ОРГАНІЗАЦІЯ ГЕНОМА ЛЮДИНИ

ОРГАНІЗАЦІЯ ГЕНОМА ЛЮДИНИ Матеріали до уроку біології10 клас

Формально геном людини можна визначити як сукупність послідовностей молекул ДНК 22 аутосом і двох статевих хромосом (гетерохромосом – X та Y).

Проект «Геном людини»Геном людини розшифровували в рамках одного з наймасштабніших проектів ХХ ст. – проекту «Геном людини» (Human Genome Project). Проект «Геном людини» було розпочато в 1991 р. і завершено у 2003 р. Мета проекту – побудувати достатньо точні генетичні карти, отримати послідовність 3,2 млрд пар основ ДНК, ідентифікувати генні послідовності, визначити геномні варіації.

У результаті виконання проекту побудовано генетичні карти, отримано послідовності 99,9 % еухроматинових ділянок генома з точністю 99,99 %, 15 000 повних змістовних послідовностей білкових генів та ідентифіковано близько 3 000 000 нуклеотидів, що варіюють у геномах людини.

Процес розшифрування генома людини відбувався в декілька етапів. Насамперед отримали його фрагменти. Далі клонували фрагменти молекул ДНК людини та створили геномну бібліотеку. Геномна бібліотека – це набір молекул ДНК, притаманний геному певного організму

Для створення геномної бібліотеки: молекули ДНК вилучають з клітин, за допомогою ферментів розрізають на фрагменти певного розміру. Далі отримані фрагменти вбудовують у вектори (наприклад, певні види вірусів). Потім ці фрагменти переносять у клітини, у яких вони зберігаються (зазвичай це клітини бактерії кишкової палички або дріжджів).

Методом секвенування визначили нуклеотидні послідовності фрагментів генома людини. Потім робили комп’ютерний аналіз цих послідовностей ДНК, зіставляли їх, об’єднували послідовності конкретних хромосом. І нарешті, здійснювали комп’ютерний пошук функціональних послідовностей генома людини.

За даними, отриманими в рамках цього проекту, кількість білкових генів у геномі людини не перевищує 25 000 (що значно менше, ніж передбачалося до розшифрування генома людини). Слід зазначити, що ідентифікацію усіх генів молекул РНК навіть тепер остаточно не завершено.

Останні версії каталогу білкових генів людини включають близько 22 000 білкових генів і 6000 генів РНК (остання оцінка, напевно, занижена). Загальна довжина кодуючих ділянок білкових генів дорівнює приблизно 34 млн пароснов, тобто становить лише 1,2 % генома. Понад 45 % генома людини складають мобільні генетичні елементи.

Після завершення проекту «Геном людини» у 2003 р. розпочато проект ENCODE (The Encyclopediaof DNA Elements) – енциклопедія ДНК елементів, мета якого – провести повний функціональний аналіз елементів генома людини. Цікавим результатом виконання цього проекту (його ще не завершено) є те, що понад 80 % генома виконує регуляторну функцію.

На малюнку наведено каріотипи обох статей людини. Хромосоми людини за розміром та особливостями будови поділяють на 7 груп, які позначають латинськими літерами від A до G.

Варіації генома людини. Одним з неочікуваних результатів аналізу генома людини стало виявлення високої подібності послідовностей ДНК у різних індивідуумів. Тобто будь­які дві людини ідентичні за нуклеотидними послідовностями на 99,5 %. Отже, уся сукупність різноманітних фенотипів у людини (навіть представників різних рас) зумовлена варіаціями тільки 0,5 % генома. Усі кардинальні відмінності є виключно культурними та політичними, а також зумовленими особливостями клімату, в умовах якого та чи інша раса була сформована.

Перші варіанти генома людини, які було описано задовго до появи методів секвенування ДНК, характеризувалися відмінностями в кількості та структурі хромосом. Анеуплоїдії (зміни кількості окремих хромосом) та хромосомні перебудови, про які ми згадували раніше, часто пов’язані з різними спадковими захворюваннями. Натомість варіації за розміром або морфологією гомологічних хромосом можуть бути і не пов’язаними з патологічними змінами фенотипу.

У процесі аналізу нуклеотидних послідовностей людини виявлено численні «дрібномасштабні» варіанти генома, розмір яких не перевищує 1000 пар основ. Приблизно 80 % таких ДНК ­варіантів представлено у виглядіпоодиноких нуклеотидних замін. За приблизними оцінками, у людськійпопуляції одна нуклеотидна заміна трапляється на кожні 300 нуклеотидних пар. Загалом у різних людських популяціях ідентифіковано 84 700 000 поодиноких нуклеотидних замін.

«Дрібномасштабні» варіації генома використовують: у медичній генетиці для виявлення носіїв рецесивних мутантних алельних генів ; у популяційній генетиці людини – для визначення спорідненості між різними популяціями людей; у судово­медичній експертизі – для встановлення особистості або батьківства.

Інформація про геном людини та, особливо, про індивідуальні структурні його варіанти розширила наше уявлення про зв’язок між геномом і фенотипом. Швидкий розвиток методів секвенування ДНК дає підстави говорити про «генетичну паспортизацію» (встановлення повних послідовностей геномів кожної людини) як про досить близьку перспективу.

Домашнє завдання: опрацювати параграф 35