Дата добавления: март 2006г.
Реферат по Биологии По теме: “Программа “Геном человека” Терёхин Василий 10 “Б”
Программа “Геном человека”… Что это? .. Рекламный трюк? Название фантастического фильма? А, может быть, новый журнал…
Чтобы разобраться, что такое программа “Геном человека”я провёл исследование, результаты которого изложены в этом реферате. Перед собой я ставил следующие вопросы: Что такое Геном и программа “Геном человека”.
Какие методики применялись для выполнения этой программы и как она проходила. Результаты этой программы (фактические и открывшиеся перспективы). Какова ценность этого проекта для людей. Ну что ж приступим… Что такое геном и Программа “Геном человека”?
Молекулярную основу генома человека составляет молекула ДНК — знаменитая “нить жизни”, двуспиральная модель структуры, которой была гениально предсказана и обоснована в работе нобелевских лауреатов Джеймса Уотсона и Фрэнсиса Крика еще в 1953 году. Спираль состоит из 4-х пар оснований (нуклеотидов); двух пуринов (аденин, гуанин) и двух пиримидинов (тимин и цитозин), соединенных между собой через дезоксирибозу и остатки фосфорной кислоты в длинную нить. Две нити соединяются между собой посредством водородных связей своих нуклеотидов, причем так, что аденин всегда соединен с тимином, а гуанин —с цитозином. В дальнейшем оказалось, что именно в чередовании пар оснований в ДНК и заложен генетический код для каждой из 20 аминокислот, причем этот код оказался трехбуквенным, то есть каждойаминокислотесоответствует свои три нуклеотида, свой триплет. Было так же установлено, что в каждой клетке человека длина молекулы ДНК около 1, 5–2 м, а число нуклеотидов, составляющих эту уникальную “нить жизни”достигает 3. 3 миллиарда. Фрагменты этой нити и составляют то, что называется генами, то есть кодирующими участками генома, определяющими структуру всех белков организма. Естественно, поэтому точное данные о структуре генома человеке, т. е. о первичной последовательности его нуклеотидов, равно как и данные обо всех генах человека давно привлекали и привлекают самое пристальное внимание ученых-биологов.
Уже в 1988 г. крупные средства на изучение генома в США были выделены Министерством энергетики. В 1990 активным инициатором и пропагандистом программы Геном человека стал знаменитый Джеймс Уотсон, а главным распорядителем финансов —Национальный Институт Здравоохранения США, в составе которого в 1995 году появился Национальный Институт Генома Человека, который возглавил Фрэнсис Коллинз. В этом же году он стал и руководителем Международной программы Геном Человека, к которой присоединились ведущие молекулярные лаборатории Великобритании, Франции, Германии, Японии и России. Решающая роль в становлении и развитии одноименной отечественной подпрограммы принадлежит выдающемуся ученому академику А. А. Баеву. Сиквенс генома человека.
Первичная структура молекулы ДНК генома человека анализируется с помощью секвенирования, т. е. методов, позволяющих определить точное взаиморасположение пар нуклеотидов в спирали ДНК. Поражают темпы работ по секвенированию генома человека. Еще в 1995 г. стоимость одного шага (определение положения одной пары оснований в цепочке ДНК) оценивали в 1$ и, соответственно, всю программу 3 триллиона долларов, то уже в 1998 г. , благодаря техническим усовершенствованиям, цена шага составила 50 центов, а к началу 2000 года, благодаря широкой автоматизации и микрокапиллярной технологии, она снизилась до 25 центов! В США и Великобритании были разработаны и внедрены гигантские автоматические фабрики по секвенированию генома —геномотроны, обладающие скоростью секвенирования несколько миллионов нуклеотидов в неделю. В настоящее время по некоторым данным в мире секвенируется до 10 млн. п. о. в день. Уже в конце 1999 г. высказывались предположения, что черновой вариант всего генома человека появится в 2000 году! Действительно, интенсивность секвенирования особенно возросла после 1998 г. , когда началась беспрецедентная гонка между 1 100 учеными Мирового Сообщества проекта“Геном Человека”и частной акционерной фирмой Celera Genomics (США), завершившаяся официальным заявлением о получении“чернового” варианта генома человека весной 2000 года. Помимо человека, в настоящее время полностью секвенированы геномы еще 600 видов организмов, в т. ч. бактерий, дрожжей, аскариды и дрозофилы. На подходе находится сиквенс генома лабораторной мыши.
Естественно, впечатляют и конкретные результаты столь стремительного прогресса. Так, если к маю 1999 г. было просеквенировано около300Ч106 п. о, т. е. только 10% генома, то 17 ноября 1999 г. президент Билл Клинтон, правительство и научная общественность США торжественно отметили полный сиквенс первого миллиарда нуклеотидов, т. е. 1/3 всего генома человека! Тогда же появилось сообщение и о полном секвенировнии хромосомы 22 —первой хромосомы человека, для которой была установлена точная последовательность ДНК длиной 33, 4 Мб! Так, была написана и представлена на суд мировой общественности первая Глава Главной Книги Следующего Тысячелетия! Основная заслуга в этом принадлежит ученым Сэнджеровского Центра (Кембридж, Великобритания), а так же ученым США, Канады, Швеции, Новой Зеландии, Австралии и других стран. Всего на 22-й хромосоме (кстати, одной из самых маленьких хромосом в кариотипе человека) было просеквенировано 33. 4 миллиона п. н. и выявлено 545 генов размерами от 1000 до 583 000 п. о.
В апреле 2000 года была расшифрована структура —хромосомы 21 длиной 33, 5 Мб. В отличие от хромосомы 22, трисомия которой не совместима с жизнью после рождения, трисомия 21-й хромосомы является причиной наиболее частой хромосомной болезни —болезни Дауна. Отчасти эти различия, как оказалось, связаны с тем, что число генов на хромосоме 21 равно 225, то есть более чем вдвое меньше, чем на хромосоме 22.
Наличие данных о числе генов в двух разных хромосомах, на долю которых приходится 2% ДНК генома, позволило рассчитать общее число генов в кариотипе человека равным 40 000.
В начале мая было официально объявлено и о завершении “чернового”варианта генома человека и Международной программой Геном Человека. Хронологически первой в этой сенсации значится частная фирма Celera Genomics, сделавшая такое заявление еще в апреле 2000 на конференции HUGO (Human Genome Organization).
Между тем, реальная картина секвенирования генома человека не выглядит столь безоблачной. К июню 2000 года только 20% генома человека секвенировано более 10 раз, т. е. с вероятностью ошибки менее1Ч 106п. о. ; 70% генома человека просеквенировано менее 10 раз, а 10% генома (по различным причинам, главным образом, из-за трудностей клонирования в бактериях) еще вообще не секвенированы. Предполагается, что работа по секвенированию будет завершена к концу 2000 года и, во всяком случае, ранее 2003 года, т. е. до 50-ти летнего юбилея глобального открытия Двойной Спирали ДНК Уотсона–Крика! Новые стратегические направления в “Геноме человека”
Исследования генома человека уже привели к возникновению таких новых научных направлений, и, соответственно, программ как“Функциональная Геномика” (“Functional Genomics”) (I); “Генетическое Разнообразие Человека” (“Human Genome Diversity”) (II); “Этические, Правовые и Социальные Аспекты Исследований Генома Человека” (“Ethical, Legal and Social Implications — ELSI”) (III) (Collins et al. , 1998; Collms, 1999). Эти направления, особенно II и III, активно проникают во все сферы жизни человека, и позволяют уже сейчас говорить о быстро нарастающем“генетизации”человечества. Ниже кратко рассмотрены основные научные направления, обязанные своему появлению исследованиям генома человека и, по сути, являющиеся логическим продолжением данной программы. Функциональная геномика.
По мере стремительного увеличения числа картированных генов, все более очевидным становится недостаток данных об их функциях и, прежде всего, о функциональной значимости тех белков, которые они кодируют. Из более 30 тысяч генов уже идентифицированных на физической карте генома человека, на сегодняшний день изучены в функциональном отношении не более 5–6 тыс. Каковы функции остальных 25 тысяч уже картированных и такого же числа еще некартированных генов, остается совершенно неизвестным и составляет основную стратегическую задачу исследований в программе“Функциональная Геномика”. Нет сомнения в том, что именно изучение структуры, функции и взаимодействия белков станет основой функциональной геномики, которую уже сейчас не редко называют“протеономикой”(Киселев, 2000). Методы направленного мутагенеза эмбриональных стволовых клеток с целью получения лабораторных животных (мышей) —биологических моделей наследственных болезней (Горбунова, Баранов, 1997), создание банков ДНК различных тканей и органов на разных стадиях онтогенеза; разработка методов изучения функций участков ДНК, некодирующих белки; развитие новых технологий по сравнительному анализу экспрессии многих тысяч генов — вот уже существующие подходы в решении проблем функциональной геномики — протеономики. Предполагается, что когда будет создан генный портрет генома человека, станет возможной идентификация 200–300 000 белков. Выяснить их появление в онтогенезе, исследовать “экспрессионный профиль”сотен и тысяч генов на микропланшетах для мониторинга экспрессионного статуса клеток и тканей в норме и при различных заболеваниях —центральная задача Функциональной Геномики в так называемую постгеномную эру (Киселев, 2000). Решение ее непосредственно связано с проблемами молекулярной медицины. Генетическое разнообразие человека.
Геномы всех людей, за исключением однояйцовых близнецов, различны. Выраженные популяционные, этнические и, главное, индивидуальные различия геномов как в их смысловой части (экзоны структурных генов), так и в их некодирующих последовательностях (межгенные промежутки, интроны, пр. ) обусловлены различными мутациями, приводящими к генетическому полиморфизму. Последний является предметом пристального изучения быстро набирающей силы программы“Генетическое Разнообразие Человека”. Решение многих проблем этногенеза, геногеографии, происхождения человека, эволюции генома в филогенезе и этногенезе —вот круг фундаментальных проблем, стоящих перед этим быстро развивающимся направлением. Близко примыкают к нему и исследования по Сравнительной Геномике (Comparative Genomics). Одновременно с человеком проводится секвенирование геномов других млекопитающих (мышь, крыса, кролик). Завершено секвенирование геномов микроорганизмов более 600 видов бактерий, дрожжей (1996), дрозофилы (1999), червей (Caenorhabditis elegans) —1998. К 2003 г. будет полностью расшифрован геном излюбленного экспериментального объекта —лабораторной мыши. Есть основания предполагать, что компьютеризованный анализ геномов различных животных позволит создать Периодическую Систему Геномов (Baranov, 1996). Будет ли она по аналогии с известной Периодической Системой Химических Элементов Д. И. Менделеева двумерной или окажется многомерной покажет будущее. Важно отметить, что сама идея создания такой Биологической Периодической Системы Живого Мира сегодня уже не представляется фантастичной (Lander, 1999). Геном Человека и Молекулярная Медицина.
Одним из решающих итогов изучения генома человека является появление и быстрое развитие качественно нового этапа медицинской науки —Молекулярной Медицины. Идентификация многих тысяч структурных и регуляторных генов, выяснение генной природы и молекулярных механизмов многих наследственных и мультифакториальных болезней, роли генетических факторов в этиологии и патогенеза различных патологических состояний, в т. ч. многих инфекций, доказательство генетической неповторимости каждого индивидуума —вот достижения, составляющие научную основу Молекулярной Медицины. Нет сомнения в том, что именно ей принадлежит будущее, т. е. Молекулярная Медицина, включающая Генную Терапию — это и есть Медицина XXI века (Баранов, 2000а). Хорошо известны и многие общепризнанные достижения самой молекулярной медицины. Кратко напомним главные из них:
Страницы: 1, 2
