенционира на овие места. Секвенцата опфаќа околу 99% од оној дел од човечкиот геном кој е претставен во некомпактна форма - еухроматин. Точноста на низата во финалната верзија е 1 грешка на 100 илјади позиции по ред. Никој нема да го секвенционира целиот геном уште попрецизно. Дозволете ми да ве потсетам дека геномот на вашиот татко се разликува од геномот на вашата мајка за приближно 1 позиција на илјада. Предвидениот број на гени кај луѓето сега е 2025 илјади, што е нешто помалку од претходно предвиденото. 28

Покрај податоците за нуклеотидната секвенца на човечката геномска ДНК (референтна секвенца), создадени се и бази на податоци: 1) за нуклеотидната секвенца на транскрибирани ДНК секции (EST база на податоци, EST = изразени ознаки за секвенца), што ја карактеризира не геномската ДНК, но она што е препишано од ДНК. 2) за положбата и содржината на разликите (полиморфизми, односно нуклеотидни замени) на други познати човечка ДНК секвенци од референтната секвенца (SNP база на податоци, SNP = Single Nucleotide Polymorphism) 29

Геномиката е неодамна формирана област на науката, чиј предмет на проучување се геномите на сите организми, не само на луѓето. Една од областите на геномијата е реконструкција на збирна карта на метаболичките патишта на живите суштества, составена од приватни метаболички карти карактеристични за секој организам. Идентификацијата на одредени групи на гени за метаболички функции во различни геноми сугерира функционална врска помеѓу гените од овој сет во еден дел од метаболичкиот синџир. Конкретно, еден од пристапите е овој. Се проучуваат голем број видови (слика подолу), на пример, бактерии. Првите три вида имаат гени за протеините 1, 3 и 6. Некои ги имаат преостанатите протеини, а некои немаат. Овој сет на гени (1, 3 и 6) е отсутен кај четвртиот вид. Овој вид на присуство-отсуство на цела група гени ни овозможува да претпоставиме дека протеините што тие ги кодираат се некако поврзани во метаболичкиот циклус. Гените на таков сет не мора да се наоѓаат во близина во геномот. триесет

31

Друг критериум за функционална поврзаност меѓу гените, кој особено добро функционира кај бактериите, се заснова на зачувување на близината на истите (по секвенца) гени кај различни видови бактерии. Кај бактериите, не е невообичаено група гени лоцирани заедно да бидат одговорни за група секвенцијални метаболички чекори. Таквата група на гени е регулирана на ниво на транскрипција на унифициран начин и се нарекува оперон (единица за работа). Често секвенцата на гени во оперон се совпаѓа со низата на метаболички чекори. За еукариотите, соседната локација на функционално поврзаните гени не е типична, иако таквите гени се расфрлани низ нивниот геном, координираната транскрипциска регулација е присутна и кај еукариотите.

До денес, неколку стотици бактериски геноми и геномите на неколку еукариоти се секвенционирани. Сега знаеме дека кај бактериите големината на геномот никогаш не е помала од 0,5 милиони базни парови, а максималната големина на геномот е околу 10 милиони bp. , - во квасец (еукариотски организам) - околу 12 милиони, - кај нематоден црв - 97 милиони, - и кај луѓето - 3 милијарди нуклеотидни парови. - А бројот на гени во про- и еукариотите се разликува за помал број пати. Минималниот број на гени во бактеријата микоплазма е 470, кај квасецот – 6000, кај нематодата – 19.000, а кај човекот околу 20.000, односно по бројот на гени не се разликуваме многу од нематодата и мувата. Количината на хромозомска ДНК по ген е 1000 bp кај бактериите. односно гените се многу цврсто спакувани; - во квасец – 2000 bp. , а на некои места гените се одделени со одреден простор; - во нематода – 5000 bp. на генот и просторите се појавуваат внатре во гените - интрони; кај луѓето – 30.000 bp. - Во нашиот геном има големи меѓугенски простори и големи простори во гените кои не се претвораат во зрела РНК. 33

Имајте на ум дека сите овие организми не се разликуваат многу во големината на зрелите транскрипти. Во зрелата РНК, протеинскиот-кодирачки регион обично го зазема главниот дел од секвенцата. Некои гени ја кодираат РНК, со која протеинот воопшто не се синтетизира. Пред протеинската секвенца во зрелата мРНК постојат региони за регулација на транслацијата, а по секвенцата за кодирање на протеини постојат региони кои ја одредуваат стабилноста (живот на РНК). Кај прокариотите, секвенците пред и по делот за кодирање на протеините се многу пократки отколку кај еукариотите. Значи, во однос на големината на РНК, сите организми се поблиску отколку според големината на гените, а во однос на големината на протеините, тие се уште поблиску. 34

Тие експериментално го „исклучија“ секој ген во многу бактерии и гледаа дали тие ќе преживеат под овие услови или не. Се испостави дека во бактериите можете да „исклучите“ (еден по еден) околу 50% од гените, а тие сè уште ќе живеат. Во квасецот, можете да исклучите 80% од гените и тие сè уште ќе живеат. Како тоа беше експериментално докажано? Во геномот на клетката се вметнува репортер ДНК фрагмент, што овозможува да се измери брзината на транскрипција и транслација на местото на вметнување на фрагментот. Затоа е познато дека и транскрипцијата и транслацијата на известувачкиот ген преку оваа точкапод овие услови, се јавува од регулаторните елементи на генот нарушен со внесувањето на известувачот, иако самиот нарушен ген не е функционален. Така, 80% од гените на квасецот биле „убиени“ еден по еден и виделе дека клетката на квасецот сè уште живее. 35

Во нематодата, за 20.000 гени, добиени се неколку десетици илјади мутации, кои очигледно влијаат на околу 2.000 гени (т.н. комплементарни групи). Ова е околу 10% од сите гени на нематоди. Односно, ако „исклучите“ околу 90% од гените, клетката ќе продолжи да живее. Кај луѓето, од 20.000 гени, само 1.700 (помалку од 10%) имаат познати мутации кои се поврзани со болести наследени според Мендел како моногена особина. 36

37

Во овој поглед, јасно е дека бројот на гени во кои мутациите ќе доведат до човечки болести (барем смртоносни) најверојатно нема да се зголеми значително во споредба со она што е веќе познато до денес. Базата на податоци OMIM (Онлајн Менделово наследство кај човекот) сега е достапна на Интернет за гени чии мутации доведуваат до болести и се манифестираат како менделови особини. Не се транскрибираат сите делови од геномот. Во овој поглед, се појави прашањето за експериментално одредување каде и колку гени има во геномот. Еден ген е дел од ДНК што одговара на единствен транскрипт формиран од овој дел. Кога се транскрибира дел од ДНК, се добива таканаречениот пре-м. РНК, која содржи и егзони (пресеци кои потоа се претвораат во зрела м. РНК) и интрони (секвенци на вметнување кои се отстранети од м. РНК). Интроните се отстранети од пред-м. РНК преку процес наречен спојување. Добиените области на пред-м. РНК, наречени егзони, се споени заедно за да формираат една нишка. Се нарекува зрела мРНК. (Некои од РНК не кодираат за протеин. Нарекувањето на таквите шаблони РНК, т.е. РНК, е терминолошки неточно, иако тие одговараат на гените и имаат свои функции.) 38

Зрелата мРНК се користи како материјал за експериментални студии за присуството на ген во геномот, неговата позиција и структурата на интрон-ексон. Алатката за такво истражување се биолошките микрочипови. Првиот патент за микрочипови му припаѓа на тимот предводен од Андреј Дариевич Мирзабеков, кој беше директор на Институтот молекуларна биологијаРАС и раководител на еден од одделенијата на МИПТ на ФМБФ. Тој предложи имобилизирање на синтетички фрагменти на ДНК на цврсти матрици и хибридирање на оваа матрица со примерокот на нуклеинска киселина што се проучува - ДНК или РНК. Како да се истражи дали навистина постои ген, односно дали даден дел од ДНК е транскрибиран? За да го направите ова, генот е претставен на чипот како дел од неговата низа - олигонуклеотид, кој е имобилизиран во микроплоча со одредени координати на оваа матрица. Овој олигонуклеотид одговара на дел од егзон предвиден од компјутер врз основа на геномската ДНК секвенца. За да се открие дали геномот во дадениот регион е навистина транскрибиран, се зема клетка и од неа се изолира вкупната РНК. Од сите овие РНК молекули се добиваат копии на ДНК, кои се флуоресцентно означени и хибридизирани со олигонуклеотиди имобилизирани на микрочипот. Ако, под овие услови, некои места со олигонуклеотиди се „тивки“ (тие се прикажани во црно), тоа значи дека дел од геномската секвенца комплементарен на овој олигонуклеотид не е транскрибиран. Ако областа на матрицата „свети“, тоа значи дека олигонуклеотидите во оваа област се хибридизирале со флуоресцентно означен производ, односно соодветниот дел од геномот е транскрибиран и навистина е дел од некој ген.

40

Во вистински експеримент, сите области на матрицата „светат“ до еден или друг степен. Затоа, без споредба со некој стандард, невозможно е да се каже што предизвикува појава на сигнал во дадена област на чипот. За да се утврди дали добиениот резултат е експериментална грешка или не, се врши споредба на два објекти. За да се направи ова, се земаат одредени клетки А, од нив се добива РНК и тие се флуоресцентно означени (во црвено на слајдот). Истото се прави и со клетките Б, но РНК е означена со различна боја (зелена). Потоа чипот се хибридизира со мешавина од овие два РНК препарати. Ако сигналот во дадена област на чипот се испостави дека е црвен, тогаш во клетките А транскрипцијата на овој ген е посилна отколку во клетките Б. Ако сигналот е зелен, тогаш транскрипцијата е посилна во клетките Б. Ако постои еднаква количина на црвена и зелена боја, тогаш резултатот ќе биде жолта. Така, станува возможно да се спореди нивото на транскрипција на даден ген во различни клетки- Б, Ц, Д, итн., нормализирајќи го до нивото на транскрипција на овој ген во клетките А. Во исто време, транскрипцијата на гените се споредува во различни ткива, гените се изразуваат различно во нив. Можете да споредите тумор и нормален, потоа се идентификуваат оние гени кои се конкретно посилно транскрибирани во тумор или во нормална состојба. Можете да погледнете во различни фази на развој, како функционираат гените во ембрионалниот развој и во зрелоста. Така, хибридизацијата на микронизите овозможува да се открие кои гени во геномот се транскрибираат во дадени услови, и токму на овој начин тој го манифестира својот живот. 41

42

Хибридизацијата на микронизите овозможува да се тестира компјутерското предвидување дека овој фрагментгеномот е егзон (регион кој останува во зрелата mRNA) и тој всушност се транскрибира. Секој ген не мора да се изразува во сите ткива и под сите дадени услови. Затоа, многу состојби и ткива мора да се испитаат за да се идентификуваат сите региони на геномот што одговараат на егзони. На слајдот, секоја хибридизација на даден чип одговара на еден вид ткиво или условите на неговото функционирање. Бројот на егзони во секој хромозом чие постоење е експериментално потврдено е означен со црвено. Секој чип содржи 1.090.408 олигонуклеотидни сонди перничиња што одговараат на секој од 442.785 компјутерски предвидени човечки егзони. Олигонуклеотидите во перничињата кореспондираат и со транскрибираната ДНК и на комплементарната нишка. Во човечкиот геном, транскрипцијата на комплементарни ДНК нишки е карактеристична за мал дел од гените. Таквите гени се преклопуваат и евентуално меѓусебно се регулираат на транскрипциско ниво. Кај бактериите, преклопувањето на гените е многу почеста отколку кај еукариотите. 43

44

Микронизите може да се користат за проучување на промените во нивото на генска транскрипција поврзани со почетокот или прогресијата на болеста (на пример, тумор или инфективна). Се претпоставува дека секоја болест се карактеризира со свој баркод - промена во нивото на транскрипција на збир на гени карактеристични за оваа конкретна болест. Оваа анализа е многу важна за подобрување на функционалната дијагностика во медицината. 45

Ние направивме таков експеримент. Примероците на РНК беа земени од тумори кај две групи пациенти. Во едната група имаше метастази, а во другата не. Метастазите се појава на нови туморски фокуси во телото, просторно одвоени од првобитните фокуси. На овој чип има прилично остра граница помеѓу групите зелени и црвени области. Односно, гените се видливи, чии промени во нивото на изразување се карактеристични за фазата на метастаза на туморот, што може да се користи за дијагностицирање на оваа фаза. Досега овој дијагностички метод не е развиен. Се претпоставува дека во иднина, со промени во изразот на баркодовите во одреден сет на гени, ќе може да се дијагностицираат специфични болести и фази на нивниот развој и затоа ќе се знае како да се лекува. 46

47

Ајде да го направиме тоа мало повлекување. Генетските карти се конструирани за многу видови. Кај видовите со детални генетски карти, се врши експериментално пребарување за мутации поврзани со забележани морфолошки промени. На слајдот е прикажан дијаграм на таква работа на риби. Прво, се спроведува мутагенеза. По ова се добиваат хибриди од првата генерација. Тие се користат за вкрстување со мутагенизирани родители. Доколку се покаже дека е откриена одредена особина, тогаш тие гледаат со кои генетски маркери е ко-наследена. На овој начин се испитува кои гени се оштетени со фенотипски откриени мутации. 48

Да резимираме, гените (мутациите) кои ги одредуваат морфолошките или биохемиските особини може да се идентификуваат по мутагенезата на целиот геном (на пример, ЕМС) и генетскиот скрининг. За да се направи ова, се врши анализа на ко-наследувањето на проучуваниот алел со полиморфни ДНК маркери, покривајќи го целиот геном во позната низа, а растојанието помеѓу кое е доволно мало за да се класифицира проучуваниот алел како еден од интервалите. на генетската карта. 49

Овој слајд покажува дека има бактерии кои можат да имаат повеќе гени од, на пример, квасец. Навикнати сме да мислиме дека бактериите се поедноставни, но тоа не е секогаш така. Постојат бактерии кои имаат околу 10 илјади гени. 50

51

Овој слајд нагласува дека иако бројот на гени варира помеѓу видовите, бројот на т.н. протеински домени ( структурни единициво протеин, одговорен за една функција) се разликуваат во различни кралства на животот (прокариоти и еукариоти) до еден и пол пати, не повеќе. Се разбира, комбинациите на овие домени се различни, но самите домени се слични, односно се кодирани од региони на геномот кои се слични по нуклеотидна секвенца, а овие слични региони имаат заедничко потекло во еволуцијата. Обратна изјава би била неточна. Само затоа што функциите на протеините се слични не значи дека нивната структура ќе биде иста. Истата функција, на пример, истиот каталитички процес, може да ја вршат различни протеини кои не се поврзани по потекло. Истиот процес дури може да се катализира со протеин 52 и РНК (рибозим), кои немаат ништо заедничко по потекло.

Овој слајд ги прикажува просечните вредности на карактеристиките на различните елементи на човечките гени. Просечната големинаегзон - 145 нуклеотиди, интрон - 3365, итн. Севкупно, излегува дека протеинскиот дел од генот е мал во споредба со протеинскиот некодирачки дел, затоа, кога ќе се појават некакви мутации, постои голема веројатност дека протеинскиот некодирачки дел ќе мутира. Ваквите мутации или воопшто нема да влијаат на структурата на протеинот, или ќе доведат до промени во неговата количина, но не и структура (промени во регулаторните места на започнување на транскрипцијата или стабилност на РНК), или ќе доведат до драматични промени во структурата на РНК (мутации во цели за спојување). 53

Распределба на човечките гени по големина Големина, илјада базни парови 500% од вкупниот број 23, 3 35, 6 20, 2 13, 0 6, 7 1, 2 54

Општа структураГеномот е како што следува (големината на човечкиот геном е 3200 Mb) Гените заземаат само 1200 Mb. Најголемиот дел од овој простор е составен од псевдогени (нефункционални гени инактивирани од мутации), различни генски фрагменти и интрони. Егзоните на функционалните гени (вкупната должина на зрелите РНК) изнесуваат 48 Mb. Овде има некоја итрина, бидејќи за еден пре-м. Во просек има 1,4 зрели РНК. И од една зрела mRNA, во некои случаи, може да се добијат до илјада протеини. Интергенската ДНК зафаќа 2000 Mb; таа е претставена главно со кратки секвенци кои се повторуваат расфрлани низ геномот, кои зафаќаат 1400 Mb. Едно од овие повторувања е повторувањето на Alu, долго околу 300 bp. , повторено во геномот милион пати. Друг значаен тип на расфрлани повторувања се долгите терминални повторувања (LTRs). Овие елементи се молекуларен доказ за фрагмент на ДНК што скока во геномот. Вкупна должинаИма 250 Mb такви места на молекулата на ДНК. 55

Бројот на гени кај луѓето се проценува на 20 - 25 илјади (проценка од 2001 година - 35 - 40 илјади). 56

Главниот дел од човечкиот геном не е окупиран од гени: 63-74% од должината се меѓугенски простори, половина од нив се повторуваат. Човечкиот ген е внатрешно „празен“: 95% од интрагенската ДНК е отсечена (интрони). Вкупната должина на регионите за кодирање на протеини е околу 1% од човечката геномска ДНК. Ова е само 3 пати поголема од должината на бактерискиот геном. 57

Забелешка: Помеѓу 26.383 и 39.114 човечки гени се предвидени од страна на компјутерите (во 2001 година), но само помалку од 7.000 се потврдени кај луѓето. И за повеќе од 80% од гените, структурата беше барем малку ревидирана во периодот од 2001 до 2003 година и продолжува да се рафинира на микрочипови. Сега предвидениот број на гени кај луѓето е 20-25 илјади, а постоењето на околу 19.000 од нив е експериментално потврдено - од нив се формираат транскрипти. Моментално достапната дефиниција за ген (генот е фрагмент од геномската ДНК со второстепени подфрагменти) не е целосна. На пример, можна е транскрипција од два синџири. Кратките гени и протеинските некодирачки гени се слабо откриени. Ги има најмалку илјада, но точната бројка не е позната. Таквите гени се исто така гени, иако тие не ги кодираат протеините. Тие се гени затоа што создаваат РНК. Згора на тоа, РНК на некои протеински некодирачки гени се состои од неколку егзони. Односно, на клетката ѝ се потребни овие РНК поради некоја причина, но сè уште не разбираме зошто. 58

59

Да претпоставиме дека е формиран зрел транскрипт на mRNA и може да содржи егзони 1, 2, 3. Тоа не значи дека нужно ќе ги содржи сите. Можеби имаме РНК која содржи егзони 1 и 2 или егзони 1 и 3, и како резултат на тоа, од нив ќе се формираат различни протеини. Овој метод на обработка на генетски информации се нарекува алтернативен.Лицата има ген slo. „Работи“ во внатрешното уво, особено, овој протеин е присутен во ресичките, кои се одговорни за препознавање на висината на звукот. Се состои од 35 егзони (правоаголници на сликата), од кои 8 (сини) може да бидат присутни или отсутни во зрелата mRNA. 8 можни! = 40.320 варијанти на спојување, но само околу 500 од нив се откриени. Можеби нема други, односно природата не треба, општо земено, да ги спроведе сите можни опции. 61

62

Биолошка улогаповеќекратното спојување е како што следува. Различни типовиВлакненцата на внатрешното уво реагираат на звуци со различни фреквенции од 20 до 20.000 херци. Клеточните разлики во перцепцијата на фреквенцијата делумно се одредени од својствата на алтернативните форми на спојување на протеинот Slo. Како се одредува изборот помеѓу варијантите на спојување е непознато. Има случаи кога илјадници различни протеини се формираат од еден локус. Тие вклучуваат, особено, протеини кои се формираат на површината нервните клетки. Така, се чини дека некако се вклучени во препознавањето на пријателите и во формирањето невронски мрежи. Во овој случај, не само што се исфрлаат егзони или интрони, туку може да се реализира и алтернативно место за започнување на транскрипцијата. Таквите случаи се познати, особено за луѓето, кога различни гени имаат неколку различни промотори, од кои секој произведува своја РНК, во која, во зависност од тоа каде започнала, ќе има дополнителен егзон поврзан со различна должина на транскриптот на 5' - крај. 63

64

Механизам на спојување Процесот на поврзување на еден егзон со друг се случува во делови од одредена нуклеотидна низа. Местото на донорот на спојување секогаш завршува на еден од двата динуклеотиди, обично AG. Најпрво се случува нуклеофилен напад на донорскиот егзон, потоа настанува пресек, се завиткува парче GU и се закачува на А. Потоа се сече вториот дел, првиот егзон се поврзува со вториот и се формира интрон. 65

66

Ако погледнете колкав дел од генот е составен од егзони, најголемиот познат транскрипт (од генот на миодистрофин) е долг околу 2,5 милиони нуклеотиди. Во него, 14 илјади нуклеотиди (0,6%) минуваат во зрелиот дел на РНК, а останатите 99,4% од примарниот транскрипт се исфрлаат (интрони). Како што се зголемува големината на генот на хромозомот, неговиот дел за кодирање на протеини малку се зголемува, а бројот на интрони во генот се зголемува. Како што се зголемува бројот на интрони, се зголемува бројот на местата на спојување и веројатноста за нивно оштетување. Затоа, за гените со голем број интрони, губењето на функцијата за време на мутација може да биде поврзано не со протеинскиот дел од ДНК, туку со спојување на регулаторни елементи. Секвенционирањето на човечкиот геном покажа дека некои егзони се повторуваат многу пати во геномот. Ова може да биде повторување на егзони во еден ген, или присуство на ист егзон во неколку различни гени. Излегува дека егзоните, главните елементи на структурата на РНК, односно елементите за кодирање на протеини, за време на процесот на еволуција некако можат да се размножуваат во геномот и да се „измешаат“ помеѓу различни гени. Овој феномен се нарекува измешање на егзон - мешање на егзон. Подолу се прикажани различни протеини кои содржат исти егзони. Така, излегува дека еволуцијата често е прецизно блокирање на промените во геномот, а не точки промени. 67

68

69

Од 2001 година, повеќе од 40% од човечките гени немаа позната функција. А за останатите, распоредот беше сосема конвенционален. Припаѓањето на една функционална класа на протеин не ја исклучува неговата припадност на друга класа. На пример, тоа што протеинот се врзува за ДНК не значи дека не може да биде и ензим итн. Ова е карактеристика што му е дадена на генот за тој дел од него што е поврзан со карактеризираната функција, но општо земено, таков протеин може да има повеќе од една функција. Повеќето гени се одговорни за изразување, репликација и одржување на функциите на геномот; околу 20% се за пренос на сигнали меѓу клетките, околу 17% се за обезбедување дека самата клетка е здрава, а за други функциите не се класифицирани. Излегува дека луѓето, во споредба со квасецот, бактериите итн., имаат повеќе гени за регулатор на транскрипцијата во нивниот геном. Односно, регулаторите за транскрипција многу се намножија во еволутивната линија на цицачите, особено луѓето. Се претпоставува дека разновидноста на регулаторите за транскрипција обезбедува поголема суптилност во одговорот на геномот на еколошките сигнали. Односно, цицачите имаат поголем број ансамбли на координирано транскрибирани гени од другите групи. 71

72

73

Подолу е како изгледа дел од човечкиот геном (≈50.000 bp). Околу половина од должината на овој фрагмент на ДНК е окупирана од елементи чија структура и функција се разбрани. Меѓу овие елементи има гени (екзони и интрони) и псевдогени - има функционални гени, а има и нивни нефункционални копии. Тие обично не содржат интрони (се верува дека по транскрипцијата и трансформацијата на зрелата РНК, можен е процес на нејзино вметнување назад во геномот во форма на копија на ДНК; тогаш тоа ќе биде ген што содржи дополнителна „опашка“ а не содржи интрони). Како и кратки (SINE) и долги (LINE) дисперзирани повторувања, долги терминални повторувања (LTR) - траги оставени по транспонирањето, транспозони, микросателити. 74

75

До 2001 година, во човечкиот геном беа идентификувани 1.112 „гени на болеста“ (односно оние во кои мутациите доведуваат до болест), а исто така има и 94 „соединени“ гени формирани при преуредување на геномот на туморот. Досега, механизмот е главно откриен за оние болести кои влијаат на протеинскиот дел од генот. Можно е да не се најдат помалку мутации кои предизвикуваат болести во областите што ја регулираат транскрипцијата, спојувањето и стабилноста на РНК. 76

77

Според идеите од март 2005 година, луѓето имаат 24.000 гени за кодирање на протеини, од кои 1.700 гени се поврзани со болести. Има 44.500 мутации поврзани со болести пронајдени во овие 1.700 гени (просечно 26 по ген). Но, за преостанатите 10.000 познати мутации, таквата врска не е идентификувана. 20% од смртните случаи во САД се случуваат поради фактот што лекот бил земен или на погрешен или на погрешен начин. Но, тоа не се должи на неспособноста на лекарите, туку на фактот дека сите сме генетски различни. Болестите имаат многу цели, а ако погодите погрешна цел, тогаш лекот дефинитивно нема да биде корисен, па затоа може да биде штетен. Едно лице може да има специфична реакција на даден лек (метаболичката стапка е прениска или превисока). А кај нас водечка причина за смрт кај возрасните е пијанството. Оваа основна причина едноставно се крие зад дефиницијата за „повреда“ (индустриска, домаќинска, патна итн.), која е посочена како причина за смрт. Откриена е корелација помеѓу консумацијата на алкохол во нашата земја и животниот век: кога потрошувачката на алкохол се намалува, очекуваниот животен век се зголемува и обратно. 78

Ако два протеини се карактеризираат со слична аминокиселинска секвенца (над критична должина до која совпаѓањата можат да бидат чисто случајни остатоци), тогаш тие имаат заедничка секвенца на предците и соодветен ген на предците. Бројот на такви структури на предците во протеините е многу ограничен. На пример, имаше еден ген во геномот, а потоа имаше два (дуплирање). Со текот на времето, мутациите ги менувале овие гени секој на свој начин. И тогаш овој вид роди два нови вида (види слика подолу). Сите овие гени се „роднини“ (хомолози), но имаат различни имиња. Хомологните гени што ги сметаме за различни видови се нарекуваат ортолози, а хомологните гени во истиот геном се нарекуваат паралози. 79

80

Споредбите на таквите сродни гени често се користат во еволутивните студии. Еволутивната геномика (компаративна геномика) многу интензивно се користи во медицината. Пример за тоа практична примена. Луѓето стануваат дебели од различни причини. Конкретно, постојат семејни форми кои се менделови. Кај луѓето, мутациите што ја предизвикуваат оваа болест не се мапирани. Сличен фенотип на дебелина беше забележан кај глувците. Кај глувците, ова беше генетски мапирано (всушност, не е мапиран генот, туку вистинската мутација во генот). Ја секвенциониравме областа околу оваа мутација, а потоа ја најдовме истата нуклеотидна секвенца во човечкиот геном. Стана јасно каде во човечкиот геном треба да бараме мутации кои предизвикуваат дебелина кај луѓето. Тестирањето на овој регион од човечкиот геном кај болни луѓе и споредувањето со истата нуклеотидна секвенца кај здрави луѓе потврди дека мутациите на овој ген кај луѓето, како и кај глувците, доведуваат до дебелина.

Податоци за бројот на гени вклучени во развојот и функционирањето на одредени човечки органи и ткива 82

83

86

Се покажа дека геномот на морската анемона е речиси исто толку сложен како оној на човекот Читањето на геномот на морската анемона покажа дека најважните генетски иновации во еволуцијата на повеќеклеточните животни се случиле во нејзините најрани фази. Последниот заеднички предок на морските анемони, луѓето и мувите очигледно живеел пред околу 700 милиони години и веќе имал многу сложен геном. Основната генетска „програма“ што го водеше развојот на првите животни се покажа како толку успешна и флексибилна што последователната прогресивна еволуција на животните беше обезбедена главно со промени во неговите „поставки“, а не во „архитектура“. Човечкиот геном се покажа дека е генерално многу посличен на геномот на морската анемона (на фотографијата - морската анемона Немастела) отколку геномите на мувите и црвите. Фотографија од веб-страницата за геном. jgipsf. org 87

88

89

Геномот е целосниот состав на ДНК на клетката. Геномиката е млада, брзо развивачка гранка на генетиката која ги проучува принципите на конструирање на геноми и нивната структурна и функционална организација. Структурната геномика ги проучува нуклеотидните секвенци на ДНК, вклучувајќи ја структурата и локализацијата на гените. Една од задачите на структурната геномика е изградба на генетски карти на организми. Функционална геномика го решава проблемот со идентификување на функциите на одделните геномски региони и механизмите на нивните интеракции во клеточниот ансамбл. Современите идеи за човечкиот геном се засноваат на неколку откритија на молекуларната биологија во 70-тите години на дваесеттиот век, од кои главни се откривањето на полимеразната верижна реакција (PCR), која овозможува да се добие доволна количина на ДНК за анализа. , и развој на методи за секвенционирање кои овозможуваат да се дешифрира точната секвенца на нуклеотиди во нишките на ДНК. 90

На крајот на 1980-тите, започна меѓународниот проект за човечки геном, чија главна задача беше да се секвенционира човечкиот геном. Целосното секвенционирање на човечкиот геном беше завршено во 2000 година. Секвенционирањето на човечкиот геном доведе до откривање на огромен број единечни нуклеотидни полиморфизми (SNP) - генетски варијанти на нуклеотидни секвенци од истиот регион на ДНК кај различни луѓе. SNP дистрибуирани низ геномот се користат како генетски маркери. Според пресметките на генетичарите, луѓето се 99,9% идентични во нуклеотидните секвенци. Така, генетските варијации меѓу луѓето произлегуваат од разликите во само 0,1% од геномот. Податоците од секвенционирањето покажаа дека во човечкиот геном има нешто повеќе од 30.000* гени. Повеќето гени се со големина до 50.000 базни парови. Бројот на синтетизирани протеински производи го надминува бројот на гени за 1,5-2 пати. Ова е резултат на алтернативно спојување. 91

На крајот на 1980-тите, започна меѓународниот проект за човечки геном, чија главна задача беше да се секвенционира човечкиот геном. Целосното секвенционирање на човечкиот геном беше завршено во 2000 година. 92

Целта на овој проект беше да се одреди редоследот на базите во сите ДНК молекули во човечките клетки. Во исто време, мора да се утврди локализација на сите гени, што би помогнало да се открие причината за многу наследни болести и со тоа да се отвори патот за нивно лекување. Со цел доследно да се пристапи кон решението на проблемот со мапирање на човечките гени, беа формулирани пет главни цели: 1) Да се ​​заврши составувањето на детална генетска карта на која гени кои се одвоени еден од друг на оддалеченост што не надминува просечно 2 милиони. би биле означени базите (1 милион).основите обично се нарекуваат мегабази); 2) направи физички карти на секој хромозом (резолуција 0,1 MB); 3) да се добие карта на целиот геном во форма на карактеризирани клонови (5 илјади бази по клон или 5 Kb); 4) целосно комплетно секвенционирање на ДНК (резолуција со една база) до 2004 година; 5) стави ги сите човечки гени на целосно завршена мапа на секвенца (до 2005 година). 94

Се очекуваше дека кога ќе се постигнат сите овие цели, истражувачите ќе ги утврдат сите функции на гените и ќе развијат методи за биолошки и медицинска употребадобиени податоци. Имајќи го предвид темпото на забрзување на работата во рамките на проектот за човечки геном, водачите на овој проект објавија на 23 октомври 1998 година дека програмата ќе биде целосно завршена многу порано од планираното и формулираа „Нови цели на човечкиот геном Проект: 1) комплетно завршување во декември 1998 година на работата за секвенционирање на геномот на „округлиот црв“ C. elegans (ова беше направено на време); 2) комплетна прелиминарна анализа на човечката ДНК секвенца до 2001 година, а целосната низа до 2003 година; 3) мапирање на геномот на мушичката до 2002 година; 4) започнете со секвенционирање на геномот на глувчето користејќи техники на ДНК на вештачки хромозом од квасец (завршете го овој проект до 2005 година). Покрај овие цели, официјално вклучени во проектот поддржан од американската влада и неколку други влади, неколку истражувачки центри најавија задачи кои ќе се реализираат првенствено преку приватни фондации и донатори. Така, научниците од Универзитетот во Калифорнија (Беркли), Универзитетот во Орегон и Центарот за истражување на ракот Фројд Хачинсон ја започнаа програмата за геном на кучиња. Меѓународното здружение за секвенционирање одлучи во февруари 1996 година дека секоја нуклеотидна секвенца со големина од 1-2 kb мора да биде објавена (преку Интернет) во рок од 24 часа од нејзиното одредување. 95

ШТО ЌЕ СЕ НАПРАВИ ОТКАКО ДА СЕ ЗАВРШИ АНАЛИЗАТА НА ЧОВЕЧКИОТ ГЕНОМ? Главната стратешка задача на иднината е формулирана на следниов начин: да се проучуваат еднонуклеотидни варијации во ДНК во различни органии клетките на поединечни поединци и да ги идентификуваат разликите меѓу поединците. Анализата на таквите варијации ќе овозможи не само да се пристапи кон создавање на индивидуални генски портрети на луѓе, кои, особено, ќе овозможат лекување на болести, туку и утврдување на разликите меѓу популациите. И, исто така, идентификувајте географски областизголемен ризик, што ќе помогне да се дадат јасни препораки за потребата да се исчисти областа од контаминација и да се идентификуваат производствени капацитети каде што постои висок ризик од оштетување на геномите на персоналот. Оваа огромна задача предизвикува не само розови очекувања за општото добро, туку и сосема свесна вознемиреност меѓу адвокатите и борците за индивидуалните човекови права. Така, особено се искажуваат приговори против ширењето лични податоцибез одлука на засегнатите. Еден пример помага да се разберат овие грижи: веќе сега Осигурителни компаниитие имаат намера да ги користат податоците против оние што ги осигуруваат. На пример, ако апликантот за осигурување носи потенцијално предизвикувачки ген за болест, компаниите воопшто не сакаат да ги осигураат таквите луѓе или се обидуваат да наплатат огромни суми за нивното осигурување. Врз основа на ова,. Конгресот на САД веќе усвои голем број закони кои имаат за цел строго да забранат ширење на генетски информации за поединечни луѓе; адвокатите ширум светот 96 интензивно работат во оваа насока.

Области на практична примена на генетскиот инженеринг Создавање трансгенски растенија Пред само 10 години, растителната биотехнологија заостануваше значително во својот развој, но во текот на изминатите 3 години имаше брзо ослободување на трансгенски растенија со нови корисни својства на пазарот. Трансгенските растенија во САД покриваа 3 милиони хектари во 1996 година, се зголемија на 15 милиони хектари во 1997 година, 60 милиони хектари во 1998 година и 80 милиони хектари минатата година. Бидејќи главните трансгенски форми на пченка, соја и памук со отпорност на хербициди и инсекти се покажаа добро, постојат сите причини да се очекува дека површината под генетски инженеринг растенија во 2001 година ќе се зголеми за 4-5 пати. Во април 1998 година, процентот на трансгенски форми на растенија во земјоделството беше: пченка - 6, соја - 12, памук - 15, домати -

Друг проблем се појави со медицинскиот третман. И покрај огромните достигнувања на модерната медицина, лековите кои се произведуваат денес се толку скапи што ¾ од светската популација сега целосно се потпира на традиционалните пред-научни методи на лекување, првенствено на нерафинирани хербални препарати. ВО развиени земјиЛековите се состојат од 25% природни супстанции изолирани од растенија. Откритија последниве години(антитуморни лекови: таксол, подофилотоксин) укажуваат на тоа дека растенијата ќе останат извор на корисни биолошки активни супстанции (БТА) долго време, и дека способноста на растителната клетка да синтетизира комплексна БТА е сè уште значително супериорна во однос на синтетичките способности на хемиски инженер. Затоа научниците се зафатија со проблемот со создавање трансгенски растенија. Историјата на растителниот генетски инженеринг датира од 1982 година, кога за прв пат беа добиени генетски трансформираните растенија. Методот на трансформација се заснова на природната способност на бактеријата Agrobacterium tumefaciens генетски да ги модифицира растенијата. Реконструираните соеви на Agrobacterium кои содржат неонкогени варијанти на Ti плазмиди и имаат зголемена вирулентност станаа основа на еден од најпопуларните методи на трансформација. 98

Првично, трансформацијата беше користена за генетски инженерски дикотиледони растенија, но неодамнешната работа покажува дека овој метод е ефикасен и за пченка, ориз и пченица. Друг широко распространет метод на трансформација е технологија базирана на бомбардирање на ткиво со микрочестички од злато (или други тешки метали) обложени со раствор на ДНК. Сите комерцијални сорти што моментално се одгледуваат се добиваат со користење на горенаведените два методи. Современиот арсенал на методи на трансформација, сепак, е доста обемен и вклучува пристапи како што се внесување на ДНК во голи клетки (протопласти), електропорација на клетки, микроинјектирање на ДНК во клетките, пункција на клетките со нивно тресење во суспензии со микроигли, инфекции предизвикани од вируси, и така натаму. Генетски модифицираните растенија со отпорност на различни класи хербициди во моментов се најуспешниот биотехнолошки производ. Факт е дека биотехнологијата овозможи да се направи таков скок, бидејќи се покажа дека е можно генетски да се промени отпорноста на растенијата на одредени хербициди или со воведување гени кои кодираат протеини кои се нечувствителни на оваа класахербициди, или преку воведување на гени кои обезбедуваат забрзан метаболизам на растителните хербициди. 99

До денес, клонирани се гени кои ги кодираат целните ензими нечувствителни на дејството на хербицидите, што овозможило да се добијат трансгенски растенија отпорни на хербициди како што се глифостат и хербициди хлорсулфурон и имидазолинон. Исто така, беа изолирани гени кои ги кодираат ензимите за разградување на одредени хербициди, што овозможи да се добијат трансгенски растенија отпорни на фосфинотрицин и далапон. Во 1997 година, сојата отпорна на Roundup дистрибуирана од As Grow беше прогласена за земјоделски производ на годината во САД. Научниците отидоа понатаму. Бидејќи многу растенија се подложни на напад и консумирање од инсекти, научниците од генетскиот инженеринг спроведоа експеримент со долго познатата бактерија Bacillus-Thiringiensis, која произведува протеин кој се покажа како многу токсичен за многу видови инсекти, но во исто време безбеден за цицачи. , протеинот (делта-ендотаксин, CRY протеин) се произведува од различни соеви на Bacillus-Thiringiensis. Ова е прототаксин кој се разложува во цревата на инсектите, формирајќи активиран токсин. Активираниот протеин специфично се врзува за рецепторите на средното црево на инсектите, што доведува до формирање на пори и лиза на цревните епителни клетки. 100

Интеракцијата на токсините со рецепторите е строго специфична, што го отежнува изборот на комбинација на токсин-инсект. Во природата се пронајдени голем број соеви на Bacillus-Thiringiensis, чии токсини делуваат само на одредени видовиинсекти Препаратите Bacillus-Thiringiensis се користат со децении за контрола на инсектите на полињата. Вметнувањето на генот за овој протеин во растителниот геном овозможува да се добијат трансгенски растенија кои не ги јадат инсектите. Но, овој метод бараше одлична работаод страната на генетскиот инженеринг, во смисла на избор на потребните соеви и создавање генетски инженерски структури кои даваат најголем ефектза одредени класи на инсекти. Покрај специфичниот ефект врз инсектите за видот, интеграцијата на прокариотските делта-токсински гени во растителниот геном, дури и под контрола на силни еукариотски промотори, не доведе до високо нивоизразување. Веројатно, овој феномен се појавил поради фактот што овие бактериски гени содржат значително повеќе аденин и тимин нуклеотидни бази отколку растителна ДНК. Овој проблем беше решен со создавање на модифицирани гени, каде што еден од природните гени беше исечен и додадени одредени фрагменти, зачувувајќи ги домените што ги кодираат активните делови на делта токсините. На пример, со користење на такви пристапи, добиени се компири отпорни на бубачката од Колорадо. Во моментов главниот удел во вкупен волуменгенетски модифицирани растенија од овие култури, кои се одгледуваат на полиња во САД. 101

Изгледи Се очекува дека деталното познавање на човечкиот геном ќе отвори нови патишта кон напредокот во медицината и биотехнологијата. Неколку компании, како што е Myriad Genetics, почнаа да нудат едноставни начини за извршување на генетски тестови кои можат да откријат подложност на различни болести, вклучувајќи рак на дојка, нарушувања на крварење, цистична фиброза, заболување на црниот дроб и многу повеќе. Исто така, се очекува дека информациите за човечкиот геном ќе помогнат во потрагата по причините за рак, Алцхајмерова болест и други области од клиничка важност и веројатно може да доведат до значителен напредок во нивниот третман во иднина. Исто така, на пример, истражувач кој проучува одредена форма на рак може да го стесни своето пребарување на еден единствен ген. Со посета на базата на податоци за човечки геном онлајн, тој истражувач може да провери што напишале другите научници за тој ген, вклучувајќи ја (потенцијално) тричлената структура на неговиот дериват протеин, неговата функција, еволутивниот однос со други човечки гениили со гени кај глувци или квасец или овошни муви, можни штетни мутации, односи со други гени, телесни ткива во кои се активира генот, болести поврзани со генот или други податоци. Покрај тоа, длабокото разбирање на процесот на болеста на ниво на молекуларна биологија може да понуди нови терапевтски третмани. Со оглед на воспоставената огромна улога на ДНК во молекуларната биологија и нејзината централна улога во одредувањето на основните принципи на работа клеточни процесиМногу е веројатно дека зголеменото знаење во оваа област ќе придонесе за медицински напредок во различни области од клиничко значење што не би било возможно без него. 102

Анализата на сличностите во секвенците на ДНК на различни организми, исто така, отвора нови патишта во проучувањето на теоријата на еволуцијата. Во многу случаи, прашањата за еволуцијата сега може да се постават во однос на молекуларната биологија. Навистина, многу од најважните пресвртници во историјата на еволуцијата (појавата на рибозомите и органелите, развојот на ембрионот, имунолошки систем'рбетници) може да се проследи до молекуларно ниво. Се очекува овој проект да расветли многу прашања за сличностите и разликите меѓу луѓето и нашите најблиски роднини (примати, а всушност и сите цицачи). Проект за разновидност на човечкиот геном (HGDP), посебна студија, насочена кон мапирање на региони на ДНК кои се разликуваат меѓу етничките групи, за што се шпекулираше дека е ставено на мирување, но всушност е во тек и моментално акумулира нови резултати. Во иднина, HGDP најверојатно ќе може да генерира нови податоци во областа на контрола на болести, човечки развој и антропологија. ХГДП може да ги открие тајните зад ранливоста на етничките групи на специфични болести и да предложи нови стратегии за нивно надминување. Може да покаже и како човечката популација се прилагодила на овие болести. 103

Научниците успеаја да ја „прочитаат“ нуклеотидната низа. Но, ќе бидат потребни уште многу години за да се дешифрира човечкиот наследен апарат - околу половина од гените на Хомо Сапиенс сè уште остануваат неоткриени. Секвенционирањето на гените е првиот чекор во разбирањето на човечкиот геном. На крајот на краиштата, идеите за функциите на воспоставените гени само го демонстрираат редоследот по кој следат нуклеотидите во синџирот на ДНК. Така, првата длабинска студија за човечкиот геном расчисти многу помалку мистерии отколку што се очекуваше. Сепак, ова подоцна им овозможи на научниците да направат неколку откритија од висок профил: Значителен процент од нашите гени се формирани од човечката цивилизација. Американските научници открија дека околу 1.800 гени (околу 7% од човечкиот геном) се промениле како резултат на природната селекција во текот на изминатите 50 илјади години, т.е. за време на развојот на човечката цивилизација. Геномите на пченката се променија приближно во иста пропорција откако луѓето ја припитомија. Главно се случија промени во гените одговорни за метаболизмот на протеините и отпорноста на разни болести. Според научниците, овие промени може да се објаснат со развојот на земјоделството, урбаниот раст и зголемената густина на населението. Научниците ги поврзуваат мутациите во гените одговорни за активноста на мозокот со развојот на културата. 105

Луѓето кои живеат дури и во различни аглиземјиштата се разликуваат една од друга за само 0,1%. Сепак, ова мало несовпаѓање во ДНК дава доволно индиции за да се одредат географските предци на поединецот. Но, гените на шимпанзата и луѓето, чија врска претходно се сметаше за најблиска, се совпаѓаат само за 95%. Човекот стана човек пред 3 милиони години. Тогаш предците на Хомо Сапиенс почнаа да одат исправено откако еден од гените се исклучи. Овој ген - Neu 5 Gc - го контролира производството на сиалична киселина (еден од шеќерите) во телото. Истражувачите сугерираат дека мутацијата се случила некаде помеѓу појавата на заедничкиот предок на луѓето и шимпанзата и појавата на непосредните претходници на Хомо Сапиенс. Во животинските организми, сите клетки се покриени со лушпа од шеќери. Лицето го нема ова. Експертите сугерираат дека ова е некако поврзано со развојот на мозокот: за време на периодот на еволуција, кога предците на современите луѓе се одвоиле од предците на шимпанзата, нивните големини на мозокот биле приближно исти. 106

Откако научија да разликуваат бои, човечките предци престанаа да избираат партнери по мирис. Развојот на видот на боја доведе до фактот дека приматите кои живееле на источната хемисфера, и луѓето кои потоа се појавиле како резултат на нивниот развој, ја изгубиле способноста да ги препознаваат феромони. Ова се случило пред околу 23 милиони години, непосредно пред суперсемејството мајмуни, од кои луѓето на крајот потекнуваат, да се подели на неколку различни групи. Кога машките мајмуни кои живеат на источната хемисфера добија втор ген за вид на боја пред околу 23 милиони години, автоматски се појави нов метод на сексуална селекција. Сега, за да ја сигнализираат зрелоста и способноста на женките за репродукција, тие почнаа да користат не феромони, туку секундарни полови карактеристики, како што се светли обоени области на кожата итн. Карактеристиките на фигурата се генетски детерминирани. Генетска програмаТелото ја одредува фигурата и е одговорно за тежината. Научниците наишле на оваа шема кога почнале да го испитуваат масното ткиво на глувците за склоност кон прекумерна тежина. Најмалку 12 гени се идентификувани кои влијаат на различни места на складирање маснотии. Се чини дека уште три гени играат одлучувачка улога во присуството на тенденција за прекумерна тежина. Придонесот на гените во распределбата на масната маса се проценува на 50-60 проценти. 107

Постои ген одговорен за зависност од никотин. Две групи научници спроведоа истражување на различни форми на генот CYP 2 A 6, ензим кој се наоѓа главно во црниот дроб и го регулира метаболизмот на никотин во човечкото тело. Претходните студии покажаа дека луѓето на кои им недостасува овој ген имаат помала веројатност да станат зависни од никотин. Експертите сметаат дека кај таквите луѓе никотинот се исфрла од телото на подолг временски период, па желбата за пушење на следната цигара се појавува по подолг временски период. Зависност од алкохолисто така определени од гените. Американските научници открија ген кој е врскапомеѓу алкохолизмот и стравот. Експериментите докажаа дека отсуството на копија на одреден ген кај глувците предизвикува чувство на страв и неконтролирана желба за алкохол. Научниците сугерираат дека глувците се обиделе да го потиснат својот страв со алкохол, бидејќи честото консумирање алкохол ги направило похрабри. Слична мотивација може да доведе до хроничен алкохолизам кај луѓето. 108

109

ВО Малиот адено-асоциран вирус (AAV) се смета за потенцијален вектор бидејќи, за разлика од аденовирусите, не предизвикува болест. Сепак, тој не го носи генот исто така. За да се подобри како вектор, се вршат експерименти на зрачење и хемиска модификација. Други лаборатории експериментираат соретровируси кои носат CFTR, бидејќи овие вируси природно го интегрираат својот геном во клетките домаќини.

Точно, останува нерешено прашањедали нормалната синтеза на CFTR протеинот ќе ги елиминира бактериските белодробни инфекции, кои сочинуваат 90% од морбидитетот и морталитетот. Има секоја причина да се надеваме на тоа Генетскиот инженерингуспешно ќе се справи со оваа задача. Протеин во белите дробови чија функција е уништување туѓи клетки, не се активира при покачени концентрации на сол (што е она по што се карактеризира цистичната фиброза); но штом CFTR почнува да го произведува својот производ, концентрацијата на сол се намалува и протеинот се активира.

ВО Во моментов, се развиваат методи на генска терапија за третман на други наследни болести. Така, во случај на дисфункција на крвните клетки, тие можат да се трансформираат во медиум за култура и да се внесат во

коскената срцевина на пациентот во нивната природна средина. Несомнено, некои од случувањата ќе бидат крунисани со успех и ќе станат рутинска медицинска пракса во наредните години.

Сите горенаведени факти се примери за т.н соматска генска терапија,односно се нанесуваат на телото (сома) на пациентот со надеж дека ќе се добие доволен број клетки кои се способни да вршат нормални функции. Пациентот може да закрепне, но ризикот од пренесување на несакани гени на потомството сè уште останува бидејќи герминативните клетки не се модифицирани на овој начин. Терапија со герминативни клеткие насочена кон модифицирање на целиот организам, вклучувајќи ги и жлездите кои произведуваат герминативни клетки. Наједноставниот (во теорија) начин е да се модифицира оплодената јајце клетка со воведување на соодветен трансген во неа. Овој вид на процедура е веќе возможен и успешно е спроведен на експериментални животни, како што се глувците. Но, дали може да се примени на некоја личност и што е најважно, дали вреди? Ова е сериозно етичко прашање, а некои морални застапници тврдат дека ако соматската генска терапија е етичка, тогаш играњето со човечкиот геном и менувањето на генската структура на нашите потомци е неприфатливо и треба да се забрани.

Геномика - проучување на целиот геном

Неодамнешниот напредок во секвенционирањето и развојот на технички средства за обработка на голем број клонови во генската библиотека им овозможи на научниците да го проучуваат целиот геном на еден организам одеднаш. Сега се утврдени целосните секвенци на многу видови, вклучувајќи ги и повеќето од таканаречените организми генетски модел, како што е E. coli, кружниот црв Caenorhabditis elegans;

и, се разбира, класичниот предмет на генетиката, мушичката Drosophila melanogaster. Во 1990-тите, и покрај голем број превирања и контроверзии, беше лансиран Проектот за човечки геном, финансиран од Националниот институт за здравје. Во февруари

ПРЕС, 2004. - 448 стр.: илустр.

Во 2001 година, голема група истражувачи предводени од Ј. Крег Вентер од приватната лабораторија Celera Genomics дадоа изјава за прелиминарното дешифрирање на човечкиот геном. Резултатот од нивната работа беше објавен на 16 февруари 2001 година во списанието Science.

Друга верзија, претставена од група од Меѓународниот конзорциум за секвенционирање на човечки геном, беше објавена на 13 февруари 2001 година во списанието Nature.

Потеклото на геномијата може да се смета за средината на дваесеттиот век, кога генетичарите ги мапираа сите хромозоми на моделските организми врз основа на фреквенцијата на рекомбинации (види Поглавје 8). Сепак, овие мапи ги покажаа само оние гени за кои беа познати мутантните алели и затоа таквите карти не можат да се наречат комплетни. Целосното секвенционирање на ДНК ја открива локацијата на сите гени во еден организам, како и низата бази меѓу нив.

Геномиката е поделена на структурна и функционална. Структурната геномика има за цел да открие каде точно се наоѓаат одредени гени во хромозомската ДНК. Компјутерските програми ги препознаваат типичните почетоци и краеви на гените, избирајќи ги оние секвенци кои најверојатно се гени. Таквите низи се нарекуваат отворена рамка за читање(отворен

рамка за читање, OFR). Исто компјутерски програмиисто така може да препознае типични интрони во OFR секвенците. Откако ќе се отстранат интроните од потенцијалниот ген, компјутерот го користи преостанатиот код за да ја одреди секвенцата на амино киселини во протеинот. Овие потенцијални протеини потоа се споредуваат со оние протеини чии функции се веќе познати и чии секвенци се веќе внесени во базата на податоци. Благодарение на овој вид на програми, т.н еволутивен конзерватизам:фактот дека за повеќето гени во различни организми постојат слични гени. Од перспектива еволутивен развојТаквата сличност е разбирлива: ако протеинот од еден биолошки вид е добро прилагоден за неговите функции, тогаш неговиот ген се пренесува во иста форма или со мали променина видови кои се спуштаат од почетната. Еволутивниот конзерватизам ни овозможува да идентификуваме гени поврзани со даден ген во други организми. Со споредување на добиениот ген со веќе познати, често е можно да се одреди неговата функција, не заборавајте да го проверите во следните експерименти.

Откако ќе се идентификуваат сите потенцијални гени, започнува генетската карта. Човечката генетска карта е прилично збунувачки и шарен дијаграм, бидејќи секој ген е означен одредена бојаво зависност од неговата функција, воспоставена во споредба со другите познати гени. Повеќето човечки гени, како и гените на сите еукариоти воопшто, имаат големи интрони. Се проценува дека меѓу објавените секвенци, околу една третина или четвртина се интрони. Интересно, само околу 1,5% од целиот човечки геном (околу 2,9 x 10 парови)

бази) содржат секвенци (егзони) кои кодираат протеини. Дополнително, се чини дека оваа ДНК содржи само 35.000-45.000 гени, што е помалку од предвиденото. Допрва треба да разбереме како релативно мал број гени шифрираат за толку сложен организам.

Помеѓу две третини и три четвртини од геномот се обемни

Генетика / Бартон Гатман, Ентони Грифитс, Дејвид Сузуки, Тара Калис. - М.: ФЕР-

ПРЕС, 2004. - 448 стр.: илустр.

Бројот на копии на ДНК што се повторува варира од личност до личност, така што може да се користи за да се утврди идентитетот, вклучително и во форензичката наука.

Функционална геномика

Функционална геномикае проучување на функцијата на генот на ниво на геномот. Иако потенцијалните гени може да се идентификуваат според нивната сличност со гени со познати функции кај други организми, сите претпоставки треба да се тестираат против организмот што се проучува. Кај некои моделски организми, како што е хранлив квасец, можно е систематски да се исклучува функцијата на гените еден по еден. Исклучувањето на генот се случува со замена на неговата функционална форма со избришана форма на посебен вектор. Потоа се добива сој со исклучен ген и се проценува неговиот фенотип. Во тековната програма за анализа на геномот на хранливиот квасец, неколку илјади гени се исфрлени еден по еден.

Друг метод на функционална геномика е проучување на механизмот на транскрипција на ниво на целиот геном. Овој методсе заснова на претпоставката дека повеќето биолошки феномени се сложени процеси кои вклучуваат многу гени. Од особен интерес за истражувачите се процесите поврзани со развојот на организмот, кои ги споменавме во Поглавје. 11. Ако генската транскрипција се проучува под различни услови на раст, тогаш е можно да се добие идеја за целосните генетски патишта на развојот на организмот.

Но, како можеме да ја проучуваме транскрипцијата на ниво на геном? Повторно, новите технологии им помагаат на научниците во тоа. ДНК на секој ген во геномот или на некој дел од геномот се поставува на површината на малите стаклени плочи распоредени по ред. Тие потоа се изложени на сите видови на mRNA кои се наоѓаат во клетката. на даден организам. ДНК на плочите се добива на две

начини. Во еден метод, сите mRNA се реверзно транскрибирани за да се произведат кратки, комплементарни ДНК молекули што одговараат на еден ген. Во друг метод, гените (или делови од гени) се синтетизираат една по една база во одредени области на плочите. Синтезата ја вршат роботи кои се отвораат и затвораат

Генетика / Бартон Гатман, Ентони Грифитс, Дејвид Сузуки, Тара Калис. - М.: ФЕР-

ПРЕС, 2004. - 448 стр.: илустр.

стаклена површина во одреден редослед. Геномските ленти на многу организми може да се купат од хемиски компании.

За да се проучи механизмот на транскрипција, сите mRNA од одредена развојна фаза се означени со флуоресцентна ознака и се дистрибуираат по површината на плочите. Овие мРНК се прикачуваат на нивната соодветна ДНК и може да се идентификуваат според нивните светлечки региони. Бидејќи позицијата на ДНК на секој поединечен ген на плочите е однапред позната, компјутерот одредува кои гени се транскрибираат во одредена фаза на развој.

Така, со помош на овие и други технологии, генетичарите почнуваат да ги разјаснуваат општите модели на организација на живите суштества од функционална и структурна перспектива. За обработка на огромни количини на информации, се појави посебна гранка на науката - биоинформатика. Следните децении ветуваат дека ќе бидат време на навистина големи откритија.

Генетика / Бартон Гатман, Ентони Грифитс, Дејвид Сузуки, Тара Калис. - М.: ФЕР-

ПРЕС, 2004. - 448 стр.: илустр.