Menselijk genoom
Dit is het geheel van erfelijk materiaal dat zich in een menselijke cel bevindt. Menselijk
Tweeëntwintig autosomen, twee geslachtschromosomen X en Y en menselijk mitochondriaal DNA bevatten samen ongeveer 3,1 miljard basenparen.
Tijdens de implementatie van het Menselijk Genoomproject was dat wel het gevalde DNA-sequentie van alle chromosomen en mitochondriaal DNA werd bepaald. Momenteel worden deze gegevens over de hele wereld actief gebruikt in biomedisch onderzoek.
Volledige sequencing onthulde dat de menshet genoom bevat 20-25 duizend actieve genen, wat aanzienlijk minder is dan verwacht aan het begin van het project (ongeveer 100 duizend) - dat wil zeggen dat slechts 1,5% van het totale genetische materiaal codeert voor eiwitten of functioneel RNA.
De rest is niet-coderend DNA, vaak junk-DNA genoemd, maar dat heeft bewezen een belangrijke rol te spelen bij het reguleren van genactiviteit.
Kenmerken van het menselijke gen
- Chromosomen
Er zijn 23 paar chromosomen in het genoom:22 paar autosomale chromosomen, evenals een paar geslachtschromosomen X en Y. Bij mensen is het mannelijk geslacht heterogametisch en wordt bepaald door de aanwezigheid van een Y-chromosoom. Normale diploïde lichaamscellen hebben 46 chromosomen.
- Genen
Voorlopige schattingen suggereerden de aanwezigheid vanhet menselijk genoom heeft meer dan 100 duizend genen. Volgens de resultaten van het Human Genome-project bedroeg het aantal genen, of liever open leeskaders, ongeveer 28.000 genen. In verband met het verbeteren van methoden voor het zoeken naar (voorspellen van) genen wordt een verdere afname van het aantal genen verwacht.
Het aantal genen bij mensen is slechts iets groter dan bij eenvoudigere organismen, zoals de rondworm.Caenorhabditis elegansof vliegtDrosophila melanogaster. Dit komt door het feit dat alternatieve splitsing breed vertegenwoordigd is in het menselijk genoom. Met alternatieve splitsing kunt u uit één gen verschillende eiwitketens verkrijgen.
Als gevolg hiervan blijkt het menselijke proteoom te zijnveel groter dan het proteoom van de beschouwde organismen. De meeste menselijke genen hebben meerdere exons en introns zijn vaak aanzienlijk langer dan de grens-exons in een gen.
- Regelgevende sequenties
Het menselijk genoom bevat veel verschillendesequenties die verantwoordelijk zijn voor genregulatie. Regulatie verwijst naar de controle van genexpressie (het proces van het construeren van boodschapper-RNA langs een deel van een DNA-molecuul).
Dit zijn meestal korte reeksen,gelegen naast het gen of binnen het gen. Soms bevinden ze zich op aanzienlijke afstand van het gen (enhancers). Systematisering van deze sequenties, begrip van de werkmechanismen en kwesties van wederzijdse regulering van een groep genen door een groep overeenkomstige enzymen bevinden zich momenteel nog in de beginfase van de studie.
Onderlinge regulatie van groepen genen wordt beschreven metmet behulp van genregulerende netwerken. De studie van deze kwesties bevindt zich op het snijvlak van verschillende disciplines: toegepaste wiskunde, high-performance computing en moleculaire biologie. Kennis komt voort uit vergelijkingen van de genomen van verschillende organismen en uit de vooruitgang op het gebied van kunstmatige gentranscriptie in het laboratorium.
Identificatie van regulerende sequenties inHet menselijk genoom is gedeeltelijk geproduceerd op basis van evolutionaire conservering (de eigenschap van het behouden van belangrijke fragmenten van de chromosomale sequentie die ongeveer dezelfde functie vervullen).
Volgens de moleculaire klok, evolutionairde mens- en muislijnen zijn ongeveer 100 miljoen jaar geleden gespleten. Voor twee genomen hebben computermethoden conservatieve sequenties onthuld (sequenties die identiek zijn of heel licht verschillen in de vergeleken genomen) in het niet-coderende deel en het bleek dat ze actief betrokken zijn bij de mechanismen van genregulatie in beide organismen.
Een andere benadering om regelgeving te verkrijgenDe sequenties zijn gebaseerd op een vergelijking van de genen van mensen en kogelvissen. De gensequenties en regulerende sequenties bij mensen en kogelvissen zijn substantieel vergelijkbaar, maar het genoom van de kogelvis bevat 8 keer minder "junk-DNA". Deze "compactheid" van het visgenoom maakt het veel gemakkelijker om naar regulerende sequenties voor genen te zoeken.
- Andere objecten in het genoom
Eiwitcoderende sequenties (veelsequenties waaruit exons bestaan) vormen minder dan 1,5% van het genoom. Zonder rekening te houden met bekende regulerende sequenties bevat het menselijk genoom veel objecten die op iets belangrijks lijken, maar waarvan de functie, als die er al is, nog niet is opgehelderd.
Deze objecten beslaan tot 97% van het totale volume van het menselijk genoom. Dergelijke objecten zijn onder meer:
- virussen
Ongeveer 1% van het menselijk genoom wordt ingenomen door ingebouwderetrovirusgenen (endogene retrovirussen). Deze genen komen meestal niet ten goede aan de gastheer, maar er zijn uitzonderingen. Zo kwamen ongeveer 43 miljoen jaar geleden retrovirale genen die dienden voor de opbouw van de virusomhulling het genoom van de voorouders van apen en mensen binnen. Bij mensen en apen zijn deze genen betrokken bij het functioneren van de placenta.
De meeste retrovirussen werden meer dan 25 miljoen jaar geleden in het genoom van menselijke voorouders ingebouwd. Onder jongere menselijke endogene retrovirussen zijn tot op heden geen gunstige gevonden.
Het genoom van de Neanderthaler decoderen
Het Neanderthaler-genoom komt qua omvang dicht in de buurt van het genoom van de moderne mens. Voorlopige resultaten laten zien dat het DNA van moderne mensen en Neanderthalers voor ongeveer 99,5% identiek is.
Onderzoekers hebben fossiel DNA geëxtraheerdNeanderthaler uit het dijbeen van een Neanderthaler skelet 38.000 jaar geleden uit de Vindia-grot in Kroatië, evenals uit andere botten die zijn gevonden in Spanje, Rusland en Duitsland. Met behulp van de chimpansee en menselijke mitochondriale DNA-sequenties als referentiepunten, berekenden de wetenschappers dat de datum van de discrepantie tussen het menselijke en Neanderthaler mtDNA 660.000 ± 140.000 jaar is.
In de genomen van de laatste Europese Neanderthalers uitgrotten Vindia, Mezmaiskaya (Mezmaiskaya 2), Goye en Le Cotte, die ca. leefde. 45-39 duizend l. N. Na de komst van sapiens in Europa werd geen vermenging van Cro-Magnon-genen gevonden.
Vergelijking van late Neanderthaler genomen methet genoom van een oudere Neanderthaler uit de Kaukasus (Mezmaiskaya 1) toonde aan dat er tegen het einde van de geschiedenis van de Neanderthalers waarschijnlijk een wisseling van Neanderthalerpopulaties plaatsvond, hetzij in de Kaukasus, hetzij in heel Europa.
Het grootste deel van de Neanderthaler-genen komt vroeg binnenHomo sapiensafkomstig van een of meer originelenpopulaties Neanderthalers die minstens 90.000 jaar geleden afweken van de laatste Neanderthalers. n., maar nadat ze zich ongeveer 150 duizend jaar geleden hadden afgesplitst van een eerder gesequenced Neanderthaler uit Siberië (Altai Neandertal).
Wiens genen hebben we geërfd?
- denisovieten
Moderne mensen kruisten twee keer met Denisovan-mensen, Amerikaanse genetici ontdekten dat ze het DNA van 5.639 inwoners van Eurazië en Oceanië analyseerden.
Zoals vermeld in een artikel gepubliceerd in het tijdschriftCel,Wetenschappers hebben ontdekt dat de voorouders van de inwoners van het moderne China en Japan zich kruisten met Denisovans uit twee populaties: de Altai en een onbekende tweede.
Neanderthalers en Denisovans worden als gescheiden beschouwdsoorten (volgens een andere versie - ondersoorten) van oude mensen. Neanderthalers leefden in Europa en Centraal-Azië en stierven ongeveer 30.000 jaar geleden uit, waarbij talloze overblijfselen en artefacten achterbleven.
Over Denisovans is veel minder bekend.Er zijn praktisch geen sporen van (tot nu toe zijn er slechts drie kiezen en een vingerkootje ontdekt), die op één plaats werden gevonden - Denisova-grot in Altai. In feite werd een nieuw soort mensen ontdekt door de genetica, het sequentiëren van DNA uit de falanx van de vinger en het vinden van significante verschillen in de mitochondriale en nucleaire genomen van de genomen van moderne mensen en Neanderthalers.
- Neanderthalers
Het genoom van Neanderthalers en moderne mensenverschilt met 0,16%. Aan de ene kant zijn de verschillen klein. Aan de andere kant kun je zien welke genen aanwezig zijn bij moderne mensen, maar afwezig zijn bij zowel chimpansees als Neanderthalers.
Dit zijn hypothetische elementen die dat niet zijngeërfd van een gemeenschappelijke voorouder en verscheen pas na de divergentie van de takken van de moderne mens en de Neanderthaler. Er waren 78 van dergelijke puur moderne elementen - nucleotidesubstituties in genen. Sommige van deze nucleotidesubstituties kunnen neutraal zijn (ze kunnen worden vastgesteld als gevolg van gebruikelijke demografische processen, knelpunten, enz.), Terwijl andere ook adaptieve waarde kunnen hebben.
Er waren dus 5 van zulke genen die meedroegenverschillende van deze nucleotidesubstituties. Deze genen en dus ook deze mutaties zijn duidelijk adaptief voor moderne mensen, anders zou de evolutie er niet zo veel aandacht aan hebben besteed. Dit zijn genen die verband houden met huidfuncties, mentale activiteit, energiemetabolisme /
Hoe heeft de genenpool de menselijke populatie beïnvloed?
In 2010Neanderthaler nucleair genoomwerd voor het eerst volledig bestudeerd. Het genetische spoor van deze soort wordt heel vaak herberekend.Populatiegeneticavan de Universiteit van WashingtonBenjamin VernottEnJoshua Ekibegonnen met onderzoek en de nieuwe aanpak stelde de auteurs in staat om alle sequenties van Neanderthaler-DNA te "uittrekken" die verborgen zijn in moderne genomen.
Ze kwamen tot de conclusie dat dit in de genenpool van het moderne isIn de Europese en Aziatische populaties circuleert in totaal ongeveer 20% van het Neanderthaler-genoom. Neanderthaler-sequenties in het genoom van moderne mensen zijn vrij kort - dit wordt verklaard door het feit dat er behoorlijk wat tijd is verstreken sinds de hybridisatie met Neanderthalers, en dat lange sequenties zijn verbrokenrecombinaties(uitwisseling van secties tussen verschillende chromosomen).
26% van alle coderende eiwitten bevatten ook Neanderthaler-allelen.
Genen in keratinocyten (huidcellen): ze zijn nodig voor een betere pigmentatie of aanpassing. En het gebied op het zevende chromosoom dat het gen bevat, hielp bij het ontwikkelen van menselijke spraak.
Laatste wetenschappelijke vooruitgang
- Het oudste Europese genoom is gereconstrueerd
Wetenschappers van het genetisch laboratorium van het Max Planck Instituut voor de Geschiedenis van de Mensheid in Duitsland hebben het oudste Europese genoom gereconstrueerd.
Voor het onderzoek werd materiaal genomen van een schedel van ongeveer 45 duizend jaar oud, gevonden in de stad Zlata Kun in de Tsjechische Republiek. Het was van een vrouw.
Het bleek dat het genoom van Zlata Kun het bevatongeveer dezelfde hoeveelheid Neanderthaler-DNA als andere moderne mensen, ongeveer 2-3%, maar de Neanderthaler-gensegmenten zelf zijn bij hem veel langer dan bij alle anderen.
Volgens de auteurs van het werk is dat niet het DNA van deze vrouwgevonden bij mensen die later in Europa of Azië woonden. Dit suggereert dat moderne mensen al 47-43 duizend jaar geleden in Zuidoost-Europa aanwezig waren.
- Nieuw mechanisme van genregulatie
Een groep wetenschappers uit Rusland bestudeerde de rol van dubbelstrengige fragmenten van rijpend RNA en toonde aan dat de interactie tussen de afgelegen delen de genexpressie kan reguleren.
RNA heeft twee structuren: primair en secundair.De primaire structuur van nucleïnezuren verwijst naar de volgorde en volgorde van rangschikking van mononucleotiden in de polynucleotideketen van RNA. Een dergelijke keten wordt gestabiliseerd door 3′,5′-fosfodiesterbindingen. De secundaire structuur is op zijn beurt de conformationele rangschikking van de hoofdketen van een macromolecuul (bijvoorbeeld een polypeptideketen van een eiwit of een keten van nucleïnezuren), ongeacht de conformatie van de zijketens of de relatie met andere segmenten.
Bij het beschrijven van de secundaire structuur is het belangrijk om de waterstofbruggen te bepalen die individuele fragmenten van macromoleculen stabiliseren.
Dankzij de nieuwe baan bleek dat de secundairestructuur speelt een belangrijke rol bij de rijping van informatiedragende RNA-moleculen, en vooral bij splicing. Dit is een proces waarbij de niet-coderende gebieden worden uitgesneden en de coderende gebieden aan elkaar worden gehecht (zoals bij de rijping van RNA-moleculen). Wetenschappers hebben aangetoond dat secundaire RNA-structuren de splitsing kunnen reguleren en zo meer kunnen bijdragen aan genregulatie dan eerder werd gedacht.
- CRISPR / Cas9-systeem
De grootste doorbraak van het decennium was het CRISPR/Cas9-systeem, waarvoor de makers ervan, Jennifer Doudna en Emmanuelle Charpentier, in 2020 de Nobelprijs voor de Scheikunde ontvingen.
CRISPR / Cas9 is een methode voor het bewerken van het genoomhoge nauwkeurigheid, waardoor u de genen van levende micro-organismen, inclusief mensen, kunt veranderen. En met zijn hulp zijn er kansen om methoden te creëren om hiv en andere ziekten te bestrijden, die vandaag als een zin klinken.
- Genetisch gemodificeerde kinderen
In 2018 werden geborengenetisch gemodificeerde kinderen - meisjes Lulu en Nana. De zygote werd verkregen met behulp van IVF (in-vitrofertilisatie), genetisch gewijzigd met CRISPR / Cas9 en geïmplanteerd in de baarmoeder van de vrouw die de meisjes ter wereld bracht.
Lees verder:
De kernreacties namen toe in de reactor van de kerncentrale van Tsjernobyl
Wetenschappers hebben aangetoond hoe een zwart gat een ster uit elkaar scheurt
Natuurkundigen hebben een analoog van een zwart gat gemaakt en de theorie van Hawking bevestigd. Waar leidt het toe?