Геном человека

Введение
Геномика – как наука о геноме человека
Основные виды геномных исследований
1. Структурная геномика
2. Сравнительная геномика
3. Функциональная (метаболическая) геномика
Секвенирование генома
Международный проект "Геном человека"
Генотерапия
Заключение
Список литературы

Геном человека

C открытием в начале XIX в Г. Менделем знаменитых основополагающих законов биологии началось развитие генетики, которая получила позднее название формальной, поскольку исследования велись лишь на уровне "ген-признак". Несомненно, существование гена было постулировано, но его материально-физическая природа оставалась неизвестной. Только лишь в 50-е годы прошлого века после появления и быстрого научного подтверждения справедливости теории о двойной спирали нуклеиновой кислоты - ДНК, началось стремительное развитие молекулярной генетики: были доподлинно установлены размеры отдельных генов, некоторые их функциональные участки и т.д. Биохимиками параллельно с генетиками был установлен матричный механизм белкового органического синтеза с передачей генетического кода от ДНК к белку. В обиход ученых вошло такое понятие как "секвенирование" (от англ. sequence — последовательность), т.е. определение первичной аминокислотной или нуклеотидной последовательности ДНК и РНК, в результате чего получается линейное символьное химическое описание, которое сжато поясняет атомную структуру молекулы.
В настоящий момент времени, буквально ежесуточно во многих десятках лабораторий в разных частях мира секвенируется около одного миллиона пар нуклеотидов. Для удобства были созданы специальные международные базы данных, в которых хранится информация о генах. Наиболее известны базы данных университета города Гейдельберг (Германия) и Института геномных исследований (США). Cведения о гене хранятся именно в этих международныех базах данных, а также там есть данные о его распространенности среди патогенов; о продукте, которые кодируются этим геном и об участии этого продукта (как правило, фермента) в метаболическом цикле человека; о катализировании им какой-либо реакции в жизненном цикле.
Основные виды геномных исследований
Геномика характеризуется несколькими направлениями:
1. Структурная геномика
Задача структурной геномики - это идентификация генов при помощи специальных компьютерных программ (ведется поиск открытых рамок считывания со старт и терминирующими кодонами). В результате этих исследований изучаемый геном характеризуется различными физико-химическими параметрами: молекулярной массой, количеством генов и их нуклеотидной последовательностью; у прокариот - в геноме хромосомы, у эукариот - в каждой из хромосом.
2. Сравнительная геномика
По базам данных она позволяет: быстро установить, является ли тот или иной ген уникальным по последовательности нуклеотидов или он уже был выделен и изучен в другой лаборатории; сравнивать гены между собой и иметь представление о степени гомологии родственных генов, т.е. степени гомологии по последовательности нуклеотидов в открытой рамке считывания; выявить эволюционную близость одного организма другому и, наконец, отвечать на ряд вопросов, относящихся к традиционной биологии.
Помимо теоретических знаний сравнительная геномика отвечает и на вопросы практического характера. Например, на основании её данных возможно однозначно сделать медицинский прогноз о степени безопасности создаваемых лекарств даже без испытаний на живых организмах, т.е. если ведется поиск ингибиторов данного гена у патогенного микроорганизма с целью создания на их основе лекарственных средств, то важно знать, есть ли ген с такой или близкой последовательностью нуклеотидов в организме хозяина.
3. Функциональная (метаболическая) геномика
Функциональная геномика устанавливает связь между геномом и метаболизмом, кластерами генов и многоступенчатыми метаболическими процессами, отдельными генами и конкретными метаболическими реакциями. В функциональной геномике широко используется понятие "модельные" организмы - это некоторые простейшие микроорганизмы, у которых прослеживается связь между геном и кодируемымые этим геном ферментные и структурные белки, т.е. прокариоты и низшие эукариоты с полностью секвенированным геномом и досконально изученным метаболизмом. Escherichia coli (у прокариот) и Sacsharomyces cerevisiae (у эукариот) являются примерами таких простейших модельных микроорганизмов.
Применительно к медицине функциональная геномика имеет своё особое значение при установлении "существенности" отдельных видов генов. Понятие "существенность" применяют при установлении необходимости данного гена для жизнедеятельности клетки. Так, при создании новых анибиотиков именно "существенные" гены являются мишенями для испытания этих антимикробных веществ.
Секвенирование генома
На сегодняшний день полностью исследованы и секвенированы геномы нескольких сотен видов бактерий, размеры генома которых варьируются, но в целом они близки к нескольким миллионам пар оснований или нескольким тысячам генов соответственно.
В современной мировой медицинской клинике используется порядка двухсот природных и синтетических антимикробных соединений и каждое из них имеет свою мишень. В основном, это или фермент, или рибосомный белок. Для скрининга используют информацию о полностью секвенированном геноме патогена и наличии в нем "существенных" генов.
Существует тот факт, что для некоторых патогенных микроорганизмов исследованы гены "существенные" для протекания инфекционного процесса, но "несущественные" при росте in vitro - на синтетических питательных средах. В таких случаях эти патогенные микроорганизмы не поддаются идентифицированию и их невозможно использовать как мишени при поиске новых видов лекарств. Данныем "молчащием" in vitro генам патогенов учёные присвоили название ivi генов (генов вирулентности), даже, несмотря на то, что в их число входят не только гены, кодирующие образование токсинов, адгезинов и других факторов вирулентности. А также к ним относятся гены ферментов или транспортных белков, позволяющих патогенной микробной клетке жить и размножаться в тканях макроорганизма в условиях недостатка питательных органических веществ и неорганических ионов.

Международный проект "Геном человека"
Полное секвенирование генома человека задача качественно более трудоемкая и наукоемкая, чем такое секвенирование генома прокариот и низших эукариот. В 1990-го и по 2003 гг. был образован Международный проект "Геном человека", цель которого было секвенирование ченома человека с привлечением лучших учёных и денежных средств многих стран, в том числе и России. За этот период времени были созданы базы ДНК из образцов генов сотен тысяч людей. Были описаны все 25 000 генов, присутствующих в хромосомах каждой клетки.
В ДНК генома человека были обнаружены многочисленные ряды некодирующих последовательностей. За последние годы при сравнивании генома человека и человекообразных обезьян установлены любопытные факты. Ожидалось, что эти различия по сравнению с парадигмой дарвинизма о том, что "человек произошел от обезьяны", окажутся довольно значительными и что наш общий предок весьма отдален от нас, а дивергенция произошла очень давно.
Но самое удивительное, что было обнаружено отличие между геномами представителей разных наций.
Генотерапия
По мере выявления новых генов и сравнивая их, ученые начинают выявлять связи разных генетических вариаций и мутаций со всевозможными заболеваниями, что привело к возникновению такого важного практического приложения геномики к медицине, как генотерапия. С помощью генотерапии можно выявлять и лечить многие заболевания наследственоости, которые дифференцируются на моно- и полигенные.