Az emberi genom
Ez az emberi sejtben található örökletes anyag összessége. Emberi
Huszonkét autoszóma, két X és Y nemi kromoszóma, valamint az emberi mitokondriális DNS együttesen körülbelül 3,1 milliárd bázispárt tartalmaz.
A Humán Genom Projekt megvalósítása során voltmeghatározták az összes kromoszóma és a mitokondriális DNS DNS-szekvenciáját. Jelenleg ezeket az adatokat világszerte aktívan használják az orvosbiológiai kutatásokban.
A teljes szekvenálás feltárta, hogy az embera genom 20-25 ezer aktív gént tartalmaz, ami lényegesen kevesebb a projekt elején vártnál (kb. 100 ezer) - vagyis a teljes genetikai anyagnak mindössze 1,5%-a kódol fehérjéket vagy funkcionális RNS-t.
A többi nem kódoló DNS, amelyet gyakran szemét DNS-nek neveznek, de amely bizonyítottan fontos szerepet játszik a génaktivitás szabályozásában.
Az emberi gén jellemzői
- Kromoszómák
A genomban 23 pár kromoszóma található:22 pár autoszomális kromoszóma, valamint egy pár X és Y nemi kromoszóma. Emberben a férfi nem heterogametikus, és egy Y kromoszóma jelenléte határozza meg. A normális diploid szomatikus sejtek 46 kromoszómával rendelkeznek.
- Gének
Az előzetes becslések szerint aaz emberi genom több mint 100 ezer génnel rendelkezik. A Human Genome projekt eredményei szerint a gének, vagy inkább nyitott leolvasási keretek száma mintegy 28 000 gént tett ki. A gének keresésére (előrejelzésére) szolgáló módszerek fejlesztésével kapcsolatban a gének számának további csökkenése várható.
Az emberben a gének száma csak valamivel több, mint az egyszerűbb élőlényekben, például az orsóféregben.Caenorhabditis elegansvagy legyekDrosophila melanogaster. Ez annak a ténynek köszönhető, hogy az alternatív splicing széles körben képviselteti magát az emberi genomban. Az alternatív splicing lehetővé teszi több különböző fehérjelánc kinyerését egy génből.
Ennek eredményeként kiderül, hogy az emberi proteom azsokkal nagyobb, mint a figyelembe vett organizmusok proteomja. A legtöbb emberi génnek több exonja van, és az intronok gyakran lényegesen hosszabbak, mint egy gén határ exonjai.
- Szabályozási szekvenciák
Az emberi genom sok különbözőt tartalmazgénszabályozásért felelős szekvenciák. A szabályozás a génexpresszió szabályozására vonatkozik (a hírvivő RNS felépítésének folyamata egy DNS-molekula szakasza mentén).
Ezek általában rövid szekvenciák,vagy a gén mellett vagy a génen belül helyezkedik el. Néha jelentős távolságra helyezkednek el a géntől (fokozók). Ezeknek a szekvenciáknak a rendszerezése, a munka mechanizmusainak megértése, valamint egy géncsoport kölcsönös szabályozásának kérdései a megfelelő enzimek csoportjával jelenleg még csak a vizsgálat kezdeti szakaszában vannak.
A géncsoportok kölcsönös szabályozását agénszabályozó hálózatok segítségével. E kérdések vizsgálata több tudományág metszéspontjában áll: az alkalmazott matematika, a nagy teljesítményű számítástechnika és a molekuláris biológia. Az ismeretek a különböző szervezetek genomjainak összehasonlításából és a mesterséges géntranszkripció laboratóriumi fejlődéséből származnak.
Szabályozó szekvenciák azonosítása inAz emberi genomot részben evolúciós konzerváció alapján állították elő (az a tulajdonság, hogy megtartják a kromoszóma szekvencia fontos fragmentumait, amelyek megközelítőleg azonos funkciót látnak el).
A molekuláris óra szerint evolúciósaz emberi és az egér vonala körülbelül 100 millió évvel ezelőtt szakadt meg. Két genom esetében a számítógépes módszerek konzervatív szekvenciákat tártak fel (a szekvenciák, amelyek az összehasonlított genomokban megegyeznek, vagy nagyon eltérnek egymástól) a nem kódoló részben, és kiderült, hogy mindkét szervezetben aktívan részt vesznek a génszabályozás mechanizmusaiban.
Egy másik megközelítés a szabályozás megszerzéséheza szekvenciák az emberek és a pufferhalak génjeinek összehasonlításán alapulnak. Az emberek és a pufferhalak génszekvenciái és szabályozó szekvenciái lényegében hasonlóak, de a pufferhal-genom 8-szor kevesebb "ócska DNS-t" tartalmaz. A halgenom ezen "tömörsége" sokkal könnyebbé teszi a gének szabályozó szekvenciáinak keresését.
- A genom egyéb tárgyai
Fehérje kódoló szekvenciák (sokexonokat alkotó szekvenciák) a genom kevesebb mint 1,5%-át teszik ki. Anélkül, hogy figyelembe vennénk az ismert szabályozó szekvenciákat, az emberi genom rengeteg olyan tárgyat tartalmaz, amelyek valami fontosnak tűnnek, de funkciójukat, ha egyáltalán létezik, még nem sikerült tisztázni.
Ezek a tárgyak az emberi genom teljes térfogatának akár 97% -át is elfoglalják. Ilyen tárgyak a következők:
- Vírusok
Az emberi genom körülbelül 1%-át beépített genom foglalja elretrovírus gének (endogén retrovírusok). Ezek a gének általában nem előnyösek a gazdaszervezetnek, de vannak kivételek. Így mintegy 43 millió évvel ezelőtt a vírushéj felépítésére szolgáló retrovírus gének bekerültek a majmok és az emberek őseinek genomjába. Embereknél és majmoknál ezek a gének részt vesznek a placenta működésében.
A legtöbb retrovírus több mint 25 millió évvel ezelőtt épült be az emberi ősök genomjába. A fiatalabb emberi endogén retrovírusok közül eddig nem találtak hasznosat.
A neandervölgyi genom dekódolása
A neandervölgyi genom mérete közel áll a modern ember genomjához. Az előzetes eredmények azt mutatják, hogy a modern emberek és a neandervölgyiek DNS-e megközelítőleg 99,5%-ban azonos.
A kutatók kivonták a fosszilis DNS-tNeandervölgyi férfi 38 000 évvel ezelőtt egy neandervölgyi csontváz combcsontjából a horvátországi Vindia-barlangból, valamint Spanyolországban, Oroszországban és Németországban talált egyéb csontokból. A csimpánz és az emberi mitokondriális DNS szekvenciákat használva referenciapontként a tudósok kiszámították, hogy az emberi és a neandervölgyi mtDNS közötti eltérés dátuma 660 000 ± 140 000 év.
Az utolsó európai neandervölgyiek genomjában tőlbarlangok Vindia, Mezmaiskaya (Mezmaiskaya 2), Goye és Le Cotte, akik kb. 45-39 ezer l. n. A sapiens Európába érkezése után nem találtak Cro-Magnon gének keveredését.
A késő neandervölgyi genomok összehasonlítása aegy régebbi kaukázusi neandervölgyi genomja (Mezmaiskaya 1) azt mutatta, hogy a neandervölgyi történelem vége felé valószínűleg megfordult a neandervölgyi népesség akár a Kaukázusban, akár egész Európában.
A neandervölgyi gén nagy része korán áramlikHomo sapiensegy vagy több eredetiből származotta neandervölgyiek populációi, amelyek legalább 90 ezer évvel ezelőtt eltértek az utolsó neandervölgyiektől. n., de miután mintegy 150 ezer évvel ezelőtt elváltak egy korábban szekvenált szibériai neandervölgyitől (Altai Neandertal).
Kinek a génjeit örököltük?
- Deniszoviták
A modern emberek kétszer keresztezik a denisovai embereket, az amerikai genetikusok rájöttek, hogy Eurázsia és Óceánia 5639 lakosának DNS-ét elemezték.
Ahogy a magazinban megjelent cikkben is szerepelSejt,A tudósok felfedezték, hogy a modern Kína és Japán lakóinak ősei két populációból – az altajból és egy ismeretlen másodikból – származó denisovánokkal keveredtek.
Неандертальцев и денисовцев считают отдельными видами (по другой версии — подвидами) древних людей. Неандертальцы жили в Европе и Центральной Азии и вымерли около 30 тысяч лет назад, оставив многочисленные останки и артефакты.
Sokkal kevesebbet tudunk a denisovánokról.Gyakorlatilag nincsenek nyomai (eddig csak három őrlőfogat és egy ujj falát fedeztek fel), amelyeket egy helyen találtak - az altáji Denisova-barlangban. Valójában egy újfajta embert fedeztek fel a genetika segítségével, szekvenálva az ujj falán található DNS-t, és jelentős különbségeket találtak a mitokondriális és a nukleáris genomokban a modern emberek és a neandervölgyiek genomjától.
- Neandervölgyiek
Геном неандертальцев и современных людей отличается на 0,16%. С одной стороны, отличия невелики. С другой, можно увидеть, какие гены имеются у современных людей, но отсутствуют и у шимпанзе, и у неандертальцев.
Ezek hipotetikus elemek, amelyek nemközös ősöktől örökölt, és csak a modern ember és a neandervölgyi ágak eltérése után jelent meg. 78 ilyen tisztán modern elem volt - nukleotid-szubsztitúciók a génekben. Néhány ilyen nukleotid-szubsztitúció semleges lehet (megszokott demográfiai folyamatok, szűk keresztmetszetek stb. Eredményeként rögzülhetnek), míg másoknak adaptív jelentőségük lehet.
Tehát 5 ilyen gén hordozottezen nukleotid szubsztitúciók közül több. Ezek a gének és ennek megfelelően ezek a mutációk nyilván adaptívak a modern emberek számára, különben az evolúció nem fordított volna rájuk ilyen figyelmet. Ezek a bőrfunkciókkal, mentális aktivitással, energia-anyagcserével /
Hogyan befolyásolta a génállomány az emberi populációt?
В 2010 Neandervölgyi nukleáris genom был впервые полностью изучен. Генетический след этого вида пересчитывается очень часто. A populáció genetikája из Вашингтонского университета Benjamin VernottésДжошуа Эки kutatással foglalkozott, és az új megközelítés lehetővé tette a szerzők számára, hogy "kihúzzák" a modern genomokban rejtett neandervölgyi DNS összes szekvenciáját.
Они пришли к выводу, что в генофонде современных европейских и азиатских популяций суммарно циркулирует около 20% неандертальского генома. Неандертальские последовательности в геноме современных людей довольно короткие — это объясняется тем, что со времени гибридизации с неандертальцами прошло достаточно много времени, и длинные последовательности оказались разбиты rekombinációk (обмен участками между разными хромосомами).
Az összes kódoló fehérje 26% -a neandervölgyi allélokat is tartalmaz.
Gének a keratinocitákban (bőrsejtek): a pigmentáció javításához vagy az alkalmazkodáshoz szükségesek. A gént tartalmazó hetedik kromoszóma régiója pedig segített az emberi beszéd fejlesztésében.
A legújabb tudományos eredmények
- Воссоздан самый древний геном европейца
A németországi Max Planck Emberiségtörténeti Intézet genetikai laboratóriumának tudósai rekonstruálták a legrégebbi európai genomot.
A vizsgálathoz az anyagot egy körülbelül 45 ezer éves koponyából vették, amelyet Csehországban, Zlata Kun városában találtak. Egy nőé volt.
Оказалось, что геном из Златы Кун содержит примерно такое же количество неандертальской ДНК, что и у других современных людей, около 2-3%, но сами сегменты неандертальских генов в нем намного длиннее, чем у всех.
По данным авторов работы, ДНК этой женщины не встречается у людей, живших позже на территории Европы или Азии. Это позволяет предположить, что современные люди встречались в Юго-Восточной Европе уже 47–43 тысяч лет назад.
- A génszabályozás új mechanizmusa
Группа ученых из России изучила роль двухцепочечных фрагментов созревающей РНК и показала, что взаимодействие между ее удаленными частями может регулировать экспрессию генов.
У РНК есть две структуры — первичная и вторичная. Под первичной структурой нуклеиновых кислот понимают порядок, последовательность расположения мононуклеотидов в полинуклеотидной цепи РНК. Такая цепь стабилизируется 3′,5′-фосфодиэфирными связями. В свою очередь, вторичная структура — конформационное расположение главной цепи макромолекулы (например, полипептидная цепь белка или цепи нуклеиновых кислот), независимо от конформации боковых цепей или отношения к другим сегментам.
A másodlagos szerkezet leírásakor fontos meghatározni azokat a hidrogénkötéseket, amelyek stabilizálják a makromolekulák egyes fragmentumait.
Az új munkának köszönhetően kiderült, hogy a másodlagosa szerkezet fontos szerepet játszik az információt hordozó RNS-molekulák érésében és különösen a splicingben. Ez egy olyan folyamat, amelyben a nem kódoló régiókat kivágják, és a kódoló régiókat összekötik (mint az RNS-molekulák érése során). A tudósok kimutatták, hogy az RNS másodlagos struktúrái képesek szabályozni a splicinget, és így jobban hozzájárulnak a gének szabályozásához, mint azt korábban gondolták.
- CRISPR / Cas9 rendszer
Самым большим прорывом десятилетия стала система CRISPR/Cas9, за которую ее создательницы, Дженнифер Дудна и Эммануэль Шарпантье, в 2020 году получили Нобелевскую премию по химии.
A CRISPR / Cas9 egy genomszerkesztési módszernagy pontosság, amely lehetővé teszi az élő mikroorganizmusok, köztük az emberek génjeinek megváltoztatását. Segítségével pedig van esély arra, hogy olyan módszereket hozzon létre a HIV és más betegségek elleni küzdelemhez, amelyek ma már mondatként hangzanak.
- Géntechnológiával módosított gyermekek
2018 -ban születtekgenetikailag módosított gyermekek - Lulu és Nana lányok. A zigótát IVF (in vitro megtermékenyítés) alkalmazásával nyertük, amelyet CRISPR / Cas9 -gyel genetikailag módosítottunk, és a lányokat szült nő méhébe ültettük.
Olvass tovább:
A csernobili atomerőmű reaktorában fokozódtak a nukleáris reakciók
A tudósok kimutatták, hogy a fekete lyuk hogyan szakítja szét egy csillagot
A fizikusok létrehozták a fekete lyuk analógját, és megerősítették Hawking elméletét. Hova vezet?