İnsan genomu
Bu, bir insan hücresinde bulunan kalıtsal materyalin toplamıdır. İnsan
Yirmi iki otozom, iki cinsiyet kromozomu X ve Y ve insan mitokondriyal DNA'sı birlikte yaklaşık 3.1 milyar baz çifti içerir.
İnsan Genomu Projesinin uygulanması sırasındatüm kromozomların ve mitokondriyal DNA'nın DNA dizisi belirlendi. Şu anda bu veriler dünya çapında biyomedikal araştırmalarda aktif olarak kullanılmaktadır.
Tam sıralama, insanıngenom 20-25 bin aktif gen içeriyor; bu, projenin başlangıcında beklenenden önemli ölçüde daha az (yaklaşık 100 bin) - yani toplam genetik materyalin yalnızca% 1,5'i proteinleri veya fonksiyonel RNA'yı kodluyor.
Geri kalanı, genellikle hurda DNA olarak adlandırılan, ancak gen aktivitesini düzenlemede önemli bir rol oynadığı kanıtlanmış olan kodlamayan DNA'dır.
İnsan geninin özellikleri
- Kromozomlar
Genomda 23 çift kromozom vardır:22 çift otozomal kromozomun yanı sıra bir çift cinsiyet kromozomu X ve Y İnsanlarda erkek cinsiyet heterogametiktir ve bir Y kromozomunun varlığıyla belirlenir. Normal diploid somatik hücreler 46 kromozoma sahiptir.
- Genler
Ön tahminler,insan genomu 100 binden fazla gene sahiptir. İnsan Genomu projesinin sonuçlarına göre, genlerin sayısı veya daha doğrusu açık okuma çerçeveleri yaklaşık 28.000 geni buldu. Genlerin araştırılması (tahmin edilmesi) için yöntemlerin iyileştirilmesiyle bağlantılı olarak, genlerin sayısında daha fazla azalma beklenmektedir.
İnsanlardaki gen sayısı, yuvarlak kurt gibi daha basit organizmalardakinden yalnızca biraz daha fazladır.Caenorhabditis elegansveya uçarDrosophila melanogaster. Bunun nedeni alternatif birleştirmenin insan genomunda yaygın olarak temsil edilmesidir. Alternatif birleştirme, bir genden birkaç farklı protein zinciri elde etmenize olanak tanır.
Sonuç olarak, insan proteomu ortaya çıkıyordikkate alınan organizmaların proteomundan çok daha büyük. Çoğu insan geninin birden fazla eksonu vardır ve intronlar genellikle bir gendeki sınır eksonlarından önemli ölçüde daha uzundur.
- Düzenleyici diziler
İnsan genomu birçok farklı içerirGen regülasyonundan sorumlu diziler. Düzenleme, gen ifadesinin (bir DNA molekülünün bir bölümü boyunca haberci RNA'nın oluşturulması süreci) kontrolünü ifade eder.
Bunlar genellikle kısa dizilerdir,ya genin yanında ya da gen içinde bulunur. Bazen genden (güçlendiriciler) önemli bir mesafede bulunurlar. Bu dizilerin sistematik hale getirilmesi, çalışma mekanizmalarının anlaşılması ve bir grup genin bir grup karşılık gelen enzim tarafından karşılıklı düzenlenmesi sorunları şu anda sadece çalışmanın ilk aşamasındadır.
Gen gruplarının karşılıklı düzenlenmesi şu şekilde açıklanmaktadır:gen düzenleyici ağların kullanılması. Bu konuların incelenmesi çeşitli disiplinlerin kesişme noktasındadır: uygulamalı matematik, yüksek performanslı hesaplama ve moleküler biyoloji. Bilgi, farklı organizmaların genomlarının karşılaştırılmasından ve laboratuvarda yapay gen transkripsiyonundaki ilerlemelerden elde edilir.
Düzenleyici dizilerin tanımlanmasıİnsan genomu kısmen evrimsel koruma (yaklaşık olarak aynı işleve hizmet eden kromozomal dizinin önemli parçalarını tutma özelliği) temelinde üretildi.
Moleküler saate göre evrimselinsan ve fare hatları yaklaşık 100 milyon yıl önce bölündü. İki genom için, bilgisayar yöntemleri, kodlamayan kısımda konservatif sekansları (karşılaştırılan genomlarda aynı veya çok az farklı olan sekanslar) ortaya çıkardı ve her iki organizmada da gen düzenleme mekanizmalarına aktif olarak dahil oldukları ortaya çıktı.
Mevzuat elde etmek için başka bir yaklaşımDiziler, insanların ve kirpi balığı genlerinin karşılaştırılmasına dayanmaktadır. İnsanlarda ve kirpi balıklarındaki gen dizileri ve düzenleyici diziler büyük ölçüde benzerdir, ancak kirpi balığı genomu 8 kat daha az "hurda DNA" içerir. Balık genomunun bu "kompaktlığı", genler için düzenleyici dizilerin aranmasını çok daha kolaylaştırır.
- Genomdaki diğer nesneler
Protein kodlama dizileri (birçokeksonları oluşturan diziler) genomun %1,5'inden azını oluşturur. Bilinen düzenleyici dizileri hesaba katmadan, insan genomu, önemli bir şeye benzeyen, ancak eğer varsa, işlevi henüz açıklığa kavuşturulmamış birçok nesne içerir.
Bu nesneler, insan genomunun toplam hacminin% 97'sini kaplar. Bu tür nesneler şunları içerir:
- Virüsler
İnsan genomunun yaklaşık %1’i yerleşikretrovirüs genleri (endojen retrovirüsler). Bu genler genellikle konakçıya fayda sağlamaz ancak istisnalar da vardır. Böylece, yaklaşık 43 milyon yıl önce, virüs kabuğunu oluşturmaya hizmet eden retroviral genler, maymunların ve insanların atalarının genomuna girdi. İnsanlarda ve maymunlarda bu genler plasentanın işleyişinde rol oynar.
Çoğu retrovirüs, 25 milyon yıl önce insan atalarının genomuna dahil edildi. Daha genç insan endojen retrovirüsleri arasında şimdiye kadar hiçbir yararlı virüs bulunamamıştır.
Neandertal genomunun kodunu çözmek
Neandertal genomu boyut olarak modern insanın genomuna yakındır. İlk sonuçlar, modern insanların ve Neandertallerin DNA'sının yaklaşık %99,5 oranında aynı olduğunu gösteriyor.
Araştırmacılar fosil DNA'sını çıkardı38.000 yıl önce Hırvatistan'daki Vindia Mağarası'ndan bir Neandertal iskeletinin uyluk kemiğinden ve ayrıca İspanya, Rusya ve Almanya'da bulunan diğer kemiklerden Neandertal adamı. Şempanze ve insan mitokondriyal DNA dizilerini referans noktası olarak kullanan bilim adamları, insan ve Neandertal mtDNA'sı arasındaki farklılığın tarihinin 660.000 ± 140.000 yıl olduğunu hesapladılar.
Son Avrupalı Neandertallerin genomlarındaVindia, Mezmaiskaya (Mezmaiskaya 2), Goye ve yaklaşık olarak M.Ö. 45-39 bin l. N. Sapiens'in Avrupa'ya gelişinden sonra Cro-Magnon genlerinin karışımına rastlanmadı.
Geç Neandertal genomlarının karşılaştırılmasıKafkasya'daki daha yaşlı bir Neandertalin genomu (Mezmaiskaya 1), Neandertal tarihinin sonlarına doğru muhtemelen Kafkasya'da veya Avrupa genelinde Neandertal popülasyonlarında bir değişim olduğunu gösterdi.
Neandertal geninin büyük kısmı erken dönemde akıyorHomo sapiensbir veya daha fazla orijinalden geldiEn az 90 bin yıl önce son Neandertallerden ayrılan Neandertal popülasyonları. n., ancak yaklaşık 150 bin yıl önce Sibirya'dan (Altay Neandertal) daha önce dizilenmiş bir Neandertalden ayrıldıktan sonra.
Kimin genlerini miras aldık?
- Denisovitler
Modern insanlar Denisovalılarla iki kez melezleşti, Amerikalı genetikçiler Avrasya ve Okyanusya'da yaşayan 5.639 kişinin DNA'sını analiz ettiklerini keşfettiler.
Dergide yayınlanan bir makalede belirtildiği gibiHücre,Bilim adamları, modern Çin ve Japonya sakinlerinin atalarının, iki popülasyondan (Altay ve bilinmeyen bir saniye) Denisovalılarla çiftleştiğini keşfettiler.
Neandertaller ve Denisovalılar ayrı kabul ediliyoreski insanların türleri (başka bir versiyona göre - alt türler). Neandertaller Avrupa ve Orta Asya'da yaşadılar ve yaklaşık 30 bin yıl önce öldüler ve geride çok sayıda kalıntı ve eser bıraktılar.
Denisovalılar hakkında çok daha az şey biliniyor.Tek bir yerde bulunan - Altay'daki Denisova Mağarası'nda neredeyse hiçbir iz yok (şimdiye kadar sadece üç azı dişi ve bir parmak falanksı keşfedildi). Aslında, genetik tarafından, parmağın falanksından DNA dizileyen ve modern insanların ve Neandertallerin genomlarından mitokondriyal ve nükleer genomlarda önemli farklılıklar bulunan yeni bir tür insan keşfedildi.
- Neandertaller
Neandertallerin ve modern insanın genomu%0,16 farklılık göstermektedir. Bir yandan farklar küçüktür. Öte yandan, hangi genlerin modern insanlarda mevcut olduğunu ancak şempanzelerde ve Neandertallerde bulunmadığını görebilirsiniz.
Bunlar varsayımsal unsurlardırortak bir atadan miras kaldı ve ancak modern insan ve Neandertal dallarının birbirinden ayrılmasından sonra ortaya çıktı. Bu tür tamamen modern 78 element vardı - genlerdeki nükleotid ikameleri Bu nükleotid ikamelerinden bazıları nötr olabilir (olağan demografik süreçler, darboğazlar vb. Sonucunda sabitlenebilirler), diğerleri de uyarlanabilir öneme sahip olabilir.
Yani, birlikte taşınan bu tür 5 gen vardıbu nükleotid ikamelerinden birkaçı. Bu genler ve dolayısıyla bu mutasyonlar açıkça modern insanlar için uyarlanabilir, aksi takdirde evrim onlara bu kadar yakın ilgi göstermezdi. Bunlar cilt fonksiyonları, zihinsel aktivite, enerji metabolizması /
Gen havuzu insan popülasyonunu nasıl etkiledi?
2010 yılındaNeandertal nükleer genomuilk kez tam anlamıyla araştırıldı. Bu türün genetik izi çok sık yeniden hesaplanır. Popülasyon genetiğiWashington Üniversitesi'ndenBenjamin VernottVeJoshua Eki araştırmaya başladı ve yeni yaklaşım, yazarların modern genomlarda saklı Neandertal DNA'sının tüm dizilerini "çıkarmasına" izin verdi.
Modern neslin gen havuzunda olduğu sonucuna vardılar.Avrupa ve Asya popülasyonlarında Neandertal genomunun toplamda yaklaşık %20'si dolaşıyor. Modern insanın genomundaki Neandertal dizileri oldukça kısadır - bu, Neandertallerle melezleşmenin üzerinden oldukça fazla zaman geçtiği ve uzun dizilerin kırıldığı gerçeğiyle açıklanmaktadır.rekombinasyonlar(farklı kromozomlar arasındaki bölümlerin değişimi).
Tüm kodlama proteinlerinin% 26'sı ayrıca Neandertal alellerini içerir.
Keratinositlerdeki genler (deri hücreleri): geliştirilmiş pigmentasyon veya adaptasyon için gereklidirler. Ve geni içeren yedinci kromozomdaki bölge insan konuşmasının gelişmesine yardımcı oldu.
En son bilimsel gelişmeler
- Avrupa'nın en eski genomu yeniden yapılandırıldı
Almanya'daki Max Planck İnsanlık Tarihi Enstitüsü'nün genetik laboratuvarından bilim adamları, en eski Avrupa genomunu yeniden inşa ettiler.
Çalışma için Çek Cumhuriyeti'nin Zlaty Kun kasabasında bulunan yaklaşık 45 bin yıllık bir kafatasından materyal alındı. Bir kadına aitti.
Zlata Kun'un genomunun şunları içerdiği ortaya çıktı:Diğer modern insanlarla hemen hemen aynı miktarda Neandertal DNA'sı var, yaklaşık %2-3, ancak Neandertal gen bölümleri onda diğer herkesten çok daha uzun.
Çalışmanın yazarlarına göre bu kadının DNA'sıDaha sonra Avrupa veya Asya'da yaşayan insanlarda bulunur. Bu, modern insanların Güneydoğu Avrupa'da 47-43 bin yıl kadar erken bir tarihte var olduğunu gösteriyor.
- Yeni gen düzenleme mekanizması
Rusya'dan bir grup bilim insanı, olgunlaşan RNA'nın çift sarmallı parçalarının rolünü inceledi ve uzak parçaları arasındaki etkileşimin gen ifadesini düzenleyebileceğini gösterdi.
RNA'nın iki yapısı vardır - birincil ve ikincil.Nükleik asitlerin birincil yapısı, RNA'nın polinükleotit zincirindeki mononükleotitlerin düzenlenme sırasını ve dizisini ifade eder. Böyle bir zincir 3',5'-fosfodiester bağları ile stabilize edilir. Buna karşılık ikincil yapı, bir makromolekülün ana zincirinin (örneğin, bir proteinin polipeptit zinciri veya bir nükleik asit zinciri) yan zincirlerin konformasyonuna veya diğer bölümlerle ilişkisine bakılmaksızın konformasyonel düzenlemesidir.
İkincil yapıyı tanımlarken, makromoleküllerin ayrı ayrı fragmanlarını stabilize eden hidrojen bağlarını belirlemek önemlidir.
Yeni iş sayesinde, ikincil olduğu ortaya çıktı.yapı, bilgi taşıyan RNA moleküllerinin olgunlaşmasında ve özellikle birleştirmede önemli bir rol oynar. Bu, kodlamayan bölgelerin eksize edildiği ve kodlama bölgelerinin birbirine dikildiği bir işlemdir (RNA moleküllerinin olgunlaşmasında olduğu gibi). Bilim adamları, RNA ikincil yapılarının birleştirmeyi düzenleyebildiğini ve böylece gen düzenlemesine önceden düşünülenden daha fazla katkıda bulunduğunu gösterdi.
- CRISPR / Cas9 sistemi
On yılın en büyük atılımı, yaratıcıları Jennifer Doudna ve Emmanuelle Charpentier'in 2020 Nobel Kimya Ödülü'nü aldığı CRISPR/Cas9 sistemiydi.
CRISPR / Cas9 bir genom düzenleme yöntemidiryüksek doğruluk, insanlar dahil canlı mikroorganizmaların genlerini değiştirmenize izin verir. Ve onun yardımıyla, bugün bir cümle gibi görünen HIV ve diğer hastalıklarla mücadele yöntemleri oluşturma şansı var.
- Genetiği değiştirilmiş çocuklar
2018'de doğdugenetiği değiştirilmiş çocuklar - kızlar Lulu ve Nana. Zigot, IVF (in vitro fertilizasyon) kullanılarak elde edildi, CRISPR / Cas9 ile genetik olarak değiştirildi ve kızları doğuran kadının rahmine implante edildi.
Daha fazla oku:
Çernobil nükleer santralinin reaktöründe nükleer reaksiyonlar yoğunlaştı
Bilim adamları bir kara deliğin bir yıldızı nasıl parçaladığını gösterdi
Fizikçiler bir kara deliğin benzerini yarattılar ve Hawking'in teorisini doğruladılar. Nereye götürür?