Ihmisen genomi
Tämä on ihmisen solun sisältämän perinnöllisen materiaalin kokonaisuus. Ihmisen
22 autosomia, kaksi sukupuolikromosomia X ja Y sekä ihmisen mitokondrioiden DNA sisältävät yhdessä noin 3,1 miljardia emäsparia.
Ihmisgenomiprojektin toteutuksen aikana olikaikkien kromosomien ja mitokondrioiden DNA-sekvenssi määritettiin. Tällä hetkellä näitä tietoja käytetään aktiivisesti kaikkialla maailmassa biolääketieteellisessä tutkimuksessa.
Täydellinen sekvensointi paljasti, että ihminengenomi sisältää 20-25 tuhatta aktiivista geeniä, mikä on huomattavasti vähemmän kuin projektin alussa odotettiin (noin 100 tuhatta) - eli vain 1,5 % koko geneettisestä materiaalista koodaa proteiineja tai toiminnallista RNA:ta.
Loput ovat koodaamatonta DNA: ta, jota usein kutsutaan roskapostiksi, mutta jolla on osoittautunut olevan tärkeä rooli geeniaktiivisuuden säätelyssä.
Ihmisen geenin ominaisuudet
- Kromosomit
Genomissa on 23 kromosomiparia:22 paria autosomaalista kromosomia sekä pari sukupuolikromosomia X ja Y. Ihmisillä miespuolinen sukupuoli on heterogameettinen ja se määräytyy Y-kromosomin läsnäolon perusteella. Normaaleilla diploidisilla somaattisilla soluilla on 46 kromosomia.
- Geenit
Alustavien arvioiden mukaan läsnä onihmisen genomissa on yli 100 tuhatta geeniä. Human Genome -projektin tulosten mukaan geenien tai pikemminkin avoimien lukukehysten lukumäärä oli noin 28 000 geeniä. Geenien etsimiseen (ennustamiseen) liittyvien menetelmien parantamisen yhteydessä geenien lukumäärän odotetaan laskevan edelleen.
Geenien määrä ihmisellä on vain hieman suurempi kuin yksinkertaisemmissa organismeissa, kuten sukkulamatossa.Caenorhabditis eleganstai lentääDrosophila melanogaster. Tämä johtuu siitä, että vaihtoehtoinen silmukointi on laajalti edustettuna ihmisen genomissa. Vaihtoehtoisen silmukoinnin avulla voit saada useita erilaisia proteiiniketjuja yhdestä geenistä.
Tämän seurauksena ihmisen proteomi osoittautuupaljon suurempi kuin kyseisten organismien proteomi. Useimmilla ihmisen geeneillä on useita eksoneja, ja intronit ovat usein merkittävästi pidempiä kuin geenin rajaeksonit.
- Säädösekvenssit
Ihmisen genomi sisältää monia erilaisiageenisäätelystä vastuussa olevat sekvenssit. Säätely viittaa geenin ilmentymisen säätelyyn (lähetti-RNA:n rakentamisprosessi DNA-molekyylin osaa pitkin).
Nämä ovat yleensä lyhyitä sekvenssejä,joko geenin vieressä tai geenissä. Joskus ne sijaitsevat huomattavalla etäisyydellä geenistä (tehostajat). Näiden sekvenssien järjestelmällisyys, työmekanismien ymmärtäminen sekä kysymykset geeniryhmän keskinäisestä säätelystä vastaavien entsyymien ryhmällä ovat tällä hetkellä vasta tutkimuksen alkuvaiheessa.
Geeniryhmien keskinäistä säätelyä kuvataankäyttämällä geenisäätelyverkostoja. Näiden asioiden tutkiminen on useiden tieteenalojen risteyksessä: sovellettu matematiikka, korkean suorituskyvyn laskeminen ja molekyylibiologia. Tieto tulee eri organismien genomien vertailuista ja keinotekoisen geenitranskription edistymisestä laboratoriossa.
Sääntelysekvenssien tunnistaminenIhmisen genomi tuotettiin osittain evoluution konservoinnin perusteella (ominaisuus säilyttää tärkeitä kromosomisekvenssin fragmentteja, jotka palvelevat suunnilleen samaa tehtävää).
Molekyylikellon mukaan evoluutioihmisen ja hiiren linjat hajosivat noin 100 miljoonaa vuotta sitten. Kahden genomin osalta tietokonemenetelmät ovat paljastaneet konservatiiviset sekvenssit (sekvenssit, jotka ovat identtisiä tai hyvin erilaisia erilaisissa verrattuissa genomeissa) koodaamattomassa osassa ja kävi ilmi, että ne ovat aktiivisesti mukana geenin säätelymekanismeissa molemmissa organismeissa.
Toinen lähestymistapa sääntelyn hankkimiseenSekvenssit perustuvat ihmisen ja pallokalojen geenien vertailuun. Ihmisten ja pallokalojen geenisekvenssit ja säätelysekvenssit ovat olennaisesti samanlaisia, mutta pallokala-genomi sisältää kahdeksan kertaa vähemmän "roskapostin DNA: ta". Tämä kalan genomin "kompakti" tekee geenien säätelysekvenssien etsimisen paljon helpommaksi.
- Muut kohteet genomissa
Proteiinia koodaavat sekvenssit (monetsekvenssit, jotka muodostavat eksoneja) muodostavat alle 1,5 % genomista. Ilman tunnettuja säätelysekvenssejä huomioimatta ihmisen genomi sisältää paljon esineitä, jotka näyttävät joltakin tärkeältä, mutta joiden toimintaa, jos sellaista on, ei ole vielä selvitetty.
Nämä esineet vievät jopa 97% ihmisen genomin kokonaistilavuudesta. Tällaisia esineitä ovat:
- Virukset
Noin 1 % ihmisen genomista on sisäänrakennetun genomin miehittämäretrovirusgeenit (endogeeniset retrovirukset). Nämä geenit eivät yleensä hyödy isännästä, mutta poikkeuksiakin on. Siten noin 43 miljoonaa vuotta sitten retrovirusgeenit, jotka rakensivat viruskuoren, saapuivat apinoiden ja ihmisten esi-isien genomiin. Ihmisillä ja apinoilla nämä geenit osallistuvat istukan toimintaan.
Suurin osa retroviruksista sisällytettiin ihmisen esi-isien genomiin yli 25 miljoonaa vuotta sitten. Nuorempien ihmisen endogeenisten retrovirusten joukosta ei ole toistaiseksi löydetty mitään hyödyllisiä.
Neandertalin genomin dekoodaus
Neandertalin genomi on kooltaan lähellä nykyihmisen genomia. Alustavat tulokset osoittavat, että nykyihmisen ja neandertalilaisten DNA on noin 99,5 % identtinen.
Tutkijat ovat uuttaneet fossiilista DNA: taNeandertalilainen mies neandertalilaisen luurangon reiden luusta 38 000 vuotta sitten Kroatian Vindian luolasta sekä muista Espanjassa, Venäjällä ja Saksassa löydetyistä luista. Käyttämällä simpanssin ja ihmisen mitokondrioiden DNA-sekvenssejä vertailupisteinä tutkijat laskivat, että ihmisen ja neandertalilaisten mtDNA: n välinen ristiriita on 660 000 ± 140 000 vuotta.
Viimeisten Euroopan neandertalilaisten genomissa vuodestaluolat Vindia, Mezmaiskaya (Mezmaiskaya 2), Goye ja Le Cotte, jotka asuivat n. 45-39 tuhatta litraa. n. Sapiensin saapumisen jälkeen Eurooppaan ei löydetty Cro-Magnon-geenien sekoittumista.
Myöhäisen neandertalin genomien vertailuKaukasuksesta kotoisin olevan vanhemman neandertalilaisen genomi (Mezmaiskaya 1) osoitti, että neandertalin historian loppupuolella neandertalilaisten populaatioiden vaihtuvuus todennäköisesti tapahtui joko Kaukasuksella tai koko Euroopassa.
Suurin osa neandertalin geenistä virtaa varhainHomo sapienstuli yhdestä tai useammasta alkuperäisestäneandertalilaisten populaatiot, jotka erosivat viimeisistä neandertalilaisista ainakin 90 tuhatta vuotta sitten. n., mutta sen jälkeen, kun ne erosivat aiemmin sekvensoidusta Siperian neandertalilaista (Altai Neandertal) noin 150 tuhatta vuotta sitten.
Kenen geenit olemme perineet?
- Denisovilaiset
Nykyajan ihmiset risteytyivät Denisovanin kanssa kahdesti, amerikkalaiset geneetikot havaitsivat analysoineensa 5 639 Euraasian ja Oseanian asukkaan DNA:ta.
Kuten lehdessä julkaistussa artikkelissa todetaanSolu,Tutkijat ovat havainneet, että nykyaikaisen Kiinan ja Japanin asukkaiden esi-isät risteytyivät kahdesta populaatiosta - Altain ja tuntemattomasta toisesta - denisovanien kanssa.
Neandertalilaisia ja denisovalaisia pidetään erillisinämuinaisten ihmisten lajit (toisen version mukaan - alalajit). Neandertalilaiset asuivat Euroopassa ja Keski-Aasiassa ja kuolivat sukupuuttoon noin 30 tuhatta vuotta sitten jättäen lukuisia jäänteitä ja esineitä.
Denisovalaisista tiedetään paljon vähemmän.Niistä ei ole käytännössä mitään jälkiä (toistaiseksi on löydetty vain kolme molaaria ja sormen phalanx), jotka löydettiin yhdessä paikassa - Denisovan luola Altailla. Genetiikka löysi itse asiassa uudenlaiset ihmiset, sekvensoimalla DNA: n sormen phalanxista ja löytäen merkittäviä eroja mitokondrioiden ja ydingenomien välillä nykyajan ihmisen ja neandertalalaisten genomeista.
- Neandertalit
Neandertalin ja nykyihmisen genomieroaa 0,16 %. Toisaalta erot ovat pieniä. Toisaalta voit nähdä, mitkä geenit ovat läsnä nyky-ihmisissä, mutta poissa simpansseista ja neandertalilaisista.
Nämä ovat hypoteettisia elementtejä, jotka eivät oleperiytyi yhteiseltä esi-isältä ja ilmestyi vasta nykyajan ihmisen ja neandertalilaisen haarojen erojen jälkeen. Tällaisia puhtaasti moderneja elementtejä - nukleotidisubstituutioita geeneissä oli 78. Jotkut näistä nukleotidisubstituutioista voivat olla neutraaleja (ne voidaan korjata tavallisten demografisten prosessien, pullonkaulojen jne. Seurauksena), kun taas toisilla voi olla myös mukautuva merkitys.
Joten oli 5 tällaista geeniä, jotka kuljettivat mukanauseita näistä nukleotidisubstituutioista. Nämä geenit ja vastaavasti nämä mutaatiot ovat ilmeisesti mukautuvia nykyaikaisille ihmisille, muuten evoluutio ei olisi kiinnittänyt niihin niin tarkkaa huomiota. Nämä ovat geenejä, jotka liittyvät ihon toimintaan, henkiseen aktiivisuuteen, energian aineenvaihduntaan /
Kuinka geenivarasto vaikutti ihmispopulaatioon?
Vuonna 2010Neandertalin ydingenomitutkittiin täysin ensimmäistä kertaa. Tämän lajin geneettinen jälki lasketaan uudelleen hyvin usein. VäestögenetiikkaWashingtonin yliopistostaBenjamin VernottJaJoshua Eki aloitti tutkimuksen ja uuden lähestymistavan avulla kirjoittajat pystyivät "vetämään" pois kaikki Neandertalin DNA: n sekvenssit, jotka ovat piilossa nykyaikaisissa genomeissa.
He tulivat siihen tulokseen, että nykyajan geenipoolissaEuroopan ja Aasian populaatioissa yhteensä noin 20 % neandertalin genomista kiertää. Neandertalin sekvenssit nykyihmisen genomissa ovat melko lyhyitä - tämä selittyy sillä, että hybridisaatiosta neandertalilaisten kanssa on kulunut melko paljon aikaa ja pitkät sekvenssit katkesivatrekombinaatiot(leikkeiden vaihto eri kromosomien välillä).
26% kaikista koodaavista proteiineista sisältää myös neandertalin alleeleja.
Keratinosyyttien geenit (ihosolut): niitä tarvitaan pigmentin tai sopeutumisen parantamiseen. Ja seitsemännen kromosomin alue, joka sisältää geenin, auttoi kehittämään ihmisen puhetta.
Uusimmat tieteelliset edistysaskeleet
- Vanhin eurooppalainen genomi on rekonstruoitu
Saksan Max Planckin ihmiskunnan historian instituutin geenilaboratorion tutkijat ovat rekonstruoineet Euroopan vanhimman genomin.
Tutkimusta varten materiaali otettiin noin 45 tuhatta vuotta vanhasta kallosta, joka löydettiin Tšekin tasavallasta Zlaty Kunin kaupungista. Se kuului naiselle.
Kävi ilmi, että Zlata Kunin genomi sisältääsuunnilleen sama määrä neandertalin DNA:ta kuin muilla nykyihmisillä, noin 2-3%, mutta itse neandertalin geenisegmentit ovat hänessä paljon pidempiä kuin kaikilla muilla.
Teoksen tekijöiden mukaan tämän naisen DNA ei olelöytyi ihmisistä, jotka asuivat myöhemmin Euroopassa tai Aasiassa. Tämä viittaa siihen, että nykyihmiset olivat läsnä Kaakkois-Euroopassa jo 47–43 tuhatta vuotta sitten.
- Uusi geenisääntelymekanismi
Ryhmä venäläisiä tutkijoita tutki kypsyvän RNA:n kaksijuosteisten fragmenttien roolia ja osoitti, että sen etäisten osien välinen vuorovaikutus voi säädellä geenien ilmentymistä.
RNA:lla on kaksi rakennetta - primaarinen ja sekundaarinen.Nukleiinihappojen primäärirakenne viittaa mononukleotidien järjestykseen ja järjestykseen RNA:n polynukleotidiketjussa. Tällainen ketju on stabiloitu 3',5'-fosfodiesterisidoksilla. Sekundäärirakenne puolestaan on makromolekyylin pääketjun (esimerkiksi proteiinin polypeptidiketjun tai nukleiinihappoketjun) konformaatiojärjestystä riippumatta sivuketjujen konformaatiosta tai suhteesta muihin segmentteihin.
Toissijaisen rakenteen kuvauksessa on tärkeää määrittää vetysidokset, jotka stabiloivat makromolekyylien yksittäisiä fragmentteja.
Uuden työn ansiosta kävi ilmi, että toissijainenrakenteella on tärkeä rooli tietoa kuljettavien RNA-molekyylien kypsymisessä ja erityisesti silmukoinnissa. Tämä on prosessi, jossa koodaamattomat alueet irrotetaan ja koodaavat alueet ommellaan yhteen (kuten RNA-molekyylien kypsymisessä). Tutkijat ovat osoittaneet, että RNA: n sekundäärirakenteet voivat säätää silmukoitumista ja siten edistää enemmän geenien säätelyä kuin aiemmin ajateltiin.
- CRISPR / Cas9-järjestelmä
Vuosikymmenen suurin läpimurto oli CRISPR/Cas9-järjestelmä, josta sen luojat Jennifer Doudna ja Emmanuelle Charpentier saivat vuoden 2020 kemian Nobelin.
CRISPR / Cas9 on genomin muokkausmenetelmäkorkea tarkkuus, jonka avulla voit muuttaa elävien mikro-organismien geenejä, mukaan lukien ihmiset. Ja sen avulla on mahdollista luoda menetelmiä HIV: n ja muiden sairauksien torjumiseksi, jotka nykyään kuulostavat lauseelta.
- Muuntogeeniset lapset
Vuonna 2018 syntyivätgeneettisesti muunnetut lapset - tytöt Lulu ja Nana. Sykootti saatiin käyttämällä IVF: ää (in vitro -hedelmöitys), muunnettu geneettisesti CRISPR / Cas9: llä ja istutettu tyttöjen synnyttäneen naisen kohtuun.
Lue lisää:
Ydinreaktiot lisääntyivät Tšernobylin ydinvoimalan reaktorissa
Tutkijat ovat osoittaneet, kuinka musta aukko repii tähden
Fyysikot ovat luoneet analogin mustasta aukosta ja vahvistaneet Hawkingin teorian. Minne se johtaa?