Genoma humano
Esta é a totalidade do material hereditário contido em uma célula humana. Humano
Vinte e dois autossomos, dois cromossomos sexuais X e Y e o DNA mitocondrial humano contêm aproximadamente 3,1 bilhões de pares de bases.
Durante a implementação do Projeto Genoma Humano houvea sequência de DNA de todos os cromossomos e DNA mitocondrial foi determinada. Atualmente, esses dados são utilizados ativamente em todo o mundo em pesquisas biomédicas.
O sequenciamento completo revelou que o ser humanoo genoma contém de 20 a 25 mil genes ativos, o que é bem menos do que o esperado no início do projeto (cerca de 100 mil) - ou seja, apenas 1,5% do material genético total codifica proteínas ou RNA funcional.
O resto é DNA não-codificante, freqüentemente conhecido como DNA-lixo, mas que provou desempenhar um papel importante na regulação da atividade do gene.
Características do gene humano
- Cromossomos
Existem 23 pares de cromossomos no genoma:22 pares de cromossomos autossômicos, bem como um par de cromossomos sexuais X e Y. Em humanos, o sexo masculino é heterogamético e é determinado pela presença de um cromossomo Y. As células somáticas diplóides normais têm 46 cromossomos.
- Genes
Estimativas preliminares sugeriram a presença deo genoma humano possui mais de 100 mil genes. De acordo com os resultados do projeto Genoma Humano, o número de genes, ou melhor, de quadros de leitura abertos, chegava a cerca de 28 mil genes. Em conexão com o aprimoramento dos métodos de busca (previsão) de genes, espera-se uma nova diminuição no número de genes.
O número de genes em humanos é apenas ligeiramente maior do que em organismos mais simples, como a lombriga.Caenorhabditis elegansou moscasDrosophila melanogaster. Isto se deve ao fato de que o splicing alternativo está amplamente representado no genoma humano. O splicing alternativo permite obter várias cadeias de proteínas diferentes de um gene.
Como resultado, o proteoma humano acabou sendomuito maior que o proteoma dos organismos considerados. A maioria dos genes humanos tem múltiplos exons, e os íntrons costumam ser significativamente mais longos do que os exons de fronteira de um gene.
- Seqüências regulatórias
O genoma humano contém muitassequências responsáveis pela regulação genética. Regulação refere-se ao controle da expressão genética (o processo de construção de RNA mensageiro ao longo de uma seção de uma molécula de DNA).
Geralmente são sequências curtas,localizado próximo ao gene ou dentro do gene. Às vezes, eles estão localizados a uma distância considerável do gene (potenciadores). A sistematização dessas sequências, a compreensão dos mecanismos de trabalho, bem como as questões de regulação mútua de um grupo de genes por um grupo de enzimas correspondentes estão atualmente apenas em estágio inicial de estudo.
A regulação mútua de grupos de genes é descrita comusando redes reguladoras de genes. O estudo destas questões está na intersecção de diversas disciplinas: matemática aplicada, computação de alto desempenho e biologia molecular. O conhecimento vem de comparações dos genomas de diferentes organismos e de avanços na transcrição artificial de genes em laboratório.
Identificação de sequências regulatórias emO genoma humano foi parcialmente produzido com base na conservação evolutiva (a propriedade de reter fragmentos importantes da sequência cromossômica que desempenham aproximadamente a mesma função).
De acordo com o relógio molecular, evolucionárioas linhas humanas e de camundongos se dividiram há cerca de 100 milhões de anos. Para dois genomas, os métodos de computador revelaram sequências conservadoras (sequências idênticas ou ligeiramente diferentes nos genomas comparados) na parte não codificadora e descobriram que elas estão ativamente envolvidas nos mecanismos de regulação gênica em ambos os organismos.
Outra abordagem para obter regulamentaçõesAs sequências são baseadas na comparação de genes de humanos e peixes-balão. As sequências genéticas e regulatórias em humanos e peixes-balão são substancialmente semelhantes, mas o genoma do peixe-balão contém 8 vezes menos "DNA lixo". Essa "compactação" do genoma do peixe torna muito mais fácil a busca por sequências regulatórias para genes.
- Outros objetos no genoma
Sequências codificadoras de proteínas (muitassequências que constituem os exons) constituem menos de 1,5% do genoma. Sem levar em conta as sequências reguladoras conhecidas, o genoma humano contém muitos objetos que parecem algo importante, mas cuja função, se houver, ainda não foi elucidada.
Esses objetos ocupam até 97% do volume total do genoma humano. Esses objetos incluem:
- Vírus
Cerca de 1% do genoma humano é ocupado porgenes de retrovírus (retrovírus endógenos). Esses genes geralmente não beneficiam o hospedeiro, mas há exceções. Assim, há cerca de 43 milhões de anos, os genes retrovirais que serviram para construir a casca do vírus entraram no genoma dos ancestrais dos macacos e dos humanos. Em humanos e macacos, estes genes estão envolvidos no funcionamento da placenta.
A maioria dos retrovírus foi incorporada ao genoma dos ancestrais humanos há mais de 25 milhões de anos. Entre os retrovírus endógenos humanos mais jovens, nenhum benéfico foi encontrado até agora.
Decodificando o genoma do Neandertal
O genoma do Neandertal tem tamanho próximo ao genoma dos humanos modernos. Os resultados preliminares mostram que o DNA dos humanos modernos e dos neandertais é aproximadamente 99,5% idêntico.
Pesquisadores extraíram DNA fóssilHomem de Neandertal do osso da coxa de um esqueleto de Neandertal 38.000 anos atrás da Caverna de Vindia na Croácia, bem como de outros ossos encontrados na Espanha, Rússia e Alemanha. Usando as sequências de DNA mitocondrial do chimpanzé e humano como pontos de referência, os cientistas calcularam que a data da discrepância entre o mtDNA humano e do Neandertal é de 660.000 ± 140.000 anos.
Nos genomas dos últimos Neandertais europeus decavernas Vindia, Mezmaiskaya (Mezmaiskaya 2), Goye e Le Cotte, que viveram ca. 45-39 mil litros. n. Após a chegada do sapiens à Europa, nenhuma mistura de genes Cro-Magnon foi encontrada.
Comparação dos genomas do Neandertal tardio comO genoma de um Neandertal mais antigo do Cáucaso (Mezmaiskaya 1) mostrou que no final da história do Neandertal houve provavelmente uma rotatividade das populações de Neandertal no Cáucaso ou em toda a Europa.
A maior parte do fluxo genético do Neandertal no inícioHomo sapiensveio de um ou mais originaispopulações de Neandertais que divergiram dos últimos Neandertais há pelo menos 90 mil anos. n., mas depois que eles se separaram de um Neandertal da Sibéria previamente sequenciado (Neandertal de Altai) há cerca de 150 mil anos.
Genes de quem herdamos?
- Denisovitas
Os modernos cruzaram duas vezes com os denisovanos, os geneticistas americanos descobriram que analisaram o DNA de 5.639 habitantes da Eurásia e da Oceania.
Como afirma um artigo publicado na revistaCélula,Os cientistas descobriram que os ancestrais dos habitantes da China e do Japão modernos cruzaram com os denisovanos de duas populações - os Altai e uma segunda desconhecida.
Neandertais e Denisovanos são considerados separadosespécies (de acordo com outra versão - subespécies) de povos antigos. Os neandertais viveram na Europa e na Ásia Central e desapareceram há cerca de 30 mil anos, deixando numerosos vestígios e artefatos.
Muito menos se sabe sobre denisovanos.Praticamente não há vestígios deles (até agora apenas três molares e uma falange de um dedo foram descobertos), que foram encontrados em um lugar - Caverna Denisova em Altai. Na verdade, um novo tipo de pessoa foi descoberto pela genética, sequenciando o DNA da falange do dedo e encontrando diferenças significativas nos genomas mitocondrial e nuclear dos genomas de humanos modernos e neandertais.
- Neandertais
O genoma dos neandertais e dos humanos modernosdifere em 0,16%. Por um lado, as diferenças são pequenas. Por outro lado, você pode ver quais genes estão presentes nos humanos modernos, mas ausentes tanto nos chimpanzés quanto nos neandertais.
Estes são elementos hipotéticos que não sãoherdado de um ancestral comum e apareceu apenas após a divergência dos ramos dos humanos modernos e do Neandertal. Havia 78 desses elementos puramente modernos - substituições de nucleotídeos em genes.Algumas dessas substituições de nucleotídeos podem ser neutras (elas podem ser corrigidas como resultado de processos demográficos usuais, gargalos, etc.), enquanto outras também podem ter significado adaptativo.
Então, havia 5 desses genes que carregavamvárias dessas substituições de nucleotídeos. Esses genes e, conseqüentemente, essas mutações são obviamente adaptativos para as pessoas modernas, caso contrário, a evolução não teria prestado tanta atenção a eles. Estes são genes associados às funções da pele, atividade mental, metabolismo energético /
Como o pool genético afetou a população humana?
Em 2010Genoma nuclear de Neandertalfoi totalmente estudado pela primeira vez. O traço genético desta espécie é recalculado com muita frequência.Genética de Populaçãoda Universidade de WashingtonBenjamin VernottEJoshua Ekiiniciou a pesquisa e a nova abordagem permitiu aos autores "retirar" todas as sequências de DNA de Neandertal escondidas nos genomas modernos.
Eles chegaram à conclusão de que no pool genético da modernaNas populações europeias e asiáticas, circula um total de cerca de 20% do genoma do Neandertal. As sequências de Neandertais no genoma dos humanos modernos são bastante curtas - isso é explicado pelo fato de que muito tempo se passou desde a hibridização com os Neandertais, e sequências longas foram quebradasrecombinações(troca de seções entre diferentes cromossomos).
26% de todas as proteínas codificantes também contêm alelos de Neandertal.
Genes em queratinócitos (células da pele): eles são necessários para melhorar a pigmentação ou adaptação. E a região do sétimo cromossomo contendo o gene ajudou a desenvolver a fala humana.
Últimos avanços científicos
- O genoma europeu mais antigo foi reconstruído
Cientistas do laboratório de genética do Instituto Max Planck de História da Humanidade, na Alemanha, reconstruíram o mais antigo genoma europeu.
Para o estudo, o material foi retirado de um crânio de cerca de 45 mil anos, encontrado na cidade de Zlaty Kun, na República Tcheca. Pertenceu a uma mulher.
Descobriu-se que o genoma de Zlata Kun contémaproximadamente a mesma quantidade de DNA de Neandertal que outros humanos modernos, cerca de 2-3%, mas os próprios segmentos genéticos de Neandertal são muito mais longos nele do que em qualquer outra pessoa.
Segundo os autores do trabalho, o DNA desta mulher não éencontrado em pessoas que viveram mais tarde na Europa ou na Ásia. Isto sugere que os humanos modernos estavam presentes no sudeste da Europa já há 47-43 mil anos.
- Novo mecanismo de regulação gênica
Um grupo de cientistas da Rússia estudou o papel dos fragmentos de fita dupla de RNA em maturação e mostrou que a interação entre suas partes distantes pode regular a expressão genética.
O RNA possui duas estruturas - primária e secundária.A estrutura primária dos ácidos nucleicos refere-se à ordem e sequência de arranjo dos mononucleotídeos na cadeia polinucleotídica do RNA. Tal cadeia é estabilizada por ligações 3′,5′-fosfodiéster. Por sua vez, estrutura secundária é o arranjo conformacional da cadeia principal de uma macromolécula (por exemplo, uma cadeia polipeptídica de uma proteína ou uma cadeia de ácidos nucleicos), independentemente da conformação das cadeias laterais ou da relação com outros segmentos.
Ao descrever a estrutura secundária, é importante determinar as ligações de hidrogênio que estabilizam fragmentos individuais de macromoléculas.
Graças ao novo emprego, descobriu-se que o secundárioA estrutura desempenha um papel importante na maturação das moléculas de RNA transportadoras de informações e, especialmente, no splicing. Este é um processo no qual as regiões não codificantes são excisadas e as regiões codificantes são costuradas (como na maturação das moléculas de RNA). Os cientistas demonstraram que as estruturas secundárias do RNA podem regular o splicing e, portanto, contribuir mais para a regulação do gene do que se pensava anteriormente.
- Sistema CRISPR / Cas9
O maior avanço da década foi o sistema CRISPR/Cas9, pelo qual as suas criadoras, Jennifer Doudna e Emmanuelle Charpentier, receberam o Prémio Nobel da Química de 2020.
CRISPR / Cas9 é um método de edição de genomaalta precisão, permitindo alterar os genes de microrganismos vivos, incluindo humanos. E com sua ajuda há chances de criar métodos de combate ao HIV e outras doenças, que hoje soam como uma frase.
- Crianças geneticamente modificadas
Em 2018 nasceramcrianças geneticamente modificadas - meninas Lulu e Nana. O zigoto foi obtido por FIV (fertilização in vitro), geneticamente alterado com CRISPR / Cas9 e implantado no útero da mulher que deu à luz as meninas.
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