Проект «Геном человека»
Предварительный просмотр:
Подписи к слайдам:
Содержание: Введение 1. «Геном человека». Вехи проекта 2. Карты хромосом. Подходы к их составлению 3. Разработка новых технологий 4. Результаты. Задачи на будущее Заключение
Введение: Международный проект «Геном человека» был начат в 1988 г. под руководством Джеймса Уотсона под эгидой Национальной организации здравоохранения США.
Цель проекта заключается в выяснении последовательности оснований во всех молекулах ДНК в клетках человека. Одновременно должна быть установлена локализация всех генов, что помогло бы выяснить причины наследственных заболеваний и этим открыть пути к их лечению.
«Геном человека». Вехи проекта: В любой соматической клетке человека 23 пары хромосом. В каждой из них по одной молекуле ДНК. Как представить себе 3 млрд. оснований зримо? Чтобы воспроизвести информацию, содержащуюся в ДНК единственной клетки, даже самым мелким шрифтом (как в телефонных справочниках), понадобится тысяча 1000-страничных книг!
Проект состоит из пяти основных этапов: составление карты, на которой помечены гены, отстоящие друг от друга не более чем на 2 млн. оснований, на языке специалистов, с разрешением 2 Мб ( Мегабаза — от английского слова « base » — основание); завершение физических карт каждой хромосомы с разрешением 0,1 Мб; получение карты всего генома в виде набора описанных по отдельности клонов (0,005 Мб); к 2004 г. полное секвенирование ДНК (разрешение 1 основание; нанесение на карту с разрешением в 1 основание всех генов человека (к 2005 г.). Когда эти этапы будут завершены, исследователи определят все функции генов, а также биологические и медицинские применения результатов.
Карты хромосом. Подходы к их составлению В ходе проекта создают три типа карт хромосом: Генетические; Физические; Секвенсовые ;
Выявить все гены, присутствующие в геноме, и установить расстояния между ними — значит локализовать каждый ген в хромосомах. Такие генетические карты помимо инвентаризации генов и указания их положений ответят на исключительно важный вопрос о том, как гены определяют те или иные признаки организма.
Составление физических карт хромосом. Еще в 60-е годы цитогенетики стали окрашивать хромосомы, чтобы выявить на них особые поперечные полосы. Позже научились «метить» молекулы ДНК (радиоактивными или флуоресцентными метками) и следить за присоединением этих меток к хромосомам. В 70-е годы научились «разрезать» ДНК на участки специальными ( рестрикционными ) ферментами, распознающими короткие отрезки ДНК, в которых информация записана в виде палиндромов — сочетаний, читаемых одинаково от начала к концу и от конца к началу. Так возникли рестрикционные карты хромосом. Использование современных физических и химических методов и средств улучшило разрешение физических карт в сотни раз.
Разработка методов секвенирования (изучения точных последовательностей нуклеотидов в ДНК) открыла путь к созданию секвенсовых карт с рекордным на сегодня разрешением (на этих картах будет указано положение всех нуклеотидов в ДНК).
Разработка новых технологий: Важный аспект проекта «Геном человека» — разработка новых методов исследований. Еще до старта проекта был развит ряд весьма эффективных методов цитогенетических исследований (теперь их называют методами первого поколения). Среди них: создание и применение упомянутых рестрикционных ферментов; получение гибридных молекул, их клонирование и перенос участков ДНК с помощью векторов в клетки-доноры (чаще всего — кишечной палочки или дрожжей); синтез ДНК на матрицах информационной РНК; секвенирование генов; копирование генов с помощью специальных устройств; способы анализа и классификации молекул ДНК по плотности, массе, структуре
Самая маленькая хромосома клеток человека содержит ДНК длиной 50 Мб, самая большая (хромосома 1) — 250 Мб. До 1996 г. наибольший участок ДНК, выделяемый из хромосом с помощью реактивов, имел длину 0,35 Мб, а на лучшем оборудовании их структура расшифровывалась со скоростью 0,05-0,1 Мб в год при стоимости 1-2 долл. за основание. Иными словами, только на эту работу понадобилось бы примерно 30 тыс. дней (почти век) и 3 млрд. долл.
Результаты. Задачи на будущее: Расшифрованные геномы. 1995 г. — бактерия гемофильная палочка ( Hemophilus influenza );. 1996 г. — клетка дрожжей (6 тыс. генов, 12,5 Мб); 1998 г. — круглый червь Caenorhabditis elegans (19 тыс. генов, 97 Мб). Основные результаты завершенных этапов проекта изложены в журнале « Science»
Изученные гены человека. За 1995 г. длина участков ДНК человека с установленной последовательностью оснований увеличилась почти в 10 раз. Но хотя прогресс был налицо, результат за год составил менее 0,001% от того, что предстояло сделать. Но уже к июлю 1998 г. было расшифровано почти 9% генома, а затем каждый месяц появлялись новые значительные результаты. Изучив большое число копий генов в виде сДНК и сопоставив их последовательности с участками хромосомной ДНК, к ноябрю 1998 г. расшифровали 30 261 ген (примерно половина генома).
Функции генов. Результаты завершенной части проекта позволяют судить о роли двух третей генов в образовании и функционировании органов и тканей человеческого организма. Оказалось, что больше всего генов нужно для формирования мозга и поддержания его активности, а меньше всего для создания эритроцитов — лишь 8.
К настоящему времени известно около 10 тыс. различных заболеваний человека, из которых более 3 тыс. — наследственные. Уже выявлены мутации, отвечающие за такие заболевания, как гипертония, диабет, некоторые виды слепоты и глухоты, злокачественные опухоли. Обнаружены гены, ответственные за одну из форм эпилепсии, гигантизм и др. Вот некоторые болезни, возникающие в результате повреждения генов, структура которых полностью расшифрована: Хронический грануломатоз ; Кистозный фиброз; Болезнь Вильсона; Ранний рак груди/яичника; Мышечная дистрофия Эмери-Дрейфуса; Атрофия мышц позвоночника; Альбинизм глаза; Болезнь Альцгеймера; Наследственный паралич; Дистония.
С учетом постоянного наращивания темпов работ руководители проекта заявили в конце 1998 г., что проект будет выполнен гораздо раньше, чем планировалось, и сформулировали задачи на ближайшую перспективу: 2001 г. — предварительный анализ генома человека; 2002 г. — расшифровка генома плодовой мухи Drosophila melanogaster ; 2003 г. — создание полных карт генома человека; 2005 г. — расшифровка генома мыши с использованием методов сДНК и искусственных хромосом дрожжей.
Главная стратегическая задача на будущее — изучить вариации ДНК (на уровне отдельных нуклеотидов) в разных органах и клетках отдельных индивидуумов и выявить эти различия.
Заключение: Почти все цели, которые ставил перед собой проект, были достигнуты быстрее, чем предполагалось. Проект по расшифровке генома человека был закончен на два года раньше, чем планировалось. Проект поставил разумную, достижимую цель секвенирования 95 % ДНК. Исследователи не только достигли её, но и превзошли собственные предсказания, и смогли секвенировать 99,99 % человеческой ДНК. Проект не только превзошёл все цели и выработанные ранее стандарты, но и продолжает улучшать уже достигнутые результаты.
Спасибо за внимание!