Koncom 20. storočia sa molekulárne technológie tak intenzívne rozvíjali, že sa vytvorili predpoklady pre systematické štúdium štruktúry genómov. odlišné typyživé bytosti vrátane ľudí. Jedným z najvýznamnejších cieľov týchto projektov je určiť kompletnú nukleotidovú sekvenciu genómovej DNA. Tak sa zrodila nová veda - genomika.

Začiatok nového tisícročia sa niesol v znamení najväčšieho objavu v oblasti genomiky – podarilo sa rozlúštiť štruktúru ľudského genómu. Novinka sa ukázala byť natoľko významná, že sa stala predmetom diskusie prezidentov popredných krajín sveta. Mnohých však táto správa nezaujala. V prvom rade je to kvôli nepochopeniu toho, čo je genóm, aká je jeho štruktúra a čo znamená jeho dekódovanie? Má táto novinka niečo spoločné s medicínou a môže postihnúť každého z nás? Čo je molekulárna medicína a jej vývoj súvisí s rozlúštením štruktúry genómu? Navyše, niektorí ľudia sa toho boja ešte raz nový objav vedcov pre ľudstvo? Budú tieto údaje použité na vojenské účely? Bude nasledovať všeobecné povinné genetické vyšetrenie – akási genetická pasportizácia populácie? Bude náš genóm predmetom analýzy a nakoľko dôverné budú získané informácie? O všetkých týchto otázkach sa v súčasnosti aktívne diskutuje vo vedeckej komunite.

Samozrejme, genomika nezačala s ľuďmi, ale s oveľa jednoduchšie organizovanými živými bytosťami. V súčasnosti je dešifrovaná nukleotidová sekvencia genómovej DNA mnohých stoviek druhov mikroorganizmov, z ktorých väčšina je patogénna. Pre prokaryoty sa úplnosť analýzy ukázala ako absolútna, to znamená, že ani jeden nukleotid nezostal nerozlúštený! V dôsledku toho sú nielen identifikované všetky gény týchto mikroorganizmov, ale sú určené aj aminokyselinové sekvencie proteínov, ktoré sú nimi kódované. Opakovane sme si všimli, že znalosť sekvencie aminokyselín proteínu umožňuje pomerne presne predpovedať jeho štruktúru a funkcie. Otvára možnosť získania protilátok proti tomuto prediktívnemu proteínu, jeho izolácie z mikroorganizmu a priamej biochemickej analýzy. Zamyslime sa nad tým, čo to znamená pre vývoj zásadne nových metód boja proti infekciám, ak lekár nielenže vie, ako sú usporiadané gény infikujúceho mikroorganizmu, ale aj to, aká je štruktúra a funkcia všetkých jeho bielkovín? Mikrobiológia v súčasnosti prechádza obrovskými zmenami v dôsledku vzniku obrovského množstva nových poznatkov, ktorých význam v súčasnosti úplne nechápeme. Zrejme bude trvať ďalšie desaťročia, kým sa tieto nové informácie prispôsobia potrebám ľudstva, predovšetkým v oblasti medicíny a poľnohospodárstvo.

Prechod od prokaryotov k eukaryotom z hľadiska dešifrovania štruktúry genómu sprevádzajú veľké ťažkosti, a to nielen preto, že dĺžka vyššej DNA je tisíckrát a niekedy aj stotisíckrát dlhšia, ale jej štruktúra sa stáva zložitejšou. Pripomeňme, že v genóme vyšších živočíchov sa objavuje veľké množstvo nekódujúcej DNA, ktorej významnú časť tvoria opakujúce sa sekvencie. Vnášajú značný zmätok do správneho dokovania už rozlúštených fragmentov DNA. A okrem toho samotné tandemové opakovania sa ťažko dešifrujú. V oblasti lokalizácie takýchto opakovaní môže mať DNA nezvyčajnú konfiguráciu, čo sťažuje jej analýzu. Preto v genóme jedného z typov mikroskopických škrkavka(háďatká) - prvý mnohobunkový organizmus, u ktorého sa podarilo určiť nukleotidovú sekvenciu DNA - už teraz existuje množstvo nejasných miest. Pravda, ich špecifická hmotnosť je menšia ako stotina percenta celkovej dĺžky DNA a tieto nejasnosti sa netýkajú génov ani regulačných prvkov. Nukleotidová sekvencia všetkých 19 099 génov tohto červa, distribuovaná na ploche 97 miliónov párov báz, bola úplne určená. Preto by sa práca na dešifrovaní genómu háďatka mala považovať za veľmi úspešnú.

Ešte väčší úspech je spojený s rozlúštením genómu Drosophila, ktorý je len 2-krát menší ako ľudská DNA a 20-krát väčší ako DNA háďatka. Napriek vysokému stupňu genetických znalostí drozofily bolo do tej chvíle neznámych asi 10 % jej génov. Ale najparadoxnejší je fakt, že Drosophila, oveľa lepšie organizovaná ako háďatko, má menej génov ako mikroskopická škrkavka! Z moderných biologických pozícií je to ťažké vysvetliť. Viac génov ako u Drosophila je prítomných aj v dekódovanom genóme rastliny z čeľade krížokvetých – Arabidopsis, hojne využívanej genetikmi ako klasický experimentálny objekt.

Rozvoj genomických projektov sprevádzal intenzívny rozvoj mnohých oblastí vedy a techniky. Dostal teda silný impulz pre jeho rozvoj bioinformatika. Bol vytvorený nový matematický aparát na uchovávanie a spracovanie obrovského množstva informácií; boli navrhnuté superpočítačové systémy s bezprecedentným výkonom; Boli napísané tisíce programov, ktoré umožňujú vykonanie v priebehu niekoľkých minút komparatívna analýza rôzne bloky informácií, denne zadávať nové údaje získané v rôznych laboratóriách sveta do počítačových databáz a prispôsobovať nové informácie tým, ktoré sa nahromadili skôr. Zároveň boli vyvinuté systémy na efektívnu izoláciu rôznych prvkov genómu a automatické sekvenovanie, teda stanovenie nukleotidových sekvencií DNA. Na tomto základe boli navrhnuté výkonné roboty, ktoré výrazne urýchlia sekvenovanie a znížia jeho náklady.

Rozvoj genomiky zase viedol k odhaleniu obrovského množstva nových faktov. Význam mnohých z nich treba v budúcnosti posúdiť. Ale už teraz je zrejmé, že tieto objavy povedú k prehodnoteniu mnohých teoretické pozície o pôvode a vývoji rôzne formyživot na zemi. Pomôžu vám lepšie porozumieť molekulárne mechanizmy základom práce jednotlivých buniek a ich interakcií; podrobné dešifrovanie mnohých doteraz neznámych biochemických cyklov; analýza ich spojenia so základom fyziologické procesy. Dochádza teda k prechodu od štrukturálnej k funkčnej genomike, čo následne vytvára predpoklady pre štúdium molekulárnych základov bunky a organizmu ako celku. Už nazhromaždené informácie budú predmetom analýzy v priebehu niekoľkých nasledujúcich desaťročí. Ale každý ďalši krok v smere dešifrovania štruktúry genómov rôznych druhov generuje nové technológie, ktoré uľahčujú proces získavania informácií. Využitie údajov o štruktúre a funkcii génov nižšie organizovaných druhov živých bytostí teda môže výrazne urýchliť hľadanie konkrétnych génov vyšších. A dokonca aj teraz metódy počítačovej analýzy používané na identifikáciu nových génov často nahrádzajú dosť namáhavé molekulárne metódy hľadania génov.

Najdôležitejším dôsledkom dešifrovania štruktúry genómu určitého druhu je možnosť identifikácie všetkých jeho génov a podľa toho aj identifikácia a určenie molekulárnej povahy transkribovaných molekúl RNA a všetkých jej proteínov. Analogicky s genómom sa zrodili koncepty prepis, ktorý spája skupinu molekúl RNA vytvorených v dôsledku transkripcie a proteóm, ktorý zahŕňa mnoho proteínov kódovaných génmi. Genomika tak vytvára základ pre intenzívny rozvoj nových vied – proteomika a transkriptomika. Proteomika sa zaoberá štúdiom štruktúry a funkcie každého proteínu; analýza proteínového zloženia bunky; stanovenie molekulárneho základu fungovania jednej bunky, ktorá je výsledkom koordinovanej práce mnohých stoviek proteínov, a štúdia formovania fenotypovej črty organizmu, ktorá je výsledkom koordinovanej práce miliardy buniek. Veľmi dôležité biologické procesy prebiehajú aj na úrovni RNA. Ich analýza je predmetom transkriptomiky.

Najväčšie úsilie vedcov z mnohých krajín sveta pracujúcich v oblasti genomiky smerovalo k riešeniu medzinárodného projektu „Human Genome“. Významný pokrok v tejto oblasti je spojený s realizáciou myšlienky J. S. Ventera hľadať a analyzovať exprimované sekvencie DNA, ktoré možno neskôr použiť ako akési „značky“ alebo markery pre určité časti genómu. Ďalší samostatný a nemenej plodný prístup zaujala práca skupiny na čele s p. Collins. Je založená na primárnej identifikácii génov pre ľudské dedičné choroby.

Rozlúštenie štruktúry ľudského genómu viedlo k senzačnému objavu. Ukázalo sa, že ľudský genóm obsahuje len 32 000 génov, čo je niekoľkonásobne menej ako počet bielkovín. Zároveň existuje len 24 000 génov kódujúcich proteín, produktom zvyšných génov sú molekuly RNA. Percento podobnosti v nukleotidových sekvenciách DNA medzi rôznymi jednotlivcami, etnickými skupinami a rasami je 99,9 %. Táto podobnosť z nás robí ľudí. Homo sapiens! Celá naša variabilita na úrovni nukleotidov sa zmestí do veľmi skromného čísla – 0,1 %. Genetika teda nenecháva priestor pre myšlienky národnej alebo rasovej nadradenosti.

Ale pozrite sa jeden na druhého - každý sme iný. Národné a ešte viac rasové rozdiely sú ešte výraznejšie. Koľko mutácií teda určuje variabilitu človeka nie v percentách, ale v absolútnych číslach? Aby ste získali tento odhad, musíte si pamätať, aká je veľkosť genómu. Dĺžka molekuly ľudskej DNA je 3,2 x 109 párov báz. 0,1 % z toho je 3,2 milióna nukleotidov. Pamätajte však, že kódujúca časť genómu zaberá menej ako 3 % celkovej dĺžky molekuly DNA a mutácie mimo tejto oblasti najčastejšie nemajú žiadny vplyv na fenotypová variabilita. Na získanie integrálneho odhadu počtu mutácií, ktoré ovplyvňujú fenotyp, teda potrebujete zobrať 3 % z 3,2 milióna nukleotidov, čo nám dá číslo asi 100 000. To znamená, že asi 100 tisíc mutácií tvorí našu fenotypovú variabilitu. Ak tento údaj porovnáme s celkovým počtom génov, ukáže sa, že v priemere na jeden gén pripadajú 3-4 mutácie.

Aké sú tieto mutácie? Ich prevažná väčšina (najmenej 70%) určuje našu individuálnu nepatologickú variabilitu, čo nás odlišuje, ale nie vo vzájomnom vzťahu zhoršuje. Patria sem znaky ako farba očí, vlasov, pleť, typ postavy, výška, váha, typ správania, ktoré je tiež do značnej miery dané geneticky a mnoho ďalších. Asi 5 % mutácií je spojených s monogénnymi ochoreniami. Asi štvrtina zostávajúcich mutácií patrí do triedy funkčných polymorfizmov. Podieľajú sa na tvorbe dedičnej predispozície k rozšírenej multifaktoriálnej patológii. Samozrejme, tieto odhady sú dosť hrubé, ale umožňujú posúdiť štruktúru dedičnej variability človeka.



Úseky genomiky

Definícia genómu a genomiky.

Úvod do genomiky.

V prvom rade si definujme pojem „genóm“. Existuje niekoľko definícií genómu. AT encyklopedický slovník"Genetika" od N.A. Kartela a kol. uvádza dve definície genómu. Po prvé, genóm sa chápe ako súhrn haploidnej sady chromozómov daného typu organizmu. A po druhé, je to celý genetický materiál jednotlivého vírusu, bunky alebo organizmu, ktorý nie je aloploidný. V našej prezentácii budeme vychádzať zo skutočnosti, že genóm bunky je celý súbor DNA nachádzajúci sa v jadre a mitochondriách (plastidoch) tejto bunky alebo organizmu. Táto definícia sa často používa v prácach súvisiacich so štúdiom genómu.

Štruktúra a funkcia štúdia genómu špeciálna veda – genomika.

Pokroky v štúdiu ľudského genómu sa najviac prejavili v súvislosti s vývojom a následnou realizáciou medzinárodného projektu „Human Genome“. Tento medzinárodný projekt spojil stovky vedcov z rozdielne krajiny a realizoval sa v rokoch 1989 až 2005. Hlavnými smermi projektu sú génové mapovanie (určenie lokalizácie génov v chromozómoch) a sekvenovanie DNA alebo RNA (poradie nukleotidov v DNA alebo RNA). Iniciátorom tohto hnutia bol od samého začiatku laureát nobelová cena vedec J. Watson. V Rusku sa takým nadšencom stal akademik Baev A.A. Na projekt sa minulo viac ako 6 miliárd dolárov. Materiálové náklady Ruska boli také skromné, že sa nezohľadňujú v celkových nákladoch. Napriek tomu ruskí vedci uskutočnili výskum mapovania chromozómov 3, 4, 13 a 19. Projekt umožnil úplne rozlúštiť nukleotidovú sekvenciu v ľudskom genóme. V skutočnosti to bola prvá etapa - štrukturálna. Druhý stupeň, ktorý sa nazýval funkčný, bude spojený s dešifrovaním funkcie génu. Výsledky získané v oblasti výskumu genómu tvorili základ prvej učebnice pre univerzity „Genomics“, ktorú v roku 2000 vydali v USA C. Cantor a C. Smith.

Genomika je rozdelená do piatich nezávislých sekcií.

Štrukturálna genomika študuje sekvenciu nukleotidov v genóme, určuje hranice a štruktúru génov, intergénových oblastí, promótorov, zosilňovačov atď., t.j. sa skutočne podieľa na príprave genetické mapy organizmu. Odhaduje sa, že ľudský genóm pozostáva z 3,2 miliardy nukleotidov.

funkčná genomika identifikuje funkciu každého génu a oblasti genómu, ich interakciu v bunkovom systéme. Jeden z kritických úloh genomiky na vytvorenie tzv "génová sieť"- prepojená práca génov. Napríklad génová sieť hematopoetického systému zahŕňa najmenej 500 génov. Sú nielen prepojené, ale aj spojené s inými génmi.

Porovnávacia genomika študuje podobnosti a rozdiely v organizácii genómov rôzne organizmy.

Evolučná genomika vysvetľuje vývoj genómov, vznik genetický polymorfizmus a biodiverzita, úloha horizontálneho prenosu génov. Aplikované na ľudí, ako aj na akýkoľvek organizmus, môžeme povedať, že ľudská evolúcia je evolúciou genómu.

lekárska genomika rieši aplikované problémy klinickej a preventívna medicína založené na znalostiach ľudských genómov a patogénnych organizmov.

Základom je ľudská genomika molekulárnej medicíny a jeho úspechy sa využívajú pri vývoji efektívne metódy diagnostika, liečba a prevencia dedičných a nededičných chorôb. Ak sa skôr predpokladalo, že dedičná patológia je spojená s určitými génmi alebo regulačnými zónami, teraz všetko viac pozornosti priťahujú nukleotidové sekvencie umiestnené v intergénových medzerách. Dlho sa považovali za „tichých“. V súčasnosti sa hromadí čoraz viac informácií o ich vplyve na génovú expresiu.

Štúdie v oblasti genómu opäť potvrdili potrebu individuálneho prístupu k prevencii a liečbe chorôb. Značný záujem pre medicínu sú štúdie súvisiace s kompiláciou "génovej siete" - schém vzájomnej interakcie génov na úrovni proteínových produktov. Tieto štúdie prispeli k vytvoreniu v rámci genomiky nová veda – proteomika, ktorá študuje proteínovú krajinu bunky v rôznych režimoch fungovania génov. Získané výsledky jednoznačne poukazujú na realizovateľnosť individuálneho prístupu k liečbe ochorenia. Teraz je to proteomika nezávislá vedaúzko súvisí s genomikou.

V tejto súvislosti treba zdôrazniť, že téza „liečiť nie chorobu, ale pacienta“ získala významné potvrdenie v mnohých štúdiách genómu a proteínov. Na ich základe prestala byť priorita tohto ustanovenia v lekárskej praxi spochybnená.

Hoci sa genomika ako veda objavila pomerne nedávno, v jej vývoji už možno rozlíšiť niekoľko etáp.

1. fáza. 1900 - 1940 V tomto štádiu sa študujú mendelovské znaky človeka. Metóda výskumu - genealogický rozbor. Systematické štúdium ľudského genómu vlastne začalo vývojom Mendelovej analýzy. dedičné znaky u zvierat na začiatku 20. storočia. Ako sa aplikovalo na ľudí, bola to genealogická metóda na štúdium dedičných vlastností. V tejto fáze vedci hlavne identifikovali mandelovské znaky človeka a priblížil sa k popisu spojkové skupiny. Bolo nájdených asi 400 mendelovských znakov osoby a 4 väzbové skupiny. Od 50. rokov 20. storočia sa objavovanie väzbových skupín a mendelovských znakov spomaľuje. V súčasnosti je genealogická metóda na štúdium ľudského genómu v čistej forme sám sa vyčerpal.

2. fáza 1940 - 1980 Fáza štúdia väzbových skupín. Metódy štúdia - genealogické, cytogenetické a metóda hybridizácie somatických buniek. Výrazný pokrok v humánnej cytogenetike, najmä v genetike somatických buniek v 60. rokoch, v kombinácii s genealogickým prístupom postavili štúdium ľudského genómu na nové teoretický základ. Implementácia do praxe vedecký výskum biochemické a imunologické metódy výrazne urýchlili nielen objavenie nových mendelovských znakov, ale uľahčili aj proces dešifrovania nových v ľudskom genóme väzbové skupiny génov. Bohužiaľ, znalosť väzbových skupín stále neumožňuje určiť presnú lokalizáciu génov v chromozómoch. A posledná, nevyhnutná pre úspešný vývoj genetické inžinierstvo a súvisiace praktické problémy v oblasti medicíny, poľnohospodárstva a pod. Preto sa počet štúdií v oblasti génového mapovania (mapovania) začína dramaticky zvyšovať.

3etapa. 1980 dodnes. Fáza štúdia lokalizácie génov v genóme a dešifrovanie ich nukleotidovej sekvencie. Metóda štúdia je biochemická, imunologická. Táto etapa sa začala formovať v 80. rokoch s rozvojom molekulárnej genetické metódy a technológie genetického inžinierstva. Proces poznávania genómu sa prehĺbil až do izolácie gén v jeho čistej forme a jeho sekvenovanie (stanovenie nukleotidovej sekvencie). V Spojených štátoch a Veľkej Británii boli vyvinuté a implementované zariadenia na automatizované sekvenovanie genómu. Boli povolaní genomotróny. Vykonávajú viac ako 100 000 polymerázových reakcií za hodinu. Veľká rola v tejto fáze výpočtová technika a Informačné systémy. Vďaka nim sa riešia otázky akumulácie informácií z rôznych zdrojov, ich ukladanie a prevádzkové využitie výskumníkmi z rôznych krajín.

Do roku 1980 bol kompletne zmapovaný genóm jednej z baktérií, v roku 1986 bolo dokončené mapovanie DNA kvasinkovej bunky, v roku 1998 bol kompletne zmapovaný genóm škrkavky atď. K dnešnému dňu je ukončené stanovenie sekvencie báz v DNA viac ako 50 predstaviteľov živočíšneho sveta (hlavne s malou veľkosťou genómu - patogény pneumónie, syfilis, rickettsia, spirochéta, kvasinky, škrkavky atď.). zakončenie podobná práca a pre ľudský genóm. Popísaných viac ako 19 tis rôzne chorobyľudí, z toho asi 3 tisíc sú dedičné choroby.

Jednou zo zaujímavých iniciatív v oblasti genomiky je vytvorenie umelej DNA, ktorá by obsahovala minimálny súbor génov, potrebná klietka pre autonómnu existenciu. Odhaduje sa, že to bude vyžadovať asi 350 - 450 génov.

V súčasnosti je dešifrovaná celá nukleotidová sekvencia ľudského genómu, rieši sa nasledujúca úloha - štúdium jednonukleotidových variácií DNA v r. rôzne telá a buniek jednotlivých jedincov a identifikáciu genetických rozdielov medzi jednotlivcami. To nám umožní pristúpiť k tvorbe genetických portrétov (máp) ľudí. Na jednej strane to pomôže k úspešnejšej liečbe chorôb, na druhej strane to vyvoláva množstvo vážnych otázok. Napríklad, Poisťovne môže využiť informácie z genetickej karty dopravcu, ktorý žiada o poistenie recesívny gén choroby, aby zvýšil ceny jeho poistenia.

Na druhej strane sa predpokladá, že v ďalšej fáze vývoja genomiky budú významné miesto zaujímať štúdie súvisiace s dešifrovaním funkčné charakteristiky všetky kódujúce a nekódujúce oblasti genómu aplikované na jednotlivca.

Individuálny prístup k štúdiu štruktúry a funkcie ľudského genómu, pravdepodobne bude lídrom vo vývoji tejto oblasti genetiky.

Medzinárodný projekt „Human Genome“, do ktorého sa zapojilo niekoľko tisíc vedcov, ukončil svoje fungovanie v roku 2000. Výskum v tomto smere však neustáva. Bol to jeden z najnákladnejších projektov v histórii civilizácie, ktorý stál viac ako 500 miliónov dolárov ročne.

Žiaľ, Rusko pozastavilo svoj príspevok k medzinárodnému projektu „Human Genome“.

AT Malý adeno-asociovaný vírus (AAV) je považovaný za potenciálny vektor, pretože na rozdiel od adenovírusov nespôsobuje ochorenie. Nenesie však aj gén. Na jeho zlepšenie ako vektora sa uskutočňujú experimenty s ožarovaním a chemickou modifikáciou. Iné laboratóriá experimentujú CFTR retrovírusy, keďže tieto vírusy prirodzene vkladajú svoj genóm do hostiteľských buniek.

Otázkou však zostáva, či normálna syntéza proteínu CFTR eliminuje bakteriálne infekcie pľúc, ktoré tvoria 90 % morbidity a mortality. Existuje dôvod dúfať, že genetické inžinierstvo úspešne zvládne túto úlohu. Proteín v pľúcach, ktorého funkciou je ničiť cudzie bunky, nie je aktivovaný pri zvýšenej koncentrácii soli (to je to, čo charakterizuje cystickú fibrózu); ale akonáhle CFTR začne produkovať svoj produkt, koncentrácia soli sa zníži a proteín sa aktivuje.

AT V súčasnosti sa vyvíjajú metódy génovej terapie na liečbu iných dedičných chorôb. Takže v prípade porušenia funkcie krvných buniek sa môžu premeniť v kultivačnom médiu a zaviesť do

kostná dreň pacienta prírodné prostredie. Niet pochýb, že niektoré pokroky budú korunované úspechom a v priebehu nasledujúcich rokov sa stanú bežnou lekárskou praxou.

Všetky tieto skutočnosti sú príkladmi tzv somatická génová terapia, to znamená, že sa aplikujú na telo (niektoré) pacienta v nádeji, že sa získa dostatočný počet buniek, ktoré môžu vykonávať normálne funkcie. Pacient sa môže uzdraviť, ale riziko prenosu nežiaducich génov na potomstvo stále zostáva, pretože zárodočné bunky sa takto neupravujú. terapia zárodočných buniek má za cieľ modifikovať celý organizmus vrátane žliaz, ktoré produkujú pohlavné bunky. Najjednoduchší (teoreticky) spôsob je modifikovať oplodnené vajíčko zavedením vhodného transgénu do neho. Tento druh postupu je už možný a bol úspešne vykonaný na pokusných zvieratách, ako sú myši. Dá sa to však aplikovať na človeka a hlavne, stojí to za to? Ide o vážny etický problém a niektorí moralisti tvrdia, že ak je somatická génová terapia etická, potom je zahrávať sa s ľudským genómom a meniť génovú sadu našich potomkov neprijateľné, preto by sa takéto postupy mali zakázať.

Genomika – náuka o celom genóme

Najnovšie pokroky v sekvenovaní a vývoji technické prostriedky na spracovanie Vysoké číslo klony v génovej knižnici umožnili vedcom študovať celý genóm organizmu naraz. Teraz boli určené úplné sekvencie mnohých druhov, vrátane väčšiny takzvaného modelu genetické organizmy ako je E. coli, škrkavka Caenorhabditis elegans;

a, samozrejme, klasický objekt genetiky, ovocná muška Drosophila melanogaster. V 90-tych rokoch, napriek množstvu nepokojov a kontroverzií, bol spustený projekt na štúdium ľudského genómu („Human Genome“) financovaný Národnými inštitútmi zdravia. Vo februári

TLAČ, 2004. - 448 s: chor.

2001 veľká skupina Vedci pod vedením J. Craiga Ventera zo súkromného laboratória Celera Genomics urobili vyhlásenie o predbežnom dekódovaní ľudského genómu. Výsledok ich práce bol publikovaný 16. februára 2001 v časopise Science.

Ďalšia verzia, ktorú predložila skupina z International Human Genome Sequencing Consortium, bola publikovaná 13. februára 2001 v časopise Nature.

Za zrod genomiky možno považovať polovicu 20. storočia, keď genetici zmapovali všetky chromozómy modelových organizmov na základe frekvencie rekombinácií (pozri kapitolu 8). Tieto mapy však ukazovali len tie gény, pre ktoré boli známe mutantné alely, a preto takéto mapy nemožno nazvať úplnými. Kompletné sekvenovanie DNA vám umožňuje lokalizovať všetky gény v organizme, ako aj stanoviť sekvenciu báz medzi nimi.

Genomika sa delí na štrukturálnu a funkčnú. Cieľom štrukturálnej genomiky je presne zistiť, kde sa v chromozomálnej DNA nachádzajú určité gény. Počítačové programy rozpoznávajú typické začiatky a konce génov a vyberajú tie sekvencie, ktoré sú s najväčšou pravdepodobnosťou génmi. Takéto sekvencie sa nazývajú otvorený čítací rámec(OTVORENÉ

čítací rámec, OFR). Rovnaký počítačové programy môže tiež rozpoznať typické intróny v sekvenciách OFR. Potom, čo sú intróny izolované z potenciálneho génu, počítač použije zostávajúci kód na určenie sekvencie aminokyselín v proteíne. Potom sa tieto potenciálne proteíny porovnajú s tými proteínmi, ktorých funkcie sú už známe a ktorých sekvencie sú už vložené do databázy. Vďaka tomuto druhu programov, tzv evolučný konzervativizmus:že pre väčšinu génov v rôznych organizmoch existujú podobné gény. Z pozícií evolučný vývoj táto podobnosť je pochopiteľná: ak bielkovina ktorejkoľvek z nich druhov dobre prispôsobený pre svoje funkcie, potom sa jeho gén prenáša v rovnakej forme alebo s malé zmeny na druhy odvodené od iniciál. Evolučný konzervativizmus umožňuje identifikáciu génov súvisiacich s daným génom v iných organizmoch. Porovnaním výsledného génu s tými, ktoré sú už známe, je často možné určiť jeho funkciu a nevyhnutne ju skontrolovať v nasledujúcich experimentoch.

Po identifikácii všetkých potenciálnych génov sa začína genetické mapovanie. Ľudská genetická mapa je dosť mätúci a pestrý diagram, pretože každý gén je označený určitou farbou v závislosti od jeho funkcie, ktorá je stanovená v porovnaní s inými známymi génmi. Väčšina ľudských génov, podobne ako gény všetkých eukaryotov vo všeobecnosti, má veľké intróny. Podľa hrubých odhadov je medzi publikovanými sekvenciami asi tretina alebo štvrtina intrónov. Je zvláštne, že len asi 1,5 % z celkového ľudského genómu (asi 2,9 x 109 párov

bázy) obsahujú sekvencie (exóny), ktoré kódujú proteíny. Zdá sa tiež, že táto DNA obsahuje iba 35 000 – 45 000 génov, čo je menej, ako sa predpokladalo. Musíme ešte pochopiť, ako relatívne malý počet génov kóduje taký zložitý organizmus.

Dve tretiny až tri štvrtiny genómu sú v rozľahlosti

Genetika / Barton Guttman, Anthony Griffiths, David Suzuki, Tara Cullis. - M.: FÉR-

TLAČ, 2004. - 448 s: chor.

Počet kópií opakujúcej sa DNA u rôznych ľudí nie je rovnaký, takže ich možno použiť na určenie identity, a to aj v súdnom lekárstve.

funkčná genomika

funkčná genomika je štúdium funkcie génov na úrovni celého genómu. Hoci potenciálne gény možno identifikovať podľa ich podobnosti s génmi, ktoré vykonávajú známe funkcie v iných organizmoch, všetky dohady by sa mali testovať proti skúmanému organizmu. V niektorých modelových organizmoch, ako sú nutričné ​​kvasinky, je možné systematicky postupne vypínať funkciu génov. K vypnutiu génu dochádza jeho nahradením funkčná forma vymazaný tvar na špeciálnom vektore. Potom získajte kmeň s postihnutým génom a vyhodnoťte jeho fenotyp. V prebiehajúcom programe na analýzu nutričného genómu kvasiniek bolo vypnutých niekoľko tisíc génov jeden po druhom.

Ďalšou metódou funkčnej genomiky je, že študujú mechanizmus transkripcie na úrovni celého genómu. Táto metóda na základe predpokladu, že väčšina biologické javy reprezentovať zložité procesy zahŕňa mnoho génov. Pre výskumníkov sú zaujímavé najmä procesy spojené s vývojom organizmu, o ktorých sme sa zmienili v kap. 11. Ak sa transkripcia génov študuje za rôznych podmienok rastu, potom je možné získať predstavu o úplných genetických dráhach vývoja organizmu.

Ako však možno študovať transkripciu na úrovni celého genómu? Vedcom v tom opäť pomáhajú nové technológie. DNA každého génu v genóme alebo niektorej časti genómu je umiestnená na povrchu malých sklenených doštičiek usporiadaných v poradí. Potom sú vystavené všetkým typom mRNA, ktoré sa nachádzajú v bunke tohto organizmu. DNA na platniach sa získa v dvoch

spôsoby. V jednom spôsobe sa všetky mRNA reverzne transkribujú, aby sa vytvorili krátke komplementárne molekuly DNA zodpovedajúce jedinému génu. Iným spôsobom sú gény (alebo časti génov) syntetizované po jednej báze v určitých oblastiach platní. Syntézu vykonávajú roboty, ktoré sa otvárajú a zatvárajú

Genetika / Barton Guttman, Anthony Griffiths, David Suzuki, Tara Cullis. - M.: FÉR-

TLAČ, 2004. - 448 s: chor.

sklenený povrch v určitom poradí. Záznamy s genómom mnohých organizmov je možné zakúpiť od chemických spoločností.

Na štúdium mechanizmu transkripcie sú všetky mRNA určitého štádia vývoja označené fluorescenčnou značkou a distribuované po povrchu platní. Tieto mRNA sa pripájajú k svojej príslušnej DNA a možno ich rozpoznať podľa ich žiariacich škvŕn. Keďže poloha DNA každého jednotlivého génu na platničkách je vopred známa, počítač určí, ktoré gény sú v danom vývojovom štádiu prepísané.

S pomocou týchto a iných technológií teda genetici začínajú zisťovať všeobecné modely organizácie živých vecí z funkčných a konštrukčná stránka. Na spracovanie obrovského množstva informácií sa objavil špeciálny odbor vedy - bioinformatika. Nasledujúce desaťročia sľubujú, že budú časom skutočne veľkých objavov.

Genetika / Barton Guttman, Anthony Griffiths, David Suzuki, Tara Cullis. - M.: FÉR-

TLAČ, 2004. - 448 s: chor.

Prvý návrh, 2003 – ukončenie projektu). Jeho vývoj sa stal možným nielen vďaka zdokonaleniu biochemických metód, ale aj vďaka vzniku výkonnejšej výpočtovej techniky, ktorá umožnila pracovať s obrovským množstvom údajov. Dĺžka genómov v živých organizmoch sa niekedy meria v miliardách párov báz. Napríklad ľudský genóm má približne 3 miliardy párov báz. Najväčšie známe (začiatkom roku 2010) genómy patria jednému z druhov pľúcnikov (približne 110 miliárd párov).

Úseky genomiky

Štrukturálna genomika

Štrukturálna genomika - obsah a organizácia genómových informácií. Jeho cieľom je študovať gény so známou štruktúrou s cieľom pochopiť ich funkciu, ako aj určiť priestorová štruktúra maximálny počet „kľúčových“ proteínových molekúl a jeho vplyv na interakcie.

funkčná genomika

Funkčná genomika je implementácia informácií zaznamenaných v genóme od génu po znak.

Porovnávacia genomika

Porovnávacia genomika (evolučná) - porovnávacie štúdie obsah a organizácia genómov rôznych organizmov.

Získanie kompletných genómových sekvencií objasnilo mieru rozdielov medzi genómami rôznych živých organizmov. Nižšie uvedená tabuľka uvádza predbežné údaje o podobnosti genómov rôznych organizmov s ľudským genómom. Podobnosť je uvedená v percentách (odrážajúcich podiel párov báz, ktoré sú identické v dvoch porovnávaných druhoch).

vyhliadka	podobnosť	Poznámky a zdroje
Muž	99,9 %	Projekt ľudského genómu
	100 %	identické dvojičky
šimpanz	98,4 %	Američania za medicínsky pokrok;
	98,7 %	Richard Mural z Celera Genomics, citovaný na MSNBC
Bonobo alebo trpasličí šimpanz		Rovnako ako u šimpanzov.
Gorila	98,38 %	Na základe štúdie intergénovej neopakujúcej sa DNA (American Journal of Human Genetics, február 2001, 682, s. 444-456)
myš	98 %
	85 %	pri porovnaní všetkých sekvencií kódujúcich proteíny, NHGRI
pes	95 %	Jon Entine v San Francisco Examiner
C.elegans	74 %	Jon Entine v San Francisco Examiner
Banán	50 %	Američania za medicínsky pokrok
Narcis	35 %	Steven Rose v The Guardian 22. januára

Príklady aplikácie genomiky v medicíne

V nemocnici vo Wisconsine dieťa v vek tri rokov na dlhú dobu zmiatli lekárov, jeho črevá boli opuchnuté a úplne posiate abscesmi. Vo veku troch rokov zažilo toto dieťa viac ako sto samostatných operácií. Pre neho bola objednaná úplná sekvencia kódujúcich oblastí jeho DNA, podľa výsledkov sa pomocou improvizovaných prostriedkov podarilo identifikovať vinníka choroby – proteín XIAP zapojený do signálnych reťazcov programovanej bunkovej smrti. o normálna operácia hrá veľmi dôležitú úlohu imunitný systém. Na základe tejto diagnózy odporučili fyziológovia v júni 2010 transplantáciu kostnej drene. V polovici júna už dieťa dokázalo po prvý raz v živote jesť.

Ďalší prípad bol spojený s atypickým rakovina u 39-ročnej ženy trpiacej akútna forma promyelocytárna leukémia. Pri štandardných diagnostických metódach sa však ochorenie nezistilo. Ale pri dešifrovaní a analýze genómu rakovinové bunky ukázalo sa, že veľká časť 15. chromozómu sa presunula na 17., čo spôsobilo určitú génovú interakciu. V dôsledku toho žena dostala liečbu, ktorú potrebovala.

Poznámky

pozri tiež

Odkazy

• Tishchenko P.D. Genomics: nový typ vedy v novej kultúrnej situácii.
• Kompletné mikrobiálne genómy (úplne dekódované genómy baktérií a archaea).

Genomika
Projekt genóm Paleopolyploidia Glykomika Projekt ľudského genómu Proteomika Metabolomika Chemogenomika Štrukturálna genomika Farmakogenetika Farmakogenomika Toxikogenomika Výpočtová genomika Bioinformatika Chemoinformatika Systémy Biológia

Nadácia Wikimedia. 2010.

Synonymá:

Pozrite sa, čo je „genomika“ v iných slovníkoch:

genomika- * genomika * genomika je nový smer genetiky, veda o genómoch, vrátane štúdia ich štruktúry, fungovania a vývoja na molekulárnej, chromozomálnej, biochemickej, fyziologickej úrovni. Jednou z úloh štrukturálneho G. je ... ... genetika. encyklopedický slovník

Exist., počet synoným: 1 genetika (11) ASIS synonymický slovník. V.N. Trishin. 2013... Slovník synonym

genomika- Veda, ktorá študuje všetky gény a ich úlohu v stavbe tela v normálnom stave aj pri chorobe.Témy biotechnológie EN genomika ... Technická príručka prekladateľa

Genomika- čítanie genómu konkrétne osoby a súvisiace vedecké a technické činnosti: ஐ Je zrejmé, že bolo jednoduchšie beztrestne rozlišovať smery v technobiológii, pretože sa volalo po plagiátorstve a dokonca zlepšovaní ... .. . Lemov svet - slovník a sprievodca

genomika- Genomics Genomics Štúdium celého súboru génov, ktoré tvoria organizmus ... Vysvetľujúce Anglicko-ruský slovník o nanotechnológii. - M.

genomika- 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 panaudojimo genų inžidojimo… Žemės ūkio augalų selekcijos ir sėklininkystės terminų žodynas

Odvetvie genetiky, ktoré študuje štruktúru a fungovanie rozkladu genómu. organizmov pomocou biol., fyzikáln. chem. a počítačové metódy … Prírodná veda. encyklopedický slovník

genomika- génová omika a... ruský pravopisný slovník

Genomika- časť genetiky, ktorej predmetom je náuka o princípoch stavby genómov a ich štruktúre funkčná organizácia … Slovník psychogenetiky

Snaží sa opísať trojrozmernú štruktúru každého proteínu kódovaného daným genómom. Používa sa kombinácia experimentálnych a modelovacích prístupov. Zásadný rozdiel medzi štruktúrnou genomikou a tradičnou štruktúrnou ... ... Wikipedia

knihy

• Klinická genetika. Genomika a proteomika dedičnej patológie. Návod. Vulture UMO o klasickom vysokoškolskom vzdelaní, Mutovin Gennadij Romanovič. Kniha rozoberá hlavné ustanovenia a koncepcie klinickej genetiky s prihliadnutím na výsledky medzinárodného vedeckého programu „Human Genome“ (1988-2005). História, ustanovenia,…

(na anglický jazyk Genomika je veda, ktorá študuje genómy. Množstvo genomických informácií sa dramaticky zvýšilo posledné roky vďaka pokroku v technológii sekvenovania DNA. GenBank, databáza NIH (Národné zdravotné inštitúty USA), od apríla 2011, obsahuje 135 440 924 sekvencií DNA.

Rok 1956 sa stal zásadným v procese výskumu ľudskej genetiky, keďže v tomto roku vznikla veda o chromozológii a v Kodani sa konal kongres o ľudskej genetike.

Evolúcia akejkoľvek vedy je určená zdokonaľovaním modelov a teórií, ale nové predpoklady nerušia staré pravdy, takže to, čo platilo včera, nemusí byť dnes nevyhnutne nepravdivé. Len pseudovedy sú po stáročia nemenné a pýšia sa tým, akoby to bola akási záruka kvality.

Zo všetkých strán nás obliehajú mnohé disciplíny, staré i nové, ktoré učia lekárske postupy s výnimočnými výsledkami, revolučné prístroje na meranie negatívnych a pozitívnych schopností.

V súčasnosti neexistuje vo vede sektor, ktorý by nebol niekde a niekým na svete preskúmaný: každý deň distribuujú obrovské výskumné centrá na univerzitách, súkromných inštitútoch a dokonca aj malých laboratóriách. veľké množstvo nové informácie o najnovší výskum a ich dodatky. Niekedy sú tieto informácie dosť výstredné, napríklad v oblastiach, ako je neviditeľnosť, sexuálne správanie múch v Číne alebo molekulová hmotnosť pachov, a v oblastiach, ktoré ponechávajú priestor pre vzrušujúce scenáre, ako napríklad tie, ktoré súvisia s budovaním života v Číne. laboratórium alebo objavenie nových planét, ktoré by mohli vziať tento nový život.

Priekopníkom v pretekoch o predĺženie ľudského života je Craig Venter, genetik, podnikateľ a filantrop stojaci za projektom Human Genome Project, ktorý v marci tohto roku povedal, že jeho najnovší genomický projekt použije 70 miliónov dolárov na vytvorenie nová spoločnosť s názvom Human Longevity Inc (HLI). Venter nie je so svojimi ambíciami sám. Napríklad spoločnosť Calico (California Life Company) má za cieľ zlepšiť zdravie ľudí, vyriešiť problém starnutia a pridružených chorôb a Kalifornská univerzita v San Diegu – kde rozdelia rakovinový genóm a HLI nádory všetkým pacientom trpiacim z rakoviny a kto vám na to dá súhlas.

Od prvého sekvenovania v roku 2011 genomika rýchlo napredovala a teraz sa vedci zaoberajúci sa rakovinou presunú na nová úroveň„ďalšia hranica vo vede,“ hovorí Lipman, riaditeľ Kalifornského inštitútu. "Teraz sa nachádzame v období, ktoré sa historicky pre genomiku delenia rakovinových buniek bude rovnať 90-tym rokom pre rozvoj internetu. Študujeme genóm a technológie delenia v nádeji, že tento rozsah bude možné dosiahnuť." rýchle výsledky. To, čo predtým trvalo 15 – 20 rokov, sa dnes skutočne dá dosiahnuť za 1 – 2 roky. Boj proti rakovine sa rýchlo vyvíja a toto je len špička ľadovca.“

Fakty z oblasti genomiky:

. V apríli 2003 bol po 13 rokoch výskumu dokončený projekt ľudského genómu. Do tohto projektu bolo investovaných 2,7 miliardy dolárov.
. V decembri 2005 bol spustený 3-ročný pilotný projekt Cancer Genome Atlas za 100 miliónov dolárov na štúdium genetického zloženia rakovinových buniek.
. V máji 2007 bol genóm Jamesa Watsona, jedného z objaviteľov DNA, „sekvenovaný“ celý za cenu až jedného milióna dolárov.
. Od konca minulého roka 23andMe poskytuje sekvenovanie genómu už za 1000 dolárov.
. V súčasnosti prebieha projekt ľudského genómu. Po sekvenovaní sa našli asi tri miliardy párov báz, ktoré tvoria DNA. Projekt ENCODE (Encyclopedia of DNA Elements), ktorý sa zrodil z medzinárodnej spolupráce viac ako 80 krajín a 35 výskumných skupín, sľubuje prvú interpretáciu informácií popisujúcich správanie genómu.

Výskumníci boli schopní pochopiť, ako a kde je to isté biologické funkcie vznikajú, spochybňujú rôzne dogmy a prehodnocovanie toho, čo sa do včerajška považovalo za „nechcenú“ DNA alebo nekódovanú (neaktívnu) DNA. "Nové údaje ukazujú, že genóm obsahuje veľmi málo častí, ktoré sa nepoužívajú," uviedli vo vyhlásení konzorcium a európske laboratórium. molekulárna biológia(EMBL-EBI), ktorý viedol štúdiu s National Human Genome Research Institute (NHGRI), National Institutes of Health (NIH) v Spojených štátoch. Vyvrátenie mýtu o genetickom determinizme projektom Human Genome Project znamená začiatok novej postgenomickej éry.

Nová kultúrna situácia

Až donedávna bol „dizajn“ človeka, teda vytvorenie všetkých jeho vlastností, zverený prírode, nikto nemohol zasiahnuť do zlepšenia človeka.
Každý nový organizmus sa rodí z malej bunky. Dedí program predkov vo forme DNA, ale nededí fyzické telá svojich predkov. Zdedí srdce svojich rodičov, no má nové srdce. Všetko začína od nuly, od jednej bunky, ale od každej nový život DNA program môže dosiahnuť zlepšenie aj zhoršenie.
Pred hodnotením vplyvu genomiky je potrebné poznamenať, že by bolo nemožné, ba dokonca nezodpovedné, opustiť metódy genetickej manipulácie len preto, že tieto metódy môžu bezohľadní a sebeckí ľudia použiť pre svoje vlastné účely.

Nikto vládna agentúra to nemá Kúzelná paličkaže by mohli zmiznúť všetky genomické technológie. Hlavná otázka Vývoj genomiky nie je myslieť na to, ako tento pokrok zablokovať, ale skôr na to, ako získať maximálny úžitok a minimalizovať riziká.

Posúdenie možností genomiky z hľadiska terapeutických možností a v oblasti zlepšenia genetického zázemia závisí od etické princípy treba brať ako sprievodcu.

Pre tých, ktorí sú zástancami ľudskej reprodukcie „pod dohľadom“ a sú ochotní akceptovať ako fakt, možnosť použitia umelých metód a genetických manipulácií bude veľmi ľahko akceptovateľná, no pre niekoho to bude neprijateľné.

Ľudstvo presahujúce princípy, od ktorých je veda odpudzovaná, musí mať na pamäti, že všetky genomické technológie používané na ľuďoch majú v popredí človeka. Tento faktor vyvoláva mnohé otázniky vrátane otázky, aký vplyv môže mať genetické inžinierstvo na rovnováhu ekosystému a morálku samotného človeka, ktorý je v konečnom dôsledku príjemcom takej vedy, akou je genomika.

Predtým, ako budeme hovoriť priamo o dôsledkoch, ktoré môžu mať genetické manipulácie, objasňujeme, že túžba zlepšiť dizajn ľudskej bytosti pred narodením je predovšetkým priamy vplyv o selekcii, teda „odstraňovaní toho, čo je iné, čo nie je dokonalé, dopadlo neúspešne“. Je to ako hodiť neúspešné embryo do koša počas IVF procedúry.

V prostredí takej vedy, akou je genomika, môžeme hovoriť o možnosti založenia nový druh služby, „génová služba“, ktorá bude musieť uspokojiť ľudskú túžbu zlepšiť svoj genofond. Táto služba bude s najväčšou pravdepodobnosťou platená so štátnou podporou alebo prísne komerčná, kde si každá osoba, za predpokladu, že je solventná, bude môcť opraviť svoju genetickú informáciu.

Ale existencia tejto „služby“ bude nemožná technický pokrok a nejaká zmena v mentalite človeka.

Ako každý liek, aj nové genomické technológie môžu byť použité pre „sérum na gén“, kde existujú krátkodobé alebo dlhodobé riziká. Vždy existuje riziko, že budú odstránené gény, ktoré majú zatiaľ neznáme pozitívne aspekty a ktoré sa môžu prejaviť v rôznych prostrediach. Napríklad ten istý gén, ktorý spôsobuje kosáčikovitú anémiu, robí telo odolnejším voči malárii.

V súvislosti s génovou terapiou musíme predpokladať zmeny v zárodočných bunkách ako dôsledok somatickej génovej terapie. Za určitých okolností to môže byť legálne (treba posúdiť, či sa takýmto ľuďom môže po liečbe povoliť rozmnožovanie alebo nie), keďže úprava zárodočných buniek na liečbu môže viesť k zmenám v genetickom dedičstve budúcich generácií. Rozvíja sa aj génová terapia embryí a je potrebné vykonávať experimenty na embryách. Prirodzene, skôr ako sa v týchto štúdiách dosiahne úspech, dôjde k mnohým neúspechom, čo znamená, že predmet štúdia zomrie. Áno, v mene vedy a v prospech budúcich generácií možno tieto obete ospravedlniť, ale z etického hľadiska sa to ospravedlniť nedá.