Menneskeligt genom
Dette er helheden af arveligt materiale indeholdt i en menneskelig celle. Human
Toogtyve autosomer, to kønskromosomer X og Y og humant mitokondrie-DNA indeholder tilsammen ca. 3,1 milliarder basepar.
Under implementeringen af Human Genome Project var derDNA-sekvensen af alle kromosomer og mitokondrie-DNA blev bestemt. I øjeblikket bruges disse data aktivt over hele verden i biomedicinsk forskning.
Fuld sekventering afslørede det menneskegenomet indeholder 20-25 tusinde aktive gener, hvilket er væsentligt mindre end forventet ved projektets begyndelse (ca. 100.000) - det vil sige, at kun 1,5 % af det samlede genetiske materiale koder for proteiner eller funktionelt RNA.
Resten er ikke-kodende DNA, ofte omtalt som uønsket DNA, men som har vist sig at spille en vigtig rolle i reguleringen af genaktivitet.
Funktioner af det humane gen
- Kromosomer
Der er 23 par kromosomer i genomet:22 par autosomale kromosomer såvel som et par kønskromosomer X og Y. Hos mennesker er mandligt køn heterogametisk og bestemmes af tilstedeværelsen af et Y-kromosom. Normale diploide somatiske celler har 46 kromosomer.
- Gener
Foreløbige skøn antydede tilstedeværelsen afdet menneskelige genom har mere end 100 tusind gener. Ifølge resultaterne af Human Genome-projektet udgjorde antallet af gener eller rettere åbne læserammer ca. 28.000 gener. I forbindelse med forbedring af metoder til søgning (forudsigelse) af gener forventes et yderligere fald i antallet af gener.
Antallet af gener hos mennesker er kun lidt større end i simplere organismer, såsom rundormen.Caenorhabditis eleganseller fluerDrosophila melanogaster. Dette skyldes det faktum, at alternativ splejsning er bredt repræsenteret i det menneskelige genom. Alternativ splejsning giver dig mulighed for at opnå flere forskellige proteinkæder fra ét gen.
Som et resultat viser det sig, at det humane proteom ermeget større end proteomet fra de betragtede organismer. De fleste humane gener har flere eksoner, og introner er ofte signifikant længere end grenseeksoner i et gen.
- Regulerende sekvenser
Det menneskelige genom indeholder mange forskelligesekvenser, der er ansvarlige for genregulering. Regulering refererer til kontrollen af genekspression (processen med at konstruere messenger-RNA langs en sektion af et DNA-molekyle).
Disse er normalt korte sekvenser,placeret enten ved siden af genet eller inden for genet. Nogle gange er de placeret i en betydelig afstand fra genet (forstærkere). Systematisering af disse sekvenser, forståelse af arbejdsmekanismerne samt spørgsmål om gensidig regulering af en gruppe af gener af en gruppe af tilsvarende enzymer er i øjeblikket kun i den indledende fase af undersøgelsen.
Gensidig regulering af grupper af gener er beskrevet medved hjælp af genregulerende netværk. Studiet af disse spørgsmål er i skæringspunktet mellem flere discipliner: anvendt matematik, højtydende databehandling og molekylærbiologi. Viden kommer fra sammenligninger af forskellige organismers genomer og fra fremskridt inden for kunstig gentransskription i laboratoriet.
Identifikation af regulatoriske sekvenser iDet menneskelige genom blev delvist produceret på basis af evolutionær konservering (egenskaben til at tilbageholde vigtige fragmenter af kromosomsekvensen, der tjener omtrent samme funktion).
Ifølge det molekylære ur, evolutionærtde menneskelige linjer og muselinierne splittedes for omkring 100 millioner år siden. I to genomer har computermetoder afsløret konservative sekvenser (sekvenser, der er identiske eller meget lidt forskellige i de sammenlignede genomer) i den ikke-kodende del, og det viste sig, at de er aktivt involveret i mekanismerne til genregulering i begge organismer.
En anden tilgang til opnåelse af lovgivningsmæssigeSekvenserne er baseret på en sammenligning af generne hos mennesker og pufferfisk. Gensekvenserne og regulatoriske sekvenser hos mennesker og puffer fisk er i det væsentlige ens, men puffer fish genomet indeholder 8 gange mindre "junk DNA". Denne "kompaktitet" af fiskens genom gør det meget lettere at søge efter regulatoriske sekvenser for gener.
- Andre objekter i genomet
Proteinkodende sekvenser (mangesekvenser, der udgør exoner) udgør mindre end 1,5 % af genomet. Uden at tage højde for kendte regulatoriske sekvenser, indeholder det menneskelige genom en masse genstande, der ligner noget vigtigt, men hvis funktion, hvis nogen, endnu ikke er blevet belyst.
Disse objekter optager op til 97% af det samlede volumen af det menneskelige genom. Sådanne genstande inkluderer:
- Virus
Omkring 1% af det menneskelige genom er optaget af indbyggetretrovirusgener (endogene retrovira). Disse gener gavner normalt ikke værten, men der er undtagelser. For omkring 43 millioner år siden kom retrovirale gener, der tjente til at bygge virusskallen, ind i genomet af abers og menneskers forfædre. Hos mennesker og aber er disse gener involveret i funktionen af moderkagen.
De fleste retroviraer blev indarbejdet i genomet for menneskelige forfædre for over 25 millioner år siden. Blandt yngre humane endogene retrovirus er der indtil videre ikke fundet nogen gavnlige.
Afkodning af Neanderthals genom
Neandertaler-genomet er i størrelse tæt på det moderne menneskes genom. Foreløbige resultater viser, at DNA'et hos moderne mennesker og neandertalere er cirka 99,5% identisk.
Forskere har ekstraheret fossilt DNANeanderthal-mand fra lårbenet i et Neanderthal-skelet for 38.000 år siden fra Vindia Cave i Kroatien såvel som fra andre knogler, der findes i Spanien, Rusland og Tyskland. Ved hjælp af chimpanse og humane mitokondrie-DNA-sekvenser som referencepunkter beregnede forskerne, at datoen for uoverensstemmelsen mellem det humane og Neanderthal mtDNA er 660.000 ± 140.000 år.
I genomerne af de sidste europæiske neandertalere frahulerne Vindia, Mezmaiskaya (Mezmaiskaya 2), Goye og Le Cotte, der boede ca. 45-39 tusind l. n. Efter ankomsten af sapiens til Europa blev der ikke fundet nogen blanding af Cro-Magnon-gener.
Sammenligning af sene neandertaler genomer medgenomet af en ældre neandertaler fra Kaukasus (Mezmaiskaya 1) viste, at der mod slutningen af neandertalerhistorien sandsynligvis var en udskiftning af neandertalerpopulationer enten i Kaukasus eller i hele Europa.
Størstedelen af Neanderthal-genet strømmer tidligt indHomo sapienskom fra en eller flere originalebefolkninger af neandertalere, der afveg fra de sidste neandertalere for mindst 90 tusind år siden. n., men efter at de skiltes fra en tidligere sekvenseret neandertaler fra Sibirien (Altai Neandertal) for omkring 150 tusind år siden.
Hvis gener har vi arvet?
- Denisovitter
Moderne mennesker krydsede med Denisovan-folk to gange, amerikanske genetikere fandt ud af, at de analyserede DNA'et fra 5.639 indbyggere i Eurasien og Oceanien.
Som det fremgår af en artikel offentliggjort i bladetCelle,Forskere har opdaget, at forfædrene til indbyggerne i det moderne Kina og Japan blandede sig med Denisovans fra to populationer - Altai og en ukendt anden.
Neandertalere og Denisovaner betragtes som adskiltearter (ifølge en anden version - underarter) af gamle mennesker. Neandertalerne levede i Europa og Centralasien og døde ud for omkring 30 tusinde år siden og efterlod adskillige rester og artefakter.
Meget mindre er kendt om Denisovans.Der er praktisk taget ingen spor af dem (indtil videre er der kun opdaget tre molarer og en falanks finger), som blev fundet ét sted - Denisova Cave i Altai. Faktisk blev en ny type mennesker opdaget af genetik, der sekventerede DNA fra fingerens falanks og fandt signifikante forskelle i mitokondrie- og nukleare genomer fra moderne menneskers og neandertalers genomer.
- Neandertalere
Genomet af neandertalere og moderne menneskerafviger med 0,16 %. På den ene side er forskellene små. På den anden side kan du se, hvilke gener der er til stede i moderne mennesker, men fraværende hos både chimpanser og neandertalere.
Dette er hypotetiske elementer, der ikke er detarvet fra en fælles forfader og dukkede først op efter forskellen mellem grene hos moderne mennesker og neandertaleren. Der var 78 sådanne rent moderne elementer - nukleotidsubstitutioner i gener. Nogle af disse nukleotidsubstitutioner kan være neutrale (de kunne fikses som et resultat af sædvanlige demografiske processer, flaskehalse osv.), Mens andre også kan have adaptiv betydning.
Så der var 5 sådanne gener, der bar medflere af disse nukleotidsubstitutioner. Disse gener og følgelig disse mutationer er naturligvis tilpasningsdygtige for moderne mennesker, ellers ville evolution ikke have været så tæt på dem. Disse er gener forbundet med hudfunktioner, mental aktivitet, energimetabolisme /
Hvordan påvirkede genpuljen den menneskelige befolkning?
I 2010Neandertalers nukleare genomblev fuldt ud studeret for første gang. Det genetiske spor af denne art genberegnes meget ofte. Befolkningsgenetikfra University of WashingtonBenjamin VernottOgJoshua Eki startede forskning, og den nye tilgang tillod forfatterne at "trække" alle sekvenser af Neanderthal DNA skjult i moderne genomer.
De kom til den konklusion, at i genpuljen af moderneI europæiske og asiatiske populationer cirkulerer i alt omkring 20 % af neandertalergenomet. Neandertalersekvenser i moderne menneskers genom er ret korte - dette forklares med, at der er gået ret lang tid siden hybridisering med neandertalere, og lange sekvenser blev brudtrekombinationer(udveksling af snit mellem forskellige kromosomer).
26% af alle kodende proteiner indeholder også Neanderthal-alleler.
Gener i keratinocytter (hudceller): de er nødvendige for forbedret pigmentering eller tilpasning. Og regionen på det syvende kromosom, der indeholder genet, hjalp med at udvikle menneskelig tale.
Seneste videnskabelige fremskridt
- Det ældste europæiske genom er blevet rekonstrueret
Forskere fra det genetiske laboratorium ved Max Planck Institute for the Humanity History i Tyskland har rekonstrueret det ældste europæiske genom.
Til undersøgelsen blev der taget materiale fra et kranium omkring 45 tusind år gammelt, fundet i byen Zlaty Kun i Tjekkiet. Det tilhørte en kvinde.
Det viste sig, at genomet fra Zlata Kun indeholdercirka den samme mængde neandertaler-DNA som andre moderne mennesker, cirka 2-3 %, men selve neandertaler-gensegmenterne er meget længere i ham end i alle andre.
Ifølge forfatterne af værket er denne kvindes DNA ikkefundet hos mennesker, der senere boede i Europa eller Asien. Dette tyder på, at moderne mennesker var til stede i det sydøstlige Europa så tidligt som for 47-43 tusind år siden.
- Ny mekanisme til genregulering
En gruppe videnskabsmænd fra Rusland undersøgte rollen af dobbeltstrengede fragmenter af modnende RNA og viste, at interaktionen mellem dens fjerne dele kan regulere genekspression.
RNA har to strukturer - primær og sekundær.Den primære struktur af nukleinsyrer refererer til rækkefølgen og sekvensen af arrangementet af mononukleotider i polynukleotidkæden af RNA. En sådan kæde er stabiliseret af 3',5'-phosphodiesterbindinger. Til gengæld er sekundær struktur det konformationelle arrangement af hovedkæden af et makromolekyle (for eksempel en polypeptidkæde af et protein eller en kæde af nukleinsyrer), uanset konformationen af sidekæderne eller forholdet til andre segmenter.
I beskrivelsen af den sekundære struktur er det vigtigt at bestemme de hydrogenbindinger, der stabiliserer individuelle fragmenter af makromolekyler.
Takket være det nye job viste det sig, at det sekundærestruktur spiller en vigtig rolle i modning af informationsbærende RNA-molekyler og især i splejsning. Dette er en proces, hvor de ikke-kodende regioner udskæres, og de kodende regioner sys sammen (som ved modning af RNA-molekyler). Forskere har vist, at RNA sekundære strukturer kan regulere splejsning og dermed bidrage mere til genregulering end tidligere antaget.
- CRISPR / Cas9-system
Årtiets største gennembrud var CRISPR/Cas9-systemet, som dets skabere, Jennifer Doudna og Emmanuelle Charpentier, modtog Nobelprisen i kemi for i 2020.
CRISPR / Cas9 er en genomredigeringsmetodehøj nøjagtighed, så du kan ændre generne fra levende mikroorganismer, inklusive mennesker. Og med dens hjælp er der chancer for at skabe metoder til bekæmpelse af hiv og andre sygdomme, som i dag lyder som en sætning.
- Genmodificerede børn
I 2018 blev fødtgenetisk modificerede børn - piger Lulu og Nana. Zygoten blev opnået ved hjælp af IVF (in vitro-befrugtning), genetisk ændret med CRISPR / Cas9 og implanteret i livmoderen hos den kvinde, der fødte pigerne.
Læs mere:
Atomreaktioner intensiverede i reaktoren i Tjernobyl-atomkraftværket
Forskere har vist, hvordan et sort hul river en stjerne i stykker
Fysikere har skabt en analog til et sort hul og bekræftet Hawkings teori. Hvor det fører hen?