גנום אנושי
זהו מכלול החומר התורשתי הכלול בתא אנושי. בן אנוש
עשרים ושניים אוטוסומים, שני כרומוזומי מין X ו- Y, ו- DNA מיטוכונדריאלי אנושי מכילים יחד כ -3.1 מיליארד זוגות בסיס.
במהלך יישום פרויקט הגנום האנושי היהנקבע רצף ה-DNA של כל הכרומוזומים וה-DNA המיטוכונדריאלי. נכון לעכשיו, נתונים אלה נמצאים בשימוש פעיל ברחבי העולם במחקר ביו-רפואי.
רצף מלא חשף את האדם הזההגנום מכיל 20-25 אלף גנים פעילים, שזה פחות משמעותית מהצפוי בתחילת הפרויקט (כ-100 אלף) - כלומר, רק 1.5% מכלל החומר הגנטי מקודד לחלבונים או ל-RNA פונקציונלי.
השאר הוא DNA שאינו מקודד, המכונה לעתים קרובות DNA זבל, אך הוכיח שהוא ממלא תפקיד חשוב בוויסות פעילות הגן.
תכונות הגן האנושי
- כרומוזומים
ישנם 23 זוגות כרומוזומים בגנום:22 זוגות של כרומוזומים אוטוזומליים, וכן זוג כרומוזומי מין X ו- Y. אצל בני אדם, המין הגברי הוא הטרוגמטי והוא נקבע על ידי נוכחותו של כרומוזום Y. בתאים סומטיים דיפלואידים תקינים יש 46 כרומוזומים.
- גנים
הערכות ראשוניות הצביעו על קיומו שלבגנום האנושי יש יותר מ -100 אלף גנים. על פי תוצאות פרויקט הגנום האנושי, מספר הגנים, או ליתר דיוק מסגרות קריאה פתוחות, הסתכם בכ- 28,000 גנים. בקשר לשיפור השיטות לחיפוש (חיזוי) גנים, צפויה ירידה נוספת במספר הגנים.
מספר הגנים בבני אדם גדול רק במעט מאשר באורגניזמים פשוטים יותר, כמו התולעת העגולה.Caenorhabditis elegansאו זבוביםדרוזופילה מלנוגסטר. זאת בשל העובדה שחבור חלופי מיוצג באופן נרחב בגנום האנושי. שחבור אלטרנטיבי מאפשר לך להשיג מספר שרשראות חלבון שונות מגן אחד.
כתוצאה מכך מתברר שהפרוטאום האנושי הואגדול בהרבה מהפרוטאום של האורגניזמים הנחשבים. לרוב הגנים האנושיים יש אקסונים מרובים, והאינטרונים לעיתים קרובות ארוכים משמעותית מהאקסונים הגבוליים בגן.
- רצפי רגולציה
הגנום האנושי מכיל רבים ושוניםרצפים האחראים על ויסות גנים. רגולציה מתייחסת לבקרה של ביטוי גנים (תהליך של בניית RNA שליח לאורך קטע של מולקולת DNA).
לרוב מדובר ברצפים קצרים,ממוקם ליד הגן או בתוך הגן. לפעמים הם ממוקמים במרחק ניכר מהגן (משפרים). שיטוב של רצפים אלה, הבנת מנגנוני העבודה, כמו גם סוגיות של ויסות הדדי של קבוצת גנים על ידי קבוצת אנזימים מקבילים נמצאים כרגע רק בשלב הראשוני של המחקר.
ויסות הדדי של קבוצות גנים מתואר עםבאמצעות רשתות וויסות גנים. חקר הנושאים הללו נמצא בצומת של מספר דיסציפלינות: מתמטיקה יישומית, מחשוב בעל ביצועים גבוהים וביולוגיה מולקולרית. הידע מגיע מהשוואות של גנומים של אורגניזמים שונים ומהתקדמות בתעתוק גנים מלאכותיים במעבדה.
זיהוי רצפי רגולציה בהגנום האנושי נוצר בחלקו על בסיס שימור אבולוציוני (התכונה של שמירת שברים חשובים מהרצף הכרומוזומלי הממלאים בערך את אותה פונקציה).
על פי השעון המולקולרי, אבולוציוניקווי האדם והעכבר התפצלו לפני כמאה מיליון שנה. עבור שני גנומים, שיטות המחשב חשפו רצפים שמרניים (רצפים זהים או שונים במקצת בגנום המושווה) בחלק הלא מקודד והתברר כי הם מעורבים באופן פעיל במנגנוני ויסות הגן בשני האורגניזמים.
גישה נוספת להשגת רגולציההרצפים מבוססים על השוואה בין הגנים של בני האדם ודגי העלים. רצפי הגנים ורצפי הוויסות בבני אדם ודגי עלים דומים באופן מהותי, אך הגנום של דגי העלים מכיל פי 8 פחות "זבל DNA". ה"קומפקטיות "הזו של גנום הדגים מקלה הרבה יותר על חיפוש אחר רצפי ויסות לגנים.
- אובייקטים אחרים בגנום
רצפי קידוד חלבונים (רביםרצפים המרכיבים אקסונים) מהווים פחות מ-1.5% מהגנום. מבלי לקחת בחשבון רצפים רגולטוריים ידועים, הגנום האנושי מכיל הרבה חפצים שנראים כמו משהו חשוב, אבל שתפקידם, אם בכלל, עדיין לא הובהר.
אובייקטים אלה תופסים עד 97% מהנפח הכולל של הגנום האנושי. חפצים כאלה כוללים:
- וירוסים
כ-1% מהגנום האנושי תפוס על ידי מובנהגנים של רטרו-וירוס (רטרו-וירוס אנדוגניים). גנים אלו בדרך כלל אינם מועילים למארח, אך ישנם יוצאי דופן. כך, לפני כ-43 מיליון שנה, גנים רטרו-ויראליים ששימשו לבניית מעטפת הנגיף נכנסו לגנום של אבותיהם של קופים ובני אדם. בבני אדם ובקופים, גנים אלו מעורבים בתפקוד השליה.
מרבית הרטרווירוסים שולבו בגנום של אבות אנושיים לפני למעלה מ- 25 מיליון שנה. בקרב רטרווירוסים אנדוגניים אנושיים צעירים יותר, לא נמצאו עד כה מועילים.
פענוח הגנום של הניאנדרטלי
הגנום הניאנדרטלי קרוב בגודלו לגנום של בני אדם מודרניים. תוצאות ראשוניות מראות שה-DNA של בני אדם מודרניים ושל ניאנדרטלים זהה בכ-99.5%.
חוקרים חילצו DNA מאובניםאדם ניאנדרטלי מעצם הירך של שלד ניאנדרטלי לפני 38,000 שנה ממערת Vindia בקרואטיה, וכן מעצמות אחרות שנמצאו בספרד, ברוסיה ובגרמניה. באמצעות רצפי ה- DNA המיטוכונדריאלי של השימפנזה וכנקודות התייחסות, חישבו המדענים כי תאריך הפער בין ה- mtDNA האנושי לניאנדרטלי הוא 660,000 ± 140,000 שנים.
בגנום של הניאנדרטלים האירופיים האחרונים ממערות Vindia, Mezmaiskaya (Mezmaiskaya 2), Goye ו-Le Cotte, שגרו בערך. 45-39 אלף ל'. נ. לאחר הגעתם של סאפיינס לאירופה, לא נמצאה תערובת של גנים של קרו-מגנון.
השוואה של גנומים ניאנדרטלים מאוחרים עםהגנום של ניאנדרטלי מבוגר מהקווקז (Mezmaiskaya 1) הראה שלקראת סוף ההיסטוריה של הניאנדרטלים הייתה כנראה תחלופה של אוכלוסיות ניאנדרטלים או בקווקז או ברחבי אירופה.
עיקר הגנים הניאנדרטלי זורמים מוקדםהומו סאפיינסהגיע ממקור אחד או יותראוכלוסיות של ניאנדרטלים שהתפצלו מהניאנדרטלים האחרונים לפני לפחות 90 אלף שנה. n., אבל לאחר שהם נפרדו מניאנדרטל שצולם בעבר מסיביר (Altai Neandertal) לפני כ-150 אלף שנה.
את הגנים של מי ירשנו?
- דניסוביטים
אנשים מודרניים הצטלבו עם אנשים דניסובן פעמיים, גנטיקאים אמריקאים גילו שהם ניתחו את ה-DNA של 5,639 תושבי אירואסיה ואוקיאניה.
כפי שנאמר בכתבה שפורסמה במגזיןתָא,מדענים מצאו כי אבותיהם הקדמונים של תושבי סין ויפן המודרנית הזדווגו עם דניסובים משתי אוכלוסיות - האלטאי והשני לא ידוע.
ניאנדרטלים ודניסובים נחשבים נפרדיםמינים (לפי גרסה אחרת - תת-מין) של אנשים קדומים. הניאנדרטלים חיו באירופה ובמרכז אסיה ומתו לפני כ-30 אלף שנה, והותירו שרידים וחפצים רבים.
הרבה פחות ידוע על דניסובנים.כמעט ואין שום עקבות מהם (עד כה התגלו רק שלוש טוחנות ופלנקס של אצבע) שנמצאו במקום אחד - מערת דניסובה באלטאי. למעשה, סוג חדש של אנשים התגלה על ידי גנטיקה, תוך רצף דנ"א מפלנקס האצבע ומצא הבדלים משמעותיים בגנום המיטוכונדריאלי והגרעיני מהגנום של בני האדם המודרניים והניאנדרטלים.
- ניאנדרטלים
הגנום של הניאנדרטלים ובני האדם המודרנייםהפרש של 0.16%. מצד אחד, ההבדלים קטנים. מצד שני, אתה יכול לראות אילו גנים קיימים בבני אדם מודרניים אך נעדרים גם אצל שימפנזים וגם אצל ניאנדרטלים.
אלה אלמנטים היפותטיים שלאבירושה מאב קדמון משותף והופיע רק לאחר התבדלות ענפי בני האדם המודרניים והניאנדרטלים. היו 78 אלמנטים מודרניים גרידא כאלה - תחליפי נוקליאוטידים בגנים. חלק מהתחליפים הנוקלאוטידים הללו עשויים להיות ניטרליים (ניתן לתקן אותם כתוצאה מתהליכים דמוגרפיים רגילים, צווארי בקבוק וכו '), בעוד שאחרים עשויים להיות בעלי משמעות אדפטיבית.
אז היו 5 גנים כאלה שהובילוכמה מהתחליפים הנוקלאוטידים הללו. גנים אלה, ובהתאם לכך, מוטציות אלה הם כמובן מסתגלים לאנשים מודרניים, אחרת האבולוציה לא הייתה מקדישה להם תשומת לב כה רבה. אלה גנים הקשורים לתפקודי עור, פעילות נפשית, חילוף חומרים באנרגיה /
כיצד השפיע מאגר הגנים על אוכלוסיית בני האדם?
ב -2010גנום גרעיני ניאנדרטלינחקר במלואו בפעם הראשונה. העקבות הגנטי של מין זה מחושב מחדש לעתים קרובות מאוד. גנטיקה של אוכלוסייהמאוניברסיטת וושינגטוןבנג'מין ורנוטויהושע אקי החל במחקר והגישה החדשה אפשרה למחברים "לשלוף" את כל רצפי ה- DNA הניאנדרטלי החבויים בגנום המודרני.
הם הגיעו למסקנה כי במאגר הגנים של מודרניבאוכלוסיות אירופיות ואסייתיות מסתובב בסך הכל כ-20% מהגנום הניאנדרטלי. רצפי ניאנדרטלים בגנום של בני אדם מודרניים הם די קצרים - זה מוסבר על ידי העובדה שחלף די הרבה זמן מאז ההכלאה עם הניאנדרטלים, ורצפים ארוכים נשברורקומבינציות(החלפת מקטעים בין כרומוזומים שונים).
26% מכל החלבונים המקודדים מכילים גם אללים ניאנדרטלים.
גנים בקרטינוציטים (תאי עור): הם נדרשים לשיפור פיגמנטציה או הסתגלות. והאזור על הכרומוזום השביעי המכיל את הגן עזר לפיתוח דיבור אנושי.
ההתקדמות המדעית האחרונה
- הגנום האירופי העתיק ביותר נוצר מחדש
מדענים מהמעבדה הגנטית של מכון מקס פלאנק להיסטוריה של האנושות בגרמניה שיחזרו את הגנום האירופי העתיק ביותר.
לצורך המחקר חומר נלקח מגולגולת כבת 45 אלף שנה שנמצא בעיירה זלאטי קון בצ'כיה. זה היה שייך לאישה.
התברר שהגנום של זלטה קון מכיל בערך אותה כמות של דנ"א ניאנדרטלי כמו אצל בני אדם מודרניים אחרים, כ-2-3%, אבל קטעי הגנים הניאנדרטליים בו ארוכים בהרבה מאשר בכולם.
לדברי המחברים, ה- DNA של אישה זו אינו נמצא אצל אנשים שחיו מאוחר יותר באירופה או באסיה.זה מצביע על כך שבני האדם המודרניים היו בסביבה בדרום מזרח אירופה במשך 47,000 עד 43,000 שניםגב.
- מנגנון חדש של ויסות גנים
קבוצת מדענים מרוסיה חקרה את תפקידם של שברים דו-גדיליים של RNA מתבגר והראתה שהאינטראקציה בין חלקיו המרוחקים יכולה לווסת את ביטוי הגנים.
ל-RNA שני מבנים - ראשוני ומשני.המבנה הראשוני של חומצות גרעין מתייחס לסדר ולרצף של סידור המונונוקלאוטידים בשרשרת הפולינוקלאוטידים של RNA. שרשרת כזו מיוצבת על ידי קשרי 3′,5′-פוספודיסטר. בתורו, מבנה משני הוא הסידור הקונפורמטיבי של השרשרת הראשית של מקרומולקולה (לדוגמה, שרשרת פוליפפטידית של חלבון או שרשרת של חומצות גרעין), ללא קשר לקונפורמציה של שרשראות הצדדיות או לקשר למקטעים אחרים.
בתיאור המבנה המשני, חשוב לקבוע את קשרי המימן המייצבים שברים בודדים של מקרומולקולות.
בזכות התפקיד החדש התברר כי המשניהמבנה ממלא תפקיד חשוב בהבשלה של מולקולות RNA נושאות מידע, ובמיוחד בשחבור. זהו תהליך בו נכרתים האזורים שאינם מקודדים ואזורי הקידוד נתפרים זה לזה (כמו בהבשלה של מולקולות RNA). מדענים הראו כי מבנים משניים של RNA יכולים לווסת את השבחה וכך לתרום יותר לוויסות גנים ממה שחשבו בעבר.
- מערכת CRISPR / Cas9
פריצת הדרך הגדולה ביותר של העשור הייתה מערכת CRISPR/Cas9, שעליה קיבלו יוצריה, ג'ניפר דודנה ועמנואל שרפנטייה, את פרס נובל לכימיה לשנת 2020.
CRISPR / Cas9 היא שיטת עריכת גנוםדיוק גבוה, ומאפשר לך לשנות את הגנים של מיקרואורגניזמים חיים, כולל בני אדם. ובעזרתו יש סיכויים ליצור שיטות למאבק ב- HIV ומחלות אחרות, שנשמעות היום כמשפט.
- ילדים שעברו שינוי גנטי
בשנת 2018 נולדוילדים מהונדסים גנטית - בנות לולו וננה. הזיגוטה הושגה באמצעות הפריה חוץ גופית (הפריה חוץ גופית), שונתה גנטית באמצעות CRISPR / Cas9 והושתלה ברחם האישה שילדה את הבנות.
קרא עוד:
תגובות גרעיניות התגברו בכור תחנת הכוח הגרעינית בצ'רנוביל
מדענים הראו כיצד חור שחור קורע כוכב
פיזיקאים יצרו אנלוגיה של חור שחור ואישרו את התיאוריה של הוקינג. לאן זה מוביל?