Ljudski genom
To je ukupnost nasljednog materijala sadržanog u ljudskoj stanici. ljudski
Dvadeset i dva autosoma, dva spolna kromosoma X i Y i ljudska mitohondrijska DNA sadrže zajedno oko 3,1 milijardu baznih parova.
Tijekom provedbe Projekta ljudskog genoma bilo jeutvrđen je slijed DNA svih kromosoma i mitohondrijske DNA. Trenutno se ovi podaci aktivno koriste diljem svijeta u biomedicinskim istraživanjima.
Puno sekvenciranje otkrilo je da ljudskigenom sadrži 20-25 tisuća aktivnih gena, što je znatno manje nego što se očekivalo na početku projekta (oko 100 tisuća) – odnosno samo 1,5% ukupnog genetskog materijala kodira proteine ili funkcionalnu RNK.
Ostatak je nekodirajuća DNA, koja se često naziva smećem, ali koja se pokazala važnom u regulaciji aktivnosti gena.
Značajke ljudskog gena
- Kromosomi
U genomu postoje 23 para kromosoma:22 para autosomnih kromosoma, kao i par spolnih kromosoma X i Y. U ljudi je muški spol heterogametičan i određen je prisutnošću Y kromosoma. Normalne diploidne somatske stanice imaju 46 kromosoma.
- Geni
Preliminarne procjene sugerirale su prisustvoljudski genom ima više od 100 tisuća gena. Prema rezultatima projekta Human Genome, broj gena, odnosno otvoreni okviri za čitanje, iznosio je oko 28 000 gena. U vezi s poboljšanjem metoda pretraživanja (predviđanja) gena, očekuje se daljnje smanjenje broja gena.
Broj gena kod ljudi tek je nešto veći nego kod jednostavnijih organizama, poput valjkastih crva.Caenorhabditis elegansili muheDrosophila melanogaster. To je zbog činjenice da je alternativno spajanje široko zastupljeno u ljudskom genomu. Alternativno spajanje omogućuje dobivanje nekoliko različitih proteinskih lanaca iz jednog gena.
Kao rezultat, ispada da je ljudski proteommnogo veći od proteoma razmatranih organizama. Većina ljudskih gena ima višestruke egzone, a introni su često znatno duži od graničnih egzona u genu.
- Regulatorne sekvence
Ljudski genom sadrži mnogo različitihsekvence odgovorne za regulaciju gena. Regulacija se odnosi na kontrolu ekspresije gena (proces izgradnje glasničke RNK duž dijela molekule DNK).
To su obično kratke sekvence,koji se nalazi ili pored gena ili unutar gena. Ponekad se nalaze na znatnoj udaljenosti od gena (pojačivači). Sistematizacija tih sekvenci, razumijevanje mehanizama rada, kao i pitanja međusobne regulacije skupine gena skupinom odgovarajućih enzima trenutno su tek u početnoj fazi proučavanja.
Međusobna regulacija skupina gena opisana je skorištenje genskih regulatornih mreža. Proučavanje ovih pitanja je na raskrižju nekoliko disciplina: primijenjene matematike, računarstva visokih performansi i molekularne biologije. Saznanja dolaze iz usporedbi genoma različitih organizama i iz napretka u umjetnoj transkripciji gena u laboratoriju.
Identifikacija regulacijskih sekvenci uLjudski genom djelomično je proizveden na temelju evolucijske konzervacije (svojstvo zadržavanja važnih fragmenata kromosomskog niza koji služe približno istoj funkciji).
Prema molekularnom satu, evolucijskiljudske i mišje linije razdvojile su se prije otprilike 100 milijuna godina. Za dva su genoma računalne metode otkrile konzervativne sekvence (sekvence koje su identične ili se vrlo malo razlikuju u uspoređenim genomima) u nekodirajućem dijelu i pokazalo se da su aktivno uključeni u mehanizme regulacije gena u oba organizma.
Drugi pristup dobivanju regulatornih propisaSljedovi se temelje na usporedbi gena ljudi i riba pufera. Genske sekvence i regulatorne sekvence kod ljudi i riba puferica bitno su slične, ali genom pufer ribe sadrži 8 puta manje "smeće DNA". Ova "kompaktnost" ribljeg genoma znatno olakšava traženje regulatornih sekvenci za gene.
- Ostali objekti u genomu
Sekvence kodiranja proteina (mnogesekvence koje čine egzone) čine manje od 1,5% genoma. Ne uzimajući u obzir poznate regulacijske sekvence, ljudski genom sadrži mnogo objekata koji izgledaju kao nešto važno, ali čija funkcija, ako uopće postoji, još nije razjašnjena.
Ti predmeti zauzimaju do 97% ukupnog volumena ljudskog genoma. Takvi predmeti uključuju:
- Virusi
Oko 1% ljudskog genoma zauzimaju ugrađeniretrovirusni geni (endogeni retrovirusi). Ovi geni obično ne koriste domaćinu, ali postoje iznimke. Tako su prije otprilike 43 milijuna godina u genom predaka majmuna i čovjeka ušli retrovirusni geni koji su služili za izgradnju ovojnice virusa. Kod ljudi i majmuna ti su geni uključeni u funkcioniranje posteljice.
Većina retrovirusa ugrađena je u genom ljudskih predaka prije više od 25 milijuna godina. Među mlađim ljudskim endogenim retrovirusima do sada nisu pronađeni korisni.
Dekodiranje genoma neandertalca
Genom neandertalca veličinom je blizak genomu modernog čovjeka. Preliminarni rezultati pokazuju da je DNK modernog čovjeka i neandertalca približno 99,5% identičan.
Istraživači su izvadili fosilnu DNANeandertalac iz bedrene kosti kostura neandertalca prije 38 000 godina iz špilje Vindia u Hrvatskoj, kao i iz drugih kostiju pronađenih u Španjolskoj, Rusiji i Njemačkoj. Koristeći sekvence DNA čimpanze i ljudskog mitohondrija kao referentne točke, znanstvenici su izračunali da je datum neslaganja između ljudske i neandertalske mtDNA 660 000 ± 140 000 godina.
U genomima posljednjih europskih neandertalaca izšpilje Vindia, Mezmaiskaya (Mezmaiskaya 2), Goye i Le Cotte, koji je živio ca. 45-39 tisuća l. n. Nakon dolaska sapiensa u Europu nije pronađena primjesa kromanjonskih gena.
Usporedba genoma kasnog neandertalca sgenoma starijeg neandertalca s Kavkaza (Mezmaiskaya 1) pokazalo je da je pred kraj povijesti neandertalaca vjerojatno došlo do promjene populacije neandertalaca bilo na Kavkazu ili diljem Europe.
Većina neandertalskih gena pritječe ranoHomo sapiensdošao iz jednog ili više izvornikapopulacije neandertalaca koje su se odvojile od posljednjih neandertalaca prije najmanje 90 tisuća godina. n., ali nakon što su se odvojili od prethodno sekvencioniranog neandertalca iz Sibira (Altajski neandertalac) prije otprilike 150 tisuća godina.
Čije smo gene naslijedili?
- Denisovci
Moderni ljudi križali su se s denisovcima dva puta, američki genetičari su otkrili da su analizirali DNK 5639 stanovnika Euroazije i Oceanije.
Kako stoji u članku objavljenom u časopisuĆelija,Znanstvenici su otkrili da su se preci stanovnika moderne Kine i Japana križali s Denisovcima iz dviju populacija - Altaja i nepoznate druge.
Neandertalci i Denisovci se smatraju odvojenimvrsta (prema drugoj verziji - podvrsta) drevnih ljudi. Neandertalci su živjeli u Europi i srednjoj Aziji i izumrli su prije otprilike 30 tisuća godina, ostavivši brojne ostatke i artefakte.
O Denisovcima se zna puno manje.Njima praktički nema tragova (do sada su otkrivena samo tri kutnjaka i falanga prsta), koji su pronađeni na jednom mjestu - Denisova špilja na Altaju. Zapravo, genetika je otkrila novu vrstu ljudi, sekvencirajući DNA iz falange prsta i pronalazeći značajne razlike u mitohondrijskim i nuklearnim genomima u genomima modernih ljudi i neandertalaca.
- Neandertalci
Genom neandertalaca i modernih ljudirazlikuje se za 0,16%. S jedne strane, razlike su male. S druge strane, možete vidjeti koji su geni prisutni kod modernih ljudi, ali ih nema ni kod čimpanza ni kod neandertalaca.
To su hipotetski elementi koji to nisunaslijedio od zajedničkog pretka i pojavio se tek nakon razilaženja grana modernih ljudi i neandertalaca. Bilo je 78 takvih čisto modernih elemenata - nukleotidne supstitucije u genima. Neke od tih nukleotidnih supstitucija mogu biti neutralne (mogle bi se popraviti kao rezultat uobičajenih demografskih procesa, uskih grla, itd.), Dok drugi mogu imati i adaptivni značaj.
Dakle, postojalo je 5 takvih genanekoliko ovih nukleotidnih supstitucija. Ti su geni i, sukladno tome, ove mutacije očito prilagodljivi modernim ljudima, inače im evolucija ne bi posvetila toliko pozornosti. To su geni povezani s funkcijama kože, mentalnom aktivnošću, metabolizmom energije /
Kako je genski fond utjecao na ljudsku populaciju?
U 2010Nuklearni genom neandertalacaje prvi put u potpunosti proučen. Genetski trag ove vrste vrlo se često preračunava. Populacijska genetikasa Sveučilišta u WashingtonuBenjamin VernottIJoshua Eki započela istraživanje, a novi pristup omogućio je autorima da "izvuku" sve sekvence neandertalske DNA skrivene u modernim genomima.
Došli su do zaključka da u genskom fondu modernihU europskim i azijskim populacijama cirkulira ukupno oko 20% genoma neandertalca. Neandertalske sekvence u genomu suvremenog čovjeka prilično su kratke - to se objašnjava činjenicom da je prošlo dosta vremena od hibridizacije s neandertalcima, a dugačke sekvence su prekinuterekombinacije(razmjena dijelova između različitih kromosoma).
26% svih proteina koji kodiraju također sadrže neandertalske alele.
Geni u keratinocitima (stanice kože): potrebni su za poboljšanu pigmentaciju ili prilagodbu. A regija na sedmom kromosomu koji sadrži gen pomogla je razvoju ljudskog govora.
Najnovije znanstveno dostignuće
- Rekonstruiran je najstariji europski genom
Znanstvenici iz genetskog laboratorija Instituta za povijest čovječanstva Max Planck u Njemačkoj rekonstruirali su najstariji europski genom.
Za studiju je uzet materijal iz lubanje stare oko 45 tisuća godina, pronađene u gradu Zlaty Kun u Češkoj. Pripadao je ženi.
Pokazalo se da genom iz Zlate Kun sadržiotprilike jednaku količinu DNK neandertalca kao i drugi moderni ljudi, oko 2-3%, ali sami segmenti gena neandertalca mnogo su duži kod njega nego kod svih ostalih.
Prema autorima rada, DNK ove žene nijenaći kod ljudi koji su kasnije živjeli u Europi ili Aziji. To sugerira da su moderni ljudi bili prisutni u jugoistočnoj Europi već prije 47-43 tisuće godina.
- Novi mehanizam regulacije gena
Skupina znanstvenika iz Rusije proučavala je ulogu dvolančanih fragmenata sazrijevajuće RNK i pokazala da interakcija između njezinih udaljenih dijelova može regulirati ekspresiju gena.
RNA ima dvije strukture – primarnu i sekundarnu.Primarna struktura nukleinskih kiselina odnosi se na redoslijed i redoslijed rasporeda mononukleotida u polinukleotidnom lancu RNK. Takav lanac je stabiliziran 3',5'-fosfodiesterskim vezama. Zauzvrat, sekundarna struktura je konformacijski raspored glavnog lanca makromolekule (na primjer, polipeptidnog lanca proteina ili lanca nukleinskih kiselina), bez obzira na konformaciju bočnih lanaca ili odnos s drugim segmentima.
Pri opisivanju sekundarne strukture važno je odrediti vodikove veze koje stabiliziraju pojedine fragmente makromolekula.
Zahvaljujući novom djelu, ispostavilo se da je sekundarnostruktura igra važnu ulogu u sazrijevanju molekula RNK koje prenose informacije, a posebno u spajanju. To je postupak u kojem se nekodirajuće regije izrezuju, a kodirajuće regije se spajaju (kao u sazrijevanju molekula RNA). Znanstvenici su pokazali da sekundarne strukture RNA mogu regulirati spajanje i na taj način pridonijeti regulaciji gena više nego što se ranije mislilo.
- CRISPR / Cas9 sustav
Najveći napredak desetljeća bio je sustav CRISPR/Cas9 za koji su njegove kreatorice Jennifer Doudna i Emmanuelle Charpentier dobile Nobelovu nagradu za kemiju 2020.
CRISPR / Cas9 metoda je uređivanja genomavisoka točnost, omogućujući vam promjenu gena živih mikroorganizama, uključujući ljude. A uz njegovu pomoć postoje šanse za stvaranje metoda borbe protiv HIV-a i drugih bolesti, koje danas zvuče poput rečenice.
- Genetski modificirana djeca
2018. su rođenigenetski modificirana djeca - djevojčice Lulu i Nana. Žigota je dobivena IVF-om (in vitro gnojidba), genetski izmijenjena s CRISPR / Cas9 i ugrađena u maternicu žene koja je rodila djevojčice.
Čitaj više:
Nuklearne reakcije su se pojačale u reaktoru nuklearne elektrane u Černobilu
Znanstvenici su pokazali kako crna rupa cijepa zvijezdu
Fizičari su stvorili analog crne rupe i potvrdili Hawkingovu teoriju. Kamo vodi?