Что такое геном человека: расшифровка. Расшифровка генома животных растений и человека

что такое гены, ДНК, в каком году расшифровали

Принципы наследственности были обозначены впервые в 1900-х годах, когда естественные науки получили развитие и ввели в обиход (с полным определением) понятия геном человека и ген, в частности. Их исследование дало возможность ученым открыть секрет наследственности, и стало толчком для изучения наследственных болезней и их природы.

...

Вконтакте

Facebook

Twitter

Google+

Мой мир

Геном человека: общие понятия

Чтобы разобраться, что такое гены и процессы наследования организмом определенных свойств и качеств, следует знать и понимать термины и основные положения. Краткое изложение основных понятий даст возможность более глубоко вникнуть в данную тему.

Гены человека – это части цепи ДНК (дезоксирибонуклеиновая кислота в виде макромолекул), которая задает последовательность определенных полипептидов (семейства аминокислот) и несет основную наследственную информацию от родителей к детям.

Говоря простым языком, определенный ген содержит информацию о строении белка и несет ее от родительского организма к детскому, повторяя строение полипептидов и передавая наследственность.

Геном человека – это обобщающее понятие, обозначающее некоторое количество определённых генов. Впервые его ввел Ганс Винклер в 1920-м, однако спустя время несколько изменилось его изначальное значение.

Вначале он обозначал определенное количество хромосом (непарных и одинарных), а спустя время выяснилось, что в геноме 23 парных хромосомы и митохондриальная дезоксирибонуклеиновая кислота.

Генетическая информация – это данные которые заключены в ДНК, и несущие порядок построения белков в виде кода из нуклеотидов. Стоит также упомянуть, что подобная информация находится внутри и вне границ клетки.

Гены человека исследовались на протяжении многих лет, за которые было претворено в жизнь множество экспериментов. До сих пор проводятся опыты, которые дают ученым новую информацию.

Благодаря последним исследованиям стало ясно, что не всегда четкая и последовательная структура наблюдается в дезоксирибонуклеиновых кислотах.

Существуют так называемые прерывистые гены, связи которых прерываются, что делает неверными все предыдущее теории о постоянстве этих частиц. В них время от времени происходят изменения, которые влекут за собой изменения и в структуре дезоксирибонуклеиновых кислот.

История открытия

Впервые научный термин был обозначен только в 1909 году ученым Вильгельмом Иогансеном, который был выдающимся ботаником в Дании.

Исследование частицы началось задолго до 20 века (данных в каком точно году нет), и складывалось из нескольких этапов:

1. В 1868 году известный ученый Дарвин выдвинул гипотезу о пангенезе. В ней он описывал отделение геммулы. Дарвин считал, что геммула – это определенная часть клетки, из которой затем образовываются половые клетки.
2. Через несколько лет Гуго де Фриз сформировал свою собственную теорию, отличную от дарвиновской, в которой описал процесс пангенеза внутри клеток. Он считал, что в каждой клетке есть частица, и она ответственна за некоторые свойства наследования вида. Он обозначил эти частицы как «пангены». Отличия двух гипотез заключается в том, что Дарвин считал геммулы частями тканей и внутренних органов, независимо от вида животного, а де Фриз представлял свои пангены как признаки наследования внутри конкретного вида.
3. В. Иогансен в 1900 году определил наследственный фактор как ген, взяв вторую часть от термина, использованного де Фризом. Он использовал слово для определения «зачатка», той частицы, которая является наследственной. При этом ученый подчеркивал независимость термина от ранее выдвинутых теорий.

Изучением наследственного фактора уже достаточно давно занимались биологи и зоологи, но только с начала 20-го века генетика начала развиваться с огромной скоростью, открывая для людей тайны наследования.

Это интересно! Как мы произошли от обезьяны: теория Дарвина о происхождении человека

Расшифровка генома человека

С того момента, как ученые открыли наличие в организме человека гена, они стали исследовать вопрос информации, заключенной в нем. Уже более 80 лет ученые пытаются расшифровать ее. На сегодняшний день они добились в этом значительных успехов, что дало возможность влиять на наследственные процессы и менять структуру клеток у следующего поколения.

История расшифровки ДНК состоит из нескольких определяющих моментов:

1. 19 век – начало изучения нуклеиновых кислот.
2. 1868 год – Ф. Мишер впервые выделяет из клеток нуклеин или ДНК.
3. В середине 20 века О. Эвери и Ф. Гриффит выясняют при помощи опыта, проведенного на мышах, что за процесс трансформации бактерий отвечает именно нуклеиновая кислота.
4. Первый человеком, кто показал миру ДНК стал Р. Франклин. Спустя несколько лет после открытия нуклеиновой кислоты он делает фотографию ДНК, случайным образом используя рентген при исследовании структуры кристаллов.
5. В 1953 году дано точное определение принципу воспроизводства жизни у всех видов.

Внимание! С того времени, как впервые общественности предоставили двойную спираль ДНК, произошло множество открытий, давших возможность понять природу ДНК и механизмы ее работы.

А вот расшифровка ДНК человека произошла на основе открытия другого ученого – Фредерика Сенгера, который разработал методы чтения последовательностей белковых аминокислот и последовательность построения самой ДНК.

Благодаря работе множества ученых за три последних века были выяснены процессы формирования, особенности, и сколько генов находится в геноме человека.

Содержание программы «Геном человека»

В 1990 году начался международный проект «Геном человека», которым руководил Джеймс Уотсон. Его целью было выяснить, в какой последовательности выстраиваются нуклеотиды в ДНК, и выявить около 25 000 генов в человеке. Благодаря этому проекту человек должен был получить полное представление о формировании ДНК и расположению всех его составляющих частей, а также механизм построения гена.

Стоит уточнить, что программа не ставила своей задачей определить всю последовательность нуклеиновой кислоты в клетках, а лишь только некоторых областей. Началась она в 1990 году, но только в 2000 был выпущен черновик работы, а полное исследование завершено — в 2003 году. Исследование последовательности длиться до сих пор и 8% гетерохроматиновых областей все еще не определены.

Цели и задачи

Как любой научный проект, «Геном человека» ставил перед собой конкретные цели и задачи. Изначально ученые собирались выявить последовательности 3 млрд нуклеотидов и более. Затем отдельные группы исследователей выразили желание попутно определить также последовательность биополимеров, которая бывает аминокислотной или нуклеотидной. В итоге главные цели проекта выглядели следующим образом:

1. Создать карту генома;
2. Создать карту человеческих хромосом;
3. Выявить последовательность формирования полипептидов;
4. Сформировать методологию хранения и анализа собранной информации;
5. Создать технологию, которая поможет в достижении всех указанных выше целей.

Данный список задач упускает не менее важную, но не такую очевидную – это изучение этических, правовых и социальных последствий подобных исследований. Вопрос наследственности может вызывать разногласия среди людей и повлечь серьезные конфликты, поэтому ученые поставили за цель обнаружить решения этих конфликтов до их возникновения.

Достижения

Наследственные последовательности – это уникальное явление, которое наблюдается в организме каждого человека в той или иной форме.

Именно поэтому все данные, которые опубликовали исследователи проекта, не имеют точной и определенной последовательности. Несмотря на это, главным достижением является выполнение всех поставленных целей.

Проект достиг всех поставленных задач раньше, чем исследователи предполагали. К концу проекта они расшифровали около 99,99 % ДНК, хотя ученые ставили перед собой задачу секвенировать только 95% данных. Сегодня, несмотря на успех проекта, остаются все еще неисследованные участки дезоксирибонуклеиновых кислот.

В итоге исследовательской работы было определено сколько генов в организме человека (около 20—25 тыс. генов в геноме), и все они охарактеризованы:

• количество;
• расположение;
• структурно-функциональные особенности.

Геном человека — исследования, расшифровка

Расшифровка человеческого генома

Вывод

Все данные будут подробно изложены в генетической карте человеческого организма. Претворение в жизнь такого сложного научного проекта дало не только колоссальные теоретические знания для фундаментальных наук, но и оказало невероятное влияние на само понимание наследственности. Это в свою очередь, не могло не отразиться на процессах предупреждения и лечения наследственных болезней.

Данные, полученные учеными, помогли ускорить другие молекулярные исследования и способствовать эффективному поиску генетической основы в заболеваниях, передающихся по наследству, и предрасположенности к ним. Результаты смогут повлиять на обнаружение соответствующих лекарств для профилактики множества заболеваний: атеросклероза, сердечной ишемии, болезней психического и онкологического характера.

uchim.guru

Расшифровка генома человека

Расшифровка генома человека – событие столь же важное в истории человечества, как открытие электричества, изобретение радио или создание компьютеров.  Немного истории. В 1988 году Национальный институт здоровья США начал проект «Геном человека», возглавил который нобелевский лауреат Джеймс Уотсон. Основная цель проекта – выяснить последовательность нуклеотидных оснований во всех молекулах ДНК человека и установить локализацию, т.е. полностью картировать все гены человека.  Планировалось, что работа но определению нуклеотидной последовательности ДНК человека (секвенирование ДНК) должна окончиться в 2005-м году. Однако после первого года работы стало ясно, что скорости секвениронания ДНК очень низкие и для полного завершения работы такими темпами потребуется около 100 лет.  Стало очевидно, что необходим поиск новых технологий секвенирования, создание новой вычислительной техники и оригинальных компьютерных программ. Это было невыполнимо в рамках отдельно взятого государства, и к программе подключились другие страны.  Широкомасштабные координированные исследования стали проводиться под эгидой международной организации ^ Human Genom Organisation (HUGO). С 1989 г. в проект включилась и Россия. Все хромосомы человека были поделены между странами-участницами, и России для исследования достались 3-, 13- и 19-я хромосомы. В проекте оказались задействованы несколько тысяч ученых из 20 стран.  В 1996 были созданы всемирные банки данных по ДНК человека. Любая вновь определенная последовательность нуклеотидов размером более 1 тыс. оснований должна была быть обнародована через Интернет в течение суток после ее расшифровки, в противном случае статьи с этими данными в научные журналы не принимались. Любой специалист в мире мог воспользоваться этой информацией. К началу 1998 г. было секвенировано всего около ^ 3% генома. В это время к работе неожиданно подключилась частная американская компания из штата Мериленд «Celera Genomics» под руководством Крега Вентера, которая объявила, что закончит свою работу на 4 года раньше международного консорциума.  Началась беспримерная в науке гонка. Два коллектива работали независимо, не жалея сил, чтобы придти к финишу первыми. В ходе выполнения проекта «Геном человека» было разработано много новых методов исследования, большинство из которых значительно ускоряет и удешевляет работу по расшифровке ДНК. Эти методы анализа сейчас используются в медицине, криминалистике и т.д. В июне 2000 года два конкурирующих коллектива объединили свои данные, официально объявив о завершении работ. А в феврале 2001 года появились научные публикации чернового варианта структуры генома человека. Качество секвенирования достаточно высокое и предполагает всего 1 ошибку на 50 тыс.п.н. «Геном человека» вошел в историю как один из самых трудоемких и дорогостоящих проектов. На него было потрачено в сумме более ^ 6 миллиардов долларов.  Возникает естественный вопрос: геном какого же человека определен в результате этих титанических усилий, кто этот конкретный человек? Согласно имеющимся данным, фирма Celera в основном ориентировалась на геном одного человека, о котором известно лишь, что это белый мужчина среднего возраста. Скорее всего, это был сам глава корпорации Крег Вентер. Международный консорциум использовал в своей работе материал не менее семи различных людей.  Геном человека состоит из 24 хромосом и 3,2 млрд. п.н. Хромосомы человека были пронумерованы согласно размеру: наибольший - у хромосомы 1, наименьший — у хромосомы 22. Со временем выяснилось, что хромосома 22 содержит больше ДНК, чем хромосома 21, но порядок нумерации не стали менять, чтобы не вносить путаницу. Отдельно идут две половые хромосомы: X и Y (условно их можно назвать томами № 23 и № 24 Энциклопедии человеческого генома).  ^ В геноме женщин содержится лишь 23 хромосомы из 24-х, и все они представлены в соматических клетках двумя экземплярами. У мужчин в клетках содержится полная Энциклопедия человека, все 24 хромосомы, но две из них (хромосомы X и Y) существуют в единичных экземплярах. Разные хромосомы сильно отличаются друг от друга по числу и свойствам генов (в первой, самой большой, хромосоме содержится 263 млн. п.н., составляющих 2237 гена, а в 21 хромосоме – 50 млн.п.н. и 82 гена). www.ensembl.org Также отличаются хромосомы и по важности записанной в них информации. Число генов, ассоциируемых с различными болезнями больше всего в Х хромосоме – 208; в 1 хмс – 157; и в 11 хмс – 135. Меньше всего таких генов в Y хмс – всего 3. Тем не менее, только совокупность всех хромосом обеспечивает клетки полной информацией, позволяющей человеку нормально развиваться и жить. В отсутствие любой из пар хромосом жизнь конкретного индивидуума становится невозможной.  При потере по каким-либо причинам только одной из пары хромосом состояние человека сильно отличается от нормы. Например, частичная моносомия 5-ой хромосомы приводит к синдрому кошачьего крика. У детей с этой аномалией отмечается необычный плач, что обусловлено изменением гортани, а также черепа и лица.  В клетках человека также имеется ДНК, расположенная не в хромосомах, а в митохонд­риях. Это тоже часть генома человека, называемая М-хромосомой. В отличие от ядерного генома митохондриальные гены располагаются компактно, как в геноме бактерий, и имеют свой собственный генетический код (своеобразный «генетический жаргон»). МитДНК ответственна в клетке за синтез всего лишь нескольких белков. Но эти белки очень важны для клетки, поскольку участвуют в обеспечении клетки энергией.  Предполагают, что митохондрии появились в клетках эукариот в результате симбиоза высших организмов с аэробными бактериями.  МитДНК передается из поколения в поколение только по женской линии. При оплодотворении в яйцо проникает сперматозоид с набором отцовских хромосом, но без отцовских митохондрий. Только яйцеклетка предоставляет зароды­шу свою митДНК. Поэтому митДНК удобно использовать для определения степени родства как внутри вида, так и между различными таксонами.  Одной из целей исследования генома человека являлось построение точной и подробной карты всех хромосом. Генетическая карта представляет собой схему, описывающую порядок расположения на хромосоме генов и других генетических элементов. (снипсы-повторы-гены).  В кодировании белков принимает участие не более 1,5 % хромосомной ДНК человека (т.е. генетические инструкции по формированию человеческого индивидуума занимают лишь 3 см на двухметровой молекуле ДНК человека).  Анализ генома человека позволил выявить у него порядка ^ 40 тыс. генов (на сегодня). Самые короткие гены содержат всего 20 п.н. (гены эндорфинов, вызывающих ощущение удовольствия). Самый длинный ген, кодирующий один из белков мышц (миодистрофин), содержит порядка 2,5 млн. п.н.  ^ Плотность расположения генов в хромосомах сильно различается. Средняя плотности составляет около 10 генов на 1 млн.п.н. Однако в хромосоме 19плотность составляет 20 генов, а в Y-хромосоме — всего 1,5 гена на млн. Если сравнить плотность генов с плотностью расселения людей, то Y-хромосома напоминает нашу Сибирь, а хромосома 19 — Европейскую часть России. Плотность расположения генов падает по мере эволюционного усложнения организмов. Для сравнения: в геноме бактерий содержится свыше 1000 генов на 1,0 млн. и. н., у дрожжей около 450 генов на 1,0 млн. п. н., а у червя С. elegans - около 200.  Как у людей имеются семьи, так и гены объединяют в семейства по их схожести. В геноме человека присутствуют около 1,5 тыс. таких семейств. Причем только около сотни из них специфичны для человека и позвоночных животных. Основная же масса генных семейств имеется как у человека, так и у дождевого червя. Разные гены одного семейства возникали в ходе эволюции из одного гена-предшественника как следствие мутаций. «Родственные» гены чаще всего выполняют сходную функцию. Например, геном человека имеет около 1 000 генов-рецепторов обоняния. В семействах генов иногда встречаются псевдогены. He совсем ясно, зачем геному нужны такие гены, почему он сохранил их в эволюции и не избавился от них. В геноме человека имеется около. Это гены, утратившие способность к экспрессии. Перед их названием ставят греческую букву  20 000 таких псевдогенов. В частности, в огромной семействе генов обоняния около 60% являются псевдогенами. Считается, что массивная потеря функциональных генов произошла за последние 10 млн. лет в связи со снижением роли обоняния у человека по сравнению с другими млекопитающими.  Около 20 % генов человека функционируют во всех типах клеток человека. Остальные же гены работают только в определенных тканях и органах. Например,глобиновые гены экспрессируются только в клетках крови, поскольку основная их функция – обеспечивать перенос кислорода.  Примером высочайшей специализации генов служат обонятельные гены. В каждой клетке органа обоняния человека – обонятельной луковице - работает только 1 ген из 1000 возможных. Сильнейшее недоумение ученых вызвал тот факт, что некоторые из этих генов, кроме обонятельной луковицы, активизируются еще в одном типе клеток – сперматозоидах. Как это связано с восприятием запаха, пока не совсем ясно.  Картирование хромосом также позволило выявить локализацию участков, отвечающих за некоторые болезни человека.  Например, в первой хромосоме гены связанны с раком протоков молочной железы. Во второй – с ожирением. В третьей – с шизофренией. В четвертойхромосоме обнаружен ген, мутации которого приводят к развитию алкоголизма. Мутации в концевом участке Х-хромосомы вызывают предрасположенность к гомосекесуализму. Внимание специалистов также привлекли гены, связанные с некоторыми особенностями поведения человека. Эти гены кодируют белки, участвующие в передаче сигналов между нервными клетками (например, белок серотонин). Ген, кодирующий рецептор серотонина, ученые назвали «геном самоубийства». Мутации по этому гену вызывают у людей склонностью к отрицательным эмоциям и суицидные наклонности.  Другой передатчик сигналов в нервной системе — дофамин – вещество, играющего ключевую роль в работе центров удовольствия мозга. Избыток дофамина вызывает у животных исследовательскую гиперактивность.. Было обнаружено, что один из генов, кодирующих белки-рецепторы дофамина, может существовать в разных аллельных формах (длинной и короткой). Люди с длинной аллелью больше склонны к поиску новых впечатлений, поэтому обнаруженный ген так и назвали «геном поиска новизны». У американцев длинная аллель гена рецептора дофамина встречается в 25 раз чаще, чем, скажем, у жителей Южной и Восточной Азии. Из истории мы знаем, как заселялась Америка европейцами. В первую очередь, это были энергичные люди, склонные к авантюризму, любопытные и импульсивные. Вот они то и внесли длинную аллель «гена поиска новизны» в современную американскую популяцию. Недавно обнаружены два гена, которые отвечают за материнские инстинкты (эти гены так и были названы генами «материнского инстинкта»). При этом, ко всеобщему удивлению, выяснилось, что оба гена дочки получают от отцов. Животные, у которых гены «материнского инстинкта» отсутствовали, не заботились о новорожденных.  Необходимо подчеркнуть, что, в отличие от генов, ответственных за физические параметры, наличие «больных» генов, формирующих психику и поведение, еще не означает стопроцентную обреченность человека па определенные отрицательные проявления. Во-первых, как правило, не один, а совокупность генов отвечает за душевные характеристики. Между ними существует очень сложное и порой весьма неоднозначное взаимодействие, эффект которого зависит от множества различных факторов. Во-вторых, как считает большинство ученых, психика и поведение человека лишь процентов на 50 определяются генами.  Одним из методов изучения влияния окружающей среды на проявление генотипа является наблюдение за однояйцовыми близнецами. Такой подход в генетике получил название «близнецовый метод». Однояйцовые близнецы образуются в результате деления одной и той же зиготы и содержат идентичные геномы. Хотя появление близнецов — довольно редкое явление (считается, что у человека одна двойня приходится па 80—85 родов), тем не менее, имеющихся случаев достаточно для проведения соответствующих исследований. Одним из наиболее четких способов идентификации человека являются отпечатки пальцев. Характерные «узоры» закладываются у зародыша уже на третьем месяце развития и сохраняются без изменения в течение всей жизни. При сравнении кожных «узоров» у близнецов было выявлено, что они очень похожи, но, что удивительно, не всегда полностью идентичны.  При исследовании ряда других признаков также наблюдали их небольшие вариации у близнецов: цвет глаз и волос, форма уха.  Крупномасштабное сравнение однояйцовых близнецов друг с другом показало, что возникновение таких инфекционных заболеваний, как корь, коклюш, ветряная оспа практически полностью зависит от возбудителя заболевания, а вот полиомиелит и туберкулез определяются кроме того наследственными свойствами человека. В частности, заболеваемость туберкулезом обоих однояйцовых близнецов более чем в 3 раза выше, чем у двух разнояйцовых близнецов.  Исследование близнецов, проведенное в Каролинском институте в Стокгольме, убедительно показало существенное воздействие факторов окружающей среды (курения, загрязнений, питания, образа жизни) на развитие некоторых форм злокачественных заболеваний. Вместе с тем отмечено влияние генетических факторов на возникновение рака простаты, рака прямой кишки и рака груди. При анализе близнецов удалось выяснить, что умственное развитие также могут объясняться генетически. Если один из пары однояйцовых близнецов слабоумен, то второй оказывается таким же почти всегда. Российскими учеными было проведено исследование детей-близнецов в возрасте от 7 до 12 месяцев на предмет того, в какой мере генетика и среда влияют на агрессивность, раздражительность, активность и общительность. Оказалось, что первые три черты темперамента находятся под жестким генетическим контролем: агрессивность поведения младенца:на 94 процента определяется его генотипом, активность — па 89 процентов, раздражительность — па 85 процентов. А общительность почти на 90% формируется под влиянием среды, которую создают родители. Благодаря методу близнецового анализа на генетический уровень вышла и широко обсуждаемая проблема гомосексуализма. Уже имеются достоверные данные, что около 57% однояйцовых близнецов, братьев мужчин-гомосексуалов также являются гомосексуалами. Для женщин-лесбиянок эта цифра составляет приблизительно 50%.  Осознание гомосексуализма как наследственной болезни возможно поможет решить как проблему гомофобии (плохо ненавидеть больных людей), так ипроблему агрессивного гомосексуализма (эти люди требуют признания их здоровыми и полноценными, порой даже гордятся своей особенностью).Однако, если рассматривать гомосексуализм как болезнь, как патологию, ситуация кардинально меняется. Трудно представить себе человека, гордо стоящего с плакатом: «Я страдаю шизофренией, поэтому требую к себе уважения, как к полноценному члену общества!».  Согласно современным оценкам, продолжительность жизни человека, также связана с генетическими факторами, роль которых оценивается на уровне 65—70%.  Многочисленные и разнообразные данные позволяют утверждать, что геном определяет многое в нас, но и окружающая среда весьма заметно вмешивается в нашу сущность. Взаимосвязь между генами и окружающей средой ученые иногда сравнивают с заряженным пистолетом и курком. Пистолет не выстрелит, пока не будет нажат курок. Также обстоит ситуация и в клетке, где в качестве заряженного пистолета служит ген, а функцию курка выполняют всевозможные факторы окружающей среды. Имеется и другое сравнение — с карточной игрой: хороший игрок может выиграть и с плохими картами. Чтобы разобраться в тех многочисленных взаимосвязях, которые существуют между проявлением отдельных вариантов генов и влиянием па этот процесс различных факторов окружающей среды, был создан специальный международный проект — The Environmental Genome Project. Среди множества задач данного проекта главной является, конечно же, изучение влияния окружающей среды па продолжительность жизни, а также на возникновение и развитие различных заболевании человека. В конечном итоге этот проект может оказаться не менее важным и сложным, чем знаменитый и очень дорогостоящий проект по секвенированию генома человека. А в том, что он будет продолжаться по времени значительно дольше, чем геномный проект, нет никакого сомнения. 

Проект «Геном человека»

[править]

Материал из Википедии — свободной энциклопедии

Логотип проекта

Проект по расшифровке генома человека (англ. The Human Genome Project, HGP) — международный научно-исследовательский проект, главной целью которого было определить последовательность нуклеотидов, которые составляют ДНК и идентифицировать 20—25 тыс. генов в человеческом геноме[1].

Проект начался в 1990 году, под руководством Джеймса Уотсона под эгидой Национальной организации здравоохранения США. В 2000 году был выпущен рабочий черновик структуры генома, полный геном — в 2003 году, однако и сегодня дополнительный анализ некоторых участков ещё не закончен.Частной компанией «Celera Genomics (англ.)» был запущен аналогичный параллельный проект, завершённый несколько ранее международного. Основной объём секвенирования был выполнен в университетах и исследовательских центрах США, Канады и Великобритании. Кроме очевидной фундаментальной значимости, определение структуры человеческих генов является важным шагом для разработки новых медикаментов и развития других аспектов здравоохранения.

Хотя целью проекта по расшифровке генома человека является понимание строения генома человеческого вида, проект также фокусировался и на нескольких других организмах, среди которых бактерии, в частности, Escherichia coli, насекомые, такие как мушка дрозофила, и млекопитающие, например, мышь.

Изначально планировалось определение последовательности более трёх миллиардов нуклеотидов, содержащихся в гаплоидном человеческом геноме. Затем несколько групп объявили о попытке расширить задачу до секвенирования диплоидного генома человека, среди них международный проект HapMap (англ.), «Applied Biosystems», «Perlegen», «Illumina», «JCVI», «Personal Genome Project» и «Roche-454».

Геном любого отдельно взятого организма (исключая однояйцевых близнецов и клонированных животных) уникален, поэтому определение последовательности человеческого генома в принципе должно включать в себя и секвенирование многочисленных вариаций каждого гена. Однако, в задачи проекта «Геном человека» не входило определение последовательности всей ДНК, находящейся в человеческих клетках; а некоторые гетерохроматиновые области (в общей сложности около 8 %) остаются несеквенированными до сих пор.

[править]Проект

[править]Предпосылки

Проект стал кульминацией нескольких лет работы поддержанной министерством энергетики США, в частности семинаров проводившихся в 1984-м[2] и 1986-м годах, и последовавшимидействиями министерства энергетики[3]. Отчёт 1987 года чётко указывает: «Окончательной целью данного начинания является понимание человеческого генома» и «знаниечеловеческого генома так же необходимо для прогресса медицины и других наук о здоровье, как знание анатомии было необходимо для достижения её нынешнего состояния». Поиски[4] технологий, подходящих для решения предложенной задачи, начинались ещё во второй половине 80-х годов.

Начиная с 1988 года, главой Национального Центра Исследований Человеческого Генома в Национальной Организации Здравоохранения США (NIH) был Джеймс Уотсон. В 1992 его вынудили уйти в отставку, в основном из-за несогласия с позицией его руководителя, Бернадины Хили (англ.) по вопросам патентования генов (англ.). В апреле 1993 его заменилФренсис Коллинз, а в 1997 году название центра было изменено на Национальный Институт Исследований Человеческого Генома (англ.) (NHGRI).

Трёхмиллиардный проект был формально запущен в 1990 году министерством энергетики США и национальным институтом здравоохранения, и ожидалось, что он продлится 15 лет. Помимо США, в международный консорциум вошли генетики Китая, Франции, Германии, Японии и Великобритании.

В силу широкой международной кооперации и новых достижений в области геномики (особенно в секвенировании), а также значительных достижений в вычислительной технике, «черновик» генома был закончен в 2000 году (о чём было объявлено совместно тогдашним президентом США Биллом Клинтоном и британским премьер-министром Тони Блэром 26 июня 2000 года[5]). Продолжение секвенирования привело к объявлению в апреле 2003 года о почти полном завершении работы, на 2 года раньше, чем планировалось[6]. В мае 2006 года, была пройдена другая веха на пути к завершению проекта, когда в журнале «Nature» была опубликована последовательность последней хромосомы — Хромосомы 1[7].

[править]Завершённость

Репликация ДНК

Существуют многочисленные определения «полной последовательности человеческого генома». Согласно некоторым из них, геном уже полностью секвенирован, а согласно другим, этого ещё предстоит добиться. В популярной прессе было множество статей, сообщающих о «завершении» генома. Согласно определению, которое использует Международный проект по расшифровке генома человека, геном расшифрован полностью. График историирасшифровки проекта показывает, что большая часть человеческого генома была закончена в конце 2003 года. Однако ещё остаётся несколько регионов, которые считаются незаконченными:

• Прежде всего, центральные регионы каждой хромосомы, известные как центромеры, которые содержат большое количество повторяющихся последовательностей ДНК; их сложно секвенировать при помощи современных технологий. Центромеры имеют длину миллионы (возможно десятки миллионов) пар нуклеотидов, и, по большому счёту, остаются несеквенированными.

• Во-вторых, концы хромосом, называемые теломерами, также состоящие из повторяющихся последовательностей, и по этой причине в большинстве из 46 хромосом их расшифровка не завершена. Точно не известно, какая часть последовательности остаётся не расшифрованной до теломер, но как и с центромерами, существующие технологические ограничения препятствуют их секвенированию.

• В-третьих, в геноме каждого индивидуума есть несколько локусов, которые содержат членов мультигенных семейств, которые также сложно расшифровать с помощью основного на сегодняшний день метода фрагментирования ДНК. В частности, эти семейства кодируют белки, важные дляиммунной системы.

• Кроме перечисленных регионов, остаётся ещё несколько брешей, разбросанных по всему геному, некоторые из которых довольно крупные, но есть надежда, что все они будут закрыты в ближайшие годы.

Бо́льшая часть остающейся ДНК сильно повторяющаяся, и маловероятно, что она содержит гены, однако это останется неизвестным, пока они не будут полностью секвенированы. Понимание функций всех генов и их регуляции остается далеко неполным. Роль мусорной ДНК, эволюция генома, различия между индивидуумами и многие другие вопросы по-прежнему являются предметом интенсивных исследований в лабораториях всего мира.

[править]Цели

Последовательность человеческой ДНК сохраняется в базах данных, доступных любому пользователю через Интернет. Национальный центр биотехнологической информации США (и его партнёрские организации в Европе и Японии) хранят геномные последовательности в базе данных известной как GenBank, вместе с последовательностями известных и гипотетических генов и белков. Другие организации, к примеру Калифорнийский Университет в Санта-Круз (англ.)[8] и Ensembl (англ.)[9] поддерживают дополнительные данные и аннотации, а также мощные инструменты для визуализации и поиска в этих базах. Были разработаны компьютерные программы для анализа данных, потому что сами данные без таких программ интерпретировать практически невозможно.

Процесс идентификации границ генов и других мотивов в необработанных последовательностях ДНК называется аннотацией генома (англ.) и относится к области биоинформатики. Эту работу при помощи компьютеров выполняют люди, но они делают её медленно и, чтобы удовлетворять требованиями высокой пропускной способности проектов секвенированиягеномов, здесь также всё шире используют специальные компьютерные программы. Лучшие на сегодняшний день технологии аннотации используют статистические модели основанные на параллелях между последовательностями ДНК и человеческим языком, пользуясь такими концепциями информатики как формальные грамматики.

Другая, часто упускаемая из виду цель проекта «Геном человека» — исследование этических, правовых и социальных последствий расшифровки генома. Важно исследовать эти вопросы и найти наиболее подходящие решения до того, как они станут почвой для разногласий и политических проблем.

Все люди имеют в той или иной степени уникальные геномные последовательности. Поэтому данные, опубликованные проектом «Геном человека», не содержат точной последовательности геномов каждого отдельного человека. Это комбинированный геном небольшого количества анонимных доноров. Полученная геномная последовательность является основой для будущей работы по идентификации разницы между индивидуумами. Основные усилия здесь сосредоточены на выявлении однонуклеотидного полиморфизма.

Почти все цели, которые ставил перед собой проект, были достигнуты быстрее, чем предполагалось. Проект по расшифровке генома человека был закончен на два года раньше, чем планировалось. Проект поставил разумную, достижимую цель секвенирования 95 % ДНК. Исследователи не только достигли её, но и превзошли собственные предсказания, и смогли секвенировать 99,99 % человеческой ДНК. Проект не только превзошёл все цели и выработанные ранее стандарты, но и продолжает улучшать уже достигнутые результаты.

studfiles.net

Расшифровка генома человека

По последним научным данным, геном человека состоит из 30-35 тысяч генов, причем наши гены на 99% совпадают с генами шимпанзе и на 70% - мыши. Выяснилось также, что отдельные гены человека идентичны генам не только позвоночных, но и беспозвоночных и даже растений, дрожжей и плесени. Это открытие позволило многое прояснить в процессе возникновения жизни на Земле.Дальнейшее изучение проблемы привело ученых к неожиданным выводам. Оказалось, что у современного человека есть еще 223 гена, которые больше ни у одного живого существа на Земле не встречаются. Значит, они не могли попасть к нам в результате непосредственной земной эволюции. Заметим, что для отличия одного биологического вида от другого 223 новых гена — это очень много. Как раз эти гены дают две трети отличий человека от шимпанзе. Откуда же взялись эти загадочные две с лишним сотни генов?

Американский ученый Закария Ситчин опубликовал статью под интригующим названием: «Дело об инопланетных генах Адама». В ней Ситчин в который уже раз утверждает, что современный человек создан путем генной инженерии.

Суть его теории происхождения человека сводится к следующему. В нашей Солнечной системе существует еще одна планета, по Ситчи-ну — двенадцатая. В текстах древних шумеров она называется Нибиру (Пересечение). Планета эта раза в три-четыре больше Земли. Имеет она очень вытянутую орбиту, в результате чего один оборот вокруг Солнца совершает за 3600 лет. Удалившись в самую дальнюю точку своей орбиты, она оказывается в три раза дальше от Солнца, чем Плутон. Нибиру появляется вблизи Солнца один раз за почти 4 тысячи лет. Появление такой большой массы среди планет земной группы вызывает значительные гравитационные возмущения.

На Нибиру, по мнению другого американского ученого Алана Эл-форда, разделяющего взгляды Ситчина, уже 300 тысяч лет назад существовала высокоразвитая техногенная цивилизация. 272183 года минуло с тех пор, как пришельцы с этой планеты, воспользовавшись ее приближением к Солнцу, высадились на нашей Земле. По всей вероятности, их интересовали земные минералы. Через 18 тысяч лет в Двуречье возник первый город пришельцев — Эриду. Через 25 тысяч лет пришельцы начинают шахтные разработки в Африке.

Труд в рудниках был очень тяжел. Среди рабочих начался мятеж. Тогда, видимо, и родилась мысль приспособить для тяжелых горных работ аборигенов. Просто заставить эти полудикие существа целенаправленно трудиться на каких-то неведомых хозяев оказалось невозможным. Пришельцы пошли другим путем. Методами генной инженерии и клонирования они создали человека разумного. Поскольку это был мужчина, он не мог производить себе подобных.

Клонирование, судя по всему, вскоре пришельцам надоело, и появилась Ева. Создали ее, конечно, не из ребра Адама, а из его ДНК. Осуществили это перестройкой 23-й пары хромосом. У Адама и Евы (будем называть их так) родились дети. Шли годы и столетия. Человек разумный стал быстро заселять планету и из Африки распространился на Ближний Восток.

Земные люди относились к пришельцам как ко всемогущим богам. Шумеры, например, называли их «те, кто с Неба на землю сошел». Пришельцы же всячески способствовали этому своему обожествлению.

Как уже говорилось, планета Нибиру каждые 3600 лет приближается к Земле, и такое сближение не проходит для нашей планеты бесследно. По мнению Алана Элфор-да, в 10 983 году до н. э., когда Нибиру оказалась между Венерой и Землей на расстоянии всего 12 с небольшим миллионов километров, на Земле начался Всемирный потоп.

Притяжением гигантской планеты огромные массы воды были подняты в атмосферу, а потом рухнули на Землю. Почти вся земная цивилизация и большая часть растительного и животного мира погибли. Пришельцы заранее знали о неизбежности потопа и приняли кое-какие меры для сохранения наиболее ценного (вспомним описанный в Библии Ноев ковчег). Впрочем, люди их занимали мало. Людей на Земле расплодилось слишком много, и они не всегда были почтительны к «богам».

По концепции Элфорда, многие боги древности — Энлиль (верховный бог), Тот (бог мудрости), Инанна (Иштар), Мардук и другие были пришельцами с планеты Нибиру. Они реально существовали, правили земными городами и царствами, а нередко и ожесточенно боролись друг с другом.

Захария Ситчин, изучив названия и расположение древних допотопных городов в Двуречье, пришел к заключению, что здесь когда-то находился «треугольный посадочный коридор» с космическим аэропортом в Сиппаре и «диспетчерским пунктом» в Ниппуре. Если прочертить теперь через эти города мысленную прямую, то окажется, что она ляжет точно под углом 45 градусов к меридиану, проходящему через двуглавую гору Арарат. Покрытая вечными снегами, эта гора, расположенная в 500 милях к северу, являлась превосходным ориентиром для межпланетных кораблей.

После Потопа вся эта система космической навигации была разрушена. Видимо, тогда в долине Бекаа в Ливане строилась гигантская каменная платформа Баальбек. С нее, вероятно, взлетали и на нее садились космические корабли пришельцев. Баальбек, а также пирамиды в Гизе и гора Святой Екатерины на Синайском полуострове образовали после потопа новый комплекс межпланетной навигации. О пирамиде Хеопса, или Великой пирамиде, надо сказать особо. Среди египтологов и сейчас нет единого мнения о том, когда и для каких целей она была построена. Теперь уже ясно, что Великая пирамида — не гробница. И создана она была задолго до правления фараона Хеопса, возможно, и пришельцами. Эта пирамида обладает целым рядом уникальных особенностей. Наклон ее граней составляет 52 градуса, что было весьма сложно соблюсти при возведении (другие египетские пирамиды не имеют такого, столь точного, наклона). С точки зрения наблюдателя из космоса, плоскость с таким наклоном исключительно удобна как отражатель. А ее облицовка в древности была ослепительно белой.

Известно, что Великая пирамида имеет ходы, камеры, ниши, вертикальные шахты и длинную наклонную галерею. Видимо, там в древности стояло какое-то специальное оборудование. Поразительно, что некоторые блоки несут на себе явные следы ультразвуковой обработки камня — технологии, которая появилась на земле только в XX веке. Алан Элфорд считает, что в Великой пирамиде имелся источник энергии чудовищной мощности, который мог использоваться и в военных целях. Эта пирамида, вероятно, была первоначально центром дальней связи, а также космическим маяком. В 2700 году до н. э., во время одного.из столкновений между пришельцами, уникальное оборудование Великой пирамиды было уничтожено.

Поскольку пришельцы все равно нуждались в средствах связи и космической навигации, в районе Баальбека строится новый маяк. А в долине Гизы в знак окончания войны сооружается Большой Сфинкс, олицетворяющий наступление эры Льва. В будущем Иерусалиме и на Синайском полуострове создаются новые комплексы космической навигации.

Древние шумеры многое восприняли от пришельцев. В начале IV тысячелетия до н. э. зарождаются цивилизации в Египте и на Крите. С 2630 года до н.э. египетские фараоны по примеру пришельцев начинают строить свои пирамиды. Примерно 2800 годом до н. э. можно датировать возникновение цивилизации в долине реки Инд (Индостан).

Однако этот процесс развития человеческих сообществ вдруг оказался под угрозой. В 2024 году до н. э. между пришельцами вспыхнула ядерная война. Об этом иносказательно упоминается и в Библии. Содом, Гоморра и другие «неправедные» города были уничтожены «огнем и горящей серой». Ядерный удар был нанесен и по космическому центру на Синайском полуострове. На этом месте и поныне видна гигантская расщелина, множество закопченных камней и скал.

Выпавшие радиоактивные осадки погубили Шумерскую цивилизацию. Огромное количество людей погибло, а уцелевшие ушли из зон заражения, в том числе и на территорию будущей Европы, унося с собой полученные знания и навыки.

3. Ситчин и А. Элфорд сделали попытку реконструировать это далекое прошлое, в первую очередь опираясь на клинописные надписи на глиняных табличках. Табличек этих найдено довольно много на территории современного Ирака. Не все они еще прочитаны и систематизированы. Поэтому три недавних войны как раз там, где зародились основы земной цивилизации и культуры, причинили во многом невосполнимый ущерб культурно-историческому наследию человечества, затруднили его изучение.

Названные ученые широко использовали и возможности планетарной астрономии, особенно для точной датировки исторических событий. Конечно, многие их построения и выводы далеко не бесспорны. Однако мы так мало знаем о том, как выглядела человеческая история три, четыре, пять тысячелетий назад, что любая серьезная попытка проникнуть в те далекие времена должна всячески приветствоваться.

В.Кравец

Добавить комментарий

istorii-x.ru

Расшифровка нашего генома | Мир Знаний

Что дало науке знание генома? Раньше каждый ученый исследовал свой любимый ген в отрыве от остальных. Лишь после расшифровки полного генома у биологов появилась возможность изучать их в контексте более широкой картины: на организм, или, по крайней мере, на его геном стало возможным взглянуть в целом. У разрозненных теорий и моделей появилось объединяющее начало, которое привело к тысячам открытий в биологии последних лет — от стволовых клеток до противораковых препаратов.

Но с функциональной точки зрения ДНК сама по себе ничего не значит. Геном — это, упрощенно говоря, лишь чертеж, напрямую или опосредованно описывающий структуру всех молекул РНК и белков, необходимых для жизни и работы каждой клетки в организме. И если во всех клетках организма ДНК (за редкими исключениями) одинакова, то набор РНК и белков между тканями и органами может различаться очень сильно. Клетки сердца пользуются одними молекулами, мозга — совсем другими. Поэтому изучать белки на уровне целого организма — куда более сложная задача, чем изучать геном. Результат расшифровки генома должен быть одинаковым независимо от источника ДНК. А в случае с белками часть из них может встречаться настолько редко, что найти их практически невозможно. Что совершенно не означает, будто эти белки не играют никакой роли в развитии болезней или в нормальном функционировании организма.

Ситуация осложняется еще и тем, что белки, в принципе, гораздо сложнее «расшифровать», чем ДНК. При «чтении» генома ученые используют способность ДНК объединяться в двойные спирали: каждая из нитей однозначно определяет строение второй, как негатив и позитив. Это используется при делении клетки, когда цепи сначала разделяются, а потом достраивают недостающую пару. Имитируя такое достраивание, ученые и вычисляют последовательность «букв», нуклеотидов в ДНК.

Белки же удваиваться не умеют, поэтому методы расшифровки аминокислотных последовательностей белков гораздо менее эффективны, чем для ДНК. Лишь в последние несколько лет новое оборудование и, опять-таки, знание генома (ведь все белки в конечном итоге прописаны в генах) позволили поставить решение этой задачи«на конвейер».

Сегодня первичная структура белков расшифровывается методом масс-спектрометрии. Сильно упрощая, этот метод можно представить следующим образом: молекулам белка дробится на небольшие фрагменты, обладающие уникальным зарядом и массой. Эти фрагменты «выстреливаются» из плазменной пушки в сторону детектора, который позволяет замерить, с какой скоростью тот или иной фрагмент преодолевает заданное расстояние. По этой скорости машина рассчитывает массу белкового фрагмента, что позволяет определить и его состав. Этот состав «переводится» на «язык» ДНК и сравнивается с данными генома. Найдя соответствие, можно вычислить белок, из которого появился данный фрагмент. Проделывая миллиарды таких операций, масс-спектрометры, в конечном итоге, вычисляют все белки, содержащиеся в пробе.

И вот, в конце мая сразу две научные группы объявили о «черновой» расшифровке протеома человека. Из почти 20 тыс. белков, предсказанных на основе анализа генома, было обнаружено почти 90%. Многие из белков присутствовали только в одном из 20 органов и тканей, проанализированных учеными, и значительная часть из них прежде никогда не была описана.

На сегодняшний день трудно сказать, как именно повлияет расшифровка протеома на развитие биологии. Но, как и геном человека, протеом почти наверняка станет важнейшим инструментом науки будущего. Подрастающим поколениям биологов предстоит понять, для чего нужны тысячи ранее неизвестных белков, а медикам — как их можно использовать на благо человечества.

Проект «Геном человека», в ходе которого была расшифрована последовательность всей человеческой ДНК, занял десятьnлет и стоил 3 млрд долларов. В 2003-м году, когда результаты проекта были формально переданы в публичный доступ, даже среди биологов звучали пессимистические заявления относительно важности расшифровки генома. На старте проекта в 1990-х — говорили критики масштабной научной инициативы — казалось, что знание генома мгновенно решит все проблемы человечества, от рака до старения. Но когда гигантская база данных оказалась в руках ученых, их ждало разочарование. Чуда не произошло, никаких ошеломляющих прорывов знание генома не принесло: этот «чертеж» организма надо еще научиться читать.Но сегодня, по прошествии десяти с лишним лет, голоса критиков давно забыты. Биология просто не может существовать без знания человеческого генома. Равно как и генома мыши, бактерии Escherichia соli, пекарских дрожжей, мухи-дрозофилы, червя Caenorhabdilis elegans и прочих классических биологических объектов. После века генетики наука вступила в эру геномики — и если в 2003-м году было непонятно, что это значит, то сегодня это — основа биологической науки, как геном — основа жизни вообще.

mir-znaniy.com

Конструктор жизни. Что дает расшифровка генома?

Молекулярную биологию очень долго ругали философы за то, что это редукционистская наука. Вот вы смотрите слона по частям: кто-то изучает ногу, кто-то — хвост, кто-то — хобот, и никакой целостной картинки не складывается. Теперь она впервые начинает складываться.

Сергей Медведев: Когда я был ребенком и молодым человеком, я помню, как газеты постоянно трубили: вот-вот что-то будет, когда расшифруют геном человека, когда все эти кубики и кирпичики станут понятны… И вот геном человека расшифрован — что дальше? Появляется наука под названием «биоинформатика». Что это такое? Является ли расшифрованный геном человека неким конструктором, лего, из которого создана человеческая жизнь? У нас в гостях Михаил Гельфанд, биоинформатик, руководитель магистерской программы «Биотехнология» Сколтеха, заместитель директора Института проблем передачи информации РАН.

**

Михаил Гельфанд: Я еще профессор факультета компьютерных наук Высшей школы экономики и факультета биоинженерии, биоинформатики МГУ.

— Как я понимаю, в геноме три миллиарда букв. Нам известен код — что мы можем сделать с этим кодом? Это некая поваренная книга жизни, мы теперь можем приготовить человека, гомункула из пробирки?

— Это поваренная книга жизни в том смысле, что жизнь умеет воспроизводить себя по рецептам, которые содержатся в этой книге. Мы не умеем, мы в этом смысле плохие повара.

Вообще, эта метафора с расшифровкой и прочтением генома не очень удачна, потому что расшифровка предполагает понимание, а мы пока понимаем довольно плохо. Ту молекулу наследственности ДНК, которая была в живой клетке, а потом в пробирке, мы научились воспроизводить в компьютере, мы знаем, в каком порядке сочетаются эти буквы в этой молекуле. Но понимание смысла — это немножко другая вещь.

 Биоинформатика появилась как самостоятельная наука ровно тогда, когда биология постепенно начала превращаться из науки, работающей с отдельными объектами, в науку, в которой очень много данных. В этот момент появляется необходимость хранить, осмыслять, анализировать эти данные и что-то с ними делать.

— Это примерно какие годы?

— В 1977 году разработали методы определения последовательности ДНК (я специально говорю: не «расшифровки», а «определения последовательности»). Биоинформатика начала зарождаться, по-видимому, в начале 80-х. Мне страшно повезло: когда я в 1985 году окончил университет, была такая чудесная область, в которой не надо было ничего учить, она начиналась с нуля, можно было просто брать и делать. Так очень редко бывает в истории.

— В ней больше применяются математические методы?

— Методы в ней математические в следующем смысле: думать надо. Там в каких-то местах есть красивые алгоритмы, красивая статистика, но, в принципе, математика там достаточно тривиальная, никаких математических волшебных палочек там нет. Нужен навык держать в голове много всего и пытаться это по-разному объяснять, и второй навык — задавать простые вопросы. Вот в этом смысле мне было очень полезно математическое образование, даже не столько, может быть, образование, сколько общение с моим дедом Израилем Моисеевичем Гельфандом, который был математиком и очень много работал в экспериментальной биологии.

— Сейчас записан геном, определена последовательность — что мы можем из этого сделать? Я слышал, есть новая технология: мы можем взять какую-то цепочку генов и починить ее, вставить вместо нее хорошую. То есть мы можем оперировать этими буквами?

— CRISPR — это техника генной инженерии, одна из очень продвинутых, очень современных технологий, которая позволяет делать весьма точные и конкретные манипуляции.

У людей просто появилось больше возможностей. В принципе, вставлять и вынимать гены люди умели и раньше, просто это было тяжелее экспериментально, не любые манипуляции были технически осуществимы. Сейчас расширился набор инструментов. Можно было строить дома, как в Спарте, только топором, а теперь есть еще пила и даже лобзик, вы можете выпиливать какие-то красивые наличники. В этом смысле технологическое продвижение очень большое, но пока что не очень содержательное. Какие-то вещи мы понимаем: что есть простая моногенная болезнь, в которой сломан один-единственный ген, — понятно, что если его починить, то будет нормальный эмбрион.

— И это уже лечится?

— Нет, это не лечится, нельзя манипулировать с человеческими эмбрионами — это просто законодательно запрещено.

— Но, как я понимаю, это движется. В Англии разрешили — с эмбрионами до 11 дней…

— В Китае даже спрашивать никого не будут. Вы не можете затормозить каток, подкладывая под него черепах: черепах жалко, но катку ничего не будет. В этом смысле, конечно, это будет двигаться, но человечеству надо это осмыслить. Это действительно серьезная вещь, которая требует осмысления.

Она не первая. Когда в середине 70-х годов только началась генная инженерия, когда стало ясно, что геномами можно манипулировать (тогда еще бактериальными), то уже была серьезная проблема: например, боялись, что случайно сделают какую-нибудь супербактерию, и она всех съест. Были специальные конференции, где вырабатывались правила, что мы делаем, а что не делаем. Всякий новый набор инструментов расширяет возможности, увеличивает ответственность, и он должен быть осмыслен.

— Ставит этические вопросы…

— А если говорить про биоинформатику, возвращаясь к тому, о чем вы спросили, то там немножко другая история. Там есть два аспекта. Оказалось, что мы можем отвечать на довольно многие классические биологические вопросы просто в компьютере.

Я много занимаюсь геномикой бактерий. Есть очень много бактерий, с которыми в их жизни был сделан один опыт, а именно: определили последовательность генома. Мы про них довольно много знаем: что они едят, что не могут есть, как они дышат, что им надо добавлять в среду, без чего они не могут выжить, а сами сделать не могут, и так далее.

— Насколько проще геном бактерии по сравнению с геномом человека?

— Это не так критично. У нас с кишечной палочкой 30% общих генов. По количеству генов типичная бактерия — это тысячи, а человек — 25 тысяч.

— Вы целиком знаете, какой ген за что отвечает у бактерии?

— Не целиком, но много знаем.

— Гораздо больше, чем о человеке?

— В процентах — конечно.

Вторая вещь, которая появилась (и это, опять-таки, связано с технологическим развитием в экспериментальной биологии) и требует осмысления в биоинформатике, — это то, что мы можем смотреть на клетку целиком. Классическая вещь: аспирант изучает какой-то белок, он знает партнеров этого белка, знает, как этот белок взаимодействует с ДНК, если он с ней взаимодействует, знает, когда включается и когда выключается ген этого белка. Это такая полноценная диссертация, несколько научных статей про один белок. А потом появляются методы, которые позволяют отвечать на те же самые вопросы для всех белков сразу. У нас впервые появляется интегральная картина того, как устроена клетка; она сейчас очень несовершенна.

— Есть белок, который вам незнаком, но вы можете предсказать, глядя на его геном…

— Это два разных вопроса. Мы умеем предсказывать функции белков, не делая с ними никаких экспериментов. Это красивая биоинформатика, основанная на всяких эволюционных соображениях.

— Основанная на его генном профиле?

— Белок — это то, что закодировано в гене, поэтому лучше говорить про ген: основанная на том, с кем этот ген лежит рядом, на кого этот белок похож из уже хотя бы немножко известных, на том, как он регулируется, когда он включается и выключается.

 — То же самое, наверное, можно сделать и про человека?

— Это труднее. Технически — можно.

— Посмотреть на геном какого-то человека на эмбриональном уровне и сказать: вырастет гений или вырастет Даун.

— Это история про то, что функция белка вообще неизвестна, про нее вообще ничего не знали, и мы можем ее предсказать. А то, о чем вы говорите, это известный набор белков, но с какими-то вариациями — это немножко другая история.

— Человек состоит из известных белков.

— Частично — известных, частично — нет. Оказалось, что у нас очень много разнородной информации по поводу того, как устроена клетка. Информация очень несовершенная, каждый отдельный маленький фактик легко может оказаться неверным, но в совокупности они все-таки правильные. И вот из этого можно пытаться описывать клетку целиком.

Молекулярную биологию очень долго ругали философы за то, что это редукционистская наука. Вот вы смотрите слона по частям: кто-то изучает ногу, кто-то — хвост, кто-то — хобот, и никакой целостной картинки не складывается. Теперь она впервые начинает складываться. Одним из парадоксальных результатов этого является то, что наши знания и понимание в абсолютном смысле увеличиваются очень быстро. В биологии прогресс потрясающий: мы знаем намного больше, чем знали 10 или 20 лет назад, даже не в разы, а на порядки больше.

Но еще быстрее увеличивается область незнания. То есть относительное наше знание на самом деле, по-моему, убывает, так как становится понятно, что есть такие просторы, про которые десять лет назад нам просто в голову не приходило, что такое бывает. А теперь мы видим, что это есть, но не знаем, что с этим делать. Вот это страшно прикольно.

Кто будет Даун — это понятно: лишняя хромосома. А вот кто будет, а кто не будет гением, мы не умеем предсказывать, и слава богу. Мы даже рост плохо умеем предсказывать.

— Не идет накопление этой информации?

— Идет, конечно.

— Можно ли, скажем, сопоставлять поведение человека, его профиль в соцсетях с его генетическим профилем?

— Про это я не знаю, а вот психологические черты частично определяются геномом, и их можно немножко предсказывать. 

— Частично — геномом, частично — обществом.

— Обществом, какими-то жизненными обстоятельствами… В генетике это разработанная вещь, вы можете количественно оценить вклад генетических факторов в тот или иной признак. Давайте возьмем кого-нибудь одного — меня. У меня во всех клетках геномы одинаковые, а клетки у меня разные.

— То есть в какой-то момент геномы понимают, в какую клетку им развиться?

— В какой-то момент клетка понимает, что она должна стать предшественником эпителия или нервной системы, или печенки, или чего-то еще. После первых делений все клетки одинаковые, гены в них работают одинаково, а потом начинают работать по-разному. Ключевая вещь на самом деле — не сами гены: у меня и у шимпанзе 50% белков одинаковые, а те, что разные, отличаются на одну букву.

— То есть вопрос в том, где та программа, которая в какой-то момент говорит клетке, что она должна развиться в человека или в шимпанзе, а в человеке — в мозг или в печень.

— Он там же, в генах, но ключевая вещь — не сами гены, а то, как они включаются и выключаются. И вот это — самое интересное, что сейчас происходит в биологии.

— А есть программа, которая включается и выключается?

— Конечно. У дрозофил это хорошо известно. Дрозофила простая, зародыш у нее тоже простой… Нет, дрозофила сложная, но ранние этапы ее развития очень хорошо описаны именно количественно на уровне моделей. Например, можно предсказывать результаты мутаций. Есть мутации, когда у дрозофил вместо усика вырастает нога. При этом известно, в каком гене мутация, что сломано, и это можно смоделировать — как ошибаются клетки-предшественники.

— А можно это починить с новыми технологиями?

— Можно, но только у зародыша. Когда выросла нога или лишняя пара крыльев, уже не починишь.

— Что это может принести в практическом смысле? Скажем, то, что интересует каждого человека, — борьба с раком… C этой потрясающей технологией CRISPR китайцы, кажется, пытаются бороться с раком легких. Как я понимаю, в этой технологии бактерия, когда она видит у себя фрагмент сломанной ДНК, берет кусочек у здоровой бактерии и замещает сломанную цепочку здоровой.

— Да, только интересный вопрос, что происходит со здоровой бактерией… Нет, не так. CRISPR/Cas-системы — это бактериальный иммунитет, немножко другая вещь. Когда бактерию заражает вирус, если он не успел ее убить, там начинается война, вирус переключает какие-то бактериальные системы, ломает бактериальную генетическую программу и переключает бактерию на производство новых вирусов. Собственно, все вирусы так делают: и бактериальные, и человеческие, и какие угодно. Есть система, которая позволяет бактерии, если вирус не успел ее убить в самом начале, вырезать кусочек ДНК вируса и использовать как образец при следующей атаке такого же вируса.

— Бактерия сама себя прививает этим вирусом.

— В каком-то смысле — да. А дальше оказалось, что есть белок, который способен вырезать кусок и целенаправленно его куда-то вставить, и вы этот же самый фермент можете использовать для целей генной инженерии.

— Про такую терапию рака я не очень понимаю: когда у вас есть миллиарды клеток, как вы собираетесь в каждую из них встроить правильную систему? Я не понимаю, как это технически сделать. Это можно делать для лечения генетических дефектов на стадии эмбриона, когда там одна клетка.

С раком история немножко другая, там действительно очень существенный прогресс. Стало ясно, что то, что мы принимали за одну и ту же болезнь, это на самом деле на молекулярном уровне — разные болезни, и мишени для терапии тоже должны быть разные. Рак сначала классифицировали просто по месту: был рак легких, рак желудка, рак кожи. Потом началась гистология. Когда стали смотреть на структуру опухоли, на то, из каких клеток она состоит, начались диагнозы типа «мелкоклеточный рак легких». Потом началась биохимия, стали смотреть какие-то маркеры, это раздробилось еще дальше.

А теперь мы можем посмотреть, какие, собственно, произошли мутации. Вы берете образец из раковой опухоли и образец из такой же нормальной ткани, и смотрите, чем они отличаются. Они очень сильно отличаются, потому что при раке все ломается, ошибки начинают накапливаться очень быстро. Есть специальные термины — «водители» и «пассажиры»: какие-то из этих ошибок — пассажиры, они получились случайно, а какие-то были водителями, они, собственно, и привели к перерождению.

Там применяются совершенно практические вещи, потому что, например, ясно, что какие-то раки, которые считали одной болезнью, надо лечить по-разному. И наоборот, если у вас внешне разные раки, но у них одна и та же молекулярная поломка, то вы можете лекарство, эффективное против одного, пытаться использовать против другого.

— Это поломка на генетическом уровне, выбит какой-то ген?

— Или выбит, или, наоборот, начал работать слишком интенсивно. Типичный признак рака — когда гены, которые работают на эмбриональных стадиях, начинают работать во взрослых тканях. Эти клетки начинают бесконтрольно делиться. Довольно многие раки — это на самом деле перерождение, деградация назад во времени.

Я сразу хочу подчеркнуть: я не медик, я про это знаю как биолог и человек, немножко читающий обзоры. Я просто всегда очень боюсь разочаровывать людей. Всегда есть баланс между успехами в науке и практическим вопросом — для тех, кому завтра идти лечиться. Это экспериментальные вещи. Есть единичный пример, когда это работало. Но ясно, что именно в этом направлении все и будет происходить.

— Если посмотреть медицинское применение, вы видите, что уже пойдет генная инженерия, генная терапия? Сейчас, насколько я понимаю, на отдельных аутоиммунных заболеваниях видно, что какой-то один ген сломан.

— Это, скорее, наоборот, дефект иммунной системы, выбитая иммунная система. Это пытаются лечить.

— Иммунодефицит на генном уровне?

— Это связано со спецификой иммунной системы. Там клетки все время делятся, все время возникают новые клоны. Даже если у вас все дефектное, но вы сделали небольшое количество починенных клеток-предшественников, то они могут заместить всю систему иммунитета, породить ее заново. Это связано как раз со спецификой того, как вообще устроена иммунная система. Она в этом смысле потрясающе пластична.

— Бактерия создала себе некую прививку, иммунитет?

— Да, но там немножко другое. Опять-таки, когда речь идет об иммунодефиците, это означает, что вообще нет каких-то классов клеток, потому что сломан тот ген, который должен работать, когда эти клетки созревают. Если вы почините этот ген каким-то предшественникам, они созреют в эти клетки, то они дадут начало всей этой большой иммунной картине.

— Есть же еще, как я понимаю, вычислительная эволюционная биология. Вы можете откатиться назад и посмотреть ген древнего человека?

— Это почти самое интересное. Биоинформатика — это не наука в том же смысле, в котором не является ею электронная микроскопия, — это набор приемом. Научная часть биоинформатики, это, во-первых, то, что связано с биологией развития, а во-вторых, это молекулярная эволюция, и там можно делать разные чудесные вещи.

Мы гораздо лучше понимаем, как это происходило. Наши отличия от мышки начинаются на первых стадиях эмбриона, а потом уже все фиксируется. Одни и те же гены работали немножко в разных комбинациях. Эта мечта описать разнообразие животных с пониманием того, как они возникали, идет еще от Геккеля. Геккель многое подтасовывал, за что его и ругают, но сама по себе идея очень правильная. Чтобы понять отличие человека от мыши, надо смотреть не взрослого человека и взрослую мышь, а эмбрионы на первых стадиях. Это сейчас становится реальным.

Вторая вещь: мы понимаем, кто кому родственник, просто сравнивая геномы. Понятно: чем меньше отличий, тем ближе родство. Это очень простая идея, ее можно алгоритмизировать. Наши представления об эволюции живых существ вообще довольно сильно поменялись. Традиционно грибы всегда изучали на кафедре низших растений, а на самом деле грибы никакие не низшие растения, а наши ближайшие родственники. Нам с грибами цветочки — двоюродные. Из этого следует, что многоклеточность возникала много раз независимо, а это уже очень принципиальный вопрос. Когда мы с вами учились в школе, были бактерии, потом были простейшие, а потом простейшие начали слипаться и получились многоклеточные, а потом многоклеточные разделились на растения и животных. Были какие-то низшие растения, грибы и высшие растения — розы и лютики. А на самом деле не так: было много разных одноклеточных, и в этих разных линиях одноклеточных несколько раз независимо возникала многоклеточность.

— Человек как высшая форма многоклеточности?..

— Я не знаю, в каком смысле высшая. Если смотреть по разнообразию тканей, то все млекопитающие в одну цену. Если смотреть по сложности нервной системы, то нас надо сравнивать с осьминогами. Но если кому-то приятно быть антропоцентристом, то на здоровье, я не возражаю.

Наше представление о происхождении человека очень сильно поменялось. В каждом из нас 2% неандертальца, а еще были денисовцы (денисовский человек), про которых вообще никто не подозревал. На самом деле в Евразии 40 тысяч лет назад было три независимых ветки человечества, они скрещивались во всех сочетаниях, и остатки этих скрещиваний мы видим в геноме.

— Это вы все берете по останкам того, что осталось на стоянках?

— Это старая ДНК и анализ современной ДНК разных людей. По-моему, это очень здорово. Это очень сильно перекашивает мою картину мира.

— Михаил, вы нас озадачили. 2% неандертальцев, зато очень много общего с грибами, с цветами… Действительно, здесь идет речь о кубиках, из которых устроена жизнь. Сейчас, как я понимаю, вы эти кубики комбинируете в разном порядке, смотрите, какие признаки произошли и в онтогенезе, и в филогенезе, как развился эмбрион отдельного человека, как вообще развилась жизнь на Земле.

— Да. Мы делаем это в компьютере, а экспериментаторы делают в клеточках.

— Мы живем в восхитительное время! Будем надеяться, что эти эксперименты приведут и к созданию лекарств от рака и СПИДа.

— Вообще-то лекарство от рака уже создали.

— Я имею в виду понимание механизмов действия.

— А с диагнозом СПИД люди живут и живут на современных лекарствах.

— Вопрос не о лекарствах, а о том, чтобы лечить это на генном уровне. Это дальнейшее пожелание.

Источник

Читайте также:

fastsalttimes.com

Геном человека

Одна из задач международной программы "Геном человека"(HUGO) - определить последовательность 3.3х109 нуклеотидов ДНК всего генома человека, представленного 22 аутосомами и двумя половыми хромосомами: X и Y.

Координационный центр HUGO находится в американском городе Бетесда, недалеко от Вашингтона, и относится к системе национальных институтов здоровья (National Institutes of Health). Возглавляет его Фрэнсис Коллинз - директор Института геномных исследований в Бетесде. Центр координировал научную работу в шести странах - Германии, Англии, Франции, Японии, Китае и США. Но национальные программы по геномике сегодня имеют более 20 стран, а членами HUGO являются представители более 50 стран. Национальные программы есть в развивающихся странах, например в Китае и Бразилии, где правительства понимают важность геномной программы. Сейчас Россию в научном совете представляет профессор Н. К. ЯнковскийМетодический аспект проблемы отлично отработан и сегодня представляет собой заводскую технологию - дорогостоящую ( По не вполне официальным данным, на государственные программы под эгидой HUGO было истрачено более трех миллиардов долларов США, то есть в среднем по одному доллару на одну нуклеотидную пару из генома человека. "Селера" истратила примерно столько же. Правда, она их истратила за шесть лет. Государственные же программы примерно ту же сумму использовали за 10 лет. То есть интенсивность использования денег в частной компании оказалась выше.), очень тонкую, но технологию.

Дезоксирибонуклеиновая кислота, или ДНК, впервые была выделена из клеточных ядер. Поэтому ее и назвали нуклеиновой (греч. nucleus - ядро). ДНК состоит из цепочки нуклеотидов с четырьмя различными основаниями: аденином (А), гуанином (G), цитозином (С) и тимином (Т). ДНК почти всегда существует в виде двойной спирали, то есть она представляет собой две нуклеотидные цепи, составляющие пару. Вместе их удерживает так называемая комплементарность пар оснований. "Комплементарность" означает, что когда А и Т в двух цепях ДНК расположены друг против друга, между ними спонтанно образуется связь. Аналогично комплиментарную пару образуют G и С. В клетках человека содержится 46 хромосом. Длина генома человека (все ДНК в хромосомах) может достигать двух метров и состоит из трех миллиардов нуклеотидных пар. Ген - это единица наследственности. Он представляет собой часть молекулы ДНК и содержит закодированную информацию об аминокислотной последовательности одного белка или рибонуклеиновой кислоты (РНК).

Расшифровка ДНК стала реальностью после того, как в середине 70-х годов были разработаны два различных метода расшифровки нуклеотидной последовательности ДНК.

Хронологически первым был метод Максама - Гилберта заключающийся в том, что молекулу ДНК разбивают на кусочки, затем эти кусочки подвергают химическим воздействиям, а потом специальным образом обрабатывают. Ученые смотрят, что при этом происходит с нуклеотидной последовательностью, и на основании этого делают вывод о порядке расположения нуклеотидов друг за другом в каждом фрагменте ДНК.

Английский ученый Фред Сэнгер предложил другой способ расшифровки структуры ДНК. Согласно методу Сэнгера молекулу ДНК с помощью специальной обработки ферментами не только расщепляют на фрагменты, но и "расплетают" ее двойную спираль на две нити. Потом по каждому из полученных обрывков, состоящих из отдельных нуклеотидных "нитей", с помощью специальных химических "затравок" восстанавливается недостающая вторая нить нуклеотидов. Но не полностью - ее синтез обрывают на разных нуклеотидах. При этом получался набор цепей ДНК с непрерывно изменяющейся длиной - "лесенка". Фрагменты разной длины помечены на концах флуоресцентной меткой, чтобы их было легко обнаружить.

За разработку этих методов Гилберт и Сэнгер получили Нобелевскую премию. Интересно, что для Сэнгера эта премия уже вторая, первую он получил за расшифровку аминокислотной последовательности белка инсулина. Случай в науке уникальный - один и тот же человек первым расшифровал структуру и белка и ДНК!

Все автоматы-секвенаторы построены по принципу метода Сэнгера, поскольку он оказался более удобным для автоматизации и комьютерной регистрации. Выпущено огромное количество автоматов и стандартных наборов реактивов для анализа. По сути, секвенирование (то есть определение нуклеотидной последовательности ДНК) стало рутинной лаборантской работой. А метод Максама-Гилбера имеет скорее историческое, чем практическое значение.

Еще 15-20 лет назад расшифровка нуклеотидной последовательности в 1000 нуклеотидов считалась почти научным подвигом, за это можно было сразу получить степень доктора наук. Но уже к 1990 году секвенирование ДНК стало массовой технологией. А сейчас квалифицированный лаборант проделывает такую работу меньше, чем за один деньК настоящему времени Проект практически выполнен, причем 85% информации абсолютно достоверны, т.е. последовательность ДНК в этом объеме перепроверена не один раз и разночтения больше не выявляются. Примерное число генов человека - 30 000 ( а не 80000, как считалось еще год назад) Что удивляет самих ученых - насколько малая часть человеческого генома напрямую участвует в построении организма: 23 пары хромосом содержат весь чертеж человеческой жизни. Генетические инструкции по формированию личности занимают меньше 2,5 сантиметра на двухметровой ленте ДНК, заключенной практически внутри каждой клетки тела. Удивило и малое количество генов, несущих эти инструкции, - всего в пять раз больше, чем нужно для взращивания мухи.

Обнаружилось, что из 3 миллиардов генетических букв, составляющих человеческие гены, которые образуют ДНК, 99,9 процента одни и те же. Очевидно, всего одна десятая процента и делает нас теми, кто мы есть, - умными или глупыми, добрыми или, наоборот, жестокими и так далее. Причем основную ответственность за генетические ошибки несет мужская сперма, в которой содержится вдвое больше мутаций, чем в женской яйцеклетке, но она же является и главным источником эволюционных инноваций.

В 80-е годы ученые брались за расшифровку только коротких молекул ДНК: вирусных, митохондриальных или плазмидных. (Плазмида - кольцевая молекула ДНК, находящаяся в цитоплазме бактерий и состоящяя из небольшого количества генов.) Но первые шаги были сделаны. И вот тогда в 1988 году наиболее отчаянные исследователи выступили с предложением - расшифровать геном человека.

В Америке таким пионером стал Джеймс Уотсон - один из двух "отцов" двойной спирали ДНК, а в России - академик Александр Александрович Баев, известный специалист в области генной инженерии. В обеих странах реакция ученых на эти предложения была неоднозначной.

Оппоненты расшифровки генома считали поставленную задачу нереальной, ведь ДНК человека в десятки тысяч раз длиннее молекул ДНК вирусов или плазмид. Второй аргумент против: проект потребует миллиарды долларов, которых недосчитаются другие области науки, поэтому геномный проект затормозит развитие науки в целом. И наконец, если все-таки деньги найдутся и геном человека будет расшифрован, то полученная в результате информация не оправдает затрат.

Но вот здесь и сыграли свою роль научный авторитет и неутомимая энергия Уотсона. В науке он считается полубогом и был и остается очень яркой личностью. Он объехал пол-Америки, выступая в научных коллективах, написал много статей в газетах, полемизировал с противниками. После того как Уотсон встретился с президентом США, проблему генома вынесли на обсуждение в конгресс, и была принята национальная программа США "Геном человека".

Над этой программой работали учёные многих стран мира, но по сути дела в азартной игре под названием "Кто первый крикнет ура?", то есть сообщит об успешной расшифровке генома, играли две команды ученых - из частной американской корпорации из штата Мериленд Celera Genomics и Human Genome Project, финансируемого из правительственных фондов.

В распоряжении Celera находится суперкомпьютер , который позволяет складывать выявляемые "кирпичики" ДНК в значимую последовательность, но, как отмечали некоторое время назад российские эксперты, "Celera стоит на плечах у Генома Человека", то есть использует то, что уже сделано по глобальному проекту. Дело в том, что "Селера" подключилась к программе не сначала, а когда проект уже шел полным ходом. Спохватились крупные фармацевтические компании, осознавшие, что, если вся информация о геноме окажется в открытом доступе, они могут лишиться интеллектуальной собственности - нечего будет патентовать. Озабоченные этим, они вложили миллиарды долларов в "Селеру Геномикс". Во главе ее встал Крейг Вентер, который имел огромный опыт научной работы по государственной программе "Геном человека". Кроме того, он оказался выдающимся организатором.

Появление "Селеры" сыграло позитивную роль, потому что те, кто был занят в государственных программах, почувствовали жесткую конкуренцию. Кроме того, после создания компании остро встал вопрос об эффективности использования государственных капиталовложений. Ведь Вентер заявил, что все публичные программы малоэффективны и что в его фирме геномсеквенируют быстрее и дешевле. Научному сообществу срочно пришлось повышать эффективность работы по расшифровке генома. Сначала работа шла несогласованно, потом были достигнуты определенные формы сосуществованияКонкурирующие организации по взаимной договоренности одновременно объявили о завершении работ по расшифровке. Но разница во времени между Америкой и Англией вывела на первое место Human Genome Project.

Следует заметить что использование одного метода может давать систематическую ошибку, которую трудно "поймать". А "Селера Геномикс" и международный консорциум использовали разные методические подходы к секвенированию.

"Селера" применяла так называемое дробление - shotgun. ДНК дробили на маленькие фрагменты и у всех полученных "кусочков" определяли нуклеотидную последовательность. Одни и те же "кусочки" попадали в секвенатор по 10-20 раз. Компьютер потом "выстраивал" полученные данные в одну цепочку. Таким образом ученые колоссально экономили время и деньги на подготовке генетического материала - раздробить ДНК на фрагменты легко, - но теряли на том, что по много раз секвенировали одни и те же фрагменты.

У международного консорциума была противоположная тактика: "кусочки" молекул ДНК выстраивали друг за другом - делали карту, а потом по ней "шли". Таким образом ученые теряли время на подготовке материала, но выигрывали в секвенировании - не нужно было по многу раз делать одно и то же.

Именно потому, что разные стратегии дают во многом совпадающие результаты, им можно веритьВсе жалуются: "Селера" не все публикует". Какое это имеет значение, если на то, чтобы описать полученные данные уйдут скорее всего годы и годы. Море информации, которой никогда не было в биологической науке...

Сегодня геном - это на 95% нечто, чего мы не понимаем. Возникли огромные "ножницы" между знанием и пониманием. В отношении значительной доли генома мы много знаем, но мало что понимаем. Вот в 5% генома, где находятся те самые 32 тысячи генов, мы знаем многое о структуре и немногое о функциях. По-научному "бессмысленные" участки называют некодирующими. Некоторые американские ученые называют их "junk" - барахлом, мусором или "эгоистической ДНК". Однако Если мы не понимаем, для чего нужны какие-то участки ДНК, сие еще не значит, что они - мусор.

У бактерии "бессмысленных" участков вообще нет. У дрожжей почти нет. По мере повышения уровня организации живого организма накапливается все больше некодирующей ДНК. Я думаю, что некодирующие последовательности ДНК могут оказаться резервуаром эволюции, складом "запчастей". Если с каким-либо геном что-то не в порядке, возможно, клетка использует фрагменты некодирующей ДНК для ремонта поврежденного.

Следует отметить, что сделан лишь первый шаг. Расшифровать нуклеотидную последовательность - это все равно, что читать книгу, просто произнося названия букв подряд. Найти ген, значит понять, как буквы складываются в слова. Но нужно ещё понять и смысл фразы. Так, что основная работа впереди.То, что мы можем получить в результате решения этой задачи, можно продемонстрировать на примере расшифрованных хромосом ...

22Или еще одного интересного аспекта, который начал развиваться два-три года назад и особенно бурно в многонациональной России. Ее населяют разные этнические группы. Оказывается, чтогеном у разных народностей слегка различается. Можно в ДНК выделить определенный "рисунок" нуклеотидов (особое расположение), который будет говорить о том, что этот человек - башкир, а этот - татарин. Геномы представителей разных этнических групп не идентичны, но различия между ними чрезвычайно незначительны, хотя и абсолютно достоверны, и поэтому возможно сравнивать разные этнические группы.

Такой подход связывает геномику с историей, лингвистикой, археологией, палеонтоло гией, этнографией. И возникают поразительно интересные находки. Так Славяне близки по материнской линии (поскольку изучается митохондриальная ДНК, передающаяся ребенку от матери) к нашим западным соседям: немцам, угро-финнам.

Продолжение следует ...

- Правда ли, что международная программа "Геном человека" прекращена и в связи с этим государственные средства на нее в США больше не выделяются?

- Основные цели структурной части программы уже в целом выполнены, хотя какие-то участки генома ученые будут "дорасшифровывать" еще долго. Программа "Геном человека" не прекращает существование, она меняет ориентацию: из структурной геномики превращается в функциональную, чтобы понять функции тех генов, которые ученые узнали. Например, американцы только что выделили 300 миллионов долларов на биоинформатику, потому что без нее ничего нельзя выяснить. Программа наконец-то начнет возвращать человечеству затраченные на нее миллиарды долларов.

Знаете, как говорят англичане: "This is the end of the beginning" - "Это конец начала". Вот именно эта фраза точно отражает нынешнюю ситуацию. Начинается самое главное и, я совершенно уверен, самое интересное.

Развитие науки идет таким образом, что мы все точнее и точнее знаем, чего не знаем. Теперь стало совершенно ясно - мы не понимаем, для чего нужна основная часть генома. "Что" - известно, "как" - предстоит узнать. Сейчас уже возможно сформулировать задачу, а это в науке самое трудное. Поставлен вопрос, который до расшифровки генома корректно поставить было просто невозможно.По материалам журнала Наука и Жизнь (интервью с , председателем научного совета российской программы "Геном человека" профессором Л. Киселевым)

Добавить комментарий

istorii-x.ru

Расшифровка генома человека

Новые исследования по расшифровке генома человека показали удивительные результаты. Оказывается, огромное количество вариантов ДНК человека возникло лишь в последние 5000 лет. Новый взгляд на происхождение человеческой ДНК показал, что геном человека был совсем не тот, что был во времена неолита.

Большинство отличительных генетических отличий людей появилось всего лишь в течение последних примерно 5000 лет недавно сообщили учёные. Человеческая популяция внезапно разрослась с нескольких миллионов до 7 миллиардов, в основном благодаря росту сельского хозяйства.

Исследователи изучили более 15000 генов в каждом из 6515 людей американо-европейского и афро-американского происхождения, ища различные генетические варианты. Ранее учёные сообщали об обнаружении множества редких генетических вариантов в меньшем количестве добровольцев. Теперь, исследователи полностью уверены в данной гипотезе, когда уже из генов возникло большинство вариантов.

Из 709816 генетических вариантов, найденных в американцах европейского происхожения, участвовавших в исследовании, более 81 процентов возникло лишь в прошлые 5000 лет, по данным исследователей. У Афро-американцев, участвовавших в массовом исследовании, было найдено 643128 генетических вариантов, более 58 процентов из которых составляют изменения ранее 5000 лет."Это может показаться большим промежутком времени, но всего лишь около 5 процентов времени люди существовали в современном виде",- говорит соавтор исследования Джошуа Экей, генетик из Университета Вашингтона в Сиэтле.

Хотя демографический взрыв у людей был очевиден со взгляда демографов, этот рост был почти невидимым для изучения генетиками общих генетических вариантов. Нужно время, чтобы выявить не отброшенные генетические варианты. Общие варианты - те, что в 5 и более процентов населения - как правило, старые изменения, которые в основном остались, как правило, потому что обычно не имеют большого влияния на здоровье.

"В новом исследовании учёных появилось чёткое представление о влияниии недавнего демографического взрыва на гены человека",- говорит Сара Тишкофф, генетик из университета Пенсильвании в Филадельфии. "Работа может помочь отследить варианты, которые влияют на риск появления общих заболеваний для человечества",- говорит она. В настоящее время, связав распространенные варианты болезней, учёные могут объяснить лишь небольшую генетической роль в риске развития заболеваний.

Исследователи обнаружили, что когда люди мигрировали из Африки около 70000 лет назад, они несли с собой мутировавшие версии генов, естественный отбор, возможно, отсеял бы гены, если бы они остались в Африке. Случайно, многие из потенциально вредных мутаций перенесли мигранты, а затем были переданы множеству потомков, как только они начали эмигрировать в Европу. Но многие другие потенциально вредные мутации - если они были только у малой части древних мигрантов - были потеряны, как только небольшие группы людей вышли c Африканского континента для заполнения остального мира.

На европейских американцев, генетические варианты по прогнозам, оказывают вредное воздействие, как правило, раньше, чем на афро-американцев - 3000 лет в среднем в европейских американцах по сравнению с 6200 годами в афро-американцах. (Африканское население выросло в последние тысячелетия, но не настолько, как население за пределами Африки, которое пошло от нуля до миллиардов меньше, чем за 100000 лет). Эволюции не было времени, чтобы очистить новейшие вредоносные изменения в обеих группах, чтобы многие из них не представляли опасности с точки зрения риска развития заболеваний.

"Хотя большинство генетических вариантов, по прогнозам исследователей, могут изменить свойства белков в худшую сторону, некоторые из генетических настроек могут когда-нибудь дать людям эволюционное преимущество",- говорит Джошуа Экей. Какие именно варианты оказываются хорошие, а какие могут дать проблемы предугадать невозможно. "Трудно рассуждать о генетическом здоровье нашего вида, когда среда меняется",- говорит он. "Мы должны проверить еще несколько тысяч лет." Но, добавляет он, одно можно сказать точно: "Если мы перестанем изменяться, мы станем эволюционно мертвы".

novostynauki.com

• 
  Можно ли вывозить растения из греции
• 
  Выход на сушу животных и растений
• 
  У голосеменных растений мужскими гаметами являются
• 
  Однолетние декоративные растения фото и название
• 
  Как влияют на растения азотные удобрения
• 
  Из какого растения добывают касторовое масло
• 
  Как растения очищают воздух на земле
• 
  Можно ли вывозить растения из туниса
• 
  Обработка комнатных растений от паутинного клеща
• 
  Бегония это многолетнее растение или однолетнее
• 
  Минеральное питание растений презентация 6 класс