Генный уровень организации наследственного материала будем рассматривать

Описание презентации Генный уровень организации наследственного материала будем рассматривать по слайдам

Генный уровень организации наследственного материала  будем рассматривать с точки зрения современной программы “ГеномГенный уровень организации наследственного материала будем рассматривать с точки зрения современной программы “Геном человека”.

Международная программа «Геном человека» Проект  «Геном человека»  - наиболее яркое достижение наукиМеждународная программа «Геном человека» Проект «Геном человека» — наиболее яркое достижение науки XX-ХХI века. Выполнение программы «Геном Человека» представляет собой самое великое открытие на пороге третьего тысячелетия. Исследования по секвенированию «Генома человека» финансировала администрация президента США Билла Клинтона.

Грандиозное открытие современности — расшифровка первичной структуры генома человека , представляет собой итог многолетнейГрандиозное открытие современности — расшифровка первичной структуры генома человека , представляет собой итог многолетней скрупулезной работы сообщества ученых, объединенных программой «Геном человека» .

  Вдохновителем и инициатором программы на американском континенте был Джеймс Уотсон - первооткрыватель Вдохновителем и инициатором программы на американском континенте был Джеймс Уотсон — первооткрыватель двойной спирали ДНК. С 1996 по 2003 год руководителем этой программы в США являлся профессор Френсис Коллинз.

Джеймс Уотсон Джеймс Дь и юю У тсон ою (род. 6 апреля 1928 г.Джеймс Уотсон Джеймс Дь и юю У тсон ою (род. 6 апреля 1928 г. , Чикаго , Иллинойс ) — американский биолог. Лауреат Нобелевской премии по физиологии и медицине 1962 года — совместно с Фрэнсисом Криком и Морисом Уилкинсом за открытие структуры молекулы ДНК .

Френсис Коллинз Френсис Селлерс Коллинз (род. 14 апреля 1950 года) — американский генетик, ставшийФренсис Коллинз Френсис Селлерс Коллинз (род. 14 апреля 1950 года) — американский генетик, ставший известным как руководитель проекта по расшифровке «Генома человека» . В настоящее время возглавляет Национальный институт здравоохранения США в Бетесда, штата Мэриленд.

Существенные разделы программы выполнены в ведущих научных центрах США,  Великобритании, Франции и Японии.Существенные разделы программы выполнены в ведущих научных центрах США, Великобритании, Франции и Японии. Решающая роль в становлении и развитии отечественной подпрограммы принадлежит выдающемуся ученому, академику А. А. Баеву.

(28 декабря 1903 [10 января 1904],  Чита — 31 декабря 1994, Москва) —(28 декабря 1903 [10 января 1904], Чита — 31 декабря 1994, Москва) — советский биохимик, врач, выдающийся ученый. Основные работы посвящены биохимии, биотехнологии, генетике и молекулярной биологии. Первым в Советском Союзе и одним из первых в мире осуществил структурно-функциональное изучение нуклеиновых кислот (РНК и ДНК), участвовал в выделении и изучении гормона роста человека. Являлся автором и руководителем научно-исследовательской программы по изучению генома человека. Александрович Баев

   Крейг Вентер в апреле 2000 года в Ванкувере (Канада) впервые Крейг Вентер в апреле 2000 года в Ванкувере (Канада) впервые сообщил о завершении сиквенса генома человека. Секвенирование 1/3 генома человека было завершено в 2001 году, а всего генома в 2003 году.

Крейг Вентер  (род. 14 октября 1946 ,  Солт-Лейк-Сити , США ) —Крейг Вентер (род. 14 октября 1946 , Солт-Лейк-Сити , США ) — американский генетик, биолог и бизнесмен-организатор науки. Сейчас он признанный лидер самых радикальных и перспективных направлений современной генетики и первопроходец в области синтеза искусственной жизни.

Совокупность генов в гаплоидном наборе хромосом называется - ГЕНОМ.  Мы на сегодняшней лекцииСовокупность генов в гаплоидном наборе хромосом называется — ГЕНОМ. Мы на сегодняшней лекции рассмотрим лишь правила, согласно которым определенные наборы генов избирательно активируются в каждой клетке.

12

По некоторым данным в мире секвенируется до 10 млн.  полинуклеотидных оснований.  ФизическийПо некоторым данным в мире секвенируется до 10 млн. полинуклеотидных оснований. Физический размер генома человека составляет 3, 3 млрд п. н. при среднем размере одного гена около 30 000 полинуклеотидных оснований.

В настоящее время картированно свыше 30 000 фрагментов экспрессирующихся генов человека,  идентифицировано 11В настоящее время картированно свыше 30 000 фрагментов экспрессирующихся генов человека, идентифицировано 11 000 генов , из которых 6 000 картировано на хромосомах.

  В результате  последующей  мощной компьютерной обработки данных ,  позволяющей В результате последующей мощной компьютерной обработки данных , позволяющей расположить секвенированные участки в правильной последовательности, оказалось возможным реально трижды просеквенировать геном одного человека.

К 2005 году были секвенированы геномы семи человек (всего около 22, 1 млрд п.К 2005 году были секвенированы геномы семи человек (всего около 22, 1 млрд п. н. ). Первым секвенирован геном Д. Уотсона. При этом 30% генома человека секвенированы 8 -10 раз с точностью 99, 99% и допустимой частотой ошибки одна на 10 в четвертой степени п. н.

17

С точки зрения современной генетики  ГЕН - единица генетического материала,  которая передаетсяС точки зрения современной генетики ГЕН — единица генетического материала, которая передается от родителей потомству и может быть обнаружена в эксперименте по ее способности мутировать в различные состояния, рекомбинировать с другими такими же единицами и функционировать , наделяя организм каким-либо конкретным фенотипом.

Определение гена в программе  «Геном человека» : единица транскрипции, которая может быть транслированаОпределение гена в программе «Геном человека» : единица транскрипции, которая может быть транслирована в одну или несколько аминокислотных последовательностей. Это дает возможность сделать более точные подсчеты количества генов. Оценка числа генов у человека составляет величину 60 000 – 70 000 , из них — «гены домашнего хозяйства» 14 000 , транскрибируемая часть генома — 20 000.

20

21

22

23

Различают три основные группы генов • РНК-кодирующие гены • Протеин-кодирующие гены • Митохондриальные геныРазличают три основные группы генов • РНК-кодирующие гены • Протеин-кодирующие гены • Митохондриальные гены

25

РНК-кодирующие гены определяют синтез РНК , необходимый для обеспечения процессов сплайсинга ,  синтезаРНК-кодирующие гены определяют синтез РНК , необходимый для обеспечения процессов сплайсинга , синтеза рибосом и процессов трансляции. РНК-кодирующие гены дают информацию для синтеза молекул РНК (т. РНК, р. РНК, и. РНК), обладают регуляторным действием , т. е. влияют на функции других генов. Например, РНК для выключения или инактивации одной из X-хромосом у женщин.

Гены,  кодирующие малые ядерные РНК Малые ядерные РНК помогают удалять интроны из проматричнойГены, кодирующие малые ядерные РНК Малые ядерные РНК помогают удалять интроны из проматричной РНК. Этот процесс осуществляется таким образом, что следующие друг за другом экзоны , т. е. кодирующие фрагменты м. РНК, никогда физически не разобщаются. Экзоны соединяются между собой с помощью молекул так называемых малых ядерных РНК.

Молекулы малых ядерных РНК играют роль временных матриц ,  удерживающих близко друг отМолекулы малых ядерных РНК играют роль временных матриц , удерживающих близко друг от друга концы двух экзонов, для того чтобы сплайсинг произошел в правильном месте. После того, как таким путем из про- и. РНК удаляются все интроны, завершается процессинг, м. РНК и зрелая р. РНК покидают ядро.

Протеин-кодирующие гены Гены , кодирующие белки, по своей структуре и функциям разделяются на геныПротеин-кодирующие гены Гены , кодирующие белки, по своей структуре и функциям разделяются на гены «домашнего хозяйства» или гены жизнеобеспечения клетки. Имеются также гены специальных функций, т. е. гены терминальной дифференцировки. Они кодируют белки, характерные для дифференцируемой ткани и определяющие её основные функции.

Например гемоглобин в эритроцитах,  мышечные белки, секреторные белки эндокринных и пищеварительных желез. Например гемоглобин в эритроцитах, мышечные белки, секреторные белки эндокринных и пищеварительных желез. В последнее время выделяют гены особых ядерных белков , названных транскрипционными факторами. Имея сравнительно небольшие размеры, эти гены характеризуются наличием высококонсервативных последовательностей , белковые продукты которых способны соединяться с регуляторными областями ДНК многих структурных генов, вызывая их репрессию или активацию (SRY).

Митохондриальные гены. Примерно 95  ДНК  находятся в спирализованном состоянии в ядре каждойМитохондриальные гены. Примерно 95 % ДНК находятся в спирализованном состоянии в ядре каждой клетки организма и только около 5% сосредоточены в многочисленных митохондриях (около 1000 на одну клетку), двумембранных органоидах , отвечающих за дыхание и энергетические процессы.

Митохондриальные ДНК содержат всего 37 генов.  13 генов кодируют полипептиды, входящие в составМитохондриальные ДНК содержат всего 37 генов. 13 генов кодируют полипептиды, входящие в состав комплекса (NADH-дегидрогеназы-коэнз им Q оксидоредуктазы).

 • Остальные 24 гена необходимы для трансляции белка на митохондриальных рибосомах.  Генетический • Остальные 24 гена необходимы для трансляции белка на митохондриальных рибосомах. Генетический код митохондрий несколько отличается от ядерного, поэтому синтез белка в них требует присутствия собственного вспомогательного аппарата. • Из этих 24 генов 22 гена кодируют т. РНК, а 2 гена – р. РНК митохондрий.

Генетический код – это способ записи генетической информации о структуре белков (полипептидов) посредством последовательностиГенетический код – это способ записи генетической информации о структуре белков (полипептидов) посредством последовательности нуклеотидов в нуклеиновых кислотах (ДНК и РНК). Генетический код диктует состав и последовательность аминокислот в белке.

Одним из первых в этом пытался разобраться русский математик Георгий Гамов,  эмигрировавший вОдним из первых в этом пытался разобраться русский математик Георгий Гамов, эмигрировавший в то время в Америку. Наслушавшись многочисленных разговоров о ДНК и узнав, что она содержит – как и карты – всего четыре «масти» , Гамов решил «разложить пасьянс» с целью понять устройство генетического кода.

36 Георгий Антонович Гамов  (20 февраля (4 марта) 1904,  Одесса — 1936 Георгий Антонович Гамов (20 февраля (4 марта) 1904, Одесса — 19 августа 1968, Боулдер)— советский и американский физик-теоретик, астрофизик и популяризатор науки. В 1933 году покинул СССР, став «невозвращенцем» . В 1940 году получил гражданство США. Член-корреспондент АН СССР (с 1932 по 1938 год, восстановлен посмертно в 1990 году). Член Национальной академии наук США (1953).

Генетический код :  • состоит из 64 триплетных кодонов , включающих A, G,Генетический код : • состоит из 64 триплетных кодонов , включающих A, G, C, U. • все кодоны используются в белковом синтезе: 64 кодона кодируют 20 аминокислот; • 3 кодона являются терминирующими: (стоп-кодоны, или нонсенс-кодоны): UAA, UAG, UGA.

Первым практическим результатом реализации программы «Геном человека»  стало появление принципиально новых подходов кПервым практическим результатом реализации программы «Геном человека» стало появление принципиально новых подходов к диагностике и лечению наследственных моногенных заболеваний , то есть заболеваний, связанных с нарушениями одного единственного гена.

Обнаружены  гены носительства болезни Альцгеймера ,  выявлены  «больные» гены болезни Тея-СаксаОбнаружены гены носительства болезни Альцгеймера , выявлены «больные» гены болезни Тея-Сакса (вызывает слабоумие, прогрессирующую слепоту и мышечное истощение), синдрома Хантингтона , рака толстой кишки и молочной железы и многих других.

Особенно актуальна разработка ранних методов (предклинических и пренатальных) диагностики наследственных болезней. 40 Особенно актуальна разработка ранних методов (предклинических и пренатальных) диагностики наследственных болезней.

В настоящее время многие супружеские пары, ожидающие рождения ребенка, могут пройти такое тестирование —В настоящее время многие супружеские пары, ожидающие рождения ребенка, могут пройти такое тестирование — молекулярный анализ ДНК, полученной из небольшого количества эмбрионального материала. Этот анализ позволяет с высокой точностью предсказать, будет ли плод страдать той или иной из нескольких сотен тяжелых наследственных болезней.

На сегодняшний день в Японии все новорожденные  проходят тест на 11 генетических заболеваний,На сегодняшний день в Японии все новорожденные проходят тест на 11 генетических заболеваний, в Америке — на 7, в России — на 5: фенилкетонурию , гипотиреоз , муковисцидоз и галактоземию, АДГ. Генетический анализ помогает распознать заболевания даже когда плод еще находится в утробе матери.

Первые примеры этому уже имеются. Так, недавно появилось сообщение об использовании сверхранней диагностики сПервые примеры этому уже имеются. Так, недавно появилось сообщение об использовании сверхранней диагностики с целью рождения полноценного ребенка в семье, где ее члены поражены болезнью Альцгеймера.

В искусственных условиях оплодотворили яйцеклетку матери сперматозоидами отца.  Потом провели анализ 15 зиготВ искусственных условиях оплодотворили яйцеклетку матери сперматозоидами отца. Потом провели анализ 15 зигот на наличие мутаций в гене, ответственном за болезнь Альцгеймера.

В большинстве случаев была обнаружена смертельная комбинация генов, а в одной все было вВ большинстве случаев была обнаружена смертельная комбинация генов, а в одной все было в порядке. Использовав эту единственную «полноценную» зиготу, родная мать родила здорового ребенка. В ином случае ребенок, рожденный матерью, с большой вероятностью содержал бы «больной» ген.

В ближайшем будущем подобные процедуры станут вполне привычными, так как техника предупредительного генетического анализаВ ближайшем будущем подобные процедуры станут вполне привычными, так как техника предупредительного генетического анализа стремительно развивается.

Теперь на очереди стоит генная диагностика ненаследственных заболеваний , в частности,  злокачественных новообразованийТеперь на очереди стоит генная диагностика ненаследственных заболеваний , в частности, злокачественных новообразований , возникающих спорадически.

Например,  выявлено свыше десятка генов (называемых прогностическими молекулярными или генетическими маркерами),  экспрессияНапример, выявлено свыше десятка генов (называемых прогностическими молекулярными или генетическими маркерами), экспрессия или гиперэкспрессия которых служит неблагоприятным признаком развития рака молочной железы.

У становлено, что всего лишь точечная замена ( Т-Ц ) в области,  расположеннойУ становлено, что всего лишь точечная замена ( Т->Ц ) в области, расположенной за геном CYP 1 A 1, в 2, 5 раза повышает риск развития плоскоклеточного рака. Эти подходы стали важным инструментом практической медицины. В первую очередь это полимеразная цепная реакция (ПЦР).

  Генотерапия  –  это метод для исправ-ления дефектного гена,  ответственного Генотерапия – это метод для исправ-ления дефектного гена, ответственного за развитие заболевания.

Для исправления дефектного гена могут быть использованы разные подходы: 1. Наиболее часто в ядроДля исправления дефектного гена могут быть использованы разные подходы: 1. Наиболее часто в ядро вводится нормальный ген без специфической локализации для замещения дефектного гена. 2. Дефектный ген может быть замещен нормальным геном с помощью гомологичной рекомбинации.

3. Дефектный ген может быть исправлен с помощью селективной обратной мутации. 4. Может быть3. Дефектный ген может быть исправлен с помощью селективной обратной мутации. 4. Может быть изменена регуляция определенного гена (уровень его активности).

Важно, что при этом врачу совершенно не обязательно видеть самого пациента. Достаточно лишь Важно, что при этом врачу совершенно не обязательно видеть самого пациента. Достаточно лишь «прочитать» небольшой определенный участок его ДНК, выделенной из несколь-ких клеточек человеческого тела (например, из капли крови или даже из волосяной луковицы).

Г енная диагностика  «навела на след» ,  показала врачу, с каким конкретнымГ енная диагностика «навела на след» , показала врачу, с каким конкретным геном связана патология у обследуемого пациента. Хотя этот этап очень важный, но он только первый. Дальше надо приступать к лечению. И если для этого нет соответствующих средств, то правильному диагнозу грош цена. Время, когда болезнь лечили народными средствами, безвозвратно ушло в прошлое.

Геномы всех людей ,  за исключением однояйцевых близнецов различны. Выраженные популяционные,  этнические,Геномы всех людей , за исключением однояйцевых близнецов различны. Выраженные популяционные, этнические, индивидуальные различия генов как в их смысловой части ( экзоны ), так и в некодирующих последовательностях ( интроны ) обусловлены различными мутациями, приводящими к генетическому полиморфизму.

Генетический полиморфизм – отличия последовательности ДНК в геноме у представителей одного вида. В определенныхГенетический полиморфизм – отличия последовательности ДНК в геноме у представителей одного вида. В определенных условиях некоторые генетические полиморфизмы могут предрасполагать, либо, наоборот, препятствовать проявлению различных заболеваний.

В последние годы для определения вариаций или полиморфизмов ДНК человека стали использовать и биочипы.В последние годы для определения вариаций или полиморфизмов ДНК человека стали использовать и биочипы. С их помощью возможно оценить одновременно тысячи потенциально опасных мутаций и полиморфизмов генома у конкретного пациента.

С помощью биочипов  можно выявлять генетические ошибки почти так же быстро, как сканерС помощью биочипов можно выявлять генетические ошибки почти так же быстро, как сканер определяет цены на упаковках продуктов в магазине. В самом ближайшем будущем генная диагностика позволит определять весь спектр генов предрасположенности к заболеваниям у каждого человека.

Генетический паспорт 59 Генетический паспорт

Создание  «генетического паспорта»  гражданина становится реальностью. Такой «паспорт» должен содер-жать информацию оСоздание «генетического паспорта» гражданина становится реальностью. Такой «паспорт» должен содер-жать информацию о наличии мутаций в генах , вызывающих развитие наследственных болезней, и, что особенно важно, вариантов генов предрасположенности к мультифакториальным заболеваниям.

Уже сегодня в Западной Европе,  США и Канаде в неполном варианте проводится Уже сегодня в Западной Европе, США и Канаде в неполном варианте проводится «генетическая паспортизация» по различным медицинским показаниям и просто по индивидуальному желанию. Формируются индивидуальные и семейные базы генетических данных.

Таким образом, стихийный процесс «паспортизации» уже начался.  Очевидно, что «генетическая паспортизация» станет основойТаким образом, стихийный процесс «паспортизации» уже начался. Очевидно, что «генетическая паспортизация» станет основой профилактической индивидуализированной медицины будущего.

Правильный диагноз – половина лечения. Знание структуры генома человека дает сегодня медикам дополнительные возможностиПравильный диагноз – половина лечения. Знание структуры генома человека дает сегодня медикам дополнительные возможности ставить уверенно и безоши-бочно диагноз многих тяжелых болезней.

Традиционные методы фармакотерапии уже тоже вчерашний день.  Современное лекарство — это молекулярная «пуля»Традиционные методы фармакотерапии уже тоже вчерашний день. Современное лекарство — это молекулярная «пуля» , которая бьет точно в «мишень» , исправляя первопричину нарушений на молекулярном уровне. Такими «пулями» могут служить «здоровые» гены, выделенные из здоровых организмов.

Первая женщина на земле изменила свои гены, чтобы быть вечно молодой Чуть больше месяцаПервая женщина на земле изменила свои гены, чтобы быть вечно молодой Чуть больше месяца назад впервые в истории человечества ученые и врачи решились повернуть вспять биологические часы, вмешавшись в геном взрослой женщины.

Американской исследовательнице Элизабет Пэрриш ввели в вену генетический материал, который должен проникнуть внутрь ядраАмериканской исследовательнице Элизабет Пэрриш ввели в вену генетический материал, который должен проникнуть внутрь ядра каждой клетки и запустить изменения, останавливающие старение и омолаживающие организм.

 - Геном человека расшифрован, но до сих пор мало известно, на что влияют — Геном человека расшифрован, но до сих пор мало известно, на что влияют те или иные гены. В то же время есть данные, что один и тот же ген может отвечать за разные процессы. При этом нет признанного перечня генов, связанных со старением. Как в условиях такой неопределенности были выбраны мишени для вашей генной терапии?

- Действительно, в различные процессы в нашем организме вовлечены тысячи генов, но два гена,— Действительно, в различные процессы в нашем организме вовлечены тысячи генов, но два гена, которые мы используем в терапии, уже хорошо изучены. Воздействие на один из них было проверено в клинических испытаниях на людях, и подтвердилось, что это хорошо работает. Речь идет о введении в организм гена – ингибитора миостатина , то есть белка, подавляющего рост мышц.

Мы тормозим (ингибируем) выработку миостатина , за счет этого стимулируем мышечный рост и препятствуемМы тормозим (ингибируем) выработку миостатина , за счет этого стимулируем мышечный рост и препятствуем дистрофии мышц, которая развивается с возрастом. Вторая часть генной терапии заключается в стимулировании выработки теломеразы — фермента, отвечающего за восстановление длины теломер, то есть концов хромосом, которые обеспечивают целостность и стабильность нашей ДНК.

Известно, что с возрастом теломеры укорачиваются, клетка становится менее защищенной, и появляются мутации, которыеИзвестно, что с возрастом теломеры укорачиваются, клетка становится менее защищенной, и появляются мутации, которые наряду с другими факторами могут привести к развитию рака и других опасных возрастных болезней.

Да, не исключено, что их активация приведет и к другим эффектам, мы будем внимательноДа, не исключено, что их активация приведет и к другим эффектам, мы будем внимательно следить за этим. В дальнейшем может понадобиться работа и с другими, но сегодня мы уверены, что воздействие именно на эти два принесет самую существенную пользу большинству людей.

БЛАГОДАРЮ ЗА ВНИМАНИЕ! 72 БЛАГОДАРЮ ЗА ВНИМАНИЕ!