Menneskelig genom
Dette er totalen av arvelig materiale som finnes i en menneskelig celle. Menneskelig
Tjueto autosomer, to kjønnskromosomer X og Y, og humant mitokondrie-DNA inneholder tilsammen omtrent 3,1 milliarder basepar.
Under gjennomføringen av Human Genome Project var detDNA-sekvensen til alle kromosomer og mitokondrie-DNA ble bestemt. For tiden brukes disse dataene aktivt over hele verden i biomedisinsk forskning.
Full sekvensering avslørte det mennesketgenomet inneholder 20-25 tusen aktive gener, noe som er betydelig mindre enn forventet ved starten av prosjektet (ca. 100 tusen) - det vil si at kun 1,5 % av det totale genetiske materialet koder for proteiner eller funksjonelt RNA.
Resten er ikke-kodende DNA, ofte referert til som søppel-DNA, men som har vist seg å spille en viktig rolle i reguleringen av genaktivitet.
Funksjoner av det humane genet
- Kromosomer
Det er 23 par kromosomer i genomet:22 par autosomale kromosomer, samt et par kjønnskromosomer X og Y. Hos mennesker er mannlig kjønn heterogametisk og bestemmes av tilstedeværelsen av et Y-kromosom. Normale diploide somatiske celler har 46 kromosomer.
- Gener
Foreløpige estimater antydet tilstedeværelsen avdet menneskelige genomet har mer enn 100 tusen gener. I følge resultatene av Human Genome-prosjektet utgjorde antallet gener, eller rettere åpne leserammer, rundt 28 000 gener. I forbindelse med forbedring av metoder for å søke (forutsi) gener, forventes en ytterligere reduksjon i antall gener.
Antall gener hos mennesker er bare litt større enn i enklere organismer, som rundormen.Caenorhabditis eleganseller fluerDrosophila melanogaster. Dette skyldes det faktum at alternativ spleising er bredt representert i det menneskelige genomet. Alternativ spleising lar deg få flere forskjellige proteinkjeder fra ett gen.
Som et resultat viser det seg at det menneskelige proteomet ermye større enn proteomet til de betraktede organismer. De fleste menneskelige gener har flere eksoner, og introner er ofte betydelig lenger enn grenseeksonene i et gen.
- Regulerende sekvenser
Det menneskelige genomet inneholder mange forskjelligesekvenser som er ansvarlige for genregulering. Regulering refererer til kontroll av genuttrykk (prosessen med å konstruere messenger-RNA langs en del av et DNA-molekyl).
Dette er vanligvis korte sekvenser,ligger enten ved siden av genet eller innenfor genet. Noen ganger ligger de i betydelig avstand fra genet (forsterkere). Systematisering av disse sekvensene, forståelse av arbeidsmekanismene, samt spørsmål om gjensidig regulering av en gruppe gener av en gruppe tilsvarende enzymer er for øyeblikket bare i den innledende studietrinnet.
Gjensidig regulering av grupper av gener er beskrevet medved hjelp av genregulerende nettverk. Studiet av disse spørsmålene er i skjæringspunktet mellom flere disipliner: anvendt matematikk, høyytelses databehandling og molekylærbiologi. Kunnskap kommer fra sammenligninger av genomene til ulike organismer og fra fremskritt innen kunstig gentranskripsjon i laboratoriet.
Identifikasjon av regulatoriske sekvenser iDet menneskelige genomet ble delvis produsert på grunnlag av evolusjonær konservering (egenskapen til å beholde viktige fragmenter av kromosomsekvensen som har omtrent samme funksjon).
I følge den molekylære klokken, evolusjonærmenneskene og muselinjene delte seg for rundt 100 millioner år siden. For to genomer har datametoder avslørt konservative sekvenser (sekvenser som er identiske eller veldig forskjellige i de sammenlignede genomene) i den ikke-kodende delen, og det viste seg at de er aktivt involvert i mekanismene for genregulering i begge organismer.
En annen tilnærming for å få regulatoriskeSekvensene er basert på en sammenligning av gener fra mennesker og pufferfisk. Gensekvensene og regulatoriske sekvensene hos mennesker og pufferfisk er i det vesentlige like, men pufferfish-genomet inneholder 8 ganger mindre "søppel-DNA". Denne "kompaktheten" av fiskens genom gjør det mye lettere å søke etter regulatoriske sekvenser for gener.
- Andre objekter i genomet
Proteinkodende sekvenser (mangesekvenser som utgjør eksoner) utgjør mindre enn 1,5 % av genomet. Uten å ta hensyn til kjente regulatoriske sekvenser, inneholder det menneskelige genomet en mengde objekter som ser ut som noe viktig, men hvis funksjon, hvis den eksisterer i det hele tatt, ennå ikke er belyst.
Disse objektene opptar opptil 97% av det totale volumet av det menneskelige genomet. Slike gjenstander inkluderer:
- Virus
Omtrent 1% av det menneskelige genomet er okkupert av innebygdretrovirusgener (endogene retrovirus). Disse genene kommer vanligvis ikke verten til gode, men det finnes unntak. Således, for rundt 43 millioner år siden, kom retrovirale gener som tjente til å bygge virusskallet inn i genomet til forfedrene til aper og mennesker. Hos mennesker og aper er disse genene involvert i funksjonen til morkaken.
De fleste retrovirus ble innlemmet i genomet til menneskelige forfedre for over 25 millioner år siden. Blant yngre menneskelige endogene retrovirus er det hittil ikke funnet noen gunstige.
Dekoding av genomet til neandertaleren
Neandertaler-genomet er i størrelse nær genomet til moderne mennesker. Foreløpige resultater viser at DNAet til moderne mennesker og neandertalere er omtrent 99,5 % identisk.
Forskere har hentet fossilt DNANeandertalermann fra lårbeinet til et neandertalerskjelett for 38 000 år siden fra Vindia Cave i Kroatia, så vel som fra andre bein som ble funnet i Spania, Russland og Tyskland. Ved å bruke sjimpanse og humane mitokondrie-DNA-sekvenser som referansepunkter, beregnet forskerne at datoen for avviket mellom det menneskelige og Neanderthal mtDNA er 660 000 ± 140 000 år.
I genomene til de siste europeiske neandertalere frahulene Vindia, Mezmaiskaya (Mezmaiskaya 2), Goye og Le Cotte, som bodde ca. 45-39 tusen l. n. Etter ankomsten av sapiens til Europa ble det ikke funnet noen blanding av Cro-Magnon-gener.
Sammenligning av sene neandertaler-genomer medgenomet til en eldre neandertaler fra Kaukasus (Mezmaiskaya 1) viste at det mot slutten av neandertalerhistorien sannsynligvis var en omsetning av neandertalerpopulasjoner enten i Kaukasus eller i hele Europa.
Hovedtyngden av neandertalergenet strømmer tidlig innHomo sapienskom fra en eller flere originalepopulasjoner av neandertalere som divergerte fra de siste neandertalere for minst 90 tusen år siden. n., men etter at de delte seg fra en tidligere sekvensert neandertaler fra Sibir (Altai Neandertal) for rundt 150 tusen år siden.
Hvilke gener har vi arvet?
- Denisovittene
Moderne mennesker krysset med Denisovan-folk to ganger, amerikanske genetikere fant ut at de analyserte DNAet til 5 639 innbyggere i Eurasia og Oseania.
Som det står i en artikkel publisert i bladetCelle,Forskere har oppdaget at forfedrene til innbyggerne i det moderne Kina og Japan blandet seg med Denisovans fra to populasjoner - Altai og et ukjent sekund.
Neandertalere og denisovanere regnes som separatearter (ifølge en annen versjon - underarter) av eldgamle mennesker. Neandertalere levde i Europa og Sentral-Asia og døde ut for rundt 30 tusen år siden, og etterlot seg mange rester og gjenstander.
Mye mindre er kjent om Denisovans.Det er praktisk talt ingen spor etter dem (så langt er det bare oppdaget tre molarer og en phalanx av en finger), som ble funnet på ett sted - Denisova Cave i Altai. Egentlig ble en ny type mennesker oppdaget av genetikk, sekvensering av DNA fra phalanx av en finger og å finne signifikante forskjeller i mitokondrie- og kjernegenomene fra genomene til moderne mennesker og neandertalere.
- Neandertalere
Genomet til neandertalere og moderne menneskeravviker med 0,16 %. På den ene siden er forskjellene små. På den annen side kan du se hvilke gener som er tilstede hos moderne mennesker, men fraværende hos både sjimpanser og neandertalere.
Dette er hypotetiske elementer som ikke er detarvet fra en felles forfader og dukket opp først etter avviket mellom grenene til moderne mennesker og neandertaleren. Det var 78 slike rent moderne elementer - nukleotidsubstitusjoner i gener. Noen av disse nukleotidsubstitusjoner kan være nøytrale (de kan fikses som et resultat av vanlige demografiske prosesser, flaskehalser osv.), Mens andre kan ha adaptiv betydning.
Så det var 5 slike gener som barflere av disse nukleotidsubstitusjoner. Disse genene og følgelig disse mutasjonene er åpenbart tilpasningsdyktige for moderne mennesker, ellers ville evolusjon ikke ha fulgt dem så nøye med. Dette er gener assosiert med hudfunksjoner, mental aktivitet, energimetabolisme /
Hvordan påvirket genpoolen menneskets befolkning?
I 2010Neandertal kjernefysisk genomble fullstendig studert for første gang. Det genetiske sporet til denne arten omregnes veldig ofte. Befolkningsgenetikkfra University of WashingtonBenjamin VernottOgJoshua Eki engasjert i forskning og den nye tilnærmingen tillot forfatterne å "trekke ut" alle sekvensene av Neanderthal DNA skjult i moderne genomer.
De kom til den konklusjonen at i genpoolen til moderneI europeiske og asiatiske populasjoner sirkulerer totalt omtrent 20 % av neandertalergenomet. Neandertalersekvenser i genomet til moderne mennesker er ganske korte - dette forklares av det faktum at det har gått ganske mye tid siden hybridisering med neandertalere, og lange sekvenser ble bruttrekombinasjoner(utveksling av snitt mellom ulike kromosomer).
26% av alle kodende proteiner inneholder også neandertalalleler.
Gener i keratinocytter (hudceller): de er nødvendige for forbedret pigmentering eller tilpasning. Og regionen på det syvende kromosomet som inneholder genet, bidro til å utvikle menneskelig tale.
Siste vitenskapelige fremskritt
- Det eldste europeiske genomet er rekonstruert
Forskere fra det genetiske laboratoriet til Max Planck Institute for the Humanity History i Tyskland har rekonstruert det eldste europeiske genomet.
For studien ble materiale hentet fra en hodeskalle på rundt 45 tusen år gammel, funnet i byen Zlata Kun i Tsjekkia. Det tilhørte en kvinne.
Det viste seg at genomet fra Zlata Kun inneholderomtrent samme mengde neandertaler-DNA som andre moderne mennesker, ca. 2-3 %, men selve neandertaler-gensegmentene er mye lengre i ham enn i alle andre.
Ifølge forfatterne av arbeidet er ikke denne kvinnens DNAfunnet hos personer som levde senere i Europa eller Asia. Dette tyder på at moderne mennesker var til stede i sørøst-Europa så tidlig som for 47–43 tusen år siden.
- Ny mekanisme for genregulering
En gruppe forskere fra Russland studerte rollen til dobbelttrådete fragmenter av modnende RNA og viste at interaksjonen mellom de fjerne delene kan regulere genuttrykk.
RNA har to strukturer - primær og sekundær.Den primære strukturen til nukleinsyrer refererer til rekkefølgen og sekvensen for arrangement av mononukleotider i polynukleotidkjeden til RNA. En slik kjede er stabilisert av 3′,5′-fosfodiesterbindinger. I sin tur er sekundær struktur det konformasjonsarrangement av hovedkjeden til et makromolekyl (for eksempel en polypeptidkjede av et protein eller en kjede av nukleinsyrer), uavhengig av konformasjonen av sidekjedene eller forholdet til andre segmenter.
I beskrivelsen av den sekundære strukturen er det viktig å bestemme hydrogenbindinger som stabiliserer individuelle fragmenter av makromolekyler.
Takket være den nye jobben viste det seg at den sekundærestruktur spiller en viktig rolle i modning av informasjonsbærende RNA-molekyler, og spesielt i skjøting. Dette er en prosess der ikke-kodende regioner blir skåret ut og kodingsregionene blir sydd sammen (som i modning av RNA-molekyler). Forskere har vist at sekundære RNA-strukturer kan regulere spleising og dermed bidra mer til genregulering enn tidligere antatt.
- CRISPR / Cas9-system
Tiårets største gjennombrudd var CRISPR/Cas9-systemet, som skaperne, Jennifer Doudna og Emmanuelle Charpentier, mottok Nobelprisen i kjemi i 2020 for.
CRISPR / Cas9 er en genomredigeringsmetodehøy nøyaktighet, slik at du kan endre gener på levende mikroorganismer, inkludert mennesker. Og med hjelpen er det sjanser til å lage metoder for å bekjempe HIV og andre sykdommer, som i dag høres ut som en setning.
- Genmodifiserte barn
I 2018 ble fødtgenetisk modifiserte barn - jenter Lulu og Nana. Zygoten ble oppnådd ved hjelp av IVF (in vitro befruktning), genetisk endret med CRISPR / Cas9 og implantert i livmoren til kvinnen som fødte jentene.
Les mer:
Atomreaksjonene intensiverte i reaktoren til Tsjernobyl kjernekraftverk
Forskere har vist hvordan et svart hull river en stjerne fra hverandre
Fysikere har laget en analog av et svart hull og bekreftet Hawkings teori. Hvor det fører?