Genomul uman
Aceasta este totalitatea materialului ereditar conținut într-o celulă umană. Uman
Douăzeci și doi de autozomi, doi cromozomi sexuali X și Y și ADN-ul mitocondrial uman conțin împreună aproximativ 3,1 miliarde de perechi de baze.
În timpul implementării Proiectului Genom uman a existata fost determinată secvența ADN-ului tuturor cromozomilor și ADN-ului mitocondrial. În prezent, aceste date sunt utilizate în mod activ în întreaga lume în cercetarea biomedicală.
Secvențierea completă a dezvăluit acel omgenomul conține 20-25 de mii de gene active, ceea ce este semnificativ mai puțin decât se aștepta la începutul proiectului (aproximativ 100 de mii) - adică doar 1,5% din materialul genetic total codifică proteine sau ARN funcțional.
Restul este ADN necodificator, adesea denumit ADN junk, dar care s-a dovedit că joacă un rol important în reglarea activității genelor.
Caracteristicile genei umane
- Cromozomi
Există 23 de perechi de cromozomi în genom:22 de perechi de cromozomi autozomali, precum și o pereche de cromozomi sexuali X și Y. La om, sexul masculin este heterogametic și este determinat de prezența unui cromozom Y. Celulele somatice diploide normale au 46 de cromozomi.
- Genele
Estimările preliminare au sugerat prezențagenomul uman are mai mult de 100 de mii de gene. Conform rezultatelor proiectului genomului uman, numărul de gene, sau mai degrabă cadre deschise de citire, s-a ridicat la aproximativ 28.000 de gene. În legătură cu îmbunătățirea metodelor de căutare (prezicerea) genelor, se așteaptă o scădere suplimentară a numărului de gene.
Numărul de gene la oameni este doar puțin mai mare decât în organismele mai simple, cum ar fi viermii rotunzi.Caenorhabditis eleganssau mușteDrosophila melanogaster. Acest lucru se datorează faptului că splicing-ul alternativ este larg reprezentat în genomul uman. Îmbinarea alternativă vă permite să obțineți mai multe lanțuri proteice diferite dintr-o genă.
Ca rezultat, proteomul uman se dovedește a fimult mai mare decât proteomul organismelor considerate. Majoritatea genelor umane au mai mulți exoni, iar intronii sunt adesea semnificativ mai lungi decât exonii de la granița unei gene.
- Secvențe de reglementare
Genomul uman conține multe diferitesecvențe responsabile de reglarea genelor. Reglarea se referă la controlul expresiei genelor (procesul de construire a ARN mesager de-a lungul unei secțiuni a unei molecule de ADN).
Acestea sunt de obicei secvențe scurte,situată fie lângă genă, fie în interiorul genei. Uneori sunt situate la o distanță considerabilă de genă (potențatori). Sistematizarea acestor secvențe, înțelegerea mecanismelor de lucru, precum și aspectele legate de reglarea reciprocă a unui grup de gene de către un grup de enzime corespunzătoare sunt în prezent doar la etapa inițială de studiu.
Reglarea reciprocă a grupurilor de gene este descrisă cufolosind rețele de reglare a genelor. Studiul acestor probleme se află la intersecția mai multor discipline: matematică aplicată, calcul de înaltă performanță și biologie moleculară. Cunoștințele provin din comparații ale genomilor diferitelor organisme și din progresele în transcrierea genelor artificiale în laborator.
Identificarea secvențelor de reglementare înGenomul uman a fost produs parțial pe baza conservării evolutive (proprietatea de a reține fragmente importante ale secvenței cromozomiale care servesc aproximativ aceeași funcție).
Conform ceasului molecular, evolutivliniile umane și ale șoarecilor s-au despărțit acum aproximativ 100 de milioane de ani. Pentru două genomi, metodele computerizate au dezvăluit secvențe conservatoare (secvențe care sunt identice sau foarte ușor diferite în genomii comparați) în partea necodificatoare și sa dovedit că acestea sunt implicate activ în mecanismele de reglare a genelor în ambele organisme.
O altă abordare a obținerii reglementărilorSecvențele se bazează pe o comparație a genelor oamenilor și ale peștilor puferi. Secvențele genetice și secvențele de reglare la om și peștii puffer sunt substanțial similare, dar genomul peștelui puffer conține de 8 ori mai puțin „ADN junk”. Această „compacitate” a genomului peștilor face mult mai ușoară căutarea secvențelor reglatoare pentru gene.
- Alte obiecte din genom
Secvențe care codifică proteine (multesecvențele care alcătuiesc exonii) constituie mai puțin de 1,5% din genom. Fără a ține cont de secvențele de reglementare cunoscute, genomul uman conține o mulțime de obiecte care arată ca ceva important, dar a căror funcție, dacă există, nu a fost încă elucidată.
Aceste obiecte ocupă până la 97% din volumul total al genomului uman. Astfel de obiecte includ:
- Viruși
Aproximativ 1% din genomul uman este ocupat de încorporatgene retrovirus (retrovirusuri endogene). Aceste gene de obicei nu beneficiază gazda, dar există și excepții. Astfel, în urmă cu aproximativ 43 de milioane de ani, genele retrovirale care au servit la construirea învelișului virusului au intrat în genomul strămoșilor maimuțelor și oamenilor. La oameni și maimuțe, aceste gene sunt implicate în funcționarea placentei.
Majoritatea retrovirusurilor au fost încorporate în genomul strămoșilor umani în urmă cu peste 25 de milioane de ani. Printre retrovirusurile endogene umane mai tinere, nu au fost găsite până acum niciunul benefic.
Decodarea genomului Neanderthalului
Genomul de Neanderthal este aproape ca mărime de genomul oamenilor moderni. Rezultatele preliminare arată că ADN-ul oamenilor moderni și al celor de Neanderthal este identic în aproximativ 99,5%.
Cercetătorii au extras ADN fosilOm de neanderthal din osul coapsei unui schelet neandertalian acum 38.000 de ani din peștera Vindia din Croația, precum și din alte oase găsite în Spania, Rusia și Germania. Folosind secvențele ADN-ului mitocondrial de cimpanzeu și uman ca puncte de referință, oamenii de știință au calculat că data discrepanței dintre ADNmt uman și Neanderthal este de 660.000 ± 140.000 de ani.
În genomul ultimilor neandertalieni europeni dinpeșterile Vindia, Mezmaiskaya (Mezmaiskaya 2), Goye și Le Cotte, care au trăit cca. 45-39 mii l. n. După sosirea sapiens în Europa, nu a fost găsit niciun amestec de gene Cro-Magnon.
Comparația genomurilor târzii de Neanderthal cugenomul unui Neanderthal mai vechi din Caucaz (Mezmaiskaya 1) a arătat că spre sfârșitul istoriei Neanderthalienilor a existat probabil o schimbare a populațiilor de Neanderthal, fie în Caucaz, fie în toată Europa.
Cea mai mare parte a genei Neanderthalului curge la începutHomo sapiensprovine dintr-unul sau mai multe originalepopulații de neanderthalieni care s-au îndepărtat de ultimii neandertalieni cu cel puțin 90 de mii de ani în urmă. n., dar după ce s-au despărțit de un Neanderthal secvențial anterior din Siberia (Altai Neandertal) cu aproximativ 150 de mii de ani în urmă.
Al cui gene am moștenit?
- Denisoviți
Oamenii moderni s-au încrucișat cu denișoveni de două ori, geneticienii americani au aflat că au analizat ADN-ul a 5.639 de locuitori din Eurasia și Oceania.
După cum se spune într-un articol publicat în revistăCelulă,Oamenii de știință au descoperit că strămoșii locuitorilor Chinei și Japoniei moderne s-au încrucișat cu denisovenii din două populații - Altai și un al doilea necunoscut.
Neanderthalienii și Denisovenii sunt considerați separatispecii (după o altă versiune - subspecii) de oameni antici. Neanderthalienii au trăit în Europa și Asia Centrală și au murit în urmă cu aproximativ 30 de mii de ani, lăsând numeroase resturi și artefacte.
Se știe mult mai puțin despre Denisovani.Practic nu există urme ale acestora (până acum au fost descoperite doar trei molari și falange de deget), care au fost găsite într-un singur loc - Peștera Denisova din Altai. De fapt, un nou tip de oameni a fost descoperit prin genetică, secvențând ADN-ul din falange degetului și găsind diferențe semnificative în genomul mitocondrial și cel nuclear de genomul oamenilor moderni și al neanderthalienilor.
- Neandertali
Genomul oamenilor de Neanderthal și al oamenilor modernidiferă cu 0,16%. Pe de o parte, diferențele sunt mici. Pe de altă parte, puteți vedea care gene sunt prezente la oamenii moderni, dar absente atât la cimpanzei, cât și la cei de Neanderthal.
Acestea sunt elemente ipotetice care nu suntmoștenit de la un strămoș comun și a apărut abia după divergența ramurilor oamenilor moderni și a Neanderthalului. Au existat 78 de astfel de elemente pur moderne - substituții de nucleotide în gene. Unele dintre aceste substituții de nucleotide pot fi neutre (ar putea fi fixate ca urmare a proceselor demografice uzuale, blocaje etc.), în timp ce altele pot avea, de asemenea, o semnificație adaptativă.
Deci, au existat 5 astfel de gene care s-au purtatmai multe dintre aceste substituții de nucleotide. Aceste gene și, în consecință, aceste mutații sunt în mod evident adaptive pentru oamenii moderni, altfel evoluția nu le-ar fi acordat o atenție atât de mare. Acestea sunt gene asociate cu funcțiile pielii, activitatea mentală, metabolismul energetic /
Cum a afectat rezerva de gene populația umană?
În 2010Genomul nuclear neanderthaliana fost studiat pe deplin pentru prima dată. Urma genetică a acestei specii este recalculată foarte des. Genetica populațieide la Universitatea din WashingtonBenjamin VernottȘiJoshua Eki au început cercetările și noua abordare le-a permis autorilor să „scoată” toate secvențele ADN-ului neanderthalian ascunse în genomurile moderne.
Au ajuns la concluzia că în fondul genetic al modernuluiÎn populațiile europene și asiatice circulă un total de aproximativ 20% din genomul Neanderthal. Secvențele de Neanderthal din genomul oamenilor moderni sunt destul de scurte - acest lucru se explică prin faptul că a trecut destul de mult timp de la hibridizarea cu oamenii de Neanderthal și secvențele lungi au fost rupte.recombinări(schimb de secțiuni între diferiți cromozomi).
26% din toate proteinele codatoare conțin, de asemenea, alele neandertaliene.
Genele din keratinocite (Celulele pielii): sunt necesare pentru o pigmentare sau adaptare îmbunătățită. Iar regiunea de pe al șaptelea cromozom care conține gena a contribuit la dezvoltarea vorbirii umane.
Ultimele progrese științifice
- Cel mai vechi genom european a fost reconstruit
Oamenii de știință de la laboratorul genetic al Institutului Max Planck pentru Istoria Umanității din Germania au reconstruit cel mai vechi genom european.
Pentru studiu, materialul a fost preluat dintr-un craniu vechi de aproximativ 45 de mii de ani, găsit în orașul Zlaty Kun din Republica Cehă. A aparținut unei femei.
S-a dovedit că genomul de la Zlata Kun conținecam aceeași cantitate de ADN de Neanderthal ca și alți oameni moderni, aproximativ 2-3%, dar segmentele genei Neanderthal în sine sunt mult mai lungi în el decât în toți ceilalți.
Potrivit autorilor lucrării, ADN-ul acestei femei nu estegăsite la oameni care au trăit mai târziu în Europa sau Asia. Acest lucru sugerează că oamenii moderni au fost prezenți în sud-estul Europei încă de acum 47-43 de mii de ani.
- Noul mecanism de reglare a genelor
Un grup de oameni de știință din Rusia a studiat rolul fragmentelor dublu catenare de ARN matur și a arătat că interacțiunea dintre părțile sale îndepărtate poate regla expresia genelor.
ARN-ul are două structuri - primar și secundar.Structura primară a acizilor nucleici se referă la ordinea și secvența de aranjare a mononucleotidelor în lanțul polinucleotid al ARN. Un astfel de lanț este stabilizat prin legături 3′,5′-fosfodiester. La rândul său, structura secundară este aranjamentul conformațional al lanțului principal al unei macromolecule (de exemplu, un lanț polipeptidic al unei proteine sau un lanț de acizi nucleici), indiferent de conformația catenelor laterale sau de relația cu alte segmente.
În descrierea structurii secundare, este important să se determine legăturile de hidrogen care stabilizează fragmente individuale de macromolecule.
Datorită noului loc de muncă, sa dovedit că secundarstructura joacă un rol important în maturarea moleculelor de ARN purtătoare de informații și, în special, în îmbinarea. Acesta este un proces în care regiunile necodificatoare sunt excizate și regiunile codificatoare sunt cusute împreună (ca la maturarea moleculelor de ARN). Oamenii de știință au arătat că structurile secundare de ARN pot regla îmbinarea și, astfel, pot contribui mai mult la reglarea genelor decât se credea anterior.
- Sistem CRISPR / Cas9
Cea mai mare descoperire a deceniului a fost sistemul CRISPR/Cas9, pentru care creatorii săi, Jennifer Doudna și Emmanuelle Charpentier, au primit Premiul Nobel pentru Chimie în 2020.
CRISPR / Cas9 este o metodă de editare a genomuluiprecizie ridicată, permițându-vă să schimbați genele microorganismelor vii, inclusiv ale oamenilor. Și cu ajutorul său există șanse să creăm metode de combatere a HIV și a altor boli, care astăzi sună ca o propoziție.
- Copii modificati genetic
În 2018 s-au născutcopii modificati genetic - fetele Lulu si Nana. Zigotul a fost obținut folosind FIV (fertilizare in vitro), modificat genetic cu CRISPR / Cas9 și implantat în uterul femeii care a născut fetele.
Citeste mai mult:
Reacțiile nucleare s-au intensificat în reactorul centralei nucleare de la Cernobâl
Oamenii de știință au arătat cum o gaură neagră sfâșie o stea
Fizicienii au creat un analog al unei găuri negre și au confirmat teoria lui Hawking. Unde duce?