Cilvēka genoms
Tas ir cilvēka šūnā esošā iedzimtā materiāla kopums. Cilvēks
Divdesmit divās autosomās, divās dzimuma hromosomās X un Y un cilvēka mitohondriju DNS kopā ir aptuveni 3,1 miljards bāzes pāru.
Cilvēka genoma projekta īstenošanas laikā bijatika noteikta visu hromosomu un mitohondriju DNS DNS secība. Pašlaik šie dati tiek aktīvi izmantoti visā pasaulē biomedicīnas pētījumos.
Pilna secība atklāja, ka cilvēksgenomā ir 20-25 tūkstoši aktīvo gēnu, kas ir ievērojami mazāk nekā tika gaidīts projekta sākumā (ap 100 tūkstošiem) - tas ir, tikai 1,5% no kopējā ģenētiskā materiāla kodē olbaltumvielas vai funkcionālo RNS.
Pārējais ir nekodējoša DNS, ko bieži dēvē par nevēlamu DNS, bet kurai ir izrādījusies nozīmīga loma gēnu aktivitātes regulēšanā.
Cilvēka gēna iezīmes
- Hromosomas
Genomā ir 23 hromosomu pāri:22 autosomālo hromosomu pāri, kā arī pāris dzimuma hromosomu X un Y. Cilvēkiem vīriešu dzimums ir heterogamētisks un to nosaka Y hromosomas klātbūtne. Normālām diploīdām somatiskām šūnām ir 46 hromosomas.
- Gēni
Sākotnējās aplēses liecināja parcilvēka genomā ir vairāk nekā 100 tūkstoši gēnu. Saskaņā ar cilvēka genoma projekta rezultātiem gēnu vai drīzāk atvērto lasīšanas rāmju skaits bija aptuveni 28 000 gēnu. Saistībā ar gēnu meklēšanas (prognozēšanas) metožu uzlabošanu ir gaidāma turpmāka gēnu skaita samazināšanās.
Gēnu skaits cilvēkiem ir tikai nedaudz lielāks nekā vienkāršākos organismos, piemēram, apaļtārpu.Caenorhabditis elegansvai mušasDrosophila melanogaster. Tas ir saistīts ar faktu, ka alternatīvā splicēšana ir plaši pārstāvēta cilvēka genomā. Alternatīva splicēšana ļauj iegūt vairākas dažādas olbaltumvielu ķēdes no viena gēna.
Rezultātā izrādās, ka cilvēka proteoms irdaudz lielāks nekā aplūkoto organismu proteoms. Lielākajai daļai cilvēku gēnu ir vairāki eksoni, un introni bieži ir ievērojami garāki nekā gēnā esošie pierobežas eksoni.
- Normatīvās secības
Cilvēka genomā ir daudz dažādusekvences, kas ir atbildīgas par gēnu regulēšanu. Regulēšana attiecas uz gēnu ekspresijas kontroli (Ziņneša RNS konstruēšanas process gar DNS molekulas sekciju).
Parasti tās ir īsas secības,atrodas vai nu blakus gēnam, vai gēnā. Dažreiz tie atrodas ievērojamā attālumā no gēna (pastiprinātāji). Šo secību sistematizēšana, darba mehānismu izpratne, kā arī jautājumi par gēnu grupas savstarpēju regulēšanu ar atbilstošu enzīmu grupas palīdzību pašlaik ir tikai sākotnējā pētījuma stadijā.
Gēnu grupu savstarpējā regulēšana ir aprakstīta arizmantojot gēnu regulējošos tīklus. Šo jautājumu izpēte ir vairāku disciplīnu krustpunktā: lietišķā matemātika, augstas veiktspējas skaitļošana un molekulārā bioloģija. Zināšanas rodas no dažādu organismu genomu salīdzināšanas un no sasniegumiem mākslīgajā gēnu transkripcijā laboratorijā.
Regulējošo secību identifikācijaCilvēka genoms daļēji tika ražots, pamatojoties uz evolūcijas saglabāšanu (īpašība saglabāt svarīgus hromosomu secības fragmentus, kas pilda aptuveni tādu pašu funkciju).
Saskaņā ar molekulāro pulksteni, evolucionārscilvēka un peles līnijas sadalījās apmēram pirms 100 miljoniem gadu. Diviem genomiem datormetodes nekodējamā daļā ir atklājušas konservatīvas sekvences (secības, kas salīdzināmos genomos ir identiskas vai ļoti nedaudz atšķirīgas), un izrādījās, ka tās aktīvi iesaistās gēnu regulēšanas mehānismos abos organismos.
Cita pieeja regulējuma iegūšanaiSecību pamatā ir cilvēku un pūšamo zivju gēnu salīdzinājums. Cilvēku un putnu zivju gēnu secības un regulējošās secības ir būtībā līdzīgas, taču pūšamo zivju genomā ir 8 reizes mazāk "nevēlamā DNS". Šis zivju genoma "kompaktums" ievērojami atvieglo gēnu regulējošo secību meklēšanu.
- Citi genoma objekti
Olbaltumvielu kodēšanas sekvences (daudzassekvences, kas veido eksonus) veido mazāk nekā 1,5% no genoma. Neņemot vērā zināmās regulējošās sekvences, cilvēka genomā ir daudz objektu, kas izskatās kā kaut kas svarīgs, bet kuru funkcija, ja tāda ir, vēl nav noskaidrota.
Šie priekšmeti aizņem līdz 97% no cilvēka genoma kopējā tilpuma. Šādi objekti ietver:
- Vīrusi
Apmēram 1% no cilvēka genoma aizņem iebūvētsretrovīrusu gēni (endogēnie retrovīrusi). Šie gēni parasti nedod labumu saimniekam, taču ir izņēmumi. Tādējādi apmēram pirms 43 miljoniem gadu retrovīrusu gēni, kas kalpoja vīrusa apvalka veidošanai, iekļuva pērtiķu un cilvēku senču genomā. Cilvēkiem un pērtiķiem šie gēni ir iesaistīti placentas darbībā.
Lielākā daļa retrovīrusu cilvēku senču genomā tika iekļauti vairāk nekā pirms 25 miljoniem gadu. Jaunāku cilvēku endogēno retrovīrusu vidū līdz šim nav atrasts neviens labvēlīgs.
Neandertāliešu genoma dekodēšana
Neandertāliešu genoms pēc izmēra ir tuvu mūsdienu cilvēku genomam. Sākotnējie rezultāti liecina, ka mūsdienu cilvēku un neandertāliešu DNS ir aptuveni 99,5% identiska.
Pētnieki ir ieguvuši fosilās DNSNeandertālietis no neandertāliešu skeleta augšstilba kaula pirms 38 000 gadiem no Vindijas alas Horvātijā, kā arī no citiem kauliem, kas atrasti Spānijā, Krievijā un Vācijā. Izmantojot šimpanzes un cilvēka mitohondriju DNS sekvences kā atskaites punktus, zinātnieki aprēķināja, ka neatbilstības starp cilvēka un neandertāliešu mtDNS datums ir 660 000 ± 140 000 gadu.
Pēdējo Eiropas neandertāliešu genomos noalas Vindia, Mezmaiskaya (Mezmaiskaya 2), Goye un Le Cotte, kas dzīvoja apm. 45-39 tūkstoši l. n. Pēc sapiens ienākšanas Eiropā netika atrasts kromanjonas gēnu piejaukums.
Vēlīnā neandertāliešu genomu salīdzinājums arvecāka neandertālieša no Kaukāza genoms (Mezmaiskaya 1) parādīja, ka neandertāliešu vēstures beigās, iespējams, neandertāliešu populācijas mainījās vai nu Kaukāzā, vai visā Eiropā.
Lielākā daļa neandertāliešu gēnu plūst sākumāHomo sapiensnāk no viena vai vairākiem oriģināliemneandertāliešu populācijas, kas atšķīrās no pēdējiem neandertāliešiem vismaz pirms 90 tūkstošiem gadu. n., bet pēc tam, kad tie atdalījās no iepriekš sekvencēta neandertālieša no Sibīrijas (Altaja neandertālietis) apmēram pirms 150 tūkstošiem gadu.
Kuru gēnus mēs esam mantojuši?
- Denisovieši
Mūsdienu cilvēki divreiz krustojās ar Denisova cilvēkiem, amerikāņu ģenētiķi atklāja, ka viņi analizēja 5639 Eirāzijas un Okeānijas iedzīvotāju DNS.
Kā teikts žurnālā publicētajā rakstāŠūna,Zinātnieki ir atklājuši, ka mūsdienu Ķīnas un Japānas iedzīvotāju senči krustojušies ar Denisovans no divām populācijām - Altaja un nezināmas otrās.
Neandertālieši un Denisovans tiek uzskatīti par atsevišķiemsugas (saskaņā ar citu versiju - pasugas) seno cilvēku. Neandertālieši dzīvoja Eiropā un Vidusāzijā un izmira apmēram pirms 30 tūkstošiem gadu, atstājot daudzas mirstīgās atliekas un artefaktus.
Daudz mazāk ir zināms par Denisovāniem.Viņu pēdas praktiski nav (līdz šim ir atklāti tikai trīs molāri un pirksta falanga), kas tika atrasti vienā vietā - Denisovas alā Altajā. Patiesībā ģenētika atklāja jauna veida cilvēkus, sekvencējot DNS no pirksta falangas un konstatējot būtiskas atšķirības mitohondriju un kodolu genomos no mūsdienu cilvēka un neandertāliešu genomiem.
- Neandertālieši
Neandertāliešu un mūsdienu cilvēku genomsatšķiras par 0,16%. No vienas puses, atšķirības ir nelielas. No otras puses, jūs varat redzēt, kuri gēni ir mūsdienu cilvēkiem, bet nav gan šimpanzēm, gan neandertāliešiem.
Tie ir hipotētiski elementi, kas navmantots no kopēja senča un parādījies tikai pēc mūsdienu cilvēku un neandertāliešu zaru atšķirības. Šādu tīri modernu elementu - nukleotīdu aizstāšana gēnos - bija 78. Daži no šiem nukleotīdu aizstājējiem var būt neitrāli (tos varētu fiksēt parasto demogrāfisko procesu, sastrēgumu utt. Rezultātā), bet citiem var būt arī adaptīva nozīme.
Tātad bija 5 šādi gēni, kas bija līdzivairākas no šīm nukleotīdu aizstājējām. Šie gēni un attiecīgi šīs mutācijas acīmredzami ir adaptīvi mūsdienu cilvēkiem, pretējā gadījumā evolūcija nebūtu pievērsusi viņiem tik lielu uzmanību. Tie ir gēni, kas saistīti ar ādas funkcijām, garīgo aktivitāti, enerģijas metabolismu /
Kā genofonds ietekmēja cilvēku populāciju?
2010. gadāNeandertāliešu kodola genomstika pilnībā izpētīta pirmo reizi. Šīs sugas ģenētiskā pēda tiek pārrēķināta ļoti bieži. Iedzīvotāju ģenētikano Vašingtonas universitātesBendžamins VernotsUnDžošua Eki sāka pētījumus un jaunā pieeja ļāva autoriem "izvilkt" visas mūsdienu genomos paslēptās neandertāliešu DNS sekvences.
Viņi nonāca pie secinājuma, ka mūsdienu genofondāEiropas un Āzijas populācijās kopumā cirkulē aptuveni 20% no neandertāliešu genoma. Neandertāliešu sekvences mūsdienu cilvēku genomā ir diezgan īsas - tas izskaidrojams ar to, ka kopš hibridizācijas ar neandertāliešiem ir pagājis diezgan daudz laika, un tika pārtrauktas garas sekvences.rekombinācijas(sekciju apmaiņa starp dažādām hromosomām).
26% no visiem kodējošajiem proteīniem satur arī neandertāliešu alēles.
Gēni keratinocītos (ādas šūnas): tie ir nepieciešami, lai uzlabotu pigmentāciju vai pielāgošanos. Un reģions septītajā hromosomā, kas satur gēnu, palīdzēja attīstīt cilvēka runu.
Jaunākie zinātnes sasniegumi
- Ir rekonstruēts senākais Eiropas genoms
Zinātnieki no Maksa Planka cilvēces vēstures institūta ģenētiskās laboratorijas Vācijā ir rekonstruējuši vecāko Eiropas genomu.
Pētījumam materiāls tika ņemts no apmēram 45 tūkstošus gadu veca galvaskausa, kas atrasts Zlaty Kun pilsētā Čehijas Republikā. Tas piederēja sievietei.
Izrādījās, ka Zlata Kun genoms saturapmēram tikpat daudz neandertāliešu DNS kā citiem mūsdienu cilvēkiem, aptuveni 2-3%, bet paši neandertāliešu gēnu segmenti viņā ir daudz garāki nekā visiem citiem.
Pēc darba autoru domām, šīs sievietes DNS navatrasts cilvēkiem, kuri vēlāk dzīvoja Eiropā vai Āzijā. Tas liecina, ka mūsdienu cilvēki Dienvidaustrumeiropā dzīvoja jau pirms 47–43 tūkstošiem gadu.
- Jauns gēnu regulēšanas mehānisms
Zinātnieku grupa no Krievijas pētīja nobriedušas RNS divpavedienu fragmentu lomu un parādīja, ka mijiedarbība starp tās attālajām daļām var regulēt gēnu ekspresiju.
RNS ir divas struktūras - primārā un sekundārā.Nukleīnskābju primārā struktūra attiecas uz mononukleotīdu izkārtojuma secību un secību RNS polinukleotīdu ķēdē. Šādu ķēdi stabilizē 3′,5′-fosfodiestera saites. Savukārt sekundārā struktūra ir makromolekulas galvenās ķēdes (piemēram, proteīna polipeptīda ķēdes vai nukleīnskābju ķēdes) konformācijas izkārtojums neatkarīgi no sānu ķēžu konformācijas vai attiecības ar citiem segmentiem.
Aprakstot sekundāro struktūru, ir svarīgi noteikt ūdeņraža saites, kas stabilizē atsevišķus makromolekulu fragmentus.
Pateicoties jaunajam darbam, izrādījās, ka sekundārsstruktūrai ir svarīga loma informāciju nesošo RNS molekulu nobriešanā un jo īpaši splicēšanā. Šis ir process, kurā nekodējošie reģioni tiek izgriezti un kodējošie reģioni tiek sašūti kopā (tāpat kā RNS molekulu nobriešanā). Zinātnieki ir pierādījuši, ka RNS sekundārās struktūras var regulēt splicēšanu un tādējādi vairāk veicināt gēnu regulēšanu, nekā domāts iepriekš.
- CRISPR / Cas9 sistēma
Desmitgades lielākais izrāviens bija CRISPR/Cas9 sistēma, par kuru tās radītājas Dženifera Dodna un Emanuela Šarpentjē saņēma 2020. gada Nobela prēmiju ķīmijā.
CRISPR / Cas9 ir genoma rediģēšanas metodeaugsta precizitāte, ļaujot mainīt dzīvo mikroorganismu, tostarp cilvēku, gēnus. Un ar tās palīdzību ir iespējas izveidot HIV un citu slimību apkarošanas metodes, kas šodien izklausās kā teikums.
- Ģenētiski modificēti bērni
Gadā piedzimaģenētiski modificēti bērni - meitenes Lulu un Nana. Zigota tika iegūta, izmantojot IVF (in vitro apaugļošana), ģenētiski izmainīta ar CRISPR / Cas9 un implantēta meitenes dzemdējušās sievietes dzemdē.
Lasīt vairāk:
Černobiļas atomelektrostacijas reaktorā pastiprinājās kodolreakcijas
Zinātnieki ir parādījuši, kā melnā caurums saplēš zvaigzni
Fiziķi ir izveidojuši melnā cauruma analogu un apstiprinājuši Hokinga teoriju. Kur tas ved?