Ľudský genóm
Je to súhrn dedičného materiálu obsiahnutého v ľudskej bunke. Ľudský
Dvadsaťdva autozómov, dva pohlavné chromozómy X a Y a ľudská mitochondriálna DNA obsahujú spolu približne 3,1 miliárd párov báz.
Počas projektu ľudského genómu bola určená sekvencia DNA všetkých chromozómov a mitochondriálnej DNA.V súčasnosti sa tieto údaje aktívne využívajú na celom svete v biomedicínskom výskume.
Úplné sekvenovanie odhalilo, že človekgenóm obsahuje 20-25 tisíc aktívnych génov, čo je výrazne menej, ako sa na začiatku projektu očakávalo (asi 100 tisíc) – teda len 1,5 % z celkového genetického materiálu kóduje proteíny alebo funkčnú RNA.
Zvyšok je nekódujúca DNA, často označovaná ako nezdravá DNA, ale ukázalo sa, že hrá dôležitú úlohu pri regulácii génovej aktivity.
Vlastnosti ľudského génu
- Chromozómy
V genóme je 23 párov chromozómov:22 párov autozomálnych chromozómov, ako aj pár pohlavných chromozómov X a Y. U ľudí je mužské pohlavie heterogametické a je determinované prítomnosťou chromozómu Y. Normálne diploidné somatické bunky majú 46 chromozómov.
- Gény
Predbežné odhady naznačovali prítomnosťľudský genóm má viac ako 100 tisíc génov. Podľa výsledkov projektu Human Genome počet génov, alebo skôr otvorených čítacích rámcov, predstavoval asi 28 000 génov. V súvislosti so zdokonalením metód vyhľadávania (predikcie) génov sa očakáva ďalší pokles počtu génov.
Počet génov u ľudí je len o niečo väčší ako u jednoduchších organizmov, ako je škrkavka.Caenorhabditis elegansalebo muchyDrosophila melanogaster. Je to spôsobené tým, že alternatívne zostrihy sú v ľudskom genóme široko zastúpené. Alternatívny zostrih umožňuje získať niekoľko rôznych proteínových reťazcov z jedného génu.
Vo výsledku sa ukázalo, že ľudský proteóm jeoveľa väčší ako proteóm uvažovaných organizmov. Väčšina ľudských génov má viac exónov a intróny sú často výrazne dlhšie ako hraničné exóny v géne.
- Regulačné sekvencie
Ľudský genóm obsahuje veľa rôznychsekvencie zodpovedné za reguláciu génov. Regulácia sa týka kontroly génovej expresie (proces konštrukcie messenger RNA pozdĺž časti molekuly DNA).
Spravidla ide o krátke sekvencie,nachádza sa buď vedľa génu, alebo vo vnútri génu. Niekedy sa nachádzajú v značnej vzdialenosti od génu (zosilňovače). Systematizácia týchto sekvencií, porozumenie mechanizmom práce, ako aj problémy vzájomnej regulácie skupiny génov skupinou zodpovedajúcich enzýmov sú v súčasnosti iba v počiatočnej fáze štúdia.
Vzájomná regulácia skupín génov je opísaná spomocou génových regulačných sietí. Štúdium tejto problematiky je na priesečníku viacerých disciplín: aplikovanej matematiky, vysokovýkonnej výpočtovej techniky a molekulárnej biológie. Poznatky pochádzajú z porovnávania genómov rôznych organizmov a z pokrokov v umelej transkripcii génov v laboratóriu.
Identifikácia regulačných sekvencií vĽudský genóm bol čiastočne vytvorený na základe evolučnej konzervácie (vlastnosť uchovávania dôležitých fragmentov chromozomálnej sekvencie, ktoré slúžia približne rovnakej funkcii).
Podľa molekulárnych hodín evolučnýľudské a myšacie línie sa rozdelili asi pred 100 miliónmi rokov. Pre dva genómy počítačové metódy odhalili konzervatívne sekvencie (sekvencie, ktoré sú identické alebo veľmi mierne odlišné v porovnávaných genómoch) v nekódujúcej časti a ukázalo sa, že sú aktívne zapojené do mechanizmov génovej regulácie v oboch organizmoch.
Iný prístup k získaniu regulačných opatreníSekvencie sú založené na porovnaní génov človeka a rodu Puff. Génové sekvencie a regulačné sekvencie u ľudí a nafukovacích rýb sú v podstate podobné, ale genóm nafukovacích rýb obsahuje 8-krát menej „odpadovej DNA“. Táto „kompaktnosť“ genómu rýb výrazne uľahčuje hľadanie regulačných sekvencií pre gény.
- Ostatné objekty v genóme
Sekvencie kódujúce proteín (veľasekvencie, ktoré tvoria exóny) tvoria menej ako 1,5 % genómu. Bez toho, aby sme brali do úvahy známe regulačné sekvencie, ľudský genóm obsahuje množstvo objektov, ktoré vyzerajú ako niečo dôležité, ale ktorých funkcia, ak vôbec nejaká, ešte nebola objasnená.
Tieto objekty zaberajú až 97% z celkového objemu ľudského genómu. Medzi tieto objekty patria:
- Vírusy
Asi 1 % ľudského genómu zaberajú vstavanéretrovírusové gény (endogénne retrovírusy). Tieto gény zvyčajne neprospievajú hostiteľovi, existujú však výnimky. Asi pred 43 miliónmi rokov sa teda retrovírusové gény, ktoré slúžili na vytvorenie obalu vírusu, dostali do genómu predkov opíc a ľudí. U ľudí a opíc sa tieto gény podieľajú na fungovaní placenty.
Väčšina retrovírusov bola začlenená do genómu ľudských predkov pred viac ako 25 miliónmi rokov. Medzi mladšími ľudskými endogénnymi retrovírusmi sa doteraz nenašli žiadne prospešné.
Dekódovanie genómu neandertálca
Neandertálsky genóm je svojou veľkosťou blízky genómu moderného človeka. Predbežné výsledky ukazujú, že DNA moderných ľudí a neandertálcov je približne na 99,5 % totožná.
Vedci vyťažili fosílnu DNANeandertálsky muž zo stehennej kosti neandertálskeho skeletu pred 38 000 rokmi z chorvátskej jaskyne Vindia, ako aj z ďalších kostí nájdených v Španielsku, Rusku a Nemecku. Pomocou referenčných bodov sekvencie šimpanza a ľudskej mitochondriálnej DNA vedci vypočítali, že dátum nezrovnalosti medzi ľudskou a neandertálskou mtDNA je 660 000 ± 140 000 rokov.
V genómoch posledných európskych neandertálcov z rjaskyne Vindia, Mezmajskaja (Mezmajskaja 2), Goye a Le Cotte, ktorí žili cca. 45-39 tisíc l. n. Po príchode sapiens do Európy nebola zistená žiadna prímes kromaňonských génov.
Porovnanie neskorých neandertálskych genómov sgenóm staršieho neandertálca z Kaukazu (Mezmaiskaya 1) ukázal, že ku koncu neandertálskej histórie pravdepodobne došlo k obratu neandertálskych populácií buď na Kaukaze, alebo v celej Európe.
Prevažná časť neandertálskeho génového toku na začiatkuHomo sapienspochádza z jedného alebo viacerých originálovpopulácie neandertálcov, ktoré sa od posledných neandertálcov líšili najmenej pred 90 tisíc rokmi. n., ale potom, čo sa oddelili od predtým sekvenovaného neandertálca zo Sibíri (Altajský neandertálec) asi pred 150 tis.
Čie gény sme zdedili?
- Denisovčania
Moderní ľudia sa dvakrát skrížili s denisovanmi, americkí genetici zistili, že analyzovali DNA 5 639 obyvateľov Eurázie a Oceánie.
Ako sa uvádza v článku uverejnenom v časopiseBunka,Vedci zistili, že predkovia obyvateľov modernej Číny a Japonska sa krížili s denisovanmi z dvoch populácií - Altaja a neznámeho druhého.
Neandertálci a denisovci sú považovaní za samostatnýchdruh (podľa inej verzie - poddruh) starých ľudí. Neandertálci žili v Európe a Strednej Ázii a vymreli asi pred 30 000 rokmi a zanechali po sebe početné pozostatky a artefakty.
O Denisovanoch sa vie oveľa menej.Nie sú po nich prakticky žiadne stopy (doteraz boli objavené iba tri stoličky a falanga prsta), ktoré sa našli na jednom mieste - Denisovej jaskyni v Altaji. V skutočnosti nový druh ľudí objavil genetika, ktorá sekvenovala DNA z falangy prsta a našla významné rozdiely v mitochondriálnych a jadrových genómoch od genómov moderných ľudí a neandertálcov.
- Neandertálci
Genóm neandertálcov a moderných ľudísa líši o 0,16 %. Na jednej strane sú rozdiely malé. Na druhej strane môžete vidieť, ktoré gény sú prítomné u moderných ľudí, ale chýbajú u šimpanzov aj neandertálcov.
Toto sú hypotetické prvky, ktoré nie súzdedil po spoločnom predkovi a objavil sa až po divergencii vetiev moderného človeka a neandertálca. Takýchto čisto moderných prvkov - nukleotidových substitúcií v génoch - bolo 78. Niektoré z týchto nukleotidových substitúcií môžu byť neutrálne (môžu byť fixované v dôsledku obvyklých demografických procesov, úzkych miest atď.), Zatiaľ čo iné môžu mať tiež adaptačný význam.
Existovalo teda 5 takýchto génov, ktoré sa niesli so sebouniekoľko z týchto nukleotidových substitúcií. Tieto gény a podľa toho aj tieto mutácie sú zjavne adaptívne pre moderných ľudí, inak by im evolúcia nevenovala takú veľkú pozornosť. Jedná sa o gény spojené s funkciami kože, duševnou aktivitou, energetickým metabolizmom /
Ako ovplyvnil genofond ľudskú populáciu?
V roku 2010Neandertálsky jadrový genómbola po prvýkrát úplne preštudovaná. Genetická stopa tohto druhu sa veľmi často prepočítava. Populačná genetikaz Washingtonskej univerzityBenjamin VernottAJoshua Eki zahájil výskum a nový prístup umožnil autorom „vytiahnuť“ všetky sekvencie neandertálskej DNA ukryté v moderných genómoch.
Prišli na to, že v genofonde modernV európskych a ázijských populáciách cirkuluje celkovo asi 20 % neandertálskeho genómu. Neandertálske sekvencie v genóme moderných ľudí sú pomerne krátke - vysvetľuje to skutočnosť, že od hybridizácie s neandertálcami uplynulo dosť veľa času a dlhé sekvencie boli prerušené.rekombinácie(výmena úsekov medzi rôznymi chromozómami).
26% všetkých kódujúcich proteínov obsahuje aj neandertálske alely.
Gény v keratinocytoch (kožné bunky): sú potrebné na zlepšenie pigmentácie alebo adaptácie. A oblasť na siedmom chromozóme obsahujúcom gén pomohla rozvinúť ľudskú reč.
Najnovší vedecký pokrok
- Najstarší európsky genóm bol zrekonštruovaný
Vedci z genetického laboratória Inštitútu Maxa Plancka pre dejiny ľudstva v Nemecku zrekonštruovali najstarší európsky genóm.
Pre štúdiu bol materiál odobratý z lebky starej asi 45 tisíc rokov, ktorá sa našla v meste Zlatý Kun v Českej republike. Patrilo to žene.
Ukázalo sa, že genóm od Zlata Kun obsahujepribližne rovnaké množstvo neandertálskej DNA ako u iných moderných ľudí, približne 2-3 %, ale samotné neandertálske génové segmenty sú v ňom oveľa dlhšie ako u všetkých ostatných.
DNA tejto ženy podľa autorov práce nie jenašli u ľudí, ktorí žili neskôr v Európe alebo Ázii. To naznačuje, že moderní ľudia boli prítomní v juhovýchodnej Európe už pred 47-43 tisíc rokmi.
- Nový mechanizmus regulácie génov
Skupina vedcov z Ruska študovala úlohu dvojvláknových fragmentov zrejúcej RNA a ukázala, že interakcia medzi jej vzdialenými časťami môže regulovať génovú expresiu.
RNA má dve štruktúry – primárnu a sekundárnu.Primárna štruktúra nukleových kyselín sa týka poradia a sekvencie usporiadania mononukleotidov v polynukleotidovom reťazci RNA. Takýto reťazec je stabilizovaný 3′,5′-fosfodiesterovými väzbami. Sekundárna štruktúra je zase konformačné usporiadanie hlavného reťazca makromolekuly (napríklad polypeptidového reťazca proteínu alebo reťazca nukleových kyselín) bez ohľadu na konformáciu bočných reťazcov alebo vzťah k iným segmentom.
Pri opise sekundárnej štruktúry je dôležité určiť vodíkové väzby, ktoré stabilizujú jednotlivé fragmenty makromolekúl.
Vďaka novej práci sa ukázalo, že sekundárneŠtruktúra hrá dôležitú úlohu pri dozrievaní molekúl RNA prenášajúcich informácie, najmä pri zostrihu. Toto je proces, pri ktorom sa nekódujúce oblasti excidujú a kódujúce oblasti sa spoja dohromady (ako pri dozrievaní molekúl RNA). Vedci preukázali, že sekundárne štruktúry RNA môžu regulovať zostrih a tým prispievať viac k regulácii génov, ako sa doteraz myslelo.
- Systém CRISPR / Cas9
Najväčším prelomom desaťročia bol systém CRISPR/Cas9, za ktorý jeho tvorcovia Jennifer Doudna a Emmanuelle Charpentier získali v roku 2020 Nobelovu cenu za chémiu.
CRISPR / Cas9 je metóda úpravy genómuvysoká presnosť, ktorá vám umožňuje meniť gény živých mikroorganizmov vrátane človeka. A s jeho pomocou existuje šanca vytvoriť metódy boja proti HIV a iným chorobám, ktoré dnes znejú ako veta.
- Geneticky modifikované deti
V roku 2018 sa narodiligeneticky modifikované deti - dievčatá Lulu a Nana. Zygota sa získala pomocou IVF (oplodnenie in vitro), geneticky sa zmenila pomocou CRISPR / Cas9 a implantovala sa do maternice ženy, ktorá porodila dievčatá.
Čítaj viac:
Jadrové reakcie sa v reaktore černobyľskej jadrovej elektrárne zintenzívnili
Vedci dokázali, ako čierna diera trhá hviezdu
Fyzici vytvorili analóg čiernej diery a potvrdili Hawkingovu teóriu. Kadiaľ vedie?