Молекулярная биология гена Наталья Павловна Максимова зав. кафедрой генетики, д. б. н. , профессор Курс лекций 40 часов
Лекция 1. Введение. Успехи молекулярной биологии гена и геномики вчера, сегодня и завтра.
Что мы знали вчера о своем геноме?
Геном человека В любой соматической клетке человека 23 пары хромосом. В каждой из них по одной молекуле ДНК. Длина всех 46 -и молекул почти 2 метра. У взрослого человека примерно 1014 клеток, так что общая длина молекул ДНК в организме 1011 км (почти в тысячу раз больше расстояния от Земли до Солнца). В молекулах ДНК одной клетки человека 3 млрд пар нуклеотидов. 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! Сколько же всего генов, то есть последовательностей нуклеотидов, кодирующих белки, в ДНК человека? В 1990 г. полагали, что около 100 тыс. , затем решили, что не более 80 тыс. В конце 1998 г. пришли к выводу, что в геноме человека 50 -60 тыс. генов. По последним данным – генов у человека примерно 22 -25 тыс. На их долю приходится только 1, 5 -2% от общего количества ДНК. Остальная ДНК – некодирующая – «мусорная» .
Ядро Клетка Теломера Хромосома бактерий Хромосома
Что знаем сегодня:
В геноме у человека нашли четырехцепочечные структуры ДНК Ровно через 60 лет после открытия структуры ДНК Уотсоном и Криком обнаружена еще одна ее форма. Помимо известной двухцепочечной ДНК в человеческих клетках найдена четырехцепочечная. Исследование эпохально само по себе, но ученые рассчитывают в дальнейшем использовать его результаты для разработки новых методов терапии рака. «Четырехцепочечная» G-ДНК формируется за счет взаимодействий между четырьмя остатками гуанина, удерживающих структуру почти в квадратной форме. Ее существование было подтверждено методом рентгеновской кристаллографии. Она встречается в различных опухолевых клетках и, видимо, является промежуточной структурой, появляясь в теломерах - концевых участках хромосом — непосредственно перед делением клетки. Исследователи надеются, что дальнейшее изучение этой структуры может рано или поздно привести к созданию лекарств или других терапевтических методик, специфичных в отношении раковых опухолей.
Ученые выявили новый тип клеточной ДНК Ученые выявили в клетках мышей и человека новый тип кольцевой нехромосомной ДНК, имеющей в составе от 200 до 400 пар оснований. Результаты проведенной ими работы опубликованы в последнем номере журнала Science. Обычно ДНК в клетках организована в хромосомы. Для обнаружения нехромосомной ДНК исследователи использовали специальные ферменты, разрушающие ДНК с незащищенных концевых участков молекул. С помощью этого способа из препарата производилось удаление только ДНК, которая находилась в линейной форме (т. е. в хромосомах). ДНК, находящаяся в кольцевой форме, не затрагивалась. После этого исследователи проводили определение состава и последовательности обнаруженных кольцевых молекул, которым они дали название микро. ДНК. Оказалось, что выявленная микро. ДНК является результатом делеции (или иными словами вырезания) небольших участков генома, содержащих как гены, так и участки, которые влияют на работу генов. Микро. ДНК - это не первый обнаруженный вид кольцевой ДНК, образующейся после делеции участков генома. Наследственная информация, которая кодируется в ДНК, хранится не только в хромосомах. Клетки человека так же, как и всех представителей животного и растительного мира, помимо основной, хромосомной ДНК, содержат еще кольцевую митохондриальную ДНК, несущую гены, важные для работы митохондрий. Данная ДНК наследуется исключительно по материнской линии и очень часто используется биологами для того, чтобы определить происхождение человека.
Началось детальное исследование "мусорной ДНК" Большая часть человеческого генома представлена так называемым "мусорным ДНК" - свободными участками ДНК, которые не кодируют какие либо признаки человека. Последние исследования международной научной группы показали, что существенная часть этого материала образована ДНК различных вирусов. Установлено, что 8% генетического материала человека — от вирусов. Было известно, что из них - 1% человеческого генома представлен эндогенными ретровирусами. Недавно было показано, что в геноме людей и других млекопитающих содержится ДНК, появившееся в результате вставки борнавируса (это РНК соде 6 ржащий вирус, чья репликация и транскрипция происходит внутри ядра). Ассимиляция вирусных последовательностей в геноме хозяина называется эндогенизацией. Это происходит когда вирусная ДНК встраивается в хромосомы репродуктивных клеток и последовательно передается от родителей детям. Ранее единственными вирусами, способными создавать эндогенные копии себя в позвоночных, считались ретровирусы. Но ученым удалось обнаружить множественную эндогенизацию борнавируса (не являющегося ретровирусом) в млекопитающих в процессе эволюции. При попадании в организм человека он вызывает заболевание называемое болезнью Борна. Вирус поражает только нейроны головного мозга, создавая перманентный очаг инфекции в голове носителя. Тайваньские генетики показали, что в семьях людей, пораженных вирусом Борна, велик процент больных шизофренией и другими психическими расстройствами. Кроме того, генетики обнаружили механизм, позволяющий этим РНК-элементам вируса Борна внедряться в хромосомы человека, перенесшего это заболевание, что ведет к последующим мутациям нервной клетки и провоцирует появление психических отклонений в последующих поколениях.
Ученые обнаружили смысл в "мусорной" ДНК человека Ученым удалось выяснить, что «некодирующая часть генома» , считавшаяся «мусором» , на самом деле регулирует активность «рабочих» генов, определяя спецификацию клеток в ходе развития организма, регуляцию работы генов в ходе жизнедеятельности, а также возникновение наследственных болезней и раковых опухолей. Главную роль в регуляции этого типа играют малые РНК, считываемые с участков ДНК, находящихся в некодирующей части генома ( «мусорной ДНК» ), которые считываются (транскрибируются) с образованием коротких молекул РНК (19 -25 нуклеотидов). Эти РНК получили название микро. РНК. Важность открытия этого нового механизма регуляции активности генов так велика, что оно было названо «малой РНК - революцией» (small RNA revolution).
Хотя функции микро. РНК весьма разнообразны, основная их роль состоит в участии в процессах РНК-интерференции, благодаря которым в цитоплазме клетки регулируется активность механизма трансляции разных белков через воздействие на соответствующие м-РНК. Благодаря вмешательству микро. РНК в синтез белков, они осуществляют регуляцию этапов эмбриогенеза, дифференцировки тканей, онкогенеза у животных; цветения и образования вегетативных органов у растений и др. Экспрессия более 50% белок-кодирующих генов человека регулируется микро. РНК. В настоящее время известно более 8 тыс. типов микро. РНК. Главная трудность — установить точную функцию конкретной микро. РНК. Один тип микро. РНК может регулировать трансляцию м. РНК более 100 различных генов.
Роль микро. РНК в ходе онтогенеза Например, вставив в ДНК мыши «мусорный» фрагмент человеческой ДНК, не кодирующий ни одного белка, можно сделать её лапку похожей на человеческую кисть. Одновременно с появлением новых органов и тканей у древнейших двусторонне-симметричных животных (билатерий) появилось более 30 новых микро. РНК — регуляторных молекул, управляющих работой генов. К билатериям относятся все животные, кроме самых примитивных (таких как губки, трихоплакс и кишечнополостные), в том числе все черви, моллюски, членистоногие и хордовые. Современный кольчатый червь Platynereis (слева) и загадочное ископаемое животное Spriggina (вендский период, около 550 млн лет назад). Немецкие ученые обнаружили, что в ходе развития личинок примитивных билатерий разные микро. РНК вырабатываются в разных типах формирующихся тканей.
Внедряется в практику терапевтическое применение микро. РНК для целенаправленного подавления экспрессии генов при некоторых заболеваниях. Ученые из Йельского университета смогли остановить рост опухоли в легких мышей с помощью интраназального введения лекарства, содержащего микро. РНК let-7. Эксперимент проводился на фоне контрольной группы мышей, которые не получали лекарства. У них опухоль продолжала развиваться, как и ранее. Введение в организм млекопитающего let-7 не привело к исчезновению опухоли, однако ее размер сократился на 66%.
Специфические микро. РНК (например, микро. РНК-122) контролируют размножение вируса гепатита С в клетках печени у человека. В отсутствие этой микро. РНК-122 вирус размножаться не может. Датскими учеными создана субстанция, рабочее название которой SPC 3649. Принцип действия у нее такой - это короткая искусственная ДНК, которая связывается с молекулой микро. РНК-122 и не дает выполнять ей свою функцию. Новое лечение гепатита С начали испытывать на людях, но о результатах мы узнаем позже. Микро. РНК-122 отвечает также за обмен жиров в организме и поддержание уровня холестерина в крови. Заблокировав образование микро. РНК-122 в клетках здоровой печени, можно снизить уровень холестерина в организме.
Российские учёные синтезировали противоопухолевую микро. РНК Микро. R 214 отвечает за выработку инсулина поджелудочной железой. Согласно работам профессора Гая Руттера из Имперского Колледжа Лондона, ему удалось с помощью небольших синтетических молекул инактивировать микро. РНК, чтобы повысить продукцию инсулина в организме. Сотрудники Института химической биологии и фундаментальной медицины (ИХБФМ) СО РАН под руководством академика В. Власова синтезировали 22 -звенную двуцепочечную микро. РНК, которая тормозит рост раковых клеток и стимулирует синтез интерферона. Препараты на основе интерферона стимулируют работу иммунной системы и тем самым подавляют рост злокачественных опухолей. Однако применять их можно очень ограниченно, так как они вызывают у пациентов воспаление и аллергические реакции. Поэтому медики стараются использовать не сам интерферон, а препараты, стимулирующие его синтез в организме больного. Показано, что использование этой дц. РНК эффективно подавляет развитие эпидермоидной карциномы - скорость деления клеток падала в 3– 3, 5 раза. Учёные предполагают, что «лечебная» дц. РНК взаимодействует с клеточным ферментом дц. РНКзависимой протеинкиназой R. Этот фермент защищает организм млекопитающих от вирусов, геном которых представлен дц. РНК, блокируя деление заражённых клеток. Когда в клетку попадает «лечебная» молекула, фермент реагирует на неё как на вирус и не позволяет этой клетке размножаться. Учёные также исследовали способность препарата вызывать синтез интерферона. Было показано, что в присутствии дц. РНК клетки стали синтезировать интерферон-α в три раза активнее. При этом молекула, в отличие от других известных препаратов на основе РНК, почти не вызывает воспаления. Авторы исследования полагают, что полученный ими препарат окажется полезным в лечении опухолей. Источник: strf. ru
В декабре 2008 г. фармацевтическая компания Regulus Therapeutics объявила об успешных испытаниях на животных синтетических молекул, блокирующих микро. R-21, которая в больших количествах присутствует в сердце. Блокирование микро. R-21 предотвращало инфаркты у лабораторных мышей. С другой стороны, группа итальянских исследователей из Международного центра генной инженерии и биотехнологии в Триесте рассказала, как можно «подстегнуть» пролиферативную активность клеток сердца с помощью микро. РНК. Особый тип микро. РНК, которые способны индуцировать клетки сердечной мышцы к делению, вводили в сердце мышей после инфаркта, и спустя два месяца повреждённый участок выздоравливал наполовину, а функция сердца почти полностью восстанавливалась. До сих пор никому не удавалось добиться такого результата на сердце млекопитающих. В ближайшем будущем исследователи хотят проверить свою методику на животных с более крупным сердцем, больше похожим на человеческое, передает Nature News.
Ироничный афоризм "Ты – есть то, что ты ешь" стал реальностью. Микро. РНК растений, которые мы каждый день употребляем в пищу, накапливаются в нашей крови и тканях и регулируют экспрессию наших генов! Последние исследования китайских ученых Чен Ю Янг и его коллеги из Нанкинского Университета, занимающиеся проблемами микро. РНК животных и растений, обнаружили наличие микро. РНК из сельскохозяйственных культур, таких как рис, пшеница, картофель и капуста в крови и клетках органов человека. Но можем лы мы верить этим результатам? Результаты этой работы опубликованы в научно-исследовательском журнале «Cell Research» . Поскольку эта информация вызывает новые опасения в отношении генетически модифицированных культур, так как прежде никто не изучал количественный и качественный состав их микро. РНК, статью, содержащую во многом революционные результаты, не приняли для публикации такие солидные журналы как Science, Cell и Molecular Cell. Но теперь, когда «ящик Пандоры» , наконец, открыт, можно ожидать роста интереса к микро. РНК растений и вала публикаций в этой интригующей области.
Еще одно открытие! Прорыв в науке — перепрограммирование клеток Лауреатами Нобелевской премии по физиологии и медицине за 2012 г. по решению Шведской королевской академии наук стали британец Джон Гордон и японец Синъя Яманака. Почетная награда была присуждена исследователям за открытие в перепрограммировании стволовых клеток.
В настоящее время существует три пути перепрограммирования соматических клеток в плюрипотентные стволовые клетки: 1. Пересадка ядер, взятых из соматических клеток, в оплодотворенную яйцеклетку, из которой предварительно удалено ядро; 2. слияние соматических клеток с плюрипотентными стволовыми клетками; 3. модификация соматической клетки, приводящая к её превращению в стволовую клетку, с помощью: - генетического материала, кодирующего белковые репрограммирующие факторы; - специальных рекомбинантных белков; - микро. РНК; - низкомолекулярных биологически активных веществ.
1. Пересадка ядер, взятых из соматических клеток, в яйцеклетку. Джон Гордон Перепрограммирование ядра клетки эпителия лягушки. Гердон использовал УФ -свет, чтобы разрушить ядро икринки лягушки (1), а потом пересадил туда другое ядро, полученное из эпителия головастика (2). В большинстве случаев клетки погибли, однако несколько из них развились в головастиков и затем — во взрослых лягушек (3). Этот опыт подтвердил, что генетическая информация сохраняется неизменной на протяжении всего срока жизни клетки, и может в подходящих условиях быть задействована вновь. Более поздние исследования, основанные на том же принципе, привели к клонированию млекопитающих (4).
1958 First cloned animal Xenopus laevis Джон Гордон
Клонирование лягушки Неоплодотворенная яйцеклетка Клетки кишечника головастика Пересадка ядра в яйцеклетку Инактивация ядра ультрафиолетом Микропипетка
Долли Ian Wilmut …и ее потопство 1994, 1996
Донор яйц Энуклеация Бластоцист Донор ядра Как создали овечку Долли! Диплоидная клетка из молочной железы Введение ядра соматической клетки Суррогатная мама Долли На седьмом году её жизни Долли пришлось усыпить. Специалисты предполагают, что причиной ранней ее смерти могли послужить короткие теломерные концы на хромосомах, поскольку клетка (из которой использовали ядро) была взята от 6 -и летные овцы. С тех пор уже удалось клонировать довольно много млекопитающих — не только овцу, но и мышь, корову, свинью, лошадь, волка и степного кота. Сегодня планируется заняться клонированием мамонта и даже неандартальца (об этом позже).
3. Модификация соматической клетки, приводящая к её превращению в стволовую клетку Колонии человеческих индуцированных плюрипотентных стволовых клеток (ИПСК) человека, полученные из клеток кожи. Синъя Яманака обнаружил четыре гена, необходимых для «перепрограммирования» клетки: Myc, Oct 3/4, Sox 2 и Klf 4. Эти гены кодируют транскрипционные факторы, запускающие транскрипцию определенных генов. Перепрограммирование клеток, т. е. возврат их в недифференцированные клетки осуществляли путем введения в обычную соматическую клетку, взятую из взрослого организма, указанных выше четырех генов. При последующих делениях эта клетка начинала давать недифференцированные стволовые клетки, которые были названы Яманакой индуцированными плюрипотентными стволовыми клетками (ИПСК) ((i. PS). Открытие Яманаки — важнейшее фундаментальное открытие в биологии, поскольку именно оно впервые продемонстрировало, что дифференцированная клетка может снова вернуться в «детство» и стать плюрипотентной. Весьма простая технология получения ИПСК мгновенно была взята на вооружение сотнями лабораторий по всему миру.
Способ перепрограммирования специализированной клетки в стволовую Яманака изъял фибробласт из тканей мыши, ввел в него 4 гена - Myc, Oct 3/4, Sox 2 и Klf 4 (1), который вернулся в состяние плюрипотентности (2). Полученные ИПСК (3) могут давать начало любым клеткам организма после соответствующей дифференциации. Метод может быть использован для разработки новых способов лечения многих болезней. Например, основанных на внедрении в организм человека плюрипотентных стволовых клеток, генетически идентичных клеткам самого организма и способных заменять поврежденные болезнью клетки и ткани.
Метод Гордона и Яманаки в действии Команда ученых из Университета Киото добилась сенсационного успеха: из стволовых клеток взрослой мыши были выращены полноценные половые клетки, сперматозоиды и яйцеклетки. Таким образом, впервые из индуцированных плюрипотентных стволовых клеток фактически вырастили взрослую особь. Мышьдонор стала одновременно отцом и матерью своих детей, что для здоровых двуполых млекопитающих в естественных условиях невозможно. Под впечатлением от работ Яманаки ученые быстро нашли способ превратить экзокринные клетки поджелудочной железы в эндокринные, а фибробласты — в кардиомиоциты. Есть даже пример превращения друг в друга клеток разных зародышевых листков — мезодермальных фибробластов в эктодермальные нейроны.
Для получения сперматозоидов ученые выращивали плюрипотентные стволовые клетки в коктейле из белков и получали клетки-зародыши (предшественники половых), которые превращались в сперматозоиды. С ооцитами сложнее – тут пришлось использовать следующую процедуру: смесь эмбриональных стволовых клеток помещали в яичники живых мышей, и через 4 недели и 4 дня они развились в ооциты. Затем ученые извлекли полученные ооциты и оплодотворили их. Впоследствии из эмбрионов выросли здоровые особи мышей.
Ученые полагают, что смогут разобраться в молекулярных механизмах, участвующих в формировании половых клеток, и впоследствии обойтись без промежуточного этапа пересадки зародышевых клеток, то есть выращивать полноценные сперматозоиды и яйцеклетки непосредственно «в пробирке» . Данная технология позволит производить человеческие эмбрионы из клеточных линий и тканей любого человека. Это исследование может помочь в лечении бесплодия, хотя этическая проблема, которую ставит это открытие, просто огромна. Пока для вынашивания ребенка нужна женщина, но теперь теоретически каждый человек может иметь ребенка только из собственных стволовых клеток, превращенных в половые. То есть биологическим родителем может быть только один человек, а не пара мать и отец.
Ученые из Китая разработали метод, с помощью которого можно получить индуцированные стволовые клетки мозга из содержащихся в моче клеток почечного эпителия. Ученые отмечают, что сам процесс превращения эпителиальных клеток в ИПСК занимал всего 12 дней, что гораздо меньше, чем обычно. Помещая полученные индуцированные стволовые клетки в стимулирующую нейрогенез среду, ученые наблюдали, как клетки превращались в предшественники нейронов. Проведя серию экспериментов на крысах, авторы исследования показали, что инъецированные в мозг клетки становятся нормальными нейронами и не вызывают образования опухолей. Пока метод имеет прежде всего исследовательскую ценность, поскольку позволяет относительно просто получить большое количество индуцированных стволовых клеток мозга.
Из стволовых клеток выращены клетки мозга Американские ученые изобрели эффективный метод борьбы с болезнями, которые связаны с нейрогенетивными нарушениями, например, болезнь Паркинсона. Исследователи из Висконсинского университета вживили в мозг мыши нейрон, выращенный из человеческих стволовых клеток. Нейроны интегрировались в нейронную систему животного и начали полноценно работать. Этот эксперимент показывает, что в дальнейшем поврежденный нейрон в мозге больных людей может быть заменен на новый.
Японцы предложили выращивать человеческие органы в животных Бластоцистная комплементация Для проведения эксперимента исследователи из Токийского университета создали генно -инженерных мышей, лишенных поджелудочной железы. На ранней стадии развития мышиных эмбрионов (стадии бластоцисты, когда происходит первая дифференцировка клеток на эмбриобласт и трофобласт), в них ввели индуцированные плюрипотентные стволовые клетки крыс. Когда мыши родились и выросли, у них не наблюдалось признаков диабета, который неминуемо возник бы в отсутствие поджелудочной железы, вырабатывающей инсулин. Оказалось, что все они обладают функционирующей железой, практически полностью состоящей из клеток крыс. Причем, "крысиный" орган вырос именно в том месте, где должна была находиться отсутствующая у мышей поджелудочная железа. В настоящее время исследователи ожидают разрешения на эксперимент со стволовыми клетками человека, чтобы с помощью разработанной методики вырастить человеческие органы в организме свиньи. Если этот эксперимент окажется успешным, методика в будущем сможет стать источником органов для трансплантации. Новая методика получила название
Другая перспектива, уже ставшая твердой действительностью, — возможность получать линии бессмертных клеток (ИПСК), соответствующих различным редким генетическим заболеваниям, и изучать как саму болезнь, так и действие на нее разрабатываемых лекарственных средств. 2 1 3 Из тканей пациентов (1), страдающих различными заболеваниями, можно выделить соответствующие клетки и превратить их в ИПСК (2). Колонии этих клеток можно дифференцировать в другие типы клеток и использовать их в лечении, или же изучать на них болезнь и действие лекарств (3).
ИПСК уже получены для таких заболеваний как: амиотрофический латеральный склероз (болезнь Шарко) - прогрессирующее поражение двигательных нейронов, сопровождаемое параличом (парезом) конечностей и атрофией мышц. синдром Ретта - психоневрологическое заболевание. Дети с синдромом Ретта после 1 -1, 5 лет начинают терять все приобретенные навыки, включая речевой, двигательный и предметно-ролевой. Заболевание обусловлено мутацией гена MECP 2 и практически не поддается лечению. спинальная мышечная атрофия (СМА) - нарушение работы поперечнополосатой мускулатуры нижних конечностей, а также головы и шеи. недостаточность антитрипсина α 1, семейная гиперхолестеринемия, различные кардиологические заболевания, имеется прогресс в изучении заболеваний со сложной генетикой, таких как шизофрения.
В Японии созданы фрагменты почки человека из ИПСК Ученые университета Киото Япония впервые в мире смогли создать фрагменты ткани почки человека из индуцированных плюрипотентных стволовых клеток (ИПСК). Ученые вырастили из ИПСК человека клетки тканей, из которых у эмбриона формируются почки, надпочечная железа и половые клетки. Затем авторы работы получили клетки пяти типов, характерных для основных частей почек. В частности, им удалось создать почечный каналец, с помощью которого происходит фильтрация крови. Полученный фрагмент канальца содержит специфический белок, присутствующий в клетках почек человека. Успех японских ученых может стать первым шагом для выращивания органов. Примечательно, что летом прошлого года ученые из другого японского университета - Университета Иокогама первыми в мире смогли вырастить ткани печени при использовании стволовых клеток неэмбрионального происхождения.
ИПСК (индуцированные плюрипотентные стволовые клетки) прочно вошли в лабораторную практику и служат «испытательными стендами» для изучения различных болезней и действия на них разрабатываемых лекарств. В частности, на модели наследственной вегетативной дистонии проведен скрининг ряда химических веществ и найден прототип лекарства кинетин, который способен частично облегчить состояние больных с болезнью Альцгеймера.
Белорусские ученые и медики планируют освоить технологию лечения заболеваний центральной и периферической нервной системы человека стволовыми клетками С помощью стволовых клеток отечественные специалисты планируют научиться лечить в первую очередь склероз, сердечно-сосудистые заболевания, получать хрящевые протезы для устранения патологий опорнодвигательного аппарата. Кроме того, в планах ученых и медиков – освоение технологии получения стволовых клеток костного мозга и их использование для лечения заболеваний крови – лейкозов. Стволовые клетки помогают специалистам реализовывать еще один уникальный проект – формировать банк пуповинной крови. Человек, кровь которого попадает в такую базу, на протяжении десятилетий может рассчитывать на то, что его собственный биоматериал при необходимости поможет ему устранить проблемы со здоровьем. Некоторые заболевания в стране уже лечатся стволовыми клетками, пока эти работы проводятся на уровне клинической апробации. Однако ученые уверены, что в скором времени такие методы лечения станут доступнее для белорусов.
На базе 9 -й ГКБ Минска в ближайшее время будет создан первый в Беларуси банк стволовых клеток, полученных из пуповинной и плацентарной крови. Находящиеся в нем образцы послужат для лечения онкологических и гематологических заболеваний. В 2013 г. в Минске откроется клиника по лечению некоторых заболеваний с помощью стволовых клеток. В клинике будут лечить пациентов с трофическими язвами, сахарным диабетом и инфарктом миокарда. Помимо лечения планируется организовать совместное производстволовых клеток. Для этого будет создано совместное предприятие "Международный научно-медицинский центр - клеточные технологии". Производстволовых клеток будет сертифицировано по мировым стандартам.
У нас мало генов, но это не мешает быть нам самыми умными! Почему?
Обнаружено, что почти все человеческие гены кодируют более одного белка • В нашем геноме оказалось около 25 -30 тыс генов — • примерно столько же, сколько у круглого червя Caenorhabditis elegans, который устроен гораздо проще, чем человек. Однако в клетке человека различных типов белков примерно 260 тыс. Анализ 400 млн фрагментов РНК из разных тканей и органов показал, что 94% человеческих генов подвергаются альтернативному сплайсингу (у остальных 6 % генов нет интронов), причем в разных тканях производятся разные наборы изоформ. Благодаря альтернативному сплайсингу разнообразие белков в организме млекопитающих значительно выше, чем у низших животных, хотя количество генов у тех и других примерно одинаково.
Сплайсинг это довольно простое и важное биологическое явление. Его суть состоит в том, что считанная с ДНК последовательность РНК в ходе последующей обработки — созревания — может быть поразному реорганизована. Перавичный РНК-транскрипт (пре-м. РНК) состоит из экзонов и интронов — смысловых и бессмысленных частей. В ходе созревания РНК интроны вырезаются, а экзоны — смысловые части — сшиваются, и получается зрелая матричная РНК определенного белка. Этот процесс называется сплайсингом.
Сплайсинг м. РНК Пре-м. РНК Зрелая м. РНК Экзоны (последовательности, которые кодируют белок) Интроны (последовательности, которые не кодируют белок) Экзоны 1 – 4 после сплайсинга готовы к трансляции
Альтернативный сплайсинг В ходе созревания пре-м. РНК в ядре сшиваться могут не все экзоны, и в разных условиях разные экзоны отбрасываются вместе с интронами. В результате этой сшивки получаются разные варианты, или изоформы м. РНК, кодирующие разные белки, а весь процесс носит название альтернативного сплайсинга. Таким образом, из одного гена может быть в конечном итоге получено несколько разных белков.
Альтернативный сплайсинг м. РНК м м
Альтернативный сплайсинг — процесс, в ходе которого экзоны, вырезаемые из пре-м. РНК, объединяются в различных комбинациях, что порождает различные формы зрелой м. РНК пре-м
Оказалось, что у большинства генов альтернативный сплайсинг тканеспецифичен: в одних тканях чаще синтезируются одни изоформы, в других — другие. м. РНК После трансляции дает белок – гормон щитовидной железы кальцитоцин м. РНК После трансляции дает нейропептид головного мозга
Какова роль альтернативного сплайсинга в эволюции живого? К альтернативному сплайсингу начинают приглядываться эволюционисты Большая группа ученых сравнила разнообразие и частоту сплайсинговых вариантов у представителей разных позвоночных. Они обнаружили, что у всех приматов, а не только у человека, частота сплайсинга примерно в полтора-два раза выше, чем у мыши и других четвероногих. Какую бы ткань мы ни взяли, разнообразие альтернативных вариантов сплайсинга у приматов будет выше, чем у мыши, а у мыши будет выше, чем у лягушки. То есть особенности картины сплайсинга определяются не типом ткани, а биологическим видом. Авторы исследования заключают, что разнообразие альтернативных вариантов накапливается по ходу эволюционного развития организмов.
Еще одна сенсация - синтетическая биология в действии !!! Создан первый организм с искусственным геномом 20 мая 2010 года навсегда войдет в историю как день, в который было объявлено о создании первой способной к размножению живой клетки на основе искусственно синтезированного генома. Автор проекта - Крейг Вентер. Схема создания организма с синтетическим геномом заключалась в следующем: (1) ученые получили полную геномную последовательность ДНК Mycoplasma mycoides; (2) затем на основании этих данных воссоздали геном этой бактерии химическим путем; (3) полученную ДНК специалисты помещали в клетки бактерии Mycoplasma capricolum, из которой предварительно был удален собственный геном; (4) Анализ свойств полученного организма показал, что он обладает свойством M. mycoides. Размер синтезированного генома - 1, 08 млн. пар нуклеотидов. Крейг Вентер потратил 15 лет на то, что бы оживить мертвую материю.
Будущее синтетической биологии 1. Альтернативная энергетика. В 2009 г. принадлежащая Крейгу Вентеру Альтернативная энергетика. компания Synthetic Genomics Inc. и нефтегазовый гигант Exxon Mobil заключили соглашение о разработке дешевого и экологически чистого биотоплива. Реакторами станут морские водоросли с измененным геномом, позволяющим им производить углеводороды, похожие по составу на органические вещества, из которых состоит нефть. 2. Живой компьютер. Создание из клеток аналогов электронных устройств. В 2. Живой компьютер. декабре 2010 года ученые из Гетеборгского университета модифицировали клетки дрожжей таким образом, что их можно программировать на решение логических задач. Под влиянием разнообразных раздражителей они способны передавать свое состояние собратьям, выделяя в питательную среду молекулы различных типов, каждый из которых соответствует определенному раздражителю. Комбинируя реакцию на два разных раздражителя, клетки могут производить сигналы, «складывая» и «перемножая» посылки, как это делает процессор. 3. Органический синтез. Колонии искусственных микроорганизмов смогут 3. Органический синтезировать сложные органические молекулы тоннами, а их применение будет самым разнообразным - производство лекарств и пищевых продуктов, промышленная химия и т. д. Поскольку биомасса бактерий способна увеличиваться по экспоненте, производство может быть сколь угодно масштабным, а затратность - минимальной. В ближайших планах конструкторов - получение бактерий, способных обнаруживать ядовитые вещества и взрывчатку по «запаху» (крохотным частицам вещества, распространяющегося в воздухе), микробов, очищающих экосистему от пластикового мусора, и т. д. , и т. п. и пр.
Успехи в клонировании животных
Методика: пересадка ядер, взятых из соматических клеток, в яйцеклетку и внедрение ее в половые пути соответствующего организма
Затем появилась трансгенная Полли и ее сестры В геноме Полли содержится человеческий ген IX фактора свертываемости крови. Ген работает в клетках молочной железы, и белок, нужный для лечения гемофилии, выделяется с молоком. Фото www. roslin. ac. uk/
2002 – кролик 2003 – мул по имени «Драгоценный камень Айдахо» 2004 - гуар
2003 – бентанг 2003 – белохвостый олень 2004 - коммерческое клонирование кота Маленький Никки
2005 – собака - африканская борзая Снаппи 2005 – африканская кошка 2006 – хорьки Либби и Лилли
2006 – индийский буйвол 2007 - собака 2008 - коммерческое клонирование собаки - лабрадора Чэйс. Начато массовое коммерческое клонирование собак 2009 - верблюд – Инджас 2009 – пиринейский горный козел 2011 - восемь клонированных щенков койота трансгенные козы В геноме этих коз содержится человеческий ген антитромбина III, препятствующего свертыванию крови. Белок выделяется с молоком. Фото http: //news. bbc. co. uk/1/hi/sci/tech/329107. stm
К настоящему времени клонированы и другие млекопитающие – корова, свинья, мышь, кошка, собака, мул, обезьяна
Аргентинские генетики вывели трансгенную корову, которая имеет ряд человеческих генов и дает молоко, идентичное материнскому благодаря содержанию лактоферрина. Зовут ее Розита.
Корову, которая дает молоко, не вызывающее аллергию, вырастили ученые в Новой Зеландии Для выведения генномодифицированной коровы специалисты сначала внедрились в геном животного и «выключили» работу гена, ответственного за производство бета-лактоглобулина. Известно, что это вещество способно у многих людей вызывать аллергию, в частности, у маленьких детей от него может появиться высыпание на коже. Новорожденную трансгенную корову назвали Дейзи. Она родилась на четыре недели раньше срока и. . . без хвоста. Ученые пока не знают, способна ли Дейзи к размножению, к тому же оказалось, что вкус у гипоаллергенного молока немного отличается от обычного. .
Трансгенные козы, живут в Жодино. Они стали настоящей сенсацией в мировой науке.
Лактоферрин является уникальным и многофункциональным белком, который содержится в том числе в молоке. Для этого белка характерно большое количество биологических активностей, он обладает иммуномодулирующими свойствами, проявляет противовирусную, антибактериальную, антигрибковую активность. Кроме того, данный белок обладает противовоспалительным действием. Именно поэтому полученный в молоке трансгенных коз лактоферрин может быть применим и в фармацевтике, и в косметологии, а также в пищевой промышленности и даже в спорте. Но прежде всего лактоферрин может стать спасением для детей, лишенных материнского молока. Годовой объем мирового производства лактоферрина из коровьего молока оценивается в 60 т, а в стоимостном выражении - в $6 млрд.
Учёные брали по нескольку четырёхклеточных эмбрионов макаки, соединили их вместе и имплантировали «смешанные» эмбрионы суррогатной матери, которая родила здоровое потомство. Макак назвали Chimero, Roku и Hex. Первые в мире фантастические обезьяны словно сошли со страниц научнофантастического произведения. Обезьянки, созданные американскими исследователями, имеют огромное значение для медицины. Три нормальные и здоровые макаки резус появились на свет в результате комбинирования шести эмбрионов каждая.
Клонированы светящиеся собаки Ученые из Южной Кореи клонировали четырех щенков породы Бигль, которые светятся в темноте красным. Собаки светятся красным под ультрафиолетом, а их когти и животы выглядят красными даже при обычном освещении. Это первые трансгенные собаки с генами флуоресценции. Все «трансгенные» собаки являются клонами от одного донора. Ученые под руководством Ли взяли клетки кожи, затем в них были добавлены гены флуоресценции, все это имплантировано в яйцеклетку и подсажено суррогатной матери, в роли которой выступила собака смешанной породы. Родилось шесть щенков, но лишь четверо из них выжили. Эти светящиеся собаки доказывают возможность успешной имплантации генов, ответственных за определенное свойство, что дает надежду на имплантацию необходимых генов для лечения болезней. Кстати, по заявлениям профессора, его группа сейчас именно этим и занимается, пытаясь найти способы лечения генетических заболеваний. Ранее ученому удалось клонировать светящихся мышей и свиней, но с собаками это первый удачный опыт.
У трансгенной лягушки Xenopus laevis зеленым светятся только глаза www. uchc. edu/ dsp/plucky. htm Трансгенные светящиеся рыбки предназначены для того, чтобы украшать аквариум. www. glofish. com/ photos. asp
В Израиле изобрели курицу без перьев В скором времени нужда в ощипывании кур отпадет. Израильские ученые из Тель-Авива вывели породу кур-бройлеров, которые напрочь лишены перьевого покрова. Внешним видом они напоминают «человека Платона» – двуногих существ без перьев, как пошутил в свое время древнегреческий философ Диоген Синопский. Это полностью естественная курица, которая никакими заболеваниями не страдает, – утверждает он. Первые курицы без перьев появились в Израиле еще в 2002 году, однако потребовалось почти 9 лет, чтобы закрепить новую породу. На длительность работы также повлияло и отсутствие финансирования – ученые из Реховотского аграрного института делали все за свой счет.
Ноги вместо плавников – новый эксперимент генетиков Ученые не перестают экспериментировать на животных в поисках ответов на интересующие их вопросы эволюции. И вот испанским ученым, похоже, удалось воспроизвести первый этап выхода позвоночных из моря на сушу. Для достижения желаемого эффекта группа исследователей в Севилье решили немного изменить поведение гена Hoxd 13, активность которого, как известно, крайне низка у зародышей рыб и высока у четвероногих. В ходе эксперимента рыбам-зебрам (Danio rerio) была введена в геном вторая копия Hoxd 13. В результате у зародышей с измененным геном вместо обычных плавников стали формироваться не плоские, а округлые конечности. Данная конструкция стала уже довольно сильно напоминать лапы животного. По всей вероятности, примерно таким образом произошло сотни миллионов лет назад превращение рыб в амфибий. Предположения подтвердились после введения в геном рыбы-зебры гена Cs. С, который управляет работой Hoxd 13 в зародыше мыши, плавники стали превращаться уже в примитивный аналог лап. Это указывает на присутствие клеточных механизмов, которые могут запускать программу преобразования в геноме общего предка рыб и наземных животных.
В 2013 году может родиться первый "гибридный" ребенок Дети от трех родителей появятся на свет уже в этом году. Оппоненты этого весьма революционного метода заявляют, что это нарушение принципов святости человеческой жизни и это может привести к непредсказуемым последствиям для будущих поколений, рожденных таким способом детей. В результате такого метода ребенок будет иметь две родные мамы и одного отца, сообщает globalscience. ru. По мнению ученых, новая технология позволит избавить детей от почти 50 тяжелых, неизлечимых заболеваний, связанных со слепотой, глухотой, поражением почек и болезнями сердца. Главный вопрос, который правительство задает британцам во время дискуссий: что важнее обществу - иметь генетически здоровых детей или раздумывать над этической стороной дела.
Расшифровка генома человека Основной метод расшифровки геномов – секвенирование (определение нуклеотидных по последовательностей генома) Метод был разработан в 1977 году, а сегодня - это уже технологичная рутина. В 1990 г. при поддержке США, а также ряда других стран, был запущен 3 млрд. проект «Геном человека» . Возглавил его Фрэнсис Коллинз, глава International Human Genome Sequencing Consortium. Целями проекта являлись: - определение последовательности 3 млрд. пар оснований, составляющих ДНК человека, и сохранение этой информации в базе данных; - идентификация генов человека; - усовершенствование приборов для анализа данных; - исследование этических, правовых и социальных вопросов, возникающих при расшифровке генома.
В 1998 г. аналогичный проект был запущен Крейгом Вентером (фирма «Celera Genomics» ). Целями проекта являлось более быстрое и дешевое секвенирование человеческого генома (бюджет проекта Вентера ограничивался 300 млн долл. ). 6 июня 2000 г. было объявлено о расшифровке человеческого генетического генома. На это ушло около 15 лет. На самом деле это был рабочий черновик человеческого генома, и лишь к 2003 г. он был расшифрован практически полностью, хотя и сегодня все еще проводят дополнительный анализ некоторых участков генома. Сегодня скорость секвенирования стала стремительно расти, а само секвенирование — столь же стремительно дешеветь. Например, в период 2007— 2010 годов она упала в сто раз — с миллиона долларов до десяти тысяч. В 2011 – 2012 гг. – секвенировать геном уже можно было за 5 тыс. долларов. В настоящее время технологии секвенирования позволяют секвенировать свой геном за 1 тыс. долларов. В настоящее время около одного миллиона человек уже заказали полный анализ своего генома.
Секвенирование генома человека сегодня (а точнее на 2011 год) Пару лет назад число секвенированных геномов приближалось к десятку. В 2011 г. секвенированы геномы примерно 3 000 человек. В настоящее время - 30 000.
Расшифрован геном сперматозоида Впервые расшифрован геном человеческой половой клетки. Об успешном завершении длившегося почти десятилетие процесса расшифровки полного генома сперматозоида объявила группа ученых из Стэнфордского университета. Результаты их работы опубликованы 20 июля 2012 г. в журнале Cell. Объектом исследования 91 мужская гамета, которая была выделена из семенной жидкости главы группы, профессора биоинженерии и прикладной физики Стэнфордского университета Стивена Квейка (Stephen. Quake). В процессе работы был проведен сравнительный анализ геномов каждого из сперматозридов и предварительно полностью расшифрованного генома соматических клеток Квейка, позволивший по-новому взглянуть на механизмы мутации и рекомбинации генов - двух базовых процессов, в результате которых получается индивидуальный человеческий геном. Было определено, что каждый сперматозоид абсолютно уникален по степени и частоте случаев мутаций и рекомбинаций генов, причем это отличие оказалось несколько более выраженным, чем ожидалось. Полученные данные, в особенности касающиеся уровня мутаций в мужских гаметах, дают возможность по-новому взглянуть на проблему мужского бесплодия. «Мы готовы побиться об заклад, что вскоре будет доказана связь между числом и типом мутаций в сперматозоидах и мужской фертильностью, - заявили ученые. - Все это само по себе вносит гигантский вклад в понимание причин мужского бесплодия, о которых известно значительно меньше, чем о причинах женского бесплодия".
Геном человека разнообразнее, чем считалось раньше Во время удвоения ДНК могут возникать различные ошибки: не только замена одного нуклеотида на другой, но и перенос, удвоение или потеря участка ДНК. Большинство таких изменений не затрагивает жизненно важные гены и поэтому не отсеивается естественным отбором. В результате в любой крупной популяции (например, человеческой) обнаруживается много структурных вариантов генома (СВГ). И вот учёные Европейской лаборатории молекулярной биологии в Гейдельберге (Германия) провели детальный анализ полных последовательностей геномов 185 людей. Сравнение обнаружило, что существенная часть генома человека отличается у разных индивидуумов. Всего было обнаружено 22 тысячи 25 делеций и 6 тысяч дополнительных СВГ, включая вставки и тандемные дупликации генетического материала. Для большинства СВГ получены точные нуклеотидные последовательности. Построены карты «горячих точек» генома, где СВГ встречаются наиболее часто.
Секвенирование поможет лечить и предотвращать раковые заболевания Американские ученые успешно завершили секвенирование полного генома онкологического пациента — с учётом как нормальных, так и раковых клеток. В данном случае секвенирование (определение нуклеотидной последовательности молекулы ДНК) было проведено (возможно, впервые) ради оказания медицинской помощи конкретному больному, и такая практика в скором времени может стать повсеместной. Сравнивая ДНК опухоли поджелудочной железы и нормальных клеток, исследователи обнаружили генетические изменения (мутации), которые имеют важное значение для разработки оптимального способа лечения. В будущем все онкобольные смогут надеяться на такой индивидуальный подход. «Мы пока не обладаем полным знанием обо всех наблюдаемых генетических мутациях, о том, как они согласуются с препаратами, применяемыми для лечения, — поясняет Джеффри Трент, президент и директор по исследованиям Исследовательского института трансляционной геномики. — То, чем мы занимаемся, — всего лишь прототип медицины будущего» .
В Великобритании стартовал масштабный проект секвенирования генома 100 тысяч пациентов, у которых диагностирован рак или одно из редко встречающихся заболеваний Планируется, что проект по секвенированию генома 100 тысяч пациентов продлится от трех до пяти лет; на его осуществление правительство выделило Национальной службе здравоохранения Великобритании 100 миллионов евро (около 160 миллионов долларов). Авторы проекта обещают, что благодаря результатам их работы уже через пять-десять лет все онкологические больные смогут получать персонализированную терапию, что в корне изменит нынешнюю ситуацию в этой области и фактически сделает рак если не полностью излечимым, то контролируемым заболеванием. В настоящее время генетическое профилирование новообразований применяется лишь при некоторых видах рака. Так, при метастатическом раке молочной железы определяют наличие опухолевой гиперэкспрессии гена HER 2 – только в этом случае возможна терапия препаратом герцептин. Препарат вемурафениб увеличивает выживаемость только тех пациентов с метастатической меланомой, у которых имеется мутация BRAF V 600.
В Калифорнийском университете запущен масштабный проект для быстрого тестирования микробных инфекций Реализация проекта предполагает чтение геномов целевых микроорганизмов. Большая часть собранных бактериальных геномов будет представлена в виде черновых вариантов, которые будут сопоставляться с избранными полногеномными референсными последовательностями. Наряду с получением 100 тысяч геномов бактерий и вирусов, предполагается разработка "дорожной карты", которая позволит разрабатывать тесты для идентификации патогенов и устанавливать их происхождение быстрее, чем это делается сейчас. Используя такую базу данных ученые смогут создать новые методы контроля распространения болезнетворных бактерий в пищевой цепи. Становится все яснее и яснее тот факт, что живучесть микробных патогенов и их способность проникать в пищевую цепь обусловлены генетической пластичностью, которая позволяет им приспосабливаться к любому окружению. Отсутствие информации о геномах бактерий, имеющих отношение к продуктам питания, лишает ученых возможности обеспечить людей безопасным питанием. В результате выполнения проекта "100 тысяч геномов" диагностические тесты сделаются быстрыми, точными и экономичными. Секвенирование будет проводиться в Калифорнийском университете совместно с м выполнении крупных работ по расшифровке ДНК и функциональной геномике с Пекинским институтом геномики (BGI).
Расшифровка геномов различных организмов В качестве примера – данные 3 -4 летней давности: Секвенировано: 270 бактерий, 46 эукариот, из них 12 протистов, 19 грибов, 2 растений и 13 животных: Человек Нематоды Caenorhabditis briggsae, Дрозофилы, Малярийного комара, Шелкопряда, Асцидии, Рыб Tetraodon nigroviridis, Danio rerio и Takifugu rubripes, Крысы, мыши, Домашней собаки, Шимпанзе, Макаки-резус, Кенгуру, Курицы, Кошки, Опоссум и др. 25 архебактерий, В ближайшем будущем планировалось секвенировать и расшифровать еще 905 прокариотических и 569 эукариотических геномов. Работа продолжается!
Расшифровка генома мини-пигов (миниатюрных свиней Wuzhishan) предоставила ценную медицинскую информацию. Опубликована полная геномная последовательность, а также результаты геномного анализа, которые указывают на то, что это животное является идеальной моделью для медицинских исследований. Работа выполнена китайскими учеными из Пекинского геномного института (BGI), Пекинского института ветеринарии и Китайской академии сельскохозяйственных наук в сотрудничестве с коллегами из Дании. Появление генома мини-свиньи, или мини-пига, предоставляет генетические инструменты для изучения животного, у которого наблюдаются те же сложные заболевания, что и у человека, в частности, ишемическая болезнь сердца. В исследовании выявлено 20326 общих с человеком генов.
Расшифрован геном мыши: отличие от человека - не более процента С точки зрения генетиков, человек мало чем отличается от мыши. Завершив недавно работу по расшифровке генома этого грызуна, ученые пришли к выводу, что у нас совпадают до 80 процентов генов, а 99 процентов можно назвать очень похожими. При этом длина генома мыши (2, 5 млрд. пар нуклеотидов) лишь немного отстает от человеческой (3 млрд. пар). По словам ученых, в процессе расшифровки генома мыши, было открыто около 1200 человеческих генов. Как сообщается, на 20 хромосомах у мыши "записано" 2, 5 млрд пар нуклеотидов - "букв" генетического кода. Количество генов оценивается на уровне 30 тыс. , что сравнимо с числом генов у человека.
Прочитан геном шимпанзе Люди отличаются от шимпанзе не тем, чем мы хотели Недавно прочтен и полный геном шимпанзе — нашего самого близкого современного родственника. В попытках найти генетическую причину различий между умственными способностями человека и шимпанзе было проведено несколько сравнительно-геномных анализов, результаты которых говорят о том, что быстрой молекулярной эволюции генов нервной системы у человека не наблюдалось. Видимо, скачок в умственных способностях человека обусловлен изменениями в очень малом числе генов, которые сложно детектировать. Напротив, гены, участвующие в функционировании семенников, демонстрируют массовое и быстрое накопление благоприятных мутаций как у человека, так и у шимпанзе.
Ученые: человека от зверя отделяет только один ген Международная группа ученых обнаружила ген, присущий только людям, но не приматам и другим животным. По всей видимости, именно этот ген сыграл ключевую роль в быстрых эволюционных изменениях в человеческом мозге. Благодаря этому гену мы научились пользоваться сложными инструментами и разговаривать. Этот ген называется mi. R-941. Он кодирует микро. РНК. Этот ген активен в тех частях головного мозга, которые отвечают за принятие решений и способность говорить. По мнению ученых, этот ген мог сыграть определенную роль в развитии более сложных функций, которые и сделали нас людьми. Впервые в истории показано, что вновь обнаруженный ген выполняет определенную функцию в человеческом организме.
Использование ДНК-технологий в: ДНК-генеалогии человека Палеонтологии Криминалистике Генетической паспортизации населения Медицине Сельском хозяйстве Спорте и др.
ДНК-технологии Новые методы палеонтологии, такие как рентгеноскопия пород, содержащих ископаемые остатки, в сочетании с компьютерным моделированием трехмерной структуры этих остатков, а также, и в особенности, анализ сохранившихся молекул ДНК и белков ископаемых организмов. Одним из самых громких достижений, сделанных с помощью анализа ДНК ископаемых остатков, стало открытие нового вида (или расы) древних людей, останки представителей которого сохранились в Денисовой пещере на Алтае.
Развитие нового направления – ДНК-генеалогии человека ДНК-генеалогия использует ДНК-тесты совместно с традиционными генеалогическими методами исследования. это современный передовой инструмент, который генеалоги могут использовать для того, чтобы установить или опровергнуть родственные связи между несколькими людьми. В процессе теста специальных ДНК-маркеров последовательность оснований в них повторяется множество раз (это называется «коротким тандемным повтором» (англ. Short Tandem Repeat)). Например, специальное оборудование читает последовательность ДНК так: … CTGT TCTA TCTA TCTA TCTGCC … Можно заметить, что TCTA повторяется 9 раз, а поскольку этот STR маркер называется DYS 391 (DNA Y-chromosome Segment № 391) делается запись: DYS 391 = 9.
Наиболее распространенные генетические различия между людьми составляют единичные замены (SNP) пар нуклеотидов — структурных единиц ДНК. Их известно более 3, 1 млн. Информацию о единичных изменениях исследователи систематизируют, находят общие мутации ДНК у различных людей. Можно рассчитать частоту определенных типов изменений в конкретном месте на земле и их распространение.
Коричневым цветом показана первая волна (75– 62 тыс. лет назад), черным — вторая (38– 25 тыс. лет), маленькими стрелками — обмен генами между представителями двух волн. Пунктирная линия — проникновение «денисовских» генов в генофонд представителей первой волны мигрантов.
Гаплогруппа. R 1 а Происходит от мутации гаплогруппы R 1, произошедшей у мужчины, жившего ок. 15 000 лет тому назад. Самая значительная волна — ок. 3 -5 тыс. лет назад из черноморских степей, вероятно связана с распространением индоевропейских языков и курганной культуры. Больше всего данная гаплогруппа распространена среди славян, северных индийцев (потомки ведийских ариев) и среднеазиатских народов. Наибольшее распространение имеет в Северо-Западной Индии, Пакистане, Центральной и Восточной Европе: среди лужичан (63 %), поляков (ок. 56 %), украинцев (54 %), русских (52— 53 %), белорусов (60 %), литовцев (45 %), латышей (41 %), татар (33— 34 %), башкир (26 %)и в Центральной Азии. Умеренное распространение в скандинавских странах (23 % в Исландии, 18— 19 % в Швеции и ок. 27 % в Норвегии), в Иране (от 4 до 25 %).
Гаплогруппа N 1 Y-ДНК гаплогруппа N 1 найдена повсюду в Северной Евразии. Гаплогруппа распространена среди фино-угорских народов. Вероятное место происхождения - Северный Китай или Монголия. Именно из этих мест гаплогруппа распространилась к Балтийскому морю и в Сибирь.
Гаплогруппа I 2 зародилась в Юго-Восточной Европе более 15 тыс. лет назад и частично распространилась на Сардинские острова (I 2 a 1) и в Северо-Западную Европу (I 2 b 1). На Балканском полуострове гаплогруппа представлена субкладом. I 2 a 2, с наивысшей концентрацией в Герцеговине, Боснии и южной Далмации (Хорватия).
Гаплогруппа I 1 зародилась не более 5000 лет на территории современной Франции. Типична для популяций Скандинавии и Северозападной Европы, с умеренным распределением всюду по Восточной Европе.
Гаплогруппа E 1 b 1 b 1 зародилась в верхнем палеолите примерно 15000 -20000 лет назад на Африканском Роге или на Среднем Востоке. E 1 b 1 b 1 исторически связана с хамитскими народами (кушиты, египтяне, берберы), стоявшими у истоков древнейших агрокультур и государств (Др. Египет, царство Куш, Нумидия). В неолите гаплогруппа E 1 b 1 b 1 распространилась в район Средиземноморья и в Южную Африку. В Европе E 1 b 1 b 1 наиболее распространена на Балканах (албанцы, греки), где представлена балканскими субкладами: E 1 b 1 b 1 a 2 V 13 и E 1 b 1 b 1 a 5 -M 521.
Гаплогруппа J 2 -M 172 зародилась на Ближнем Востоке примерно 18 тыс. лет назад и частично 8 тыс. лет назад распространилась в Индию и Пакистан, а чуть позднее, в эпоху неолита, на южные Балканы и в районы Средиземноморья. Представители гаплогруппы J 2 были первыми земледельцами и одними из первых стали одомашнивать животных.
Гаплогруппа R 1 b возникла предположительно в Передней Азии 15 -20 тыс. лет назад. В настоящее время эта гаплогруппа преобладает в Западной Европе, с умеренными частотами встречается в Восточной Европе, на Ближнем Востоке и в Центральной Азии.
Гаплогруппа С 3 Гаплогруппа, возникшая после того, как современные люди покинули Африку. Миграционное распределение гаплогруппы можно проследить от южного Аравийского полуострова через Пакистан и Индию в Шри. Ланку и Австралию, и Юго-восточную Азию. Представителем этой гаплогруппы предположительно является Чингисхан, а также монгольские и бурятские рода.
Гаплогруппа Q Y-хромосомная гаплогруппа Q распространена у некоторых сибирских народов, а так же у коренных американских народов, и, в некоторой степени — по всей Азии.
Гаплогруппа G 2 a Гаплогруппа G 2 предположительно возникла около 30 тыс. лет назад на Кавказе либо, по другой гипотезе, к югу от Гималайских гор, в районе Кашмира. Первоначальное её расселение связывается со временем неолитической революции на территории "Плодородного полумесяца" и Средиземноморья, а дальнейшее распространение - с миграциями первых кочевников (скифами, сарматами, аланами и языгами).
Галогруппа O 3 Корейская диаспора. Гаплогруппа J 1 Гаплогруппа L Гаплогруппа T Гаплогруппа G 2 c
Генетики: европейские мужчины оказались дальними родственниками египтян Швейцарские генетики пришли к выводу, что приблизительно 70% британских и половина всех западноевропейских мужчин имеют частичное совпадение ДНК с древнеегипетским фараоном Тутанхамоном и приходятся ему отдаленными родственниками. Ученые полагают, что их общий предок жил на Кавказе примерно 9, 5 тысячи лет назад. В ходе исследования специалисты взяли образец ДНК из мумифицированных останков фараона, на египетском троне более трех тысяч лет назад, и сравнили с современным европейцем. Результаты исследования показали, что Тутанхамон принадлежал известной группе р1 Б 1 А 2, к которой относятся примерно 50% всего мужского населения Западной Европы. Также ученые пришли к выводу, что к одной генетической группе с Тутанхамоном относятся около 70% испанцев и 60% французов. По итогам пройденной работы, стало известно, что у половины мужского населения Швейцарии в венах течет египетская кровь.
Ученые исследуют геном потомка Чингисхана Китайские ученые провели исследование генома прямого потомка Чингисхана. Это первое исследование ДНК и РНК индивидуального генома монгола. Образец крови был взят у мужчины – одного из потомков основателя монгольской империи в 34 -м поколении. Чингисхан правил в течение 21 года в XIII веке. Под его предводительством монгольская армия захватила огромные территории в Азии и Восточной Европе. Считается, что у нег было около 3 тысяч жен, и до половины процента населения Земли сегодня могут являться его потомками. Ученые намерены продолжать исследования, и проведут секвенирование геномов еще 199 монголов. Таким образом, будет создана база данных генома этой этнической группы. Это, вероятно, поможет выявить особенности эволюции монголов, а также исследовать ряд болезней.
Снежный человек произошел от встречи женщины с обезьяной Секвенирование генома из 20 биообразцов бигфута (йети) позволило получить три полных расшифровки хромосомной ДНК и составить представление о митохондриальной ДНК бигфута. Выяснилось, что его митохондрии полностью соответствуют человеческим, а геном говорит о принадлежности к семейству приматов, не являющемуся эволюционным потомком неандертальцев и денисовских людей и родственному, но не идентичному homo sapiens. Изучение ДНК привело экспертов в областях генетики, судебной медицины, патанатомии к выводу, что снежный человек зародился около 15 000 лет назад в результате встречи женщины с самцом неизвестного ныне вида приматов. По результатам исследования Кетчам обратилась к официальным лицам с просьбой признать бигфута одним из коренных обитателей своего региона, наделенного всеми соответствующими правами.
Палеонтология
Скоро генетики смогут выяснить, какими генами обусловлены различия между неандертальцем (слева) и современным человеком (справа). Неандертальская ДНК для исследования была выделена из трех костных фрагментов, найденных в пещере на северозападе Хорватии. Оказалось — двум женщинам. Они жили 38 000 лет назад, вскоре после появления в Европе, вотчине неандертальцев, африканских пришельцев — сапиенсов.
Геном неандертальца прочтен, осталось в нем разобраться Важнейшие вехи в развитии палеогеномики 1956 — в Германии найден типовой экземпляр неандертальца. 1997 — отсеквенирован первый фрагмент митохондриально ДНК неандертальца. 2006 — начало проекта «геном неандертальца» . 2007 — установлено, что неандертальцы были рыжими и светлокожими. 2007 — показано, что ген FOXP 2 (ген речи) идентичен у неандертальца и современного человека. 2008 — показано, что у неандертальцев встречалась группа крови 0. 2009 — черновое прочтение ядерного генома неандертальца.
Американские генетики ищут суррогатную мать для неандертальца Руководитель группы ученых из Высшей школы медицины при Гарвардском университете Джордж Черч ищет женщину, которая готова выносить в плод неандертальца. По словам профессора ему удалось полностью расшифровать геном древнего предка современного человека, а для завершения эксперимента необходимо найти женщину, которая согласится выносить клон неандертальца. Вид неандертальцев вымер 33 000 лет назад. Несмотря на сложность эксперимента, вероятность успеха достаточно велика. На первом этапе планируется ввести искусственно воссозданную ДНК неандертальца в стволовые клетки человека. Образовавшийся эмбрион можно будет имплантировать в матку суррогатной матери. Ученый считает, что древних людей ошибочно изображают глупыми и примитивными, так как объем мозга неандертальца был чуть меньше, чем у современного человека. Отметим, что именно при участии этого ученого был запущен проект по исследованию генома человека.
Генетическая паспортизация населения
Генетическая паспортизация В несколько упрощенном варианте генетические паспорта (или карты) уже существуют на Западе. Изначально их создание предназначалось не столько для решения собственно медицинских задач, сколько для идентификации личности. Правоохранительные органы США используют результаты идентификационных исследований ДНК осужденных преступников, пробы биологического материала с мест происшествий и неопознанных человеческих останков. В Великобритании обязательному ДНК-тестированию подвергаются не только преступившие закон, но и подозреваемые в совершении правонарушений. В Западной Европе, США и Канаде «генетическая паспортизация» проводится по различным медицинским показаниям и просто по личному желанию граждан. Формируются индивидуальные и семейные базы генетических данных — процесс начался.
С 1 января 2009 г. в России введена обязательная и добровольная геномная регистрация граждан Это получение, хранение и использование биологического материала и содержащейся в нем индивидуальной информации о нуклеотнидной последовательности определенных фрагментов ДНК человека - геномной информации. Цель геномной регистрации - идентификация личности человека.
Криминалистика
ДНК-технологий вошли в криминалистику (для идентификации личности)
Совершенству нет предела Финская полиция поймала автомобильного вора по образцам ДНК, взятым в крови комара, найденного в брошенной машине Обнаружив угнанную машину, полицейские увидели в салоне комара и предположили, что он может стать важной уликой. Образцы ДНК, полученные экспертами при анализе крови, которую выпило насекомое, совпали с данными, которые уже значились в полицейской картотеке. Подозреваемый отрицает свою вину, утверждая, что ехал автостопом и случайно остановил машину, которая оказалась в розыске. Это первый случай в истории криминалистики, когда дело раскрывают при помощи насекомого.
Биочип для криминалистики Специалисты Института молекулярной биологии им. В. А. Энгельгардта РАН и Московского физико-технического института разработали биочип, который позволяет установить личность человека по следовым количествам ДНК с вероятностью 99, 6 процента. Биочип содержит характерные последовательности ДНК трёх генов: ABO, AMEL и HLA-DQA 1. Первый ген (ABO) определяет группу крови человека, HLA-DQA 1, ген главного комплекса гистосовместимости, имеет 34 варианта. Ген AMEL кодирует белок, который участвует в развитии зубной эмали. Он расположен на половых хромосомах, причём последовательности на Х и Yхромосомах несколько отличаются, что помогает определить пол человека. Идентифицировать человека можно по окуркам сигарет с фильтром, на котором осталась слюна, смятым в руке бумажным салфеткам со следами пота. Участников эксперимента также просили выпить воды из одноразового стакана, после чего смоченной в стерильной воде салфеткой с его края снимали отпечатки губ. Из этого материала выделяли ДНК нужных генов и наносили её на биочип для идентификации.
В чем смысл генов?
Гены приносят счастье женщинам Ученые обнаружили ген, который делает женщин счастливыми. На мужчин его действие не распространяется. Специалисты полагают, что данное открытие поможет объяснить, почему дамы получают большее удовольствие от жизни, чем мужчины. Ученые заявили, что слабовыраженная форма гена моноаминоксидазы А (МАОА) у женщин связана с повышенным ощущением счастья. "Это первый женский ген счастья", - комментирует руководитель исследования Хеньян. Чен, профессор эпидемиологии и биостатистики Флоридского колледжа общественного здравоохранения во Флориде. Низкую активность гена МАОА ранее связывали с такими негативными последствиями, как алкоголизм, агрессивность, асоциальное поведение. Некоторые ученые даже называют его "геном воина". Однако, как показала наша работа, он имеет "светлую" сторону, по крайней мере для женщин", - говорит Х. Чен. Ген МАОА регулирует ферменты, которые расщепляют серотонин, дофамин и другие нейромедиаторы в головном мозге ("гормоны настроения", которые являются мишенями для антидепрессантов, поскольку их снижение связано с депрессией). Как выяснилось в ходе исследования, снижение экспрессии гена МАОА повышает количество моноаминов, благодаря которым нейромедиаторы остаются на высоком уровне, что в свою очередь положительно влияет на настроение. Ученые объясняют гендерное отличие работой гормона тестостерона, который содержится у женщин в меньшем количестве, чем у мужчин. Именно он блокирует положительный эффект гена МАОА у представителей сильной половины человечества. Возможная выгода от гена у мальчиков снижается при росте уровня тестостерона в период полового созревания. "Мужчины счастливее до полового созревания, поскольку их уровень тестостерона в это время ниже", - полагает Х. Чен
Ученые: родители награждают ребенка 60 мутациями Каждый из людей получает от родителей около 60 новых мутаций. Это поразительное открытие было сделано в ходе прямых сравнений геномов отца и матери с геномами их детей. Впервые ученые смогли ответить на вопросы: как много новых мутаций получает ребенок и по сколько мутаций приходит от матери и отца. Исследователи измерили число мутаций в двух семействах, с использованием секвенированных геномов. . Результаты исследования показали, что геном человека, как и любого живого существа, подвергается мутациям. При этом изменения, которые происходят в сперме и яйцеклетках, создают совершенно новые мутации, которых родители не имеют.
Генетическая предрасположенность к курению Несколько исследований, проведенных в последнее время, показали, что начало курения и пристрастие к этой привычке может во многом быть связано с генами человека. Статьи, опубликованные на прошедших выходных в журнале «Nature Genetics» основаны на анализе геномов более 140 000 человек, среди которых были как курящие, так и некурящие. Начало курения оказалось связано с вариантом гена в 11 хромосоме, а изменения в 9 хромосоме чаще встречались у бросивших курить. Люди с вариантами генов в 8 и 19 хромосомах обычно курили больше сигарет (в среднем на полсигареты в день) и были на 10% более подвержены риску заболевания раком легких, чем люди без этих изменений. Все эти исследования не только добавили новые факты к списку связей между генами и курением, но и сделали свой вклад в разработку диагностических средств для выявления людей подверженных более серьезному риску при курении.
Медицина
Болезнь Лу Герига вызывается мутантной липучестью белка Болезнь Лу Герига (или боковой амиотрофический склероз) — относится к нейродегенеративным, и главный её признак — накопление белковых масс в нейронах, которые из-за этого перестают правильно работать. Для большинства людей с болезнью Лу Герига характерна мутация в гене C 9 orf 72, которую обнаружили несколько лет назад. В начале гена есть участок из шести нуклеотидов (GGGGCC), и в мутированном варианте этот фрагмент копируется несколько раз, так что подряд может идти до 25 повторов. Но после определения мутации в гене C 9 orf 72 возник другой вопрос: как она работает?
В статье, опубликованной в Science показано, что, когда с такого участка ДНК считывается белок, то в результате получается не один белок, а несколько, и у каждого на конце висит разное количество аминокислотных повторов. Эти ненужные, лишние аминокислотные последовательности и служат причиной комкования молекул. Именно такие белки с повторами на конце были обнаружены в мозговых тканях у больных с болезнью Лу Герига.
Установлена молекулярная причина шизофрении Биологи из Исследовательского института Скриппса в Калифорнии обнаружили, что некоторые участки ДНК в клетках головного мозга больных шизофренией постоянно пребывают в "упакованном" и недоступном для считывания генетической информации состоянии, сообщает Science. Daily. В норме соединение ацетильных групп с гистонами (ацетилирование гистонов) обеспечивает ослабление ДНК-гистонового комплекса, он становится менее "скрученным" и ДНК оказывается доступной для запуска механизма считывания генетической информации. По мнению авторов исследования, которое опубликовано в журнале Translational Psychiatry, именно недостаточное ацетилирование гистонов в головном мозге является молекулярной причиной шизофрении. Для устранения этого эпигенетического эффекта ученые предлагают начать разрабатывать лекарства на основе веществ, которые подавляют активность определенного фермента – гистон-деацетилазы. Этот фермент лишает гистоны необходимых для последующего считывания ДНК ацетильных групп.
У 30% малышей наблюдаются генетические нарушения Согласно сведениям академии наук России, в Российской Федерации бесплодием страдают 10 млн. человек. При этом из тех малышей, которые рождаются, количество здоровых составляет менее 25%, а у 30% есть генетические нарушения. Как оказалось, каждый год количество бесплодных жителей России увеличивается примерно на 20 -25 тыс. человек, при этом большая часть из них – на сегодняшний день около 6 млн. человек – это представительницы слабого пола. По этой причине уменьшается количество новорожденных. Если в стране в 1990 г. жили 40 млн. детей, то в 2015 -м в России их количество не превысит 28 миллионов. Здоровыми при этом рождаются лишь 18– 20% детей, а у 30% врачи наблюдают нарушения генетического характера. Ученые говорят, что во многом причиной данного явления есть так называемый синдром мегаполиса: загрязнение пищи и окружающей среды токсическими продуктами , постоянное присутствие иммуннодепрессивных и аллергенных факторов, а также отсутствие условий , в которых ребенок может полноценно развиваться и формироваться.
Трисомию можно лечить Вполне возможно, что, хотя и не сегодня, и не завтра, но уже в обозримом будущем, ученым удастся все-таки найти надежное средство для лечения синдрома Дауна. Американские исследователи-микробиологи сумели изъять копии 21 -й хромосомы из клеток человека, который болеет этим тяжелым, неизлечимым врожденным заболеванием. Конечно, этот единичный успех еще не значит, что вот-вот уже совсем скоро появятся эффективные , общедоступные методы лечения этого сложнейшего генетического заболевания. Ученые не спешат делать заявления и говорят о том , до времени, когда можно будет лечить больных с этим синдромом еще нужно ждать и ждать. Однако, их работа уже сегодня сможет существенно помочь диагностировать и лечить рак крови у этих больных – а ведь очень и очень многие люди с синдромом Дауна подвержены этому страшному заболеванию. Ученые считают, что при помощи их открытия уже совсем скоро можно будет практически полностью “очистить” (это дословное цитирование слов одного из исследователей) пресловутые стволовые клетки пациента от этой так называемой Хромосомы “Дауна”. Конечно, понять, что именно и как делают ученые для подобной “очистки” мы не сможем, но в общих чертах напомним, что всего у здорового человека имеется 24 пары хромосом. Однако, есть некоторые виды генетических заболеваниях, при которых отдельные хромосомы мутируют из “дуэта” в “трио”. Эта мутация называется трисомией. Трисомии бывают разных видов, но в самом распространенном случае это мутация касается именно 21 -й хромосомы. Трисомия 21 -й хромосомы и является первопричиной такого заболевания синдром как Дауна. Американские исследователи разработали методику, позволяющую удалить лишнюю хромосому у 21 й пары. Все существовавшие до этого исследования приводили только к полному разрушению 21 -й лишней хромосомы.
В 2011 г. Установлено, что алкоголь вызывает мутации в нашей ДНК В нашем организме этанол превращается в ацетальдегид, который ведёт себя довольно агрессивно по отношению к ДНК. На защиту генов от вредного вещества встают две группы белков: одна из них нейтрализует сам ацетальдегид, вторая занимается починкой повреждённой ДНК. Как пишут в журнале Nature, ацетальдегид —может приводить к катастрофическим повреждениям ДНК. И умирать бы нам от первой же рюмки, если бы у клеток не было двухступенчатой системы защиты: первая ступень включает в себя ферменты, нейтрализующие собственно ацетальдегид, вторая — набор белков, берущих на себя экстренный ремонт повреждённой ДНК. Учёные экспериментировали с беременными мышами, у которых были отключены обе системы: у таких животных даже небольшая однократная доза алкоголя приводила к гибели плода; более того, у самих взрослых мышей наблюдалась гибель кровяных стволовых клеток. Проверить влияние алкоголя на ДНК учёных побудили две группы сведений. Во-первых, к алкоголю крайне чувствительны люди, страдающие от синдрома Фанкони, тяжёлого наследственного недуга. У этих больных не работают белки, ответственные за репарацию ДНК, вследствие чего ацетальдегид наносит необратимые повреждения генам, и это приводит болезням крови и онкозаболеваниям. С другой стороны, люди с врождённой непереносимостью алкоголя весьма подвержены раку пищевода, при этом у них не работает система нейтрализации ацетальдегида. В обоих случаях последствия приёма алкоголя выражены в заболеваниях, затрагивающих молекулярно-генетический аппарат клетки. Действие этих защитных систем может не справляться при регулярном употреблении алкоголя. Это часто можно наблюдать в виде пороков развития, объединяемых общим названием плодного алкогольного синдрома, которыми родители-алкоголики награждают своих детей.
Американские ученые и предприниматели заявили о старте нового исследовательского проекта. «Индивидуальный геном» (Personal Genome Project). Организаторы приглашают к сотрудничеству добровольцев, расшифрованные геномы и медицинские данные которых будут опубликованы в открытом доступе в Интернете. На данный момент к публикации готовятся геномы и медицинские карты десяти первых участников. Сейчас в очередь на расшифровку генома записались более пяти тысяч человек, а в будущем их число планируется довести до 100 тысяч. Беспрепятственный доступ к гигантской базе проекта различных ученых значительно ускорит изучение причин наследственных заболеваний и поиск новых методов их лечения. На данный момент ни у кого из добровольцев не было обнаружено серьезных генетических аномалий, но если в результате расшифровки генома у кого-то из добровольцев будут обнаружены дефекты, то участник может в любой момент отказаться от участия в проекте и публикации своих данных. Желающие пополнить базу данных проекта могут зарегистрироваться в качестве участника на сайте Personal Genome Project.
Преимплантационная диагноститка Жительница Лондона родила первого в Великобритании ребенка, которого на ранней стадии эмбрионального развития проверили на отсутствие генетического дефекта, значительно повышающего риск рака груди. Генетический анализ был произведен на клетках зародыша, полученного после искусственного оплодотворения перед имплантацией в организм матери. Для этого понадобилось изъять одну из восьми клеток, из которых состоит эмбрион на третьем дне развития. Как было известно ранее, на дальнейшее развитие организма такая процедура не влияет. Подобная диагностика уже достаточно широко используется для обнаружения генетических дефектов, обязательно приводящих к развитию заболевания, такого как, например, муковисцидоз. В связи с этим ценность произошедшего события скорее не научная, а юридическая. Как и любое достижение в области генетики и эмбриологии оно вызвало неоднозначную реакцию: в то время как одни видят в этом начало новой эпохи в развитии медицины и здоровья общества, другие опасаются перспектив вырождения «селекционного» человечества или кары за «вмешательство в божий промысел» .
Жители Великобритании смогут свободно сдать анализы на заболевания, передающиеся по наследству, перед зачатием ребенка. Как сообщает The. Telegraph, британская Комиссия по генетике человека (Human. Genetics. Commission, HGC) одобрила проведение таких исследований в медучреждениях страны. В настоящее время генетическое обследование бесплатно могут пройти лишь британцы с высоким риском развития наследственных болезней, например, чьи родственники страдают такими заболеваниями. Согласно отчету HGC, внедрение общей скрининговой программы обеспечит жителям Соединенного Королевства равноправный доступ к указанным медицинским услугам. Одним из главных преимуществ такой программы является возможность предоставления британцам, у которых в ходе тестирования будут выявлены наследственные болезни, вспомогательных репродуктивных технологий. В частности, использования донорских яйцеклеток и спермы, а также проведение генетических анализов экстракорпорально оплодотворенных яйцеклеток. Рекомендации HGC по внедрению генетического тестирования были представлены на рассмотрение британского Национального скринингового комитета (UK National. Screening. Committee). Комитету предстоит определить перечень медицинских учреждений страны, в которых будут проводиться соответствующие анализы. Британцев будут проверять на генетические болезни перед зачатием
Чтобы никогда не чувствовать боли, человеку достаточно отключить один ген Обнаружен ген, отключение которого у мышей приводит к смерти, а у человека — к полной потере болевой чувствительности. Этот ген (SCN 9 A) находится на второй хромосоме и кодирует белок, участвующий в транспорте ионов натрия через мембраны нейронов, отвечающих за болевые ощущения. Открытие дает возможность фармакологам разработать новые высокоэффективные анальгетики.
Болезнь Паркинсона развивается при недостатке микро. РНК Группа американских ученых исследовала ансамбли коротких информационных молекул микро. РНК в мозге больных паркинсонизмом. При сравнении со здоровыми людьми выявились значительные отличия в количестве одной из таких микро. РНК. Ученые предполагают, что эта микро. РНК играет важную роль в регуляции работы специфического нейронного фермента Pitx 3, от которого зависит созревание нейронов. Весьма многообещающей в этом смысле выглядит возможная терапевтическая роль микро. РНК при лечении болезни Паркинсона.
Алкоголь нарушает развитие мозга эмбриона, блокируя работу фактора роста Выяснилось, что этанол даже в малых концентрациях блокирует действие астроцитарного фактора роста (ADNP) на нейроны, тормозя их развитие. Сюзен Чен и соавторы протестировали на отдельных нейронах эффект этилового спирта. Пороговой оказалась концентрация 10 м. М, аналогичная «двум бокалам пива в час» , при такой дозе рост нейронов и их отростков прекращался. Как позже выяснили ученые – из-за блокирования ADNP, секретируемого поддерживающими клетками нервной системы – астроцитами. В первую очередь это сказывается на развитии мозжечка, отвечающего за координацию движений и положение тела в пространстве. Нарушения его работы – практически постоянная составляющая «синдрома алкогольного отравления плода» , грозящего детям пьющих матерей.
![Табакокурение снижает активность генома Обсуждение [0] К многочисленным предостережениям медиков о том, что курение](https://present5.com/presentation/3/64867551_160608936.pdf-img/64867551_160608936.pdf-132.jpg "Табакокурение снижает активность генома Обсуждение [0] К многочисленным предостережениям медиков о том, что курение")
Табакокурение снижает активность генома Обсуждение [0] К многочисленным предостережениям медиков о том, что курение ведет к нарушениям в работе органов дыхания, сердечной системы, ослаблению иммунитета и к онкологическим заболеваниям, прибавилось еще одно. Впервые ученым удалось установить связь между курением и активностью генома. Дым сигарет, попадая в наш организм, утверждают ученые, нарушает функции более 300 генов. Таким образом, регулярное курение наносит более серьезный вред организму, чем предполагалось ранее, пишет немецкий Spiegel. Online, на который ссылается Ino. Pressa. Группа ученых из Юго-Западного фонда биомедицинских исследований (США) под руководством Жака Чарльсворта идентифицировали более 300 генов курильщиков, которые по функциональным показателям значительно отличаются от генов некурящих. - Насколько разрушительно воздействие никотина на организм, демонстрирует статистика ВОЗ: каждые 6 секунд в мире от последствий курения умирает 1 человек, - отмечает издание. Команда Чарльсворта поставила перед собой задачу установить, как именно никотиновая зависимость увеличивает факторы риска. В исследованиях принимали участие 1200 человек, четверть из которых были курильщиками. Полученные данные говорят о том, что курение влияет не только на отдельные гены, но и на целые сети взаимодействующих друг с другом генов, говорится в статье
Управление синтезом т. РНК может помочь в лечении раковых заболеваний Американские ученые открыли новый механизм управления клеточным делением. Они нашли способ выборочно сдерживать темпы деления наиболее активных клеток, не затрагивая медленно делящиеся клетки. Ключевой точкой явилась мутация гена, связанного с синтезом транспортной РНК. Понятно, что это открытие в перспективе может очень пригодиться при лечения раковых заболеваний и некоторых болезней сердца.
Больных с нарушением свертываемости крови будут лечить препаратом из молока генно-инженерных коз Американские эксперты признали эффективность и безопасность препарата человеческого белка антитромбина, полученного из молока генноинженерных коз. Планируется наладить производство препаратов для лечения гемофилии, ангионевротического отека, дефицита альфа-1 антитрипсина и других заболеваний, связанных с недостаточностью какого-либо белка. Для большей части подобных болезней мировая потребность в соответствующем белке может быть удовлетворена одним стадом из 50 коров или 100 коз.
Трансгенные комары помогут в борьбе с малярией Американские ученые вывели трансгенную линию комаров, которые невосприимчивы к возбудителю малярии и более жизнеспосбны, чем обычные насекомые.
Найден распространенный ген гипертензии Американские ученые обнаружили ген STK 39, увеличивающий риск развития артериальной гипертензии.
Сельское хозяйство
Генетики совершили открытие, которое может решить многие проблемы сельского хозяйства Генные инженеры открыли способ увеличения урожайности путем увеличения транспорта фитогормонов. Как оказалось, ранее малопривлекательный ген AVP 1 несет важную функцию по регуляции транспорта гормона роста растений - ауксина. Повысили экспрессию гена AVP 1 в растениях Arabidopsis thaliana, что обеспечило увеличение транспорта ауксина. В результате ученые наблюдали повышенние скорости деление клеток и ускоренный органогенез, что проявлялось укреплением корневой системы и увеличением количества листвы на 60%. Многие специалисты предсказывают бурный рост исследований в этом направлении и создании трансгенных растений по предложенной методике.
Употребление нового сорта помидоров препятствует развитию рака и увеличивает продолжительность жизни (журнал Nature Biotechnology) Антоцианины – натуральные пигменты, относящиеся к классу флавоноидов. Обладают антиоксидантными свойствами, содержатся в ежевике, чернике и клюкве. Предположили, что продукты, богатые антоцианинами, могут препятствовать развитию злокачественных опухолей, а также оказывать благоприятное действие на сердечно-сосудистую систему. Ученые выделили два гена из растений львиного зева, отвечающих за синтез антоцианина, и встроили их в геном обычных помидоров. В результате им удалось получить темно-фиолетовые томаты с высоким содержанием полезного антиоксиданта. Затем новый продукт испытали на мышах, лишенных важного противоракового гена p 53 и, соответственно, склонных к развитию опухолей. Выяснилось, что употребление фиолетовых помидоров в виде порошка увеличило среднюю продолжительность жизни грызунов почти в три раза – со 142 до 182 дней.
Выведена сверхполезная морковь Американские ученые вывели морковь, содержание кальция в которой почти вдвое выше по сравнению с обычным овощем. Для этого они внесли в геном растения модифицированный ген, регулирующий транспорт кальция через клеточные мембраны. Эксперимент с участием 30 взрослых добровольцев показал, что из генетически модифицированной моркови они получали на 41% больше кальция, чем из обычных овощей.
ГМО: без вариантов? Витаминизированная кукуруза Трансгенная папайя Трансгенный золотой рис (справа) Трансгенная морковь – в ней вдвое больше бетакаротина
Спорт и генетика
Феноменальные возможности элитных спортсменов зависят от уникальных генетических комбинаций Молекулярная генетика спорта – сравнительно молодая научная дисциплина, задачами которой являются поиск полиморфизмов (вариаций) генов, обуславливающих индивидуальные различия в развитии и проявлении различных физических и психических качеств человека, а также изучение степени влияния наследственных и средовых факторов (питание, тренировка и т. п. ) на эти качества.
Британские ученые обнаружили зависимость успеха восхождения на восьмитысячники от наличия благоприятного генотипа Проведено генетическое тестирование 139 высококвалифицированных альпинистов с целью выявления полиморфизмов генов, которые обуславливают индивидуальные различия в способности к восхождению на восьмитысячники. Ученые обнаружили, что частота встречаемости длинной (I аллель) копии гена АПФ (ангиотензин-превращающий фермент) преобладает в группе альпинистов, которые смогли успешно преодолеть 8000 -метровый барьер по сравнению с теми, кому не удалось это сделать. Кроме того, носители генотипа II (наличие двух длинных копий гена) в среднем достигали 8559 метров, в то время как наличие двух коротких копий гена АПФ (генотип DD) “останавливало” альпинистов в среднем на 8079 метровой отметке.
Определены генетические маркеры предрасположенности к занятиям футболом Известно, что среди испанских футболистов высокого класса чаще всего встречаются носители генотипа RR по гену альфа-актинина-3 (ACTN 3). Ранее уже было показано, что наличие этого генотипа ассоциируется с выдающимися скоростно-силовыми возможностями, чем не преминула воспользоваться Австралийская футбольная лига в отборе детей для занятий футболом еще 2 года тому назад.
В США вырастили супермышей Генетически модифицированная по гену PEPCK (фосфоенолпируват – карбоксикиназа) супермышь, способная пробегать вдвое большие дистанции, чем ее сородичи, выведена американскими учеными. Помещенный в колесо, грызун с модифицированным геном PEPCK может ''накрутить'' до 6 километров при скорости 20 метров в минуту - и не останавливаться при этом до шести часов. Впрочем, он не только бегает лучше, но и живет дольше своих родственников, встречающихся в природе и в научных лабораториях, а половозрелый возраст у него наступает позже. Также, было замечено, что эти животные достаточно агрессивны.
Опубликована новая версия карты генов человека, ассоциированных с физической активностью Идентифицировано 187 генов человека, связанных с физической активностью. Из них следует выделить 112 генов (95 ядерных и 17 митохондриальных), а также 75 локусов количественных признаков (QTL - quantitative trait loci). Во-первых, это гены, отвечающие за развитие быстроты, силы, выносливости, мышечной массы, восстановление после физических нагрузок, энергетику. Во-вторых, это гены, связанные с профессиональными патологиями у спортсменов. И наконец, гены, чувствительные к пищевым веществам. Пожалуй, на первое место нужно поставить те гены, которые влияют на здоровье спортсменов. Например, для тех, кто занимается бегом на длинные дистанции, лыжными гонками, велоспортом, хоккеем и футболом, важно определить гены, которые отвечают за работу сердца. У гимнастов определяют склонность к травмам, у боксеров – риск повреждения головного мозга.
12 фактов о ДНК, которые мы еще не знали 1. Фосфор - ключевой компонент ДНК, но в прошлом году, команда ученых из НАСА опубликовала неоднозначное исследование, в котором описываются бактерии, использующие в качестве основного компонента ДНК мышьяк. 2. Не пробуйте повторить это дома: если размотать ДНК всех клеток вашего тела, то они растянутся на расстояние в 16 миллиардов километров - это примерно равно расстоянию от Земли до Плутона и обратно (в 2006 году этот транснептуновый объект был лишен статуса планеты, до этого считался самой отдаленной планетой в Солнечной системе) или более 30 раз от Земли до Солнца и обратно. 3. Большая часть ДНК хранится не в ядре клетки, которая контролирует наследственность, а в митохондрии - органеллах (отдельных структурах в клетках) генерирующих метаболическую энергию. 4. Цветковое растение Paris japonica родом из Японии, обладает самым длинным геномом, около 150 миллиардов пар оснований. Это в 50 раз длинней генома человека. 5. За исключением бактерий, самый маленький геном у кишечного паразита Encephalitozoon intestinalis, всего 2. 3 миллиарда пар оснований. 6. Ученые работают над созданием вакцин от ВИЧ, гриппа и гепатита С из фрагментов синтетического ДНК заставляет тело производить безопасные вирусные протеины, тренирующие иммунную систему атаковать настоящие вирусы. 7. Теломеры, отрезки ДНК на краю хромосом, укорачиваются с каждым делением клетки. Когда они становятся слишком короткими, клетка погибает. Некоторые ученые пытаются продлить жизнь с помощью удлинения теломер. 8. Хорошие новости для мышей: исследователи из института изучения рака Дана-Фарбера в Бостоне спроектировали мышиную теломеразу (фермент, удлиняющий теломеры), который можно включать и выключать. При активации фермента, у мышей появлялись новые клетки мозга, и они жили дольше. 9. Плохие новости для мышей: ученые из Осакского университета недавно создали мышей, которые подвержены возникновению ошибок копирования ДНК, чтобы увеличить скорость мутаций и увидеть, к появлению каких наследственных черт это приведет. 10. На данный момент получены, в том числе, такие результаты: мыши с укороченными лапками, мыши с количеством пальцев меньше нормы и мыши, которые чирикают как певчие птицы. 11. Угадайте, кто в вашем ДНК? По меньшей мере 8 процентов генома человека порождено вирусами, чей генетический код объединился с нашим в течении около 40 миллионов лет эволюции приматов.
Завтра:
2020 год На рынке появляются лекарства от диабета, гипертонии и других заболеваний, разработанные на основе геномных данных. Разрабатывается терапия рака. Фармакогеномика становится общепринятым подходом для создания многих лекарств. Изменение способа диагностики психических заболеваний, появление новых способов их лечения, изменение отношения общества к таким заболеваниям. Практические приложения геномики все еще доступны далеко не везде.
2040 год Все общепринятые меры здравоохранения основаны на геномике. Определяется предрасположенность к большинству заболеваний (ещё до рождения). Болезни определяются на ранних стадиях путем молекулярного мониторинга. Для многих заболеваний доступна генная терапия. Замена лекарств продуктами генов, вырабатываемыми организмом при ответе на терапию. Средняя продолжительность жизни достигнет 90 лет благодаря улучшению социо-экономических условий. Проходят серьезные дебаты о возможности человека контролировать собственную эволюцию.
Скачать презентацию Молекулярная биология гена Наталья Павловна Максимова зав. кафедрой
Лекции по молекулярной генетике для 2-го курса.ppt