Mänskligt genom
Detta är helheten av ärftligt material som finns i en mänsklig cell. Mänsklig
Tjugotvå autosomer, två könskromosomer X och Y och humant mitokondriellt DNA innehåller tillsammans cirka 3,1 miljarder baspar.
Under genomförandet av Human Genome Project fanns detDNA-sekvensen för alla kromosomer och mitokondrie-DNA bestämdes. För närvarande används dessa data aktivt över hela världen inom biomedicinsk forskning.
Fullständig sekvensering avslöjade att människangenomet innehåller 20-25 tusen aktiva gener, vilket är betydligt mindre än förväntat i början av projektet (cirka 100 tusen) - det vill säga endast 1,5% av det totala genetiska materialet kodar för proteiner eller funktionellt RNA.
Resten är icke-kodande DNA, ofta kallat skräp-DNA, men som har visat sig spela en viktig roll för att reglera genaktivitet.
Funktioner av den mänskliga genen
- Kromosomer
Det finns 23 par kromosomer i genomet:22 par autosomala kromosomer, liksom ett par könskromosomer X och Y. Hos människor är manligt kön heterogametiskt och bestäms av närvaron av en Y-kromosom. Normala diploida somatiska celler har 46 kromosomer.
- Gener
Preliminära uppskattningar föreslog förekomsten avdet mänskliga genomet har mer än 100 tusen gener. Enligt resultaten från Human Genome-projektet uppgick antalet gener, eller snarare öppna läsramar, till cirka 28 000 gener. I samband med förbättring av metoder för att söka (förutsäga) gener förväntas en ytterligare minskning av antalet gener.
Antalet gener hos människor är bara något större än hos enklare organismer, som spolmasken.Caenorhabditis eleganseller flugorDrosophila melanogaster. Detta beror på det faktum att alternativ splitsning är allmänt representerad i det mänskliga genomet. Alternativ splitsning gör att du kan få flera olika proteinkedjor från en gen.
Som ett resultat visar sig det mänskliga proteomet varamycket större än proteomen för de betraktade organismerna. De flesta mänskliga gener har flera exoner och introner är ofta betydligt längre än gränsexonerna i en gen.
- Regulatoriska sekvenser
Det mänskliga genomet innehåller många olikasekvenser som är ansvariga för genreglering. Reglering avser kontroll av genuttryck (processen att konstruera budbärar-RNA längs en sektion av en DNA-molekyl).
Dessa är vanligtvis korta sekvenser,placerad antingen bredvid genen eller inom genen. Ibland ligger de på ett avsevärt avstånd från genen (förstärkare). Systematisering av dessa sekvenser, förståelse av arbetsmekanismerna, såväl som frågor om ömsesidig reglering av en grupp av gener av en grupp motsvarande enzymer är för närvarande bara i det inledande studiestadiet.
Ömsesidig reglering av grupper av gener beskrivs medmed hjälp av genreglerande nätverk. Studiet av dessa frågor är i skärningspunkten mellan flera discipliner: tillämpad matematik, högpresterande beräkningar och molekylärbiologi. Kunskapen kommer från jämförelser av olika organismers genom och från framsteg inom artificiell gentranskription i laboratoriet.
Identifiering av regulatoriska sekvenser iDet mänskliga genomet producerades delvis på basis av evolutionär konservering (egenskapen att behålla viktiga fragment av kromosomsekvensen som fyller ungefär samma funktion).
Enligt den molekylära klockan, evolutionärde mänskliga och muslinjerna delades för cirka 100 miljoner år sedan. För två genom har datormetoder avslöjat konservativa sekvenser (sekvenser som är identiska eller väldigt lite olika i de jämförda genomerna) i den icke-kodande delen och det visade sig att de är aktivt involverade i mekanismerna för genreglering i båda organismerna.
Ett annat tillvägagångssätt för att få reglerSekvenserna är baserade på en jämförelse av generna hos människor och pufferfisk. Gensekvenserna och reglerande sekvenser hos människor och pufferfiskar är väsentligen lika, men pufferfish-genomet innehåller 8 gånger mindre "skräp-DNA". Denna "kompaktitet" av fiskgenomet gör det mycket lättare att söka efter reglerande sekvenser för gener.
- Andra föremål i genomet
Proteinkodande sekvenser (mångasekvenser som utgör exoner) utgör mindre än 1,5 % av genomet. Utan att ta hänsyn till kända regulatoriska sekvenser innehåller det mänskliga genomet en mängd föremål som ser ut som något viktigt, men vars funktion, om någon, ännu inte har klarlagts.
Dessa objekt upptar upp till 97% av den totala volymen av det mänskliga genomet. Sådana objekt inkluderar:
- Virus
Cirka 1% av det mänskliga genomet är upptaget av inbyggtretrovirusgener (endogena retrovirus). Dessa gener gynnar vanligtvis inte värden, men det finns undantag. Således, för cirka 43 miljoner år sedan, kom retrovirala gener som tjänade till att bygga virusskalet in i genomet hos apor och människors förfäder. Hos människor och apor är dessa gener involverade i placentans funktion.
De flesta retrovirus införlivades i genomet för mänskliga förfäder för över 25 miljoner år sedan. Bland yngre mänskliga endogena retrovirus har inga fördelaktiga hittills hittats.
Avkodning genomet av Neandertalaren
Neandertalgenomet är i storlek nära genomet hos moderna människor. Preliminära resultat visar att DNA från moderna människor och neandertalare är ungefär 99,5% identiskt.
Forskare har extraherat fossilt DNANeandertalare från lårbenet i ett neandertalskelett för 38 000 år sedan från Vindia Cave i Kroatien, liksom från andra ben som finns i Spanien, Ryssland och Tyskland. Med hjälp av schimpansen och humana mitokondriella DNA-sekvenser som referenspunkter beräknade forskarna att datumet för avvikelsen mellan människan och Neanderthal mtDNA är 660 000 ± 140 000 år.
I de sista europeiska neandertalarnas genom frångrottorna Vindia, Mezmaiskaya (Mezmaiskaya 2), Goye och Le Cotte, som bodde ca. 45-39 tusen l. n. Efter ankomsten av sapiens till Europa hittades ingen blandning av Cro-Magnon-gener.
Jämförelse av sena neandertalargenom medgenomet från en äldre neandertalare från Kaukasus (Mezmaiskaya 1) visade att det mot slutet av neandertalarens historia troligen skedde en omsättning av neandertalpopulationer antingen i Kaukasus eller i hela Europa.
Huvuddelen av neandertalgenen flödar in tidigtHomo sapienskom från ett eller flera originalpopulationer av neandertalare som avvek från de senaste neandertalarna för minst 90 tusen år sedan. n., men efter att de splittrades från en tidigare sekvenserad neandertalare från Sibirien (Altai Neandertal) för cirka 150 tusen år sedan.
Vems gener har vi ärvt?
- Denisoviter
Moderna människor korsade med Denisovan-folk två gånger, amerikanska genetiker fick reda på att de analyserade DNA från 5 639 invånare i Eurasien och Oceanien.
Som det står i en artikel publicerad i tidningenCell,Forskare har upptäckt att förfäderna till invånarna i det moderna Kina och Japan korsades med Denisovans från två populationer - Altai och en okänd andra.
Neandertalare och denisovaner anses vara separataarter (enligt en annan version - underarter) av forntida människor. Neandertalarna levde i Europa och Centralasien och dog ut för cirka 30 tusen år sedan och lämnade många kvarlevor och artefakter.
Mycket mindre är känt om Denisovans.Det finns praktiskt taget inga spår av dem (hittills har bara tre molar och en phalanx av ett finger upptäckts), som hittades på ett ställe - Denisova Cave i Altai. Egentligen upptäcktes en ny typ av människor genom genetik, sekvensering av DNA från fingerhalsen och att signifikanta skillnader hittades i mitokondriella och nukleära genom från moderna människors och neandertalers genom.
- Neandertalare
Genomet av neandertalare och moderna människorskiljer sig med 0,16 %. Å ena sidan är skillnaderna små. Å andra sidan kan man se vilka gener som finns hos moderna människor men saknas hos både schimpanser och neandertalare.
Dessa är hypotetiska element som inte är detärvt från en gemensam förfader och uppträdde först efter avvikelsen mellan grenarna hos moderna människor och neandertalaren. Det fanns 78 sådana rent moderna element - nukleotidsubstitutioner i gener. Några av dessa nukleotidsubstitutioner kan vara neutrala (de kan fixas som ett resultat av vanliga demografiska processer, flaskhalsar etc.), medan andra också kan ha adaptiv betydelse.
Så det fanns 5 sådana gener som bar med sigflera av dessa nukleotidsubstitutioner. Dessa gener och följaktligen dessa mutationer är uppenbarligen anpassningsbara för moderna människor, annars skulle evolution inte ha lagt så stor uppmärksamhet åt dem. Dessa är gener associerade med hudfunktioner, mental aktivitet, energimetabolism /
Hur påverkade genpoolen den mänskliga befolkningen?
År 2010Neandertalers kärngenomstuderades fullt ut för första gången. Det genetiska spåret av denna art räknas om mycket ofta. Befolkningsgenetikfrån University of WashingtonBenjamin VernottOchJoshua Eki startade forskning och det nya tillvägagångssättet gjorde det möjligt för författarna att "dra ut" alla sekvenser av Neanderthal DNA gömda i moderna genom.
De kom till slutsatsen att i genpoolen av modernI europeiska och asiatiska populationer cirkulerar totalt cirka 20 % av neandertalgenomet. Neandertalsekvenser i moderna människors genom är ganska korta - detta förklaras av det faktum att ganska mycket tid har gått sedan hybridisering med neandertalare, och långa sekvenser brötsrekombinationer(utbyte av sektioner mellan olika kromosomer).
26% av alla kodande proteiner innehåller också neandertalalleler.
Gener i keratinocyter (hudceller): de behövs för förbättrad pigmentering eller anpassning. Och regionen på den sjunde kromosomen som innehåller genen hjälpte till att utveckla mänskligt tal.
Senaste vetenskapliga framstegen
- Det äldsta europeiska genomet har rekonstruerats
Forskare från det genetiska laboratoriet vid Max Planck Institute for the Humanity History i Tyskland har rekonstruerat det äldsta europeiska genomet.
För studien togs material från en ungefär 45 tusen år gammal skalle som hittades i staden Zlaty Kun i Tjeckien. Det tillhörde en kvinna.
Det visade sig att genomet från Zlata Kun innehållerungefär samma mängd neandertal-DNA som andra moderna människor, cirka 2-3 %, men själva neandertalgensegmenten är mycket längre i honom än i alla andra.
Enligt författarna till verket är denna kvinnas DNA inte detfinns hos personer som levde senare i Europa eller Asien. Detta tyder på att moderna människor fanns i sydöstra Europa så tidigt som för 47–43 tusen år sedan.
- Ny mekanism för genreglering
En grupp forskare från Ryssland studerade rollen av dubbelsträngade fragment av mogna RNA och visade att interaktionen mellan dess avlägsna delar kan reglera genuttryck.
RNA har två strukturer - primär och sekundär.Den primära strukturen av nukleinsyror hänvisar till ordningen och sekvensen för arrangemanget av mononukleotider i polynukleotidkedjan av RNA. En sådan kedja stabiliseras av 3′,5′-fosfodiesterbindningar. I sin tur är sekundär struktur det konformationella arrangemanget av huvudkedjan i en makromolekyl (till exempel en polypeptidkedja av ett protein eller en kedja av nukleinsyror), oavsett konformationen av sidokedjorna eller förhållandet till andra segment.
I beskrivningen av den sekundära strukturen är det viktigt att bestämma vätebindningarna som stabiliserar enskilda fragment av makromolekyler.
Tack vare det nya jobbet visade det sig att det sekundärastruktur spelar en viktig roll i mognad av informationsbärande RNA-molekyler, och särskilt vid skarvning. Det är en process där de icke-kodande regionerna skärs ut och de kodande regionerna sys ihop (som vid mognad av RNA-molekyler). Forskare har visat att RNA sekundära strukturer kan reglera skarvning och därmed bidra mer till genreglering än man tidigare trott.
- CRISPR / Cas9-system
Årtiondets största genombrott var CRISPR/Cas9-systemet, för vilket dess skapare, Jennifer Doudna och Emmanuelle Charpentier, fick Nobelpriset i kemi 2020.
CRISPR / Cas9 är en genomredigeringsmetodhög noggrannhet, så att du kan ändra generna hos levande mikroorganismer, inklusive människor. Och med hjälp finns det chanser att skapa metoder för att bekämpa hiv och andra sjukdomar, som idag låter som en mening.
- Genmodifierade barn
År 2018 föddesgenetiskt modifierade barn - flickorna Lulu och Nana. Zygoten erhölls med IVF (in vitro fertilisering), genetiskt förändrad med CRISPR / Cas9 och implanterades i livmodern hos kvinnan som födde flickorna.
Läs mer:
Kärnreaktionerna intensifierades i reaktorn i kärnkraftverket i Tjernobyl
Forskare har visat hur ett svart hål sliter sönder en stjärna
Fysiker har skapat en analog av ett svart hål och bekräftat Hawkings teori. Vart leder det?