- •Генетический аппарат клетки
- •I курса медицинских вузов
- •1.Введение
- •2.Классификация генов
- •3.Особенности организации генов про- и эукариот. Строение оперона
- •3.1.Строение оперона прокариот
- •3.2. Строение функционирующего гена эукариот
- •1. Введение в геномику
- •Определение генома и геномики
- •Разделы геномики
- •Этапы развития геномики
- •2.Организация генома человека. Явление полиморфизма
- •2.1. Уникальные гены
- •2.2. Семейство генов
- •2.3.Регуляторные зоны
- •2.4.Повторы
- •2.5.Транспозоны
- •Биологическое значение транспозируемых элементов
- •2.6.Явление полиморфизма
- •У животных, вирусов и растений
- •У вирусов
- •3. Генетический код. Его свойства
- •6. Коллинеарность. Порядок расположения кодонов в иРнк совпадает с порядком расположе-
1. Введение в геномику
-
Определение генома и геномики
Прежде всего, определим понятие «геном». Существует несколько определений генома. В энциклопедическом словаре «Генетика» Н.А.Картель и др. даётся два определения генома. Во-первых, под геномом понимают совокупность гаплоидного набора хромосом данного вида организмов. И, во-вторых, – это весь генетический материал отдельного вируса, клетки или организма, не являющегося аллоплоидным. В нашем изложении мы будем исходить из того, что геном клетки – это вся совокупность ДНК, находящаяся в ядре и митохондриях (пластидах) этой клетки или организма. Такое определение часто используется в работах, связанных с изучением генома.
Строение и функцию генома изучает специальная наука – геномика.
Успехи в изучении генома человека стали наиболее ощутимы в связи с разработкой и последующим выполнением международного проекта «Геном человека». Этот международный проект объединил усилия сотен учёных из разных стран и осуществлялся с 1989 г. по 2000 г. Главные направления проекта – картирование генов (определение локализации генов в хромосомах) и секвенирование ДНК или РНК (порядок расположения в ДНК или РНК нуклеотидов). Инициатором этого движения с самого начала стал лауреат Нобелевской премии учёный Дж. Уотсон. В России таким энтузиастом стал академик А.А. Баев. На проект было затрачено свыше 6 млрд долларов. Материальные затраты России были настолько скромны, что их не учитывают при общем подсчёте издержек. Несмотря на это, российские учёные проводили исследования по картированию 3, 4, 13 и 19 хромосомам. Проект позволил полностью расшифровать последовательность нуклеотидов в геноме человека. Фактически это был первый этап – структурный. Второй этап, который назвали функциональным, будет связан с расшифровкой функции гена. Полученные результаты в области исследования генома легли в основу выпущенного в США Ч. Кэнтором и К. Смит в 2000 г. первого учебника для вузов «Геномика».
-
Разделы геномики
Геномика подразделяется на пять самостоятельных разделов.
Структурная геномика изучает последовательность нуклеотидов в геноме, определяет границы и строение генов, межгенных участков, промоторов,
18
энхансеров и др., т.е. фактически принимает участие в составлении генетической карты организма. Подсчитано, что геном человека состоит из 3,2 млрд нуклеотидов.
Функциональная геномика идентифицирует функцию каждого гена и участка генома, их взаимодействие в клеточной системе. Одна из важнейших задач геномики – создать, так называемую «генную сеть», взаимосвязанную работу генов. Например, генная сеть системы кроветворения включает в себя работу не менее 500 генов. Они не только взаимосвязаны между собой, но связаны и с другими генами.
Сравнительная геномика изучает сходства и различия в организации геномов разных организмов.
Эволюционная геномика объясняет пути эволюции геномов, происхождение генетического полиморфизма и биоразнообразия, роль горизонтального переноса генов. В применении к человеку, также как и к любому организму, можно сказать, что эволюция человека – это эволюция генома.
Медицинская геномика решает прикладные вопросы клинической и профилактической медицины на основе знания геномов человека и патогенных организмов.
Геномика человека является основой молекулярной медицины и её достижения используются при разработке эффективных методов диагностики, лечения и профилактики наследственных и ненаследственных заболеваний. Если раньше предполагали, что наследственная патология связана с определёнными генами или регуляторными зонами, то сейчас всё большее внимание привлекают нуклеотидные последовательности, располагающиеся в межгенных промежутках. Они долгое время считались «молчащими». В настоящее время накапливается всё больше сведений об их влиянии на экспрессию генов.
Исследования в области генома ещё раз подтвердили необходимость индивидуального подхода к профилактике и лечению заболеваний. Значительный интерес представляют для медицины исследования, связанные с составлением «генной сети» – схем взаимодействия генов между собой на уровне белковых продуктов. Эти исследования способствовали созданию в рамках геномики новой науки – протеомики, которая изучает белковый пейзаж клетки в различных режимах функционирования генов. Полученные результаты однозначно показывают целесообразность индивидуального подхода к лечению заболеваний. Сейчас протеомика – самостоятельная наука, тесно связанная с геномикой.
В этой связи следует подчеркнуть, что тезис «лечить не болезнь, а больного» получил существенное подтверждение в многочисленных исследованиях генома и белков. Основываясь на них, приоритетность этого положения в медицинской практике перестала вызывать сомнения.