No final do século 20, as tecnologias moleculares se desenvolveram tão intensamente que os pré-requisitos foram criados para o estudo sistemático da estrutura dos genomas. tipos diferentes seres vivos, incluindo humanos. Um dos objetivos mais significativos desses projetos é determinar a sequência completa de nucleotídeos do DNA genômico. Assim, uma nova ciência nasceu - genômica.

O início do novo milênio foi marcado pela maior descoberta no campo da genômica - a estrutura do genoma humano foi decifrada. A notícia acabou sendo tão significativa que virou assunto de discussão entre os presidentes dos principais países do mundo. No entanto, muitas pessoas não ficaram impressionadas com esta mensagem. Em primeiro lugar, isso se deve à falta de compreensão do que é um genoma, qual é sua estrutura e o que significa sua decodificação? Esta notícia tem alguma coisa a ver com medicina e pode afetar cada um de nós? O que é medicina molecular e seu desenvolvimento está relacionado à decifração da estrutura do genoma? Além disso, algumas pessoas têm medo de que mais uma vez uma nova descoberta de cientistas para a humanidade? Esses dados serão usados ​​para fins militares? Seguir-se-á um exame genético geral obrigatório - uma espécie de passaporte genético da população? Nosso genoma será objeto de análise e quão confidencial será a informação obtida? Todas essas questões estão sendo discutidas ativamente na comunidade científica.

É claro que a genômica não começou com os humanos, mas com seres vivos muito mais simples e organizados. Atualmente, a sequência de nucleotídeos do DNA genômico de muitas centenas de espécies de microrganismos foi decifrada, a maioria dos quais são patogênicos. Para os procariontes, a completude da análise acabou sendo absoluta, ou seja, nem um único nucleotídeo permanece indecifrado! Como resultado, não apenas todos os genes desses microrganismos são identificados, mas também são determinadas as sequências de aminoácidos das proteínas por eles codificadas. Temos observado repetidamente que o conhecimento da sequência de aminoácidos de uma proteína torna possível prever com bastante precisão sua estrutura e funções. Abre a possibilidade de obter anticorpos para esta proteína preditiva, seu isolamento do microrganismo e análise bioquímica direta. Vamos pensar no que isso significa para o desenvolvimento de métodos fundamentalmente novos de combate às infecções, se o médico não apenas souber como os genes do microrganismo infectante estão organizados, mas também qual é a estrutura e a função de todas as suas proteínas? A microbiologia está passando por enormes mudanças devido ao surgimento de uma enorme quantidade de novos conhecimentos, cuja importância atualmente não compreendemos completamente. Aparentemente, serão necessárias mais décadas para adaptar essas novas informações às necessidades da humanidade, principalmente no campo da medicina e Agricultura.

A transição de procariotos para eucariotos em termos de decifração da estrutura do genoma é acompanhada por grandes dificuldades, e não apenas porque o comprimento do DNA superior é milhares, e às vezes centenas de milhares de vezes maior, mas sua estrutura se torna mais complexa. Lembre-se de que um grande número de DNA não codificante aparece no genoma de animais superiores, uma parte significativa dos quais são sequências repetitivas. Eles introduzem uma confusão significativa no encaixe correto de fragmentos de DNA já decifrados. E, além disso, as próprias repetições em tandem são difíceis de decifrar. Na área de localização de tais repetições, o DNA pode ter uma configuração incomum, o que dificulta sua análise. Portanto, no genoma de um dos tipos de microscópicos lombriga(nematóides) - o primeiro organismo multicelular para o qual foi possível determinar a sequência de nucleotídeos do DNA - já existem vários lugares obscuros. Verdade, seus Gravidade Específicaé inferior a um centésimo por cento do comprimento total do DNA, e essas ambiguidades não dizem respeito a genes ou elementos reguladores. A sequência de nucleotídeos de todos os 19.099 genes desse verme, distribuídos em uma área de 97 milhões de pares de bases, foi completamente determinada. Portanto, o trabalho de decifração do genoma do nematoide deve ser reconhecido como muito bem-sucedido.

Um sucesso ainda maior está associado à decifração do genoma da Drosophila, que é apenas 2 vezes menor que o DNA humano e 20 vezes maior que o DNA do nematoide. Apesar do alto grau de conhecimento genético da Drosophila, cerca de 10% de seus genes eram desconhecidos até aquele momento. Mas o mais paradoxal é o fato de que a Drosophila, muito mais organizada do que o nematóide, acabou tendo menos genes do que a lombriga microscópica! É difícil explicar a partir de posições biológicas modernas. Mais genes do que na Drosophila também estão presentes no genoma decodificado de uma planta da família das crucíferas - Arabidopsis, amplamente utilizada pelos geneticistas como objeto experimental clássico.

O desenvolvimento de projetos genômicos foi acompanhado pelo desenvolvimento intensivo de muitas áreas da ciência e tecnologia. Assim, um poderoso impulso para o seu desenvolvimento recebeu bioinformática. Um novo aparato matemático foi criado para armazenar e processar grandes quantidades de informação; sistemas de supercomputadores com poder sem precedentes foram projetados; milhares de programas foram escritos que permitem em questão de minutos realizar análise comparativa vários blocos de informação, diariamente inserem novos dados obtidos em vários laboratórios do mundo em bancos de dados de computadores e adaptam novas informações àquelas que foram acumuladas anteriormente. Ao mesmo tempo, foram desenvolvidos sistemas para o isolamento efetivo de vários elementos do genoma e sequenciamento automático, ou seja, a determinação de sequências de nucleotídeos de DNA. Com base nisso, robôs poderosos foram projetados para acelerar significativamente o sequenciamento e torná-lo mais barato.

O desenvolvimento da genômica, por sua vez, levou à descoberta de um grande número de novos fatos. O significado de muitos deles ainda precisa ser avaliado no futuro. Mas mesmo agora é óbvio que essas descobertas levarão a repensar muitas posições teóricas sobre a origem e evolução várias formas vida na Terra. Eles vão te ajudar a entender melhor mecanismos moleculares subjacente ao trabalho de células individuais e suas interações; decifração detalhada de muitos ciclos bioquímicos até então desconhecidos; análise de sua conexão com os fundamentos processos fisiológicos. Assim, há uma transição da genômica estrutural para a funcional, que por sua vez cria os pré-requisitos para o estudo dos fundamentos moleculares da célula e do organismo como um todo. As informações já acumuladas serão objeto de análise nas próximas décadas. Mas cada Próxima Etapa no sentido de decifrar a estrutura dos genomas de diferentes espécies, gera novas tecnologias que facilitam o processo de obtenção de informações. Assim, o uso de dados sobre a estrutura e função dos genes de espécies de seres vivos menos organizados pode acelerar significativamente a busca por genes específicos de seres superiores. E mesmo agora, os métodos de análise de computador usados ​​para identificar novos genes muitas vezes substituem métodos moleculares bastante trabalhosos de busca de genes.

A consequência mais importante de decifrar a estrutura do genoma de uma determinada espécie é a possibilidade de identificar todos os seus genes e, consequentemente, identificar e determinar a natureza molecular das moléculas de RNA transcritas e de todas as suas proteínas. Por analogia com o genoma, os conceitos nasceram transcriptoma, que une o pool de moléculas de RNA formado como resultado da transcrição, e proteoma, que inclui muitas proteínas codificadas por genes. Assim, a genômica cria a base para o desenvolvimento intensivo de novas ciências - proteômica e transcriptômica. A proteômica trata do estudo da estrutura e função de cada proteína; análise da composição proteica da célula; determinação da base molecular do funcionamento de uma única célula, que é o resultado do trabalho coordenado de muitas centenas de proteínas, e o estudo da formação do traço fenotípico de um organismo, que é o resultado do trabalho coordenado de bilhões de células. Processos biológicos muito importantes também ocorrem no nível do RNA. Sua análise é o assunto da transcriptômica.

Os maiores esforços de cientistas de vários países do mundo que trabalham no campo da genômica foram direcionados para a solução do projeto internacional "Genoma Humano". Um progresso significativo nesta área está associado à implementação da ideia proposta por J.S. Venter, de procurar e analisar sequências de DNA expressas, que podem posteriormente ser utilizadas como uma espécie de "rótulos" ou marcadores para determinadas partes do genoma. Outra abordagem independente e não menos frutífera foi tomada pelo trabalho do grupo liderado pelo Pe. Collins. Baseia-se na identificação primária de genes para doenças hereditárias humanas.

Decifrar a estrutura do genoma humano levou a uma descoberta sensacional. Descobriu-se que o genoma humano contém apenas 32.000 genes, o que é várias vezes menor que o número de proteínas. Ao mesmo tempo, existem apenas 24.000 genes codificadores de proteínas; os produtos dos genes restantes são moléculas de RNA. A porcentagem de semelhança nas sequências de nucleotídeos de DNA entre diferentes indivíduos, grupos étnicos e raças é de 99,9%. Essa semelhança é o que nos torna humanos. Homo sapiens! Toda a nossa variabilidade no nível de nucleotídeos se encaixa em uma figura muito modesta - 0,1%. Assim, a genética não deixa espaço para ideias de superioridade nacional ou racial.

Mas, olhe um para o outro - somos todos diferentes. As diferenças nacionais e, mais ainda, raciais são ainda mais perceptíveis. Então, quantas mutações determinam a variabilidade de uma pessoa não em termos percentuais, mas em termos absolutos? Para obter essa estimativa, você precisa lembrar qual é o tamanho do genoma. O comprimento de uma molécula de DNA humano é de 3,2 x 10 9 pares de bases. 0,1% disso é 3,2 milhões de nucleotídeos. Mas lembre-se que a parte codificadora do genoma ocupa menos de 3% do comprimento total da molécula de DNA, e as mutações fora dessa região, na maioria das vezes, não têm nenhum efeito sobre variabilidade fenotípica. Assim, para obter uma estimativa integral do número de mutações que afetam o fenótipo, você precisa tirar 3% de 3,2 milhões de nucleotídeos, o que nos dará um valor de cerca de 100.000, ou seja, cerca de 100 mil mutações formam nossa variabilidade fenotípica. Se compararmos esse número com o número total de genes, verifica-se que, em média, existem 3-4 mutações por gene.

Quais são essas mutações? Sua grande maioria (pelo menos 70%) determina nossa variabilidade individual não patológica, o que nos distingue, mas não nos torna piores em relação uns aos outros. Isso inclui características como olhos, cabelos, cor da pele, tipo de corpo, altura, peso, tipo de comportamento, que também é amplamente determinado geneticamente e muito mais. Cerca de 5% das mutações estão associadas a doenças monogênicas. Cerca de um quarto das mutações restantes pertencem à classe de polimorfismos funcionais. Eles estão envolvidos na formação de predisposição hereditária para patologia multifatorial generalizada. É claro que essas estimativas são bastante grosseiras, mas tornam possível julgar a estrutura da variabilidade hereditária humana.



Seções de genômica

Definição de genoma e genômica.

Introdução à genômica.

Em primeiro lugar, vamos definir o conceito de "genoma". Existem várias definições de genoma. NO dicionário enciclopédico“Genetics” por N.A. Kartel et al. dá duas definições do genoma. Primeiramente, o genoma é entendido como a totalidade do conjunto haplóide de cromossomos de um determinado tipo de organismo. E, em segundo lugar, é todo o material genético de um vírus, célula ou organismo individual que não é aloplóide. Em nossa apresentação, partiremos do fato de que o genoma de uma célula é todo o conjunto de DNA localizado no núcleo e nas mitocôndrias (plastídios) dessa célula ou organismo. Essa definição é frequentemente usada em trabalhos relacionados ao estudo do genoma.

A estrutura e função dos estudos do genoma ciência especial – genômica.

Os avanços no estudo do genoma humano tornaram-se mais visíveis em conexão com o desenvolvimento e posterior implementação do projeto internacional "Genoma Humano". Este projeto internacional reuniu centenas de cientistas de países diferentes e foi realizado de 1989 a 2005. As principais direções do projeto são o mapeamento gênico (determinando a localização dos genes nos cromossomos) e o sequenciamento de DNA ou RNA (a ordem dos nucleotídeos no DNA ou RNA). O iniciador deste movimento desde o início foi o laureado premio Nobel cientista J. Watson. Na Rússia, o acadêmico Baev A.A. se tornou um entusiasta. Mais de US$ 6 bilhões foram gastos no projeto. Os custos de material da Rússia eram tão modestos que não são levados em consideração no cálculo do custo geral. Apesar disso, cientistas russos realizaram pesquisas sobre o mapeamento dos cromossomos 3,4,13 e 19. O projeto possibilitou decifrar completamente a sequência de nucleotídeos no genoma humano. Na verdade, esta foi a primeira etapa - estrutural. A segunda etapa, que foi chamada de funcional, será associada à decifração da função do gene. Os resultados obtidos no campo da pesquisa do genoma formaram a base do primeiro livro didático para universidades "Genomics" publicado nos EUA por C. Cantor e C. Smith em 2000.

A genômica é dividida em cinco seções independentes.

Genômica estrutural estuda a sequência de nucleotídeos no genoma, determina os limites e a estrutura dos genes, regiões intergênicas, promotores, intensificadores, etc., ou seja, realmente participa da preparação mapas genéticos organismo. Estima-se que o genoma humano consiste em 3,2 bilhões de nucleotídeos.

genômica funcional identifica a função de cada gene e região do genoma, sua interação no sistema celular. Um de tarefas críticas genômica para criar o chamado "rede genética"- trabalho interligado de genes. Por exemplo, a rede de genes do sistema hematopoiético inclui pelo menos 500 genes. Eles não estão apenas interconectados, mas também associados a outros genes.

Genômica comparativa estuda semelhanças e diferenças na organização dos genomas organismos diferentes.

Genômica evolutiva explica a evolução dos genomas, a origem polimorfismo genético e biodiversidade, o papel da transferência horizontal de genes. Aplicado aos humanos, assim como a qualquer organismo, podemos dizer que a evolução humana é a evolução do genoma.

genômica médica resolve problemas aplicados de clínica e Medicina preventiva baseado no conhecimento de genomas humanos e organismos patogênicos.

A genômica humana é a base medicina molecular e suas realizações são usadas no desenvolvimento métodos eficazes diagnóstico, tratamento e prevenção de doenças hereditárias e não hereditárias. Se antes se supunha que a patologia hereditária está associada a certos genes ou zonas reguladoras, agora, tudo mais atenção atrair sequências de nucleotídeos localizadas em lacunas intergênicas. Eles foram considerados "silenciosos" por muito tempo. Atualmente, mais e mais informações estão se acumulando sobre sua influência na expressão gênica.

Os estudos no campo do genoma confirmaram mais uma vez a necessidade de uma abordagem individualizada na prevenção e tratamento de doenças. De considerável interesse para a medicina são os estudos relacionados à compilação de uma "rede de genes" - esquemas para a interação de genes entre si no nível de produtos proteicos. Esses estudos contribuíram para a criação no âmbito da genômica nova ciência – proteômica, que estuda a paisagem proteica da célula em vários modos de funcionamento do gene. Os resultados obtidos mostram claramente a viabilidade de uma abordagem individual para o tratamento da doença. Agora a proteômica é ciência independente intimamente relacionado com a genômica.

A esse respeito, deve-se destacar que a tese “para tratar não a doença, mas o paciente” recebeu confirmação significativa em inúmeros estudos do genoma e das proteínas. Com base neles, a prioridade dessa disposição na prática médica deixou de ser questionada.

Embora a genômica como ciência tenha surgido há relativamente pouco tempo, vários estágios já podem ser distinguidos em seu desenvolvimento.

Estágio 1. 1900 - 1940 Nesta fase, os sinais mendelianos de uma pessoa são estudados. Método de pesquisa - análise genealógica. O estudo sistemático do genoma humano na verdade começou com o desenvolvimento da análise mendeliana. traços hereditários em animais no início do século XX. Aplicado a humanos, era um método genealógico para estudar traços hereditários. Nesta fase, os cientistas identificaram principalmente sinais mandelianos de uma pessoa e chegou perto da descrição grupos de embreagem. Cerca de 400 sinais mendelianos de uma pessoa e 4 grupos de ligação foram encontrados. Desde a década de 1950, a descoberta de grupos de ligação e caracteres mendelianos vem desacelerando. Atualmente, o método genealógico para estudar o genoma humano em forma pura se exauriu.

Etapa 2. 1940 - 1980 A fase de estudar grupos de ligação. Métodos de estudo - genealógico, citogenético e método de hibridização de células somáticas. Progressos significativos na citogenética humana, especialmente a genética de células somáticas na década de 60, em combinação com a abordagem genealógica, colocaram o estudo do genoma humano em novos base teórica. Implementação na prática pesquisa científica métodos bioquímicos e imunológicos aceleraram significativamente não apenas a descoberta de novos traços mendelianos, mas também facilitaram o processo de decodificação de novos no genoma humano grupos de ligação de genes. Infelizmente, o conhecimento dos grupos de ligação ainda não permite determinar a localização exata dos genes nos cromossomos. E o último, necessário para o desenvolvimento bem sucedido Engenharia genética e relacionado problemas práticos no campo da medicina, agricultura, etc. Portanto, o número de estudos na área de mapeamento gênico (mapeamento) está começando a aumentar drasticamente.

3etapa. 1980 até hoje. O estágio de estudar a localização de genes no genoma e decifrar sua sequência de nucleotídeos. O método de estudo é bioquímico, imunológico. Esta fase começou a tomar forma na década de 1980 com o desenvolvimento de métodos genéticos e tecnologias de engenharia genética. O processo de cognição do genoma se aprofundou ao isolamento gene em sua forma pura e seu sequenciamento (estabelecimento da sequência nucleotídica). Nos Estados Unidos e na Grã-Bretanha, dispositivos automatizados de sequenciamento de genoma foram desenvolvidos e implementados. Eles foram nomeados genomotrons. Eles realizam mais de 100.000 reações de polimerase por hora. Grande papel nesta fase, a informática e Sistemas de informação. Graças a eles, os problemas de acúmulo de informações de diferentes fontes, seu armazenamento e uso operacional por pesquisadores de diferentes países são resolvidos.

Em 1980, o genoma de uma das bactérias foi completamente mapeado; em 1986, o mapeamento do DNA de uma célula de levedura foi concluído; em 1998, o genoma de uma lombriga foi completamente mapeado, etc. Até o momento, a determinação da sequência de bases no DNA de mais de 50 representantes do mundo animal (principalmente com tamanho pequeno do genoma - patógenos de pneumonia, sífilis, rickettsia, espiroqueta, levedura, lombriga, etc.) foi concluída. final trabalho semelhante e para o genoma humano. Descrito mais de 19 mil várias doenças pessoas, das quais cerca de 3 mil são doenças hereditárias.

Uma das iniciativas interessantes no campo da genômica é criar um DNA artificial que contenha um conjunto mínimo de genes, gaiola necessária para a existência autônoma. Estima-se que isso exigirá cerca de 350 a 450 genes.

Atualmente, toda a sequência de nucleotídeos do genoma humano foi decodificada, a seguinte tarefa está sendo resolvida - o estudo de variações de nucleotídeo único do DNA em corpos diferentes e células de indivíduos individuais e identificar diferenças genéticas entre indivíduos. Isso nos permitirá proceder à criação de retratos genéticos (mapas) de pessoas. Por um lado, isso ajudará a tratar doenças com mais sucesso, por outro lado, levanta uma série de questões sérias. Por exemplo, Companhias de seguros pode usar as informações do cartão genético do portador que solicita o seguro gene recessivo doença, para aumentar os preços de seu seguro.

Por outro lado, supõe-se que na próxima etapa do desenvolvimento da genômica, um lugar significativo será ocupado por pesquisas relacionadas à decifração características funcionais todas as regiões codificantes e não codificantes do genoma aplicadas a um indivíduo.

Abordagem individual ao estudo da estrutura e função do genoma humano, é susceptível de liderar o desenvolvimento desta área da genética.

O projeto internacional "Genoma Humano", do qual participaram vários milhares de cientistas, terminou em 2000. No entanto, as pesquisas nesse sentido não param. Foi um dos projetos mais caros da história da civilização, custando mais de US$ 500 milhões por ano.

Infelizmente, a Rússia suspendeu sua contribuição para o projeto internacional "Genoma Humano".

NO Um pequeno vírus adeno-associado (AAV) está sendo considerado como um vetor potencial porque, ao contrário dos adenovírus, não causa doença. No entanto, ele não carrega o gene também. Para melhorá-lo como vetor, estão sendo realizados experimentos de irradiação e modificação química. Outros laboratórios estão experimentando Retrovírus CFTR, pois esses vírus inserem naturalmente seu genoma nas células hospedeiras.

No entanto, permanece a questão se a síntese normal da proteína CFTR eliminará as infecções bacterianas dos pulmões, que são responsáveis ​​por 90% da morbidade e mortalidade. Há todas as razões para esperar que a engenharia genética lide com essa tarefa com sucesso. Uma proteína nos pulmões, cuja função é destruir células estranhas, não é ativada em uma concentração de sal aumentada (isto é, é isso que caracteriza a fibrose cística); mas assim que o CFTR começa a produzir seu produto, a concentração de sal diminui e a proteína é ativada.

NO métodos de terapia genética estão sendo desenvolvidos atualmente para o tratamento de outras doenças hereditárias. Assim, em caso de violações da função das células sanguíneas, elas podem ser convertidas em um meio de cultura e introduzidas em

medula óssea do paciente ambiente natural. Sem dúvida, alguns dos desenvolvimentos serão coroados de sucesso e se tornarão prática médica comum nos próximos anos.

Todos esses fatos são exemplos do chamado terapia genética somática, isto é, eles são aplicados no corpo (algumas) do paciente na esperança de que seja obtido um número suficiente de células que possam realizar funções normais. O paciente pode se recuperar, mas o risco de passar genes indesejados para a prole ainda permanece, porque as células germinativas não são modificadas dessa maneira. terapia com células germinativas visa modificar todo o organismo, incluindo as glândulas que produzem as células sexuais. A maneira mais simples (teoricamente) é modificar o óvulo fertilizado introduzindo nele um transgene adequado. Esse tipo de procedimento já é possível e vem sendo realizado com sucesso em animais de experimentação, como camundongos. Mas pode ser aplicado a uma pessoa e, o mais importante, vale a pena? Esta é uma questão ética séria, e alguns moralistas argumentam que se a terapia genética somática é ética, então brincar com o genoma humano e mudar o conjunto genético de nossos descendentes é inaceitável, então tais procedimentos deveriam ser banidos.

Genômica - o estudo de todo o genoma

Últimos avanços em sequenciamento e desenvolvimento meios técnicos Para processamento um grande número clones na biblioteca de genes permitiram aos cientistas estudar todo o genoma de um organismo de uma só vez. Sequências completas de muitas espécies já foram determinadas, incluindo a maioria dos chamados modelos organismos genéticos tais como E. coli, lombriga Caenorhabditis elegans;

e, claro, o objeto clássico da genética, a mosca da fruta Drosophila melanogaster. Na década de 1990, apesar de uma série de turbulências e controvérsias, foi lançado um projeto para estudar o genoma humano (“Genoma Humano”), financiado pelo National Institutes of Health. Em fevereiro

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2001 grupo grande Pesquisadores liderados por J. Craig Venter do laboratório privado Celera Genomics fizeram uma declaração sobre a decodificação preliminar do genoma humano. O resultado de seu trabalho foi publicado em 16 de fevereiro de 2001 na revista Science.

Outra versão, apresentada por um grupo do International Human Genome Sequencing Consortium, foi publicada em 13 de fevereiro de 2001 na revista Nature.

O nascimento da genômica pode ser considerado em meados do século 20, quando os geneticistas mapearam todos os cromossomos de organismos modelo com base na frequência de recombinações (ver Capítulo 8). No entanto, esses mapas mostraram apenas os genes para os quais os alelos mutantes eram conhecidos e, portanto, esses mapas não podem ser chamados de completos. O sequenciamento completo de DNA permite localizar todos os genes de um organismo, bem como estabelecer a sequência de bases entre eles.

A genômica é dividida em estrutural e funcional. A genômica estrutural visa descobrir exatamente onde certos genes estão localizados no DNA cromossômico. Os programas de computador reconhecem o início e o fim típicos dos genes, selecionando as sequências que provavelmente são genes. Essas sequências são chamadas quadro de leitura aberto(abrir

quadro de leitura, OFR). O mesmo programas de computador também pode reconhecer íntrons típicos em sequências OFR. Depois que os íntrons são isolados do gene potencial, o computador usa o código restante para determinar a sequência de aminoácidos na proteína. Em seguida, essas proteínas potenciais são comparadas com aquelas proteínas cujas funções já são conhecidas e cujas sequências já estão inseridas no banco de dados. Graças a este tipo de programas, os chamados conservadorismo evolutivo: que para a maioria dos genes em organismos diferentes existem genes semelhantes. De posições desenvolvimento evolutivo esta semelhança é compreensível: se a proteína de qualquer espécies bem adaptado para suas funções, então seu gene é transmitido da mesma forma ou com pequenas mudanças para espécies derivadas da inicial. O conservadorismo evolutivo permite a identificação de genes relacionados a um determinado gene em outros organismos. Comparando o gene resultante com os já conhecidos, muitas vezes é possível determinar sua função, necessariamente verificando-a em experimentos subsequentes.

Uma vez que todos os genes potenciais tenham sido identificados, o mapeamento genético começa. O mapa genético humano é um diagrama bastante confuso e heterogêneo, pois cada gene é marcado com uma determinada cor dependendo de sua função, que é estabelecida em comparação com outros genes conhecidos. A maioria dos genes humanos, como os genes de todos os eucariotos em geral, tem íntrons grandes. De acordo com estimativas aproximadas, entre as sequências publicadas, cerca de um terço ou um quarto são íntrons. Curiosamente, apenas cerca de 1,5% do genoma humano total (cerca de 2,9 x 109 pares

bases) contêm sequências (éxons) que codificam proteínas. Além disso, esse DNA parece conter apenas 35.000-45.000 genes, o que é menos do que o previsto. Ainda temos que entender como um número relativamente pequeno de genes codifica um organismo tão complexo.

Dois terços a três quartos do genoma estão na vasta

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O número de cópias de DNA repetitivo em diferentes pessoas não é o mesmo, então elas podem ser usadas para estabelecer a identidade, inclusive na medicina forense.

genômica funcional

genômica funcionalé o estudo da função do gene ao nível de todo o genoma. Embora os genes potenciais possam ser identificados por sua semelhança com genes que desempenham funções conhecidas em outros organismos, todas as suposições devem ser testadas contra o organismo em estudo. Em alguns organismos modelo, como a levedura nutricional, é possível desligar sistematicamente a função dos genes. forma funcional forma apagada em um vetor especial. Em seguida, obtenha uma cepa com um gene desativado e avalie seu fenótipo. Em um programa em andamento para analisar o genoma nutricional da levedura, vários milhares de genes foram desativados um por um.

Outro método de genômica funcional é que eles estudam o mecanismo de transcrição no nível de todo o genoma. Este método com base no pressuposto de que a maioria fenômenos biológicos representar processos complexos envolvendo muitos genes. De particular interesse para os pesquisadores são os processos associados ao desenvolvimento do organismo, que mencionamos no Cap. 11. Se a transcrição de genes for estudada sob diferentes condições de crescimento, pode-se ter uma ideia das vias genéticas completas do desenvolvimento de um organismo.

Mas como a transcrição pode ser estudada no nível do genoma? Mais uma vez, as novas tecnologias ajudam os cientistas nisso. O DNA de cada gene do genoma ou de alguma parte do genoma é colocado na superfície de pequenas placas de vidro dispostas em ordem. Em seguida, eles são expostos a todos os tipos de mRNA encontrados na célula desse organismo. O DNA nas placas é obtido em duas

maneiras. Em um método, todos os mRNAs são transcritos reversamente para produzir moléculas curtas de DNA complementares correspondentes a um único gene. De outra forma, os genes (ou partes dos genes) são sintetizados uma base de cada vez em certas áreas das placas. A síntese é realizada por robôs que abrem e fecham

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superfície de vidro em uma determinada ordem. Registros com o genoma de muitos organismos podem ser adquiridos em empresas químicas.

Para estudar o mecanismo de transcrição, todos os mRNAs de um determinado estágio de desenvolvimento são marcados com um marcador fluorescente e distribuídos sobre a superfície das placas. Esses mRNAs se ligam ao seu respectivo DNA e podem ser reconhecidos por suas manchas brilhantes. Como a posição do DNA de cada gene individual nas placas é conhecida antecipadamente, o computador determina quais genes são transcritos em um determinado estágio de desenvolvimento.

Assim, com a ajuda dessas e de outras tecnologias, os geneticistas estão começando a descobrir os modelos gerais da organização dos seres vivos, desde funcionais e lado estrutural. Para processar uma enorme quantidade de informações, surgiu um ramo especial da ciência - a bioinformática. As próximas décadas prometem ser uma época de grandes descobertas.

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Primeira minuta, 2003 - conclusão do projeto). Seu desenvolvimento tornou-se possível não apenas pelo aprimoramento dos métodos bioquímicos, mas também pelo surgimento de uma tecnologia computacional mais poderosa, que possibilitou trabalhar com enormes quantidades de dados. O comprimento dos genomas em organismos vivos às vezes é medido em bilhões de pares de bases. Por exemplo, o genoma humano tem cerca de 3 bilhões de pares de bases. O maior genoma conhecido (no início de 2010) pertence a uma das espécies de peixes pulmonados (aproximadamente 110 bilhões de pares).

Seções de genômica

Genômica estrutural

Genômica estrutural - o conteúdo e organização da informação genômica. Tem como objetivo estudar genes com estrutura conhecida para entender sua função, bem como determinar estrutura espacial o número máximo de moléculas de proteína "chave" e sua influência nas interações.

genômica funcional

A genômica funcional é a implementação da informação registrada no genoma do gene para o traço.

Genômica comparativa

Genômica comparativa (evolucionária) - estudos comparativos conteúdo e organização dos genomas de diferentes organismos.

A obtenção de sequências genômicas completas esclareceu o grau de diferenças entre os genomas de diferentes organismos vivos. A tabela abaixo apresenta dados preliminares sobre a semelhança dos genomas de diferentes organismos com o genoma humano. A similaridade é dada em porcentagem (refletindo a proporção de pares de bases que são idênticos nas duas espécies comparadas).

Visualizar	similaridade	Notas e fontes
Cara	99,9 %	Projeto Genoma Humano
	100 %	gêmeos idênticos
Chimpanzé	98,4 %	Americanos para o Progresso Médico;
	98,7 %	Richard Mural da Celera Genomics, citado na MSNBC
Bonobo, ou chimpanzé pigmeu		O mesmo que para os chimpanzés.
Gorila	98,38 %	Com base no estudo de DNA não repetitivo intergênico (American Journal of Human Genetics, fevereiro de 2001, 682, pp. 444-456)
Mouse	98 %
	85 %	ao comparar todas as sequências que codificam proteínas, NHGRI
Cão	95 %	Jon Entine no San Francisco Examiner
C.elegans	74 %	Jon Entine no San Francisco Examiner
Banana	50 %	Americanos para o progresso médico
Narciso	35 %	Steven Rose no The Guardian 22 de janeiro

Exemplos da aplicação da genômica na medicina

Em um hospital de Wisconsin, uma criança em três anos de idade anos por muito tempo médicos perplexos, seus intestinos estavam inchados e completamente cheios de abscessos. Aos três anos, essa criança já havia passado por mais de cem cirurgias separadas. Para ele, uma sequência completa das regiões codificadoras de seu DNA foi ordenada, de acordo com os resultados, com a ajuda de meios improvisados, foi identificado o culpado da doença - a proteína XIAP envolvida nas cadeias sinalizadoras de morte celular programada. No operação normal desempenha um papel muito importante sistema imunológico. Com base nesse diagnóstico, os fisiologistas recomendaram o transplante de medula óssea em junho de 2010. Em meados de junho, a criança já conseguia comer pela primeira vez na vida.

Outro caso foi associado a um quadro atípico Câncer em uma mulher de 39 anos que sofre de forma aguda leucemia promielocítica. Com métodos diagnósticos padrão, no entanto, a doença não foi detectada. Mas ao decifrar e analisar o genoma células cancerosas descobriu-se que uma grande parte do 15º cromossomo mudou-se para o 17º, o que causou uma certa interação gênica. Como resultado, a mulher recebeu o tratamento de que precisava.

Notas

Veja também

Links

• Tishchenko P.D. Genomics: um novo tipo de ciência em uma nova situação cultural.
• Genomas microbianos completos (genomas completamente decodificados de bactérias e archaea).

Genômica
Projeto Genoma Paleopoliploidia Glicômica Projeto Genoma Humano Proteômica Metabolômica Quimiogenômica Genômica Estrutural Farmacogenética Farmacogenômica Toxicogenômica Genômica Computacional Bioinformática Sistemas de Quimioinformática Biologia

Fundação Wikimedia. 2010.

Sinônimos:

Veja o que é "Genomics" em outros dicionários:

genômica- * genômica * genômica é uma nova direção da genética, a ciência dos genomas, incluindo o estudo de sua estrutura, funcionamento e evolução nos níveis molecular, cromossômico, bioquímico e fisiológico. Uma das tarefas do G estrutural é ... ... Genética. dicionário enciclopédico

Existe., número de sinônimos: 1 genética (11) dicionário de sinônimos ASIS. V.N. Trishin. 2013... Dicionário de sinônimos

genômica- Uma ciência que estuda todos os genes e seu papel na estrutura do corpo, tanto em estado normal quanto em doença Assuntos de biotecnologia EN genômica ... Manual do Tradutor Técnico

Genômica- ler o genoma, em particular, de uma pessoa, e atividades científicas e técnicas relacionadas: ஐ É óbvio que era mais fácil chegar à impunidade para diferenciar direções em tecnobiologia, já que clamando por plágio e até aprimoramento ... .. . O mundo de Lem - dicionário e guia

genômica- Genômica Genômica O estudo de todo o conjunto de genes que compõem um organismo ... Explicativo dicionário inglês-russo sobre nanotecnologia. - M

genômica- genomika statusas T sritis augalininkystė apibrėžtis Nauja genetikos kryptis, kuri apima genomo individualių genų molekulių lygyje, geno sandaros, jo raiškos, aktyvumo reguliavimo mechanizmo ir genų panaudojimo genų inžinerijos tikslams… … Žemės ūkio augalų selekcijos ir sėklininkystės terminų žodynas

Ramo da genética que estuda a estrutura e o funcionamento da decomposição do genoma. organismos com a ajuda de biol., físico. química e métodos de computador … Ciência natural. dicionário enciclopédico

genômica- genética ômica, e... dicionário de ortografia russo

Genômica- uma seção de genética, cujo assunto é o estudo dos princípios de construção de genomas e sua estrutura organização funcional … Dicionário de Psicogenética

Procura descrever a estrutura tridimensional de cada proteína codificada por um determinado genoma. Uma combinação de abordagens experimentais e de modelagem é usada. Diferença fundamental entre genômica estrutural e estrutural tradicional ... ... Wikipedia

Livros

• Genética clínica. Genômica e proteômica da patologia hereditária. Tutorial. Abutre UMO na educação universitária clássica, Mutovin Gennady Romanovich. O livro discute as principais disposições e conceitos da genética clínica, levando em conta os resultados do programa científico internacional `Genoma Humano` (1988-2005). História, disposições,…

(no língua Inglesa A genômica é a ciência que estuda os genomas. A quantidade de informação genômica aumentou dramaticamente em últimos anos devido aos avanços na tecnologia de sequenciamento de DNA. GenBank, o banco de dados do NIH (Institutos Nacionais de Saúde dos EUA), em abril de 2011, contém 135.440.924 sequências de DNA.

O ano de 1956 tornou-se fundamental no processo de pesquisa em genética humana, pois nesse ano foi criada a ciência da cromosologia e realizado um congresso de genética humana em Copenhague.

A evolução de qualquer ciência é determinada pelo refinamento de modelos e teorias, mas novas suposições não anulam velhas verdades, de modo que o que era verdade ontem não é necessariamente falso hoje. Somente as pseudociências são imutáveis ​​por séculos e se orgulham disso como se fosse uma espécie de garantia de qualidade.

Estamos sitiados por todos os lados pelas muitas disciplinas, antigas e novas, que ensinam práticas médicas com resultados excepcionais, dispositivos revolucionários para medir habilidades negativas e positivas.

Atualmente, não há setor da ciência que não tenha sido explorado em algum lugar e por alguém no mundo: todos os dias, gigantes centros de pesquisa em universidades, institutos privados e até pequenos laboratórios distribuem Grande quantidade novas informações sobre pesquisa mais recente e acréscimos a eles. Às vezes essa informação é bastante excêntrica, como em áreas como a invisibilidade, o comportamento sexual das moscas na China, ou o peso molecular dos cheiros, e em áreas que abrem espaço para cenários emocionantes, como aqueles relacionados à construção da vida em um laboratório ou a descoberta de novos planetas que poderiam levar essa nova vida.

Pioneiro na corrida para prolongar a vida humana está Craig Venter, geneticista, empresário e filantropo por trás do Projeto Genoma Humano, que disse em março deste ano que seu mais recente projeto genômico usaria US$ 70 milhões em capital para criar nova empresa com o nome Human Longevity Inc (HLI). Venter não está sozinho em suas ambições. Por exemplo, a empresa Calico (California Life Company) tem como objetivos melhorar a saúde das pessoas, resolver o problema do envelhecimento e doenças associadas, e a Universidade da Califórnia, em San Diego - onde vão seccionar o genoma do câncer e os tumores HLI para todos os pacientes que sofrem de câncer e quem lhe dará o seu consentimento.

Desde o primeiro sequenciamento em 2011, a genômica progrediu rapidamente, e agora os cientistas do câncer estarão se movendo para novo nível"a próxima fronteira na ciência", diz Lipman, diretor do Instituto da Califórnia. “Estamos agora em um período que vai equiparar historicamente para a genômica do seccionamento de células cancerosas aos anos 90 para o desenvolvimento da Internet. Estamos estudando genoma e tecnologias de seccionamento na esperança de que essa escala possa ser alcançada resultados rápidos. O que costumava levar de 15 a 20 anos agora pode ser alcançado em 1 a 2 anos. A luta contra o câncer está evoluindo rapidamente e isso é apenas a ponta do iceberg."

Fatos do campo da genômica:

. Em abril de 2003, o Projeto Genoma Humano foi concluído após 13 anos de pesquisa. 2,7 bilhões de dólares foram investidos neste projeto.
. Em dezembro de 2005, o Cancer Genome Atlas, um projeto piloto de 3 anos e US$ 100 milhões, foi lançado para estudar a composição genética das células cancerosas.
. Em maio de 2007, o genoma de James Watson, um dos descobridores do DNA, foi "sequenciado" em sua totalidade a um custo de até um milhão de dólares.
. Desde o final do ano passado, a 23andMe fornece sequenciamento de genoma por apenas US$ 1.000.
. Atualmente, o Projeto Genoma Humano está em andamento. Após o sequenciamento, foram encontrados cerca de três bilhões de pares de bases que compõem o DNA. O projeto ENCODE (Enciclopédia de Elementos de DNA), nascido de uma colaboração internacional de mais de 80 países e 35 grupos de pesquisa, promete a primeira interpretação da informação para descrever o comportamento do genoma.

Os pesquisadores conseguiram entender como e onde certas funções biológicas surgem, desafiando vários dogmas e reavaliações do que até ontem era considerado DNA "indesejável" ou DNA não codificado (inativo). "Os novos dados mostram que o genoma contém muito poucas seções que não estão sendo usadas", disseram o Consórcio e o Laboratório Europeu em comunicado. biologia molecular(EMBL-EBI), que liderou o estudo com o National Human Genome Research Institute (NHGRI), National Institutes of Health (NIH) nos Estados Unidos. A refutação do mito do determinismo genético pelo Projeto Genoma Humano marca o início de uma nova era pós-genômica.

Nova situação cultural

Até pouco tempo atrás, o “design” do homem, ou seja, a criação de todas as suas características, era confiado à natureza, ninguém podia intervir para melhorar o ser humano.
Todo novo organismo nasce de uma pequena célula. Ele herda o programa ancestral na forma de DNA, mas não herda os corpos físicos de seus ancestrais. Ele herda o coração de seus pais, mas tem um novo coração. Tudo começa do zero, de uma célula, mas de cada vida nova o programa de DNA pode obter melhorias e deteriorações.
Antes de avaliar o efeito da genômica, deve-se notar que seria impossível, e até irresponsável, abandonar os métodos de manipulação genética apenas porque esses métodos podem ser usados ​​por pessoas inescrupulosas e egoístas para seus próprios fins.

Ninguém Agencia do governo não tem isso varinha mágica que poderia fazer desaparecer todas as tecnologias genômicas. Pergunta principal O desenvolvimento da genômica não consiste em pensar em como bloquear esse progresso, mas em como obter o máximo benefício e minimizar os riscos.

Avaliar as possibilidades da genômica em termos de possibilidades terapêuticas e no campo da melhoria do fundo genético depende princípios éticos ser tomado como guia.

Para aqueles que são defensores da reprodução humana “sob supervisão” e que estão dispostos a aceitar como fato, a possibilidade de usar métodos artificiais será muito fácil de aceitar e manipulação genética, mas para alguém, isso será inaceitável.

Indo além dos princípios dos quais a ciência é repelida, a humanidade deve ter em mente que todas as tecnologias genômicas utilizadas em humanos têm um ser humano em primeiro plano. Esse fator levanta muitos pontos de interrogação, incluindo a questão de qual efeito a engenharia genética pode ter no equilíbrio do ecossistema e na moralidade da própria pessoa, que é, em última análise, beneficiária de uma ciência como a genômica.

Antes de falar diretamente sobre as consequências que as manipulações genéticas podem ter, esclarecemos que o desejo de melhorar o design de um ser humano, antes do nascimento, é primordialmente influência direta na seleção, ou seja, "a remoção do que é diferente, do que não é perfeito, resultou sem sucesso". É como jogar um embrião fracassado no lixo durante um procedimento de fertilização in vitro.

No ambiente de uma ciência como a genômica, podemos falar sobre a possibilidade de fundar o novo tipo serviços, um "serviço genético", que terá de satisfazer o desejo humano de melhorar o seu património genético. Este serviço, muito provavelmente, será pago com apoio estatal ou estritamente comercial, onde cada pessoa, desde que seja solvente, poderá corrigir a sua informação genética.

Mas a existência deste "serviço" será impossível sem progresso técnico e alguma mudança na mentalidade do homem.

Como qualquer droga, novas tecnologias genômicas podem ser usadas para "soro para gene" onde há riscos de curto ou longo prazo. Há sempre o risco de que sejam eliminados genes que têm aspectos positivos ainda desconhecidos e que podem aparecer em diferentes ambientes. Por exemplo, o mesmo gene que causa a anemia falciforme torna o corpo mais resistente à malária.

Com relação à terapia gênica, devemos assumir alterações nas células germinativas como consequência da terapia gênica somática. Em determinadas circunstâncias, pode ser legal (deve-se avaliar se essas pessoas podem ou não se reproduzir após o tratamento), uma vez que a modificação de células germinativas para tratamento pode levar a alterações no patrimônio genético das gerações futuras. A terapia genética de embriões também está se desenvolvendo e há a necessidade de realizar experimentos em embriões. Naturalmente, antes que o sucesso seja alcançado nesses estudos, haverá muitos fracassos, o que implica que o objeto de estudo morrerá. Sim, em nome da ciência e em benefício das gerações futuras, esses sacrifícios podem ser justificados, mas isso não pode ser justificado do ponto de vista ético.