Žmogaus genomas
Tai yra žmogaus ląstelėje esančios paveldimos medžiagos visuma. Žmogus
Dvidešimt dviejose autosomose, dviejose lytinėse chromosomose X ir Y ir žmogaus mitochondrijų DNR yra maždaug 3,1 milijardo bazių porų.
Įgyvendinant Žmogaus genomo projektą buvobuvo nustatyta visų chromosomų ir mitochondrijų DNR DNR seka. Šiuo metu šie duomenys aktyviai naudojami visame pasaulyje biomedicinos tyrimuose.
Visa seka atskleidė, kad žmogusgenome yra 20-25 tūkst. aktyvių genų, o tai yra žymiai mažiau nei tikėtasi projekto pradžioje (apie 100 tūkst.) – tai yra tik 1,5% visos genetinės medžiagos koduoja baltymus arba funkcinę RNR.
Likusi dalis yra nekoduojanti DNR, dažnai vadinama šiukšlių DNR, tačiau įrodyta, kad ji vaidina svarbų vaidmenį reguliuojant genų aktyvumą.
Žmogaus geno ypatybės
- Chromosomos
Genome yra 23 chromosomų poros:22 autosominių chromosomų poros, taip pat lytinių chromosomų X ir Y pora. Žmonėse vyrų lytis yra heterogametinė ir nustatoma pagal Y chromosomos buvimą. Normaliose diploidinėse somatinėse ląstelėse yra 46 chromosomos.
- Genai
Preliminariais vertinimais nustatyta, kad yražmogaus genomas turi daugiau nei 100 tūkstančių genų. Remiantis „Human Genome“ projekto rezultatais, genų, tiksliau, atvirų skaitymo rėmelių skaičius sudarė apie 28 000 genų. Tobulinant genų paieškos (numatymo) metodus, tikimasi tolesnio genų skaičiaus mažėjimo.
Žmogaus genų skaičius yra tik šiek tiek didesnis nei paprastesniuose organizmuose, tokiuose kaip apvaliosios kirmėlės.Caenorhabditis elegansarba musėsDrosophila melanogaster. Taip yra dėl to, kad alternatyvus sujungimas yra plačiai atstovaujamas žmogaus genome. Alternatyvus sujungimas leidžia iš vieno geno gauti kelias skirtingas baltymų grandines.
Dėl to pasirodo žmogaus proteomasdaug didesnis už nagrinėjamų organizmų proteomą. Dauguma žmogaus genų turi kelis egzonus, o intronai dažnai būna žymiai ilgesni nei pasienio genų genai.
- Reguliavimo sekos
Žmogaus genome yra daug skirtingųsekos, atsakingos už genų reguliavimą. Reguliavimas reiškia genų ekspresijos kontrolę (RNR pasiuntinio konstravimo išilgai DNR molekulės dalies).
Paprastai tai yra trumpos sekos,esančią šalia geno arba geno viduje. Kartais jie yra gerokai nutolę nuo geno (stiprikliai). Šių sekų sisteminimas, darbo mechanizmų supratimas, taip pat abipusio genų grupės reguliavimo atitinkamų fermentų grupėje klausimai šiuo metu yra tik pradiniame tyrimo etape.
Abipusis genų grupių reguliavimas aprašomas sunaudojant genų reguliavimo tinklus. Šių klausimų tyrimas yra kelių disciplinų: taikomosios matematikos, didelio našumo skaičiavimo ir molekulinės biologijos sankirtoje. Žinios gaunamos palyginus skirtingų organizmų genomus ir iš dirbtinės genų transkripcijos pažangos laboratorijoje.
Reguliavimo sekų identifikavimasŽmogaus genomas iš dalies buvo sukurtas remiantis evoliuciniu išsaugojimu (savybė išlaikyti svarbius chromosomų sekos fragmentus, atliekančius maždaug tą pačią funkciją).
Pagal molekulinį laikrodį, evoliucinisžmogaus ir pelės linijos suskilo maždaug prieš 100 milijonų metų. Dviejų genomų kompiuteriniai metodai atskleidė konservatyvias sekas (sekas, kurios yra identiškos arba labai šiek tiek skiriasi palygintuose genomuose) nekoduojančioje dalyje ir paaiškėjo, kad jie aktyviai dalyvauja genų reguliavimo mechanizmuose abiejuose organizmuose.
Kitas požiūris į reguliavimo gavimąSekos pagrįstos žmonių ir pūkinių žuvų genų palyginimu. Žmonių ir pūkinių žuvų genų sekos ir reguliavimo sekos yra iš esmės panašios, tačiau pūkinės žuvies genome yra 8 kartus mažiau „šiukšlių DNR“. Dėl tokio žuvų genomo „kompaktiškumo“ daug lengviau ieškoti reguliavimo genų sekų.
- Kiti genomo objektai
Baltymus koduojančios sekos (daugsekos, sudarančios egzonus), sudaro mažiau nei 1,5 % genomo. Neatsižvelgiant į žinomas reguliavimo sekas, žmogaus genome yra daug objektų, kurie atrodo kaip kažkas svarbaus, bet kurių funkcija, jei tokia yra, dar nėra išaiškinta.
Šie objektai užima iki 97% viso žmogaus genomo tūrio. Tokie objektai yra:
- Virusai
Apie 1% žmogaus genomo užima integruotasretroviruso genai (endogeniniai retrovirusai). Šie genai dažniausiai neduoda naudos šeimininkui, tačiau yra išimčių. Taigi, maždaug prieš 43 milijonus metų retrovirusiniai genai, kurie padėjo sukurti viruso apvalkalą, pateko į beždžionių ir žmonių protėvių genomą. Žmonėms ir beždžionėms šie genai dalyvauja placentos funkcionavime.
Dauguma retrovirusų buvo įtraukti į žmogaus protėvių genomą daugiau nei prieš 25 milijonus metų. Tarp jaunesnių žmogaus endogeninių retrovirusų naudingų kol kas nerasta.
Neandertaliečio genomo dekodavimas
Neandertaliečių genomas yra artimas šiuolaikinių žmonių genomui. Preliminarūs rezultatai rodo, kad šiuolaikinių žmonių ir neandertaliečių DNR yra maždaug 99,5% identiška.
Mokslininkai išskyrė iškastinę DNRNeandertalietis iš neandertaliečio skeleto šlaunies kaulo prieš 38 000 metų iš Vindijos urvo Kroatijoje, taip pat iš kitų kaulų, rastų Ispanijoje, Rusijoje ir Vokietijoje. Naudodami šimpanzės ir žmogaus mitochondrijų DNR sekas kaip atskaitos taškus, mokslininkai apskaičiavo, kad žmogaus ir neandertaliečio mtDNR neatitikimo data yra 660 000 ± 140 000 metų.
Paskutiniųjų Europos neandertaliečių genomuose nuourvai Vindia, Mezmaiskaya (Mezmaiskaya 2), Goye ir Le Cotte, kurie gyveno maždaug. 45-39 tūkst.l. n. Po sapiens atėjimo į Europą kromanjono genų priemaišos nerasta.
Vėlyvųjų neandertaliečių genomų palyginimas susenesnio neandertaliečio iš Kaukazo genomas (Mezmaiskaya 1) parodė, kad neandertaliečių istorijos pabaigoje Kaukaze arba visoje Europoje tikriausiai keitėsi neandertaliečių populiacijos.
Didžioji dalis neandertaliečių genų teka ankstiHomo sapiensatėjo iš vieno ar kelių originalųneandertaliečių populiacijų, kurios nuo paskutiniųjų neandertaliečių skyrėsi mažiausiai prieš 90 tūkstančių metų. n., bet po to, kai jie atsiskyrė nuo anksčiau sekvenuoto neandertaliečio iš Sibiro (Altajaus neandertaliečio) maždaug prieš 150 tūkst.
Kieno genus paveldėjome?
- Denisovičiai
Šiuolaikiniai žmonės du kartus kryžiavosi su Denisovo žmonėmis, amerikiečių genetikai išsiaiškino, kad jie išanalizavo 5639 Eurazijos ir Okeanijos gyventojų DNR.
Kaip teigiama žurnale publikuotame straipsnyjeLangelis,Mokslininkai išsiaiškino, kad šiuolaikinės Kinijos ir Japonijos gyventojų protėviai kryžmino su denisovanais iš dviejų populiacijų – Altajaus ir nežinomos antrosios.
Neandertaliečiai ir Denisovanai laikomi atskiraissenovės žmonių rūšys (pagal kitą versiją - porūšis). Neandertaliečiai gyveno Europoje ir Centrinėje Azijoje ir išmirė maždaug prieš 30 tūkstančių metų, palikdami daugybę palaikų ir artefaktų.
Apie denisoviečius žinoma kur kas mažiau.Jų pėdsakų praktiškai nėra (kol kas aptikti tik trys krūminiai dantys ir piršto falanga), kurie buvo rasti vienoje vietoje - Denisovos oloje Altajaus mieste. Tiesą sakant, genetika atrado naujo tipo žmones, nustatydama DNR iš piršto falangos ir nustatydama reikšmingus mitochondrijų ir branduolių genomų skirtumus nuo šiuolaikinių žmonių ir neandertaliečių genomų.
- Neandertaliečiai
Neandertaliečių ir šiuolaikinių žmonių genomasskiriasi 0,16 proc. Viena vertus, skirtumai nedideli. Kita vertus, galite pamatyti, kurie genai yra šiuolaikiniams žmonėms, bet nėra šimpanzėse ir neandertaliečių.
Tai yra hipotetiniai elementai, kurių nėrapaveldėtas iš bendro protėvio ir atsirado tik išsiskyrus šiuolaikinių žmonių šakoms ir neandertaliečiams. Tokių grynai modernių elementų - nukleotidų pakaitalų genuose buvo 78. Kai kurie iš šių nukleotidų pakaitalų gali būti neutralūs (jie gali būti fiksuojami dėl įprastų demografinių procesų, kliūčių ir kt.), O kiti taip pat gali turėti adaptacinę reikšmę.
Taigi, buvo 5 tokie genai, kurie nešėkeli iš šių nukleotidų pakaitalų. Šie genai ir, atitinkamai, šios mutacijos akivaizdžiai prisitaiko prie šiuolaikinių žmonių, nes kitaip evoliucija nebūtų jiems skyrusi tokio didelio dėmesio. Tai genai, susiję su odos funkcijomis, protine veikla, energijos apykaita /
Kaip genų fondas paveikė žmonių populiaciją?
2010 metaisNeandertaliečių branduolio genomaspirmą kartą buvo visiškai ištirtas. Šios rūšies genetinis pėdsakas perskaičiuojamas labai dažnai. Populiacijos genetikaiš Vašingtono universitetoBenjaminas VernottasIrJoshua Eki pradėti tyrimai ir naujas požiūris leido autoriams „ištraukti“ visas šiuolaikiniuose genomuose paslėptas neandertaliečių DNR sekas.
Jie priėjo prie išvados, kad šiuolaikinių genų fondeEuropos ir Azijos populiacijose iš viso cirkuliuoja apie 20% neandertaliečių genomo. Neandertaliečių sekos šiuolaikinių žmonių genome yra gana trumpos – tai paaiškinama tuo, kad nuo hibridizacijos su neandertaliečiais praėjo nemažai laiko, o ilgos sekos buvo nutrūkusios.rekombinacijos(skyrių pasikeitimas tarp skirtingų chromosomų).
26% visų koduojančių baltymų taip pat yra neandertaliečių alelių.
Genai keratinocituose (odos ląstelės): jie reikalingi geresnei pigmentacijai ar prisitaikymui. Septintosios chromosomos regionas, kuriame yra genas, padėjo plėtoti žmogaus kalbą.
Naujausi mokslo laimėjimai
- Seniausias Europos genomas buvo rekonstruotas
Mokslininkai iš Maxo Plancko žmonijos istorijos instituto genetinės laboratorijos Vokietijoje rekonstravo seniausią Europos genomą.
Tyrimui buvo paimta medžiaga iš maždaug 45 tūkstančių metų senumo kaukolės, rastos Zlaty Kun mieste Čekijos Respublikoje. Tai priklausė moteriai.
Paaiškėjo, kad Zlata Kun genome yramaždaug tiek pat neandertaliečio DNR, kaip ir kitų šiuolaikinių žmonių, apie 2-3%, tačiau patys neandertaliečio geno segmentai jame yra daug ilgesni nei pas visus kitus.
Kūrinio autorių teigimu, šios moters DNR – nerasta pas žmones, kurie vėliau gyveno Europoje ar Azijoje. Tai rodo, kad šiuolaikiniai žmonės Pietryčių Europoje buvo jau prieš 47–43 tūkst.
- Naujas genų reguliavimo mechanizmas
Grupė mokslininkų iš Rusijos tyrinėjo bręstančios RNR dvigrandžių fragmentų vaidmenį ir parodė, kad sąveika tarp tolimų jos dalių gali reguliuoti genų ekspresiją.
RNR turi dvi struktūras – pirminę ir antrinę.Pirminė nukleorūgščių struktūra reiškia mononukleotidų išsidėstymo tvarką ir seką RNR polinukleotidinėje grandinėje. Tokią grandinę stabilizuoja 3′,5′-fosfodiesterio ryšiai. Savo ruožtu antrinė struktūra yra pagrindinės makromolekulės grandinės konformacinis išsidėstymas (pavyzdžiui, baltymo polipeptidinė grandinė arba nukleorūgščių grandinė), nepriklausomai nuo šoninių grandinių konformacijos ar santykio su kitais segmentais.
Apibūdinant antrinę struktūrą, svarbu nustatyti vandenilio jungtis, kurios stabilizuoja atskirus makromolekulių fragmentus.
Naujojo darbo dėka paaiškėjo, kad antraeilisstruktūra vaidina svarbų vaidmenį subrandinant informaciją nešančias RNR molekules ir ypač jungiant. Tai yra procesas, kurio metu nekoduojantys regionai yra išpjaustomi, o koduojantys regionai sujungiami kartu (kaip RNR molekulių brendimo metu). Mokslininkai įrodė, kad RNR antrinės struktūros gali reguliuoti išsiplėtimą ir taip labiau prisidėti prie genų reguliavimo, nei manyta anksčiau.
- CRISPR / Cas9 sistema
Didžiausias dešimtmečio proveržis buvo CRISPR/Cas9 sistema, už kurią jos kūrėjos Jennifer Doudna ir Emmanuelle Charpentier gavo 2020 m. Nobelio chemijos premiją.
CRISPR / Cas9 yra genomo redagavimo metodasdidelis tikslumas, leidžiantis pakeisti gyvų mikroorganizmų, įskaitant žmones, genus. Su jo pagalba yra galimybių sukurti kovos su ŽIV ir kitomis ligomis metodus, kurie šiandien skamba kaip sakinys.
- Genetiškai modifikuoti vaikai
Gimė 2018 mgenetiškai modifikuoti vaikai - mergaitės Lulu ir Nana. Zigota buvo gauta naudojant IVF (apvaisinimas in vitro), genetiškai pakeista CRISPR / Cas9 ir implantuota į mergaites pagimdžiusios moters gimdą.
Skaityti daugiau:
Černobylio atominės elektrinės reaktoriuje sustiprėjo branduolinės reakcijos
Mokslininkai parodė, kaip juodoji skylė išardo žvaigždę
Fizikai sukūrė juodosios skylės analogą ir patvirtino Hawkingo teoriją. Kur jis veda?