Международная программа геном человека реферат

Обновлено: 05.07.2024

Геном человека — совокупность наследственного материала, заключенного в клетке человека. Человеческий геном состоит из 23 пар хромосом, находящихся в ядре, а также митохондриальной ДНК. Двадцать две аутосомные хромосомы, две половые хромосомы Х и Y, а также митохондриальная ДНК человека содержат вместе примерно 3,1 млрд пар оснований.

Содержание

Прикрепленные файлы: 1 файл

Геном человека.docx

Структура и размер

Особенности строения генома человека

Список использованной литературы

Гено́м — совокупность наследственного материала, заключенного в клетке организма. Геном содержит биологическую информацию, необходимую для построения и поддержания организма. Большинство геномов, в том числе геном человека и геномы всех остальных клеточных форм жизни, построены из ДНК, однако некоторые вирусы имеют геномы из РНК.

У человека (Homo sapiens) геном состоит из 23 пар хромосом, находящихся в ядре, а также митохондриальной ДНК. Двадцать две аутосомы, две половые хромосомы Х и Y, а также митохондриальная ДНК человека содержат вместе примерно 3,1 млрд пар оснований.

Структура и размер генома.

Известно, что ДНК, которая является носителем генетической информации у большинства организмов и, следовательно, составляет основу генома, включает в себя не только гены в современном смысле этого слова.

Генетическая информация в клетках содержится не только в хромосомах ядра, но и во внехромосомных молекулах ДНК. У бактерий к таким ДНК относятся плазмиды и некоторые умеренные вирусы, в клетках эукариот — это ДНК митохондрий, хлоропластов и других органоидов клеток .

Объёмы генетической информации, заключённой в клетках зародышевой линии (предшественники половых клеток и сами гаметы) и соматических клетках, в ряде случаев существенно различаются. В онтогенезе соматические клетки могут утрачивать часть генетической информации клеток зародышевой линии, амплифицировать группы последовательностей и (или) значительно перестраивать исходные гены.

Следовательно, под геномом организма понимают суммарную ДНК гаплоидного набора хромосом и каждого из внехромосомных генетических элементов, содержащуюся в отдельной клетке зародышевой линии многоклеточного организма.

В определении генома отдельного биологического вида необходимо учитывать, во-первых, генетические различия, связанные с полом организма, поскольку мужские и женские половые хромосомы различаются.

Во-вторых, из-за громадного числа аллельных вариантов генов и сопутствующих последовательностей, которые присутствуют в генофонде больших популяций, можно говорить лишь о некоем усреднённом геноме, который сам по себе может обладать существенными отличиями от геномов отдельных особей.

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.

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.

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[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 секвенирования геномов, 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.

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.

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 заменил Френсис 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.

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.

Цель проекта заключается в выяснении последовательности оснований во всех молекулах ДНК в клетках человека. Одновременно должна быть установлена локализация всех генов, что помогло бы выяснить причины наследственных заболеваний и этим открыть пути к их лечению. В выполнении проекта задействовано несколько тысяч ученых, специализирующихся в биологии, химии, математике, физике и технике.

Содержание

Работа состоит из 1 файл

генетика.docx

студентка группы 11/4

Ульяновск 2012 год

4. Результаты. Задачи на будущее…………………………….10

Международный проект "Геном человека" был начат в 1988 г. под руководством Джеймса Уотсона под эгидой Национальной организации здравоохранения США. Это один из самых трудоемких и дорогостоящих проектов в истории науки. Если в 1990 г. на него было потрачено около 60 млн долларов в целом, то в 1998 г. одно только правительство США израсходовало 253 млн долларов, а частные компании - и того больше. В проекте задействованы несколько тысяч ученых более чем из 20 стран. С 1989 г. в нем участвует и Россия, где по проекту работает около 100 групп. Все хромосомы человека поделены между странами-участницами, и России для исследования достались 3-, 13- и 19-я хромосомы.

В 2000 году был выпущен рабочий черновик структуры генома, полный геном - в 2003, однако и сегодня дополнительный анализ некоторых участков ещё не закончен. 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 (кишечная палочка) , насекомые, такие как мушка дрозофила , и млекопитающие, например, мышь.

В любой соматической клетке человека 23 пары хромосом. В каждой из них по одной молекуле ДНК. Длина всех 46 молекул почти 2 м.

У взрослого человека примерно 5х10 13 клеток, так что общая длина молекул ДНК в организме 10 11 км (почти в тысячу раз больше расстояния от Земли до Солнца). В молекулах ДНК одной клетки человека 3,2 млрд.пар нуклеотидов. Каждый нуклеотид состоит из углевода, фосфата и азотистого основания. Углеводы и фосфаты одинаковы во всех нуклеотидах, а азотистых оснований - четыре. Таким образом, язык генетических записей четырехбуквенный, и если основание - его "буква", то "слова" - это порядок аминокислот в кодируемых генами белках. Кроме состава белков в геноме (совокупности генов в одинарном наборе хромосом) записаны и другие любопытные сведения. Можно сказать, что Природа (в результате эволюции или Божьего промысла) закодировала в ДНК инструкции о том, как клеткам выживать, реагировать на внешние воздействия, предотвращать "поломки", иными словами, - как развиваться и стареть организму.

Любое нарушение этих инструкций ведет к мутациям, и если они случаются в половых клетках (сперматозоидах или яйцеклетках), мутации передаются следующим поколениям, угрожая существованию данного вида.

Как представить себе 3 млрд. оснований зримо? Чтобы воспроизвести информацию, содержащуюся в ДНК единственной клетки, даже самым мелким шрифтом (как в телефонных справочниках), понадобится тысяча 1000-страничных книг!

Сколько же всего генов, то есть последовательностей нуклеотидов, кодирующих белки, в ДНК человека? Еще в 1996 г. считалось, что у человека около 100 тыс. генов, сейчас специалисты по биоинформатике предполагают, что в геноме человека не более 40 тыс. генов, причем на их долю приходится всего 3% общей длины ДНК клетки, а функциональная роль остальных 97% пока не установлена.

Цель проекта - выяснить последовательности азотистых оснований и положения генов (картирование) в каждой молекуле ДНК каждой клетки человека, что открыло бы причины наследственных заболеваний и пути к их лечению. В проекте заняты тысячи специалистов со всего мира: биологов, химиков, математиков, физиков и техников.

Проект состоит из пяти основных этапов:

Составление карты, на которой помечены гены, отстоящие друг от друга не более, чем на 2 млн. оснований, на языке специалистов, с разрешением 2 Мб (Мегабаза - от английского слова "base" - основание);
Завершение физических карт каждой хромосомы с разрешением 0,1 Мб;
Получение карты всего генома в виде набора описанных по отдельности клонов (0,005 Мб);
К 2004 г. полное секвенирование ДНК (разрешение 1 основание);
Нанесение на карту с разрешением в 1 основание всех генов человека (к 2005 г.). Когда эти этапы будут завершены, исследователи определят все функции генов, а также биологические и медицинские применения результатов.

2. Карты хромосом. Подходы к их составлению.

В ходе проекта создают три типа карт хромосом: генетические, физические и секвенсовые (от англ. sequence - последовательность). Выявить все гены, присутствующие в геноме, и установить расстояния между ними - значит локализовать каждый ген в хромосомах. Такие генетические карты помимо инвентаризации генов и указания их положений ответят на исключительно важный вопрос о том, как гены определяют те или иные признаки организма. Ведь многие признаки зависят от нескольких генов, часто расположенных в разных хромосомах, и знание положения каждого из них позволит понять, как происходит дифференцировка (специализация) клеток, органов и тканей, а также успешнее лечить генетические заболевания. В 20-е и 30-е годы, когда создавалась хромосомная теория наследственности, выяснение положения каждого гена привело к тому, что на генетических картах сначала дрозофилы, а затем кукурузы и ряда других видов удалось отметить особые точки, как тогда говорили, "генетические маркеры" хромосом. Анализ их положения в хромосомах помог снабдить генетические карты хромосом человека новыми сведениями. Первые данные о положении отдельных генов появились еще в 60-е годы. С тех пор они множились лавинообразно, и в настоящее время известно положение уже десятков тысяч генов. Три года назад разрешение генетической карты составляло 10 Мб (для некоторых участков - даже 5 Мб).

Другое направление исследований - составление физических карт хромосом. Еще в 60-е годы цитогенетики стали окрашивать хромосомы, чтобы выявить на них особые поперечные полосы. После окрашивания полосы было видно в микроскоп. Между полосами и генами удалось установить соответствие, что позволило изучать хромосомы по-новому. Позже научились "метить" молекулы ДНК (радиоактивными или флуоресцентными метками) и следить за присоединением этих меток к хромосомам, что значительно повысило разрешение их структуры: до 2 Мб, а потом и до 0,1 Мб (при делении клеток). В 70-е годы научились "разрезать" ДНК на участки специальными (рестрикционными) ферментами, распознающими короткие отрезки ДНК, в которых информация записана в виде палиндромов - сочетаний, читаемых одинаково от начала к концу и от конца к началу. Так возникли рестрикционные карты хромосом. Использование современных физических и химических методов и средств улучшило разрешение физических карт в сотни раз.

Наконец, разработка методов секвенирования (изучения точных последовательностей нуклеотидов в ДНК) открыла путь к созданию секвенсовых карт с рекордным на сегодня разрешением (на этих картах будет указано положение всех нуклеотидов в ДНК).

Число хромосом и их длина различны у разных биологических видов. В клетках бактерий всего одна хромосома. Так, размер генома бактерии Mycoplasma genita-lium 0,58 Мб (в нем 470 генов), у бактерии кишечной палочки (Escherichia coli) в геноме 4200 генов (4,2 Мб), у растения Arabidopsis thaliana - 25 тыс. генов (100 Мб), у плодовой мушки Drosophila melanogaster - 10 тыс. генов (120 Мб). В ДНК мыши и человека 50-60 тыс. генов (3000 Мб).

Конечно, для составления карт столь разных объектов одни и те же методы неприменимы, поэтому используют два разных по методологии подхода:

В первом делят ДНК на небольшие куски и, изучив их по отдельности, воссоздают всю структуру, Этот подход увенчался успехом при составлении сравнительно простых карт;
Для более сложных геномов эффективнее второй подход. В этих случаях неразумно делить молекулу ДНК на короткие куски, удобные для детального изучения. Их оказалось бы так много, что путаница в последовательностях была бы неразрешимой. Поэтому, принимаясь за расшифровку, молекулу делят, наоборот, на как можно более длинные куски и сравнивают их в надежде найти общие концевые участки. Если это удается, куски объединяют, после чего процедуру повторяют.

С совершенствованием компьютеров и математических методов обработки информации объединенные по такому принципу куски становятся все крупнее, постепенно приближаясь к целой молекуле. Этот подход, в частности, позволил составить генетическую карту 3-й хромосомы дрозофилы.

Важный аспект проекта "Геном человека" - разработка новых методов исследований. Еще до старта проекта был развит ряд весьма эффективных методов цитогенетических исследований (теперь их называют методами первого поколения). Среди них: создание и применение упомянутых рестрикционных ферментов; получение гибридных молекул, их клонирование и перенос участков ДНК с помощью векторов в клетки-доноры (чаще всего - кишечной палочки или дрожжей); синтез ДНК на матрицах информационной РНК; секвенирование генов; копирование генов с помощью специальных устройств; способы анализа и классификации молекул ДНК по плотности, массе, структуре.

В последние 4-5 лет благодаря проекту "Геном человека" разработаны новые методы (методы второго поколения), в которых почти все процессы полностью автоматизированы. Почему это направление стало центральным? Самая маленькая хромосома клеток человека содержит ДНК длиной 50 Мб, самая большая (хромосома 1) - 250 Мб. До 1996 г. наибольший участок ДНК, выделяемый из хромосом с помощью реактивов, имел длину 0,35 Мб, а на лучшем оборудовании их структура расшифровывалась со скоростью 0,05-0,1 Мб в год при стоимости 1-2 долл. за основание. Иными словами, только на эту работу понадобилось бы примерно 30 тыс. дней (почти век) и 3 млрд. долл.

*Совершенствование технологии к 1998 г. повысило производительность до 0,1 Мб в день (36,5 Мб в год) и понизило стоимость до 0,5 долл. за основание. Использование новых электромеханических устройств, которые к тому же потребляют меньше реактивов, позволило уже в 1999 г. ускорить работы еще в 5 раз (к 2003 г. скорость расшифровки до 500 Мб в год) и уменьшить стоимость до 0,25 долл. за основание (для человеческой ДНК еще дешевле).

4. Результаты. Задачи на будущее.

За последние шесть лет созданы международные банки данных о последовательностях нуклеотидов в ДНК разных организмов (GenBank / EMBL / pBJ) и о последовательностях аминокислот в белках (PIR / SwissPot). Любой специалист может воспользоваться собранной там информацией в исследовательских целях. Решение о свободном доступе к информации далось нелегко. Ученые, юристы, законодатели немало потрудились, чтобы воспрепятствовать намерениям коммерческих фирм патентовать все результаты проекта и превратить эту область науки в бизнес.

1995 г. - бактерия Hemophilus influenza;.

1996 г. - клетка дрожжей (6 тыс. генов, 12,5 Мб);

1998 г. - круглый червь Caenorhabditis elegans (19 тыс. генов, 97 Мб).

Основные результаты завершенных этапов проекта изложены в журнале "Science" (1998. Vol. 282, № 5396,. Р. 2012-2042).

Изученные гены человека. За 1995 г. длина участков ДНК человека с установленной последовательностью оснований увеличилась почти в 10 раз. Но хотя прогресс был налицо, результат за год составил менее 0,001% от того, что предстояло сделать. Но уже к июлю 1998 г. было расшифровано почти 9% генома, а затем каждый месяц появлялись новые значительные результаты. Изучив большое число копий генов в виде сДНК и сопоставив их последовательности с участками хромосомной ДНК, к ноябрю 1998 г. расшифровали 30 261 ген (примерно половина генома).

Функции генов. Результаты завершенной части проекта позволяют судить о роли двух третей генов в образовании и функционировании органов и тканей человеческого организма. Оказалось, что больше всего генов нужно для формирования мозга и поддержания его активности, а меньше всего для создания эритроцитов - лишь 8.

Полученные данные позволили впервые реально оценить функции генов в организме человека.

В мире каждый сотый ребенок рождается с каким-либо наследственным дефектом. К настоящему времени известно около 10 тыс. различных заболеваний человека, из которых более 3 тыс. - наследственные. Уже выявлены мутации, отвечающие за такие заболевания, как гипертония, диабет, некоторые виды слепоты и глухоты, злокачественные опухоли. Обнаружены гены, ответственные за одну из форм эпилепсии, гигантизм и др.

Карты хромосом. Подходы к их составлению В ходе проекта создают три типа карт хромосом: Генетические; Физические; Секвенсовые ;

Выявить все гены, присутствующие в геноме, и установить расстояния между ними — значит локализовать каждый ген в хромосомах. Такие генетические карты помимо инвентаризации генов и указания их положений ответят на исключительно важный вопрос о том, как гены определяют те или иные признаки организма.

Разработка методов секвенирования (изучения точных последовательностей нуклеотидов в ДНК) открыла путь к созданию секвенсовых карт с рекордным на сегодня разрешением (на этих картах будет указано положение всех нуклеотидов в ДНК).

Самая маленькая хромосома клеток человека содержит ДНК длиной 50 Мб, самая большая (хромосома 1) — 250 Мб. До 1996 г. наибольший участок ДНК, выделяемый из хромосом с помощью реактивов, имел длину 0,35 Мб, а на лучшем оборудовании их структура расшифровывалась со скоростью 0,05-0,1 Мб в год при стоимости 1-2 долл. за основание. Иными словами, только на эту работу понадобилось бы примерно 30 тыс. дней (почти век) и 3 млрд. долл.

К настоящему времени известно около 10 тыс. различных заболеваний человека, из которых более 3 тыс. — наследственные. Уже выявлены мутации, отвечающие за такие заболевания, как гипертония, диабет, некоторые виды слепоты и глухоты, злокачественные опухоли. Обнаружены гены, ответственные за одну из форм эпилепсии, гигантизм и др. Вот некоторые болезни, возникающие в результате повреждения генов, структура которых полностью расшифрована: Хронический грануломатоз ; Кистозный фиброз; Болезнь Вильсона; Ранний рак груди/яичника; Мышечная дистрофия Эмери-Дрейфуса; Атрофия мышц позвоночника; Альбинизм глаза; Болезнь Альцгеймера; Наследственный паралич; Дистония.

С учетом постоянного наращивания темпов работ руководители проекта заявили в конце 1998 г., что проект будет выполнен гораздо раньше, чем планировалось, и сформулировали задачи на ближайшую перспективу: 2001 г. — предварительный анализ генома человека; 2002 г. — расшифровка генома плодовой мухи Drosophila melanogaster ; 2003 г. — создание полных карт генома человека; 2005 г. — расшифровка генома мыши с использованием методов сДНК и искусственных хромосом дрожжей.

Главная стратегическая задача на будущее — изучить вариации ДНК (на уровне отдельных нуклеотидов) в разных органах и клетках отдельных индивидуумов и выявить эти различия.

Заключение: 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.

Введение проект "Геном человека" был 1988 в начат г. под руководством Джеймса Уотсона эгидой под Национальной организации здравоохранения США. один Это из самых трудоемких и дорогостоящих проектов в науки истории. Если в 1990 г. на него было около потрачено 60 млн долларов в целом, то в 1998 г. только одно правительство США израсходовало 253 долларов млн, а частные компании - и того больше. В задействованы проекте несколько тысяч ученых более стран из 20 чем. С 1989 г. в нем участвует и Россия, проекту по где работает около 100 групп. хромосомы Все человека поделены между странами-России, и участницами для исследования достались 3-, 13- и 19-я хромосомы.

проекта Цель заключается в выяснении последовательности оснований во молекулах всех ДНК в клетках человека. Одновременно быть должна установлена локализация всех генов, помогло что бы выяснить причины наследственных заболеваний и открыть этим пути к их лечению. В выполнении проекта несколько задействовано тысяч ученых, специализирующихся в биологии, математике, химии, физике и технике.
В 2000 году выпущен был рабочий черновик структуры генома, геном полный - в 2003, однако и сегодня дополнительный некоторых анализ участков ещё не закончен. Кроме фундаментальной очевидной значимости, определение структуры человеческих является генов важным шагом для разработки медикаментов новых и развития других аспектов здравоохранения.
целью Хотя проекта по расшифровке генома человека понимание является строения генома человеческого вида, также проект фокусировался и на нескольких других организмах, которых среди бактерии, в частности Escherichia coli (палочка кишечная) , насекомые, такие как мушка млекопитающие , и дрозофила, например, мышь.

В любой соматической клетке человека 23 хромосом пары. В каждой из них по одной молекуле Длина. ДНК всех 46 молекул почти 2 м.

У взрослого примерно человека 5х10 13 клеток, так что длина общая молекул ДНК в организме 10 11 км (почти в раз тысячу больше расстояния от Земли до Солнца). В ДНК молекулах одной клетки человека 3,2 млрд.нуклеотидов пар. Каждый нуклеотид состоит из углевода, азотистого и фосфата основания. Углеводы и фосфаты одинаковы во нуклеотидах всех, а азотистых оснований - четыре. Таким язык, образом генетических записей четырехбуквенный, и если его - основание "буква", то "слова" - это порядок кодируемых в аминокислот генами белках. Кроме состава геноме в белков (совокупности генов в одинарном наборе записаны) хромосом и другие любопытные сведения. Можно что, сказать Природа (в результате эволюции или промысла Божьего) закодировала в ДНК инструкции о том, клеткам как выживать, реагировать на внешние воздействия, поломки "предотвращать", иными словами, - как развиваться и организму стареть.
Любое нарушение этих инструкций мутациям к ведет, и если они случаются в половых сперматозоидах (клетках или яйцеклетках), мутации передаются поколениям следующим, угрожая существованию данного вида.
представить Как себе 3 млрд. оснований зримо? воспроизвести Чтобы информацию, содержащуюся в ДНК единственной даже, клетки самым мелким шрифтом (как в справочниках телефонных), понадобится тысяча 1000-страничных Сколько!

книг же всего генов, то есть последовательностей кодирующих, нуклеотидов белки, в ДНК человека? Еще в считалось г. 1996, что у человека около 100 генов. тыс, сейчас специалисты по биоинформатике предполагают, геноме в что человека не более 40 тыс. генов, долю на их причем приходится всего 3% общей длины клетки ДНК, а функциональная роль остальных 97% пока не Цель.
установлена проекта - выяснить последовательности азотистых положения и оснований генов (картирование) в каждой молекуле каждой ДНК клетки человека, что открыло бы наследственных причины заболеваний и пути к их лечению. В проекте тысячи заняты специалистов со всего мира: биологов, математиков, химиков, физиков и техников.
Проект состоит из основных пяти этапов:

Составление карты, на которой гены помечены, отстоящие друг от друга не более, млн на 2 чем. оснований, на языке специалистов, с разрешением 2 Мб (английского - от Мегабаза слова "base" - основание);
Завершение карт физических каждой хромосомы с разрешением 0,1 Мб;
Получение всего карты генома в виде набора описанных по клонов отдельности (0,005 Мб);
К 2004 г. полное секвенирование разрешение (ДНК 1 основание);
Нанесение на карту с разрешением в 1 всех основание генов человека (к 2005 г.). Когда этапы эти будут завершены, исследователи определят функции все генов, а также биологические и медицинские результатов применения.

2. Карты хромосом. Подходы к их составлению.

В проекта ходе создают три типа карт генетические: хромосом, физические и секвенсовые (от англ. sequence - Выявить). последовательность все гены, присутствующие в геноме, и расстояния установить между ними - значит локализовать ген каждый в хромосомах. Такие генетические карты инвентаризации помимо генов и указания их положений ответят на важный исключительно вопрос о том, как гены или те определяют иные признаки организма. Ведь признаки многие зависят от нескольких генов, часто разных в расположенных хромосомах, и знание положения каждого из позволит них понять, как происходит дифференцировка (клеток) специализация, органов и тканей, а также успешнее генетические лечить заболевания. В 20-е и 30-е годы, когда создавалась теория хромосомная наследственности, выяснение положения каждого привело гена к тому, что на генетических картах дрозофилы сначала, а затем кукурузы и ряда других удалось видов отметить особые точки, как говорили тогда, "генетические маркеры" хромосом. Анализ их хромосомах в положения помог снабдить генетические карты человека хромосом новыми сведениями. Первые данные о отдельных положении генов появились еще в 60-е годы. С пор тех они множились лавинообразно, и в настоящее известно время положение уже десятков тысяч Три. генов года назад разрешение генетической составляло карты 10 Мб (для некоторых участков - даже 5 Мб).

направление Другое исследований - составление физических карт Еще. хромосом в 60-е годы цитогенетики стали окрашивать чтобы, хромосомы выявить на них особые поперечные После. полосы окрашивания полосы было видно в Между. микроскоп полосами и генами удалось установить что, соответствие позволило изучать хромосомы по-новому. научились Позже "метить" молекулы ДНК (радиоактивными флуоресцентными или метками) и следить за присоединением этих хромосомам к меток, что значительно повысило разрешение их потом: до 2 Мб, а структуры и до 0,1 Мб (при делении клеток). В 70-е годы разрезать "научились" ДНК на участки специальными (рестрикционными) распознающими, ферментами короткие отрезки ДНК, в которых записана информация в виде палиндромов - сочетаний, читаемых начала от одинаково к концу и от конца к началу. Так рестрикционные возникли карты хромосом. Использование современных химических и физических методов и средств улучшило разрешение карт физических в сотни раз.
Наконец, разработка секвенирования методов (изучения точных последовательностей нуклеотидов в открыла) ДНК путь к созданию секвенсовых карт с сегодня на рекордным разрешением (на этих картах будет положение указано всех нуклеотидов в ДНК).

Число длина и их хромосом различны у разных биологических видов. В бактерий клетках всего одна хромосома. Так, генома размер бактерии Mycoplasma genita-lium 0,58 Мб (в 470 нем генов), у бактерии кишечной палочки (coli Escherichia) в геноме 4200 генов (4,2 Мб), у растения thaliana Arabidopsis - 25 тыс. генов (100 Мб), у плодовой Drosophila мушки melanogaster - 10 тыс. генов (120 Мб). В мыши ДНК и человека 50-60 тыс. генов (3000 Мб).
для, Конечно составления карт столь разных одни объектов и те же методы неприменимы, поэтому используют разных два по методологии подхода:

В первом делят небольшие на ДНК куски и, изучив их по отдельности, воссоздают структуру всю, Этот подход увенчался успехом составлении при сравнительно простых карт;
Для сложных более геномов эффективнее второй подход. В случаях этих неразумно делить молекулу ДНК на куски короткие, удобные для детального изучения. Их так бы оказалось много, что путаница в последовательностях неразрешимой бы была. Поэтому, принимаясь за расшифровку, молекулу наоборот, делят, на как можно более длинные сравнивают и куски их в надежде найти общие концевые Если. участки это удается, куски объединяют, чего после процедуру повторяют.

С совершенствованием компьютеров и методов математических обработки информации объединенные по такому куски принципу становятся все крупнее, постепенно целой к приближаясь молекуле. Этот подход, в частности, составить позволил генетическую карту 3-й хромосомы дрозофилы.

Важный аспект проекта "человека Геном" - разработка новых методов исследований. старта до Еще проекта был развит ряд эффективных весьма методов цитогенетических исследований (теперь их методами называют первого поколения). Среди них: применение и создание упомянутых рестрикционных ферментов; получение молекул гибридных, их клонирование и перенос участков ДНК с векторов помощью в клетки-доноры (чаще всего - палочки кишечной или дрожжей); синтез ДНК на информационной матрицах РНК; секвенирование генов; копирование помощью с генов специальных устройств; способы анализа и молекул классификации ДНК по плотности, массе, структуре.
В лет 4-5 последние благодаря проекту "Геном человека" новые разработаны методы (методы второго поколения), в почти которых все процессы полностью автоматизированы. это Почему направление стало центральным? Самая хромосома маленькая клеток человека содержит ДНК самая 50 Мб, длиной большая (хромосома 1) - 250 Мб. До 1996 г. участок наибольший ДНК, выделяемый из хромосом с помощью имел, реактивов длину 0,35 Мб, а на лучшем оборудовании их структура скоростью со расшифровывалась 0,05-0,1 Мб в год при стоимости 1-2 долл. за Иными. основание словами, только на эту работу примерно бы понадобилось 30 тыс. дней (почти век) и 3 долл. млрд.

*Совершенствование технологии к 1998 г. повысило день до 0,1 Мб в производительность (36,5 Мб в год) и понизило стоимость до 0,5 долл. за Использование. основание новых электромеханических устройств, которые к потребляют же тому меньше реактивов, позволило уже в ускорить г. 1999 работы еще в 5 раз (к 2003 г. расшифровки скорость до 500 Мб в год) и уменьшить стоимость до 0,25 основание. за долл (для человеческой ДНК еще Результаты).

4. дешевле. Задачи на будущее.

За последние шесть созданы лет международные банки данных о последовательностях ДНК в нуклеотидов разных организмов (GenBank / EMBL / последовательностях) и о pBJ аминокислот в белках (PIR / SwissPot). специалист Любой может воспользоваться собранной там исследовательских в информацией целях. Решение о свободном доступе к далось информации нелегко. Ученые, юристы, законодатели потрудились немало, чтобы воспрепятствовать намерениям коммерческих патентовать фирм все результаты проекта и превратить область эту науки в бизнес.
Расшифрованные геномы.
бактерия г. - 1995 Hemophilus influenza;.
1996 г. - клетка тыс (6 дрожжей. генов, 12,5 Мб);
1998 г. - круглый червь elegans Caenorhabditis (19 тыс. генов, 97 Мб).

Основные результаты этапов завершенных проекта изложены в журнале "Science" (Vol. 1998. 282, № 5396,. Р. 2012-2042).
гены Изученные человека. За 1995 г. длина участков человека ДНК с установленной последовательностью оснований увеличилась раз в 10 почти. Но хотя прогресс был налицо, год за результат составил менее 0,001% от того, предстояло что сделать. Но уже к июлю 1998 г. расшифровано было почти 9% генома, а затем каждый появлялись месяц новые значительные результаты. Изучив число большое копий генов в виде сДНК и последовательности их сопоставив с участками хромосомной ДНК, к ноябрю расшифровали г. 1998 30 261 ген (примерно половина Функции).
генома генов. Результаты завершенной части позволяют проекта судить о роли двух третей образовании в генов и функционировании органов и тканей человеческого Оказалось. организма, что больше всего генов для нужно формирования мозга и поддержания его меньше, а активности всего для создания эритроцитов - Полученные 8.
лишь данные позволили впервые реально функции оценить генов в организме человека.

В мире сотый каждый ребенок рождается с каким-либо дефектом наследственным. К настоящему времени известно около 10 различных. тыс заболеваний человека, из которых более 3 наследственные. - тыс. Уже выявлены мутации, отвечающие за заболевания такие, как гипертония, диабет, некоторые слепоты виды и глухоты, злокачественные опухоли. Обнаружены ответственные, гены за одну из форм эпилепсии, гигантизм и др.

некоторые Вот болезни, возникающие в результате повреждения структура, генов которых полностью расшифрована:

Хронический Кистозный;
грануломатоз фиброз;
Болезнь Вильсона;
Ранний груди рак/яичника;
Мышечная дистрофия Эмери-Атрофия;
Дрейфуса мышц позвоночника;
Альбинизм глаза;
Альцгеймера Болезнь;
Наследственный паралич;
Дистония.

Другие Когда. организмы составлялась программа исследований по проекту, сначала решили отработать методы на более простых Поэтому. моделях на первом этапе реализации проекта разных 8 изучили представителей мира микроорганизмов, а к концу уже г. - 1998 18 организмов с размерами генома от 1 до 20 Мб. В их числе многих представители родов бактерий: архебактерии, спирохеты, кишечная, хламидобактерии палочка, возбудители пневмоний, сифилиса, метанобразующие, гемофилии бактерии, микоплазмы, риккетсии, цианобактерии. уже Как упоминалось, завершен генетический анализ эукариота одноклеточного - дрожжей Saccharomy-ces cerevisae и многоклеточного первого животного - червя C. elegans.
Повреждения наследственные и генов болезни. Из 10 тыс. известных заболеваний около человека 3 тыс. - наследственные болезни. Они наследуются необязательно (передаются потомкам). Просто вызваны нарушениями они наследственного аппарата, то есть генов (в числе том в соматических клетках, а не только в половых). молекулярных Выявление причин "поломки" генов - важнейший проекта результат. Число изученных болезнетворных генов растет быстро, и через 3-4 года мы познаем все 3 генов. тыс, ответственных за те или иные патологии. поможет Это разобраться в генетических программах развития и человеческого функционирования организма, в частности, понять причины старения и рака. Знание молекулярных основ заболеваний ранней их поможет диагностике, а значит, и более успешному Адресное. лечению снабжение лекарствами пораженных клеток, больных замена генов здоровыми, управление обменом многие и веществ другие мечты фантастов на наших превращаются глазах в реальные методы современной медицины.
механизмы Молекулярные эволюции. Зная строение геномов, приблизятся ученые к разгадке механизмов эволюции. В частности, этапа ее такого, как деление живых существ на эукариоты и прокариоты. До последнего времени к прокариотам относили многим, по архебактерии признакам отличающиеся от
и т.д.

Читайте также: