Медицинская генетика, методы генетики
Изучение генома человека

Изучение генома человека вступает в новую фазу

Оригинал статьи опубликован на сайте "Элементы"

Автор - Александр МАРКОВ

Участники международного научного проекта ENCODE, созданного 4 года назад с целью максимально полной расшифровки информации, закодированной в геноме человека, сообщили о завершении первого этапа работы. Более 300 исследователей из США и других стран провели детальный анализ структуры и функции одной сотой части человеческого генома (30 млн пар оснований из 3 млрд). В клетках человека обнаружено неожиданно большое разнообразие транскриптов — молекул РНК, синтезированных на матрице геномной ДНК. Выяснилось, что первичному прочтению (транскрипции) подвергается 80% генома, несмотря на то, что кодирует белки лишь 2% генома. Этот и другие результаты говорят о том, что механизмы функционирования генома сложнее, чем принято считать, и сам «язык», на котором записана наследственная информация, нам еще не до конца понятен.

 

 

 

 

Схематическое изображение человеческого генома: половые хромосомы X и Y и 22 неполовые хромосомы (аутосомы). Синими черточками обозначены участки, проанализированные участниками проекта ENCODE

Хотя геном человека был объявлен «прочтенным вчерне» еще в 2000-2001 гг., а в 2003-2004 гг. заговорили о «почти совсем полном прочтении», наука по-прежнему далека от полного понимания закодированной в геноме информации. Для решения этой глобальной задачи в 2003 году Национальным институтом по изучению генома человека (National Human Genome Research Institute, NHGRI) был запущен проект ENCODE (Encyclopedia of DNA Elements), объединивший сотни ученых и десятки научных коллективов из США и других стран.

Задача-максимум, стоящая перед участниками проекта, состоит в том, чтобы выяснить, зачем нужен и что кодирует каждый из 3 млрд нуклеотидов человеческого генома. Причем выяснить не только теоретически, in silico (путем компьютерного анализа последовательностей ДНК), но и подтвердить результаты экспериментально. До решения этой задачи, разумеется, еще очень далеко. Пока же ученые отрапортовали о завершении первого этапа работы, целью которого была в основном отработка методик и проба сил.

Ученые использовали весь обширный арсенал средств и методов современной генетики, геномики и молекулярной биологии. В частности, широко использовалось сравнение человеческого генома с геномами других млекопитающих (см.: Геном макака резуса расскажет об эволюции человека, «Элементы», 19.04.2007; Прочтение генома опоссума доказало ключевую роль транспозонов в эволюции млекопитающих, «Элементы», 13.05.2007). Такое сравнение позволяет выявить «консервативные», то есть схожие у разных видов участки генома. Консерватизм обычно свидетельствует о функциональной важности данного участка (см.: Сравнение геномов человека и мыши помогло обнаружить новый способ регуляции работы генов, «Элементы», 21.04.2007).

Но главным «коньком» проекта ENCODE является тотальный анализ транскриптома, то есть тех молекул РНК, которые синтезируются клеткой на матрице геномной ДНК в ходе транскрипции — «прочтения» генетической информации. Напомним, что информация, закодированная в классических белок-кодирующих генах, реализуется в два этапа: сначала на матрице ДНК синтезируется РНК (транскрипция), затем на матрице РНК синтезируется белок (трансляция).

Ранее уже было известно, что только 2% генома человека кодируют белки. Лишь эти два процента генетического «текста» подвергаются не только транскрипции, но и трансляции. Было известно и то, что транскрипции подвергаются также и многие нетранслируемые участки генома. Это, во-первых, гены функциональных РНК (транспортных, рибосомных и разнообразных регуляторных), во-вторых — интроны, некодирующие «вставки», имеющиеся в большинстве белок-кодирующих генов. Перед трансляцией интроны вырезаются из молекул РНК (это называется сплайсингом). Одно из главных достижений проекта ENCODE состоит в том, что наконец удалось выяснить, какая доля геномной ДНК подвергается транскрипции в человеческих клетках. Оказалось — целых 80%, гораздо больше, чем предполагалось. До начала выполнения проекта было известно, что в той сотой части генома, которую предстояло изучить, есть 8 генов нетранслируемых РНК. Оказалось, что в действительности их тысячи.

Исследователи пока не могут точно сказать, какую функцию выполняют все эти транскрипты. Не исключено, что некоторые из них не выполняют никакой специальной функции и являются всего лишь побочным продуктом деятельности ферментов РНК-полимераз — деятельности, которая, вероятно, является отчасти хаотической (о хаотических аспектах работы некоторых белков см.: Работу регуляторного белка впервые пронаблюдали под микроскопом, «Элементы», 31.05.2007; Разгадан механизм движения «шагающего белка», «Элементы», 29.05.2007). Но многие из обнаруженных транскриптов все-таки зачем-то нужны. Это подтверждается тем, что в них имеются консервативные участки, почти одинаковые у человека и мыши.

Изучение транскриптов, считанных с обычных белок-кодирующих генов, тоже преподнесло сюрпризы. Всего в пределах изученного участка генома находится 400 таких генов. Более чем у 80% из них анализ транскриптов выявил наличие неизвестных ранее функциональных фрагментов — экзонов (экзонами, в отличие от интронов, называют те участки гена, которые кодируют белок). Некоторые из этих экзонов, как выяснилось, находятся в геномной ДНК на расстоянии тысяч пар нуклеотидов от всех остальных экзонов того же гена, иногда они даже оказываются внутри другого гена. То, что гены высших организмов состоят из кодирующих кусочков-экзонов, разделенных некодирующими вставками-интронами, было известно давно, но никто не знал, что экзоны многих человеческих генов находятся так далеко друг от друга и так причудливо разбросаны. Более того: были обнаружены транскрипты, содержащие экзоны двух разных генов.

Всё это заставляет признать, что мы до сих пор не очень хорошо представляем себе, что же такое ген и как он работает. Некоторые из участников проекта позволили себе даже высказаться в прессе в том смысле, что, мол, ген — понятие отчасти устаревшее, а на самом деле фундаментальными единицами генома являются транскрипты (как сказал кто-то из теоретиков — «мы до сих пор живем в мире РНК»). Другие не согласны с этим: по их мнению, ген остается центральным объектом молекулярной биологии, только вот определение этого понятия нужно подкорректировать.

В ходе выполнения проекта исследователи разработали целый ряд новых методик, которые пригодятся им в дальнейшем — например, научились гораздо лучше искать регуляторные участки ДНК, в том числе сайты начала транскрипции (промоторы) — последовательности нуклеотидов, сигнализирующие РНК-полимеразам о том, что в этом месте следует начинать транскрипцию. До начала выполнения проекта ENCODE в этой части генома человека было известно 532 промотора, сейчас их уже 775, и вдобавок много предположительных, ожидающих экспериментального подтверждения.

Назовем еще некоторые из полученных результатов:

Гистоны — специальные белки, на которые «наматывается» геномная ДНК в клеточном ядре — определенным образом модифицируются вблизи сайтов начала транскрипции и других регуляторных элементов; по характеру этих модификаций можно даже предсказывать наличие тех или иных регуляторных элементов в данном участке ДНК.

Примерно 5% нуклеотидов в геноме млекопитающих безусловно находятся под действием стабилизирующего (очищающего) отбора, иными словами, они консервативны — темп их эволюционных изменений сильно замедлен.

Для 60% этих консервативных оснований имеются экспериментальные подтверждения наличия функции — то есть они действительно зачем-то нужны, что-то кодируют.

Многие фрагменты ДНК с экспериментально подтвержденной функциональной ролью не являются, однако, эволюционно консервативными — последовательность нуклеотидов в них быстро менялась в ходе эволюции млекопитающих. По-видимому, многие из этих участков кодируют функции, не являющиеся жизненно важными. Такие участки могут служить хорошим «материалом для отбора». Кстати, сами исследователи именно этот результат считают наиболее неожиданным: раньше думали, что практически всё функциональное в геноме должно быть консервативным.

Функциональные фрагменты ДНК имеют разную степень вариабельности в пределах человеческой популяции: одни из них почти одинаковы у всех людей, другие могут очень сильно различаться.

Стоимость первого этапа исследований составила $42 млн. На продолжение работы NHGRI намерен выделять $23 млн ежегодно. Предполагается, что через 4 года весь геном человека будет подвергнут столь же глубокому анализу, как и изученная на сегодняшний день сотая часть. Ускорение и удешевление процесса будет обеспечено за счет новых методик, разработанных участниками проекта.

Источники:
1) The ENCODE Project Consortium. Identification and analysis of functional elements in 1% of the human genome by the ENCODE pilot project (полный текст — Pdf, 4,5 Мб) // Nature. 2007. V. 447. P. 799–816.
2) Elizabeth Pennisi. DNA Study Forces Rethink of What It Means to Be a Gene // Science. 2007. V. 316. P. 1556–1557.


просмотров: 2992
Search All Amazon* UK* DE* FR* JP* CA* CN* IT* ES* IN* BR* MX
Search All Ebay* AU* AT* BE* CA* FR* DE* IN* IE* IT* MY* NL* PL* SG* ES* CH* UK*
Гибкая светодиодная настольная лампа Usb настольный держатель зажим кровать исследование чтение книга кормление лампа

296,92 руб.
End Date: 07.08 19:47
Buy It Now for only: US 296,92 руб.
Buy it now |
20 шт. силиконовые беруши против шума храпа беруши удобные для учебы Z

71,41 руб.
End Date: 23.07 10:20
Buy It Now for only: US 71,41 руб.
Buy it now |
Мультфильм животных, детские наклейки на стену в спальне арт, переводная картинка для игры исследование "сделай сам"

171,66 руб.
End Date: 05.08 06:58
Buy It Now for only: US 171,66 руб.
Buy it now |
Ручка шариковая письменные офисные ручки канцтовары исследование школьные принадлежности черное золото

47,54 руб.
End Date: 14.08 05:06
Buy It Now for only: US 47,54 руб.
Buy it now |
OHROPAX Classic Восковые беруши для уменьшения шума, сон, исследование (12 ушные заглушки)

359,78 руб.
End Date: 23.07 16:26
Buy It Now for only: US 359,78 руб.
Buy it now |
Габриэль Сен-Жермен – ecom светокопия $1,083,252 в 5 месяцев тематическое исследование

312,58 руб.
End Date: 13.08 02:41
Buy It Now for only: US 312,58 руб.
Buy it now |
Герой сплава ручка золотой покрытием тонкой новый в коробке точка исследование офис перьевые ручки милостивый

89,58 руб.
End Date: 10.08 12:57
Buy It Now for only: US 89,58 руб.
Buy it now |
"магические заклинания" 1pc винтажный жесткий чехол дневник бизнес ноутбук исследование журнал подарок

811,20 руб.
End Date: 20.08 18:02
Buy It Now for only: US 811,20 руб.
Buy it now |
Search Results from AllSoft: новости

Сан-Франциско ждет! Вы — Маркус, блестящий хакер, объединяетесь с DedSec, чтобы противостоять ctOS 2.0, системе глобального контроля. Сокрушите ее, это будет взлом века!
Первым покупателям — скидка 250 рублей! Успей купить первым! 


подробнее»
181528

PrintStore Pro — программа для учета расходных материалов и оборудования. Просчитывает запас каждого картриджа в каждом принтере и помогает сформировать заказ на следующий период. Поддерживает учет перезаправок. Учитывает при всех операциях совместимость принтеров и картриджей. Хранит историю всех действий с картриджами и принтерами, позволяет создавать множество отчетов.


подробнее»
123795

Fax Voip T38 Fax & Voice — факс и автоответчик для вашей SIP/H.323/ISDN сети. Виртуальные голосовые факс модемы. Поддержка T.38, Fax поверх G.711 и CAPI факс. Одновременные SIP регистрации, маршрутизация вызовов, цветные факсы. Совместимость со стандартными факс программами. Fax Voip принтер, Консоль Fax Voip для управления факсами. Сохранение входящих факсов в TIFF/PDF/SFF файлы. Маршрутизация входящих факсов: E-mail, Сохранить в папке, Печать. Факс по запросу. Отправка факса через e-mail (Почта-на-факс) и получение факсов на e-mail (Факс-на-почту).


подробнее»
139103

Fax Voip T38 Fax & Voice — факс и автоответчик для вашей SIP/H.323/ISDN сети. Виртуальные голосовые факс модемы. Поддержка T.38, Fax поверх G.711 и CAPI факс. Одновременные SIP регистрации, маршрутизация вызовов, цветные факсы. Совместимость со стандартными факс программами. Fax Voip принтер, Консоль Fax Voip для управления факсами. Сохранение входящих факсов в TIFF/PDF/SFF файлы. Маршрутизация входящих факсов: E-mail, Сохранить в папке, Печать. Факс по запросу. Отправка факса через e-mail (Почта-на-факс) и получение факсов на e-mail (Факс-на-почту).


подробнее»
141754

Retouch Pilot — программа для удаления изъянов с фотографий, таких как царапины, мелкие пятна и другие мелкие дефекты, существующие на фото или полученные при сканировании. Вы можете удалять целые объекты, попавшие случайно в кадр, а также инструментом пластика изменять форму и пропорции. Программа позволяет ретушировать изъяны кожи - пятнышки, морщинки и др..


подробнее»
26516

R-Studio — эффективное программное обеспечение, позволяющее восстанавливать данные с жестких дисков, CD, DVD, дискет, USB дисков, ZIP дисков и устройств флеш-памяти.


подробнее»
88115

Сборка электронных каталогов автозапчастей включает в себя грузовые автомобили Европы и Китая. В сборку включена программа Tecdoc, позволяющая подобрать не оригинальные запчасти.


подробнее»
183206

Sound Pilot озвучивает клавиатуру. Каждое прикосновение к клавиатуре рождает звук, который разнообразит процесс набора текста, развлекает и снижает утомляемость.


подробнее»
78205
Search Results from «Озон» Медицинская литература
2007 Copyright © GenDNA.ru Мобильная Версия v.2015 | PeterLife и компания
Пользовательское соглашение использование материалов сайта разрешено с активной ссылкой на сайт. Партнёрская программа.
Яндекс.Метрика Яндекс цитирования