Idara ya Biolojia ya Tiba na Jenetiki

Jenomu. Genomics.

Kazan, 2005

Masuala yaliyoshughulikiwa

1. Utangulizi wa genomics.

1.2. Sehemu za genomics

1.3. Hatua za maendeleo ya genomics.

2. Shirika la jenomu la binadamu. Jambo la polymorphism.

2.1. Jeni za kipekee.

2.2. Familia ya Gene.

2.3. Kanda za udhibiti.

2.4. Marudio.

2.5. Transposons .

2.5.1. Umuhimu wa kibaolojia wa vitu vinavyoweza kupitishwa.

3. Jambo la polymorphism.

1. Utangulizi wa genomics.

1.1. Ufafanuzi wa genome na genomics.

Kwanza kabisa, hebu tufafanue dhana ya "genome". Kuna ufafanuzi kadhaa wa genome. Katika kamusi ya ensaiklopidia "Genetics" N.A. Kartel et al. Kwanza, jenomu inaeleweka kama jumla ya seti ya haploidi ya kromosomu ya aina fulani ya kiumbe. Na, pili, hii ni nyenzo zote za maumbile ya virusi vya mtu binafsi, seli au kiumbe ambacho sio alloploid. Katika uwasilishaji wetu, tutaendelea kutokana na ukweli kwamba genome ya seli ni mkusanyiko mzima wa DNA ulio kwenye kiini na mitochondria (plastids) ya seli hii au viumbe. Ufafanuzi huu mara nyingi hutumiwa katika kazi zinazohusiana na utafiti wa jenomu.

Muundo na kazi ya genome inasomwa na sayansi maalum - genomics.

Maendeleo katika utafiti wa genome ya binadamu yameonekana zaidi kuhusiana na maendeleo na utekelezaji uliofuata wa Mradi wa kimataifa wa Jenomu ya Binadamu. Mradi huu wa kimataifa ulileta pamoja juhudi za mamia ya wanasayansi kutoka nchi mbalimbali na ulifanyika kutoka 1989 hadi 2005. Maelekezo kuu ya mradi ni ramani ya jeni (kuamua ujanibishaji wa jeni kwenye chromosomes) na mpangilio wa DNA au RNA (utaratibu wa nyukleotidi katika DNA au RNA). Mwanzilishi wa harakati hii tangu mwanzo alikuwa mshindi wa Tuzo ya Nobel mwanasayansi J. Watson. Huko Urusi, Msomi A.A. Baev alikua mtu wa shauku. Zaidi ya dola bilioni 6 zilitumika katika mradi huo. Gharama za nyenzo za Urusi zilikuwa za kawaida sana kwamba hazizingatiwi katika hesabu ya jumla ya gharama. Licha ya hayo, wanasayansi wa Kirusi walifanya utafiti juu ya kuchora chromosomes 3,4,13 na 19. Mradi huo ulifanya iwezekane kubainisha kabisa mlolongo wa nyukleotidi katika jenomu la binadamu. Kwa kweli, hii ilikuwa hatua ya kwanza - ya kimuundo. Hatua ya pili, inayoitwa kazi, itahusishwa na kusimbua kazi ya jeni. Matokeo yaliyopatikana katika uwanja wa utafiti wa genome yaliunda msingi wa kitabu cha kwanza cha vyuo vikuu, "Genomics," kilichochapishwa nchini Marekani mwaka wa 2000 na C. Cantor na K. Smith.

1.2. Sehemu za genomics

Genomics imegawanywa katika sehemu tano huru.

Genomics ya miundo inasoma mlolongo wa nucleotides katika genome, huamua mipaka na muundo wa jeni, mikoa ya intergenic, waendelezaji, waimarishaji, nk, i.e. kweli inashiriki katika maandalizi ramani za maumbile mwili. Inakadiriwa kuwa jenomu la binadamu lina 3,2 bilioni nucleotidi.

Genomics inayofanya kazi hubainisha kazi ya kila eneo la jeni na jenomu na mwingiliano wao katika mfumo wa seli. Moja ya kazi muhimu zaidi za genomics ni kuunda kinachojulikana "mtandao wa jeni"- kazi iliyounganishwa ya jeni. Kwa mfano, mtandao wa jeni wa mfumo wa hematopoietic ni pamoja na kazi ya angalau jeni 500. Haziunganishwa tu, bali pia zinahusishwa na jeni nyingine.

Genomics ya kulinganisha husoma kufanana na tofauti katika shirika la jenomu za viumbe tofauti.

Genomics ya mabadiliko inaelezea njia za mageuzi ya jenomu, asili ya upolimishaji wa kijeni na bioanuwai, na jukumu la uhamisho wa jeni mlalo. Inapotumika kwa wanadamu, na vile vile kwa kiumbe chochote, tunaweza kusema kwamba mageuzi ya mwanadamu ni mageuzi ya genome.

Genomics ya matibabu husuluhisha maswala yanayotumika ya dawa ya kliniki na ya kinga kulingana na ujuzi wa jenomu za binadamu na viumbe vya pathogenic.

Genomics ya binadamu ni msingi dawa ya Masi na mafanikio yake hutumiwa katika maendeleo ya mbinu bora za uchunguzi, matibabu na kuzuia magonjwa ya urithi na yasiyo ya kurithi. Ikiwa ilichukuliwa hapo awali patholojia ya urithi, inahusishwa na jeni fulani au kanda za udhibiti, sasa mlolongo wa nukleotidi ulio katika nafasi za intergenic unavutia zaidi na zaidi. Walizingatiwa "kimya" kwa muda mrefu. Hivi sasa, habari zaidi na zaidi inakusanya juu ya athari zao kwenye usemi wa jeni.

Utafiti wa genomic umethibitisha tena hitaji la mbinu ya mtu binafsi ya kuzuia na matibabu ya magonjwa. Ya riba kubwa kwa dawa ni tafiti zinazohusiana na mkusanyiko wa "mtandao wa jeni" - mifumo ya mwingiliano kati ya jeni katika kiwango cha bidhaa za protini. Masomo haya yalichangia kuundwa kwa sayansi mpya ndani ya genomics - protini, ambayo huchunguza mazingira ya protini ya seli katika njia mbalimbali za utendaji kazi wa jeni. Matokeo yaliyopatikana yanaonyesha wazi uwezekano wa mbinu ya mtu binafsi ya kutibu ugonjwa huo. Sasa proteomics ni sayansi huru, inayohusiana sana na genomics.

Katika suala hili, inapaswa kusisitizwa kuwa nadharia "ya kutibu sio ugonjwa, lakini mgonjwa" imepokea uthibitisho muhimu katika tafiti nyingi za genome na protini. Kulingana nao, kipaumbele cha utoaji huu katika mazoezi ya matibabu sio shaka tena.

Mwishoni mwa karne ya ishirini, teknolojia za molekuli zilikuzwa sana hivi kwamba mahitaji yaliundwa kwa uchunguzi wa kimfumo wa muundo wa jenomu. aina tofauti viumbe hai, ikiwa ni pamoja na wanadamu. Mojawapo ya malengo muhimu zaidi ya miradi hii ni kuamua mlolongo kamili wa nyukleotidi wa DNA ya genomic. Kwa hivyo, sayansi mpya ilizaliwa - genomics.

Mwanzo wa milenia mpya uliwekwa alama na ugunduzi mkubwa zaidi katika uwanja wa genomics - muundo wa genome ya mwanadamu ulitolewa. Habari hiyo iligeuka kuwa muhimu sana hivi kwamba ikawa mada ya majadiliano kati ya marais wa nchi zinazoongoza ulimwenguni. Hata hivyo, watu wengi hawakupendezwa na ujumbe huu. Hii kimsingi ni kwa sababu ya kutoelewa jenomu ni nini, muundo wake ni nini na inamaanisha nini kuifafanua? Je, habari hii ina uhusiano wowote na dawa na inaweza kuathiri kila mmoja wetu? Dawa ya Masi ni nini na maendeleo yake yanahusiana na kusimbua muundo wa jenomu? Aidha, baadhi ya watu wana wasiwasi kuhusu kama Tena ugunduzi mpya wa wanasayansi kwa wanadamu? Je, data hii itatumika kwa madhumuni ya kijeshi? Je, hii haitafuatwa na uchunguzi wa jumla wa lazima wa maumbile - aina ya udhibitisho wa maumbile ya idadi ya watu? Je, jeni letu litakuwa somo la uchanganuzi na habari itakayopatikana itakuwa ya siri kiasi gani? Masuala haya yote kwa sasa yanajadiliwa kikamilifu katika jumuiya ya kisayansi.

Kwa kweli, genomics haikuanza na wanadamu, lakini na viumbe hai vilivyopangwa zaidi. Hivi sasa, mlolongo wa nyukleotidi wa DNA ya genomic ya mamia mengi ya aina ya microorganisms, ambayo wengi wao ni pathogenic, imekuwa deciphered. Kwa prokaryotes, utimilifu wa uchambuzi uligeuka kuwa kabisa, yaani, hakuna nucleotide moja inabakia isiyojulikana! Matokeo yake, sio tu jeni zote za microorganisms hizi zinatambuliwa, lakini pia mlolongo wa asidi ya amino ya protini wanazoziweka imedhamiriwa. Tumeona mara kwa mara kwamba ujuzi wa mlolongo wa amino asidi ya protini hutuwezesha kutabiri kwa usahihi muundo na kazi zake. Uwezekano unafungua wa kupata antibodies kwa protini hii iliyotabiriwa, kutengwa kwake kutoka kwa microorganism, na uchambuzi wa moja kwa moja wa biochemical. Hebu fikiria juu ya nini hii ina maana kwa ajili ya maendeleo ya mbinu mpya za kupambana na maambukizi ikiwa daktari hajui tu jinsi jeni za microorganism zinazoambukiza zimeundwa, lakini pia ni muundo gani na kazi ya protini zake zote? Microbiology kwa sasa inapitia mabadiliko makubwa kutokana na kuibuka kwa kiasi kikubwa cha ujuzi mpya, umuhimu ambao hatuelewi kikamilifu. Inavyoonekana, itachukua miongo mingine kurekebisha hii habari mpya kwa mahitaji ya ubinadamu, haswa katika uwanja wa dawa na Kilimo.

Mpito kutoka kwa prokariyoti hadi yukariyoti katika suala la kufafanua muundo wa genome unaambatana na shida kubwa, na sio tu kwa sababu urefu wa DNA ya juu ni maelfu na wakati mwingine mamia ya maelfu ya nyakati zaidi, lakini muundo wake pia unakuwa ngumu zaidi. Hebu tukumbuke kwamba kiasi kikubwa cha DNA isiyo ya coding inaonekana katika genome ya viumbe vya juu, sehemu muhimu ambayo ni mfululizo unaorudiwa. Wanaleta mkanganyiko mkubwa katika uunganisho sahihi wa vipande vya DNA vilivyofumbuliwa tayari. Na, zaidi ya hayo, marudio ya tandem yenyewe ni ngumu kufafanua kwa njia hii. Katika eneo la ujanibishaji wa marudio kama haya, DNA inaweza kuwa na usanidi usio wa kawaida, ambao unachanganya uchambuzi wake. Kwa hivyo, katika genome ya moja ya spishi za minyoo ya microscopic (nematode) - kiumbe cha kwanza cha seli nyingi ambazo iliwezekana kuamua mlolongo wa nucleotide ya DNA - tayari kuna idadi ya maeneo ambayo haijulikani wazi. Kweli, uwiano wao ni chini ya asilimia mia moja ya urefu wote wa DNA, na utata huu hauhusu jeni au vipengele vya udhibiti. Mlolongo wa nyukleotidi wa jeni zote 19,099 za mdudu huyu, zilizosambazwa katika eneo la jozi za msingi milioni 97, zimeamuliwa kabisa. Kwa hivyo, kazi ya kufafanua jenomu ya nematodi inapaswa kuzingatiwa kuwa na mafanikio sana.

Mafanikio makubwa zaidi yanahusishwa na upambanuzi wa jenomu ya Drosophila, ambayo ni ndogo mara 2 tu kwa ukubwa kuliko DNA ya binadamu na mara 20 kubwa kuliko DNA ya nematode. Licha ya kiwango cha juu cha ujuzi wa maumbile ya Drosophila, karibu 10% ya jeni zake hazikujulikana hadi wakati huu. Lakini jambo la kushangaza zaidi ni kwamba Drosophila, ambayo imepangwa sana ikilinganishwa na nematode, ina jeni chache kuliko minyoo microscopic! Kutoka kwa mtazamo wa kisasa wa kibaolojia, hii ni vigumu kueleza. Jeni zaidi kuliko zile za Drosophila pia zipo kwenye jenomu iliyobainishwa ya mmea kutoka kwa familia ya cruciferous - Arabidopsis, inayotumiwa sana na wataalamu wa maumbile kama kitu cha majaribio cha kawaida.

Maendeleo ya miradi ya genomic iliambatana na maendeleo makubwa katika maeneo mengi ya sayansi na teknolojia. Hivyo, bioinformatics. Mpya iliundwa vifaa vya hisabati kwa kuhifadhi na kusindika kiasi kikubwa cha habari; mifumo ya kompyuta kubwa yenye nguvu isiyo na kifani imeundwa; Maelfu ya programu zimeandikwa ili kuruhusu, katika suala la dakika, kufanya uchambuzi wa kulinganisha wa vitalu mbalimbali vya habari, kila siku kuingia kwenye hifadhidata ya kompyuta data mpya iliyopatikana katika maabara mbalimbali duniani kote, na kurekebisha taarifa mpya kwa ile ambayo ilikuwa. kusanyiko mapema. Wakati huo huo, mifumo ilitengenezwa kwa insulation ya ufanisi vipengele mbalimbali genome na mpangilio wa kiotomatiki, ambayo ni, uamuzi wa mlolongo wa nukleotidi ya DNA. Kwa msingi huu, roboti zenye nguvu ziliundwa ambazo zinaharakisha sana mpangilio na kuifanya kuwa ya bei ya chini.

Ukuzaji wa genomics, kwa upande wake, umesababisha ugunduzi wa idadi kubwa ya ukweli mpya. Umuhimu wa wengi wao unabaki kutathminiwa katika siku zijazo. Lakini hata sasa ni dhahiri kwamba uvumbuzi huu utasababisha kutafakari upya kwa misimamo mingi ya kinadharia kuhusu kuibuka na mageuzi. aina mbalimbali maisha duniani. Watachangia uelewa mzuri wa taratibu za molekuli zinazozingatia utendaji wa seli binafsi na mwingiliano wao; uainishaji wa kina wa mizunguko mingi ya biochemical ambayo bado haijulikani; uchambuzi wa uhusiano wao na michakato ya kimsingi ya kisaikolojia. Kwa hivyo, kuna mpito kutoka kwa genomics ya kimuundo hadi ya kazi, ambayo inaunda sharti la utafiti. msingi wa molekuli utendaji kazi wa seli na kiumbe kwa ujumla. Habari iliyokusanywa sasa itakuwa mada ya uchambuzi katika miongo michache ijayo. Lakini kila hatua inayofuata kuelekea kufafanua muundo wa jenomu za spishi tofauti hutokeza teknolojia mpya zinazowezesha mchakato wa kupata habari. Kwa hivyo, utumiaji wa data juu ya muundo na kazi ya jeni za spishi zilizopangwa chini za viumbe hai zinaweza kuharakisha utaftaji. jeni maalum juu. Na sasa, mbinu za uchanganuzi wa kompyuta zinazotumiwa kutambua jeni mpya mara nyingi hubadilisha mbinu za molekuli zinazohitaji nguvu kazi nyingi za utafutaji wa jeni.

Matokeo muhimu zaidi ya kufafanua muundo wa jenomu ya spishi fulani ni uwezo wa kutambua jeni zake zote na, ipasavyo, kutambua na kuamua. asili ya Masi aliandika molekuli za RNA na protini zake zote. Kwa kulinganisha na genome, dhana zilizaliwa nakala, ambayo inachanganya dimbwi la molekuli za RNA zilizoundwa kama matokeo ya maandishi, na protini, ambayo inajumuisha protini nyingi zilizosimbwa na jeni. Kwa hivyo, genomics huunda msingi wa maendeleo makubwa ya sayansi mpya - protini Na nakala. Proteomics ni utafiti wa muundo na kazi ya kila protini; uchambuzi wa muundo wa protini ya seli; Uamuzi wa msingi wa Masi ya utendaji wa seli ya mtu binafsi, ambayo ni matokeo ya kazi iliyoratibiwa ya mamia ya protini, na utafiti wa malezi ya tabia ya phenotypic ya kiumbe, ambayo ni matokeo ya kazi iliyoratibiwa. mabilioni ya seli. Michakato muhimu sana ya kibiolojia pia hutokea katika kiwango cha RNA. Uchambuzi wao ni mada ya maandishi.

Juhudi kubwa za wanasayansi kutoka nchi nyingi za ulimwengu wanaofanya kazi katika uwanja wa genomics zililenga kutatua. mradi wa kimataifa"Genome ya Binadamu". Maendeleo makubwa katika eneo hili yanahusishwa na utekelezaji wa wazo lililopendekezwa na J. S. Venter la kutafuta na kuchambua mfuatano wa DNA ulioonyeshwa, ambao unaweza kutumika baadaye kama aina ya "njia za mkato" au alama za maeneo fulani ya jenomu. Njia nyingine ya kujitegemea na isiyo na matunda kidogo ilitumiwa katika kazi ya kikundi kilichoongozwa na Fr. Collins. Inategemea kitambulisho cha msingi cha jeni kwa magonjwa ya urithi wa binadamu.

Kusimbua muundo wa jenomu la binadamu kumesababisha ugunduzi wa kuvutia. Ilibadilika kuwa genome ya binadamu ina jeni 32,000 tu, ambayo ni mara kadhaa chini ya idadi ya protini. Wakati huo huo, kuna jeni 24,000 tu za kurekodi protini; Asilimia ya kufanana katika mlolongo wa nyukleotidi za DNA kati ya watu tofauti, makabila na rangi ni 99.9%. Kufanana huku ndiko kunatufanya kuwa wanadamu - Homo sapiens! Tofauti zetu zote katika ngazi ya nyukleotidi inafaa katika takwimu ya kawaida sana - 0.1%. Hivyo, chembe za urithi haziachi nafasi kwa mawazo ya ukuu wa kitaifa au wa rangi.

Lakini hebu tuangalie kila mmoja - sisi sote ni tofauti. Kitaifa, na hata zaidi, tofauti za rangi zinaonekana zaidi. Kwa hivyo ni idadi gani ya mabadiliko huamua kubadilika kwa wanadamu, sio kwa asilimia, lakini kwa maneno kamili? Ili kupata makadirio haya, unahitaji kukumbuka ukubwa wa genome ni nini. Urefu wa molekuli ya DNA ya binadamu ni 3.2 x 10 9 jozi za msingi. 0.1% ya hii ni nucleotides milioni 3.2. Lakini kumbuka kwamba sehemu ya usimbaji ya jenomu inachukua chini ya 3% ya urefu wa jumla wa molekuli ya DNA, na mabadiliko nje ya eneo hili, mara nyingi, hayana athari yoyote juu ya kutofautiana kwa phenotypic. Kwa hivyo, ili kupata makadirio muhimu ya idadi ya mabadiliko yanayoathiri phenotype, tunahitaji kuchukua 3% ya nucleotides milioni 3.2, ambayo itatupa takwimu ya utaratibu wa 100,000 ambayo ni, kuhusu mabadiliko elfu 100 huunda phenotypic yetu kutofautiana. Ikiwa tunalinganisha takwimu hii na jumla ya idadi ya jeni, inageuka kuwa kwa wastani kuna mabadiliko 3-4 kwa kila jeni.

Je, mabadiliko haya ni nini? Wengi wao (angalau 70%) huamua tofauti zetu zisizo za pathological, ni nini kinachotutofautisha, lakini haitufanyi kuwa mbaya zaidi kuhusiana na kila mmoja. Hii ni pamoja na sifa kama vile rangi ya macho, nywele, ngozi, aina ya mwili, urefu, uzito, aina ya tabia, ambayo pia huamuliwa kwa kiasi kikubwa na vinasaba, na mengi zaidi. Karibu 5% ya mabadiliko yanahusishwa na magonjwa ya monogenic. Karibu robo ya mabadiliko yaliyobaki ni ya darasa la polimafimu zinazofanya kazi. Wanahusika katika malezi ya utabiri wa urithi kwa ugonjwa wa patholojia ulioenea. Bila shaka, makadirio haya ni mbaya sana, lakini huturuhusu kuhukumu muundo wa kutofautiana kwa urithi wa binadamu.



Mgombea wa Sayansi ya Kemikali Olga Belokoneva.

Watafiti wa Marekani kwa mara ya kwanza waliunda jenomu kamili ya bakteria "in vitro" na kuiingiza kwenye ganda la bakteria ya spishi nyingine, na hivyo kupata kamili. seli hai uwezo wa kuzaliana. Sasa hatua inayofuata ni kuunda kiumbe kinachofaa na seti ya chini ya jeni.

Teknolojia ya kuunda bakteria na jenomu bandia iliyojumuishwa.

Timu ya kimataifa ya watafiti waliounda maisha ya sintetiki.

Viongozi wa kazi Craig Venter (kushoto) na Hamilton Smith.

Mikrografu ya elektroni ya bakteria ya syntetisk Mycoplasma mycoides.

Nini siwezi kuunda
nashindwa kuelewa.
Richard Feynman, mshindi wa Tuzo ya Nobel ya Fizikia

Kawaida, wanakemia wanaosoma misombo ya asili hufanya kazi kulingana na mantiki ifuatayo: kwanza wanapata dutu mpya katika maumbile, kisha wanaamua kazi na muundo wake, na mwishowe wanajaribu kuunganisha kiwanja hiki kwenye maabara ili kulinganisha mali ya dutu hii. kiwanja cha asili na analog yake ya syntetisk. Hii ndiyo njia pekee ya kuthibitisha kwamba dutu ya muundo wa kemikali fulani ina mali fulani. Lakini katika udanganyifu wa maumbile, njia hii haikufanya kazi kwa muda mrefu - muundo wa DNA ulikuwa tayari unajulikana, lakini hakuna mtu anayeweza kutatua tatizo la kinyume.

Sayansi ya kuunda biashara

Mkongwe wa kampeni ya Vietnam, Mmarekani Craig Venter alisoma biokemia na kupokea shahada ya kitaaluma, lakini hakukaa kwa muda mrefu ndani ya kuta za maabara. Mtafiti mchanga alivutiwa na biashara. Mnamo 1998, alishiriki katika uundaji wa kampuni ya bioteknolojia ya Celera Genomics. Wakati wa kuundwa kwa kampuni hiyo, kazi ilikuwa tayari imeanza kupambanua genome la viumbe hai, ikiwa ni pamoja na wanadamu. Lakini maendeleo yalikuwa machache kutokana na kutokamilika kwa teknolojia ya mpangilio wa DNA (kuamua mlolongo wa nyukleotidi). Kama sehemu ya timu ya watafiti, Venter alishiriki katika ukuzaji wa njia mpya ya mpangilio - njia ya bunduki. Kwa kutumia njia hii, ndani ya miaka miwili jenomu la mwanadamu lilichambuliwa kabisa. Venter alitaka kuuza utafiti huo kwa kampuni, lakini jumuiya ya wanasayansi ilionyesha kutoridhika na ilimbidi kujitolea. Alichapisha matokeo yote ya usimbuaji wa genome kwenye Mtandao na akaacha Celera Genomics, akiunda taasisi mpya jina lako mwenyewe.

Mojawapo ya mipango ya awali ya Taasisi ya Craig Venter katika miaka ya 2000 ilikuwa ile inayoitwa miradi ya metagenomic. Misafara iliyoandaliwa na taasisi hiyo ilifanya uchanganuzi wa jenomu za idadi ya watu viumbe mbalimbali wanaoishi katika Sargasso na bahari nyingine. Kwa kutumia teknolojia za jeni, timu iliweza kuelezea utofauti wa maumbile ya ufalme wa chini ya maji, huku ikigundua maelfu ya jeni mpya na aina mpya za viumbe hai.

Sasa kwa kuwa muundo wa kemikali wa genome nyingi ngumu ulijulikana, kimantiki, ilikuwa ni lazima kuanza usanisi wa genome ya bandia, ambayo ndivyo Venter alivyofanya. Wazo lingine la Venter's lilikuwa uundaji wa kiumbe kinachofaa na seti ndogo ya jeni. Sehemu kama hiyo ya maumbile inaweza kuitwa "kipengele cha maisha" - seli "ndogo". Kwa mlinganisho katika kemia, kitengo rahisi zaidi ni atomi ya hidrojeni.

Seli "ndogo" bado haipo, lakini kiumbe kilicho na genome ya syntetisk tayari inaishi na kuzaliana katika maabara ya Taasisi ya Craig Venter. Hii ni bakteria ya kawaida, ambayo inatofautiana na wengine tu kwa kuwa DNA yake imeundwa "in vitro".

Tangu kuanza kwa kazi hadi kuchapishwa kwa kihistoria mnamo Mei 2010 katika jarida Science lenye kichwa “Kuundwa kwa chembechembe ya bakteria inayodhibitiwa na jenomu iliyosanifiwa kwa kemikali,” miaka 15 ilipita, na mradi huo uligharimu dola milioni 40. Mafanikio haya makubwa ya kisayansi yalitanguliwa na mafanikio mengine - mnamo 2003, timu ya Venter iliweza kuunda virusi na genome bandia.

Mbali na Venter, timu ya kimataifa ya watafiti waliofaulu katika maeneo mawili ya taasisi hiyo, huko Rockville, Maryland, na La Jolla, California, inaongozwa na wanasayansi wengine wawili mashuhuri. Mmoja wao - Mshindi wa Tuzo ya Nobel 1978 Hamilton Smith. Tuzo la Nobel alipokea kwa ugunduzi ambao ulianzisha enzi ya kudanganywa kwa kemikali ya genome: alitenga vimeng'enya vya kizuizi - vimeng'enya ambavyo hukata molekuli ya DNA katika vipande tofauti. Kiongozi mwingine wa kazi hiyo ni mwanabiolojia bora, mwakilishi wa nasaba maarufu ya kisayansi Clyde Hutchison III.

DNA ya syntetisk, yenye nyukleotidi milioni 1.08, ikawa molekuli ndefu zaidi kuwahi kuunganishwa katika maabara. Seli ya kwanza ya syntetisk katika historia ina chromosome ya bandia kabisa, iliyounganishwa kutoka kwa vipengele vya kemikali kwa kutumia programu ya kompyuta. Hii sio teknolojia tena uhandisi jeni Wakati wanasayansi waliweza kubadilisha au kuongeza jenomu ya viumbe hai na jeni kadhaa au seti ya jeni, hii ni upandikizaji kamili wa genome nzima.

Uhamisho wa genome

Jaribio la kuunda maisha ya bandia lilijumuisha yafuatayo: wanasayansi walitengeneza genome ya bakteria moja na kuiingiza kwenye seli ya bakteria ya spishi nyingine. Kiumbe kilichotokana na ganda la bakteria ya mpokeaji Mycoplasma capricolum kiligeuka kuwa sawa na bakteria wafadhili Mycoplasma mycoides. Hivyo, kwa mara ya kwanza, ilionyeshwa kwa uhakika kwamba DNA kweli ina habari kamili kuhusu utendaji wa chembe hai nzima.

Mahuluti yaliyotokana yalionekana, kukua, na kuzaliana kama Mycoplasma mycoides. Ishara nyingine muhimu kwamba ilikuwa Mycoplasma mycoides ni kwamba bakteria iliyobuniwa ilitengeneza protini tabia ya spishi hii. Kweli, bakteria ya synthetic bado ni tofauti na bakteria ya asili. Kwa sasa, inaweza kuishi na kuzaliana tu katika maabara, kwa njia maalum ya virutubisho, ndani hali ya asili bakteria haifanyiki.

Mara nyingi watu huuliza kwa nini haikuwezekana kuweka genome ya bandia ndani ya seli ya mtu mwenyewe? Kwa sababu protini tabia yake ilibakia ndani ya seli hii, ambayo ina maana kwamba matokeo ya majaribio yanaweza kuelezewa na uwepo wao. Hiyo ni, kungekuwa na kutokuwa na uhakika katika tafsiri ya matokeo.

Kwa nini bakteria ya syntetisk inahitajika?

Mwitikio wa utafiti katika jumuiya ya kisayansi ni mchanganyiko. Wengi wanaamini kuwa ni mapema kuzungumza juu ya utumiaji wa teknolojia ya vitendo: ni jambo moja kupanga bakteria zisizo na nyuklia za prokaryotic, na jambo lingine kuunda chromosomes bandia za seli za nyuklia za yukariyoti, ambayo ni, seli za mimea yote. wanyama na wanadamu. Wakati wa kurekebisha teknolojia kwa seli za nyuklia, maswali mengi sana hutokea: jinsi ya kuhamisha DNA kwenye kiini, jinsi ya kuunda na kupandikiza habari za maumbile zisizo za nyuklia, nk.

Walakini, Venter anaamini kwamba utafiti uliofanywa ni muhimu kwa sayansi ya kimsingi, kwani unafungua mitazamo mipya katika kusoma asili ya maisha na kupata jibu la swali la ni jeni gani zinazowajibika kwa maisha na uzazi wa kiumbe hai.

Kazi ya Venter ina ahadi ya kuunda viumbe vilivyo na sifa kamili na kazi. Kweli, hili ni suala la siku zijazo za mbali. Hadi sasa, wanasayansi "tu" wameweza kutekeleza programu ya maumbile ambayo tayari iko katika asili. Lakini bado, matarajio ya genomics ya syntetisk ni makubwa. Inavutia sana - kwa kubadilisha mpango wa kijenetiki kwa hiari yako, kuunda viwanda vya syntetisk vya bakteria vinavyoweza kutengeneza dawa, protini zenye lishe, nishati ya mimea, kusafisha maji kutoka kwa uchafuzi wa mazingira na mengi zaidi.

Baada ya kufanikiwa kuunda kiumbe bandia cha kwanza, timu ya Venter, na wengine, walielekeza juhudi zao kwenye mradi mwingine ambao ulifuata kimantiki kutoka kwa mafanikio haya. Tunazungumza juu ya kuunda seli iliyo na jeni tu muhimu ili kusaidia maisha katika fomu yake rahisi, ambayo ni, genome "ndogo".

Kipengele cha maisha

Ufafanuzi wa genome "ndogo" ambayo hutoa kila kitu kazi muhimu, ambayo huruhusu kiumbe chenye seli moja kuwepo katika mazingira fulani, si swali lisilo na maana. Kutatua tatizo hili ni muhimu kuelewa asili ya maisha duniani, ambayo ni pamoja na kusoma njia za mageuzi ya kijeni na utaratibu wa asili ya genomes kama vile. Kwa kuongezea, seli "ndogo" itakuwa msingi wa kusoma jeni zote muhimu kwa maisha.

Kazi katika mwelekeo huu unafanywa hasa na bakteria ya jenasi Mycoplasma. Jenomu za Mycoplasma, kama ilivyotajwa tayari, ni ndogo sana (kutoka jozi za msingi 580 hadi 1400,000) na zimesomwa vizuri. Jenomu fupi zaidi ni ile ya Mycoplasma genitalium. Urefu wake ni kama jozi elfu 580 za msingi, ambazo hufanya jeni 485.

Kwa kusoma genomes za mycoplasmas, Craig Venter na wenzake walikaribia sana kuelewa ni nini genome "ndogo" ya vijidudu bandia vya baadaye inapaswa kuwa. Kama ilivyoonyeshwa kwenye hati miliki ambayo tayari wameweka, genome "ndogo" - kizuizi cha msingi cha ujenzi au, kwa usahihi, "chasisi" ya msingi ya kuunda viumbe vya bandia - ina chini ya jeni 400. Kwa kuanzisha jenomu "ndogo" kwenye seli na kuongeza jeni nyingine ndani yake, watafiti wananuia kuunda viumbe rahisi na sifa mpya, zilizoamuliwa mapema.

Picha kutoka kwa tovuti ya Taasisi ya J. Craig Venter www.jcvi.org.

Genomics Genomics - sayansi tata, kusoma jenomu. Sehemu za genomics: genomics ya miundo - maudhui na shirika la habari za genomic; genomics ya kazi - utekelezaji wa habari iliyorekodi katika genome kutoka kwa jeni hadi sifa; genomics linganishi- masomo ya kulinganisha ya yaliyomo na shirika la jenomu za viumbe tofauti; Matawi haya yote ya genomics huchangia katika biolojia ya msingi (maendeleo ya mtu binafsi, mageuzi), huduma za afya, kilimo na teknolojia ya viumbe. Matokeo ya jenomiki ya miundo ni kupata mfuatano wa nyukleotidi (mlolongo kutoka kwa mfuatano wa Kiingereza), ambao ungewakilisha kabisa kila kromosomu kutoka nyukleotidi ya kwanza hadi ya mwisho. 2

Ili kupata mlolongo huo, leo ni muhimu kuamua mlolongo wa nyukleotidi katika sehemu fupi za DNA, takriban nafasi 1000 kwa muda mrefu. Kuna nafasi bilioni 3 katika genome ya binadamu, ambayo ina maana kwamba lazima ivunjwe vipande vipande ambavyo "vitasomwa". Kisha unahitaji kurejesha mlolongo mmoja wa nucleotide kutoka kwa kulinganisha kwa sehemu za maandishi ya mtu binafsi ya kusoma. Urejeshaji unatokana na kulinganisha mfuatano fulani na kutambua sehemu zinazopishana (zinazofanana) za maandishi ndani yake. Urefu wa eneo linalopishana lazima uzidi urefu wa mfuatano unaoweza kutokea katika jenomu fulani kwa sababu nasibu. Kwa mfano, katika genome ya binadamu kuna 3 x 109 bp. mlolongo wa nukleotidi 15 kwa muda mrefu unaweza kutokea kwa bahati nasibu - kwa kuwa kila nafasi inaweza kuwa na moja ya nyukleotidi nne, uwezekano kwamba nyukleotidi zilizopewa zitaonekana katika nafasi 15 mfululizo ni 415 = 230, ambayo ni takriban sawa na 109. Hiyo ni, katika sehemu ya nafasi 109 kwa muda mrefu, kupewa 15-nucleotidi mlolongo inaweza kutokea mara 1 kutokana na sababu random. 3

Lakini ukweli ni kwamba nyukleotidi katika DNA hazipatikani kwa nasibu na hii ni shida ya kuunda tena mlolongo kutoka kwa sehemu zinazoingiliana. Ikiwa safu mbili za nucleotides 1000 zinaingiliana na nucleotides 20 au mia moja, hii haimaanishi chochote, kwa kuwa kipande hiki kizima cha nucleotides 1000 kinaweza kurudiwa mara kadhaa katika genome. Kwa hiyo, ilikuwa ni lazima kwanza kupanga vipande pamoja na genome, na kisha tu kutambua kuingiliana kwao kulingana na mlolongo. Hii ilikuwa njia ya jumuiya ya ulimwengu wakati wa kupanga genome ya binadamu. (kufuatana katika fasihi ya lugha ya Kirusi ni mchakato wa kuamua mlolongo wa nyukleotidi. Neno hili pia ni karatasi ya kufuatilia kutoka kwa jina la Kiingereza). Hili lingeweza kufanywaje? Ilikuwa ni lazima kuweka baadhi ya "buoys" katika genome ya binadamu, ambayo kanda ni nyuma ambayo. Mlolongo wa maeneo kama haya hujumuisha ramani ya jenomu. Ramani ya kwanza kama hiyo ilikuwa ramani ya maumbile. Inaonyeshwa kwenye picha upande wa kushoto. 4

Karibu ni kromosomu ya rangi na mistari inayoonekana ya kupitisha. Upakaji rangi uliopitiliza ni wa mtu binafsi kwa kila kromosomu; kila mstari una nambari yake, ambayo inawakilisha "anwani" ya sehemu fulani kwenye kromosomu. Kila eneo kama hilo lina mamilioni ya jozi za nyukleotidi, mlolongo ambao lazima uamuliwe. Alama za polymorphic zimepatikana, ambayo ni, maeneo ya chromosome yamepatikana kuwa katika watu tofauti (au kwenye chromosomes tofauti za mtu mmoja) huwa na mlolongo wa nyukleotidi zisizo sawa. Kumbuka kuwa kwa ramani ya kijenetiki iliyo na muda wa 10% ya kuunganishwa tena, vialamisho 300 vya usawa vinahitajika ili kutofautisha kromosomu moja kutoka kwa nyingine katika locus fulani. 5

Ugunduzi wa alama za DNA unatokana na njia ya ukuzaji (uzazi) wa vipande vya DNA katika vitro na usahihi wa nyukleotidi kwa kutumia mmenyuko wa mnyororo wa polymerase (PCR). Kwa kutumia mbinu ya PCR, unaweza kuunganisha kipande cha DNA katika vitro (katika mirija ya majaribio) na kukipata kama dutu safi ya kemikali. Kwa usanisi, sehemu fupi za DNA za sintetiki zinazoitwa primers (mbegu za usanisi) hutumiwa. Kutoka mwisho wa 3 wa primer, awali ya kipande cha DNA huanza kando ya kamba ya template, ambayo inashikilia (hushikamana na mwingiliano wa ziada kati ya nucleotides ya primer na template). Katika mzunguko mmoja wa kukamilika kwa DNA, nyuzi 4 za DNA zilipatikana kutoka kwa mbili Katika mzunguko uliofuata, nyuzi 8 zilipatikana kutoka kwa 4, nk Kila mzunguko unachukua dakika kadhaa. Zaidi ya mizunguko 30 ya PCR, kipande kinacholengwa kitazidisha mara bilioni 1, na hivyo kuruhusu kipande hicho kuzingatiwa (baada ya kutia rangi). Wakati unaohitajika kwa kila hatua ya PCR katika siku zijazo itapungua kwa amri 2-3 za ukubwa, ili kila mzunguko utakamilika kwa sekunde. 6

Ili kutofautisha kati ya kromosomu za baba na mama, kinachojulikana kama alama za STR (Urudiaji Mfupi wa Tandem) zilitumiwa, zikiwa na viungo vinavyofanana, mara nyingi kiungo kilikuwa na jozi ya nyukleotidi za CA. Hiyo ni, walipata maeneo katika genome ambapo viungo hivi vilivyounganishwa vilirudiwa. Hebu tuseme kwamba katika chromosome ya baba, katika kipande cha jozi 100 za nucleotide, kulikuwa na kuingizwa kwa viungo 20, na mahali pale kwenye chromosome ya mama, viungo 22 viliingizwa. Kipande hiki cha DNA kilienezwa kwa njia ya ndani, kwa usahihi wa nyukleotidi kwa kutumia mmenyuko wa mnyororo wa polymerase (PCR). Urefu wa vipande hivi utakuwa 100+20 x2=140 kwa baba, na 100+22 x2=144 kwa mama. Kwa kugawanya vipande vilivyoundwa katika gel chini ya ushawishi wa sasa wa mara kwa mara (electrophoresis), tunaweza kutenganisha vipande kwa ukubwa. Uzito wa kipande, chini ya uhamaji wake wa electrophoretic na karibu na kuanza itakuwa. Ikiwa wazazi wa mtoto walikuwa na urefu wa vipande (kama inavyoonyeshwa kwenye mfano hapo juu) 140 na 144 bp. , basi mtoto pia atakuwa na viboko hivi. 7

Njia iliyoelezwa haitumiwi tu katika utafiti wa kimsingi, lakini pia katika mazoezi ya kitambulisho cha kibinafsi wakati wa uchunguzi wa matibabu ya mahakama. Wacha tuseme eneo fulani kwenye kromosomu linaweza kuwa katika mojawapo ya majimbo 10 mbadala. (Majimbo haya, alleles, yanajulikana kwa uhamaji wao wa electrophoretic). Masharti haya yanatofautishwa na chromosomes 10 au watu walio na chromosome kama hizo. Ikiwa tutachunguza locus nyingine (kwenye kromosomu tofauti) yenye sifa sawa, basi kwa locus hii pia tutatofautisha chromosomes 10 au watu. Na kwa kuzingatia mchanganyiko wa hali katika loci hizi mbili, kromosomu 10 x 10 = 102 zinaweza kutofautishwa. Loci tano kama hizo zitatofautisha kromosomu 105. Na kwa kuwa kila mmoja wetu ana jozi ya kromosomu, michanganyiko ya aleli za loci hizi tano hutoa chaguzi 105 x 105 = 1010. Idadi hii ya chaguzi ni kubwa kuliko idadi ya watu duniani. Katika mazoezi, kitambulisho hutumia seti ya aleli za loci 13, ingawa tano, kama tunavyoona, zinaweza kutosha kwa wimbi. Ramani ya urithi ilikuwa ramani ya kwanza ya jenomu ya binadamu, ambayo kazi ya uchoraji wa ramani iliyofuata ilijengwa. Ramani hii ilihusishwa na ramani halisi inayoonyesha mfuatano wa vipande vya DNA vilivyoundwa kando ya jenomu (ona Mchoro 1, kulia). 8

Ramani za kimaumbile za jenomu mara nyingi huwakilishwa na seti za vipande vya DNA vilivyoundwa katika molekuli za vekta (DNA recombinant) zilizopangwa kwa njia ya utaratibu kuhusiana na kila mmoja. Seti hii ya vipande vya DNA vinavyoendelea kupishana inaitwa contig. Ili kutambua mwingiliano wa vipande vya DNA vilivyoumbwa, ramani iliyoanzishwa hapo awali ya viashirio vya kijeni ilihitajika. Muingiliano ulianzishwa kati ya molekuli "kubwa" za DNA zilizo na takriban jozi 106 za msingi ambazo ziliundwa katika kromosomu bandia za chachu (kloni za YAC, kifupi cha Chromosome Bandia ya Chachu). Bandia kwa sababu wameondoa wingi wa DNA ya chachu halisi na kuingiza vipande vya DNA ya binadamu. Viunzi kama hivyo vinaweza kuiga katika seli za chachu. Saizi ya chromosomes ya chachu ni takriban jozi milioni 1-2 za nukleotidi. Je, mwingiliano wa vipande vya DNA vilivyoumbwa ulianzishwaje? Tuna YAC clone Nambari 1 yenye kipande kilichopanuliwa cha DNA iliyoumbwa, na, tuseme, alama A na alama B zinapatikana ndani yake, ambayo inajulikana kutokana na data ya kijeni kwamba ziko karibu kwenye ramani. Katika YAC clone No. 2 hakuna tena alama A, lakini kuna alama B na C, na pia inajulikana kutoka kwa ramani ya maumbile kwamba B na C ni majirani. Clone Nambari 3 ina alama C na D. Ulinganisho wa data juu ya uwepo wa alama za kijeni A, B, C na D katika kloni za YAC huonyesha kwamba zinaingiliana katika mlolongo wa YAC No. 1, No. 2, No. 3. 9

Uwekaji wa DNA kutoka kwa kloni 3000 za YAC ni takriban sawa kwa urefu na jenomu ya binadamu. Katika uchanganuzi wa mwingiliano wa safu wima ya YAC, kloni 30,000 zilichukuliwa ili kila nukta kwenye jenomu ipitishwe na kloni kadhaa. Mwanzoni haikujulikana jinsi zilivyopatikana, lakini kwa wastani kila nukta kwenye jenomu ilipishana mara 10. Takriban alama 3000 za STR zilitumika, na waliangalia jinsi alama hizi na kloni zilivyopishana. PCR ilitumika kama njia ya kutambua kuwepo kwa alama ya kijeni katika kloni za YAC. Katika hatua ya mwisho ya kuandaa ramani halisi ya jenomu la binadamu, uwepo wa takriban alama 30,000 ulifichuliwa katika kloni hizi 30,000 za YAC. Hii ni alama moja kwa kila jozi 100,000 za msingi. Umbali kati ya ncha za clones za YAC pia ulikuwa 100,000 bp. (iliyo na urefu wa bp milioni 1). Uchoraji wa ramani ulifanywa kwenye mashine za roboti zilizofanya takriban athari 300,000 za PCR kwa siku. Inaruhusu cloni zote za YAC kupangwa katika contig. Ilifikiriwa kuwa wangefuatana moja kwa moja. Walakini, baadaye mpango tofauti wa mpangilio wa clone ulitumiwa. Kloni za YAC zilizowekwa kwenye ramani mara nyingi zilitumiwa kutafuta jeni zilizo kwenye kichocheo cha YAC, lakini hatua hii haikuongoza kwenye mfuatano. 10

11

Kuingiliana kunaweza pia kuonekana kwa eneo la tovuti maalum za kizuizi. Hebu fikiria njia hii kwa undani zaidi. Muundo wa kipande cha DNA imedhamiriwa na nafasi ya tovuti za cleavage na enzymes maalum - endonucleases ya kizuizi (enzymes ya kizuizi). Kila enzyme ya kizuizi inatambua mlolongo wa nyukleotidi wa urefu na muundo fulani. Kwa mfano, kizuizi cha enzyme Eco. RI inatambua GAATTC na hakuna nyingine (itatenganisha DNA kwa wastani mara moja kwa 46=4096 nucleotides), Bam. HI inatambua GGATTC. Hebu tuchukulie kuwa tuna kipande cha DNA kilichoundwa chenye urefu wa nyukleotidi 13,000 na tunakimeng'enya kwa kimeng'enya cha kuzuia Bam. HI, kupata vipande viwili vya nucleotidi 9 na 4 elfu. Halafu ikiwa tutagawanya Eco. RI, tunapata vipande vya 8, 3 na 2 kb. Tunapoangalia kugawanyika mara mbili, tunapata vipande na ukubwa wa 7, 3, 2, 1 kb. Ukubwa unajulikana kwa sababu kuna wimbo ulio karibu ambao unagawanya molekuli za saizi ya kawaida, na hivyo kuruhusu uundaji wa curve ya urekebishaji. Ikiwa tutafanya mgawanyiko wa pili, tutaona kwamba kipande cha 9 kb kimegawanyika katika vipande 7 na 2 kb. Mlolongo huu maalum wa tovuti na umbali maalum kati yao ni picha ya molekuli (tazama takwimu hapa chini). Kutoka kwa picha hizi tunaweza kulinganisha molekuli kwa kila mmoja, bila kujali ni nini wanasimba au kilicho ndani yake. Huu ni utaratibu wa kawaida sana. Kupasuka kwa kipande cha DNA na kila kimeng'enya cha kizuizi kando na kwa mchanganyiko wao huruhusu mtu kuunda ramani ya kizuizi cha kipande hicho. 12

13

14

Kwa hivyo, tumepanga molekuli kwa kutumia ramani ya kijeni na kimaumbile. Wacha turudi kwenye njia ya mpangilio. Mchanganyiko wa dieoxynucleotides - dd - ulitumiwa. NTP (pichani upande wa kulia; hawana kikundi cha OH kwenye atomi ya kaboni ya 3), ambayo iliongezwa kwa deoxynucleotides ya kawaida (pichani upande wa kushoto). Na wakati wa usanisi wa DNA katika vitro, hii ilisababisha kusitishwa kwa usanisi wa strand katika nafasi ambapo dd iliingizwa. NTP. Nafasi ya 3' ni pale nyukleotidi inapoongezwa kwenye molekuli ya DNA inayojengwa. Lakini ikiwa hakuna kikundi cha hydroxyl kwenye 3`-mwisho, lakini hidrojeni, basi awali haitakwenda zaidi - itasitishwa. Hii inatumika kwa njia ifuatayo. Tuna matrix (strand ya DNA) ambayo inahitaji kupangwa. Ikiwa usanisi unaendelea, na A iko katika nafasi ya kwanza ya matrix (tazama takwimu hapa chini), basi T ya kawaida inaweza kujengwa ndani na usanisi utaenda zaidi, au dd inaweza kujengwa ndani. TTP na usanisi hautaendelea zaidi. Mlolongo utavunjika, na msingi ulioundwa utachukua nafasi fulani wakati wa kugawanyika kulingana na saizi yake. Uvunjaji unaofuata utafanana na barua ya pili ya strand iliyopangwa, na pia itachukua nafasi yake kulingana na urefu wakati wa kugawanyika kwenye electrophoresis, nk Na kadhalika kwa kila nucleotide. Kwa njia hii tutarejesha mlolongo wa nyukleotidi katika uzi wa DNA unaofuatana. Njia hii ilipendekezwa na Fred Sanger, ambayo alipokea Tuzo lake la pili la Nobel. 15

16

17

Wacha tuzingatie kuamua mlolongo wa nyukleotidi katika kipande cha DNA kilichoundwa. Kipande kilichounganishwa kinapatikana katika kinachojulikana kama molekuli ya DNA ya vector, molekuli ambayo inaruhusu kuletwa ndani ya seli (kawaida kiini cha bakteria, lakini wakati mwingine seli za chachu hutumiwa pia). Kazi yote ya kupanga mpangilio wa jenomu ya binadamu ilifanywa kwa ushiriki wa molekuli za vekta ya bakteria. Eneo la vekta lililo karibu na kuingizwa lina mfuatano wa nyukleotidi inayosaidiana na kitangulizi cha mpangilio wa ulimwengu wote. Kitangulizi hiki huanzisha usanisi wa DNA katika vitro, ambayo itaendelea kutoka kwa nyukleotidi ya kwanza pamoja na kiolezo cha kipande cha DNA ya binadamu. Primers mbili za ulimwengu wote hutumiwa, moja kwa mlolongo wa vector karibu na mwisho mmoja wa kuingiza, primer nyingine kwa mlolongo wa vector karibu na mwisho mwingine wa kuingiza. Kwa moja ya primers, fragment cloned ni mlolongo kwa upande mmoja, na kwa primer nyingine, kwa upande mwingine. 18

Tuna vector sawa, na kuna mamilioni ya kuingiza, lakini zote zilipangwa kutoka kwa jozi sawa za primers. Wingi wa jenomu ulipangwa kwa kuunda vipande vya jozi elfu 2 za msingi, kwa sababu elfu husoma upande mmoja na elfu kwa upande mwingine. Kila nukta ya jenomu ya binadamu ilipangwa mara kadhaa kama sehemu ya molekuli tofauti za DNA zilizoundwa. Hiyo ni, umbali katika jenomu kati ya ncha za vipande vya DNA vilivyoundwa na vilivyofuatana ulikuwa chini ya jozi 200 za msingi. Takriban nyukleotidi 1000 zilisomwa kutoka kwa kila sehemu ya kuanzia. Kutoka kwa seti hii yote ya "maandiko" muundo wa genome ya binadamu ulitolewa tena. Lakini iliwezekana kukusanya mlolongo huu wa herufi 1000 kwa mamilioni ya herufi kwa muda mrefu tu kwa msingi wa ukweli kwamba. wengi wa vipande vilichorwa hapo awali kwa kromosomu za binadamu. Bila kuchora ramani, mfuatano unaweza kuishia katika eneo linalojirudia la jenomu, na kuendelea kwa mfuatano kutoka eneo kama hilo kuna anuwai nyingi za muendelezo kama idadi ya mara ambazo marudio yanapatikana katika jenomu ya binadamu (baadhi ya marudio ni a. mara milioni). Kwa hiyo, mlolongo wa eneo la vipande vya cloned katika genome ulianzishwa kwanza. Hii ilifanywa kwa vipande vya ukubwa wa jozi elfu 200 za msingi, na kisha tu zilipangwa. Mchakato wa mpangilio wa Sanger unaweza kuwa otomatiki. Utaratibu unawasilishwa kwenye slaidi inayofuata. 19

20

Slaidi inaonyesha kitangulizi ambacho usanisi hutoka upande wa kushoto. Tuna phosphates ya dieoxynucleotide T, A, C na G. Kila mmoja wao anachukua nafasi yake mwenyewe katika kipande kilichounganishwa pamoja na kamba ya template iliyojifunza. Kwenye slaidi iliyotangulia, kila barua ililingana na wimbo tofauti wa gel, kuna nne kwa jumla. Ikiwa kila herufi za kukomesha usanisi zimewekwa alama kwa rangi yake, basi vimaliza vyote vinaweza kuunganishwa kwenye bomba moja la majaribio na bidhaa zinaweza kugawanywa katika njia moja. Kukomesha kwa usanisi katika nafasi ya barua iliyopewa itatoa kipande na msimamo wake kwenye gel baada ya kugawanyika. Kila nafasi ya mapumziko itakuwa na sifa ya rangi ya barua ya terminator ambayo mapumziko yalitokea. Wakati wa kugawanya vipande vilivyokatishwa, leza itarekodi kilele mfululizo kwenye kigunduzi - ni bendi gani imepitia hesabu, na ni rangi gani. Mfuatano huu wa vilele kisha hufafanuliwa kuwa mfuatano wa nyukleotidi katika molekuli ya DNA. Usahihi wa mlolongo (kuanzisha ni barua gani ilikomesha usanisi katika nafasi fulani) imedhamiriwa na uwiano wa urefu wa vilele vya sambamba. barua tofauti kwa nafasi sawa ya kipande kilichopangwa. Kati ya vilele viwili rangi tofauti katika nafasi moja kulikuwa na thamani maalum ya kibaguzi. Mbinu hiyo ilifanywa kwa njia ambayo barua ilizingatiwa kuwa imeanzishwa kwa uaminifu kwa nafasi fulani ikiwa kilele kikuu katika nafasi hii kilikuwa cha juu kuliko zingine kwa idadi fulani ya nyakati. 21

22

Bakteria H. influenzae ilikuwa kiumbe hai cha kwanza kuwa na jenomu yake iliyopangwa kikamilifu. Kwa kuwa genome ya bakteria ni ndogo, kuhusu nyukleotidi elfu, na kuna marudio machache (na ni mafupi), hakukuwa na haja ya uchoraji wa awali wa vipande vya DNA vilivyotengenezwa - vipande hivi vilipangwa mara moja. Kazi hii ilifanywa katika Taasisi ya Utafiti wa Jenetiki ya TIGR chini ya uongozi wa Craig Venter. Kisha Venter alianzisha kampuni ya Seler ili kupanga jeni la binadamu, ambapo alitumia mpango sawa na wa bakteria. Kwa kuongezea, alichukua pesa kutoka kwa kampuni za kibinafsi, kwani serikali haikuamini kwamba angefaulu. Jumuia ya kimataifa hapo awali ilitumia ramani ya kijenetiki na ya kimaumbile, ambayo kwayo msururu wa vipande vinavyopishana vya DNA iliyoungwa (contig) iliyokusudiwa kupangwa iliundwa. Hiyo ni, mlolongo wa genome wa binadamu ulikusanywa kutoka kwa vipande, kwa kawaida kupitia matumizi ya seti zilizopangwa za clones na uanzishwaji wa mlolongo wa nucleotide wa clones zilizopangwa. 23

24

25

Venter, tofauti na jumuiya ya kimataifa, alitumia seti nasibu ya clones na kujaribu kurejesha mfuatano kamili wa nyukleotidi moja kwa moja kutokana na kulinganisha mfuatano wa lundo zima la vipande. Alifaulu kufanya hivyo kwa bakteria, lakini kwa wanadamu ilifanya kazi tu kwa sababu alitumia data inayopatikana hadharani kutoka kwa jumuiya ya kimataifa kuhusu molekuli zipi ziko wapi kwenye jenomu la binadamu. Venter alichapisha kazi yake mwezi mmoja mapema kuliko jumuiya ya ulimwengu, kwa sababu hakupanga chochote, lakini alitumia mpangilio wa molekuli fupi sana za recombinant. Urefu wa jumla wa Venter wa vipande vya DNA vilivyofuatana ulikuwa mkubwa mara tano kuliko ule wa jumuiya nzima ya ulimwengu. Kwa kutumia data ya jumuiya ya ulimwengu kuhusu vipande vilivyochorwa, Venter aliweza kuunda upya kila kitu alichopanga kuwa mfuatano mmoja wa nyukleotidi. Ikiwa hapangekuwa na data kutoka kwa jumuiya ya ulimwengu, basi kazi zake zote zingewasilishwa katika sehemu fupi ambazo zingetoka kwa sababu ya ukweli kwamba kuna marudio katika genome. Kama matokeo ya kazi iliyofanywa, nakala mbili zilichapishwa: nakala ya Venter katika jarida la Sayansi na nakala ya Lander, kiongozi wa jamii ya ulimwengu, katika jarida la Nature. 26

Mradi wa Jeni la Binadamu ulianza mwaka wa 1990. Toleo la kwanza (rasimu) la mlolongo wa nyukleotidi lilikamilishwa mwaka wa 2000. Toleo la mwisho, ambalo halitaboreshwa tena (linaloitwa Jenga 35), lilikamilishwa mwaka wa 2004. 27

Toleo la hivi karibuni la mlolongo lina jozi za msingi za bilioni 2.85 na mapungufu 341, yaani, kwa sababu fulani DNA ya genomic haikuweza kupangwa katika maeneo haya. Mlolongo huo unashughulikia takriban 99% ya sehemu hiyo ya jenomu ya binadamu ambayo imewasilishwa kwa fomu isiyo na kuunganishwa - euchromatin. Usahihi wa mlolongo katika toleo la mwisho ni kosa 1 kwa nafasi elfu 100 mfululizo. Hakuna mtu atakayepanga jenomu nzima kwa usahihi zaidi. Acha nikukumbushe kwamba jenomu ya baba yako inatofautiana na jenomu ya mama yako kwa takriban nafasi 1 kwa kila elfu. Idadi iliyotabiriwa ya jeni kwa wanadamu sasa ni 2025 elfu, ambayo ni kidogo kidogo kuliko ilivyotabiriwa hapo awali. 28

Mbali na data juu ya mfuatano wa nyukleotidi wa DNA ya jeni ya binadamu (mfuatano wa marejeleo), hifadhidata pia zimeundwa: 1) kwenye mfuatano wa nyukleotidi wa sehemu za DNA zilizonakiliwa (database ya EST, EST = Lebo za Mfuatano Zilizoonyeshwa), ambazo zina sifa ya si DNA ya jeni, lakini kile kilichoandikwa kutoka kwa DNA. 2) kuhusu nafasi na maudhui ya tofauti (polymorphisms, yaani, vibadala vya nukleotidi) ya mfuatano mwingine unaojulikana wa DNA ya binadamu kutoka kwa mlolongo wa marejeleo (database ya SNP, SNP = Single Nucleotide Polymorphism) 29

Genomics ni eneo lililoibuka hivi karibuni la sayansi, kitu cha kusoma ambacho ni genomes za viumbe vyote, sio wanadamu tu. Moja ya maeneo ya genomics ni ujenzi wa ramani ya muhtasari wa njia za kimetaboliki ya viumbe hai, inayojumuisha ramani za kibinafsi za kimetaboliki tabia ya kila kiumbe. Utambulisho wa seti fulani za jeni kwa kazi za kimetaboliki katika jenomu tofauti hupendekeza uhusiano wa utendaji kati ya jeni za seti hii katika sehemu moja ya mlolongo wa kimetaboliki. Hasa, mojawapo ya mbinu ni hii. Aina kadhaa zinasomwa (picha hapa chini), kwa mfano, bakteria. Aina tatu za kwanza zina jeni za protini 1, 3 na 6. Baadhi zina protini zilizobaki na baadhi hazina. Seti hii ya jeni (1, 3 na 6) haipo katika aina ya nne. Aina hii ya kutokuwepo kwa seti nzima ya jeni huturuhusu kudhani kwamba protini wanazosimba zimeunganishwa kwa njia fulani katika mzunguko wa kimetaboliki. Jeni za seti kama hiyo sio lazima ziko karibu kwenye jenomu. thelathini

31

Kigezo kingine cha uhusiano wa kazi kati ya jeni, ambayo hufanya kazi vizuri hasa katika bakteria, inategemea uhifadhi wa ukaribu wa jeni sawa (kwa mlolongo) katika aina tofauti za bakteria. Katika bakteria, sio kawaida kwa kikundi cha jeni kilicho pamoja kuwajibika kwa kundi la hatua za kimetaboliki zinazofuatana. Kikundi kama hicho cha jeni kinadhibitiwa katika kiwango cha uandishi kwa njia ya umoja na inaitwa operon (kitengo cha operesheni). Mara nyingi mlolongo wa jeni katika operon hupatana na mlolongo wa hatua za kimetaboliki. Kwa yukariyoti, eneo la karibu la jeni zinazohusiana kiutendaji si la kawaida, ingawa jeni kama hizo zimetawanyika katika jenomu zao zote, udhibiti wa unukuzi ulioratibiwa pia upo katika yukariyoti.

Hadi sasa, genomes za bakteria mia kadhaa na genome za yukariyoti kadhaa zimepangwa. Sasa tunajua kuwa katika bakteria saizi ya jenomu kamwe haipungui jozi za msingi milioni 0.5, na saizi ya juu ya genome ni kama bp milioni 10. , - katika chachu (kiumbe cha eukaryotic) - karibu milioni 12, - katika mdudu wa nematode - milioni 97, - na kwa wanadamu - jozi za nucleotide bilioni 3. - Na idadi ya jeni katika pro- na yukariyoti hutofautiana kwa idadi ndogo ya nyakati. Idadi ya chini ya jeni katika bakteria ya mycoplasma ni 470, katika chachu - 6000, katika nematode - 19,000, na kwa mtu kuhusu 20,000, yaani, sisi si tofauti sana na nematode na kuruka kwa idadi ya jeni. Kiasi cha DNA ya kromosomu kwa kila jeni ni 1000 bp katika bakteria. yaani, jeni zimefungwa sana; - katika chachu - 2000 bp. , na katika sehemu fulani jeni hutenganishwa na nafasi fulani; - katika nematode - 5000 bp. kwenye jeni na nafasi huonekana ndani ya jeni - introns; kwa binadamu - 30,000 bp. - Katika jenomu yetu kuna nafasi kubwa za interjenic na nafasi kubwa ndani ya jeni ambazo hazigeuki kuwa RNA iliyokomaa. 33

Kumbuka kwamba viumbe hivi vyote havitofautiani sana katika saizi ya nakala zilizokomaa. Katika RNA iliyokomaa, eneo la kuweka msimbo wa protini kawaida huchukua sehemu kuu ya mlolongo. Jeni zingine husimba RNA, ambayo protini haijaundwa hata kidogo. Kabla ya mlolongo wa usimbaji wa protini katika mRNA iliyokomaa kuna maeneo ya udhibiti wa utafsiri, na baada ya mlolongo wa usimbaji wa protini kuna maeneo ambayo huamua uthabiti (muda wa maisha wa RNA). Katika prokaryotes, mlolongo kabla na baada ya sehemu ya protini-coding ni mfupi sana kuliko katika eukaryotes. Kwa hivyo, kwa suala la saizi ya RNA, viumbe vyote viko karibu zaidi kuliko saizi ya jeni, na kwa suala la saizi ya protini, ziko karibu zaidi. 34

Kwa majaribio "walizima" kila jeni katika bakteria nyingi na kuangalia ikiwa wangeishi chini ya hali hizi au la. Ilibadilika kuwa katika bakteria unaweza "kuzima" (moja kwa moja) kuhusu 50% ya jeni, na bado wataishi. Katika chachu, unaweza kuzima 80% ya jeni na bado wataishi. Je, hii ilionyeshwaje kwa majaribio? Kipande cha DNA cha mwandishi huingizwa kwenye jenomu ya seli, ambayo inafanya uwezekano wa kupima kiwango cha unukuzi na tafsiri katika hatua ya kuingizwa kwa kipande hicho. Kwa hivyo inajulikana kuwa uandishi na tafsiri ya jeni la mwandishi kupitia hatua hii chini ya hali hizi, hutokea kutokana na vipengele vya udhibiti wa jeni iliyovurugwa na uingizaji wa mwandishi, ingawa jeni iliyovurugika yenyewe haifanyi kazi. Kwa hiyo, 80% ya jeni za chachu "ziliuawa" moja kwa moja na waliona kwamba kiini cha chachu bado kiliishi. 35

Katika nematode, kwa jeni 20,000, makumi kadhaa ya maelfu ya mabadiliko yalipatikana, ambayo inaonekana huathiri jeni 2,000 (kinachojulikana kama vikundi vya kukamilisha). Hii ni karibu 10% ya jeni zote za nematode. Hiyo ni, ikiwa "unazima" kuhusu 90% ya jeni, kiini kitaendelea kuishi. Kwa wanadamu, kati ya jeni 20,000, ni 1,700 tu (chini ya 10%) wamejua mabadiliko ambayo yanahusishwa na magonjwa yaliyorithiwa kulingana na Mendel kama sifa ya monogenic. 36

37

Katika suala hili, ni wazi kwamba idadi ya jeni ambayo mabadiliko yatasababisha magonjwa ya binadamu (angalau yale mabaya) uwezekano mkubwa hautaongezeka kwa kiasi kikubwa ikilinganishwa na kile kinachojulikana hadi sasa. Hifadhidata ya OMIM (Urithi wa Mendelian Mtandaoni kwa Mwanadamu) sasa inapatikana kwenye Mtandao kwa jeni ambazo mabadiliko yake husababisha magonjwa na kujidhihirisha kuwa sifa za Mendelian. Sio sehemu zote za jenomu zinazonakiliwa. Katika suala hili, swali liliibuka la kuamua kwa majaribio ni wapi na ngapi jeni ziko kwenye jenomu. Jeni moja ni sehemu ya DNA inayolingana na nakala moja iliyoundwa kutoka sehemu hii. Wakati sehemu ya DNA inapoandikwa, kinachojulikana kama pre-m kinapatikana. RNA, ambayo ina exons zote mbili (sehemu ambazo kisha hugeuka kuwa m. RNA iliyokomaa) na introns (mifuatano ya uwekaji ambayo huondolewa kutoka kwa m. RNA). Introns huondolewa kutoka kwa pre-m. RNA kupitia mchakato unaoitwa splicing. Maeneo yanayotokana na pre-m. RNA, zinazoitwa exons, huunganishwa pamoja ili kuunda uzi mmoja. Inaitwa mRNA iliyokomaa. (Baadhi ya RNA haziwekeni msimbo wa protini. Kuziita RNA za violezo hivyo vya RNA, yaani, RNA, si sahihi kiistilahi, ingawa zinalingana na jeni na zina kazi zake.) 38

MRNA iliyokomaa hutumiwa kama nyenzo kwa tafiti za majaribio ya uwepo wa jeni katika jenomu, nafasi yake na muundo wa intron-exon. Chombo cha utafiti kama huo ni microchips za kibaolojia. Hati miliki ya kwanza ya microchips ni ya timu inayoongozwa na Andrei Darievich Mirzabekov, ambaye alikuwa mkurugenzi wa Taasisi. biolojia ya molekuli RAS na mkuu wa moja ya idara za FMBF MIPT. Alipendekeza kuhamishwa kwa vipande vya syntetisk vya DNA kwenye matiti thabiti na kuchanganya matriki hii na sampuli ya asidi ya nukleiki ikichunguzwa - DNA au RNA. Jinsi ya kuchunguza ikiwa jeni lipo kweli, yaani, ikiwa sehemu fulani ya DNA imenakiliwa? Ili kufanya hivyo, jeni linawakilishwa kwenye chip kama sehemu ya mlolongo wake - oligonucleotide, ambayo imeingizwa kwenye microplate na kuratibu fulani kwenye tumbo hili. Oligonucleotidi hii inalingana na sehemu ya exon iliyotabiriwa na kompyuta kulingana na mlolongo wa DNA ya genomic. Ili kujua kama jenomu katika eneo fulani imenakiliwa kweli, seli inachukuliwa na jumla ya RNA imetengwa nayo. Kutoka kwa molekuli hizi zote za RNA, nakala za DNA hupatikana, ambazo zimeandikwa kwa fluorescently na kuchanganywa na oligonucleotides immobilized kwenye microchip. Ikiwa, chini ya hali hizi, baadhi ya tovuti zilizo na oligonucleotides ni "kimya" (zinaonyeshwa kwa rangi nyeusi), hii ina maana kwamba sehemu ya mlolongo wa genomic inayosaidia oligonucleotide hii haijaandikwa. Ikiwa eneo la tumbo "linawaka," inamaanisha kuwa oligonucleotidi katika eneo hili zimechanganywa na bidhaa iliyo na lebo ya umeme, ambayo ni, sehemu inayolingana ya jenomu imenakiliwa na kwa kweli ni sehemu ya jeni fulani.

40

Katika jaribio la kweli, maeneo yote kwenye tumbo "yanaangaza" kwa kiwango kimoja au kingine. Kwa hivyo, bila kulinganisha na kiwango fulani, haiwezekani kusema ni nini husababisha kuonekana kwa ishara katika eneo fulani la chip. Kuamua ikiwa matokeo yaliyopatikana ni kosa la majaribio au la, kulinganisha kwa vitu viwili hufanywa. Ili kufanya hivyo, seli fulani A zinachukuliwa, RNA hupatikana kutoka kwao, na zimeandikwa kwa fluorescent (katika nyekundu kwenye slide). Vile vile hufanyika na seli B, lakini RNA imeandikwa na rangi tofauti (kijani). Kisha chip ni mseto na mchanganyiko wa maandalizi haya mawili ya RNA. Ikiwa ishara katika eneo fulani kwenye chip inageuka kuwa nyekundu, basi katika seli A uandishi wa jeni hili ni nguvu zaidi kuliko seli B. Ikiwa ishara ni ya kijani, basi uandishi una nguvu zaidi katika seli B. Ikiwa kuna kiasi sawa cha nyekundu na kijani, basi matokeo yatakuwa njano. Kwa hivyo, inawezekana kulinganisha kiwango cha uandishi wa jeni fulani ndani seli tofauti- B, C, D, nk, kuhalalisha kwa kiwango cha uandishi wa jeni hili katika seli A. Wakati huo huo, maandishi ya jeni yanalinganishwa katika tishu tofauti huonyeshwa tofauti ndani yao. Unaweza kulinganisha tumor na moja ya kawaida, basi jeni hizo zinatambuliwa ambazo zimeandikwa kwa nguvu zaidi katika tumor au katika hali ya kawaida. Unaweza kuangalia hatua tofauti za ukuaji, jinsi jeni hufanya kazi katika ukuaji wa kiinitete na katika utu uzima. Kwa hivyo, mseto kwenye safu ndogo hufanya iwezekane kujua ni jeni gani kwenye genome iliyoandikwa chini ya hali fulani, na hii ndio jinsi inavyodhihirisha maisha yake. 41

42

Mseto kwenye safu ndogo hufanya iwezekane kujaribu utabiri wa kompyuta hiyo kipande hiki jenomu ni exon (eneo lililosalia katika mRNA iliyokomaa) na kwa kweli inanakiliwa. Kila jeni haifai kuonyeshwa katika tishu zote na chini ya hali zote. Kwa hivyo, hali nyingi na tishu lazima zichunguzwe ili kutambua maeneo yote ya genome yanayolingana na exons. Kwenye slaidi, kila mseto kwenye chip fulani unalingana na aina moja ya tishu au hali ya utendaji wake. Idadi ya exons katika kila kromosomu ambayo kuwepo kwake kumethibitishwa kwa majaribio imeonyeshwa kwa rangi nyekundu. Kila chip ina pedi za uchunguzi za oligonucleotide 1,090,408 zinazolingana na kila moja ya exons 442,785 zilizotabiriwa na kompyuta. Oligonucleotides katika pedi zinahusiana na strand ya DNA iliyoandikwa na strand ya ziada. Katika jenomu ya binadamu, unukuzi wa viambato vya ziada vya DNA ni tabia ya sehemu ndogo ya jeni. Jeni kama hizo hupishana na inawezekana zinadhibitiwa katika kiwango cha unukuzi. Katika bakteria, mwingiliano wa jeni ni wa kawaida zaidi kuliko katika yukariyoti. 43

44

Mipangilio midogo inaweza kutumika kuchunguza mabadiliko katika kiwango cha unukuzi wa jeni unaohusishwa na mwanzo au kuendelea kwa ugonjwa (kwa mfano, uvimbe au wa kuambukiza). Inachukuliwa kuwa kila ugonjwa una sifa ya barcode yake - mabadiliko katika kiwango cha uandishi wa seti ya jeni tabia ya ugonjwa huu. Uchambuzi huu ni muhimu sana kwa kuboresha uchunguzi wa kazi katika dawa. 45

Tulifanya jaribio kama hilo. Sampuli za RNA zilichukuliwa kutoka kwa tumors katika vikundi viwili vya wagonjwa. Kulikuwa na metastases katika kundi moja na sio kwa lingine. Metastases ni kuibuka kwa foci mpya ya tumor katika mwili, iliyotengwa kwa anga na foci ya asili. Kwenye chip hii kuna mpaka mkali kati ya vikundi vya maeneo ya kijani na nyekundu. Hiyo ni, jeni zinaonekana, mabadiliko katika kiwango cha kujieleza ambacho ni tabia ya hatua ya metastasis ya tumor, ambayo inaweza kutumika kutambua hatua hii. Hadi sasa njia hii ya uchunguzi haijatengenezwa. Inachukuliwa kuwa katika siku zijazo, kwa mabadiliko ya barcode katika kujieleza katika seti fulani ya jeni, itawezekana kutambua magonjwa maalum na hatua za maendeleo yao, na kwa hiyo kujua jinsi ya kutibu. 46

47

Hebu tufanye mafungo madogo. Ramani za maumbile zimeundwa kwa spishi nyingi. Katika spishi zilizo na ramani za kina za urithi, utaftaji wa majaribio wa mabadiliko yanayohusiana na mabadiliko ya kimofolojia yaliyorekodiwa hufanywa. Slaidi inaonyesha mchoro wa kazi kama hiyo kwenye samaki. Kwanza, mutagenesis inafanywa. Baada ya hayo, mahuluti ya kizazi cha kwanza hupatikana. Zinatumika kwa kurudi nyuma na wazazi waliobadilika. Ikiwa inageuka kuwa sifa fulani hugunduliwa, basi wanaangalia ni alama gani za maumbile ambazo zimerithiwa. Kwa njia hii, inachunguzwa ni jeni gani zinazoharibiwa na mabadiliko yanayogunduliwa kwa njia ya kawaida. 48

Kwa muhtasari wa yaliyo hapo juu, jeni (mabadiliko) ambayo huamua sifa za kimofolojia au biokemikali zinaweza kutambuliwa baada ya mutagenesis ya jenomu kote (km, EMS) na uchunguzi wa kijeni. Ili kufanya hivyo, uchanganuzi wa urithi wa ushirikiano wa aleli iliyosomwa na alama za DNA ya polymorphic unafanywa, kufunika jenomu nzima katika mlolongo unaojulikana, na umbali kati ya ambayo ni ndogo ya kutosha kuainisha aleli iliyosomwa kama moja ya vipindi. ya ramani ya maumbile. 49

Slaidi hii inaonyesha kwamba kuna bakteria ambayo inaweza kuwa na jeni zaidi kuliko, kwa mfano, chachu. Tumezoea kufikiria kuwa bakteria ni rahisi, lakini hii sio wakati wote. Kuna bakteria ambazo zina karibu jeni elfu 10. 50

51

Slaidi hii inaangazia kwamba ingawa idadi ya jeni inatofautiana kati ya spishi, idadi ya kinachojulikana kama vikoa vya protini ( vitengo vya miundo katika protini, inayohusika na kazi moja) hutofautiana ndani ya falme tofauti za maisha (prokaryotes na eukaryotes) hadi mara moja na nusu, hakuna zaidi. Kwa kweli, mchanganyiko wa vikoa hivi ni tofauti, lakini vikoa vyenyewe vinafanana, ambayo ni kwamba, zimesimbwa na mikoa ya genome ambayo ni sawa katika mlolongo wa nyukleotidi, na maeneo haya yanayofanana yana asili ya kawaida katika mageuzi. Taarifa ya kinyume itakuwa si sahihi. Kwa sababu tu kazi za protini zinafanana haimaanishi kuwa muundo wao utakuwa sawa. Kazi sawa, kwa mfano, mchakato huo wa kichocheo, unaweza kufanywa na protini tofauti ambazo hazihusiani na asili. Mchakato huo unaweza hata kuchochewa na protini 52 na RNA (ribozime), ambazo hazina uhusiano wowote wa asili.

Slaidi hii inaonyesha maadili ya wastani ya sifa za vipengele mbalimbali vya jeni za binadamu. Ukubwa wa wastani exon - 145 nucleotides, intron - 3365, nk Kwa jumla, inageuka kuwa sehemu ya protini-coding ya jeni ni ndogo ikilinganishwa na sehemu ya protini isiyo ya coding, kwa hiyo, wakati mabadiliko yoyote yanatokea, kuna uwezekano mkubwa. kwamba sehemu ya protini isiyo na msimbo itabadilika. Mabadiliko kama haya hayataathiri muundo wa protini hata kidogo, au itasababisha mabadiliko katika idadi yake, lakini sio muundo (mabadiliko ya tovuti za udhibiti wa uanzishaji wa nakala au uthabiti wa RNA), au itasababisha mabadiliko makubwa katika muundo wa RNA (mabadiliko). katika malengo ya kuunganisha). 53

Usambazaji wa jeni za binadamu kwa ukubwa Ukubwa, jozi elfu za msingi 500% ya jumla ya idadi 23, 3 35, 6 20, 2 13, 0 6, 7 1, 2 54

Muundo wa jumla Jenomu ni kama ifuatavyo (ukubwa wa jenomu ya binadamu ni 3200 Mb) Jeni huchukua Mb 1200 tu. Sehemu kubwa ya nafasi hii imeundwa na pseudogenes (jeni zisizofanya kazi ambazo hazijaamilishwa na mabadiliko), vipande mbalimbali vya jeni na introns. Exons za jeni zinazofanya kazi (jumla ya urefu wa RNA zilizokomaa) ni 48 Mb. Kuna ujanja hapa, kwani kwa pre-m moja. Kwa wastani kuna RNA 1.4 zilizokomaa. Na kutoka kwa mRNA moja iliyokomaa, katika hali zingine, hadi protini elfu zinaweza kupatikana. DNA ya Intergenic inachukua 2000 Mb inawakilishwa hasa na mlolongo mfupi wa kurudia uliotawanyika katika genome, ambayo inachukua 1400 Mb. Moja ya marudio haya ni kurudia kwa Alu, karibu 300 bp kwa muda mrefu. , mara kwa mara katika genome mara milioni. Aina nyingine mashuhuri ya marudio yaliyotawanyika ni marudio marefu ya wastaafu (LTRs). Vipengele hivi ni ushahidi wa molekuli wa kipande cha DNA kuruka ndani ya jenomu. Jumla ya urefu Kuna 250 Mb ya tovuti kama hizo kwenye molekuli ya DNA. 55

Idadi ya jeni kwa wanadamu inakadiriwa kuwa 20 - 25 elfu (makadirio ya 2001 - 35 - 40 elfu). 56

Sehemu kuu ya genome ya binadamu haijachukuliwa na jeni: 63-74% ya urefu ni nafasi za intergenic, nusu yao ni kurudia. Jeni ya mwanadamu ni "tupu" ya ndani: 95% ya DNA ya intragenic hukatwa (introns). Urefu wa jumla wa maeneo ya usimbaji wa protini ni takriban 1% ya DNA ya jeni ya binadamu. Hii ni mara 3 tu ya urefu wa genome ya bakteria. 57

Kumbuka: Kati ya jeni 26,383 na 39,114 za binadamu zimetabiriwa na kompyuta (mwaka 2001), lakini ni chini ya 7,000 tu ambazo zimethibitishwa kwa wanadamu. Na kwa zaidi ya 80% ya jeni, muundo huo angalau kwa kiasi fulani ulirekebishwa katika kipindi cha 2001 hadi 2003 na unaendelea kusafishwa kwenye microchips. Sasa idadi iliyotabiriwa ya jeni kwa wanadamu ni elfu 20-25, na uwepo wa karibu 19,000 kati yao umethibitishwa kwa majaribio - nakala zinaundwa kutoka kwao. Ufafanuzi unaopatikana kwa sasa wa jeni (jeni ni kipande cha DNA ya jenomu yenye vijisehemu vidogo vidogo) haujakamilika. Kwa mfano, nakala kutoka kwa minyororo miwili inawezekana. Jeni fupi na jeni zisizo na usimbaji za protini hazitambuliki vizuri. Kuna angalau elfu moja, lakini idadi kamili haijulikani. Jeni kama hizo pia ni jeni, ingawa hazisimba protini. Ni jeni kwa sababu zinatengeneza RNA. Zaidi ya hayo, RNA ya baadhi ya jeni zisizo za kusimba zinajumuisha exoni kadhaa. Hiyo ni, seli inahitaji RNA hizi kwa sababu fulani, lakini bado hatuelewi kwa nini. 58

59

Tuseme nakala ya mRNA iliyokomaa imeundwa, na inaweza kuwa na exons 1, 2, 3. Hii haimaanishi kwamba itakuwa lazima iwe na zote. Tunaweza kuwa na RNA ambayo ina exons 1 na 2 au exons 1 na 3, na kwa sababu hiyo, protini tofauti zitaundwa kutoka kwao. Njia hii ya kuchakata taarifa za kijeni inaitwa mbadala. "Inafanya kazi" katika sikio la ndani, hasa, protini hii iko kwenye villi, ambayo ni wajibu wa kutambua sauti ya sauti. Inajumuisha exoni 35 (rectangles katika takwimu), 8 ambazo (bluu) zinaweza kuwepo au kutokuwepo katika mRNA iliyokomaa. 8 inawezekana! = lahaja 40,320 za viungo, lakini ni takriban 500 tu kati yao ambazo zimegunduliwa. Kunaweza kuwa hakuna wengine, yaani, asili haipaswi, kwa ujumla, kutekeleza chaguzi zote zinazowezekana. 61

62

Jukumu la kibaolojia splicing nyingi ni kama ifuatavyo. Aina tofauti Seli za nywele za sikio la ndani hujibu sauti za masafa tofauti kutoka kwa hertz 20 hadi 20,000. Tofauti za seli katika utambuzi wa marudio huamuliwa kwa sehemu na sifa za aina mbadala za viunzi vya protini ya Slo. Jinsi chaguo kati ya lahaja za viungo huamuliwa haijulikani. Kuna matukio ambapo maelfu ya protini tofauti huundwa kutoka kwa locus moja. Hizi ni pamoja na, hasa, protini zinazoundwa juu ya uso seli za neva. Kwa hivyo, wanaonekana kuhusika kwa namna fulani katika utambuzi wa marafiki, na katika malezi mitandao ya neva. Katika kesi hii, sio tu exons au introns zinazotolewa, lakini tovuti mbadala ya unukuzi pia inaweza kupatikana. Kesi kama hizo zinajulikana, haswa kwa wanadamu, wakati jeni tofauti zina watangazaji kadhaa tofauti, ambayo kila moja hutoa RNA yake, ambayo, kulingana na mahali ilipoanzia, kutakuwa na exon ya ziada inayohusishwa na urefu tofauti wa nakala. 5' -mwisho. 63

64

Utaratibu wa kuunganisha Mchakato wa kuunganisha exon moja hadi nyingine hutokea katika sehemu za mlolongo fulani wa nyukleotidi. Tovuti ya wafadhili wa viungo daima huishia katika moja ya dinucleotidi mbili, kwa kawaida AG. Kwanza, mashambulizi ya nucleophilic ya exon ya wafadhili hutokea, kisha kukatwa hutokea, kipande cha GU kimefungwa na kushikamana na A. Kisha sehemu ya pili hukatwa, exon ya kwanza imeunganishwa na pili, na intron huundwa. 65

66

Ukiangalia ni sehemu gani ya jeni inayoundwa na exons, nakala kubwa inayojulikana (kutoka jeni ya myodystrophin) ina urefu wa takriban nyukleotidi milioni 2.5. Ndani yake, nucleotides elfu 14 (0.6%) hupita kwenye sehemu ya kukomaa ya RNA, na 99.4% iliyobaki ya nakala ya msingi hutupwa nje (introns). Kadiri saizi ya jeni kwenye kromosomu inavyoongezeka, sehemu yake ya kuweka msimbo wa protini huongezeka kidogo, na idadi ya introni katika jeni huongezeka. Kadiri idadi ya introni inavyoongezeka, idadi ya tovuti za viungo na uwezekano wa uharibifu wao huongezeka. Kwa hiyo, kwa jeni zilizo na idadi kubwa ya introns, kupoteza kazi wakati wa mabadiliko inaweza kuhusishwa si kwa sehemu ya protini-coding ya DNA, lakini kwa vipengele vya udhibiti wa kuunganisha. Mpangilio wa jenomu ya binadamu umeonyesha kuwa baadhi ya exoni hurudiwa mara nyingi katika jenomu. Hii inaweza kuwa marudio ya exoni ndani ya jeni moja, au kuwepo kwa exoni sawa ndani ya jeni kadhaa tofauti. Inabadilika kuwa exons, vitu kuu vya muundo wa RNA, ambayo ni, vitu vya kuweka alama za protini, wakati wa mchakato wa mageuzi vinaweza kuzidisha kwa njia fulani kwenye genome na "kuchanganya" kati ya jeni tofauti. Jambo hili linaitwa exon shuffling - exon shuffling. Chini ni protini tofauti ambazo zina exons sawa. Kwa hivyo, zinageuka kuwa mageuzi mara nyingi huzuia mabadiliko katika genome, na sio mabadiliko ya uhakika. 67

68

69

Kufikia 2001, zaidi ya 40% ya jeni za binadamu hazikuwa na kazi inayojulikana. Na kwa wengine, mpangilio ulikuwa wa kawaida kabisa. Kuwa wa darasa moja la kazi la protini hakuzuii mali yake ya darasa lingine. Kwa mfano, ukweli kwamba protini hufunga kwa DNA haimaanishi kwamba haiwezi pia kuwa enzyme, nk. Hii ni sifa ambayo imetolewa kwa jeni kwa sehemu hiyo ambayo inahusishwa na kazi ya sifa, lakini; Kwa ujumla, protini kama hiyo inaweza kuwa na kazi zaidi ya moja. Jeni nyingi zinawajibika kwa kujieleza, kunakili na kudumisha kazi za jenomu; karibu 20% ni kwa ajili ya kusambaza ishara kati ya seli, karibu 17% ni kwa ajili ya kuhakikisha kwamba seli yenyewe ni nzuri, na kwa wengine kazi hazijaainishwa. Inabadilika kuwa wanadamu, ikilinganishwa na chachu, bakteria, nk, wana jeni nyingi za udhibiti wa unukuzi katika jenomu zao. Hiyo ni, vidhibiti vya maandishi vimeongezeka sana katika safu ya mageuzi ya mamalia, haswa wanadamu. Inachukuliwa kuwa anuwai ya vidhibiti vya unukuzi hutoa ujanja zaidi katika mwitikio wa jenomu kwa ishara za mazingira. Hiyo ni, mamalia wana idadi kubwa ya ensembles za jeni zilizoandikwa kwa uratibu kuliko vikundi vingine. 71

72

73

Ifuatayo ni jinsi kipande cha jenomu la binadamu kinavyoonekana (≈50,000 bp). Takriban nusu ya urefu wa kipande hiki cha DNA huchukuliwa na vipengele ambavyo muundo na utendaji wake unaeleweka. Miongoni mwa vipengele hivi kuna jeni (exons na introns) na pseudogenes - kuna jeni za kazi, na kuna nakala zao zisizo za kazi. Kawaida hazina introni (inaaminika kuwa baada ya maandishi na mabadiliko ya RNA iliyokomaa, mchakato wa kuiingiza kwenye jenomu kwa namna ya nakala ya DNA inawezekana; basi itakuwa jeni iliyo na "mkia" wa ziada. na isiyo na introns). Pamoja na muda mfupi (SINE) na mrefu (LINE) kurudia kutawanywa, kurudia kwa muda mrefu wa terminal (LTR) - athari zilizoachwa baada ya uhamisho, transposons, microsatellites. 74

75

Kufikia 2001, "jeni za ugonjwa" 1,112 (yaani, zile ambazo mabadiliko husababisha ugonjwa) zilitambuliwa katika genome ya binadamu, na pia kuna jeni 94 za "kiwanja" zilizoundwa wakati wa upangaji upya wa genome ya tumor. Hadi sasa, utaratibu umefunuliwa hasa kwa magonjwa hayo yanayoathiri sehemu ya protini-coding ya jeni. Inawezekana kwamba hakuna mabadiliko machache zaidi yanayosababisha magonjwa yatapatikana katika maeneo yanayodhibiti unukuzi, uunganishaji, na uthabiti wa RNA. 76

77

Kulingana na mawazo kufikia Machi 2005, binadamu wana jeni 24,000 za kuweka misimbo ya protini, ambapo jeni 1,700 zinahusishwa na magonjwa. Kuna mabadiliko 44,500 yanayohusiana na magonjwa yanayopatikana katika jeni hizi 1,700 (wastani wa 26 kwa kila jeni). Lakini kwa mabadiliko 10,000 yaliyobaki yanayojulikana, muunganisho kama huo haujatambuliwa. 20% ya vifo nchini Marekani hutokea kutokana na ukweli kwamba dawa ilichukuliwa ama kwa njia mbaya au kwa njia mbaya. Lakini hii si kutokana na kutokuwa na uwezo wa madaktari, lakini kwa ukweli kwamba sisi sote ni tofauti ya maumbile. Magonjwa yana malengo mengi, na ikiwa unapiga lengo lisilofaa, basi dawa hiyo haitakuwa na manufaa, na kwa hiyo inaweza kuwa na madhara. Mtu anaweza kuwa na majibu maalum kwa dawa fulani (kiwango cha kimetaboliki ni cha chini sana au cha juu sana). Na katika nchi yetu, sababu kuu ya kifo kati ya watu wazima ni ulevi. Sababu hii ya msingi imefichwa nyuma ya ufafanuzi wa "jeraha" (viwanda, kaya, barabara, nk), ambayo imeonyeshwa kama sababu ya kifo. Uwiano umefunuliwa kati ya matumizi ya pombe katika nchi yetu na umri wa kuishi: wakati unywaji wa pombe unapungua, umri wa kuishi hupanda, na kinyume chake. 78

Ikiwa protini mbili zina sifa ya mfuatano wa asidi ya amino sawa (juu ya urefu muhimu hadi ambao ulinganifu unaweza kuwa mabaki bila mpangilio), basi huwa na mlolongo wa kawaida wa mababu, na jeni inayolingana ya babu. Idadi ya miundo ya mababu katika protini ni mdogo sana. Kwa mfano, kulikuwa na jeni moja katika genome, na kisha kulikuwa na mbili (kurudia). Baada ya muda, mabadiliko ya chembe za urithi yalibadilisha jeni hizi kila moja kwa njia yake. Na kisha aina hii ilitoa aina mbili mpya (tazama takwimu hapa chini). Jeni hizi zote ni "jamaa" (homologues), lakini zina majina tofauti. Jeni za homologous ambazo tunazingatia ndani ya spishi tofauti huitwa orthologs, na jeni za homologous katika jenomu moja huitwa paralogi. 79

80

Ulinganisho wa jeni hizo zinazohusiana mara nyingi hutumiwa katika masomo ya mageuzi. Genomics ya mabadiliko (genomics linganishi) hutumiwa sana katika dawa. Mfano wake matumizi ya vitendo. Watu huwa wanene kwa sababu mbalimbali. Hasa, kuna aina za familia ambazo ni Mendelian. Kwa wanadamu, mabadiliko ambayo husababisha ugonjwa huu hayajapangwa. Aina kama hiyo ya fetma ilizingatiwa katika panya. Katika panya, hii ilipangwa kwa vinasaba (kwa kweli, sio jeni ambalo limepangwa, lakini mabadiliko halisi katika jeni). Tulipanga eneo karibu na mabadiliko haya, kisha tukapata mfuatano sawa wa nyukleotidi katika jenomu ya binadamu. Imebainika ni wapi katika genomu ya mwanadamu tunapaswa kutafuta mabadiliko ambayo husababisha unene kwa wanadamu. Kupima eneo hili la genome ya binadamu kwa watu wagonjwa na kuilinganisha na mlolongo sawa wa nyukleotidi kwa watu wenye afya njema ilithibitisha kuwa mabadiliko ya jeni hili kwa wanadamu, kama vile panya, husababisha fetma.

Data juu ya idadi ya jeni zinazohusika katika ukuzaji na utendakazi wa baadhi ya viungo vya binadamu na tishu 82

83

86

Jenomu ya anemone ya baharini iligeuka kuwa tata kama ile ya binadamu. Babu wa mwisho wa anemoni wa baharini, wanadamu na nzi inaonekana waliishi karibu miaka milioni 700 iliyopita na tayari walikuwa na genome ngumu sana. "Programu" ya msingi ya maumbile ambayo iliongoza maendeleo ya wanyama wa kwanza iligeuka kuwa na mafanikio na rahisi sana kwamba mageuzi ya baadaye ya wanyama yalihakikishwa hasa na mabadiliko katika "mipangilio" yake, na si katika "usanifu". Jenomu ya mwanadamu iligeuka kuwa sawa zaidi na genome ya anemone ya bahari (kwenye picha - anemone ya bahari Nematostella) kuliko genome za nzi na minyoo. Picha kutoka kwa tovuti ya genome. jgipsf. Taasisi 87

88

89

Jenomu ni muundo kamili wa DNA wa seli. Genomics ni tawi changa, linaloendelea kwa kasi la jeni ambalo husoma kanuni za kuunda jenomu na shirika lao la kimuundo na utendaji. Jenomiki ya muundo huchunguza mfuatano wa nyukleotidi wa DNA, ikijumuisha muundo na ujanibishaji wa jeni. Moja ya kazi za genomics za miundo ni ujenzi wa ramani za maumbile ya viumbe. Jenomiki inayofanya kazi hutatua tatizo la kutambua kazi za maeneo ya jenomu binafsi na taratibu za mwingiliano wao katika mkusanyiko wa seli. Mawazo ya kisasa kuhusu genome ya binadamu yanatokana na uvumbuzi kadhaa wa biolojia ya molekuli katika miaka ya 70 ya karne ya ishirini, kuu ambayo ni ugunduzi wa mmenyuko wa polymerase (PCR), ambayo inaruhusu mtu kupata kiasi cha kutosha cha DNA kwa uchambuzi. , na uundaji wa mbinu za mpangilio zinazoruhusu mtu kubainisha mlolongo halisi wa nyukleotidi katika nyuzi za DNA. 90

Mwishoni mwa miaka ya 1980, Mradi wa kimataifa wa Jenomu ya Binadamu ulianza, kazi kuu ambayo ilikuwa ni mpangilio wa jenomu la binadamu. Mfuatano kamili wa jenomu la binadamu ulikamilishwa mnamo 2000. Mpangilio wa jenomu la binadamu umesababisha ugunduzi wa idadi kubwa ya polimafimu za nyukleotidi moja (SNPs) - lahaja za kijeni za mlolongo wa nyukleotidi wa eneo moja la DNA katika watu tofauti. SNP zinazosambazwa kote kwenye jenomu hutumika kama viashirio vya kijenetiki. Kulingana na hesabu za wataalamu wa maumbile, watu wanafanana 99.9% katika mlolongo wa nukleotidi. Kwa hivyo, tofauti za maumbile kati ya watu hutoka kwa tofauti katika 0.1% tu ya genome. Data ya mfuatano imeonyesha kuwa kuna zaidi ya jeni 30,000* tu katika jenomu ya binadamu. Jeni nyingi zina ukubwa wa hadi jozi 50,000 za msingi. Idadi ya bidhaa za protini zilizounganishwa huzidi idadi ya jeni kwa mara 1.5-2. Hii ni matokeo ya uunganisho mbadala. 91

Mwishoni mwa miaka ya 1980, Mradi wa kimataifa wa Jenomu ya Binadamu ulianza, kazi kuu ambayo ilikuwa ni mpangilio wa jenomu la binadamu. Mfuatano kamili wa jenomu la binadamu ulikamilishwa mnamo 2000. 92

Lengo la mradi huu lilikuwa kuamua mlolongo wa besi katika molekuli zote za DNA katika seli za binadamu. Wakati huo huo, ujanibishaji wa jeni zote lazima uanzishwe, ambayo ingesaidia kujua sababu ya magonjwa mengi ya urithi na kwa hivyo kufungua njia ya matibabu yao. Ili kukabiliana na suluhu la tatizo la kuchora jeni za binadamu, malengo makuu matano yaliundwa: 1) Kamilisha utungaji wa ramani ya kina ya kijenetiki ambayo jeni ambazo zimetenganishwa kutoka kwa kila mmoja kwa umbali usiozidi wastani wa milioni 2. besi (milioni 1) zingewekwa alama kwa kawaida huitwa megabases); 2) tengeneza ramani za kimwili za kila kromosomu (azimio 0.1 MB); 3) pata ramani ya genome nzima kwa namna ya clones yenye sifa (msingi elfu 5 kwa kila clone au 5 Kb); 4) kukamilisha mpangilio kamili wa DNA (azimio la msingi mmoja) ifikapo 2004; 5) weka jeni zote za binadamu kwenye ramani ya mfuatano iliyokamilishwa kikamilifu (ifikapo 2005). 94

Ilitarajiwa kwamba wakati malengo haya yote yatafikiwa, watafiti wangeamua kazi zote za jeni na kuunda njia za kibaolojia na matumizi ya matibabu data iliyopokelewa. Baada ya kuzingatia kasi ya kuongeza kasi ya kazi ndani ya mfumo wa Mradi wa Jeni la Binadamu, viongozi wa mradi huu walitangaza mnamo Oktoba 23, 1998, kwamba programu hiyo ingekamilika mapema zaidi kuliko ilivyopangwa, na kuunda "Malengo Mapya ya Genome ya Binadamu. Mradi: 1) kukamilika kukamilika mnamo Desemba 1998 kazi ya kupanga mpangilio wa genome ya "roundworm" C. elegans (hii ilifanyika kwa wakati); 2) uchambuzi kamili wa awali wa mlolongo wa DNA ya binadamu kufikia 2001, na mlolongo kamili ifikapo 2003; 3) ramani ya jenomu ya nzi wa matunda kufikia 2002; 4) anza kupanga jenomu ya panya kwa kutumia mbinu za DNA ya kromosomu ya chachu (kamilisha mradi huu kufikia 2005). Mbali na malengo hayo, yaliyojumuishwa rasmi katika mradi unaoungwa mkono na serikali ya Marekani na serikali nyingine kadhaa, vituo kadhaa vya utafiti vimetangaza majukumu ambayo yatatekelezwa kimsingi kupitia taasisi za kibinafsi na wafadhili. Kwa hiyo, wanasayansi kutoka Chuo Kikuu cha California (Berkeley), Chuo Kikuu cha Oregon na Kituo cha Utafiti wa Saratani ya Freud Hutchinson walianza mpango wa Genome ya Mbwa. Jumuiya ya Kimataifa ya Mipangilio iliamua mnamo Februari 1996 kwamba mfuatano wowote wa nyukleotidi wa ukubwa wa kb 1-2 lazima utangazwe kwa umma (kupitia mtandao) ndani ya saa 24 baada ya kubainishwa kwake. 95

JE, NINI KITAFANYIKA BAADA YA UCHAMBUZI WA GENOME ZA MWANADAMU KUKAMILIKA? Kazi kuu ya kimkakati ya siku zijazo imeundwa kama ifuatavyo: kusoma tofauti za nukleotidi moja katika DNA katika viungo mbalimbali na seli za watu binafsi na kutambua tofauti kati ya watu binafsi. Uchambuzi wa tofauti kama hizo utafanya iwezekanavyo sio tu kukaribia uundaji wa picha za jeni za watu binafsi, ambayo, haswa, itafanya iwezekanavyo kutibu magonjwa, lakini pia kuamua tofauti kati ya idadi ya watu. Na pia kutambua maeneo ya kijiografia kuongezeka kwa hatari, ambayo itasaidia kutoa mapendekezo wazi juu ya haja ya kusafisha eneo kutokana na uchafuzi na kutambua vituo vya uzalishaji ambapo kuna hatari kubwa ya uharibifu wa genomes ya wafanyakazi. Jukumu hili kubwa linaleta sio tu matarajio mazuri ya manufaa ya wote, lakini pia wasiwasi kati ya wanasheria na wapigania haki za binadamu binafsi. Hivyo, hasa, pingamizi zinatolewa dhidi ya kuenea habari za kibinafsi bila maamuzi ya walioathirika. Mfano mmoja husaidia kuelewa wasiwasi huu: tayari sasa Makampuni ya bima wakikusudia kupata taarifa hizo kwa ndoana au kwa hila, wanakusudia kutumia data dhidi ya wale wanaowawekea bima. Kwa mfano, ikiwa mwombaji wa bima ana jeni inayoweza kusababisha magonjwa, kampuni hazitaki kuwawekea bima watu kama hao hata kidogo au kujaribu kutoza kiasi kikubwa sana cha bima zao. Kulingana na hili,. Bunge la Marekani tayari limepitisha sheria kadhaa zinazolenga kukataza kabisa uenezaji wa taarifa za kinasaba kuhusu watu binafsi 96 wanasheria wanafanya kazi kwa bidii katika mwelekeo huu.

Maeneo ya utumiaji kivitendo wa uhandisi kijenetiki Uundaji wa mimea inayobadilika jeni Miaka 10 tu iliyopita, bayoteknolojia ya mimea ilibaki nyuma sana katika ukuzaji wake, lakini katika kipindi cha miaka 3 iliyopita kumekuwa na utolewaji wa haraka wa mimea inayobadilika jeni yenye sifa mpya muhimu kwenye soko. Mimea ya transgenic nchini Marekani ilifunika ekari milioni 3 mwaka 1996, iliongezeka hadi ekari milioni 15 mwaka 1997, ekari milioni 60 mwaka 1998, na ekari milioni 80 mwaka jana. Kwa kuwa aina kuu za mahindi, soya, na pamba zenye upinzani dhidi ya viua magugu na wadudu zimejidhihirisha vyema, kuna kila sababu ya kutarajia kwamba eneo lililo chini ya mimea iliyotengenezwa kwa vinasaba mwaka 2001 litaongezeka mara 4-5. Mnamo Aprili 1998, asilimia ya aina za mimea katika kilimo ilikuwa: mahindi - 6, soya - 12, pamba - 15, nyanya -

Tatizo jingine lilizuka kwa matibabu. Licha ya mafanikio makubwa ya dawa za kisasa, dawa zinazozalishwa leo ni ghali sana kwamba ¾ ya idadi ya watu ulimwenguni sasa wanategemea kabisa mbinu za matibabu za kitamaduni za kisayansi, haswa juu ya utayarishaji wa mitishamba ambao haujasafishwa. KATIKA nchi zilizoendelea Dawa zinajumuisha 25% ya vitu vya asili vilivyotengwa na mimea. Uvumbuzi miaka ya hivi karibuni(dawa za antitumor: taxol, podophyllotoxin) zinaonyesha kwamba mimea itabaki kuwa chanzo cha vitu muhimu vya biolojia (BTA) kwa muda mrefu, na kwamba uwezo wa seli ya mimea kuunganisha BTA tata bado unazidi kwa kiasi kikubwa uwezo wa synthetic wa mhandisi wa kemikali. . Ndiyo maana wanasayansi wamechukua tatizo la kuunda mimea ya transgenic. Historia ya uhandisi wa maumbile ya mimea ilianza 1982, wakati mimea iliyobadilishwa vinasaba ilipatikana kwanza. Mbinu ya mageuzi inategemea uwezo asilia wa tumefaciens ya bakteria ya Agrobacterium kurekebisha mimea. Mitindo ya Agrobactrium iliyojengwa upya iliyo na lahaja zisizo za oncogenic za plasmidi za Ti na kuwa na ongezeko la virusi vimekuwa msingi wa mojawapo ya mbinu maarufu zaidi za mabadiliko. 98

Hapo awali, mabadiliko yalitumiwa kwa mimea ya dicotyledonous iliyotengenezwa kwa vinasaba, lakini kazi ya hivi karibuni inaonyesha kuwa njia hii pia inafaa kwa mahindi, mchele na ngano. Njia nyingine ya mabadiliko iliyoenea ni teknolojia inayotegemea tishu za bombarding na chembe ndogo za dhahabu (au metali nyingine nzito) iliyofunikwa na suluhisho la DNA. Aina zote za kibiashara zinazokuzwa kwa sasa zinapatikana kwa kutumia njia mbili zilizo hapo juu. Silaha ya kisasa ya njia za mabadiliko, hata hivyo, ni pana sana na inajumuisha njia kama vile kuanzisha DNA kwenye seli uchi (protoplasts), umeme wa seli, sindano ndogo ya DNA ndani ya seli, kutoboa seli kwa kuzitikisa katika kusimamishwa kwa sindano, maambukizo ya virusi. Nakadhalika. Mimea iliyobadilishwa vinasaba na upinzani dhidi ya aina mbalimbali za madawa ya kuulia magugu kwa sasa ndiyo bidhaa iliyofanikiwa zaidi ya kibayoteknolojia. Ukweli ni kwamba teknolojia ya kibayolojia ilifanya iwezekane kufanya mrukaji kama huo, kwani iliwezekana kubadilisha kijeni upinzani wa mimea kwa dawa fulani za kuua magugu au kwa kuanzisha jeni za usimbaji wa protini ambazo hazijali. darasa hili dawa za kuulia magugu, au kupitia kuanzishwa kwa jeni zinazotoa kasi ya kimetaboliki ya viua magugu vya mimea. 99

Hadi sasa, jeni zinazosimba vimeng'enya lengwa ambazo hazijali hatua ya dawa za kuulia magugu zimeundwa, ambayo imewezesha kupata mimea isiyobadilika jeni inayostahimili viua magugu kama vile glyphostat na chlorsulfuron na imidazolinone. Jeni ambazo husimba vimeng'enya kwa ajili ya uharibifu wa baadhi ya dawa za kuua magugu pia zilitengwa, ambayo ilifanya iwezekane kupata mimea inayopingana na phosphinothricin na dalapon. Mnamo 1997, soya sugu ya Roundup iliyosambazwa na As Grow ilipewa jina la Bidhaa Bora ya Kilimo ya Marekani. Wanasayansi walikwenda mbali zaidi. Kwa kuwa mimea mingi inaweza kushambuliwa na kuliwa na wadudu, wanasayansi wa uhandisi wa jeni walifanya majaribio na bakteria inayojulikana kwa muda mrefu Bacillus-Thiringensis, ambayo hutoa protini ambayo iligeuka kuwa sumu kali kwa aina nyingi za wadudu, lakini wakati huo huo. salama kwa mamalia. , protini (delta-endotaxin, protini ya CRY) huzalishwa na aina mbalimbali za Bacillus-Thiringiensis. Hii ni prototaksini ambayo imevunjwa ndani ya matumbo ya wadudu, na kutengeneza sumu iliyoamilishwa. Protini iliyoamilishwa hufunga hasa kwa vipokezi vya midgut ya wadudu, ambayo husababisha kuundwa kwa pores na lysis ya seli za epithelial ya matumbo. 100

Mwingiliano wa sumu na vipokezi ni maalum kabisa, ambayo inachanganya uteuzi wa mchanganyiko wa wadudu wa sumu. Idadi kubwa ya aina ya Bacillus-Thiringiensis imepatikana katika asili, ambayo sumu yake hufanya kazi tu. aina fulani wadudu Maandalizi ya Bacillus-Thiringiensis yametumika kwa miongo kadhaa kudhibiti wadudu mashambani. Kuingiza jeni kwa protini hii kwenye jenomu ya mmea hufanya iwezekanavyo kupata mimea ya transgenic ambayo hailiwi na wadudu. Lakini njia hii inahitajika kazi nzuri kutoka kwa upande wa uhandisi wa jeni, katika suala la kuchagua aina zinazohitajika na kuunda miundo ya uhandisi wa vinasaba ambayo hutoa athari kubwa zaidi kwa madarasa maalum ya wadudu. Mbali na athari maalum ya spishi kwa wadudu, ujumuishaji wa jeni za sumu ya delta ya prokaryotic kwenye jenomu ya mmea, hata chini ya udhibiti wa wakuzaji hodari wa yukariyoti, haukusababisha ngazi ya juu kujieleza. Labda, jambo hili liliibuka kwa sababu ya ukweli kwamba jeni hizi za bakteria zina msingi zaidi wa adenine na thymine nucleotide kuliko DNA ya mmea. Tatizo hili lilitatuliwa kwa kuunda jeni zilizorekebishwa, ambapo moja ya jeni asili ilikatwa na vipande fulani viliongezwa, kuhifadhi vikoa vinavyosimba sehemu za kazi za sumu ya delta. Kwa mfano, kwa kutumia mbinu kama hizo, viazi zinazopinga mende wa viazi wa Colorado zilipatikana. Hivi sasa, mimea inayoitwa Bt - pamba na mahindi inachukua sehemu kuu jumla ya kiasi mimea iliyobadilishwa vinasaba ya mazao haya, ambayo hupandwa katika mashamba ya Marekani. 101

Matarajio Inatarajiwa kwamba ujuzi wa kina wa jenomu la binadamu utafungua njia mpya za maendeleo katika dawa na teknolojia ya kibayoteknolojia. Kampuni kadhaa, kama vile Myriad Genetics, zimeanza kutoa njia rahisi za kufanya vipimo vya vinasaba ambavyo vinaweza kufichua uwezekano wa magonjwa mbalimbali, ikiwa ni pamoja na saratani ya matiti, matatizo ya kutokwa na damu, cystic fibrosis, ugonjwa wa ini na zaidi. Inatarajiwa pia kwamba maelezo kuhusu jenomu ya binadamu yatasaidia katika utafutaji wa visababishi vya saratani, ugonjwa wa Alzeima na maeneo mengine ya umuhimu wa kiafya na huenda yakasababisha maendeleo makubwa katika matibabu yao katika siku zijazo. Pia, kwa mfano, mtafiti anayesoma aina fulani ya saratani anaweza kupunguza utaftaji wake hadi jeni moja. Kwa kutembelea Hifadhidata ya Jeni la Binadamu mkondoni, mtafiti huyo anaweza kuangalia kile wanasayansi wengine wameandika juu ya jeni hilo, pamoja na muundo (uwezekano) wa watu watatu wa proteni yake inayotokana, kazi yake, uhusiano wake wa mageuzi na wengine. jeni za binadamu au na jeni katika panya au chachu au nzi wa matunda, mabadiliko mabaya yanayoweza kutokea, uhusiano na jeni zingine, tishu za mwili ambamo jeni huwashwa, magonjwa yanayohusiana na jeni, au data nyingine. Zaidi ya hayo, uelewa wa kina wa mchakato wa ugonjwa katika kiwango cha biolojia ya molekuli unaweza kutoa matibabu mapya ya matibabu. Kwa kuzingatia jukumu kubwa la DNA katika biolojia ya molekuli na jukumu lake kuu katika kuamua kanuni za msingi za operesheni. michakato ya seli Kuna uwezekano kwamba ujuzi ulioongezeka katika eneo hili utachangia maendeleo ya matibabu katika maeneo mbalimbali ya umuhimu wa kiafya ambayo yasingewezekana bila hayo. 102

Uchambuzi wa kufanana katika mfuatano wa DNA wa viumbe mbalimbali pia hufungua njia mpya katika utafiti wa nadharia ya mageuzi. Katika visa vingi, maswali ya mageuzi sasa yanaweza kuulizwa kuhusiana na biolojia ya molekuli. Hakika, hatua nyingi muhimu zaidi katika historia ya mageuzi (kuonekana kwa ribosome na organelles, ukuaji wa kiinitete, mfumo wa kinga wanyama wenye uti wa mgongo) inaweza kufuatiliwa kwa kiwango cha molekuli. Inatarajiwa kwamba mradi huu utatoa mwanga juu ya maswali mengi kuhusu kufanana na tofauti kati ya wanadamu na jamaa zetu wa karibu (nyani, na kwa kweli mamalia wote). Mradi wa Tofauti wa Jeni za Binadamu (HGDP), utafiti tofauti, inayolenga kuchora maeneo ya DNA ambayo hutofautiana kati ya makabila, ambayo ilisemekana kuwa yamesitishwa, lakini kwa kweli inaendelea na kwa sasa inakusanya matokeo mapya. Katika siku zijazo, HGDP itaweza kutoa data mpya katika nyanja za udhibiti wa magonjwa, maendeleo ya binadamu na anthropolojia. HGDP inaweza kufichua siri nyuma ya hatari ya makabila kwa magonjwa maalum na kupendekeza mikakati mipya ya kukabiliana nayo. Inaweza pia kuonyesha jinsi idadi ya watu wamezoea magonjwa haya. 103

Wanasayansi waliweza "kusoma" mlolongo wa nucleotide. Lakini itachukua miaka mingi zaidi kufafanua vifaa vya urithi wa binadamu - karibu nusu ya jeni za Homo Sapiens bado hazijagunduliwa. Mfuatano wa jeni ni hatua ya kwanza katika kuelewa jenomu ya binadamu. Baada ya yote, mawazo kuhusu kazi za chembe za urithi zinaonyesha tu mpangilio ambao nukleotidi hufuata katika mfuatano wa DNA. Kwa hivyo, uchunguzi wa kwanza wa kina wa chembe ya urithi wa mwanadamu umeondoa mafumbo machache sana kuliko ilivyotarajiwa. Walakini, hii baadaye iliruhusu wanasayansi kufanya uvumbuzi kadhaa wa hali ya juu: Asilimia kubwa ya chembe zetu za urithi ziliundwa na ustaarabu wa mwanadamu. Wanasayansi wa Marekani wamegundua kwamba kuhusu jeni 1,800 (karibu 7% ya genome ya binadamu) imebadilika kutokana na uteuzi wa asili katika kipindi cha miaka elfu 50 iliyopita, yaani, wakati wa maendeleo ya ustaarabu wa binadamu. Jenomu za mahindi zilibadilika kwa takriban uwiano sawa baada ya watu kuyafuga. Hasa mabadiliko yalitokea katika jeni zinazohusika na kimetaboliki ya protini na upinzani kwa magonjwa mbalimbali. Kulingana na wanasayansi, mabadiliko haya yanaweza kuelezewa na maendeleo ya kilimo, ukuaji wa miji na kuongezeka kwa msongamano wa watu. Wanasayansi huhusisha mabadiliko katika jeni zinazohusika na shughuli za ubongo na maendeleo ya utamaduni. 105

Watu wanaoishi hata ndani pembe tofauti ardhi hutofautiana kutoka kwa kila mmoja kwa 0.1% tu. Hata hivyo, hitilafu hii ndogo katika DNA hutoa dalili za kutosha kuamua mababu wa kijiografia wa mtu binafsi. Lakini jeni za sokwe na wanadamu, ambao uhusiano wao hapo awali ulizingatiwa kuwa wa karibu zaidi, unapatana tu na 95%. Mwanadamu alikua mwanadamu miaka milioni 3 iliyopita. Wakati huo ndipo mababu wa Homo Sapiens walianza kutembea wima baada ya moja ya jeni kuzimwa. Jeni hii - Neu 5 Gc - inadhibiti uzalishwaji wa asidi ya sialic (moja ya sukari) mwilini. Watafiti wanapendekeza kwamba mabadiliko yalitokea mahali fulani kati ya kuonekana kwa babu wa kawaida wa wanadamu na sokwe na kuibuka kwa watangulizi wa Homo Sapiens. Katika viumbe vya wanyama, seli zote zimefunikwa na shell ya sukari. Mtu huyo hana hii. Wataalam wanapendekeza kwamba hii inahusishwa kwa namna fulani na ukuaji wa ubongo: wakati wa mageuzi, wakati mababu wa wanadamu wa kisasa walijitenga na mababu wa sokwe, ukubwa wa ubongo wao ulikuwa sawa. 106

Baada ya kujifunza kutofautisha rangi, mababu wa kibinadamu waliacha kuchagua washirika kwa harufu. Ukuaji wa maono ya rangi ulisababisha ukweli kwamba nyani ambao waliishi katika ulimwengu wa mashariki, na watu ambao walionekana kama matokeo ya maendeleo yao, walipoteza uwezo wa kutambua pheromones. Hii ilitokea kama miaka milioni 23 iliyopita, muda mfupi kabla ya familia kubwa ya nyani, ambayo wanadamu hatimaye walishuka, waligawanyika katika vikundi kadhaa tofauti. Wakati nyani wa kiume wanaoishi katika ulimwengu wa mashariki walipopata jeni la pili la maono ya rangi karibu miaka milioni 23 iliyopita, njia mpya ya uteuzi wa ngono ilitokea moja kwa moja. Sasa, ili kuashiria ukomavu na uwezo wa wanawake kuzaliana, walianza kutumia sio pheromones, lakini sifa za sekondari za ngono, kama vile maeneo ya rangi mkali kwenye ngozi, nk. Vipengele vya takwimu vinatambuliwa. Mpango wa maumbile Mwili huamua takwimu na ni wajibu wa uzito. Wanasayansi waligundua muundo huu walipoanza kuchunguza tishu za adipose za panya kwa tabia ya kuwa wazito. Angalau jeni 12 zimetambuliwa ambazo huathiri tovuti tofauti za kuhifadhi mafuta. Jeni tatu zaidi zinaonekana kuwa na jukumu la kuamua mbele ya tabia ya kuwa na uzito kupita kiasi. Mchango wa jeni katika usambazaji wa misa ya mafuta inakadiriwa kuwa asilimia 50-60. 107

Kuna jeni inayohusika na uraibu wa nikotini. Makundi mawili ya wanasayansi yalifanya utafiti juu ya aina tofauti za jeni la CYP 2 A 6, kimeng'enya ambacho kinapatikana hasa kwenye ini na kudhibiti kimetaboliki ya nikotini katika mwili wa binadamu. Uchunguzi wa awali umeonyesha kwamba watu ambao hawana jeni hii wana uwezekano mdogo wa kuwa na uraibu wa nikotini. Wataalam wanaamini kuwa kwa watu kama hao, nikotini hutolewa kutoka kwa mwili kwa muda mrefu, kwa hivyo hamu ya kuvuta sigara inayofuata inaonekana baada ya muda mrefu. Uraibu wa pombe pia kuamuliwa na jeni. Wanasayansi wa Marekani wamegundua jeni ambayo ni kiungo kati ya ulevi na hofu. Majaribio yamethibitisha kuwa kutokuwepo kwa nakala ya jeni fulani husababisha hisia ya hofu na tamaa isiyoweza kudhibitiwa ya pombe katika panya. Wanasayansi wanapendekeza kwamba panya hao walijaribu kuzuia woga wao kwa pombe, kwani unywaji wa pombe mara kwa mara ulifanya wawe na ujasiri zaidi. Motisha kama hiyo inaweza kusababisha ulevi sugu kwa wanadamu. 108

109

KATIKA Virusi vidogo vinavyohusiana na adeno-associated (AAV) vinazingatiwa kama vekta inayoweza kuambukizwa kwa sababu, tofauti na adenoviruses, haisababishi ugonjwa. Walakini, haibebi jeni vile vile. Ili kuiboresha kama vekta, majaribio yanafanywa juu ya miale na urekebishaji wa kemikali. Maabara nyingine zinafanya majaribio retrovirusi ambazo hubeba CFTR, kwa kuwa virusi hivi kwa kawaida huunganisha jenomu zao katika seli jeshi.

Kweli, inabaki suala ambalo halijatatuliwa kama usanisi wa kawaida wa protini ya CFTR utaondoa maambukizi ya mapafu ya bakteria, ambayo yanachangia 90% ya magonjwa na vifo. Kuna kila sababu ya kutumaini hilo Uhandisi Jeni itafanikiwa kukabiliana na kazi hii. Protini kwenye mapafu ambayo kazi yake ni kuharibu seli za kigeni, haijaamilishwa kwa viwango vya juu vya chumvi (ambayo ni nini cystic fibrosis ina sifa); lakini mara tu CFTR inapoanza kutoa bidhaa yake, mkusanyiko wa chumvi hupungua na protini huwashwa.

KATIKA Hivi sasa, mbinu za tiba ya jeni zinatengenezwa kwa ajili ya matibabu ya magonjwa mengine ya urithi. Kwa hivyo, katika kesi ya kutofanya kazi kwa seli za damu, zinaweza kubadilishwa kwa njia ya kitamaduni na kuletwa ndani

uboho wa mgonjwa katika mazingira yao ya asili. Bila shaka, baadhi ya maendeleo yatakuwa na mafanikio na yatakuwa mazoezi ya kawaida ya matibabu katika miaka ijayo.

Ukweli wote hapo juu ni mifano ya kinachojulikana tiba ya jeni ya somatic, yaani hupakwa kwenye mwili (soma) wa mgonjwa kwa matumaini kwamba itapatikana idadi ya kutosha ya seli zenye uwezo wa kufanya kazi za kawaida. Mgonjwa anaweza kupona, lakini hatari ya kupitisha jeni zisizohitajika kwa watoto bado inabakia kwa sababu seli za vijidudu hazibadilishwa kwa njia hii. Tiba ya seli za vijidudu inalenga kurekebisha kiumbe kizima, ikiwa ni pamoja na tezi zinazozalisha seli za vijidudu. Njia rahisi (kwa nadharia) ni kurekebisha yai lililorutubishwa kwa kuanzisha transgene inayofaa ndani yake. Utaratibu wa aina hii tayari unawezekana na umefanywa kwa mafanikio kwa wanyama wa majaribio, kama vile panya. Lakini inaweza kutumika kwa mtu na, muhimu zaidi, ni thamani yake? Hili ni suala zito la kimaadili, na baadhi ya watetezi wa maadili wanasema kwamba ikiwa tiba ya jeni ya somatic ni ya kimaadili, basi kucheza na genomu ya binadamu na kubadilisha muundo wa jeni wa vizazi vyetu haikubaliki na inapaswa kupigwa marufuku.

Genomics - utafiti wa genome nzima

Maendeleo ya hivi majuzi katika mpangilio na ukuzaji wa njia za kiufundi za kuchakata idadi kubwa ya clones katika maktaba ya jeni yameruhusu wanasayansi kuchunguza jenomu nzima ya kiumbe mara moja. Mfuatano kamili wa spishi nyingi sasa umeamuliwa, ikijumuisha viumbe vingi vinavyoitwa modeli ya kijeni, kama vile E. koli, minyoo aina ya Caenorhabditis elegans;

na, bila shaka, somo classic ya genetics, matunda fly Drosophila melanogaster. Katika miaka ya 1990, licha ya misukosuko na mizozo kadhaa, Mradi wa Jenomu la Binadamu ulizinduliwa, uliofadhiliwa na Taasisi za Kitaifa za Afya. Mwezi Februari

PRESS, 2004. - 448 p.: mgonjwa.

Mnamo mwaka wa 2001, kundi kubwa la watafiti wakiongozwa na J. Craig Venter kutoka maabara ya kibinafsi ya Celera Genomics walitoa taarifa kuhusu upambanuzi wa awali wa jenomu la binadamu. Matokeo ya kazi yao yalichapishwa mnamo Februari 16, 2001 katika jarida la Sayansi.

Toleo lingine, lililowasilishwa na kikundi kutoka Muungano wa Kimataifa wa Kuweka Jeni la Binadamu, lilichapishwa mnamo Februari 13, 2001 katika jarida la Nature.

Asili ya genomics inaweza kuzingatiwa katikati ya karne ya ishirini, wakati wataalamu wa jenetiki walipanga kromosomu zote za viumbe vya mfano kulingana na marudio ya mchanganyiko (ona Sura ya 8). Walakini, ramani hizi zilionyesha tu jeni ambazo aleli za mutant zilijulikana, na kwa hivyo ramani kama hizo haziwezi kuitwa kamili. Mpangilio kamili wa DNA unaonyesha eneo la jeni zote kwenye kiumbe, pamoja na mlolongo wa besi kati yao.

Genomics imegawanywa katika muundo na kazi. Jenomiki ya muundo inalenga kujua ni wapi hasa jeni fulani ziko katika DNA ya kromosomu. Programu za kompyuta hutambua mwanzo na miisho ya kawaida ya jeni, ikichagua mfuatano huo ambao una uwezekano mkubwa wa kuwa jeni. Mlolongo kama huo huitwa sura ya kusoma wazi(wazi

sura ya kusoma, OFR). Sawa programu za kompyuta pia inaweza kutambua introni za kawaida katika mfuatano wa OFR. Baada ya introni kuondolewa kutoka kwa jeni inayoweza kutokea, kompyuta hutumia msimbo uliosalia ili kubaini mfuatano wa asidi ya amino katika protini. Protini hizi zinazowezekana hulinganishwa na zile protini ambazo kazi zake tayari zinajulikana na ambazo mfuatano wake tayari umeingizwa kwenye hifadhidata. Shukrani kwa aina hii ya programu, kinachojulikana uhafidhina wa mageuzi: ukweli kwamba kwa jeni nyingi katika viumbe tofauti kuna jeni zinazofanana. Kutoka kwa mtazamo maendeleo ya mageuzi kufanana kama kunaeleweka: ikiwa protini ya spishi moja ya kibaolojia imebadilishwa vizuri kwa kazi zake, basi jeni lake hupitishwa kwa fomu sawa au mabadiliko madogo kwa spishi zinazoshuka kutoka kwa ile ya mwanzo. Uhafidhina wa mageuzi huturuhusu kutambua jeni zinazohusiana na jeni fulani katika viumbe vingine. Kwa kulinganisha jeni inayosababisha na wale wanaojulikana tayari, mara nyingi inawezekana kuamua kazi yake, hakikisha uangalie katika majaribio yafuatayo.

Mara tu jeni zote zinazowezekana zimetambuliwa, ramani ya maumbile huanza. Ramani ya maumbile ya mwanadamu ni mchoro unaochanganya na wa rangi, kwani kila jeni imewekwa alama rangi fulani kulingana na kazi yake, imara kwa kulinganisha na jeni nyingine zinazojulikana. Jeni nyingi za binadamu, kama jeni za yukariyoti zote kwa ujumla, zina introni kubwa. Inakadiriwa kuwa kati ya mfuatano uliochapishwa, karibu theluthi moja au robo ni introns. Inafurahisha, ni karibu 1.5% tu ya jenomu nzima ya binadamu (takriban 2.9 x 10 jozi)

besi) huwa na mfuatano (exons) ambao msimbo wa protini. Zaidi ya hayo, DNA hii inaonekana kuwa na jeni 35,000-45,000 tu, ambayo ni chini ya ilivyotabiriwa. Bado hatujaelewa jinsi idadi ndogo ya kanuni za jeni kwa kiumbe changamano kama hicho.

Kati ya theluthi mbili na robo tatu ya genome ni pana

Jenetiki / Barton Guttman, Anthony Griffiths, David Suzuki, Tara Cullis. - M.: HAKI-

PRESS, 2004. - 448 p.: mgonjwa.

Idadi ya nakala za DNA zinazorudiwa hutofautiana kutoka kwa mtu hadi mtu, kwa hiyo inaweza kutumika kutambua utambulisho, ikiwa ni pamoja na katika sayansi ya uchunguzi.

Genomics inayofanya kazi

Genomics inayofanya kazi ni utafiti wa utendaji kazi wa jeni katika kiwango cha upana wa jenomu. Ingawa jeni zinazowezekana zinaweza kutambuliwa kwa kufanana kwao na jeni zenye utendaji unaojulikana katika viumbe vingine, makadirio yote yanapaswa kujaribiwa dhidi ya kiumbe kinachochunguzwa. Katika viumbe vingine vya mfano, kama vile chachu ya lishe, inawezekana kuzima kazi ya jeni moja kwa wakati mmoja kwa kubadilisha fomu yake ya kazi na fomu iliyofutwa kwenye vekta maalum. Kisha shida na jeni imezimwa hupatikana na phenotype yake inatathminiwa. Katika mpango unaoendelea wa kuchanganua jenomu ya chachu ya lishe, jeni elfu kadhaa zimetolewa moja baada ya nyingine.

Njia nyingine ya jenomics inayofanya kazi ni kusoma utaratibu wa unukuzi katika kiwango cha jenomu nzima. Mbinu hii inatokana na dhana kwamba matukio mengi ya kibiolojia ni michakato changamano inayohusisha chembe nyingi za urithi. Ya riba hasa kwa watafiti ni taratibu zinazohusiana na maendeleo ya viumbe, ambayo tulitaja katika Sura. 11. Ikiwa maandishi ya jeni yanasomwa chini ya hali tofauti za ukuaji, basi inawezekana kupata wazo la njia kamili za maumbile ya maendeleo ya viumbe.

Lakini tunawezaje kusoma unukuzi katika kiwango cha jenomu kote? Tena, teknolojia mpya husaidia wanasayansi na hii. DNA ya kila jeni katika jenomu au sehemu fulani ya jenomu huwekwa juu ya uso wa sahani ndogo za kioo zilizopangwa kwa utaratibu. Kisha huwa wazi kwa aina zote za mRNA zinazopatikana kwenye seli. ya kiumbe fulani. DNA kwenye sahani hupatikana kwa mbili

njia. Katika njia moja, mRNA zote hunakiliwa kinyume ili kutoa molekuli fupi za DNA zinazolingana na jeni moja. Kwa njia nyingine, jeni (au sehemu za jeni) huunganishwa msingi mmoja kwa wakati katika maeneo maalum ya sahani. Mchanganyiko huo unafanywa na roboti zinazofungua na kufunga

Jenetiki / Barton Guttman, Anthony Griffiths, David Suzuki, Tara Cullis. - M.: HAKI-

PRESS, 2004. - 448 p.: mgonjwa.

kioo uso kwa utaratibu fulani. Vipande vya genome vya viumbe vingi vinaweza kununuliwa kutoka kwa makampuni ya kemikali.

Ili kusoma utaratibu wa unukuzi, mRNA zote za hatua fulani ya ukuzaji zimewekwa lebo ya fluorescent na kusambazwa juu ya uso wa sahani. MRNA hizi huambatanisha na DNA zao sambamba na zinaweza kutambuliwa kwa maeneo yao yenye kung'aa. Kwa sababu mahali pa DNA ya kila jeni kwenye mabamba hujulikana mapema, kompyuta huamua ni jeni gani zinazonakiliwa katika hatua fulani ya ukuzi.

Kwa hiyo, kwa msaada wa teknolojia hizi na nyingine, wataalamu wa maumbile wanaanza kufafanua mifumo ya jumla ya shirika la viumbe hai kutoka kwa mtazamo wa kazi na wa kimuundo. Ili kushughulikia idadi kubwa ya habari, tawi maalum la sayansi limeibuka - bioinformatics. Miongo ijayo inaahidi kuwa wakati wa uvumbuzi mzuri sana.

Jenetiki / Barton Guttman, Anthony Griffiths, David Suzuki, Tara Cullis. - M.: HAKI-

PRESS, 2004. - 448 p.: mgonjwa.