Когда начался международный проект по расшифровке генома человека – Проект «Геном человека» • Джеймс Трефил, энциклопедия «Двести законов мироздания»

Проект «Геном человека» — Википедия

Материал из Википедии — свободной энциклопедии

Текущая версия страницы пока не проверялась опытными участниками и может значительно отличаться от версии, проверенной 31 августа 2017; проверки требуют 13 правок. Текущая версия страницы пока не проверялась опытными участниками и может значительно отличаться от версии, проверенной 31 августа 2017; проверки требуют 13 правок. Логотип проекта

Проект Человеческий Геном (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]. Этот проект называют крупнейшим международным сотрудничеством, когда-либо проводившимся в биологии[2]; он стал основой для международного проекта Genome Project-write[3].

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 Corporation 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 чело

ru.wikipedia.org

Международный проект по расшифровке генома человека

Развитие молекулярной генетики и клеточной биологии открывает перед человечеством большие перспективы улучшения диагностики и повышения эффективности лечения распространённых и опасных заболеваний. Появляются новые возможности в области эволюционной биологии человека, уточняется степень родства людей и их ближайших родственников — человекообразных обезьян и наших общих ископаемых предков. Получено много интересных данных о генетическом родстве различных народов, разработаны новые методы идентификации личности, что имеет значение для криминалистики.

Наибольшие усилия предпринимаются на медицинском направ­лении, учитывая практическое значение новых данных для человече­ства. Активно изучается генетический компонент наиболее распространённых неинфекционных заболеваний человека (кардио­васкулярная и цереброваскулярная патология, атеросклероз, сахар­ный диабет, заболевания суставов и т. д.). Интенсивно исследуется генетическая основа психических расстройств. Значительный про­гресс наблюдается в области генетики поведения и во многих других важных для человечества областях, например, таких как изучение причин и механизмов формирования различных аддикций (алкоголь­ная и наркотическая зависимость, игровая зависимость и т. д.). Получены новые доказательства генетических механизмов суицидального поведения. В результате быстрого внедрения новых методов форми­руются такие важные направления современной науки, как биологи­ческая психология и психиатрия.

С другой стороны, быстро развивающиеся методы клеточной биологии (клонирование) и способы манипулирования стволовыми клетками в сочетании с новыми методиками управления работой генетического аппарата клеток («отключение» определённых генов или внедрение новых генов в геном) открывают такие возможности, какие совсем недавно казались недостижимой фантазией. Эти возможности появились, прежде всего, потому, что наука сильно продвинулась вперёд в понимании структуры генома человека и разработала ряд важных и очень практичных методов, которые уже сегодня приносят результаты.

Расшифровка человеческого генома

Одним из наиболее известных достижений генетики последнего десятилетия является расшифровка генома человека. Этому крупному международному проекту предшествовали расшиф­ровка генома нескольких микроорганизмов и фагов (вирусов), растений и насекомых.

Фредерик Сэнгер (1918-2013)

Методику установления последовательности нуклеотидов в молекуле ДНК разработал выдающийся учёный XX века Фредерик Сэнгер, ав­тор более ранней методики установления последовательности аминокислот в белках, дважды лауреат Нобелевской премии в об­ласти химии (в 1958 и 1980 годах). Важным до­стоинством метода стало то, что его можно было автоматизировать, это превратило сложную и трудоёмкую процедуру в отно­сительно простую и недорогую техническую задачу. Теперь процесс установления последовательности нуклеотидов сводился к тому, чтобы разрезать человеческую ДНК на относительно короткие участки, установить последовательность нуклеотидов в каждом из них и со­ставить полную нуклеотидную карту генома. От английского слова

sequence, что означает «последовательность», в молекулярной гене­тике появился русский термин «сиквенс», а процедура установления последовательности получила название секвенирования.

Когда начался проект по расшифровке генома человека

Проект секвенирования человече­ского генома (Human Genome Project) начался в 1990 году. Задача проек­та проста — установление последовательности нуклеотидов, которая представляла бы полностью каждую из хромосом человека, от первого нуклеотида до последнего, а также создание генетических и физических карт хромосом. Вообще-то, строго говоря, хромосомная ДНК — это ещё не вся ДНК человеческого организма, поскольку существует ещё митохондриальная ДНК. Её структура изучалась отдельно, что было относительно несложно из-за её небольших размеров.

Джеймс Дьюи Уотсон (род. 1928 г.) и Крейг Вентер (род. 1946 г.). Вентер был первым, кто секвенировал и опубликовал свой собственный диплоидный геном, а Уотсону сиквенс его генома был преподнесён в подарок к 80-летию

К работе приступил международный консорциум университетов и научно-исследовательских лабораторий, которым с 1988 года руководил «отец ДНК» Джеймс Уотсон. Несколько позже работу на этом же направлении начала коммерческая фирма Селера Дженомикс (Celera Genomics) под руководством Крейга Вентера. В первом случае предметом исследований была геномная ДНК от нескольких человек, представителей различных рас и народностей. Имена этих людей сохранялись в тайне. Собственно, они и сами не знали о том, что их ДНК стала первой человеческой расшифрованной до конца ДНК, поскольку их кровь была случайным образом отобрана из многочисленных проб крови, взятых у различных людей. Во втором случае ДНК была получена от 5 человек, которые являлись соучредителями компании.

Технологические приёмы в международном консорциуме и коммерческой фирме были разными. В первом случае ДНК разрезали в заданных местах с по­мощью ферментов рестриктаз на фрагменты, которые распределяли между лабораториями и после секвенирования каждого из фрагментов восстанавливали исход­ную структуру (контиг) сначала по группам секвенированных участков, а затем и всю молекулу. Во втором случае исследова­тели бессистемно разру­шали ДНК на множество мелких фрагментов, а для расшифровки исходной последовательности были использованы от­крытые данные консорциума и возможности суперкомпьютеров с многократным «прочтением» коротких фрагментов. Первая (черновая) версия последовательности нуклеотидов была закончена в 2000 году. В 2003 году (на 2 года раньше, чем ожидалось) было объявлено о полной расшифровке генома человека, причём Селера Дженомикс подготовила свою версию раньше международного консорциума. Конечная версия после исправления всех неточностей была завершена в 2004 году, она содержит около 3-х миллиардов пар нуклеотидов. Точность полученной последовательности — 1 ошибка на 100 тысяч позиций подряд. Об окончании работы было объявлено в торжественной обстановке в присутствии администрации США, причём Дж. Уотсон и К. Вентер на церемонии выступали на равных. Это событие стало знаковым, поскольку открыло эпоху коммерческого секвенирования.

Геном человека и результаты его расшифровки

Секвенирование человеческого генома было научной задачей огромной сложности и беспрецедентного масштаба. Ускорение и относительно быстрое решение задачи было достигнуто за счёт использования большого числа роботов-секвенаторов, работавших круглосуточно, эффективного менеджмента и использования приёмов биоинформатики с применением суперкомпьютеров с большими объёмами оперативной памяти и огромной скоростью переработки информации. Опыт, накопленный в ходе реализации этого проекта, стал важной вехой в развитии управления современной наукой, которая является результатом деятельности больших коллективов. Публикация о расшифровке человеческого генома в журнале

Nature была представлена таким большим числом соавторов, что их перечисление заняло несколько страниц. В последнее время в статьях такого рода ради экономии места на страницах журналов полные списки авторов не публикуются, а размещаются в интернете.

Полная последовательность нуклеотидов ДНК человека получи­ла название референтной последовательности, её можно найти в ин­тернете. На основе полученных результатов созданы важные базы данных, в частности, о последовательности нуклеотидов транскриби­руемых участков ДНК (EST database, EST означает Expressed Sequence Tags), база данных полиморфизмов SNP Database (база нук­леотидных замен, SNP — Single Nucleotide Polymorphism) и др.

Существует также база данных по генам, мутации которых при­водят к заболеваниям и которые ведут себя как менделевские призна­ки, именуемая OMIM (Online Mendelian Inheritance in Man), база HapMap (карта гаплотипов) и другие источники. Вся эта информация размещена в сети интернет и является открытой, о чём было догово­рено в самом начале проекта. Специалисты в данной области всю ин­формацию черпают в интернете, поскольку руководства и монографии в данной области быстро устаревают, практически в процессе написания.

В ходе секвенирования приходилось решать множество сложных проблем. Геном человека имеет ряд особенностей, которые отнюдь не упрощают задачу, но на секвенирование это не повлияло. Значительно сложнее всё обстояло с картированием генома. Проблема состоит в том, что у человека по понятным причинам невозможно произвольное скрещивание, и поэтому анализ многих генов сильно затруднён. В то же время, для построения физических и генетических карт человеческих хромосом необходимо уметь обнаруживать генетическое сцепление генов, рассчитывать их относительное расстояние на хромосомах. Мы не будем вдаваться в детали тех методов, с помощью кото­рых задача всё же была решена. Большую роль в этом сыграла база данных многодетных семей, в которых можно было взять пробы крови у 3-4 поколе­ний (от прадедов до правнуков). Естественно, найти множество таких семей было нелегко — число их сегодня в мире не превышает 100.

Важным моментом, который сыграл решающую роль в установ­лении правильного порядка секвенированных фрагментов, было наличие в геноме полиморфных сайтов. Мы знаем, что два гомоло­гичных гена могут отличаться всего одним нуклеотидом. В некото­рых случаях это приводит к значительным изменениям структуры кодируемого белка. Но очень часто совсем не обязательно такая за­мена будет сопровождаться каким-либо функциональным результа­том, поскольку продукт (белок) может оказаться неизмённым. Во-первых, замена может произойти в некодирующей части ДНК (в интронах, повторах и т. д.). Во-вторых, как мы помним из информации о генетическом коде, порой только первые два нуклеотида в триплете являются важными, третий может меняться.

Таким образом, в геноме человека накапливается огромное ко­личество «безвредных» замен, которые, распределяясь по всей длине хромосомы, порождают полиморфные сайты, которые выступают как маркерные локусы или генетические маркеры. Если идентифици­ровать эти локусы вдоль всей молекулы, задача восстановления пра­вильной последовательности разрезанных фрагментов становится менее сложной. Такая идентификация возможна благодаря тому, что известны многочисленные бактериальные ферменты — рестриктазы, которые способны расщеплять ДНК в строго определённых участках, узнавая те или иные маркерные последовательности в ДНК. Рестриктаз известно много, все они выделены (в основном, из микроорганиз­мов) в чистом виде, каждая узнаёт свою последовательность и, комбинируя их между собой, ДНК каждой хримосомы разрезают на участки различной длины, сопоставляя последовательности которых потом строят физические карты хромосом.

Рис. 1. Современная карта хромосомы. Представлена самая маленькая человеческая хромосома — № 21. Её ДНК состоит из 46.944.323 пар оснований, содержит 243 известных гена, 87 псевдогенов, 131.740 SNP. Первая колонка — расположение генов, вторая — частота GC-повторов, третья — расположение SNP, четвёртая — общий вид хромосомы и номенклатура её участков

Такая карта для 21-й хромосомы представлена на рис. 1.

Основным методом выявления ДНК-маркеров стал метод ам­плификации (размножения) фрагментов ДНК іn vitro с точностью до нуклеотида с помощью полимеразной цепной реакции (ПЦР). Метод основан на использовании термостабильной ДНК-полимеразы, выделенной из термофильных мик­роорганизмов. Уникальной особенностью этих микро­организмов является то, что они живут и размножаются при высоких (порядка 80ºС) температурах внешней сре­ды. Используя методику ПЦР, можно синтезировать любой фрагмент ДНК іn vitro и получить его как химически чистое вещество. В качестве затравки для синтеза используются короткие синтетические полинуклеотиды — праймеры. За один цикл достройки новой ДНК из двух нитей получается 4. В следующем цикле, занимающем всего несколько минут, из 4 нитей получится уже 8 и т. д. За 30 циклов ПЦР искомый фрагмент размно­жится в миллиард раз, что позволяет легко его идентифицировать (после электрофореза в геле и прокраски специальным красителем).

Значение расшифровки генома человека

Сегодня методика ПЦР активно используется в медицине, напри­мер, в целях выявления генома вирусов или микроорганизмов в крови человека. Одновременно развиваются ещё более производительные и дешёвые методы, в частности метод микрочипов, что позволяет решать всё более масштабные задачи.

Одним из примеров такой масштабной задачи стало генотипирование 3192 европейцев, проживающих в различных странах и регионах Европы по более чем полумиллиону сайтов полиморфизма одновременно. Полученные данные после статистической обработки методом главных компонент позволили представить графически на плоскости группы людей с учётом их генетическо­го сходства. В итоговом варианте группа в 1400 человек была представлена в пространстве более чем 200 тысячами признаков. Полученная картина оказалась очень близкой к географической карте Европы (португальские и испанские геномы оказались западнее всех, немецкие — в центре, итальянцы расположились южнее французов, а последние — южнее англичан и шотландцев). Пользуясь полученной «картой», родину 90 % испытуемых можно указать с точностью до 500 км.

В будущем, по мере удешевления методов изучения геномов, будут использоваться не поиск отдельных полиморфизмов, а секве- нирование целых геномов (это происходит и сейчас, но не так массо­во). Получаемые данные после обработки на суперкомпьютерах будут сопоставляться на географической карте с границами прожива­ния этносов, распространённостью различных заболеваний, граница­ми распространения языков и наречий и т. д. Всё это позволит делать как фундаментальные, так и прикладные, важные для медицины вы­воды. По мере уточнения генетических механизмов тех или иных за­болеваний всё больше будет усиливаться профилактическая роль медицины, поскольку всё большее число людей будет иметь возмож­ность получить сиквенс своего собственного генома.

Источник: Розанов, В. А. Биология человека и основы генетики: Учебное пособие / В. А. Розанов. – Одесса: ВМВ, 2012. – 435 с.

glazastik.com

Проект «Геном человека»: десять лет спустя

Дина Мясникова,
обозреватель журнала «Экология и жизнь»
«Экология и жизнь» №12, 2010

Проект «Геном человека» является наиболее амбициозной биологической исследовательской программой за всю историю науки. Знание генома человека внесет неоценимый вклад в развитие медицины и биологии человека. Исследования человеческого генома так же необходимо человечеству, как когда-то было необходимо знание человеческой анатомии. Осознание этого пришло в 1980-х, и это привело к тому, что появился проект «Геном человека». В 1988-м с аналогичной идеей выступил выдающийся российский молекулярный биолог и биохимик, академик А. А. Баев (1904–1994). С 1989 г. и в США, и в СССР функционируют соответствующие научные программы; позднее возникла Международная организация по изучению генома человека (HUGO). Вклад России в международное сотрудничество признан в мире: 70 отечественных исследователей являются членами HUGO.

Итак, прошло 10 лет с того времени, когда проект «Геном человека» был завершен. Есть повод вспомнить, как это было…

В 1990 г. при поддержке министерства энергетики США, а также Великобритании, Франции, Японии, Китая и Германии, был запущен этот трехмиллиардный проект. Возглавил его д-р Фрэнсис Коллинз, глава International Human Genome Sequencing Consortium. Целями проекта являлись:

  • идентификация 20 000–25 000 генов ДНК;
  • определение последовательности 3 млрд. пар химических оснований, составляющих ДНК человека, и сохранение этой информации в базе данных;
  • усовершенствование приборов для анализа данных;
  • внедрение новейших технологий в область частного использования;
  • исследование этических, правовых и социальных вопросов, возникающих при расшифровке генома.

В 1998 г. аналогичный проект был запущен д-ром Крейгом Вентером и его фирмой «Celera Genomics». Д-р Вентер поставил перед своей командой задачу более быстрого и дешевого секвенирования человеческого генома (в отличие от трехмиллиардного международного проекта, бюджет проекта д-ра Вентера ограничивался 300 млн долл.). Кроме того, фирма «Celera Genomics» не собиралась открывать доступ к своим результатам.

6 июня 2000 г. президент США и премьер-министр Великобритании объявили о расшифровке человеческого генетического кода, и таким образом соревнование закончилось. На самом деле, был опубликован рабочий черновик человеческого генома, и лишь к 2003 г. он был расшифрован практически полностью, хотя и сегодня все еще проводят дополнительный анализ некоторых участков генома.

Тогда умы ученых были взбудоражены необыкновенными возможностями: новые, действующие на генетическом уровне лекарства, а значит, не за горами создание «персональной медицины», настроенной точно под генетический характер каждого отдельно взятого человека. Существовали, конечно, и опасения, что может быть создано генетически зависимое общество, в котором людей буду делить на высшие и низшие классы по их ДНК и соответственно ограничивать их возможности. Но все же была надежда, что этот проект окажется столь же прибыльным, сколь и Интернет.

И вдруг все затихло… надежды не оправдались… казалось, что 3 млрд долл., вложенных в эту затею, выброшены на ветер.

Нет, не совсем так. Быть может, полученные результаты не столь грандиозны, как предполагалось во времена зарождения проекта, но они позволят достичь в будущем значительных успехов в различных областях биологии и медицины.

В результате исполнения проекта «Геном человека» был создан открытый банк генокода. Общедоступность полученной информации позволила многим исследователям ускорить свою работу. Ф. Коллинз привел в качестве иллюстрации такой пример: «Поиск гена фиброзно-кистозной дегенерации был успешно завершен в 1989 г., что стало результатом нескольких лет исследований моей лаборатории и еще нескольких других и стоило США около 50 млн долл. Сейчас это способен сделать смышленый выпускник университета за несколько дней, и все, что ему понадобится, — это Интернет, несколько недорогих реактивов, термоциклический аппарат для увеличения специфичности сегментов ДНК и доступ к ДНК-секвенатору, читающему ее по световым сигналам».

Еще один важный результат проекта — дополнение истории человека. Раньше все данные об эволюции были почерпнуты из археологических находок, а расшифровка генокода не только дала возможность подтвердить теории археологов, но в будущем позволит точнее узнать историю эволюции как человека, так и биоты в целом. Как предполагается, анализ сходства в последовательностях ДНК различных организмов сможет открыть новые пути в исследовании теории эволюции, и во многих случаях вопросы эволюции теперь можно будет ставить в терминах молекулярной биологии. Такие важнейшие вехи в истории эволюции, как появление рибосомы и органелл, развитие эмбриона, иммунной системы позвоночных, можно будет проследить на молекулярном уровне. Ожидается, что это позволит пролить свет на многие вопросы о сходстве и различиях между людьми и нашими ближайшими сородичами: приматами, неандертальцем (чей генокод недавно был реконструирован из 1,3 млрд фрагментов, подвергавшихся тысячелетнему разложению и загрязненных генетическими следами археологов, державших в руках останки этого существа), а также и всеми млекопитающими, и ответить на вопросы: какой же ген делает нас Homo sapiens, какие гены отвечают за наши поразительные таланты? Таким образом, поняв, как прочитать информацию о нас в генокоде, мы сможем узнать, как гены влияют на физические и умственные характеристики и даже на наше поведение. Возможно, в будущем, посмотрев на генетический код, можно будет не только предсказать, как будет выглядеть человек, но и, к примеру, будет ли у него актерский талант. Хотя, естественно, никогда нельзя будет это определить со 100%-ной точностью.

Кроме того, межвидовое сравнение покажет, чем отличается один вид от другого, как они разошлись на эволюционном древе. Межпопуляционное сравнение покажет, как этот вид эволюционирует. Сравнение ДНК отдельных особей внутри популяции покажет, чем объясняется различие особей одного вида, одной популяции. Наконец, сравнение ДНК различных клеток внутри одного организма поможет понять, как происходит дифференцирование тканей, как они развиваются и что идет не так в случае заболеваний, таких например, как рак.

Вскоре после расшифровки большей части генокода в 2003 г., ученые обнаружили, что существует гораздо меньше генов, чем они ожидали, но впоследствии убедились в противоположном. Традиционно ген определяли как участок ДНК, который кодирует белок. Однако, расшифровывая генокод, ученые выяснили, что 98,5% участков ДНК не кодируют белки, и назвали эту часть ДНК «бесполезной». И выяснилось, что эти 98,5% участков ДНК имеют едва ли не большее значение: именно эта часть ДНК отвечает за ее функционирование. Например, определенные участки ДНК содержат инструкции для получения похожих на ДНК, но небелковых молекул, так называемых двухцепочечных РНК. Эти молекулы являются частью молекулярно-генетического механизма, контролирующего активность гена (РНК-интерференция). Некоторые двухцепочечные РНК могут подавлять гены, препятствуя синтезу их белковых продуктов. Таким образом, если данные участки ДНК также считать генами, то их количество удвоится. В итоге исследования изменилось само представление о генах, и сейчас ученые считают, что ген — это единица наследственности, которую нельзя понимать как просто участок ДНК, кодирующий белки.

Можно сказать, что химический состав клетки — ее «хард», а информация, закодированная в ДНК, — предварительно загруженный «софт». Никто раньше и не предполагал, что клетка является чем-то большим, чем просто совокупностью составных частей, и что для ее построения недостаточно закодированной в ДНК информации, что столь же важным является процесс саморегулирования генома — и путем сообщения между соседними генами, и путем воздействия других молекул клетки.

Открытый доступ к информации позволит объединить опыт врачей, информацию о патологических случаях, результаты многолетнего изучения отдельных особей, и потому станет возможным соотнести генетическую информацию с данными анатомии, физиологии, поведения человека. И уже это сможет привести к лучшей медицинской диагностике и прогрессу в лечении.

Например, исследователь, изучающий определенную форму рака, сможет сузить круг поиска до одного гена. Сверив свои данные с данными открытой базы генома человека, он сможет проверить, что другие написали об этом гене, включая (потенциально) трехмерную структуру его производного белка, его функции, его эволюционную связь с другими генами человека или с генами мышей, дрожжей или дрозофилы, возможные пагубные мутации, взаимосвязь с другими генами, тканями тела, в которых ген активируется, заболеваниями, связанными с этим геном, или другие данные.

Более того, понимание хода заболевания на уровне молекулярной биологии позволит создать новые терапевтические методы. Учитывая, что ДНК играет огромную роль в молекулярной биологии, а также ее центральное значение в функционировании и принципах работы живых клеток, углубление знаний в этой области откроет путь для новых методов лечения и открытий в различных областях медицины.

Наконец, и «персональная медицина» теперь кажется уже более реальной задачей. Д-р Уиллс выразил надежду, что лечение заболеваний путем замены поврежденного участка ДНК нормальным станет возможным уже в следующее десятилетие. Сейчас проблемой, препятствующей развитию такого метода лечения, является то, что ученые не умеют доставлять ген в клетку. Пока единственный известный способ доставки — заражение животного вирусом с необходимыми генами, но это опасный вариант. Однако д-р Уиллс предполагает, что в скором времени в этом направлении будет совершен прорыв.

Сегодня уже существуют простые способы проведения генетических тестов, которые могут показать предрасположенность к различным заболеваниям, включая рак молочной железы, нарушение свертываемости крови, кистозный фиброз, заболевания печени и др. Такие заболевания, как рак, болезнь Альцгеймера, диабет, как было выяснено, связаны не с общими для всех, а с огромным количеством редких, практически индивидуальных мутаций (причем не в одном гене, а в нескольких; например, мышечную дистрофию Шарко-Мари-Тут может вызвать мутация 39 генов), в результате чего эти болезни трудно поддаются диагностике и воздействию медицинских препаратов. Именно это открытие является одним из камней преткновения «персональной медицины», поскольку, прочитав генокод человека, пока невозможно точно определить состояние его здоровья. Исследуя генокоды разных людей, ученые были разочарованы результатом. Около 2000 участков ДНК человека статистически относилось к «болезненным», которые при этом не всегда относились к работающим генам, т. е. не представляли угрозы. Похоже, что эволюция избавляется от мутаций, вызывающих болезнь, до того, как они станут общими.

Проводя исследования, группа ученых в Сиэтле обнаружила, что из всего человеческого генокода лишь 60 генов претерпевают спонтанную мутацию каждое поколение. При этом мутировавшие гены могут вызвать различные заболевания. Так, если у каждого из родителей было по одному «испорченному» и одному «неиспорченному» гену, то у детей болезнь может и не проявиться или проявится в очень слабой форме, если они получат один «испорченный» и один «неиспорченный» ген, но если ребенок унаследует оба «испорченных» гена, то это может привести к болезни. К тому же, поняв, что общечеловеческие болезни вызываются индивидуальным мутациями, ученые пришли к выводу, что необходимо исследовать полностью весь генокод человека, а не его отдельные участки.

Несмотря на все затруднения, уже созданы первые генетические лекарства против рака, которые блокируют эффекты генетических отклонений, приводящих к росту опухолей. Также недавно было одобрено лекарство компании «Amgen» от остеопороза, которое основывается на том, что болезнь вызывается гиперактивностью определенного гена. Последнее достижение — проведение анализа биологических жидкостей на присутствие мутации определенного гена для диагностики рака толстой кишки. Такой тест позволит избавить людей от неприятной процедуры колоноскопии.

Итак, привычная биология ушла в прошлое, наступил час новой эры науки: постгеномной биологии. Она полностью развенчала идею витализма, и хотя в него уже больше столетия не верил ни один биолог, новая биология не оставила места и для призраков.

Не только интеллектуальные озарения играют важную роль в науке. Такие технические прорывы, как телескоп в астрономии, микроскоп в биологии, спектроскоп в химии, приводят к неожиданным и замечательным открытиям. Похожую революцию в геномике производят сейчас мощные компьютеры и информация, содержащаяся в ДНК.

Закон Мура говорит о том, что компьютеры увеличивают свою мощность вдвое примерно каждые два года. Таким образом, за последнее десятилетие их мощность возросла более чем в 30 раз при постоянно снижающейся цене. В геномике пока нет имени для аналогичного закона, но его следовало бы назвать законом Эрика Лэндера — по имени главы Broad Institute (Cambridge, Massachusetts, крупнейший американский центр, занимающийся расшифровкой ДНК). Он подсчитал, что по сравнению с прошлым десятилетием цена расшифровки ДНК снизилась на сотни тысяч долларов. При расшифровке последовательности геномов в International Human Genome Sequencing Consortium использовали метод, разработанный еще в 1975 г. Ф. Сенджером, что заняло 13 лет и стоило 3 млрд долл. А значит, расшифровка генетического кода была под силу только мощным компаниям или центрам по исследованию генетической последовательности. Сейчас, используя последние устройства для расшифровки от фирмы «Illumina» (San Diego, California), человеческий геном может быть прочитан за 8 дней, и стоить это будет около 10 тыс. долл. Но и это не предел. Другая калифорнийская фирма, «Pacific Biosciences» из Менло Парка, разработала способы, позволяющие прочитать геном всего с одной молекулы ДНК. Вполне возможно, что скоро расшифровка генома будет занимать минут 15 и стоить менее 1000 долл. Аналогичные разработки существуют и в «Oxford Nanopore Technologies» (Великобритания). Раньше фирмы использовали решетки проб ДНК (ДНК-чипы) и искали определенные генетические символы — SNP.* Сейчас известно несколько десятков таких символов, но есть основания предполагать, что среди трех миллиардов «букв» генетического кода их гораздо больше.

До недавнего времени полностью было расшифровано всего несколько генокодов (в проекте «Геном человека» были использованы кусочки генокода множества людей, а затем собраны в единое целое). Среди них генокоды К. Вентера, Дж. Уотсона, д-ра Ст. Куэйка, двух корейцев, китайца, африканца, а также больного лейкемией, национальность которого ныне уже трудно установить. Теперь, с постепенным усовершенствованием техники чтения последовательностей генов, станет возможным расшифровка генокода все большего и большего числа людей. В будущем свой генокод сможет прочитать любой человек.

Кроме стоимости расшифровки, важным показателем является его точность. Считается, что приемлемым уровнем является не более одной ошибки в 10 000–100 000 символов. Сейчас уровень точности находится на уровне 1 ошибки в 20 000 символов.

На настоящий момент в США ведутся споры по поводу патентования «расшифрованных» генов. Однако многие исследователи считают, что патентование генов станет препятствием для развития науки. Главная стратегическая задача будущего сформулирована следующим образом: изучить однонуклеотидные вариации ДНК в разных органах и клетках отдельных индивидуумов и выявить различия между индивидуумами. Анализ таких вариаций даст возможность не только подойти к созданию индивидуальных генных «портретов» людей, что, в частности, позволит лучше лечить болезни, но и определить различия между популяциями, выявлять географические районы повышенного «генетического» риска, что поможет давать четкие рекомендации о необходимости очистки территорий от загрязнения и выявлять производства, на которых есть большая опасность поражения геномов персонала.


* SNP — одиночный генетический символ, который меняется от человека к человеку. Его открыли специалисты «International HapMap Project», изучая такую мутацию генокода, как однонуклеотидный полиморфизм. Целью проекта по картированию участков ДНК, различных для разных этнических групп, был поиск уязвимости этих групп к отдельным заболеваниям и возможностей их преодоления. Эти исследования могут также подсказать, как человеческие популяции адаптировались к различным заболеваниям.

elementy.ru

Проект «Геном человека» цели, задачи и достижения

Поиск Лекций

История становления и развития психогенетики как научной дисциплины.

Древние врачи и натурфилософы строили гипотезы по поводу наследственности по видимым данным: внешние сходства детей и родителей, характер, голос, походка, а также болезни и уродства.

Всю историю становления и развития психогенетики можно условно поделить на пять этапов (1973 г. В.Томпсон и Г.Уайльд).

Первый этап (1865 — начало 1900-х) – Гальтон и его последователи. В 1865 первая научная публикация по психогенетике «Наследственный талант и характер» – идеи наследуемости психических особенностей, одаренности и . Вслед за этим вышла его знаменитая книга «Наследственный гений» (1869), а также статьи «Люди науки, их воспитание и характер» (1874) и «История близнецов как критерий относительной силы природы и воспитания

Второй этап — до конца 30-х гг. ХХ столетия — характеризуется интенсивным развитием методологии психогенетики. Были разработаны надежные методы определения зиготности близнецов (Siemens H., 1927). В 20-е гг. в методический арсенал психогенетики прочно вошел метод приемных детей, который и сейчас, наряду с близнецовым, является одним из основных .

Благодаря совместным усилиям генетиков и математиков, совершенствовались методы количественной генетики. большинство психологических признаков относятся к категории количественных, т.е. требуют измерения и применения вариационно-статистических методов.

На третьем этапе (до конца 60-х гг.) психогенетика развивалась экстенсивно. Это был период накопления фактического материала. Продолжала развиваться генетика поведения животных. В 1960 г. вышла первая обобщающая монография по генетике поведения.В этом же году была основана «Ассоциация генетики поведения» , начал выходить журнал «Генетика поведения» .Это означало, что генетика поведения окончательно оформилась как самостоятельная область науки.

Четвертый этап (до конца 80-х гг.) вновь характеризуется смещением акцентов на развитие методологии психогенетики. совершенствование компьютерных технологий. В этот период начали интенсивно развиваться новые генетико-математические методы (структурное моделирование, метод путей). Психогенетика получила для своих исследований мощный инструмент, который позволял в короткие сроки проводить обработку значительных массивов данных и проверять самые сложные гипотезы.

Неослабевающий долгие годы интерес к исследованию наследуемости интеллекта уступает место другим характеристикам человеческой индивидуальности (когнитивным стилям, темпераменту, личности, психофизиологическим особенностям, различным нарушениям развития). Все более тщательно изучаются различные аспекты средовых влияний, создаются специальные методики для изучения семейной среды. Во всем мире начинают закладываться лонгитюдные проекты исследования близнецов и приемных детей, позволяющие проследить траектории развития и генетическую преемственность.

Пятый этап — современный — охватывает 90-е гг. ХХ в. и начало нынешнего, т.е. по времени совпадает с интенсивной работой над проектом «Геном человека». Преобладающим направлением сейчас можно считать геномное . Р. Пломин -в генетике поведения более перспективным является движение «от поведения к генам», включая взаимодействия и корреляции между генотипом и средой, а также возможности коррекции генетических нарушений с помощью средовых воздействий, т.е. «средовой инженерии».

Проект «Геном человека» цели, задачи и достижения

Проект по расшифровке генома человека — международный научно-исследовательский проект, главной целью которого было определить последовательность нуклеотидов, которые составляют ДНК и идентифицировать 20—25 тыс. генов в человеческом геноме.

Проект начался в 1990 году, под руководством Джеймса Уотсона. Целью проекта по расшифровке генома человека является понимание строения генома человеческого вида.

Изначально планировалось определение последовательности более трёх миллиардов нуклеотидов, содержащихся в гаплоидном человеческом геноме. Затем несколько групп объявили о попытке расширить задачу до секвенирования биополимеров — определение их аминокислотной или нуклеотидной последовательности. В результате секвенирования получают формальное описание первичной структуры линейной макромолекулы в виде последовательности мономеров в текстовом виде диплоидного генома человека.

Геном любого отдельно взятого организма (исключая однояйцевых близнецов) 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.

Цели:

-создание детальной физической карты генома человека;

— создание физических карт всех хромосом человека и хромосом ряда модельных организмов;

— определение полной последовательности ДНК человека и ряда модельных организмов;

— развитие методологии и инфраструктуры для хранения, анализа и распределения полученной информации;

-создание технологии, необходимой для достижения перечисленных целей.

Геном был разбит на небольшие участки, примерно по 150 000 пар нуклеотидов в длину. Эти куски затем встраивали в вектор, известный как Искусственная бактериальная хромосома или BAC. Эти векторы созданы из бактериальных хромосом, измененных методами генной инженерии. Векторы, содержащие гены, затем можно вставлять в бактерии, где они копируются бактериальными механизмами репликации. Каждый из кусочков генома потом секвенировали раздельно методом дробовика, и затем все полученные последовательности собирали воедино уже в виде компьютерного текста. Размеры полученных больших кусков ДНК, собираемых для воссоздания структуры целой хромосомы, составляли около 150 000 пар нуклеотидов. Такая система известна под именем «иерархического метода дробовика», потому что вначале геном разбивается на куски разного размера, положение которых в хромосоме должно быть заранее известно.

Сущ. многочисленные определения «полной последовательности человеческого генома». Согласно некоторым из них, геном уже полностью секвенирован, а согласно другим, этого ещё предстоит добиться. остаётся несколько регионов, которые считаются незаконченными:

-Прежде всего, центральные регионы каждой хромосомы, известные как центромеры, которые содержат большое количество повторяющихся последовательностей ДНК

-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.

-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.

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.

Почти все цели, которые ставил перед собой проект, были достигнуты быстрее, чем предполагалось. Проект поставил разумную, достижимую цель секвенирования 95 % ДНК. Исследователи смогли секвенировать 99,99 % человеческой ДНК.

 

 


poisk-ru.ru

в каком году был расшифрован геном человека???

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.
ГЕНОМ ЧЕЛОВЕКА

otvet.mail.ru

Проект по расшифровке генома человека


⇐ ПредыдущаяСтр 19 из 23Следующая ⇒

 

Международный научно-исследовательский проект, главной целью которого было определить последовательность нуклеотидов, которые составляют ДНК и идентифицировать гены в человеческом геноме. Расшифровка генома человека – событие столь же важное в истории человечества, как открытие электричества, изобретение радио или создание компьютеров.

В 1988 году Национальный институт здоровья США начал проект «Геном человека», возглавил который один из открывателей структуры ДНК нобелевский лауреат Джеймс Уотсон (рис. 10). 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 по определению нуклеотидной последовательности ДНК человека (секвенирование ДНК) должна окончиться в 2005-м году. Однако после первого года работы стало ясно, что скорости секвенирования 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 году 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 «Celera Genomics» под руководством Крега Вентера, которая объявила, что закончит свою работу на 4 года раньше международного консорциума ($300-миллионный проект).

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 годапоявились научные публикации чернового варианта структуры генома человека. Качество секвенирования достаточно высокое и предполагает всего 1 ошибку на 50 тыс.п.н.

В 2000 году был выпущен рабочий черновик структуры генома, полный геном — в 2003 году, однако и сегодня дополнительный анализ некоторых участков ещё не закончен.

Согласно имеющимся данным, фирма Celera в основном ориентировалась на геном 1 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 7 людей различных рас.

Хотя целью проекта по расшифровке генома человека является понимание строения генома человеческого вида, проект также фокусировался и на нескольких других организмах. Такие как, бактерии Escherichia coli, насекомые (дрозофила), и млекопитающие (мышь). Геном любого отдельно взятого организма (исключая однояйцовых близнецов и клонированных животных) уникален, поэтому определение последовательности человеческого генома в принципе должно включать в себя и секвенирование многочисленных вариаций каждого гена.

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.

Геном был разбит на небольшие участки, примерно по 150 000 пар нуклеотидов в длину. Эти куски затем встраивали в вектор, известный как Искусственная бактериальная хромосома (англ.) или BAC. Эти векторы созданы из бактериальных хромосом, измененных методами генной инженерии. Векторы, содержащие гены, затем можно вставлять в бактерии, где они копируются бактериальными механизмами репликации. Каждый из кусочков генома потом секвенировали раздельно методом «фрагментирования», и затем все полученные последовательности собирали воедино уже в виде компьютерного текста. Размеры полученных больших кусков ДНК, собираемых для воссоздания структуры целой хромосомы, составляли около 150 000 пар нуклеотидов.

«Celera» было более быстрое и дешёвое секвенирование человеческого генома, чем в $3-миллиардном государственном проекте. «Геном человека» вошел в историю как один из самых трудоемких и дорогостоящих проектов. В целом на моент окончания проекта на проект было потрачено в сумме более 6 миллиардов долларов.

«Celera» использовала более рискованную разновидность метода фрагментации генома, которую использовали ранее для секвенирования бактериальных геномов размером до шести миллионов пар нуклеотидов в длину, но никогда для чего-либо столь большого, как человеческий геном, состоящий из трёх миллиардов пар нуклеотидов.

 

 

Рис. 6.10. Джеймс Уотсон,один из группы ученых, открывших спираль ДНК, — основатель Международной программы по изучению генома человека

 


Читайте также:

lektsia.com

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 ProjectHGP) — 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.

Содержание

  [убрать

  • 1 Проект

    • 1.1 Предпосылки

    • 1.2 Завершённость

    • 1.3 Цели

    • 1.4 Как были достигнуты результаты

  • 2 Сопоставление данных общего и частного проектов

  • 3 Доноры генома

  • 4 Перспективы

  • 6 Ссылки

  • 7 Ссылки

[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 КитаяФранцииГерманииЯпонии 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 ИнтернетНациональный 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

Author: alexxlab

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.