الجينات البشرية
هذا هو مجمل المادة الوراثية الموجودة في الخلية البشرية. بشر
يحتوي اثنان وعشرون جسمًا جسميًا ، واثنين من الكروموسومات الجنسية X و Y ، والحمض النووي البشري للميتوكوندريا معًا على ما يقرب من 3.1 مليار زوج قاعدي.
أثناء تنفيذ مشروع الجينوم البشري كان هناكتم تحديد تسلسل الحمض النووي لجميع الكروموسومات والحمض النووي للميتوكوندريا. حاليًا، تُستخدم هذه البيانات بنشاط في جميع أنحاء العالم في الأبحاث الطبية الحيوية.
كشف التسلسل الكامل أن الإنسانيحتوي الجينوم على 20-25 ألف جين نشط، وهو أقل بكثير مما كان متوقعًا في بداية المشروع (حوالي 100 ألف) - أي أن 1.5٪ فقط من إجمالي المادة الوراثية تقوم بتشفير البروتينات أو الحمض النووي الريبي الوظيفي.
الباقي عبارة عن حمض نووي غير مشفر ، وغالبًا ما يشار إليه باسم DNA غير المرغوب فيه ، ولكنه أثبت أنه يلعب دورًا مهمًا في تنظيم نشاط الجين.
ملامح الجين البشري
- الكروموسومات
يوجد 23 زوجًا من الكروموسومات في الجينوم:22 زوجًا من الكروموسومات الجسمية ، بالإضافة إلى زوج من الكروموسومات الجنسية X و Y. في البشر ، يكون الجنس الذكري متغايرًا ويتحدد من خلال وجود كروموسوم Y. تحتوي الخلايا الجسدية العادية ثنائية الصبغيات على 46 كروموسومًا.
- الجينات
التقديرات الأولية تشير إلى وجوديحتوي الجينوم البشري على أكثر من 100 ألف جين. وفقًا لنتائج مشروع الجينوم البشري ، بلغ عدد الجينات ، أو بالأحرى إطارات القراءة المفتوحة ، حوالي 28000 جين. فيما يتعلق بتحسين طرق البحث (التنبؤ) عن الجينات ، من المتوقع حدوث انخفاض إضافي في عدد الجينات.
عدد الجينات لدى البشر أكبر قليلاً فقط منه في الكائنات الحية الأبسط، مثل الدودة المستديرة.أنواع معينة انيقةأو الذبابذبابة الفاكهة سوداء البطن. ويرجع ذلك إلى حقيقة أن الربط البديل ممثل على نطاق واسع في الجينوم البشري. يتيح لك الربط البديل الحصول على عدة سلاسل بروتينية مختلفة من جين واحد.
نتيجة لذلك ، تبين أن البروتين البشريأكبر بكثير من بروتين الكائنات الحية المدروسة. تمتلك معظم الجينات البشرية exons متعددة ، وغالبًا ما تكون الإنترونات أطول بكثير من exons الحدود في الجين.
- التسلسلات التنظيمية
يحتوي الجينوم البشري على العديد من الاختلافاتالتسلسلات المسؤولة عن تنظيم الجينات. يشير التنظيم إلى التحكم في التعبير الجيني (عملية بناء الحمض النووي الريبي المرسال على طول جزء من جزيء الحمض النووي).
عادة ما تكون هذه متواليات قصيرة ،تقع إما بجوار الجين أو داخل الجين. في بعض الأحيان توجد على مسافة كبيرة من الجين (المعززات). إن تنظيم هذه التسلسلات ، وفهم آليات العمل ، بالإضافة إلى قضايا التنظيم المتبادل لمجموعة من الجينات من قبل مجموعة من الإنزيمات المقابلة هي حاليًا فقط في المرحلة الأولى من الدراسة.
Взаимная регуляция групп генов описывается с помощью сетей регуляции генов. Изучение этих вопросов находится на стыке нескольких дисциплин: прикладной математики, высокопроизводительных вычислений и молекулярной биологии. Знания появляются из сравнений геномов различных организмов и благодаря достижениям в области организации искусственной транскрипции гена в лабораторных условиях.
تحديد التسلسل التنظيمي فيتم إنتاج الجينوم البشري جزئيًا على أساس الحفظ التطوري (خاصية الاحتفاظ بأجزاء مهمة من تسلسل الكروموسومات التي تخدم نفس الوظيفة تقريبًا).
حسب الساعة الجزيئية التطوريةانقسم خط الإنسان والفأر منذ حوالي 100 مليون سنة. بالنسبة لجينومين اثنين ، كشفت طرق الكمبيوتر عن تسلسلات محافظة (تسلسلات متطابقة أو مختلفة اختلافًا طفيفًا جدًا في الجينوم المقارن) في الجزء غير المشفر واتضح أنهم يشاركون بنشاط في آليات تنظيم الجينات في كلا الكائنات الحية.
نهج آخر للحصول على التنظيمتعتمد التسلسلات على مقارنة جينات البشر والأسماك المنتفخة. تتشابه التسلسلات الجينية والتسلسلات التنظيمية في البشر والأسماك المنتفخة إلى حد كبير ، لكن جينوم السمكة المنتفخة يحتوي على 8 مرات أقل من "الحمض النووي غير المرغوب فيه". هذا "الاكتناز" لجينوم الأسماك يجعل البحث عن التسلسلات التنظيمية للجينات أسهل بكثير.
- كائنات أخرى في الجينوم
تسلسلات ترميز البروتين (متعددةالتسلسلات التي تشكل الإكسونات) تشكل أقل من 1.5٪ من الجينوم. وبدون الأخذ في الاعتبار التسلسلات التنظيمية المعروفة، يحتوي الجينوم البشري على الكثير من الأشياء التي تبدو وكأنها شيء مهم، ولكن وظيفتها، إذا كانت موجودة على الإطلاق، لم يتم توضيحها بعد.
تحتل هذه الأجسام ما يصل إلى 97٪ من الحجم الإجمالي للجينوم البشري. تشمل هذه الأشياء:
- الفيروسات
حوالي 1٪ من الجينوم البشري مشغول بالداخلجينات الفيروس القهقري (الفيروسات القهقرية الذاتية). هذه الجينات عادة لا تفيد المضيف، ولكن هناك استثناءات. وهكذا، منذ حوالي 43 مليون سنة، دخلت جينات الفيروسات القهقرية التي عملت على بناء غلاف الفيروس، إلى جينوم أسلاف القرود والبشر. في البشر والقردة، تشارك هذه الجينات في عمل المشيمة.
تم دمج معظم الفيروسات القهقرية في جينوم أسلاف الإنسان منذ أكثر من 25 مليون سنة. بين الفيروسات القهقرية الذاتية البشرية الأصغر سنا ، لم يتم العثور على أي منها مفيدة حتى الآن.
فك شفرة جينوم إنسان نياندرتال
إن جينوم النياندرتال قريب في الحجم من جينوم الإنسان الحديث. تظهر النتائج الأولية أن الحمض النووي للإنسان الحديث والنياندرتال متطابق بنسبة 99.5% تقريبًا.
استخرج الباحثون الحمض النووي الأحفوريرجل إنسان نياندرتال من عظم فخذ هيكل عظمي لإنسان نياندرتال قبل 38000 عام من كهف فينديا في كرواتيا ، وكذلك من عظام أخرى وجدت في إسبانيا وروسيا وألمانيا. باستخدام تسلسل الحمض النووي للميتوكوندريا في الشمبانزي والإنسان كنقاط مرجعية ، حسب العلماء أن تاريخ التناقض بين الإنسان والنياندرتال mtDNA هو 660.000 ± 140.000 سنة.
في جينومات آخر إنسان نياندرتال الأوروبي منكهوف Vindia، Mezmaiskaya (Mezmaiskaya 2)، Goye و Le Cotte، الذي عاش في كاليفورنيا. 45-39 ألف ل. ن. بعد وصول العاقل إلى أوروبا، لم يتم العثور على خليط من جينات الكرومانيون.
مقارنة جينومات النياندرتال المتأخرة معأظهر جينوم إنسان نياندرتال الأكبر سنًا من القوقاز (Mezmaiskaya 1) أنه في نهاية تاريخ إنسان نياندرتال ربما كان هناك دوران لسكان إنسان نياندرتال إما في القوقاز أو في جميع أنحاء أوروبا.
الجزء الأكبر من جينات النياندرتال تتدفق في وقت مبكرهومو سابينسجاءت من أصل واحد أو أكثرمجموعات من إنسان النياندرتال التي انحرفت عن آخر إنسان نياندرتال منذ 90 ألف عام على الأقل. ن، ولكن بعد أن انفصلوا عن إنسان نياندرتال الذي تم تسلسله مسبقًا من سيبيريا (ألتاي نياندرتال) منذ حوالي 150 ألف سنة.
جينات من ورثناها؟
- دينيسوفيت
لقد عبر الأشخاص المعاصرون مع شعب دينيسوفان مرتين، اكتشف علماء الوراثة الأمريكيون أنهم قاموا بتحليل الحمض النووي لـ 5639 من سكان أوراسيا وأوقيانوسيا.
كما جاء في مقال نشر في المجلةخلية،اكتشف العلماء أن أسلاف سكان الصين واليابان المعاصرين تزاوجوا مع الدينيسوفان من مجموعتين سكانيتين - ألتاي وأخرى غير معروفة.
يعتبر إنسان النياندرتال والدينيسوفان منفصلينالأنواع (وفقًا لنسخة أخرى - سلالات فرعية) من القدماء. عاش إنسان النياندرتال في أوروبا وآسيا الوسطى، وانقرض منذ حوالي 30 ألف سنة، تاركًا وراءه العديد من البقايا والتحف.
لا يُعرف الكثير عن دينيسوفان.لا توجد أي آثار لها عمليًا (حتى الآن تم اكتشاف ثلاثة أضراس فقط وكتيبة من الإصبع) ، والتي تم العثور عليها في مكان واحد - كهف دينيسوفا في ألتاي. في الواقع ، تم اكتشاف نوع جديد من الناس من خلال علم الوراثة ، تسلسل الحمض النووي من كتائب الإصبع وإيجاد اختلافات كبيرة في جينومات الميتوكوندريا والنووية من جينومات الإنسان الحديث والنياندرتال.
- إنسان نياندرتال
جينوم إنسان النياندرتال والإنسان الحديثبفارق 0.16% من ناحية، الاختلافات صغيرة. ومن ناحية أخرى، يمكنك معرفة الجينات الموجودة في الإنسان الحديث ولكنها غائبة في كل من الشمبانزي والنياندرتال.
هذه عناصر افتراضية ليست كذلكموروث من سلف مشترك ولم يظهر إلا بعد تباعد فروع الإنسان الحديث والنياندرتال. كان هناك 78 عنصرًا حديثًا بحتًا - بدائل النيوكليوتيدات في الجينات.قد تكون بعض بدائل النيوكليوتيدات محايدة (يمكن إصلاحها نتيجة للعمليات الديموغرافية المعتادة ، والاختناقات ، وما إلى ذلك) ، بينما قد يكون للبعض الآخر أهمية تكيفية.
لذلك ، كان هناك 5 جينات من هذا القبيل استمرتالعديد من هذه البدائل للنيوكليوتيدات. من الواضح أن هذه الجينات ، وبالتالي ، هذه الطفرات قابلة للتكيف مع الأشخاص المعاصرين ، وإلا فإن التطور لم يكن ليولي هذا الاهتمام الوثيق لهم. هذه هي الجينات المرتبطة بوظائف الجلد والنشاط العقلي واستقلاب الطاقة /
كيف أثرت مجموعة الجينات على البشر؟
في 2010الجينوم النووي لإنسان نياندرتالتمت دراستها بالكامل لأول مرة. يتم إعادة حساب الأثر الجيني لهذا النوع في كثير من الأحيان. علم الوراثة السكانيةمن جامعة واشنطنبنيامين فيرنوتوجوشوا إيكي بدأ البحث وسمح النهج الجديد للمؤلفين "بسحب" جميع تسلسلات الحمض النووي لإنسان نياندرتال المخبأة في الجينومات الحديثة.
لقد توصلوا إلى استنتاج مفاده أنه في مجموعة الجينات الحديثةفي المجموعات السكانية الأوروبية والآسيوية، ينتشر ما يقرب من 20% من جينوم إنسان النياندرتال. تسلسلات إنسان نياندرتال في جينوم الإنسان الحديث قصيرة جدًا - وهذا ما يفسر حقيقة مرور وقت طويل جدًا منذ التهجين مع إنسان نياندرتال، وتم كسر التسلسلات الطويلةإعادة التركيب(تبادل المقاطع بين الكروموسومات المختلفة).
26٪ من البروتينات المكوِّدة تحتوي أيضًا على أليلات إنسان نياندرتال.
الجينات في الخلايا الكيراتينية (خلايا الجلد): إنها ضرورية لتحسين التصبغ أو التكيف. والمنطقة الموجودة على الكروموسوم السابع التي تحتوي على الجين ساعدت في تطوير كلام الإنسان
أحدث التطورات العلمية
- تم إعادة بناء أقدم جينوم أوروبي
أعاد علماء من مختبر الجينات التابع لمعهد ماكس بلانك لتاريخ الإنسانية في ألمانيا بناء أقدم جينوم أوروبي.
بالنسبة للدراسة ، تم أخذ مادة من جمجمة عمرها حوالي 45 ألف عام ، وجدت في مدينة زلاتي كون في جمهورية التشيك. كان ملكا لامرأة.
اتضح أن الجينوم من زلاتا كون يحتوي علىحوالي نفس الكمية من DNA النياندرتال مثل غيره من البشر المعاصرين، حوالي 2-3٪، لكن شرائح جين النياندرتال نفسها أطول بكثير منه في أي شخص آخر.
وفقا لمؤلفي العمل، فإن الحمض النووي لهذه المرأة ليس كذلكوجدت في الأشخاص الذين عاشوا لاحقًا في أوروبا أو آسيا. يشير هذا إلى أن الإنسان الحديث كان موجودًا في جنوب شرق أوروبا منذ 47 إلى 43 ألف سنة.
- آلية جديدة لتنظيم الجينات
قامت مجموعة من العلماء من روسيا بدراسة دور الأجزاء المزدوجة من الحمض النووي الريبي الناضج، وأظهروا أن التفاعل بين أجزائه البعيدة يمكن أن ينظم التعبير الجيني.
يحتوي الحمض النووي الريبي (RNA) على بنيتين - الابتدائي والثانوي.يشير التركيب الأساسي للأحماض النووية إلى ترتيب وتسلسل ترتيب أحاديات النوكليوتيدات في سلسلة متعدد النوكليوتيدات في الحمض النووي الريبي (RNA). يتم تثبيت هذه السلسلة بواسطة روابط 3′،5′-phosphodiester. في المقابل، البنية الثانوية هي الترتيب المطابق للسلسلة الرئيسية للجزيء الضخم (على سبيل المثال، سلسلة عديد الببتيد من البروتين أو سلسلة من الأحماض النووية)، بغض النظر عن شكل السلاسل الجانبية أو العلاقة مع الأجزاء الأخرى.
عند وصف البنية الثانوية ، من المهم تحديد الروابط الهيدروجينية التي تثبت الأجزاء الفردية للجزيئات الكبيرة.
بفضل الوظيفة الجديدة ، اتضح أن الثانويةتلعب البنية دورًا مهمًا في نضج جزيئات الحمض النووي الريبي الحاملة للمعلومات ، وخاصة في التضفير. هذه عملية يتم فيها استئصال المناطق غير المشفرة ويتم تجميع مناطق التشفير معًا (كما هو الحال في نضوج جزيئات الحمض النووي الريبي). أظهر العلماء أن الهياكل الثانوية للحمض النووي الريبي يمكن أن تنظم التضفير وبالتالي تساهم في تنظيم الجينات أكثر مما كان يعتقد سابقًا.
- نظام CRISPR / Cas9
كان أكبر اختراق في هذا العقد هو نظام كريسبر/كاس9، الذي حصل مبتكراه، جنيفر دودنا وإيمانويل شاربنتييه، على جائزة نوبل في الكيمياء لعام 2020.
كريسبر / كاس 9 هي طريقة لتحرير الجينومدقة عالية تسمح لك بتغيير جينات الكائنات الحية الدقيقة ، بما في ذلك البشر. وبمساعدتها ، هناك فرص لخلق طرق لمكافحة فيروس نقص المناعة البشرية والأمراض الأخرى ، والتي تبدو اليوم وكأنها جملة.
- الأطفال المعدلين وراثيا
في عام 2018 ولدتالأطفال المعدلين وراثيا - الفتيات لولو ونانا. تم الحصول على البيضة الملقحة باستخدام التلقيح الاصطناعي (الإخصاب في المختبر) ، والتي تم تغييرها وراثيًا باستخدام CRISPR / Cas9 وزُرعت في رحم المرأة التي أنجبت الفتيات.
قراءة المزيد:
تكثفت التفاعلات النووية في مفاعل محطة تشيرنوبيل للطاقة النووية
أظهر العلماء كيف يمزق الثقب الأسود نجمًا
ابتكر الفيزيائيون نظيرًا للثقب الأسود وأكدوا نظرية هوكينغ. إلى أين تقود؟