Like Share 356 Views
Геном человека. ПРОГРАММА «ГЕНОМ ЧЕЛОВЕКА». Начата в 1998 году К 2000 году геном человека был прочтен с точностью в 10 раз ниже необходимой (не более 1 ошибки на 10 000 нуклеотидов).
Download Presentation
Геном человека
E N D - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -
Presentation Transcript
Начата в 1998 году К 2000 году геном человека был прочтен с точностью в 10 раз ниже необходимой (не более 1 ошибки на 10 000 нуклеотидов) Коммерческая фирма Селера выполнила проект за 9 месяцев 10 дней и сообщила об этом накануне конгресса в Ванкувере, где были представлены данные выполнения программы Международным сообществом ученых
Нуклеотидов, собранных у человека в 25 томов – 22 аутосомы, Х- иY-хромосомы и М-хромосома В геноме человека 3,5 млрд пар нуклеотидов С-парадокс – у человека ДНК в геноме столько же, сколько у гороха и кукурузы, но в 5 раз меньше, чем у репчатого лука и в 20 раз меньше, чем у сосны Лягушки, жабы и тритоны – чемпионы по содержанию ДНК в геноме, у них ДНК приблизительно в 25 раз больше, чем у любого из видов млекопитающих
У человека 10 в 14 степени клеток и 25 тыс генов Экономичность в использовании генов достигается альтернативным сплайсингом Пример- альтернативный сплайсинг в гене Bcl-x дает две формы белка. Bcl-xL запускает апоптоз, а Bcl-xS ингибирует
31 780 генов по данным Международного проекта 39 114 генов по данным коммерческой орг. Селера 120 000 –Вильям Хозелтайм 140 000 фирма Инсайт Протеом человека содержит более 250 000 белков Геном сложных организмов содержит больше генов ферментов и белков, участвующих в посттрансляционной модификации белков
Составляющие Конститутивный геном, - набор структурных генов, для разных систем универсальный. Это уникальные последовательности ДНК, в том числе фланкирующие структурные гены Факультативный – повторяющиеся последовательности, подвижные элементы, характеризующиеся непостоянством состава и положения
Кодирующая часть ДНК – менее 10% Гены кодирующие белки – 2 % Гены кодирующие РНК – 20% Некодирующая ДНК – уникальные последовательности, фланкирующие структурные гены, повторяющиеся последовательности, транспозоны и ДНК, функция которой не идентифицирована, интроны Протеом человека составляет 250 000 белков Подготовлен список 923 генов, вызывающих моногенные наследственные заболевания или повышающих вероятность развития заболевания ДНК человека и шимпанзе идентичны на 99 %
Ср. Длина гена 27000 п.н. Такой усредненный ген содержит 9 экзонов, 8 интронов по 3400п.н. Самые короткие гены содержат приблизительно 20 п.н. (гены эндорфинов) Самый большой ген – ген дистрофина – 2,4 млн п.н. Получается, что в кодировании принимает участие менее 1,5 % ДНК, т.е. 3 см из 2 м
Последовательности в ДНК Общее число 5 млн, 50% генома Обращенные повторы или палиндромы (уж редко рукою окурок держу) Простые тандемные повторы – сателлиты, в геноме человека 6 видов таких повторов 42 п.н. – на 7 разных хромосомах 5 п.н. – на 4 разных хромосомах 5 п.н. – на 20 разных хромосомах 171 п.н. –α-сателлиты 68 п.н. –β-сателлиты 220 п.н. – γ-сателлиты Микросателлиты – 1.2.3. – повторы, занимающие 0,5 % генома
Повторяются 50 – 400 раз Диспергированные повторы – постоянной прописки не имеют, могут менять положение LINE – дл. диспергированные повторы кодируют 2 белка, обеспечивающих перемещение Alu – короткие по 300 п.н. диспергированные повторы, в геноме их около 1 млн. Могут находиться в генах. Так, в гене 8 фактора при гемофилии есть Alu-повтор
Гена, продукты которых похожи на белки бактерий. Предполагают, что это результат горизонтального переноса генов 1% человеческого генома представлен эндогенными ретровирусами Усложнение генома человека произошло не за счет увеличения числа генов, а за счет усложнения механизмов регуляции, альтернативного сплайсинга, редактирования РНК идр. Механизмов, приводящих к увеличению численности и разнообразия протеома
МГЭ и умеренные повторы Сателлит-ная ДНК 1% 10% 20% 50% Гены – 90% Гены – 30% Экзоны – 1.5% Прокариота (E.coli) Эукариота (человек)
HUMAN GENOME Ядерныйгеном ~3,000 Mb 25-30000 генов Митохондриальный геном 16.6 kb 37 генов 30% 70% Гены и родств последоват-ти меж- генная ДНК Двар-РНК гена 22 т-РНК гена 13 генов белков 70% 30% Уникальны или несколько копий 10% 90% Высоко повторенные Умеренно повторены Кодирующая ДНК Некодирующая ДНК Тандемные повторы и другие Генные фрагменты Псевдогены Интроны, регулят. сайты Мобильные элементы
Экзоны – 1.5% Мобильные элементы > 50%
Гены, имеющие общее происхождение и сходные, хотя не одинаковые функции. Часто располагаются кластерами, хотя могут быть рассеяны по геному. Кластер из 5 генов α-субъединицы в хромосоме 16 Интроны Экзоны Кластер из 7 генов β-субъединицы в хромосоме 11
Число уже открытых псевдогенов ~ 20,000 Два типа – процессированные 70% непроцессированные 30% Процессированные псевдогены являются копией зрелой м-РНК гена – у них отсутствуют интроны и часто есть полиА-хвост Torrents et al. Genome Res. 2003 13: 2559-67.
Мыши и человека
Названия отражают их главное свойство – у них нет постоянной прописки в геноме – бродяга, цыган, Бигль, Магеллан, блоха, турист, Улисс и т.д. Транспозоны вездесущи – они есть у бактерий и у эукариот Перемещение транспозонов происходит 2 способами Путем вырезания с одного места и встраивания в другое Путем образования копии, которая внедряется на новое место. При этом мобильные элементы размножаются
Группы Транспозоны ретротранспозоны 1-й способ перемещения 2-ой способ перемещения Для перемещения ретротранспозонов необходим фермент интеграза, разрезающий ДНК перед вставкой и элемент L1, в человеческом геноме он составляет 20% от всей ДНК Транспозоны могут содержать инсуляторы
Транспозонов Инсерционный мутагенез – у дрозофилы 80% мутаций связано с перемещением моб. Элементов Изменение экспрессии генов за счет наличия в транспозонах регулирующих элементов 3. Хромосомные аберрации (инверсии, делеции) 4. Могут изменить границы гена, внедряясь в петлю ДНК и имитируя эффект инсулятора
Обычных генов 1948 – Барбара МакКлинток, МЭ у кукурузы 1976 – Г.П. Георгиев, Д. Хогнесс, МЭ у дрозофилы представлены в геноме одной копией Гены имеют постоянное место в определенной хромосоме число копий у разных особей – разное, от 0 до десятков и сотен Мобильные элементы могут менять свое место, перемещаясь в новые локусы той же хромосомы или других
Слюнных желез линийUc-1и flr3Drosophila melanogaster flr3 Uc1-66-#5 Л.П. Захаренко
«Геном человека» - 1. ПРЕДСТАВЛЕН ПОРЯДКА 3,2 МЛН. ВКЛАД ГЕНОМНОГО УРОВНЯ в ЯВЛЕНИЯ НАСЛЕДСТВЕННОСТИ и БИОЛОГИЧЕСКОЙ ИЗМЕНЧИВОСТИ (ПРОДОЛЖЕНИЕ 1) -. ГЕНОМ и ЗДОРОВЬЕ ЛЮДЕЙ -. ГЕНОМ и ЗДОРОВЬЕ ЧЕЛОВЕКА. ГЕНОМНЫЕ МУТАЦИИ. ЛЕКЦИЯ 7. ГЕНОМНЫЙ УРОВЕНЬ ОРГАНИЗАЦИИ ГЕНЕТИЧЕСКОГО АППАРАТА. ГЕНОМЫ ЧЕЛОВЕКА и ДРУГИХ ВИДОВ ЖИВОТНЫХ (СРАВНИТЕЛЬНО-ЭВОЛЮЦИОННЫЙ АСПЕКТ) -.
«Наследование при взаимодействии генов» - Расщепление в F1 составляет 1:4:6:4:1. Пример полимерии. III группа. Задача: Наследование окраски цветков у душистого горошка. В F1 расщепление 15:1. Наследование окраски оперения кур. II группа. Некумулятивная полимерия. Кумулятивная. Напишите варианты генотипов у людей среднего роста. Желтый. Доминантный эпистаз.
«Международное сотрудничество России» - Создание экономические, правовые предпосылки. Международное сотрудничество в области управления природоохранной деятельностью. Отсутствие дальновидности у предпринимателей. Причины не выполнения международных обязательств: Внедрении экологических дисциплин в образовательные системы. Активная работа РФ в международном сотрудничестве.
«Взаимодействие генов» - Расщепление по фенотипу в F2 1:2:1. Расщепление по фенотипу в F2 9:3:4. Гены, подавляющие действие других неаллельных генов, называются супрессорами (подавителями). Расщепление по фенотипу в F2 13:3. Неполное доминирование. Взаимодействие генов. Рецессивный. Наследование окраски шерсти домовых мышей.
«Международный день родного языка» - 11.02.2011 все учителя – словесники провели уроки, посвящённые Дню родного языка. 11 класс Н.В. Петуховой писал сочинение – рассуждение о родном языке. Очень интересными были уроки – презентации в седьмом и пятом классах у В.И. Захаровой. Л. В. Андрианова предложила девятиклассникам поработать с цитатами на тему родного русского языка.
«Международный маркетинг» - Сделать экспортный продукт известным и привлекательным для зарубежного потребителя. Структура маркетингового исследования зарубежного рынка. Факторы, влияющие на процесс ценообразования. Эффективная ценовая стратегия должна отражать: Каналы распределения в М.М. Россия. Германия, Австрия. Некоторые сравнительные характеристики национальных культур.
Содержание
- Введение.
- Глава I.
- Предпосылки и причины разработки
- Международного проекта «Геном человека».
- Глава II.
- Этапы реализации Международного проекта.
- Глава III.
- Результаты Международного проекта «Геном человека».
- Заключение.
- Международный проект «Геном человека» в практике
школьного образования.
- Библиографический список.
введение
ВВЕДЕНИЕ1. Тема. «Международный проект «Геном человека».
2. Проблема. Выявить значение международного проекта «Геном
человека» для развития школьной науки.
3. Актуальность темы исследования: В настоящее время большую
актуальность приобретают исследования в области биологии и
медицины. Международный проект «Геном человека» - один из
наиболее дорогостоящих и потенциально важных проектов в истории
науки. Знание генома человека внесет неоценимый вклад в развитие
медицины и биологии человека. Результаты этого проекта позволят
лучше понять принципы развития организма человека, генетические
причины многих наследственных болезней и механизмы старения. 4. Объект и предмет исследования. Объектом исследования
является международный проект. Предмет исследования:
роль и функции международного проекта в науке.
5. Цели и задачи. Цель: определение значимости данного
проекта для науки и практической деятельности. Задачи:
- изучить историю новейших открытий в области генетики;
- выявить специфику проекта «Геном человека»;
- познакомиться с основными методами, используемыми в
рамках реализации международного проекта;
- изучить открытия в области биологии и медицины, внёсшие
вклад в международный проект;
- изучить результаты международного 6. Методы исследования:
изучение литературы;
теоретический анализ;
синтез информации.
7. Этапы исследования:
формулировка темы;
формулировка проблемы;
постановка цели и задач;
подборка источников информации по теме (литературы, периодических
изданий, Интернет-ресурсов);
анализ источников информации по теме;
работа с источниками информации;
подготовка глав проекта;
оформление проекта: печатного варианта, презентации;
отчёт о работе: выступление на районной конференции. 8. Практическая значимость. Исследовательская работа
«Международный проект «Геном человека» вносит вклад в
развитие школьной науки, так как изучение научных открытий
не всегда входит в школьную программу, но являются весьма
интересными и познавательными, способствуют расширению
кругозора, целостному восприятию природы, формированию
научной картины мира.
Глава I. Предпосылки и причины разработки Международного проекта «Геном человека».
ГЛАВА I.ПРЕДПОСЫЛКИ И ПРИЧИНЫ РАЗРАБОТКИ
МЕЖДУНАРОДНОГО ПРОЕКТА «ГЕНОМ ЧЕЛОВЕКА».
Прогресс биологических наук в XX веке был необыкновенно велик.
Важнейшее событие – появление молекулярной биологии. По мнению
учёных, если XX век был веком генетики, то XXI век будет веком геномики
(термин введён в 1987 г.) - науки, которая изучает структурнофункциональную организацию генома. Конец XX века ознаменовался
разработкой международной научной программы «Геном человека» одного из самых дорогостоящих научных проектов в истории
человечества. Его глобальная цель - выяснить последовательность нуклеотидов во всех
молекулах ДНК человека (ДНК 1 клетки человека содержит 3,2 млрд. пар
нуклеотидов).
Одновременно должно быть установлено положение всех генов, их функций,
взаимного влияния друг на друга.
Для реализации были выделены цели для поэтапной работы:
полное секвенирование генома человека;
идентификация новых генов и выявление среди них тех, которые
обусловливают предрасположенность к тем или иным заболеваниям;
возможность идентификации личности;
реализация идеи «генетического паспорта»;
выявление однонуклеотидного полиморфизма;
поиск новых методов лечения болезней;
определение нуклеотидной последовательности всей геномной ДНК человека;
выявление молекулярных причин «поломки» генов. Исходная идея проекта зародилась в 1984 среди группы физиков.
В 1988 Объединенный комитет, куда входили Министерство
энергетики США и Национальные институты здоровья,
представили обширный проект, в задачи которого входило
всестороннее изучение генетики
Проект является ярким примером интеграции естественных наук,
показывающий их единство и взаимосвязь.
Глава II. Этапы реализации Международного проекта
ГЛАВА II.ЭТАПЫ РЕАЛИЗАЦИИ МЕЖДУНАРОДНОГО ПРОЕКТА
Страны-участницы: Англия, Франция, Япония, Россия, США, Италия, Франция,
Великобритания, Германия.
В 1989 в нашей стране был организован научный совет по программе «Геном
человека».
В 1990 была создана Международная организация по изучению генома
человека (HUGO), вице-президентом которой в течение нескольких лет был
академик А.Д.Мирзабеков. Все 23 хромосомы человека были поделены между странами-участницами.
Российские ученые должны были исследовать структуру 3-й и 19-й хромосом.
Скорость секвенирования с каждым годом возрастала, и если в первые годы она
составляла несколько миллионов нуклеотидных пар за год по всему миру, то на
исходе 1999 частная американская фирма «Celera» расшифровывала не менее 10
млн. нуклеотидных пар в сутки.
6 апреля 2000 состоялось заседание Комитета по науке Конгресса США, на
котором Вентер заявил, что его компания завершила расшифровку нуклеотидной
последовательности всех существенных фрагментов генома человека и что
предварительная работа по составлению нуклеотидной последовательности всех
генов завершена.Сложности, возникающие при реализации проекта:
Человек не удобен для реализации генетических исследований по
следующим причинам:
большое количество хромосом (23 пары);
много генов (около 100 тысяч);
невозможность направленных скрещиваний;
длительные сроки полового созревания;
длительные сроки беременности;
малочисленное потомство. Генетики ожидали обнаружить в человеческом геноме 100 тыс.
генов, а их оказалось примерно 21 тыс. Но, к своему удивлению,
наряду с ними ученые обнаружили и другие вспомогательные
молекулы – факторы транскрипции, маленькие РНК, белкирегуляторы
Глава III. Результаты Международного проекта «Геном человека»
ГЛАВА III.РЕЗУЛЬТАТЫ МЕЖДУНАРОДНОГО ПРОЕКТА «ГЕНОМ
ЧЕЛОВЕКА»
Секвенированы все 3,2 млрд пар оснований, однако поскольку
секвенировать можно только относительно короткие фрагменты
ДНК, то нужно «собрать» эти фрагменты воедино. В настоящее
время установлены нуклеотидные последовательности более чем
для 38,5 тыс. генов.
В ходе осуществления программы были получены данные о
функции многих генов и о том, сколько разных генов участвуют в
формировании отдельных органов и тканей.
Картировано и секвенировано большое число генов, мутации
которых ответственны за наследственные заболевания.
Заключение Международный проект «Геном человека» в практике школьного образования
ЗАКЛЮЧЕНИЕМЕЖДУНАРОДНЫЙ ПРОЕКТ «ГЕНОМ ЧЕЛОВЕКА» В ПРАКТИКЕ ШКОЛЬНОГО
ОБРАЗОВАНИЯ
Исследовательская работа «Международный проект «Геном
человека» вносит вклад в развитие школьной науки, так как
изучение новейших научных открытий способствует:
- расширению кругозора,
- целостному восприятию природы,
- формированию научной картины мира,
- формированию комплекса знаний в области теоретических основ
научных исследований,
- развитию способности анализировать структуру научных трудов,
- изучению направлений развития современной науки,
- формированию навыков по применению научных знаний. Говоря об актуальности осуществления исследовательской работы
школьников, необходимо отметить, что концептуальной основой
современного школьного профильного образования должен стать
системный научный подход, объединяющий в себе как
академическую науку, так и методологию школьного образования.
Слайд 2
План
Проект «Геном человека» Цели проекта История проекта Общебиологическое значение исследований, проведенных в рамках проекта Практическое приложение Проблемы и опасения Список используемой литературы
Слайд 3
ГЕНОМ ЧЕЛОВЕКА, международная программа, конечной целью которой является определение нуклеотидной последовательности (секвенирование) всей геномной ДНК человека, а также идентификация генов и их локализация в геноме (картирование).
Слайд 4
Цели проекта
Создания подробных карт генома; - клонирования перекрывающихся фрагментов генома, встроенных в искусственные дрожжевые хромосомы или другие большие векторы; - идентификации и характеристики всех генов; - определения нуклеотидной последовательности генома человека; - биологическая интерпретация информации, закодированной в ДНК.
Слайд 5
История проекта
1984 г. - зародилась исходная идея проекта; 1988 г. - Объединенный комитет, куда входили Министерство энергетики США и Национальные институты здоровья, представили обширный проект; 1990 г. - создана Международная организация по изучению генома человека «HUGO» (Human Genome Organisation); 6 апреля 2000 - заседание Комитета по науке Конгресса США; в феврале 2001 в выпусках «Science» и «Nature» были раздельно опубликованы результаты исследований «Celera» и HUGO. Джеймс Уотсон Крейг Вентер
Слайд 6
Общебиологическое значение исследований, проведенных в рамках проекта.
Исследования генома человека «потянули» за собой секвенирование геномов огромного числа других организмов, гораздо более простых. Первым крупным успехом стало полное картирование в 1995 генома бактерии Haemophilusinfluenzae, позже были полностью расшифрованы геномы более 20 бактерий, среди которых – возбудители туберкулеза, сыпного тифа, сифилиса и др. В 1996 картировали геном первой эукариотической клетки (клетки, содержащей оформленное ядро) – дрожжевой, а в 1998 впервые секвенировали геном многоклеточного организма – круглого червя Caenorhabolitselegans (нематоды). Завершена расшифровка генома первого насекомого – плодовой мушки дрозофилы и первого растения – арабидопсиса. У человека уже установлено строение двух самых маленьких хромосом – 21-й и 22-й. Все это создало основы для создания нового направления в биологии – сравнительной геномики.
Слайд 7
Весьма нтересным представляется вопрос о соотношении кодирующих и некодирующих областей в геноме. Как показывает компьютерный анализ, у C.elegans примерно равные доли – 27 и 26% соответственно – занимают в геноме экзоны (участки гена, в которых записана информация о структуре белка или РНК) и интроны (участки гена, не несущие подобной информации и вырезаемые при образовании зрелой РНК). Остальные 47% генома приходится на повторы, межгенные участки и т.д., т.е. на ДНК с неизвестными функциями.
Слайд 8
Еще один важный результат, имеющий общебиологическое (и практическое) значение – вариабельность генома.
Слайд 9
Практические приложения
Самые большие надежды ученые и общество возлагают на возможность применения результатов секвенирования генома человека для лечения генетических заболеваний. К настоящему времени в мире идентифицировано множество генов, ответственных за многие болезни человека, в том числе и такие серьезные, как болезнь Альцгеймера, муковисцидоз, мышечная дистрофия Дюшенна, хорея Гентингтона, наследственный рак молочной железы и яичников. Структуры этих генов полностью расшифрованы, а сами они клонированы.
Слайд 10
Еще одно важное применение результатов секвенирования – идентификация новых генов и выявление среди них тех, которые обусловливают предрасположенность к тем или иным заболеваниям. Широкое применение несомненно найдет и еще один феномен: обнаружилось, что разные аллели одного гена могут обусловливать разные реакции людей на лекарственные препараты. Важный практический аспект вариабельности генома – возможность идентификации личности.