Tangu mwanzo kabisa, hebu tufafanue tunachomaanisha hapa kwa neno jenomu. Neno hili lenyewe lilipendekezwa kwa mara ya kwanza mnamo 1920 na mwanajenetiki wa Ujerumani G. Winkler. Halafu tayari kulikuwa na neno lingine la kisayansi - genotype, iliyoletwa katika ghala la wanajenetiki na V. Johansen huko nyuma mwaka wa 1909, ambayo ilimaanisha jumla ya mielekeo yote ya urithi ya seli fulani maalum au kiumbe fulani fulani. Baadaye, Johansen mwenyewe alisema kwa mshangao kwamba "neno" lake lilitimia bila kutarajia katika siku zijazo. nadharia ya kromosomu T. Morgana. Lakini basi alionekana muhula mpya- jenomu. Tofauti na genotype, neno hili lilipaswa kuwa tabia ya aina nzima ya viumbe, badala ya mtu maalum. Na hii ikawa hatua mpya katika ukuzaji wa jeni.
KATIKA kamusi ya kibiolojia dhana jenomu hufafanuliwa kama seti ya jeni tabia ya seti ya haploidi (moja) ya kromosomu ya aina fulani ya kiumbe. Uundaji huu hauonekani wazi kabisa kwa mtu asiye mtaalamu, na muhimu zaidi, sio sahihi katika ufahamu wa kisasa wa neno. Msingi wa jenomu ni molekuli ya asidi deoxyribonucleic, inayojulikana sana kwa ufupisho kama DNA. Baada ya yote, genomes zote (DNA) zina angalau aina mbili za habari: habari iliyosimbwa juu ya muundo wa molekuli za mjumbe (kinachojulikana kama RNA) na protini (habari hii iko katika jeni), pamoja na maagizo ambayo huamua wakati na wakati. Mahali pa udhihirisho wa habari hii wakati wa ukuzaji na shughuli zaidi ya maisha ya kiumbe (habari hii iko hasa katika mikoa ya intergenic, ingawa kwa sehemu katika jeni zenyewe). Jeni wenyewe huchukua sehemu ndogo sana ya genome, lakini wakati huo huo huunda msingi wake. Habari iliyorekodiwa katika jeni ni aina ya "maagizo" ya utengenezaji wa protini, vitu kuu vya ujenzi wa mwili wetu. "Kwenye mabega" ya jeni kuna jukumu kubwa la jinsi kila seli na kiumbe kwa ujumla kitaonekana na kufanya kazi. Wanadhibiti maisha yetu kutoka wakati wa mimba hadi pumzi ya mwisho kabisa, bila wao hakuna chombo kimoja kinachofanya kazi, damu haina mtiririko, moyo haupigi, ini na ubongo hazifanyi kazi.
Hata hivyo, ili kubainisha kikamilifu genome, habari iliyomo ndani yake kuhusu muundo wa protini haitoshi. Tunahitaji pia data juu ya vipengele vya vifaa vya maumbile vinavyoshiriki katika kazi ( kujieleza) jeni hudhibiti usemi wao katika hatua tofauti za ukuaji na katika hali tofauti za maisha.
Lakini hata hii haitoshi ufafanuzi kamili jenomu. Baada ya yote, genome pia ina vitu vinavyochangia kujizalisha kwake ( urudufishaji), kifungashio cha DNA kwenye kiini, na maeneo mengine ambayo bado hayaeleweki, ambayo nyakati fulani huitwa "ubinafsi" (yaani, kana kwamba wanajitumikia wao wenyewe). Kwa sababu hizi zote leo, lini tunazungumzia kuhusu jenomu, kwa kawaida humaanisha seti nzima ya mfuatano wa DNA iliyowasilishwa katika kromosomu za viini vya seli. aina fulani viumbe, ikiwa ni pamoja na, bila shaka, jeni. Katika kitabu hiki tutamaanisha ufafanuzi huu haswa. Wakati huo huo, ikumbukwe kwamba miundo mingine (organelles) ya seli pia ina habari ya maumbile muhimu kwa utendaji wa viumbe. Hasa, viumbe vyote vya wanyama, ikiwa ni pamoja na wanadamu, pia wana jenomu ya mitochondrial, yaani, molekuli za DNA zilizopo katika miundo ya ndani ya seli kama vile mitochondria na iliyo na idadi ya kinachojulikana kama jeni za mitochondrial. Jenomu ya mitochondrial ya binadamu ni ndogo sana ikilinganishwa na genome ya nyuklia iliyo kwenye kromosomu, lakini hata hivyo, mchango wake katika kimetaboliki ya seli ni muhimu sana.
Ni wazi kwamba ujuzi wa muundo wa DNA pekee hautoshi kabisa maelezo kamili mfumo wa urithi wa seli. Mfano wafuatayo unatolewa kwa hitimisho hili katika maandiko: habari kuhusu idadi na sura ya matofali haiwezi kufunua muundo wa kanisa kuu la Gothic na maendeleo ya ujenzi wake. Katika zaidi kwa maana pana Mfumo wa urithi wa seli haufanyiki tu na muundo wa DNA, bali pia na vipengele vyake vingine, jumla ya ambayo na mambo ya mazingira huamua jinsi genome itafanya kazi, jinsi mwendo wa maendeleo ya mtu binafsi utaendelea, na jinsi matokeo. kiumbe kitaishi baadaye.
Jenomu ya binadamu- genome ya aina ya kibiolojia Homosapiens. Seli nyingi za kawaida za binadamu zina seti kamili ya kromosomu 46 zinazounda jenomu: 44 kati yao hazitegemei ngono (chromosomes autosomal), na mbili - kromosomu X na kromosomu Y - huamua ngono (XY kwa wanaume au XX in. wanawake). Chromosomes ndani jumla ina takribani jozi bilioni 3 za msingi za nyukleotidi za DNA, na kutengeneza 20,000-25,000. Wakati wa utekelezaji wa Mradi wa Jenomu la Binadamu, yaliyomo kwenye kromosomu katika hatua ya mseto kwenye kiini cha seli (dutu ya euchromatin) iliandikwa kama mlolongo wa alama. Hivi sasa, mlolongo huu unatumika kikamilifu ulimwenguni kote katika biomedicine. Utafiti umebaini kuwa jenomu la binadamu lina kiasi kikubwa idadi ndogo jeni kuliko ilivyotarajiwa mwanzoni mwa mradi. Ni kwa 1.5% tu ya jumla ya nyenzo iliwezekana kuamua kazi; iliyobaki ni ile inayoitwa DNA ya junk. Hii 1.5% inajumuisha jeni ambazo husimba RNA na protini, pamoja na mfuatano wao wa udhibiti, introni, na pengine pseudogenes.
Jenomu ya binadamu ina jozi 23 za kromosomu ( kwa ujumla kromosomu 46), ambapo kila kromosomu ina mamia ya jeni zilizotenganishwa nafasi ya intergenic. Nafasi ya intergenic ina maeneo ya udhibiti na DNA isiyo ya coding.
Kuna jozi 23 za chromosomes tofauti katika genome: 22 kati yao haziathiri ngono, na chromosomes mbili (X na Y) huamua ngono. Chromosomes 1 hadi 22 huhesabiwa kwa mpangilio wa kupungua kwa ukubwa. Seli za kisomatiki kawaida huwa na jozi 23 za kromosomu: nakala moja ya kromosomu 1 hadi 22 kutoka kwa kila mzazi, mtawaliwa, na vile vile kromosomu ya X kutoka kwa mama na kromosomu ya Y au X kutoka kwa baba. Kwa jumla, zinageuka kuwa seli ya somatic ina chromosomes 46.
Kulingana na matokeo ya Mradi wa Jeni la Binadamu, idadi ya jeni katika genome ya binadamu ni karibu jeni 28,000. Makadirio ya awali yalikuwa zaidi ya jeni elfu 100. Kutokana na uboreshaji wa mbinu za utafutaji wa jeni (utabiri wa jeni), kupungua zaidi kwa idadi ya jeni kunatarajiwa.
Inafurahisha, idadi ya jeni za wanadamu sio kubwa zaidi kuliko idadi ya jeni katika viumbe rahisi vya mfano, kwa mfano, minyoo. Caenorhabditiselegans au nzi Drosophilamelanogaster. Hii ni kutokana na ukweli kwamba splicing mbadala inawakilishwa sana katika genome ya binadamu. Kuunganisha mbadala hukuruhusu kupata minyororo kadhaa ya protini kutoka kwa jeni moja. Kwa hiyo, proteome ya binadamu inaonekana kuwa kubwa zaidi kuliko proteome ya viumbe vilivyochunguzwa. Jeni nyingi za binadamu zina exons nyingi, na introni mara nyingi huwa ndefu zaidi kuliko exoni zinazopakana kwenye jeni.
Jeni husambazwa kwa usawa katika kromosomu. Kila kromosomu ina maeneo yenye jeni na maeneo duni ya jeni. Maeneo haya yanahusiana na kanda za kromosomu (mikanda kwenye kromosomu inayoonekana kwa darubini) na maeneo yenye utajiri wa CG. Kwa sasa, umuhimu wa usambazaji huu usio na usawa wa jeni haueleweki kikamilifu.
Kando na jeni za usimbaji wa protini, jenomu ya binadamu ina maelfu ya jeni za RNA, ikiwa ni pamoja na uhamisho wa RNA (tRNA), ribosomal RNA, microRNA (microRNA), na mfuatano mwingine wa RNA usio na protini.
Taarifa zinazohusiana.
Ilikuwa miaka saba iliyopita - Juni 26, 2000. Katika mkutano wa pamoja wa waandishi wa habari na ushiriki wa Rais wa Marekani na Waziri Mkuu wa Uingereza, wawakilishi wa makundi mawili ya utafiti - Muungano wa Kimataifa wa Kufuatana na Genome za Binadamu(IHGSC) na Celera Genomics- alitangaza kwamba kazi ya kufafanua genome ya binadamu, iliyoanza katika miaka ya 70, imekamilika kwa ufanisi, na toleo lake la rasimu limeundwa. Kipindi kipya cha maendeleo ya binadamu kimeanza - enzi ya baada ya genomic.
Kuchambua jenomu kunaweza kutupa nini, na je, fedha na juhudi zinazotumiwa zina thamani ya matokeo kufikiwa? Francis Collins ( Francis S. Collins), msimamizi Programu ya Amerika Genome ya Binadamu, mwaka wa 2000, ilitoa utabiri ufuatao wa maendeleo ya dawa na biolojia katika enzi ya baada ya genomic:
- 2010 - mtihani wa maumbile, hatua za kuzuia, kupunguza hatari ya magonjwa, na tiba ya jeni kwa hadi magonjwa 25 ya urithi. Wauguzi wanaanza kufanya taratibu za maumbile ya matibabu. Uchunguzi wa kabla ya kupanda unapatikana sana, na mapungufu ya njia hii yanajadiliwa kikamilifu. Marekani ina sheria za kuzuia ubaguzi wa kimaumbile na kuheshimu faragha. Utumiaji kivitendo wa genomics haupatikani kwa kila mtu, hii ni kweli haswa katika Nchi zinazoendelea Oh.
- 2020 - madawa ya kulevya kwa ugonjwa wa kisukari, shinikizo la damu na magonjwa mengine, yaliyotengenezwa kwa misingi ya habari za genomic, yanaonekana kwenye soko. Tiba za saratani zinatengenezwa ambazo zinalenga haswa mali ya seli za saratani katika tumors maalum. Pharmacogenomics inakuwa mbinu ya kawaida kwa ajili ya maendeleo ya madawa mengi. Kubadilisha njia ya utambuzi ugonjwa wa akili, kuibuka kwa mbinu mpya za kuwatibu, kubadilisha mtazamo wa jamii kuhusu magonjwa hayo. Utumiaji kivitendo wa jenomiki bado haupatikani kila mahali.
- 2030 - uamuzi wa mlolongo wa nyukleotidi wa jenomu nzima ya mtu binafsi utakuwa utaratibu wa kawaida, unaogharimu chini ya $1000. Jeni zinazohusika katika mchakato wa kuzeeka zimeorodheshwa. Majaribio ya kliniki yanafanywa ili kuongeza muda wa juu wa maisha ya wanadamu. Majaribio ya maabara kwenye seli za binadamu zimebadilishwa na majaribio kwenye mifano ya kompyuta. Harakati nyingi za wapinzani zinaongezeka teknolojia za hali ya juu huko USA na nchi zingine.
- 2040
- Hatua zote za afya zinazokubalika kwa ujumla zinatokana na jeni. Utabiri wa magonjwa mengi huamua (hata kabla ya kuzaliwa). Dawa ya kuzuia yenye ufanisi inayolenga mtu binafsi inapatikana. Magonjwa hugunduliwa katika hatua za mwanzo kupitia ufuatiliaji wa Masi.
Tiba ya jeni inapatikana kwa magonjwa mengi. Kubadilisha madawa ya kulevya na bidhaa za jeni zinazozalishwa na mwili kwa kukabiliana na tiba. Muda wa wastani maisha yatafikia miaka 90 kutokana na kuboreshwa kwa hali ya kijamii na kiuchumi. Kuna mjadala mzito kuhusu uwezo wa mwanadamu wa kudhibiti mageuzi yake mwenyewe.
Ukosefu wa usawa duniani unaendelea, na kusababisha mvutano katika ngazi ya kimataifa.
Kama inavyoweza kuonekana kutoka kwa utabiri, habari za jeni katika siku za usoni zinaweza kuwa msingi wa matibabu na kuzuia magonjwa mengi. Bila habari kuhusu jeni zake (na inafaa kwenye DVD ya kawaida), mtu katika siku zijazo ataweza tu kuponya pua kutoka kwa mganga fulani msituni. Je, hii inaonekana kuwa ya ajabu? Lakini mara moja kwa wakati, chanjo ya ulimwengu dhidi ya ndui au Mtandao ilikuwa nzuri sana (kumbuka kuwa haikuwepo katika miaka ya 70)! Katika siku zijazo, kanuni ya maumbile ya mtoto itatolewa kwa wazazi katika hospitali ya uzazi. Kinadharia, na diski kama hiyo, matibabu na kuzuia maradhi yoyote ya mtu binafsi yatakuwa kitu kidogo. Daktari wa kitaaluma wataweza kabisa muda mfupi kufanya uchunguzi, kuagiza matibabu ya ufanisi, na hata kuamua uwezekano wa magonjwa mbalimbali kuonekana katika siku zijazo. Kwa mfano, vipimo vya kisasa vya maumbile vinaweza tayari kuamua kwa usahihi kiwango cha utabiri wa mwanamke kwa saratani ya matiti. Kwa hakika, katika miaka 40-50, hakuna daktari mmoja anayejiheshimu bila kanuni za maumbile hatataka "kutibu kwa upofu" - kama vile upasuaji wa leo hauwezi kufanya bila X-ray.
Wacha tujiulize swali - je, kile kilichosemwa kinaaminika, au labda kwa kweli kila kitu kitakuwa kinyume chake? Je! watu hatimaye wataweza kushinda magonjwa yote na watapata furaha ya ulimwengu wote? Ole! Hebu tuanze na ukweli kwamba Dunia ni ndogo, na hakuna furaha ya kutosha kwa kila mtu. Kwa kweli, haitoshi hata nusu ya wakazi wa nchi zinazoendelea. "Furaha" imekusudiwa haswa kwa majimbo ambayo yametengenezwa kwa suala la sayansi, haswa sayansi ya kibaolojia. Kwa mfano, mbinu ambayo unaweza "kusoma" kanuni ya maumbile ya mtu yeyote imekuwa na hati miliki kwa muda mrefu. Hii ni teknolojia ya kiotomatiki iliyokuzwa vizuri - ingawa ni ghali na ya hila sana. Ikiwa unataka, nunua leseni, au ikiwa unataka, vumbua mbinu mpya. Lakini sio nchi zote zina pesa za kutosha kwa maendeleo kama haya! Kama matokeo, majimbo kadhaa yatakuwa na dawa ambayo iko mbele sana kuliko kiwango cha ulimwengu wote. Kwa kawaida, katika nchi ambazo hazijaendelea, Msalaba Mwekundu utajenga hospitali za misaada, hospitali na vituo vya genomic. Na hatua kwa hatua hii itasababisha ukweli kwamba habari za maumbile ya wagonjwa katika nchi zinazoendelea (ambazo ni nyingi) zitazingatiwa katika nguvu mbili au tatu zinazofadhili upendo huu. Ni ngumu hata kufikiria nini kinaweza kufanywa na habari kama hiyo. Labda ni sawa. Walakini, matokeo mengine yanawezekana. Vita dhidi ya kipaumbele vilivyoambatana na mpangilio wa jenomu vinaonyesha umuhimu wa upatikanaji wa taarifa za kijeni. Hebu tukumbuke kwa ufupi ukweli fulani kutoka kwa historia ya Mpango wa Jenomu la Binadamu.
Wapinzani wa usimbuaji wa jenomu waliona kazi hiyo kuwa isiyo ya kweli, kwa sababu DNA ya binadamu ni makumi ya maelfu ya mara zaidi ya molekuli za DNA za virusi au plasmidi. Hoja kuu ilikuwa dhidi ya: " mradi utahitaji mabilioni ya dola, ambayo maeneo mengine ya sayansi yatakosa, kwa hivyo mradi wa genome itapunguza kasi ya maendeleo ya sayansi kwa ujumla. Lakini ikiwa pesa zinapatikana na genome ya mwanadamu imefafanuliwa, basi habari inayopatikana haitathibitisha gharama ...“Hata hivyo, James Watson, mmoja wa wagunduzi wa muundo wa DNA na mwana itikadi wa mpango huo wa kusoma habari za chembe za urithi, alijibu hivi kwa busara: “ Ni bora kutokamata samaki mkubwa kuliko kukamata mdogo",. Hoja ya mwanasayansi ilisikika - tatizo la jenomu lililetwa kwa ajili ya kujadiliwa katika Bunge la Marekani, na matokeo yake, mpango wa kitaifa wa Jenomu ya Binadamu ulipitishwa.
KATIKA Mji wa Marekani Bethesda, karibu na Washington, ni mojawapo ya vituo vya HUGO ( Shirika la Jeni la Binadamu) Kituo hicho kinaratibu kazi ya kisayansi juu ya mada "Genome ya Binadamu" katika nchi sita - Ujerumani, Uingereza, Ufaransa, Japan, Uchina na USA. Wanasayansi kutoka nchi nyingi za ulimwengu walijiunga na kazi hiyo, wameungana katika timu tatu: mbili kati - Amerika Mradi wa Genome ya Binadamu na Waingereza kutoka Taasisi ya Wellcome Trust Sanger- na shirika la kibinafsi kutoka Maryland, ambalo liliingia kwenye mchezo baadaye kidogo - Celera Genomics. Kwa njia, hii labda ni kesi ya kwanza katika biolojia wakati vile ngazi ya juu kampuni binafsi ilishindana na mashirika baina ya serikali.
Mapambano yalifanyika kwa kutumia njia na uwezo mkubwa. Kama ilivyoonyeshwa wakati fulani uliopita Wataalam wa Kirusi, Celera ilisimama kwenye mabega ya programu ya Jenomu ya Binadamu, yaani, ilitumia yale ambayo tayari yamefanywa kama sehemu ya mradi wa kimataifa. Kweli, Celera Genomics Nilijiunga na programu sio mwanzoni, lakini wakati mradi ulikuwa tayari unaendelea. Hata hivyo, wataalam kutoka Celera iliboresha algorithm ya mpangilio. Kwa kuongeza, kompyuta kubwa ilijengwa kwa utaratibu wao, ambayo ilifanya iwezekanavyo kuongeza "vitalu vya ujenzi" vilivyotambuliwa vya DNA katika mlolongo unaosababisha kwa kasi na kwa usahihi zaidi. Bila shaka, haya yote hayakupa kampuni Celera faida isiyo na masharti, lakini ilimlazimu kuzingatiwa kama mshiriki kamili katika mbio.
Mwonekano Celera Genomics mivutano iliongezeka sana - wale ambao waliajiriwa katika programu za serikali walihisi ushindani mkali. Aidha, baada ya kuundwa kwa kampuni hiyo, swali la ufanisi wa kutumia uwekezaji wa umma likawa papo hapo. Kichwani Celera akawa Profesa Craig Venter ( Craig Venter) ambaye alikuwa na uzoefu mkubwa kazi ya kisayansi chini ya mpango wa serikali "Genome ya Binadamu". Ni yeye aliyesema kwamba programu zote za umma hazifanyi kazi na kwamba kampuni yake inafuatana na jenomu haraka na kwa bei nafuu. Na kisha sababu nyingine ilionekana - makampuni makubwa ya dawa yalikamatwa. Ukweli ni kwamba ikiwa habari zote kuhusu genome ziko kwenye uwanja wa umma, watapoteza miliki, na hakutakuwa na kitu cha hataza. Wakiwa na wasiwasi kuhusu hili, waliwekeza mabilioni ya dola katika Celera Genomics (ambayo pengine ilikuwa rahisi kujadiliana nayo). Hii iliimarisha zaidi msimamo wake. Kukabiliana na hili, timu za muungano baina ya mataifa zililazimika kuongeza ufanisi wa kazi ya kusimbua jenomu. Mwanzoni kazi ilienda bila kuratibiwa, lakini mafanikio yalipatikana fomu fulani kuishi pamoja - na mbio zilianza kushika kasi.
Mwisho ulikuwa mzuri - mashirika yanayoshindana, kwa makubaliano ya pande zote, wakati huo huo walitangaza kukamilika kwa kazi ya kufafanua genome la mwanadamu. Hii ilitokea, kama tulivyoandika tayari, mnamo Juni 26, 2000. Lakini tofauti ya wakati kati ya Amerika na Uingereza ilileta Merika mahali pa kwanza.
Kielelezo 1. "Mbio za Jenomu," ambayo ilihusisha kampuni ya serikali na ya kibinafsi, ilimalizika rasmi kwa "kuteka": vikundi vyote viwili vya watafiti vilichapisha mafanikio yao karibu wakati huo huo. Mkuu wa kampuni binafsi Celera Genomics Craig Venter alichapisha kazi yake katika jarida Sayansi aliandika pamoja na wanasayansi ~270 waliofanya kazi chini ya usimamizi wake. Kazi hiyo, iliyofanywa na Jumuiya ya Kimataifa ya Kurekebisha Genome ya Binadamu (IHGSC), ilichapishwa kwenye jarida. Asili, na orodha kamili ya waandishi ina idadi ya watu wapatao 2,800 wanaofanya kazi katika vituo karibu dazeni tatu kote ulimwenguni.
Utafiti huo ulidumu kwa jumla ya miaka 15. Kuunda toleo la kwanza la "rasimu" ya genome ya binadamu iligharimu dola milioni 300. Hata hivyo, utafiti wote juu ya mada hii, ikiwa ni pamoja na uchambuzi kulinganisha na ufumbuzi kwa idadi ya matatizo ya kimaadili, takriban dola bilioni tatu zilitengwa. Celera Genomics aliwekeza kiasi kama hicho, ingawa aliitumia kwa miaka sita tu. Bei ni kubwa, lakini kiasi hiki ni kidogo ikilinganishwa na manufaa ambayo nchi ya wasanidi programu itapata kutokana na matarajio yanayotarajiwa hivi karibuni. ushindi wa mwisho zaidi ya kadhaa ya magonjwa makubwa. Mapema Oktoba 2002 mahojiano na The Associated Press, Rais Celera Genomics Craig Venter alisema moja ya mashirika yake yasiyo ya faida inapanga kutoa CD zenye taarifa nyingi iwezekanavyo kuhusu DNA ya mteja. Gharama ya awali ya agizo kama hilo ni zaidi ya dola elfu 700. Na mmoja wa wagunduzi wa muundo wa DNA - Dk. James Watson - tayari alipewa DVD mbili na genome yake yenye thamani ya jumla ya dola milioni 1 mwaka huu - kama tunavyoona, bei zinashuka. Kwa hivyo, makamu wa rais wa kampuni 454 Sayansi ya Maisha Michael Egholm ( Michael Egholm) taarifa kwamba kampuni hivi karibuni kuwa na uwezo wa kuongeza bei ya decryption kwa dola 100 elfu.
Umaarufu ulioenea na ufadhili wa kiasi kikubwa ni upanga wenye makali kuwili. Kwa upande mmoja, kutokana na fedha zisizo na ukomo, kazi inaendelea kwa urahisi na kwa haraka. Lakini kwa upande mwingine, matokeo ya utafiti yanapaswa kugeuka jinsi ilivyoagizwa. Kufikia mwanzoni mwa 2001, zaidi ya jeni elfu 20 zilikuwa zimetambuliwa kwa uhakika wa 100% katika genome ya binadamu. Takwimu hii iligeuka kuwa mara tatu chini ya ilivyotabiriwa miaka miwili mapema. Timu ya pili ya watafiti kutoka Taasisi ya Kitaifa ya Utafiti wa Genomic ya Marekani, inayoongozwa na Francis Collins, kwa kujitegemea ilipata matokeo sawa - kati ya jeni 20 na 25 elfu katika genome ya kila seli ya binadamu. Hata hivyo, kutokuwa na uhakika katika makadirio ya mwisho kulianzishwa na mataifa mengine mawili ya kimataifa mradi wa kisayansi. Dk. William Heseltine (mtendaji mkuu) Masomo ya Genome ya Binadamu) alisisitiza kuwa benki yao ina taarifa kuhusu jeni 140,000. Na hatashiriki habari hii na jumuiya ya ulimwengu kwa sasa. Kampuni yake imewekeza pesa katika hati miliki na inapanga kupata pesa kutokana na habari iliyopatikana inahusiana na jeni za magonjwa ya wanadamu yaliyoenea. Kundi jingine lilidai kuwa kulikuwa na jeni 120,000 zilizotambuliwa na pia kusisitiza kuwa takwimu hii iliakisi jumla ya jeni za binadamu.
Hapa ni muhimu kufafanua kwamba watafiti hawa walijishughulisha na kufafanua mlolongo wa DNA sio wa jenomu yenyewe, lakini nakala za DNA za habari (pia huitwa template) RNA (mRNA au mRNA). Kwa maneno mengine, sio genome nzima iliyosomwa, lakini ni sehemu hiyo tu ambayo inarekebishwa na seli katika mRNA na inaongoza usanisi wa protini. Kwa kuwa jeni moja linaweza kutumika kama kiolezo cha utengenezaji wa aina kadhaa tofauti za mRNA (ambayo imedhamiriwa na mambo mengi: aina ya seli, hatua ya ukuaji wa kiumbe, n.k.), basi jumla ya idadi ya mlolongo tofauti wa mRNA (na hiki ndicho hasa chenye hati miliki Masomo ya Genome ya Binadamu) itakuwa kubwa zaidi. Uwezekano mkubwa zaidi, kutumia nambari hii kukadiria idadi ya jeni kwenye jenomu sio sahihi.
Kwa wazi, habari za urithi "zilizobinafsishwa" kwa haraka zitaangaliwa kwa uangalifu katika miaka ijayo hadi idadi kamili ya jeni itakapokubaliwa kwa ujumla. Lakini kinachotisha ni ukweli kwamba katika mchakato wa "utambuzi" kila kitu ambacho kinaweza kuwa na hati miliki ni hati miliki. Sio hata ngozi ya dubu aliyekufa, lakini kwa ujumla kila kitu kilichokuwa kwenye shimo kiligawanywa! Kwa njia, leo mjadala umepungua, na genome ya binadamu ina jeni 21,667 tu (toleo la NCBI la 35, la Oktoba 2005). Ikumbukwe kwamba kwa sasa habari nyingi bado zinapatikana kwa umma. Sasa kuna hifadhidata ambazo hujilimbikiza habari juu ya muundo wa genome sio tu ya wanadamu, bali pia ya genome za viumbe vingine vingi (kwa mfano, EnsEMBL). Hata hivyo, majaribio ya kupata haki za kipekee za kutumia jeni au mfuatano wowote kwa madhumuni ya kibiashara yamekuwa, sasa na yataendelea kufanywa.
Leo, malengo makuu ya sehemu ya kimuundo ya programu tayari yametimizwa kwa kiasi kikubwa - genome ya mwanadamu imesomwa karibu kabisa. Toleo la kwanza, "rasimu" ya mlolongo, iliyochapishwa mapema 2001, ilikuwa mbali na kamilifu. Ilikuwa inakosa takriban 30% ya mlolongo wa genome kwa ujumla, ambayo karibu 10% ilikuwa mlolongo wa kinachojulikana euchromatin- maeneo yenye jeni na yaliyoonyeshwa kikamilifu ya chromosomes. Kulingana na makadirio ya hivi karibuni, euchromatin hufanya takriban 93.5% ya genome nzima. 6.5% iliyobaki inatoka heterochromatin- mikoa hii ya chromosomes ni duni katika jeni na ina idadi kubwa ya kurudia, ambayo husababisha matatizo makubwa kwa wanasayansi wanaojaribu kusoma mlolongo wao. Zaidi ya hayo, DNA katika heterochromatin inadhaniwa kuwa haina kazi na haijaonyeshwa. (Hii inaweza kuelezea "kutokuwa makini" kwa wanasayansi kwa asilimia "ndogo" iliyobaki ya genome ya binadamu.) Lakini hata matoleo ya "rasimu" ya mlolongo wa euchromatic yaliyopatikana mwaka wa 2001 yalikuwa na idadi kubwa ya mapumziko, makosa, na kushikamana na kuelekezwa vibaya. vipande. Bila kupotosha kwa njia yoyote umuhimu wa "rasimu" hii kwa sayansi na matumizi yake, ni muhimu kuzingatia, hata hivyo, kwamba matumizi ya habari hii ya awali katika majaribio makubwa ya kuchambua genome kwa ujumla (kwa mfano, wakati wa kusoma). mageuzi ya jeni au shirika la jumla genome) ilifichua makosa mengi na usanii. Kwa hivyo, kazi ngumu zaidi na isiyo na uchungu, "hatua za mwisho", ilikuwa muhimu kabisa.
Kielelezo cha 2. Kushoto: Laini otomatiki ya kuandaa sampuli za DNA kwa mpangilio katika Kituo cha Utafiti wa Genomic cha Taasisi ya Whitehead. Upande wa kulia: Maabara katika , iliyojazwa na mashine za usimbaji wa matokeo ya juu ya mfuatano wa DNA.
Kukamilisha usimbuaji kulichukua miaka kadhaa zaidi na karibu mara mbili ya gharama ya mradi mzima. Walakini, tayari mnamo 2004 ilitangazwa kuwa euchromatin ilisomwa kwa 99% kwa usahihi wa jumla wa kosa moja kwa jozi 100,000 za msingi. Idadi ya mapumziko imepungua kwa mara 400. Usahihi na ukamilifu wa kusoma umekuwa wa kutosha kwa utafutaji wa ufanisi wa jeni zinazohusika na hili au hilo ugonjwa wa kurithi(mfano kisukari au saratani ya matiti). Kwa maneno ya kiutendaji, hii ina maana kwamba watafiti hawatakiwi tena kupitia mchakato unaohitaji nguvu kazi kubwa ya kuthibitisha mfuatano wa jeni wanazofanya nazo kazi, kwa kuwa wanaweza kutegemea kabisa mlolongo maalum, unaopatikana kwa umma wa jenomu nzima.
Kwa hivyo, mpango wa awali wa mradi ulizidi kwa kiasi kikubwa. Je, hii imetusaidia kuelewa jinsi jenomu yetu imeundwa na kufanya kazi? Bila shaka. Waandishi wa makala katika Asili, ambapo toleo la "mwisho" (hadi 2004) la genome lilichapishwa, lilifanya uchambuzi kadhaa kwa kutumia hilo, ambalo lingekuwa lisilo na maana kabisa ikiwa walikuwa na mlolongo wa "rasimu" tu mkononi. Ilibainika kuwa zaidi ya jeni elfu "zilizaliwa" hivi majuzi (kwa viwango vya mageuzi, kwa kweli) - katika mchakato wa kuzidisha jeni asilia na ukuaji wa kujitegemea wa jeni la binti na jeni la mzazi. Na chini ya jeni arobaini hivi karibuni "zimekufa", baada ya kukusanya mabadiliko ambayo yaliwafanya kutofanya kazi kabisa. Makala nyingine iliyochapishwa katika toleo hilohilo la gazeti hilo Asili, moja kwa moja inaonyesha mapungufu ya njia inayotumiwa na wanasayansi kutoka Celera. Matokeo ya mapungufu haya yalikuwa ni kuachwa kwa marudio mengi katika mlolongo wa DNA uliosomwa na, kwa sababu hiyo, urefu usiokadiriwa na utata wa genome nzima. Ili kuepuka kurudia makosa kama hayo katika siku zijazo, waandishi wa makala walipendekeza kutumia mkakati wa mseto - mchanganyiko wa mbinu yenye ufanisi inayotumiwa na wanasayansi kutoka. Celera, na mbinu ya polepole na inayohitaji nguvu kazi nyingi, lakini pia njia inayotegemewa zaidi inayotumiwa na watafiti wa IHGSC.
Je, utafiti ambao haujawahi kushuhudiwa wa Jenomu la Binadamu utaenda wapi baadaye? Kitu kinaweza kusemwa kuhusu hili sasa. Ilianzishwa mnamo Septemba 2003, muungano wa kimataifa wa ENCODE ( ENCyclopaedia Ya Vipengele vya DNA) iliweka kama lengo lake ugunduzi na utafiti wa "vipengele vya kudhibiti" (mifuatano) katika jenomu la binadamu. Hakika, jozi bilioni 3 za msingi (yaani, urefu wa genome ya binadamu) zina jeni elfu 22 tu, zilizotawanyika katika bahari hii ya DNA kwa namna isiyoeleweka kwetu. Ni nini hudhibiti usemi wao? Kwa nini tunahitaji ziada hiyo ya DNA? Je, ni kweli, au bado inajidhihirisha yenyewe, ikiwa na baadhi ya kazi zisizojulikana?
Kwa kuanzia, kama mradi wa majaribio, wanasayansi wa ENCODE waliangalia "kwa karibu" mlolongo unaowakilisha 1% ya jenomu ya binadamu (jozi za msingi milioni 30), kwa kutumia vifaa vya hivi punde zaidi vya utafiti wa baiolojia ya molekuli. Matokeo hayo yalichapishwa mwezi Aprili mwaka huu Asili. Ilibadilika kuwa genome nyingi za binadamu (pamoja na maeneo ambayo hapo awali yalizingatiwa "kimya") hutumika kama kiolezo cha utengenezaji wa RNA kadhaa, ambazo nyingi sio za habari kwa sababu hazisimba protini. Nyingi za RNA hizi "zisizoweka misimbo" hupishana na jeni "za kawaida" (sehemu za DNA zinazoweka protini). Matokeo mengine ambayo hayakutarajiwa yalikuwa jinsi maeneo ya udhibiti wa DNA yalipatikana kulingana na jeni ambazo usemi wao walidhibiti. Mfuatano wa mengi ya maeneo haya ulibadilika kidogo wakati wa mageuzi, ilhali maeneo mengine yalifikiriwa kuwa muhimu kwa udhibiti wa seli kubadilishwa na kubadilishwa kwa viwango vya juu visivyotarajiwa wakati wa mageuzi. Matokeo haya yote yameibua idadi kubwa ya maswali mapya, majibu ambayo yanaweza kupatikana tu katika utafiti zaidi.
Kazi nyingine, ambayo suluhisho lake litakuwa suala la siku za usoni, ni kuamua mlolongo wa asilimia "ndogo" iliyobaki ya genome inayounda heterochromatin, i.e., sehemu duni za jeni na kurudia-tajiri ya DNA muhimu kwa mara mbili ya chromosomes wakati wa mgawanyiko wa seli. Uwepo wa marudio hufanya kazi ya kuchambua mifuatano hii kutomunyishika mbinu zilizopo, na kwa hiyo inahitaji uvumbuzi wa mbinu mpya. Kwa hivyo, usishangae wakati nakala nyingine inachapishwa mnamo 2010, ikitangaza "kumaliza" kwa kufafanua genome la mwanadamu - itazungumza juu ya jinsi heterochromatin "ilidukuliwa."
Bila shaka, sasa tuna tu toleo fulani la "wastani" la genome ya binadamu. Kwa kusema kwa mfano, leo tunayo maelezo ya jumla tu ya muundo wa gari: injini, chasisi, magurudumu, usukani, viti, rangi, upholstery, petroli na mafuta, nk Uchunguzi wa karibu wa matokeo yaliyopatikana unaonyesha kwamba kuna miaka ya kazi mbele ili kufafanua ujuzi wetu kwa kila genome maalum. Mpango wa Jenomu ya Binadamu haujakoma kuwepo; inabadilisha tu mwelekeo wake: kutoka kwa muundo wa jenomiki kuna mpito hadi genomics amilifu, iliyoundwa kubainisha jinsi jeni zinavyodhibitiwa na kufanya kazi. Zaidi ya hayo, watu wote hutofautiana katika kiwango cha jeni kwa njia ile ile ambayo mifano ya gari sawa hutofautiana chaguzi mbalimbali utekelezaji wa vitengo sawa. Sio tu besi za kibinafsi katika mfuatano wa jeni wa mbili watu tofauti inaweza kutofautiana, lakini idadi ya nakala za vipande vikubwa vya DNA, wakati mwingine ikiwa ni pamoja na jeni kadhaa, inaweza kutofautiana sana. Hii ina maana kwamba kazi ya kulinganisha kwa kina ya genomes ya, sema, wawakilishi wa idadi tofauti ya watu, makabila, na hata watu wenye afya na wagonjwa wanakuja mbele. Teknolojia za kisasa hufanya iwezekanavyo kufanya uchambuzi wa kulinganisha haraka na kwa usahihi, lakini miaka kumi iliyopita hakuna mtu aliyeota hii. Jumuiya nyingine ya kimataifa ya kisayansi inasoma tofauti za kimuundo katika jenomu la binadamu. Huko USA na Uropa, pesa kubwa zimetengwa kufadhili bioinformatics - sayansi changa ambayo iliibuka kwenye makutano ya sayansi ya kompyuta, hesabu na biolojia, bila ambayo haiwezekani kuelewa bahari isiyo na mipaka ya habari iliyokusanywa. biolojia ya kisasa. Njia za kibiolojia zitatusaidia kujibu nyingi maswali ya kuvutia zaidi- "Mageuzi ya mwanadamu yalitokeaje?", "ni jeni gani huamua sifa fulani za mwili wa mwanadamu?", "ni jeni gani zinazohusika na utabiri wa magonjwa?" Unajua Waingereza wanasema: " Huu ndio mwisho wa mwanzo” - “Huu ndio mwisho wa mwanzo.” Neno hili linaakisi haswa hali ya sasa. Jambo muhimu zaidi huanza na - nina hakika kabisa - ya kuvutia zaidi: mkusanyiko wa matokeo, kulinganisha kwao na uchambuzi zaidi.
« ...Leo tunatoa toleo la kwanza la "Kitabu cha Uzima" pamoja na maagizo yetu, - Francis Collins alisema kwenye kituo cha Televisheni cha Rossiya. - Tutaigeukia kwa makumi, mamia ya miaka. Na hivi karibuni watu watashangaa jinsi wangeweza kusimamia bila habari hii.».
Mtazamo mwingine unaweza kuonyeshwa kwa kumnukuu Msomi V. A. Kordyum:
“...Matumaini kwamba taarifa mpya kuhusu utendakazi wa jenomu itakuwa wazi kabisa ni ishara tu. Inaweza kutabiriwa kuwa vituo vikubwa vitatokea (kwa msingi wa zile zilizopo) ambazo zitaweza kuunganisha data zote kuwa moja madhubuti, aina ya toleo la elektroniki la Mwanadamu na kutekeleza kwa vitendo - ndani ya jeni, protini, seli, tishu, viungo na kitu kingine chochote. Lakini nini? Inapendeza kwa nani? Kwa ajili ya nini? Katika mchakato wa kazi kwenye mpango wa "genome ya binadamu", mbinu na vifaa vya kuamua mlolongo wa msingi wa DNA uliboreshwa haraka. KATIKA vituo vikubwa zaidi iligeuka kuwa aina ya shughuli za kiwanda. Lakini hata katika ngazi ya vifaa vya maabara ya mtu binafsi (au tuseme, complexes zao), vifaa vya juu vile tayari vimeundwa kwamba ni uwezo wa kuamua katika miezi mitatu mlolongo wa DNA ambayo ni sawa na kiasi kwa genome nzima ya binadamu. Haishangazi kwamba wazo la kutambua jenomu liliibuka (na mara moja likaanza kutekelezwa haraka) watu binafsi. Bila shaka, ni ya kuvutia sana kulinganisha tofauti za watu tofauti katika ngazi ya kanuni zao za msingi. Faida za kulinganisha vile pia hazina shaka. Itawezekana kuamua ni nani aliye na upungufu gani katika genome, kutabiri matokeo yao na kuondoa kile kinachoweza kusababisha ugonjwa. Afya itahakikishwa, na maisha yatapanuliwa kwa kiasi kikubwa. Hii ni kwa upande mmoja. Kwa upande mwingine, kila kitu sio wazi kabisa. Kupata na kuchambua urithi mzima wa mtu binafsi kunamaanisha kupata ripoti kamili na ya kina ya kibaolojia juu yake. Ikitamaniwa na yule anayemjua, itamruhusu kufanya chochote anachotaka na mtu kwa ukamilifu. Kulingana na mlolongo unaojulikana tayari: kiini ni mashine ya molekuli; mtu ameundwa na seli; kiini katika udhihirisho wake wote na katika safu nzima ya majibu iwezekanavyo ni kumbukumbu katika genome; Jenomu tayari inaweza kubadilishwa kwa kiwango kidogo leo, na katika siku zijazo inayoonekana inaweza kubadilishwa kwa njia yoyote ...»
Walakini, labda ni mapema sana kuogopa utabiri kama huo wa kusikitisha (ingawa hakika unahitaji kujua juu yao). Ili kuzitekeleza, ni muhimu kujenga upya mila nyingi za kijamii na kitamaduni. Daktari alisema vizuri sana kuhusu hili katika mahojiano sayansi ya kibiolojia Mikhail Gelfand, na. O. Naibu Mkurugenzi wa Taasisi ya Shida za Usambazaji Habari wa Chuo cha Sayansi cha Urusi: " ... ikiwa unayo, sema, moja ya jeni tano ambazo huamua maendeleo ya skizofrenia, basi nini kinaweza kutokea ikiwa habari hii - genome yako - itaanguka mikononi mwako. mwajiri mtarajiwa ambaye haelewi chochote kuhusu genomics!(na kwa sababu hiyo, hawawezi kukuajiri, kwa kuzingatia kuwa ni hatari; na hii licha ya ukweli kwamba huna na hautakuwa na schizophrenia - maelezo ya mwandishi.) Kipengele kingine: pamoja na ujio wa dawa za kibinafsi kulingana na genomics, dawa ya bima itabadilika kabisa. Baada ya yote, ni jambo moja kutoa kwa hatari zisizojulikana, na jambo lingine kutoa kwa fulani kabisa. Kusema kweli, jamii nzima ya Magharibi kwa ujumla, sio Kirusi pekee, haiko tayari kwa mapinduzi ya genomic sasa...” .
Kwa kweli, kutumia kwa busara habari mpya, unahitaji kuielewa. Na ili kuelewa genome si rahisi kusoma, hii ni mbali na kutosha - itatuchukua miongo kadhaa. Picha ngumu sana inajitokeza, na ili kuielewa, tutahitaji kubadilisha fikra nyingi. Kwa hiyo, kwa kweli, kufafanua genome bado inaendelea na itaendelea. Na ikiwa tutasimama kando au hatimaye kuwa washiriki wenye bidii katika shindano hili la mbio inategemea sisi.
Fasihi
- Kiselev L. (2001). Biolojia Mpya ilianza Februari 2001. "Sayansi na maisha";
- Kiselev L. (2002). Maisha ya pili ya genome: kutoka muundo hadi kazi. "Maarifa ni nguvu". 7 ;
- Ewan Birney, Muungano wa Mradi wa ENCODE, John A. Stamatoyannopoulos, Anindya Dutta, Roderic Guigó, et. al.. (2007). Utambulisho na uchanganuzi wa vipengele vya utendaji katika 1% ya jenomu ya binadamu kwa mradi wa majaribio wa ENCODE. Asili. 447 , 799-816;
- Lincoln D. Stein. (2004). Jenomu ya mwanadamu: Mwisho wa mwanzo. Asili. 431 , 915-916;
- Gelfand M. (2007). Enzi ya Postgenomic. "Biolojia ya Biashara".
Maudhui ya makala
JENINI YA BINADAMU, mpango wa kimataifa ambao lengo lake kuu ni kuamua mfuatano wa nyukleotidi (mfuatano) wa DNA nzima ya jenomu ya binadamu, pamoja na utambuzi wa jeni na ujanibishaji wao katika jenomu (kuchora ramani). Wazo la awali la mradi huo lilianzia mwaka wa 1984 miongoni mwa kundi la wanafizikia wanaofanya kazi katika Idara ya Nishati ya Marekani ambao walitaka kuendelea na tatizo tofauti baada ya kukamilisha miradi ya nyuklia.
Mnamo 1988, Kamati ya Pamoja, ambayo ni pamoja na Idara ya Nishati ya Merika na Taasisi za Kitaifa za Afya, ilianzisha mradi mpana ambao kazi zake - pamoja na mpangilio wa genome ya binadamu - zilijumuisha uchunguzi wa kina wa jenetiki ya bakteria, chachu, nematode, nzi wa matunda na panya (viumbe hivi vimetumika sana kama viumbe vya mfano) mifumo katika uchunguzi wa jenetiki ya binadamu). Aidha, uchambuzi wa kina wa maadili na matatizo ya kijamii inayotokana na kazi kwenye mradi huo. Kamati iliweza kushawishi Congress kutenga dola bilioni 3 kwa mradi huo (nucleotide moja ya DNA kwa dola moja), ambapo kiongozi wa mradi alichukua jukumu kubwa. Mshindi wa Tuzo ya Nobel J.Watson. Hivi karibuni nchi zingine zilijiunga na mradi huo (Uingereza, Ufaransa, Japan, nk). Huko Urusi, mnamo 1988, Msomi A.A. Baev alikuja na wazo la mpangilio wa genome ya mwanadamu, na mnamo 1989, ilipangwa katika nchi yetu. Baraza la Sayansi chini ya mpango wa Jenomu ya Binadamu.
Mnamo 1990, Shirika la Kimataifa la Jeni la Binadamu (HUGO) liliundwa, makamu wa rais ambaye alikuwa msomi A.D. Mirzabekov kwa miaka kadhaa. Tangu mwanzo wa kazi ya mradi wa genome, wanasayansi walikubaliana juu ya uwazi na upatikanaji wa habari zote zilizopokelewa kwa washiriki wake, bila kujali mchango wao na utaifa. Chromosome zote 23 za binadamu ziligawanywa kati ya nchi zilizoshiriki. Wanasayansi wa Kirusi walipaswa kujifunza muundo wa chromosomes ya 3 na 19. Hivi karibuni, ufadhili wa kazi hii katika nchi yetu ulikatwa, na Urusi haikuchukua sehemu yoyote ya kweli katika mpangilio. Mpango wa utafiti wa genomic katika nchi yetu umeundwa upya kabisa na kuzingatia eneo jipya - bioinformatics, ambayo inajaribu mbinu za hisabati kuelewa na kuelewa kila kitu ambacho tayari kimefafanuliwa.
Kazi hiyo ilitakiwa kukamilika kwa miaka 15, i.e. karibu 2005. Walakini, kasi ya mpangilio iliongezeka kila mwaka, na ikiwa katika miaka ya mapema ilifikia jozi milioni kadhaa za nyukleotidi kwa mwaka kote ulimwenguni, basi mwishoni mwa 1999 kampuni ya kibinafsi ya Amerika ya Celera, iliyoongozwa na J. Venter, iligundua. angalau jozi za nyukleotidi milioni 10 kwa siku. Hii ilifikiwa kutokana na ukweli kwamba mpangilio ulifanywa na mitambo 250 ya roboti; walifanya kazi saa nzima, walifanya kazi kiotomatiki na mara moja walihamisha taarifa zote moja kwa moja kwenye benki za data, ambako ziliratibiwa, kufafanuliwa na kupatikana kwa wanasayansi duniani kote. Aidha, Celera alitumia sana data iliyopatikana kama sehemu ya Mradi na washiriki wengine, pamoja na aina mbalimbali za data za awali. Mnamo Aprili 6, 2000, mkutano wa Kamati ya Bunge ya Sayansi ya Marekani ulifanyika, ambapo Venter alisema kwamba kampuni yake ilikuwa imekamilisha kufafanua mlolongo wa nyukleotidi za vipande vyote muhimu vya chembe cha urithi wa binadamu na kwamba. kazi ya awali kukusanya mlolongo wa nucleotide wa jeni zote (ilichukuliwa kuwa kuna elfu 80 kati yao na kwamba wana takriban nyukleotidi bilioni 3) itakamilika katika wiki 3-6, i.e. mapema sana kuliko ilivyopangwa.
Ripoti hiyo ilitolewa mbele ya mwakilishi wa HUGO, mtaalamu mkubwa zaidi wa mpangilio, Dk. R. Waterson. Jenomu iliyofafanuliwa na Celera ilikuwa ya mtu asiyejulikana, i.e. ilikuwa na kromosomu za X na Y, na HUGO alitumia nyenzo zilizopatikana kutoka kwa watu tofauti katika masomo yao. Mazungumzo yalifanyika kati ya Venter na HUGO ili kuchapisha matokeo kwa pamoja, lakini yaliishia patupu kutokana na kutoelewana kuhusu kile kinachofaa kuzingatiwa kukamilika kwa mpangilio wa jenomu. Kulingana na Celera, hii inaweza kusemwa tu ikiwa jeni zimepangwa kikamilifu na inajulikana jinsi sehemu zilizopunguzwa ziko kwenye molekuli ya DNA. Mahitaji haya yalifikiwa na matokeo ya Celera, wakati matokeo ya HUGO hayakuruhusu kuamua kwa urahisi msimamo wa jamaa wa sehemu zilizofumbuliwa. Matokeo yake, mwezi Februari 2001, katika masuala maalum ya mbili mamlaka zaidi majarida ya kisayansi, "Sayansi" na "Asili", matokeo ya masomo ya "Celera" na HUGO yalichapishwa tofauti na mlolongo kamili wa nucleotide wa genome ya binadamu uliwasilishwa, unaofunika karibu 90% ya urefu wake.
Umuhimu wa jumla wa kibaolojia wa utafiti uliofanywa ndani ya mfumo wa Mradi.
Utafiti juu ya jenomu ya binadamu umesababisha mfuatano wa jenomu za idadi kubwa ya viumbe vingine, vilivyo rahisi zaidi; Bila mradi wa genomic, data hii ingepatikana baadaye sana na kwa kiasi kidogo zaidi. Zinafafanuliwa kwa kasi inayoongezeka kila wakati. Mafanikio makubwa ya kwanza yalikuwa uchoraji kamili wa jenomu ya bakteria mnamo 1995. Mafua ya Haemophilus, baadaye genome za bakteria zaidi ya 20 zilichambuliwa kabisa, ikiwa ni pamoja na mawakala wa causative ya kifua kikuu, typhus, syphilis, nk Mnamo 1996, genome ya seli ya kwanza ya yukariyoti (seli iliyo na kiini kilichoundwa) ilipangwa - chachu, na mnamo 1998 genome ya kiumbe cha seli nyingi - mdudu wa pande zote Caenorhabolits elegans(nematodes). Jenomu la wadudu wa kwanza, nzi wa matunda Drosophila, na mmea wa kwanza, Arabidopsis, zimechambuliwa. Kwa wanadamu, muundo wa chromosomes mbili ndogo tayari umeanzishwa - 21 na 22. Haya yote yaliunda msingi wa kuunda mwelekeo mpya katika biolojia - genomics linganishi.
Ujuzi wa jenomu za bakteria, chachu na nematodi huwapa wanabiolojia wa mabadiliko fursa ya kipekee kulinganisha si kwa jeni za mtu binafsi au ensembles zao, lakini jenomu nzima. Idadi hii kubwa ya habari ndiyo kwanza inaanza kueleweka, na hakuna shaka kwamba dhana mpya zitaibuka katika mageuzi ya kibiolojia. Kwa hivyo, jeni nyingi za "kibinafsi" za nematode, tofauti na jeni za chachu, zina uwezekano mkubwa wa kuhusishwa na mwingiliano wa seli ambayo ni tabia mahsusi kwa viumbe vingi vya seli. Wanadamu wana jeni mara 4-5 tu kuliko nematodes; kwa hivyo, baadhi ya jeni zao lazima ziwe na "jamaa" kati ya jeni zinazojulikana za chachu na minyoo, ambayo hurahisisha utaftaji wa jeni mpya za binadamu. Kazi za jeni zisizojulikana za nematode ni rahisi zaidi kujifunza kuliko za jeni zinazofanana za binadamu: ni rahisi kufanya mabadiliko (mabadiliko) ndani yao au kuwazima, wakati huo huo kufuatilia mabadiliko katika mali ya viumbe. Baada ya kutambua jukumu la kibaolojia la bidhaa za jeni kwenye mdudu, inawezekana kusambaza data hizi kwa wanadamu. Njia nyingine ni kukandamiza shughuli za jeni kwa kutumia vizuizi maalum na kufuatilia mabadiliko katika tabia ya mwili.
Swali la uhusiano kati ya kanda za kuweka msimbo na zisizo za kuweka alama kwenye jenomu inaonekana kuvutia sana. Kama uchambuzi wa kompyuta unavyoonyesha, C.elegans takriban hisa sawa- 27 na 26%, mtawaliwa, wanakaliwa katika genome na exons (mikoa ya jeni ambayo habari juu ya muundo wa protini au RNA imerekodiwa) na introns (mikoa ya jeni ambayo haibei habari kama hiyo na imetolewa. wakati wa malezi ya RNA kukomaa). 47% iliyobaki ya genome imeundwa na kurudia, mikoa ya intergenic, nk, i.e. kwenye DNA yenye kazi zisizojulikana. Kwa kulinganisha data hizi na genome ya chachu na genome ya binadamu, tunaona kwamba uwiano wa mikoa ya coding kwa genome hupungua kwa kasi wakati wa mageuzi: katika chachu ni ya juu sana, kwa wanadamu ni ndogo sana. Kuna kitendawili: mageuzi ya yukariyoti kutoka chini hadi aina ya juu yanahusishwa na "dilution" ya genome - kwa urefu wa kitengo cha DNA kuna kila kitu. habari kidogo juu ya muundo wa protini na RNA na habari zaidi na zaidi "kuhusu chochote", kwa kweli haielewiki na haijasomwa na sisi. Miaka mingi iliyopita F. Crick, mmoja wa waandishi wa “ helix mbili” - mifano ya DNA, - iliita DNA hii "ubinafsi" au "junk". Inawezekana kwamba sehemu fulani ya DNA ya binadamu kweli ni ya aina hii, lakini sasa ni wazi kwamba sehemu kuu ya DNA "ubinafsi" huhifadhiwa wakati wa mageuzi na hata kuongezeka, i.e. kwa sababu fulani humpa mmiliki wake faida za mageuzi. Hakuna maelezo ya jambo hili kwa sasa, na bila uchambuzi wa kina Haiwezekani kuwapa mlolongo wa nucleotide wa DNA ya genomic.
Mwingine matokeo muhimu, ambayo ina umuhimu wa jumla wa kibayolojia (na wa vitendo) - kutofautiana kwa jenomu. Kwa ujumla, genome ya mwanadamu imehifadhiwa sana. Mabadiliko ndani yake yanaweza kuharibu, na kisha kusababisha kasoro moja au nyingine au kifo cha viumbe, au kugeuka kuwa neutral. Mwisho sio chini ya uteuzi kwa sababu hawana maonyesho ya phenotypic. Walakini, wanaweza kuenea kwa idadi ya watu, na ikiwa sehemu yao inazidi 1%, basi wanazungumza juu ya polymorphism (anuwai) ya genome. Kuna maeneo mengi katika genome ya binadamu ambayo hutofautiana na nucleotidi moja au mbili tu, lakini hupitishwa kutoka kizazi hadi kizazi. Kwa upande mmoja, jambo hili linamzuia mtafiti, kwani lazima atambue ikiwa kuna upolimishaji wa kweli au ni makosa tu ya mpangilio, na kwa upande mwingine, huunda fursa ya kipekee kwa kitambulisho cha Masi ya kiumbe cha mtu binafsi. . Kutoka kwa mtazamo wa kinadharia, utofauti wa jeni hutoa msingi wa jenetiki ya idadi ya watu, ambayo hapo awali ilikuwa msingi wa data ya kijeni na takwimu.
Maombi ya vitendo.
Wanasayansi na jamii huweka matumaini yao makubwa juu ya uwezekano wa kutumia matokeo ya mpangilio wa jenomu ya binadamu kutibu magonjwa ya kijeni. Hadi sasa, jeni nyingi zimetambuliwa ulimwenguni ambazo zinahusika na magonjwa mengi ya binadamu, ikiwa ni pamoja na magonjwa makubwa kama vile ugonjwa wa Alzheimer, cystic fibrosis, Duchenne muscular dystrophy, chorea ya Huntington, matiti ya urithi na saratani ya ovari. Miundo ya jeni hizi imechambuliwa kabisa, na yenyewe imeundwa. Nyuma mnamo 1999, muundo wa chromosome 22 ulianzishwa na kazi za nusu ya jeni zake ziliamua. Kasoro ndani yao inahusishwa na 27 magonjwa mbalimbali, ikiwa ni pamoja na schizophrenia, leukemia ya myeloid na trisomy 22 - sababu ya pili ya kawaida ya utoaji mimba wa pekee. wengi zaidi njia ya ufanisi Matibabu kwa wagonjwa kama hao itakuwa kubadilisha jeni lenye kasoro na lenye afya. Ili kufanya hivyo, kwanza, ni muhimu kujua ujanibishaji halisi wa jeni kwenye genome, na pili, ili jeni iingie kwenye seli zote za mwili (au angalau nyingi), na hii ndio wakati. teknolojia za kisasa haiwezekani. Kwa kuongeza, hata jeni inayotaka inayoingia kwenye seli inatambuliwa mara moja kuwa ya kigeni, na inajaribu kuiondoa. Kwa hivyo, sehemu tu ya seli inaweza "kuponywa" na kwa muda tu. Kikwazo kingine kikubwa kwa matumizi ya tiba ya jeni ni asili ya multigenic ya magonjwa mengi, i.e. hali yao kwa zaidi ya jeni moja. Kwa hiyo, maombi ya wingi tiba ya jeni haiwezekani kutarajiwa katika siku za usoni, ingawa mifano ya mafanikio aina hii tayari ipo: iliwezekana kufikia msamaha mkubwa katika hali ya mtoto anayesumbuliwa na upungufu mkubwa wa kinga ya kuzaliwa kwa kuanzisha nakala za kawaida za jeni iliyoharibiwa ndani yake. Utafiti katika eneo hili unafanywa ulimwenguni kote, na labda mafanikio yatapatikana mapema kuliko ilivyotarajiwa, kama ilivyotokea kwa mpangilio wa genome ya binadamu.
Utumizi mwingine muhimu wa matokeo ya mfuatano ni utambuzi wa jeni mpya na utambulisho wa wale kati yao ambao husababisha utabiri wa magonjwa fulani. Kwa hivyo, kuna uthibitisho wa mwelekeo wa kijeni kwa ulevi na uraibu wa dawa za kulevya; jeni saba tayari zimegunduliwa, kasoro ambazo husababisha matumizi mabaya ya dawa za kulevya. Hii itaruhusu utambuzi wa mapema (na hata kabla ya kuzaliwa) wa magonjwa ambayo utabiri tayari umeanzishwa.
Jambo lingine bila shaka litapata matumizi makubwa: iligunduliwa kuwa aleli tofauti za jeni moja zinaweza kusababisha athari tofauti za watu kwa dawa. Makampuni ya dawa yanapanga kutumia data hii kuzalisha madawa yaliyokusudiwa makundi mbalimbali wagonjwa. Hii itasaidia kuepuka madhara matibabu, kupunguza mamilioni ya gharama. Tawi jipya kabisa linajitokeza - pharmacogenetics, ambayo inasoma jinsi vipengele fulani vya muundo wa DNA vinaweza kuathiri ufanisi wa matibabu. Mbinu mpya kabisa za kuunda dawa, kwa kuzingatia ugunduzi wa jeni mpya na utafiti wa bidhaa zao za protini. Hii itaturuhusu kuhama kutoka kwa njia isiyofaa ya "jaribio na kosa" hadi kwa usanisi unaolengwa wa vitu vya dawa.
Kipengele muhimu cha vitendo cha kutofautiana kwa jenomu ni uwezekano wa kitambulisho cha mtu binafsi. Uelewa wa njia za "uchapishaji wa vidole vya genomic" ni kwamba tone moja la damu au mate, nywele moja ni ya kutosha kuanzisha mahusiano ya familia kati ya watu wenye uhakika kabisa (99.9%). Baada ya mlolongo wa genome ya binadamu, njia hii, ambayo sasa haitumii alama maalum tu katika DNA, lakini pia polymorphism ya nucleotide moja, itakuwa ya kuaminika zaidi. Tofauti ya genome ilisababisha mwelekeo wa genomics - ethnogenomics. Makundi ya kikabila, wanaokaa Duniani, wana sifa za kijeni za kikundi fulani cha kabila fulani. Maelezo yanayopatikana katika baadhi ya matukio yanaweza kuthibitisha au kukanusha dhana fulani zinazozunguka katika taaluma kama vile ethnografia, historia, akiolojia na isimu. Mwingine mwelekeo wa kuvutia- paleogenomics, ambayo inahusika na utafiti wa DNA ya kale iliyotolewa kutoka kwa mabaki yaliyopatikana katika misingi ya mazishi na vilima vya mazishi.
Matatizo na wasiwasi.
Ufadhili wa "mbio ya jeni" na ushiriki wa maelfu ya wataalam ndani yake uliegemezwa kimsingi juu ya wazo kwamba kufafanua mlolongo wa nyukleotidi ya DNA kunaweza kutatua shida za kimsingi za jeni. Hata hivyo, ilibadilika kuwa 30% tu ya genome ya binadamu husimba protini na inahusika katika udhibiti wa hatua ya jeni wakati wa maendeleo. Je, ni kazi gani za sehemu zilizobaki za DNA na kama zipo bado haijulikani kabisa. Takriban 10% ya jenomu ya binadamu ina kinachojulikana Alu-vipengele 300 bp kwa muda mrefu. Walionekana kutoka popote wakati wa mageuzi kati ya nyani, na kati yao tu. Mara tu zilipowafikia wanadamu, ziliongezeka hadi nakala nusu milioni na kusambazwa pamoja na kromosomu kwa njia ya ajabu zaidi, ama zikifanyiza makundi au chembe za urithi zinazokatiza.
Tatizo jingine linahusu maeneo ya usimbaji ya DNA yenyewe. Katika uchanganuzi wa kompyuta wa molekuli, mwinuko wa sehemu hizi hadi kiwango cha jeni unahitaji utii wa vigezo rasmi: ikiwa zina alama za uakifishaji zinazohitajika kusoma habari, au la, i.e. ikiwa bidhaa maalum ya jeni imeundwa juu yao na ni nini. Wakati huo huo, jukumu, wakati na mahali pa vitendo vya jeni nyingi zinazowezekana bado hazieleweki. Kulingana na Venter, inaweza kuchukua angalau miaka mia moja kuamua kazi za jeni zote.
Ifuatayo, inahitajika kukubaliana juu ya nini cha kuweka katika dhana ya "genome". Mara nyingi, genome inaeleweka tu kama nyenzo za maumbile kama vile, lakini kutoka kwa mtazamo wa genetics na cytology, inajumuisha sio tu muundo wa vipengele vya DNA, lakini pia asili ya uhusiano kati yao, ambayo huamua jinsi jeni zitafanya kazi na. wataendaje maendeleo ya mtu binafsi chini ya hali fulani za mazingira. Na hatimaye, hatuwezi kushindwa kutaja jambo la kinachojulikana kama "urithi usio wa kisheria," ambao ulivutia tahadhari kuhusiana na janga la "ugonjwa wa ng'ombe wazimu". Ugonjwa huo ulianza kuenea nchini Uingereza katika miaka ya 1980 baada ya ng'ombe kulishwa vichwa vya kondoo vilivyosindikwa, ambavyo vilijumuisha kondoo wanaosumbuliwa na scrapie, ugonjwa wa neurodegenerative. Ugonjwa kama huo ulianza kupitishwa kwa watu waliokula nyama ya ng'ombe wagonjwa. Iligunduliwa kuwa wakala wa kuambukiza sio DNA au RNA, lakini prions (kutoka kwa prions za Kiingereza, chembe za kuambukiza za protini, chembe za kuambukiza za protini). Kupenya ndani ya seli ya jeshi, hubadilisha muundo wa protini za kawaida za analog. Jambo la prion pia limegunduliwa katika chachu.
Kwa hivyo, jaribio la kuwasilisha utatuzi wa jenomu kama kazi ya kisayansi na kiufundi hauwezi kutekelezwa. Wakati huo huo, maoni haya yanakuzwa sana hata na wanasayansi wenye mamlaka sana. Ndiyo, katika kitabu Misimbo ya kanuni (Kanuni ya Kanuni, 1993) W. Gilbert, ambaye aligundua mojawapo ya mbinu za kupanga mpangilio wa DNA, asema kwamba kuamua mfuatano wa nyukleotidi wa DNA zote za binadamu kutaongoza kwenye mabadiliko katika mawazo yetu kuhusu sisi wenyewe. "Jozi za msingi za bilioni tatu zinaweza kuhifadhiwa kwenye CD moja. Na mtu yeyote anaweza kutoa diski yake kutoka mfukoni mwake na kusema: "Hii hapa - niko!" Wakati huo huo, ni muhimu kujua si tu utaratibu wa viungo katika mlolongo wa DNA na si tu mpangilio wa pande zote jeni na kazi zao. Ni muhimu kujua asili ya uhusiano kati yao, ambayo huamua jinsi jeni itafanya kazi chini ya hali maalum - ndani na nje. Baada ya yote, magonjwa mengi ya binadamu husababishwa si na kasoro katika jeni wenyewe, lakini kwa ukiukwaji wa vitendo vyao vya uratibu na mifumo yao ya udhibiti.
Kusimbua genome ya binadamu na viumbe vingine sio tu imesababisha maendeleo katika maeneo mengi ya biolojia, lakini pia imesababisha matatizo mengi. Mmoja wao ni wazo la "pasipoti ya maumbile", ambayo itaonyesha ikiwa mtu aliyepewa hubeba mabadiliko ambayo ni hatari kwa afya. Habari hii inatarajiwa kuwa ya siri, lakini hakuna mtu anayeweza kuhakikisha kuwa habari haitavuja. Kuna mfano wa "jaribio la kijeni" la Waamerika wa Kiafrika ili kubaini kama wana jeni ya himoglobini ambayo ina mabadiliko yanayohusiana na anemia ya seli mundu. Mabadiliko haya ni ya kawaida barani Afrika katika maeneo ya malaria, na ikiwa iko katika aleli moja, humpa mbebaji upinzani dhidi ya malaria, wakati wale walio na nakala mbili (homozigoti) hufa katika utoto wa mapema. Mnamo 1972, kama sehemu ya vita dhidi ya ugonjwa wa malaria, zaidi ya dola milioni 100 zilitumika kwa "cheti", na baada ya programu kukamilika, ikawa kwamba a) watu wenye afya njema, wabebaji wa mabadiliko, tata ya hatia inatokea, watu hawa huhisi sio kawaida kabisa, na wengine huanza kuwaona kama hivyo; b) aina mpya za ubaguzi zimeonekana - kukataa kuajiri. Hivi sasa, baadhi ya makampuni ya bima hutoa fedha kwa ajili ya vipimo vya DNA kwa idadi ya magonjwa, na ikiwa wazazi wa baadaye, wabebaji wa jeni zisizohitajika, hawakubaliani na kumaliza mimba na wana mtoto mgonjwa, wanaweza kunyimwa msaada wa kijamii.
Hatari nyingine ni majaribio ya transgenosis, uundaji wa viumbe vilivyo na jeni zilizopandikizwa kutoka kwa spishi zingine, na kuenea kwa "chimera" kama hizo huko. mazingira. Hapa, kutoweza kutenduliwa kwa mchakato kunaleta hatari fulani. Ikiwa mmea wa nyuklia unaweza kufungwa, matumizi ya DDT na erosoli yanaweza kusimamishwa, kisha kuondolewa kutoka mfumo wa kibiolojia kiumbe kipya haiwezekani. Jeni za rununu zilizogunduliwa na McClintock katika mimea na plasmidi sawa za vijidudu hupitishwa kwa asili kutoka kwa spishi hadi spishi. Jeni ambayo ni hatari au yenye manufaa (kutoka kwa mtazamo wa kibinadamu) kwa aina moja inaweza, baada ya muda, kupita kwa aina nyingine na kubadilisha hali ya hatua yake kwa njia zisizotabirika. Huko Amerika, kampuni yenye nguvu ya kibayoteknolojia ya Monsanto imeunda aina ya viazi ambayo seli zake ni pamoja na jeni ya bakteria inayosimba sumu ambayo huua mabuu ya mende wa viazi wa Colorado. Inadaiwa kuwa protini hii haina madhara kwa wanadamu na wanyama, lakini nchi za Ulaya hazijatoa ruhusa ya kukuza aina hii katika nchi zao. Viazi hujaribiwa nchini Urusi. Majaribio ya mimea ya transgenic yanahitaji kutengwa kabisa kwa viwanja na mimea ya majaribio, lakini katika mashamba yaliyohifadhiwa na mimea ya transgenic katika Taasisi ya Phytopathology huko Golitsyn, karibu na Moscow, wafanyakazi wa matengenezo walichimba viazi na mara moja wakala. Katika kusini mwa Ufaransa, jeni la kustahimili wadudu limeruka kutoka kwa mazao hadi kwa magugu. Mfano mwingine wa transgenosis hatari ni kutolewa kwa lax kwenye maziwa ya Scotland, ambayo hupata uzito mara 10 zaidi kuliko lax ya kawaida. Kuna hatari kwamba samoni hawa wataishia baharini na kuvuruga uwiano uliopo wa idadi ya samaki aina nyingine.
Jenomu ya binadamu ina takriban jeni 38,000, ambazo zinawakilisha vitengo vya mtu binafsi vya urithi.
Mistari ya seli ya seli (ngono, uzazi, seli za kijidudu) ina nakala moja ya nyenzo za kijeni na huitwa haploid, seli za somatic (seli za mstari zisizo za vijidudu) zina nakala mbili kamili na huitwa diploid. Jeni hujumuishwa katika sehemu ndefu za asidi ya deoxyribonucleic (DNA), ambayo, wakati wa mgawanyiko wa seli, pamoja na protini, huunda miundo ngumu - kromosomu. Kila seli ya somatic ina chromosomes 46 (jozi 22 za autosomes, au chromosomes zisizo za ngono, na jozi 1 ya chromosomes ya ngono - XY kwa wanaume na XX kwa wanawake). Seli za ngono (mayai, manii) zina autosomes 22, kromosomu 1 ya ngono, yaani chromosomes 23 kwa jumla. Muunganisho wa seli za vijidudu husababisha kuundwa kwa seti kamili ya diploidi ya kromosomu 46, ambayo inatambulika tena katika seli za kiinitete.
Molekuli ya genome ya binadamu ina vitalu vitatu vya kimuundo: sukari ya pentose (deoxyribose), kikundi cha phosphate na aina nne za besi za nitrojeni - purine (adenine na guanini) au pyrimidine (thymine na cytosine). Aina hizi nne za besi huunda alfabeti ya kanuni za maumbile. Sehemu kuu ya DNA ni nucleotide, inayojumuisha molekuli ya deoxyribose, kikundi kimoja cha phosphate na msingi mmoja. Wanachanganya katika mlolongo fulani - adenine na thymine, cytosine na guanini. Mifuatano mirefu tofauti ya msimbo wa besi za nyukleotidi kwa protini tofauti. Pembe tatu za kibinafsi zinalingana na uhamishaji wa RNA, ambayo kila moja inalingana na asidi maalum ya amino. Kila jenomu la binadamu lina takriban jozi bilioni 3 za nukleotidi, ambazo kwa pamoja husimba seti nzima ya protini katika mwili wa binadamu.
Sehemu ndogo tu ya DNA ya seli (10% ya jumla ya maudhui ya DNA) inafanya kazi kikamilifu wakati wa kipindi cha kimetaboliki cha mzunguko wa seli. Baadhi ya nyenzo za kijeni zisizotumika zinaweza kuwa nazo muhimu kudhibiti usemi wa jeni au kudumisha muundo na utendakazi wa kromosomu.
Sehemu kubwa ya jenomu ya binadamu iko kwenye viini vya seli. Mitochondria ( organelles za seli, kuzalisha nishati) huwa na jenomu zao za kipekee. Kromosomu ya mitochondrial ina molekuli ya DNA ya mviringo yenye nyuzi mbili, ikiwa ni pamoja na jozi 16,000 za msingi za DNA, mlolongo ambao umefafanuliwa kabisa. Protini zinazounda mitochondria zinaweza kuunganishwa kwenye mitochondria yenyewe kulingana na habari iliyo katika jenomu ya mitochondrial, au kuunganishwa kwa msingi wa habari za kijeni zilizomo katika jenomu ya nyuklia ya binadamu na kusafirishwa hadi kwa organelles. Mitochondria yote hupitishwa kutoka kwa mama (kwa kuwa manii haipitishi mitochondria kwenye yai lililorutubishwa); mitochondria iliyo na jenomu tofauti ndani ya seli moja inawakilisha nasaba tofauti za seli mama ambazo zilitoka.
Muundo na kazi ya genome ya binadamu
Kusudi kuu la genome ya binadamu ni uzalishaji wa protini za miundo na enzymes. Utaratibu huu unajumuisha mfululizo wa hatua zinazoitwa unukuzi, usindikaji na tafsiri. Ili kuhamisha habari, molekuli ya asili ya DNA "hufumuliwa" na kuunda DNA yenye nyuzi moja, huku uzi mmoja au mwingine (au zote mbili) zikifanya kazi kama kiolezo cha kunakili. Ikiwa hii itatokea wakati wa uigaji wa seli, kila uzi wa DNA unakiliwa ili kuunda molekuli mbili za binti za DNA zenye nyuzi mbili; mchakato huu unaitwa replication. Iwapo mchakato huo hutokea wakati wa kipindi amilifu cha kimetaboliki cha mzunguko wa seli, safu moja tu ya DNA inakiliwa ili kuunda mjumbe aliye na nyuzi moja RNA (mRNA); mchakato huu unaitwa unukuzi. Msimbo wa kila jeni hunakiliwa kutoka kwa DNA hadi mRNA, ikijumuisha taarifa inayohitajika ili kuweka msimbo wa amino asidi (exons) na mfuatano wa nyukleotidi usio wa kusimba ulio kati ya exons (introns).
MRNA inayotokana inatofautiana na DNA kwa sababu ina ribose badala ya deoxyribose na uracil msingi wa pyrimidine badala ya thymine. Kabla ya kuondoka kwenye kiini, nakala ya msingi ya mRNA hupitia usindikaji, wakati ambapo maeneo ya intron yasiyo ya coding huondolewa kutoka kwa molekuli ya mRNA, na mikoa iliyobaki ya coding-exons huunganishwa kwenye mnyororo mmoja ili kuunda mRNA inayofanya kazi, ambayo kisha huhamia kwenye saitoplazimu. , ambapo tafsiri hutokea. Wakati wa kutafsiri, mRNA hudhibiti uzalishaji wa protini kwenye ribosomu kwa kuunda vifungo wasilianifu kati ya nyukleotidi tatu, zinazoitwa kodoni, na nyukleotidi tatu za ziada kwenye molekuli ya RNA ya uhamishaji, inayoitwa antikodoni. Ribosomu inaposogea kando ya RNA kutoka kodoni hadi kodoni, vimeng'enya huchanganya asidi ya amino iliyo karibu inayofungamana na molekuli za tRNA kuunda vifungo vya peptidi shirikishi. Muundo wa minyororo ya polipeptidi na hatimaye kuunda protini imedhamiriwa na mlolongo wa nyukleotidi wa mRNA.
"Leo, miaka kumi baada ya kukamilika kwa Mradi wa Jeni la Binadamu, tunaweza kusema: biolojia ni ngumu zaidi kuliko wanasayansi walivyofikiria hapo awali," Erica Check Hayden anaandika katika toleo la Machi 31 la Habari za Asili na toleo la Aprili 1 la Nature.1
Mradi wa Unukuzi jenomu ya binadamu ikawa moja ya mafanikio makubwa ya kisayansi ya mwisho wa karne ya ishirini. Wengine hulinganisha na Mradi wa Manhattan (mpango wa Marekani wa kutengeneza silaha za nyuklia) au mpango wa Apollo (unaoendeshwa na watu ndege za anga NASA). Hapo awali, mfuatano wa kusoma kutoka kwa wahusika wa DNA ulionekana kuwa kazi ya kuchosha na yenye uchungu. Leo, kufafanua genome ni jambo la asili. Lakini pamoja na kuibuka kwa data mpya juu ya genomes ya aina ya viumbe - kutoka chachu hadi Neanderthals, ikawa dhahiri: "Kadiri mfuatano na teknolojia zingine za hali ya juu hutupatia data mpya, ugumu wa biolojia unakua mbele ya macho yetu.", anaandika Hayden.
Ugunduzi fulani ulikuwa rahisi kwa kushangaza. Wanasayansi wa maumbile walitarajia kupata jeni elfu 100 katika genome ya binadamu, lakini ikawa karibu elfu 21. Lakini, kwa mshangao wao, pamoja nao, wanasayansi pia waligundua molekuli nyingine za msaidizi - mambo ya transcription, RNAs ndogo, protini za udhibiti ambazo kikamilifu na tenda kwa kuunganishwa kulingana na mpango, ambayo haiingii kichwani mwangu. Hayden alizilinganisha na seti ya Mandelbrot katika jiometri iliyovunjika, ikionyesha kiwango cha ndani zaidi cha utata katika mifumo ya kibaolojia.
"Mwanzoni, tulidhani kwamba njia za kuashiria ni rahisi na moja kwa moja, anasema Tony Pawson, mwanabiolojia katika Chuo Kikuu cha Toronto huko Ontario. -Sasa tunaelewa kwamba uhamisho wa habari katika seli hutokea kupitia mtandao mzima wa habari, na si kwa njia rahisi, tofauti. Mtandao huu ni mgumu zaidi kuliko tulivyofikiria."
Hayden anakiri kwamba dhana ya "DNA taka" imevunjwa na kuharibiwa.. Kuhusu wazo kwamba udhibiti wa jeni ni mchakato wa moja kwa moja na wa mstari, i.e. jeni hufunga protini za udhibiti zinazodhibiti unukuzi, alibainisha: "Miaka kumi tu katika enzi ya baada ya genomic katika biolojia imeondoa wazo hilo." "Ufahamu mpya wa Biolojia katika ulimwengu wa DNA isiyoweka misimbo, ambayo hapo awali iliitwa 'Junk DNA,' ni ya kuvutia na ya kutatanisha." Ikiwa DNA hii ni taka, kwa nini? mwili wa binadamu inanukuu kati ya 74% na 93% ya DNA hii? Wingi wa RNA ndogo zinazozalishwa na maeneo haya yasiyo ya kuweka misimbo na jinsi zinavyoingiliana zilikuja kuwa mshangao kamili kwetu.
Kuelewa haya yote huondoa ujinga wa awali wa Mradi wa Uamuzi. jenomu ya binadamu. Watafiti walikusudia "kufunua mafumbo ya kila kitu kutoka kwa mageuzi hadi asili ya magonjwa". Wanasayansi walitarajia kupata tiba ya saratani na kufuatilia njia ya mageuzi kupitia kanuni za urithi. Hivi ndivyo ilivyokuwa miaka ya 1990. Mwanabiolojia-hisabati kutoka Chuo Kikuu cha Pennsylvania (Philadelphia) Joshua Plotkin alisema: "Kuwepo kwa protini hizi za udhibiti wa ajabu kunaonyesha jinsi uelewa wetu wa michakato ya msingi ni wa kijinga sana, kwa mfano, jinsi seli huanza na kuacha kufanya kazi.". Mtaalamu wa vinasaba wa Chuo Kikuu cha Princeton (New Jersey) Leonid Kruglyak anasema: "Ni ujinga kufikiri kwamba ili kuelewa mchakato wowote (iwe ni baiolojia, utabiri wa hali ya hewa au kitu kingine chochote) unahitaji tu kuchukua kiasi kikubwa cha data, kuiendesha kupitia mpango wa uchambuzi wa data na kuelewa kinachotokea wakati wa mchakato.".
Walakini, wanasayansi wengine bado wanatafuta unyenyekevu katika mifumo ngumu. Kanuni za uchanganuzi wa juu-chini hujaribu kuunda miundo ambayo vidokezo vya msingi vinatumika.
Nidhamu mpya" Biolojia ya mifumo" imeundwa ili kuwasaidia wanasayansi kuelewa ugumu wa mifumo iliyopo. Wanabiolojia walitumaini kwamba kwa kuorodhesha mwingiliano wote katika mzunguko wa protini ya p53, seli, au kati ya kundi la seli, na kisha kuzitafsiri katika muundo wa computational, wangeweza. kuwa na uwezo wa kuelewa jinsi mifumo yote ya kibiolojia inavyofanya kazi.
Katika miaka ya msukosuko ya baada ya genomics, wanabiolojia wa mifumo wamezindua idadi kubwa ya miradi iliyojengwa juu ya mkakati huu: wamejaribu kuunda miundo ya kibaolojia ya mifumo kama vile seli ya chachu, E. koli, ini, na hata "binadamu halisi. .” Hivi sasa, jitihada hizi zote zimepiga kizuizi sawa: haiwezekani kukusanya taarifa zote muhimu kuhusu kila mwingiliano uliojumuishwa katika mfano.
Jinsi protini ya p53 inavyofanya kazi, ambayo Hayden anazungumzia, ni mfano wa ajabu utata usiyotarajiwa. Iligunduliwa mwaka wa 1979, p53 ilizingatiwa awali kama kikuza saratani badala ya kukandamiza saratani. "Protini zingine chache zimesomwa kwa undani zaidi kuliko p53.", alibainisha mwanasayansi huyo. "Walakini, historia ya protini ya p53 iligeuka kuwa ngumu zaidi kuliko vile tulivyofikiria hapo awali.". Alifichua maelezo kadhaa:
"Watafiti sasa wanajua kuwa p53 inafungamana na maelfu ya viwanja DNA, na baadhi ya sehemu hizi ni maelfu ya jozi msingi za jeni nyingine. Protini hii huathiri ukuaji wa seli, kifo na muundo, pamoja na ukarabati wa DNA. Pia hufungamana na aina mbalimbali za protini zinazoweza kubadilisha shughuli zake, na mwingiliano huu wa protini na protini unaweza kurekebishwa kwa kuongezwa kwa virekebishaji kemikali kama vile vikundi vya fosfeti na methyl. Kupitia mchakato unaojulikana kama kuunganisha mbadala, protini ya p53 inaweza kupata tisa fomu tofauti , ambayo kila moja ina shughuli zake na marekebisho ya kemikali. Wanabiolojia sasa wanaelewa kuwa protini ya p53 inahusika katika michakato isiyo ya saratani kama vile uzazi na maisha ya mapema. maendeleo ya kiinitete. Kwa njia, ni kutojua kusoma na kuandika kabisa kujaribu kuelewa protini ya p53 pekee. Kuhusiana na hili, wanabiolojia wamebadilika na kuchunguza mwingiliano wa protini ya p53, kama inavyoonyeshwa kwenye picha zilizo na masanduku, duara na mishale ambayo kwa njia ya mfano inaonyesha labyrinth yake changamano ya miunganisho.”
Nadharia ya mwingiliano - dhana mpya, ambayo ilichukua nafasi ya unidirectional mchoro wa mstari"gene - RNA - protini". Mpango huu hapo awali uliitwa "Dogma ya Kati" ya genetics. Sasa kila kitu kinaonekana hai na cha nguvu, na watangazaji, vizuizi na mwingiliano, minyororo. maoni, michakato ya usambazaji na "njia ngumu zisizoeleweka za upitishaji ishara." "Hadithi ya protini ya p53 bado ni mfano mwingine wa jinsi uelewa wa wanabiolojia unavyobadilika na ujio wa teknolojia za enzi ya genomic.", Hayden alibainisha. "Ilipanua uelewa wetu wa mwingiliano wa protini unaojulikana, na kuvuruga maoni ya zamani juu ya njia za upitishaji wa ishara ambapo protini kama p53 zilisababisha seti maalum ya mlolongo wa chini."
Wanabiolojia wamefanya kosa la kawaida kwa kufikiri kwamba habari zaidi italeta uelewaji zaidi. Wanasayansi wengine bado wanaendelea kufanya kazi kwa njia ya "chini-up", wakiamini kwamba msingi wa kila kitu ni unyenyekevu, ambao utafunuliwa mapema au baadaye. "Watu wamezoea kufanya mambo kuwa magumu", alisema mtafiti mmoja kutoka jiji la Berkeley. Wakati huo huo, mwanasayansi mwingine ambaye alipanga kufunua genome ya Kuvu ya chachu na uhusiano wake ifikapo 2007, alilazimika kuahirisha mipango yake kwa miongo kadhaa. Ni wazi kwamba uelewa wetu unabaki wa juu juu sana. Hayden alihitimisha: "mzuri na miundo ya ajabu utata wa kibaolojia (kama vile tunavyoona katika seti ya Mandelbrot) unaonyesha jinsi zilivyo mbali na kutatuliwa.".
Lakini katika kufichua utata kuna pia upande mkali. Mina Bissell, mtafiti wa saratani katika Maabara ya Kitaifa ya Lawrence Berkeley huko California, anakiri: "Utabiri kwamba Mradi kufafanua jenomu la binadamu itasaidia wanasayansi kutatua mafumbo yote, ilinifanya nikate tamaa.” Hayden anasema: "Watu mashuhuri walisema kwamba baada ya mradi huu kila kitu kitakuwa wazi kwao". Lakini kwa kweli, Mradi ulisaidia tu kuelewa hilo "Biolojia ni sayansi tata, na hiyo ndiyo inayoifanya kuwa nzuri.".
Viungo:
- Erica Check Hayden, "Genome ya Binadamu katika Miaka Kumi: Maisha Ni Ngumu Sana," Jarida Asili 464, 664-667 (Aprili 1, 2010) | doi:10.1038/464664a.
Nani alitabiri utata: Wana Darwin au watetezi wa Ubunifu wenye Akili? Tayari unajua jibu la swali hili. Wana Darwin wameonyesha mara kwa mara kwamba wamekosea juu ya suala hili. Kwa maoni yao, maisha yana asili rahisi (Bwawa kidogo la joto ambalo ndoto za Darwin huelea). Hapo awali, waliamini kuwa protoplasm ni jambo rahisi, na protini ni miundo rahisi, na genetics ilikuwa sayansi rahisi (kumbuka pangenes ya Darwin?). Waliamini kuwa uhamishaji wa taarifa za kijeni na uandishi wa DNA ni taratibu rahisi (Central Dogma), na kwamba hakuna chochote ngumu kuhusu asili ya kanuni za maumbile (ulimwengu wa RNA, au nadharia ya "kesi iliyohifadhiwa" ya Crick). Waliamini kwamba genomics linganishi ni tawi sahili la jeni linalotuwezesha kufuatilia mabadiliko ya maisha kupitia jeni. Maisha, kwa maoni yao, ni dampo la takataka la mabadiliko na uteuzi wa asili ( viungo vya nje, DNA taka). Ni rahisi, rahisi, rahisi. Simpletons...