Сè се знае со споредба (компаративна геномика). Геномиката служи на генетиката

(на Англиски јазик- геномика) е наука која се занимава со проучување на геномите. Количината на геномски информации драстично се зголеми во последните годинипоради подобрувањата во технологијата за секвенционирање на ДНК. GenBank, база на податоци на NIH (Национален институт за здравство во САД), содржи 135.440.924 секвенционирани ДНК од април 2011 година.

1956 година беше клучна година во истражувањето на хуманата генетика, бидејќи науката за хромозологија беше создадена во таа година и Конгресот за човечка генетика се одржа во Копенхаген.

Еволуцијата на која било наука се должи на префинетоста на моделите и теориите, но новите претпоставки не ги поништуваат старите вистини, така што она што беше вистина вчера не е нужно лажно денес. Само псевдонауките се непроменети со векови и се гордеат со тоа, како ова да е некаква гаранција за квалитет.

Од сите страни сме опколени од бројни дисциплини, стари и нови, кои учат медицински практикисо исклучителни резултати, револуционерни уреди за мерење на негативни и позитивни способности.

Во моментов, не постои сектор во науката што не бил проучуван некаде или од некој во светот: секој ден, огромни истражувачки центри на универзитетите, приватните институти, па дури и малите лаборатории дистрибуираат огромна сума нови информацииО најновото истражувањеи дополнувања на нив. Понекогаш овие информации се прилично ексцентрични, на пример во секторите како што се невидливоста, сексуалното однесување на мувите во Кина или молекуларната тежина на мирисите, како и во области кои оставаат простор за возбудливи сценарија, како што се оние кои се однесуваат на инженерството на животот во лабораторија или откривање на нови планети кои би можеле да бидат домаќини на овој нов живот.

Пионер во трката за продолжување на човечкиот животен век е Крег Вентер, генетичар, претприемач и филантроп кој стои зад проектот за човечки геном, кој во март оваа година изјави дека неговиот најнов проект за геномика ќе искористи 70 милиони долари капитал за да создаде нова компанија наречена Human Longevity Inc. HLI). Вентер не е сам во своите амбиции. На пример, компанијата Calico (California Life Company) има цели за подобрување на здравјето на луѓето, решавање на проблемот со стареењето и придружните болести, и Универзитетот во Калифорнија, Сан Диего - каде што ќе го пресечат геномот на ракот и туморите на HLI на сите пациенти кои страдаат од рак и кој ќе даде за ова ваша согласност.

Од првото секвенционирање во 2011 година, геномијата напредуваше брзо, а научниците кои го проучуваат ракот сега ќе се преселат во ново ниво„Следната граница во науката“, вели Липман, директор на калифорнискиот институт. „Сега сме во период кој историски ќе се изедначи за геномијата на сечење на клетките на ракот со периодот од 90-тите за развој на интернетот. оваа скала. Она што претходно траеше „15-20 години сега реално може да се постигне за 1-2 години. Борбата против ракот се развива брзо, а ова е само врвот на ледениот брег“.

Факти од областа на геномијата:

. Во април 2003 година, проектот за човечки геном беше завршен по 13 години истражување. Во овој проект беа инвестирани 2,7 милијарди долари.
. Во декември 2005 година беше лансиран пилот-проектот Cancer Genome Atlas, тригодишен пилот-проект од 100 милиони долари, дизајниран да ги проучува генетските врски на клетките на ракот.
. Во мај 2007 година, геномот на ко-откривачот на ДНК Џејмс Вотсон беше „секвенциониран“ во целост по цена до еден милион долари.
. Од крајот на минатата година, 23andMe го прави достапно секвенционирањето на геномот за само 1.000 долари.
. Во моментов, проектот за човечки геном е во тек. По секвенционирањето, тие открија околу три милијарди базни парови кои ја сочинуваат ДНК. Како резултат се роди проектот ENCODE (Encyclopedia of DNA Elements). меѓународна соработкаповеќе од 80 земји и 35 истражувачки групи, го ветува првото толкување на информациите за да го опише однесувањето на геномот.

Истражувачите беа во можност да разберат како и каде одредени биолошки функциисе појавуваат, предизвикувајќи различни догми и реевалуации на она што до вчера се сметаше за „ѓубре“ ДНК или некодирана (неактивна) ДНК. „Новите податоци покажуваат дека геномот содржи многу малку делови кои не се користат“, се вели во соопштението на Конзорциумот и Европската лабораторија за молекуларна биологија (EMBL-EBI), кои ја водеа студијата заедно со Националниот институт за истражување на човечкиот геном (NHGRI). )),“ Националниот институтЗдравје“ (NIH) во САД. Побивањето на митот за генетско определување на проектот за човечки геном го означува почетокот на новата постгеномска ера.

Нова културна ситуација

До неодамна „дизајнот“ на човекот, односно создавањето на сите негови карактеристики и беше доверен на природата, никој не можеше да интервенира за подобрување на човечкото битие.
Секој нов организам се раѓа од мала клетка. Тој ја наследува програмата на своите предци во форма на ДНК, но не наследува физички теланивните предци. Тој го наследува срцето на родителите, но има ново срце. Сè почнува од нула, од една ќелија, но од секоја нов животпрограмата за ДНК може да добие и подобрувања и влошувања.
Пред да се процени ефектот на геномијата, треба да се забележи дека би било невозможно, па дури и неодговорно, да се напуштат методите на генетска манипулација само затоа што овие методи можат да ги користат бескрупулозните и себични луѓе за свои цели.

Никој владина агенцијаго нема тоа волшебно стапче, што може да направи да исчезнат сите геномски технологии. Главното прашањеЦелта на развојот на геномијата не е да се размислува како да се блокира овој напредок, туку како да се максимизираат придобивките и да се минимизираат ризиците.

Проценката на потенцијалот на геномијата за терапевтски опции и генетско подобрување зависи од етички принципи, кој ќе биде земен како водич.

За оние кои се поддржувачи на човековата репродукција „под надзор“ и кои се подготвени да ја прифатат како факт, можноста за користење на вештачки методи ќе биде многу лесна за прифаќање и генетска манипулација, но за некого тоа ќе биде неприфатливо.

Одејќи подалеку од принципите на кои се заснова науката, човештвото мора да има на ум дека сите геномски технологии што се користат кај луѓето ја имаат човечката личност во преден план. Овој фактор покренува многу прашалници, вклучувајќи го и прашањето каков ефект може да има генетскиот инженеринг врз рамнотежата на екосистемот и моралот на самата личност, која на крајот е корисник на таква наука како што е геномијата.

Пред да зборуваме директно за последиците што може да ги има генетската манипулација, појаснуваме дека желбата да се подобри дизајнот човечко суштество, пред раѓањето, ова е првенствено директно влијание врз селекцијата, односно „отстранувањето на она што е различно, она што не е совршено, испадна неуспешно“. Ова е исто како да се фрли неуспешен ембрион во ѓубре за време на процедурата за ИВФ.

Во опкружувањето на таквата наука како што е геномијата, можеме да зборуваме за можноста за воспоставување новиот видуслуги, „генска услуга“, која ќе треба да ја задоволи човечката желба да го подобри својот генски базен. Оваа услуга најверојатно ќе се плаќа со владина поддршка или строго комерцијална, каде што секој човек, под услов да е солвент, ќе може да ги коригира своите генетски информации.

Но, постоењето на оваа „услуга“ ќе биде невозможно без технолошки напредок и извесна промена во човечкиот менталитет.

Како и секој лек, новите технологии за геном може да се користат за „серум до ген“ каде што има краткорочни или долгорочни ризици. Секогаш постои ризик да се елиминираат гените кои имаат сè уште непознати корисни аспекти и кои можат да бидат изразени во различни средини. На пример, истиот ген што предизвикува српеста анемија го прави телото поотпорно на маларија.

Во однос на генската терапија, мора да претпоставиме промени во герминативните клетки како последица на соматска генска терапија. Ова може да биде легално во одредени околности (дали треба да се процени дали на таквите поединци треба да им се дозволи да се репродуцираат по третманот или не), бидејќи модифицирањето на герминативните клетки за третман може да резултира со промени во генетското наследство на идните генерации. Се развива и генска терапија на ембриони и има потреба од спроведување експерименти на ембриони. Секако, пред да се постигне успех во овие студии, ќе има многу неуспеси, што значи дека предметот на студијата ќе умре. Да, во име на науката и во корист на идните генерации овие жртви може да се оправдаат, но тоа не може да се оправда од етичка гледна точка.

Има помала сличност помеѓу два члена на човечката раса отколку помеѓу две различни животни.

Мишел де Монтењ

Што е ново само по себе ќе се разбере само по аналогија со старото.

Како што веќе споменавме, компаративниот метод служи традиционален пристапво старите класични области на биологијата (анатомија, ембриологија, цитологија). Така, Дарвин го потврдил своето гледиште за потеклото на човекот користејќи го споредбениот еволутивен метод, што укажува на бројни сличности во анатомијата и физиологијата на луѓето и мајмуните.

Неодамна, компаративниот пристап стана широко и многу ефикасно користен во молекуларната биологија и генетиката. Силен поттик за ова беше даден со секвенционирање на геномите во големи размери. Се појави дури и нов правец во геномијата - компаративна геномика - споредба на поединечни гени, групи гени и цели локуси на далеку еволутивно далечни организми. Тоа е фундаментално важна насокаистражувањето ни овозможува да решиме голем број проблеми на нов начин клучни проблеми. Ајде да погледнеме некои од нив.

Во моментов, човештвото, покрај сопствената енциклопедија, има слични енциклопедии на некои едноставни организми: коли, муви Drosophila, квасец и црв Caenoharbditis elegans, како и глувци - и посебни поглавјаод енциклопедии на некои други високоорганизирани организми (мајмуни, стаорци). Денес, паралелно со секвенционирањето на геномот човекот одидешифрирајќи уште околу 1000 геноми на други животни и растенија. Текстот на ДНК во сите овие енциклопедии е напишан со истите четири букви, чиј број е милиони за бактериите, стотици милиони за птиците и милијарди за цицачите и луѓето. Бидејќи сите текстови се напишани исто, тие можат да се споредуваат едни со други. Се покажа дека, и покрај огромните разлики во големината на геномот, бројот на гени (најмногу значајни предлозиво текстовите) различни типовиорганизмите не се многу различни. Во овој поглед, тие дури почнаа да зборуваат за одреден парадокс, кој го доби специјалното име Г-парадокс (првата буква од англискиот збор ген - ген). Сега овој парадокс се објаснува со фактот дека главната работа за еден организам не е вкупниот број на гени, туку како тие се структурирани и како се регулирани, каква е сложеноста на интеракцијата помеѓу производите на различни гени. „Ги делиме истите гени со мачките и кучињата, но тие се регулирани поинаку“, рече Крег Вентер, еден од протагонистите во секвенционирањето на човечкиот геном. Најверојатно, структурата и регулацијата на функцијата на генот е единствена за луѓето, што го прави „круна на природата“. Накратко, ако генот е кратка реченица, тогаш од комбинација на исти зборови и реченици можете да ги напишете и најпаметните трактати и примитивните расаднички рими. Покрај тоа, важно е како ќе се читаат и звучат.

Колку и да ни изгледаме уникатни, нашата ДНК има доста сличности не само со мајмуните и глувците, туку дури и со мал црв C. elegansи мувата Дрософила. Можеби е изненадувачки, но околу 50% од нашите гени се слични на оние на црвот. Луѓето и глувците споделуваат уште повеќе исти гени, иако луѓето и глувците се разликувале во еволуцијата пред околу 100 милиони години. До денес, во човечкиот геном се откриени само околу 300 гени кои не се наоѓаат кај глувците, а нивниот вкупен број е приближно ист. Така, околу 99% од човечките гени одговараат на гени на глувчето, а околу 80% од нив се речиси точно идентични. Покрај тоа, до 90% од гените одговорни за појавата разни болести, се слични кај луѓето и кај глувците. Има, се разбира, мали разлики. Значи, глувците имаат многу повеќе гени одговорни за мирисот.

Што се однесува до нашите потесно семејство, тогаш разликите овде се уште помали. Според последните податоци, генерално, човечкиот геном се разликува од геномот на шимпанзата само за максимум 5%! Изненадувачки, некои групи на гени (на пример, гени одговорни за формирање на телото) кај луѓето се слични на слични групи во биолошки видови, која настанала пред петстотини до шестотини милиони години, за време на таканаречената камбриска биолошка експлозија. Сега со нетрпение го очекуваме моментот кога геномот на шимпанзото ќе биде целосно секвенциониран. После ова, треба да започне нова многу важна фаза во компаративната геномика. Како резултат на ваквата споредба, може да се откријат функционално важни мутации специфични за луѓето како вид, што пак ќе отвори нови патишта за медицината. Секако, овие податоци ќе придонесат и за поцелосно разбирање на процесот на човековата еволуција.

Споредбите на човечката ДНК секвенци со ДНК на други организми веќе се покажаа како многу плоден метод за пребарување на нови функционално важни секвенци во човечкиот геном. Овој пристап се користел и продолжува да се користи за да се идентификуваат нови протеинско-кодирачки и не-протеински гени кај луѓето, како и да се идентификуваат потенцијалните регулаторни елементи и да се разјаснат механизмите на функционирање на различни генски групи. За таа цел, сега се создадени специјални компјутерски програми кои овозможуваат „фаќање“ еволутивно зачувани региони во различни геноми. Сето ова е фундаментално важно, бидејќи, како што е веќе нагласено погоре, не можеме да ставиме генетски експериментина некоја личност, но, благодарам компаративен метод, имаме можност да ги интерполираме за луѓето резултатите добиени од молекуларните генетски студии спроведени на животни.

Така, поради сличноста на геномите, дури и мувата Drosophila може да се користи за поцелосно разбирање на функциите на одредени човечки гени, особено, одговорен за некои човечки болести. Пример за ова е проучувањето на генот dFMR-1мува, која има хомологија со соодветниот човечки ген кој го одредува кревкиот Х синдром, тешка наследна невродегенеративна болест. Оваа студија ни овозможи да заклучиме дека причината за синдромот е најверојатно поврзана со прекршување на механизмот за интерференција на РНК, за кој веќе разговаравме погоре. И ова е сериозен „навестување“ за научниците, решавање на проблемотКревка Х синдром кај луѓето.

Важно е да се напомене дека кога го проучуваме човечкиот геном, всушност учиме за целиот жив свет. Човечкиот геном е исклучително сложен. Геномите на животните и растенијата често се многу поедноставни. Затоа, кога ќе ја научиме структурата на сложениот геном, ќе ни биде многу лесно да преминеме од него кон проучување на едноставен. И ова ветува револуција во области како што се ветеринарната медицина, одгледувањето растенија и животни.

Компаративната геномика им дала на научниците нов пристапдо разбирање на процесот на еволуција и неговите механизми, навидум засекогаш скриени во темнината на вековите. На пример, споредбите на геномите на различни видови животни и луѓе покажале присуство на одредени трендови во еволуцијата. Еден од нив е да се зголеми бројот на интрони во процесот еволутивен развојкај луѓето, односно, еволуцијата е, како што беше, поврзана со „разделувањето“ на геномот на посебни функционално значајни фрагменти: по единица должина на ДНК има сè. помалку информацииза структурата на протеините и РНК (екзоните) и се појавуваат се повеќе области кои сè уште немаат јасна функционална вредност(интрони). Спроведените студии сугерираат дека природата ги подобрила цицачите не толку со зголемување на разновидноста на нивните гени, туку со постепено копирање, модифицирање и комбинирање на постоечките гени, како и со промена на регулацијата на генската експресија. Специфичноста и разновидноста на структурата и функционирањето на генетскиот апарат се големи дури и кај еукариотите. Во исто време, постојат многу општи принципи и механизми, а резултатите од нивното проучување на некои предмети често може успешно да се пренесат на други, вклучувајќи ги и луѓето.

Многу интересни резултатибеа добиени, особено, со споредување на хромозомската дистрибуција на слични секвенци на ДНК кај луѓето и другите животни. Да дадеме само еден пример. Како што веќе беше наведено, постојат големи сличности помеѓу човечкиот и геномот на глувчето. На сл. 37, инсертот во боја ја покажува локацијата на слични сегменти на поединечни човечки хромозоми во различни хромозоми на глувчето. Гледајќи ја оваа бројка, можеме да видиме дека делови од исти човечки хромозоми се распределени низ многу хромозоми на глувчето. Ова исто така важи и обратно. Што значи тоа? Ова ни кажува за патеките по кои се одвивала еволуцијата на цицачите (на крајот на краиштата, глувците и луѓето се цицачи). Внимателно анализирајќи ја сликата прикажана на сл. 37, научниците открија дека на границите на различни делови од ДНК на глувчето, кои се наоѓаат во човечката ДНК, постојат различни мобилни генетски елементи, тандемски повторувања и други „жешки точки“, по кои веројатно се случило реструктуирање (рекомбинација) за време на повеќевековниот процес на еволуција на животинските организми.

Ориз. 37. Генетска сличност (хомологија) на хромозомите на човекот и глувчето. Различни боиа броевите на хромозомите на глувчето укажуваат на нуклеотидните секвенци на човечките хромозоми кои содржат слични сегменти.

Компаративната геномика покажа дека гените кои се идентични по еволутивно потекло и функција (хомологни) често се поврзани со исти хомологни гени кај различни видови. Врз основа на ова, тие го предвидуваат веројатниот регион за локализација на гените кај некои видови, доколку се знае со кои гени се поврзани кај други, т.е. се врши „компаративно мапирање“. Сето ова е важно поради фактот што правилата за броеви и релативната позиција на гените на хромозомот не секогаш ги предодредуваат законите на нивното функционирање. Така, протеинскиот состав на многу специјализирани клетки на глувци, стаорци и луѓе изгледа слично, иако самите гени се различно расфрлани на хромозомите.

Значи, компаративната геномика ни овозможува да судиме за механизмите и патиштата на еволуцијата на геномот, па дури и да ја пресоздадеме класификацијата на целиот животински свет на ново ниво. Сето ова е предмет на уште една нова насока - еволутивна геномика. Нејзината круна треба да биде создавањето одредени јаснисистеми на живи организми, во смисла слична на периодниот систем.

Благодарение на употребата на методи и пристапи на компаративна и еволутивна геномика, веќе се добиени сензационални резултати во однос на ваквата комплексна и интересно прашање, како потеклото на човекот и еволуцијата на неговиот геном. Прочитајте повеќе за ова и ќе разговарамево следниот дел од книгата.

| |
Некои факти се граничат со фикцијаДел III. Потекло и еволуција на човечкиот геном

Кандидат хемиски наукиОлга Белоконева.

Американските истражувачи за прв пат конструираа „ин витро“ целосен геномбактерии и ја внесе во лушпата на бактерија од друг вид, со што се добива комплетна 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 ги одредуваат нејзините функции и структура и на крајот се обидуваат да го синтетизираат ова соединение во лабораторија за да ги споредат својствата на природното соединение и неговите синтетички аналог. Ова е единствениот начин да се докаже дека супстанцијата со дадена хемиска структура има одредени својства. Но, во генетската манипулација овој пристап за долго времене функционираше - структурата на ДНК беше веќе позната, но инверзен проблемНикој не можеше да го реши.

Наука за создавање бизнис

Ветеранот на виетнамската кампања, Американецот Крег Вентер студирал биохемија, добил академска диплома, но не останал долго во лабораторија. 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 најновиот методсеквенционирање - методот на пушка. 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 институтиме 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 тоа хемиска структураМногу сложени геноми беа познати; логично, беше неопходно да се започне со синтетизирање 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 е нобеловецот од 1978 година Хамилтон Смит. Нобелова наградатој го добил за откритието што ја вовело ерата на хемиска манипулација на 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 лабораториски услови. Првата синтетичка клетка во историјата содржи целосно вештачки хромозом, синтетизиран од хемиски компонентиспоред компјутерска програма. Ова веќе не се технологии за генетско инженерство, кога научниците успеаја 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 информацииза работата 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 специјална хранлив медиум, В 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 создаде и трансплантираат ненуклеарни генетски информацииитн.

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 сфатат генетска програмавеќе постои во природата. Но, сепак изгледите синтетичка геномикаогромен. 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 клетка која ги содржи само гените неопходни за одржување на животот во неа наједноставна форма, односно „минималниот“ геном.

Елемент на животот

Одредувањето на „минималниот“ геном кој ги обезбедува сите потребни функции што овозможуваат 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 начините генетска еволуцијаи механизмот на потекло на геномите како таков. 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 веќе го поднеле, „минималниот“ геном е главен градежен блокили, поточно, главната „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.

Човечки геном [Енциклопедија напишана со четири букви] Тарантула Вјачеслав Залманович

СЕ СЕ ЗНАЕ СО СПОРЕДБА (компаративна геномика)

Има помала сличност помеѓу два члена на човечката раса отколку помеѓу две различни животни.

Мишел де Монтењ

Што е ново само по себе ќе се разбере само по аналогија со старото.

Ф. Бекон

Како што веќе беше споменато, компаративниот метод служи како традиционален пристап во старите класични области на биологијата (анатомија, ембриологија, цитологија). Така, Дарвин го потврдил своето гледиште за потеклото на човекот користејќи го споредбениот еволутивен метод, што укажува на бројни сличности во анатомијата и физиологијата на луѓето и мајмуните.

Неодамна, компаративниот пристап стана широко и многу ефикасно користен во молекуларната биологија и генетиката. Силен поттик за ова беше даден со секвенционирање на геномите во големи размери. Се појави дури и нов правец во геномијата - компаративна геномика - споредба на поединечни гени, групи гени и цели локуси на далеку еволутивно далечни организми. Оваа фундаментално важна област на истражување ни овозможува да одговориме на голем број клучни прашања на нов начин. Ајде да погледнеме некои од нив.

Во моментов, човештвото, покрај сопствената енциклопедија, има слични енциклопедии на некои едноставни организми: E. coli, Drosophila fly, квасец и црви Caenoharbditis elegans, како и глувци - и поединечни поглавја од енциклопедиите на некои други високоорганизирани организми (мајмуни, стаорци). Денес, паралелно со секвенционирањето на човечкиот геном, се дешифрираат уште околу 1000 геноми на други животни и растенија. Текстот на ДНК во сите овие енциклопедии е напишан со истите четири букви, чиј број е милиони за бактериите, стотици милиони за птиците и милијарди за цицачите и луѓето. Бидејќи сите текстови се напишани исто, тие можат да се споредуваат едни со други. Се покажа дека, и покрај огромните разлики во големината на геномот, бројот на гени (најзначајните реченици во текстовите) не се разликува многу помеѓу различните видови организми. Во овој поглед, тие дури почнаа да зборуваат за одреден парадокс, кој го доби специјалното име Г-парадокс (првата буква од англискиот збор ген - ген). Сега овој парадокс се објаснува со фактот дека главната работа за еден организам не е вкупниот број на гени, туку како тие се структурирани и како се регулирани, каква е сложеноста на интеракцијата помеѓу производите на различни гени. „Ги делиме истите гени со мачките и кучињата, но тие се регулирани поинаку“, рече Крег Вентер, еден од протагонистите во секвенционирањето на човечкиот геном. Најверојатно, структурата и регулацијата на функцијата на генот е единствена за луѓето, што го прави „круна на природата“. Накратко, ако генот е кратка реченица, тогаш од комбинација на исти зборови и реченици можете да ги напишете и најпаметните трактати и примитивните расаднички рими. Покрај тоа, важно е како ќе се читаат и звучат.

Колку и да ни изгледаме уникатни, нашата ДНК има доста сличности не само со мајмуните и глувците, туку дури и со мал црв C. elegansи мувата Дрософила. Можеби е изненадувачки, но околу 50% од нашите гени се слични на оние на црвот. Луѓето и глувците споделуваат уште повеќе исти гени, иако луѓето и глувците се разликувале во еволуцијата пред околу 100 милиони години. До денес, во човечкиот геном се откриени само околу 300 гени кои не се наоѓаат кај глувците, а нивниот вкупен број е приближно ист. Така, околу 99% од човечките гени одговараат на гени на глувчето, а околу 80% од нив се речиси точно идентични. Покрај тоа, до 90% од гените одговорни за појава на разни болести се слични кај луѓето и глувците. Има, се разбира, мали разлики. Значи, глувците имаат многу повеќе гени одговорни за мирисот.

Што се однесува до нашите најблиски роднини, разликите се уште помали. Според последните податоци, генерално, човечкиот геном се разликува од геномот на шимпанзата само за максимум 5%! Изненадувачки, некои групи на гени (на пример, гени одговорни за формирање на телото на организам) кај луѓето се слични на слични групи во биолошките видови кои настанале пред петстотини до шестотини милиони години, за време на т.н. камбриски биолошки експлозија. Сега со нетрпение го очекуваме моментот кога геномот на шимпанзото ќе биде целосно секвенциониран. После ова, треба да започне нова многу важна фаза во компаративната геномика. Како резултат на ваквата споредба, може да се откријат функционално важни мутации специфични за луѓето како вид, што пак ќе отвори нови патишта за медицината. Секако, овие податоци ќе придонесат и за поцелосно разбирање на процесот на човековата еволуција.

Споредбите на човечката ДНК секвенци со ДНК на други организми веќе се покажаа како многу плоден метод за пребарување на нови функционално важни секвенци во човечкиот геном. Овој пристап се користел и продолжува да се користи за да се идентификуваат нови протеинско-кодирачки и не-протеински гени кај луѓето, како и да се идентификуваат потенцијалните регулаторни елементи и да се разјаснат механизмите на функционирање на различни генски групи. За таа цел, сега се создадени специјални компјутерски програми кои овозможуваат „фаќање“ еволутивно зачувани региони во различни геноми. Сето ова е фундаментално важно, бидејќи, како што веќе беше нагласено погоре, не можеме да спроведеме генетски експерименти врз луѓе, но, благодарение на компаративниот метод, имаме можност да ги интерполираме за луѓето резултатите што се добиени од молекуларните генетски студии спроведени врз животни.

Така, поради сличноста на геномите, дури и мувата Drosophila може да се користи за поцелосно разбирање на функциите на одредени човечки гени, особено оние кои се одговорни за некои човечки болести. Пример за ова е проучувањето на генот dFMR-1муви, кој има хомологија со соодветниот човечки ген кој го одредува синдромот на кршливост X, тешка наследна невродегенеративна болест. Оваа студија ни овозможи да заклучиме дека причината за синдромот е најверојатно поврзана со прекршување на механизмот за интерференција на РНК, за кој веќе разговаравме погоре. И ова е сериозен „навестување“ за научниците кои го решаваат проблемот со синдромот Кревка Х кај луѓето.

Компаративната геномика им даде на научниците нов пристап за разбирање на процесот на еволуција и неговите механизми, навидум засекогаш скриени во темнината на вековите. На пример, споредбите на геномите на различни видови животни и луѓе покажале присуство на одредени трендови во еволуцијата. Еден од нив е да се зголеми бројот на интрони во процесот на еволутивен развој кај луѓето, односно, еволуцијата е, како што беше, поврзана со „разделувањето“ на геномот на одделни функционално значајни фрагменти: по единица должина на ДНК таму е се помалку информации за структурата на протеините и РНК (егзоните) и се повеќе региони кои сè уште немаат јасно функционално значење (интрони). Спроведените студии сугерираат дека природата ги подобрила цицачите не толку со зголемување на разновидноста на нивните гени, туку со постепено копирање, модифицирање и комбинирање на постоечките гени, како и со промена на регулацијата на генската експресија. Специфичноста и разновидноста на структурата и функционирањето на генетскиот апарат се големи дури и кај еукариотите. Во исто време, постојат многу општи принципи и механизми, а резултатите од нивното проучување на некои предмети често може успешно да се пренесат на други, вклучувајќи ги и луѓето.

Добиени се многу интересни резултати, особено кога се споредува хромозомската дистрибуција на слични секвенци на ДНК кај луѓето и другите животни. Да дадеме само еден пример. Како што веќе беше наведено, постојат големи сличности помеѓу човечкиот и геномот на глувчето. На сл. 37, инсертот во боја ја покажува локацијата на слични сегменти на поединечни човечки хромозоми во различни хромозоми на глувчето. Гледајќи ја оваа бројка, можеме да видиме дека делови од исти човечки хромозоми се распределени низ многу хромозоми на глувчето. Ова исто така важи и обратно. Што значи тоа? Ова ни кажува за патеките по кои се одвивала еволуцијата на цицачите (на крајот на краиштата, глувците и луѓето се цицачи). Внимателно анализирајќи ја сликата прикажана на сл. 37, научниците открија дека на границите на различни делови од ДНК на глувчето, кои се наоѓаат во човечката ДНК, постојат различни мобилни генетски елементи, тандемски повторувања и други „жешки точки“, по кои веројатно се случило реструктуирање (рекомбинација) за време на повеќевековниот процес на еволуција на животинските организми.

Ориз. 37. Генетска сличност (хомологија) на хромозомите на човекот и глувчето. Нуклеотидните секвенци на човечки хромозоми кои содржат слични сегменти се означени со различни бои и броеви на хромозомите на глувчето.

Значи, компаративната геномика ни овозможува да судиме за механизмите и патиштата на еволуцијата на геномот, па дури и да ја пресоздадеме класификацијата на целиот животински свет на ново ниво. Сето ова е предмет на уште една нова насока - еволутивна геномика. Нејзината круна треба да биде создавање на одреден јасен систем на живи организми, во смисла слична на периодниот систем.

Благодарение на употребата на методи и пристапи на компаративна и еволутивна геномика, веќе се добиени сензационални резултати во врска со толку сложено и интересно прашање како што е потеклото на човекот и еволуцијата на неговиот геном. За ова подетално ќе се зборува во следниот дел од книгата.

Од книгата Генетика на боите на кучињата од Робинсон Рој

КОМПАРАТИВЕН СИМБОЛИЗАМ НА ГЕНИТЕ Читателите кои се заинтересирани за литература за генетиката порано или подоцна се соочуваат со проблемот на конфузија во ознаките на гените. Факт е дека различни автори користат различни симболи за да назначат ист ген. Ова

Од книгата Хомеопатски третман на мачки и кучиња од Хамилтон Дон

Акутна болество споредба со хронична болест Карактеристика на акутни (главно заразни) болести - на пример, инфекции детството- е компаративната постојаност на нивните симптоми кај различни пациенти. Овој феномен може да се објасни со фактот дека

Од книгата Човечкиот геном: енциклопедија напишана со четири букви автор

Конституционален наспроти акутен рецепт Терминот „уставен третман и пропишување“ е широко користен во хомеопатијата, но неговото значење понекогаш не е сосема јасно. Факт е дека различни автори често различно го толкуваат овој термин. Сепак

Од книгата Човечкиот геном [Енциклопедија напишана со четири букви] автор Тарантул Вјачеслав Залманович

ОД СТРУКТУРА ДО ФУНКЦИЈА (функционална геномика) Знаењето не е доволно, потребна е и примена; Не е доволно да сакаш, треба да го направиш тоа. И. Гете добро го знае изразот дека зборот „алва“ не ти ја прави устата послатка. Истото важи и за нашиот геном. Има многу

Од книгата Еволуција автор Џенкинс Мортон

Од книгата Биологија [Комплетна референтна книга за подготовка за обединет државен испит] автор Лернер Георгиј Исакович

Од книгата Тропска природа автор Валас Алфред Расел

ОД ГЕН И ПРОТЕИНИ - ДО ЛЕКУВАЊЕ (медицинска геномика) Медицината е навистина најблагородната од сите уметности. Хипократ Најлошите болести не се фатални, туку неизлечиви. Ебнер-Ешенбах Познатиот руски биолог Н. Тимофеев-Ресовски напишал: „Во неверојатна

Од книгата Основи на психофизиологијата автор Александров Јуриј

СЕ СЕ ЗНАЕ СО СПОРЕДБА (компаративна геномика) Има помала сличност меѓу двајца претставници на човечкиот род отколку меѓу две различни животни. Мишел де Монтењ Она што е ново само по себе ќе се разбере само по аналогија со старото. Ф. Бекон Како што веќе споменавме,

Од книгата Логика на среќата [За природата и потеклото на биолошката еволуција] автор Кунин Евгениј Викторович

КОМПАРАТИВНА АНАТОМИЈА Биолозите вклучени во компаративната анатомија одамна знаат дека видовите кои формираат поголеми групи (филум, класа или ред) имаат многу слични карактеристики во нивната структура. Развој на технологија генетска анализаовозможи да се инсталира потрајни

Од книгата Ништо во биологијата нема смисла освен во светлината на еволуцијата автор Добжански Феодосиј Григориевич

Од книгата Раѓањето на сложеноста [ Еволутивна биологијаденес: неочекувани откритија и нови прашања] автор Марков Александар Владимирович

Компаративна реткост на цвеќе меѓу жителите умерена зонапостои силно верување дека бујната вегетација на тропските предели мора да произведе и прекрасна флора од цвеќиња; Овој став го потврдуваат многубројните големи убави цвеќиња, разведен

Од книгата Паганини синдром [и други вистински приказниза генијалноста запишана во нашата генетски код] од Кин Сем

Поглавје 19 КОМПАРАТИВНА ПСИХОФИЗИОЛОГИЈА Компаративната психофизиологија е наука која има за цел да воспостави обрасци и да ги идентификува разликите во структурните и функционална организацијамозокот, однесувањето и психата кај животните од различни видови, вклучително и луѓето.

Од книгата на авторот

Поглавје 3 Компаративна геномика: развојни геномски предели Транс. A. Neizvestny Важноста на транзицијата кон геномика Во предгеномската ера, беа воспоставени фундаменталните принципи на молекуларната еволуција и беа направени многу конкретни набљудувања кои имаат големо значење

Од книгата на авторот

Компаративна геномика и рана еволуција на животните Ако не ги земете предвид ретките и слабо проучени ситници како Трихоплакс, тогаш најпримитивните животни може да се наречат сунѓери, кои сè уште немаат вистински ткива. нервен системи цревата. Сунѓерите се спротивставуваат

Од книгата на авторот

Епилог. Кога геномијата станува лична И покрај сето свое знаење, многу луѓе со наука, па дури и многу научници, на одредено потсвесно ниво, сè уште се плашат од своите гени. Тоа е затоа што без разлика колку добро разбирате нешто ментално и колку контрапримери

Долго време, геномот беше наречен хаплоиден сет на хромозоми. Акумулацијата на информации за информативната улога на екстрахромозомската ДНК ја смени дефиницијата на терминот „геном“. Во моментов тоа значи комплетен состав на ДНК на клетката, т.е. севкупноста на сите гени и меѓугенски региони. Можеме да го сметаме геномот за комплетен сет на инструкции за формирање и функционирање на поединецот.

Ги проучува општите принципи на конструирање на геноми и нивната структурна и функционална организација. геномика,кој секвенцира, мапира и ги идентификува функциите на гените и екстрагените елементи. Методите на геномика се насочени кон дешифрирање на нови обрасци биолошки системии процеси. Човечката геномика е основа на молекуларната медицина и има витално значењеда развијат методи за дијагноза, третман и превенција на наследни и ненаследни болести. За медицината, истражувањето во областа на геномијата на патогените микроорганизми е од огромно значење, бидејќи тие фрлаат светлина врз природата на инфективниот процес и создавањето на лекови насочени кон специфични бактериски цели.

Геномиката, и покрај нејзината „млада возраст“, е поделена на неколку речиси независни области: структурна, функционална, компаративна, еволутивна и медицинска геномика.

Структурна геномикаја проучува низата на нуклеотиди во геномите, ги одредува границите и структурата на гените, меѓугенските региони и другите структурни генетски елементи (промотери, засилувачи и сл.), т.е. изготвува генетски, физички и транскриптни карти на телото.

Функционална геномика.Истражувањето во областа на функционалната геномика е насочено кон идентификување на функциите на секој ген и геномски регион и нивната интеракција во клеточниот систем. Очигледно, ова ќе се направи со проучување на склоповите на протеини во различни клетки. Оваа област на истражување се нарекува протеомика.

Компаративна геномикаги проучува сличностите и разликите во организацијата на геномите на различните организми со цел да се разјасни општи обрасцинивната структура и функционирање.

Еволутивна геномикаги објаснува еволутивните патишта на геномите, потеклото генетски полиморфизами биодиверзитетот, улогата на хоризонталниот трансфер на гени. Еволутивен пристаппроучувањето на човечкиот геном ни овозможува да го следиме времетраењето на формирањето на генските комплекси, поединечните хромозоми, стабилноста на неговите делови, неодамна откриените елементи на „неконстантност“ на геномот, процесот на формирање раса и еволуцијата на наследна патологија.

Медицинска геномикарешава применети прашања од клинички и превентивна медицинаврз основа на познавање на човечките геноми и патогени организми (на пример, дијагноза на наследни болести, генска терапија, причини за вирулентноста на патогените микроорганизми итн.).

Сите чекори на еволуцијата на живата природа, несомнено, мораа да бидат фиксирани во информацискиот систем на ДНК (и за некои суштества - во РНК), како и во неговата организација во клетката за да се изврши конзервативната функција на зачувување на наследноста и спротивното. функција - одржување на варијабилност. Оваа идеја за формирање на геномот на секој вид е најразумна. Во однос на човечкиот геном, можеме да кажеме дека човечката еволуција е еволуција на геномот. Оваа идеја сега е потврдена со бројни молекуларни генетски студии, бидејќи стана возможно да се споредат геномите на различни видови цицачи, вклучително и големи мајмуни, како и во рамките на вид хомогеномите на сапиенс различни раси, етнички групи, човечко население и поединци.

Организацијата на геномот на секој еукариотски вид е секвенцијална хиерархија на елементи: нуклеотиди, кодони, домени, гени со меѓугени региони, комплексни гени, краци на хромозомите, хромозоми, хаплоиден сет заедно со екстрахромозомска и екстрануклеарна ДНК. Во еволутивната трансформација на геномот, секое од овие хиерархиски нивоа би можело да се однесува целосно дискретно (менување, комбинирање со други, итн.).

Нашите идеи за човечкиот геном се огромна област на човечката генетика, вклучувајќи ги барем концептите на „инвентар“ на гени, групи на поврзување, мапирање на гени (локализација), секвенционирање на сите ДНК (гени, нивните мутации и хромозоми како целина), мејотски трансформации, функционирање на поединечни гени и нивните интеракции, интеграција на структурата и функцијата на геномот како целина. Опсежен, повеќегодишен напор е насочен кон решавање на сите овие прашања. меѓународна програма„Човечки геном“ (од 1990 до 2000 година). Главната насока на работата беше секвенцијалното секвенционирање на геномските делови и нивното „спојување“. Успешните случувања во оваа област додадоа клиничко-генетски аспект на програмата.

Клинички апликации на информации за човечкиот геном

Фази на проучување на наследна болест	Клинички апликации
Регистрација на болеста како наследна форма	Медицинско генетско советување
Локализација на генот во хромозомот	Диференцијална дијагноза врз основа на анализа на генска поврзаност
Изолација на гени	Генска терапија
Дефиниција на генски дефект	Дијагностика (специфична за ДНК)
Откривање на примарниот генски производ	Дијагностика (биохемиски). Подобрување на третманот заснован на разбирање на патогенезата

Систематското проучување на човечкиот геном всушност започна со употреба на менделова анализа на човечките наследни особини (почетокот на 20 век). Генеалошки методпотоа влезе во широко распространета практика и чекор по чекор материјалот почна да се акумулира на „инвентарот“ на дискретни наследни особини на една личност, но овој процес постепено се забави (за 50 години не беа откриени повеќе од 400 менделови особини и 4 групи за поврзување) , можностите на клиничко-генеалошкиот метод во чиста формабеа исцрпени.

Брз напредок во човечката цитогенетика, биохемиска генетика и особено генетика соматски клеткиво 60-тите години, во комбинација со генеалошкиот пристап, проучувањето на човечкиот геном го стави на ново ниво теоретска основаи високо методолошко ниво. Откривањето на новите човечки особини на Мендел почна да напредува брзо, особено на биохемиско и имунолошко ниво и се појавија можности за проучување на поврзаноста и локализацијата на гените.

Молекуларните генетски методи или технологија дадоа посебен поттик за проучување на човечкиот геном генетскиот инженеринг(70-ти). Процесот на разбирање на геномот се продлабочи до изолација на генот во неговата чиста форма и неговото секвенционирање.

За разлика од класичната генетика, пристапот кон анализа на гените е променет во новата генетика. ВО класична генетикасеквенцата беше следна: идентификација на менделовата особина -> локализација на генот во хромозомот (или групата за поврзување) -> примарен генски производ -> ген. ВО модерна генетикастана возможен и обратниот пристап: генска изолација -> секвенционирање -> примарен производ, а со тоа и на нов терминда се дефинира оваа насока на истражување: „обратна генетика“ или „обратна генетика“.

Продолжува подобрувањето на молекуларните генетски методи и, не помалку важно, нивната автоматизација. Во САД и Велика Британија се развиени и имплементирани уреди за автоматско секвенционирање на геномот. Тие беа наречени геномотрони. Тие вршат до 100.000 полимеразни реакции на час. Ова значи дека регион (или региони) од неколку милиони базни парови може да се секвенционираат во рок од една недела.

Играјте голема улога во дешифрирањето на човечкиот геном Компјутерско инженерствоИ Информациски системи. Благодарение на нив, прашањата за акумулирање информации (бази на податоци) од различни извори, складирање и оперативна употребаистражувачи од различни земји.