GENOM
CZŁOWIEKA
Opracowanie:
Mirosława Lemańczyk
Anna Wnuk
GENOM
CZŁOWIEKA
Opracowanie:
Mirosława Lemańczyk
Anna Wnuk
• Genom
-
jest to całość informacji genetycznej w postaci
nici DNA umieszczonej w
.
• Termin mylony jest z genotypem, czyli całością informacji
genetycznej zawartej w chromosomach organizmu.
• O wielkości genomu decyduje ilość nukleotydów budujących
łańcuchy wszystkich cząsteczek DNA w komórce. Materiał
genetyczny jest upakowany w chromosomy, czyli silnie
poskręcane nici DNA ze specyficznymi
histonowymi.
Materiał genetyczny danego organizmu żywego jest zapisem
wszystkich białek niezbędnych do życia tego organizmu.
Białka te zapisane są w postaci
na nici
DNA.
• Genom może występować w postaci pojedynczej (czyli
haploidalnej ) oraz zwielokrotnionej ( np. diploidalnej ).
Genom haploidalny posiadają komórki prokariotyczne oraz
niektóre komórki eukariotyczne. Przeważająca większość
eukariontów posiada genom diploidalny.
• Genom mitochondrialny
• Mutacje w genach mitochondrialnych powodują
, których objawy dotykają głównie tkanki o największym
zapotrzebowaniu energetycznym - mięśniową i nerwową. Choroby te
mają charakterystyczny, matczyny wzór dziedziczenia. Również mutacje
kodowanych w jądrze komórkowym białek mitochondrialnych powodują
(np.
).
• Mitochondrialny DNA jest narażony na uszkodzenia przez
z
, a w mitochondriach nie ma sprawnych
mechanizmów naprawczych dla DNA. Leży to u podłoża hipotezy
tłumaczącej objawy starzenia się akumulacją
mitochondrialnego DNA i obniżaniem sprawności energetycznej
komórek.
• Tak zwany obszar hiperzmienny mitochondrialnego DNA to niekodujący
fragment genomu mitochondrialnego, który bardzo się różni między
ludźmi. Dlatego wykorzystuje się go do badań genetyki populacyjnej
oraz w medycynie sądowej do ustalania tożsamości. Sekwencje
niektórych genów mitochondrialnych, różniące się między gatunkami,
mogą służyć jako "kod kreskowy" charakterystyczny dla poszczególnych
gatunków i są w związku z tym wykorzystywane w badaniach
bioróżnorodności.
• Ponieważ komórka zawiera tysiące kopii mitochondrialnego DNA, ma on
większą szansę niż DNA jądrowy zachować się w materiale kopalnym.
Do niedawna jedyne znane sekwencje kopalnego DNA to były sekwencje
mitochondrialne. Porównanie sekwencji DNA mitochondrialnego ludzi
współczesnych i neandertalczyków sugeruje, że gatunki te nie
krzyżowały się.
• Obecnie na całym świecie prowadzone są
zaawansowane badania nad budową
ludzkiego. Firmy biotechnologiczne prześcigają
się w odkrywaniu coraz to nowszych tajników
genetyki
. W roku 2000 właściwie
poznano wstępnie genom ludzki. Zapis
genetyczny, to swoisty alfabet, który składa się z
czterech liter.
• Tymi literami są
: adeninowy (A),
guaninowy (G), tyminowy (T) i cytozynowy (C).
Z takich nukleotydów zbudowany jest DNA,
natomiast
zamiast tyminy.
• DNA
jest u człowieka przenośnikiem informacji genetycznej. Koduje on
informacje dotyczące budowy
odpowiadających za wszelkie i niezbędne procesy. Trzy leżące obok
siebie w kwasie nukleinowym (DNA) nukleotydy zawierają informacje
dotyczącą jednego aminokwasu (podstawowej jednostki budulcowej
białka). Trzy konkretne nukleotydy oznaczają konkretny aminokwas.
Aparat komórkowy potrafi odczytać taki nukleotydowy zapis i stworzyć
na jego podstawie białko. DNA zbudowany jest z dwóch
komplementarnych do siebie nici. Nukleotyd jednej nici łączy się z
nukleotydem drugiej nici. Tak połączone są ze sobą wszystkie
nukleotydy na całej długości DNA.
łączy się zawsze z
tyminą, a
z cytozyną. Aby mogło dojść do odczytania
informacji genetycznej, łańcuch DNA musi zostać rozpleciony w
na dwie osobne nici. Jedna z nich to pasmo matrycowe (to ono zawiera
wszystkie informacje na temat całego organizmu), a drugie, to pasmo
kodujące (nazwa może wprowadzać w błąd, gdyż ta nić nie koduje
informacji). Jeśli w układzie nukleotydów pojawi się jakiś błąd (kolejność
nukleotydów zostanie zmieniona lub przestawiona, np. w wyniku
działania środka mutagennego), to zmienia się też kolejność ułożenia
w cząsteczce białka powstającej na bazie zapisu
informacji w DNA. Powstające białko jest niewłaściwie zbudowane, w
związku z tym nie spełnia swojej funkcji w organizmie albo wręcz
szkodzi, co objawia się jako
. Przykładem takiej choroby jest
sierpowata, polegająca na zamianie aminokwasu w jednym z
czterech łańcuchów białkowych
. Zmiana ta dotyczy
oczywiście już samego zapisu w DNA (zmiana trójki nukleotydów)
Całe DNA zawarte w jądrze ludzkiej komórki (czyli ludzki genom) ma
półtora metra długości.
Międzynarodowy projekt
badawczy
„Genom człowieka”
(Human Genom Project, HGP)
• Program poznania genomu człowieka
*
1985
- pierwsze spotkania na temat opracowania szczegółowej mapy
ludzkich genów
*
1990
- oficjalny start obliczonego na 15 lat i mającego kosztować 3 mld
dolarów programu Human Genome Project (HGP)
*
1992
- Amerykanin Craig Venter zastosował metodę "wyławiania"
istotnych informacji ze stosów genetycznego "śmiecia" stanowiącego ok.
95 proc. naszego genomu
*
1995
- rozpoczyna się rozszyfrowywanie ludzkiego genomu -
zakończenie prac zaplanowano na rok 2005
*
1998
- Venter zostaje dyrektorem Celera Genomics w Rockville w stanie
Maryland, prywatnej firmy badającej genom człowieka. Wbrew opiniom
najlepszych ekspertów Celera zaczęła odczytywać genom inną metodą,
która okazała się znacznie szybsza i przybliżyła termin pełnego odczytania
"księgi życia" o całe dwa lata
*
02.12.1999
- ustalenie zawartości pierwszego ludzkiego chromosomu
*
11.01.2000
- Celera ogłasza, że rozpracowała już ponad 90 proc.
zapisu ludzkiego DNA
*
06.04.2000
- Celera zsekwencjonowała pełny zapis genetyczny jednej,
anonimowej osoby
*
15.06.2000
- opublikowanie pierwszej roboczej wersji pełnego
ludzkiego genomu
*
11.02.2001
- odczytanie prawie pełnego zapisu genetycznego
człowieka
*
2003
- planowana data zakończenia prac nad ludzkim genomem w
ramach Human Genome Project
• Do projektu należały
następujące państwa:
• Chiny
• Francja
• Niemcy
• Japonia
• Wielka Brytania
• USA
• Postawione cele
Celem badania ludzkiego genomu było nie tylko poznanie
miliardów par komplementarnych składająych się na nasze
DNA z minimalnym prawdopodobieństwem błędu. Chodziło
również o identyfikację funkcjonalnych genów zawartych w
tym morzu informacji. Proces ten jak dotąd się nie zakończył.
Jednak już rozpracowane dane zaskoczyły naukowców. Okazało
się, że genom człowieka opisuje zaledwie 30 tys genów
kodujących białka. Reszta genomu koduje nie białka lecz
wytwarzane na podstawie DNA cząsteczki RNA. Najnowsze
badania biochemiczne wykazały, że już samo RNA jest w stanie
przeprowadzać, szereg reakcji chemicznych w komórce.
Dodatkowo zauważono zjawisko blokowania ekspresji
niektórych genów przez ich komplementarne kopie w innym
miejscu genomu. Obraz jaki wyłonił się z projektu ludzkiego
genomu skłania badaczy do wielkiej powściągliwości w
głoszeniu triumfu nauki nad naturą. DNA bardziej przypomina
bardzo złożony program komputerowy niż zestaw przepisów na
różnie białka.
• Korzyści
Dzięki projektowi ludzkiego genomu nastąpił postęp w badaniu
nukleotydów zawartych w żywych organizmach. Dziś poznanie
genomu grożącego pandemią zarazka nie zajmuje już lata tylko
tygodnie albo miesiące. Obecnie sekwencja ludzkiego DNA jest
zapisana w bazie dostępnej w Internecie. Rozwinięto
oprogramowanie, które pozwala na znalezienie jakiegoś sensu w
genetycznej informacji. Dziedzina informatyki zajmująca się
analizą DNA to bioinformatyka.
Przełomowym wynalazkiem związanych z projektem ludzkiego
genomu są chipy DNA. Na układ półprzewodnikowy nanosi się
tysiące fragmentów kwasu dezoksyrybonukleinowego. Jeżeli w
badanej próbce znajdzie się kawałek DNA komplementarny do
jednego z tych fragmentów, to odpowiadające mu pole na chipie
zostanie aktywowane. W efekcie możliwe staje się błyskawiczne
określenie poziomu ekspresji zawartych w próbce genów.
Ekspresja wiąże się bezpośrednio ze stanem żywego organizmu, z
którego pobrano DNA. Oczywistym zastosowaniem może być tutaj
diagnostyka medyczna oraz dalszy rozwój badań genetycznych.
Porównywanie genomu różnych istot żywych daje też ogromne
korzyści biologii ewolucyjnej. Zgodnie ze współczesnymi teoriami
to gen jest przedmiotem ewolucji, a nie poszczególne osobniki.
Badanie historii poszczególnych genów zawartych w żywych
organizmach pozwala na prześledzenie ich drogi ewolucyjnej
• Dzięki naukowcom poznaliśmy prawdziwą kolejność ponad trzech miliardów
nukleotydów ludzkiego genomu. Minie jeszcze wiele lat, zanim bezcenne
informacje dotyczące sekwencji ludzkiego DNA zostaną wykorzystane w
jakikolwiek praktyczny sposób. W tej chwili nie da się łatwo odróżnić
wszystkich genów ukrytych w naszym genomie od tych fragmentów DNA,
które nic nie kodują i nie wpływają bezpośrednio na życie komórek. Kolejny
etap badań nad ludzkim materiałem genetycznym będzie polegał na
wyławianiu ważnych genów z morza nie kodujących sekwencji DNA (a geny
zajmują tylko kilka procent naszego materiału genetycznego). Poszukiwanie
genów w niezwykle długich cząsteczkach DNA jest bardzo trudne, ale
konieczne - sama sekwencja genomu ludzkiego nie ma dużego znaczenia dla
naukowców i lekarzy, jeśli nie wiadomo, które jej fragmenty są genami i w
jaki sposób te geny działają.
Wskazanie lokalizacji poszczególnych genów w genomie człowieka i
rozszyfrowanie roli tych genów w procesach życiowych komórki może być
jeszcze trudniejszym zadaniem niż odczytanie sekwencji ludzkiego DNA i na
pewno potrwa przynajmniej kilka lat. Jednocześnie genetycy spróbują
stworzyć szybsze metody analizy dużych grup ludzkich genów, na przykład
udoskonalając płytki genowe. Dopiero wtedy wiadomości uzyskane podczas
badań nad genomem człowieka nabiorą praktycznego znaczenia.
•
DLACZEGO BADANIA NAD LUDZKIM
GENOMEM SA TAK WAŻNE?
PERSPEKTYWY WYKORZYSTANIA
1. bardziej efektywne zapobieganie i leczenie chorób
Od 1995 roku genomy wielu patogenicznych mikrobów (cholery, gruźlicy, malarii)
zostały zsekwencjonowane. Poznanie ich struktury pomaga zrozumieć ich
"taktykę" oraz podpowiada jak można je unieszkodliwić.
2. zrozumienie dlaczego niektórzy ludzie chorują i umierają na choroby, na które
inni, wydaje się, że są uodpornieni.
Przykładem może być anemia sierpowata, która na terenach objętych malarią u
osób heterozygotycznych ze względu na tą cechę zapewnia ochronę przed tą
choroba, podczas gdy homozygoty recesywne nie dożywają wieku dojrzałości
płciowej..
3. "Odcisk palca" (ang. "finger printing")
Fragmenty DNA pobrane zwykle ze szpiku kostnego, krwi obwodowej są
charakterystyczne dla danego osobnika. Wyjątkiem są bliźniacy jednojajowi.
Wykorzystuje się to w kryminologii, sprawdzaniu ojcostwa.
4. leczenie nowotworów
Nowotwory są najczęściej spowodowane akumulacją kilku mutacji genowych,
które aktywują onkogeny Zidentyfikowanie do tej pory ponad 100 onkogenów
obrazuje zmiany powodujące rozwój nowotworu.
Niektóre nowotwory, choć wizualnie podobne maja inny rozkład ekspresji genów -
poznanie ułatwia wybranie terapii.
5. wydłużenie życia
Badanie genów powiązanych z utleniaczami, które jak wiemy przyczyniają się do
starzenia się organizmów może w przyszłości zaowocować wydłużeniem średniej
długości życia.
6. rozpoznanie jakie geny są odpowiedzialne za powstanie, powiązanie i
utrzymanie systemu nerwowego - leczenie chorób neurologicznych
7. zrozumienie dlaczego niektórzy ludzie bardziej się uzależniają od narkotyków
(kokaina wpływa na pewne transportery dopaminy, które różnią się u ludzi).