Что означает андрофлор анализ у мужчин?

Сколько генов у человека?

Эта работа еще раз подчеркивает сомнения в отношении количества реальных генов, присутствующих в клетках человека через 15 лет после секвенирования генома человека

Последующее сокращение размера генома человека может иметь важные последствия в биомедицине, поскольку количество генов, продуцирующих белки, и их идентификация имеет жизненно важное значение для исследования множества заболеваний, включая рак, сердечно-сосудистые заболевания и т.д

С момента завершения секвенирования генома человека в 2003 году специалисты со всего мира работали над составлением конечного протеома человека (общее количество белков, генерируемых генами), и генов, которые их производят. Эта задача огромна, учитывая сложность генома человека и тот факт, что у нас около 20 000 отдельных кодирующих генов.

Исследователи проанализировали гены, каталогизированные как кодирование белка в основных эталонных протеомах человека.

История создания генофонда человека

Расшифровка генома человека не была бы успешной и её невозможно было бы осуществить в рамках отдельной страны и без общей координации ученых. Поэтому в 1996 году руководители проекта “геном человека” встретились на Бермудских островах, и решили, что данные о последовательности генома должны находиться в свободном открытом доступе.

Известное соглашение как “Бермудские принципы”, было разработано, чтобы гарантировать, что информационные последовательности приведут как можно быстрее к достижениям в области здравоохранения и научных исследований.

Для того, чтобы координировать процесс, было также решено, что крупные центры секвенирования информируют организацию генома человека о каких-либо намерениях о последовательности расшифровки генома человека.

Декодирование первой хромосомы человека

В 1999 году Международная команда исследователей достигла важной вехи, когда они изучали в первый раз полный генетический код хромосом у человека. Хромосома содержит 33,5 миллиона “букв” или химических компонентов

В то время непрерывный участок ДНК не был расшифрована и собран. Однако, это была только первая глава расшифровки генетического кода человека – остальное было еще впереди.

Генофонд  определен

История расшифровки генома человека завершилась в 2003 году, когда проект был завершен. Международный научно-исследовательский проект может быть описан как величайшее путешествие когда-либо сделанное – хоть и вовнутрь человека.

Ученые добились высокого качества последовательность всего генома человека. В 2001 году проект “геном человека” был опубликован в ‘черновике’, который включал последовательности 90% всех трех миллиардов пар оснований.

После этого ученые проводили второй этап проекта – завершающий этап. В течение этого времени, исследователи заполнили пробелы и устранили особенности ДНК в неоднозначных местах, пока они не завершили 99% описания ДНК в окончательной форме. Длина молекулы ДНК составляет 340 нанометров.

Эта окончательная форма содержит 2,85 миллиарда нуклеотидов, с прогнозируемыми темпами погрешность всего в 1 случае из 100 000 виртуализированных баз. Неоднозначности включают относительно небольшое количество белок-кодирующих генов (между 20 000 и 25 000) и там были похожие структуры с теми же функциями, представленные в разных видах.

Если учесть, что меньше чем за 200 лет назад, первооткрыватели, такие как Чарльз Дарвин только начинают подозревать, что характеристики могут передаваться по наследству, это же уму непостижимо, что ученым удалось найти методы секвенирования ДНК.

Большому геному рот радуется

Выживание растения зависит не только от доступа к питательным веществам и благоприятного климата. Не будем забывать о травоядных. Влияет ли размер генома на пищевую привлекательность и поедаемость растений? Безусловно, да. С одной стороны, виды с геномами 25 пг — это медленно растущие многолетники. Такими растениями кролики, косули, коровы и другие травоядные интересуются меньше, чем быстрорастущими мелкогеномными видами. С другой стороны, в листьях крупногеномных видов больше азота, и они питательнее, что не может не привлекать животных. Британские исследователи предположили, что в местах интенсивного выпаса должны преобладать растения с мелкими геномами. Либо потому, что они быстрее восстанавливаются, либо потому, что травоядные выедают в основном крупногеномные питательные виды.

Местом проверки этой гипотезы стало поле Нэша в Силвудпарке. На этом поле с 1950-х годов обитают кролики, поэтому деревьев там нет, а растут преимущественно многолетние травы. В 1992 году кроличья вольница закончилась. Поле разделили на экспериментальные площадки, на которые выпускали кроликов, растительноядных насекомых и моллюсков (улиток и слизней) в разных комбинациях. Были и контрольные участки без травоядных. От насекомых избавлялись синтетическими инсектицидами, от моллюсков защищали гранулы метальдегида, а от кроликов — проволочная сетка. Спустя пять и восемь лет ученые определили биомассу видов, растущих на разных участках, а в 2015 году измерили их геномы.

Кролики не подкачали и подтвердили гипотезу британских ученых. На лужайках, где пасутся эти зверьки, преобладают растения с меньшим размером генома, чем на лужайках без кроликов. Тому может быть несколько причин. Безусловно, кроликам нравятся сочные, питательные растения. Крупногеномные виды богаче азотом и фосфором, и у них крупнее клетки, поэтому такие растения сочнее. Увеличение генома на 1 пг повышает вероятность попасть на зуб к кролику на 8%.

Одно из важнейших условий устойчивости к травоядным — скорость роста. Быстрее растут мелкогеномные растения, поэтому они скорее восстанавливаются после кроличьей трапезы, и на «кроличьих» участках их больше. Кроме того, у растений с небольшим геномом выше скорость фотосинтеза, и потому им проще синтезировать защитные вещества.

В отличие от кроликов, моллюски выедают мелкогеномные растения, оставляя крупногеномные. Уменьшение генома на 1 пг увеличивает опасность быть съеденным улиткой на 6,6%. У моллюсков имеются и другие предпочтения. Им нравится, когда растения не содержат химикатов и проросли из семян. Увы, травы на лужайках чаще размножаются вегетативно. Исследователи предположили, что на поле Нэша слизни и улитки специализируются на тех растениях и их частях, которые не нравятся кроликам. Улитки, в отличие от млекопитающих, перерабатывают целлюлозу, из которой сложены клеточные стенки растений, а в мелкогеномных листьях целлюлозы существенно больше.

Эффект насекомых обнаружить не удалось. Скорее всего потому, что они менее разборчивы и едят все подряд.

Размер генома оказался важным признаком, влияющим на предпочтения животных, что, в свою очередь, сказывается на структуре растительного сообщества. Эти взаимоотношения сложны и требуют дальнейшего изучения. Но одно можно сказать точно: большой у растения геном или маленький — все равно съедят.

Базы данных генов человека

Задача по составлению каталога всех генов по-прежнему не решена. Проблема заключается в том, что за последние 15 лет только две исследовательские группы составили список доминантных генов: RefSeq, которая поддерживается Национальным центром биотехнологической информации (NCBI) при Национальных институтах здоровья (NIH), и Ensembl/Gencode, которая поддерживается Европейской молекулярно-биологической лабораторией (EMBL). Однако, несмотря на большой прогресс, сейчас в каталогах различается количество белок-колирующих генов, генов длинных некодирующих РНК, псевдогенов, а также варьирует количество антисмысловых РНК и других некодирующих РНК (табл. 2). Каталоги еще дорабатываются: например, в прошлом году сотни генов, кодирующих белок, были добавлены или удалены из списка Gencode. Эти разногласия объясняют проблему создания полного каталога человеческих генов.

В 2017 году была создана новая база данных генов человека — CHESS. Примечательно, что она включает все белок-кодирующие гены как Gencode, так и RefSeq, так что пользователям CHESS не нужно решать, какую базу данных они предпочитают. Бóльшее количество генов может вызывать больше ошибок, но создатели считают, что бóльший набор окажется полезным при исследовании болезней человека, которые еще не отнесены к генетическим. Набор генов CHESS в настоящее время в версии 2.0 еще не окончательный, и, безусловно, создатели работают над его усовершенствованием.

Таким образом, все еще неизвестно, сколько всего генов у человека. Существует ряд проблем, затрудняющих эту задачу. Например, многие гены (особенно, гены днкРНК), видимо, имеют высокую тканеспецифичность. Из этого следует, что пока ученые подробно не исследуют все типы клеток человека, они не могут быть уверены, что обнаружили все человеческие гены и транскрипты. Безусловно, сегодня знания о человеческих генах стали значительно обширнее, чем в начале проекта «Геном человека», а технологии совершеннее. Это дает надежду на то, что в скором времени мы узнаем точный ответ на поставленный вопрос.

Полиплоидность

Количество ДНК, содержащейся в клетке, огромно. Например, размер человеческого генома — 3,5 пг, хотя, как мы убедились, по сравнению с размерами других геномов это не так уж и много. И если напечатать его как книгу, то получится 1000 книг по 1000 страниц каждая! Даже такой относительно «небольшой» геном ужасно запутывается (как наушники в кармане). Поэтому, чтобы клетке было удобно с ним работать, существует такая вещь, как хромосомы. Хромосома — это очень сильно укомплектованная ДНК. ДНК накручивается на определенные белки и уже не запутывается. У каждого организма строго определенное количество хромосом (если нет хромосомных заболеваний). У человека 46 хромосом, но это двойной (2n) набор. То есть в клетке у каждой хромосомы есть своя копия, содержащая аналогичные гены (например, в одной хромосоме ген отвечает за светлые волосы, а в другой — за темные). Если же в клетке нет копий хромосом, то это гаплоидный (n) набор. Бывает также и полиплоидный набор — это когда каждая хромосома имеет больше двух копий (3n, 4n, 5n, 6n, 8n). Полиплодия возникает в результате неправильного расхождения хромосом во время деления клетки, но мы сейчас не будем вдаваться в такие подробности.

Полиплоиды очень часто встречаются в растительном мире, но вот среди животных их очень мало. Один и тот же вид растения может иметь разный набор хромосом. Например, триплоидная (3n) осина имеет более мощное развитие и высококачественную древесину по сравнению с диплоидной. Вообще полиплоиды у лиственных имеют большую хозяйственную и селекционную ценность. Также почти все культурные растения полиплоиды, так как они более выносливые, их плоды крупнее, они выше.

Но вот почему растения-полиплоиды лучше диплоидов?

Получается, что у полиплоидов генов больше, чем у диплоидов, так как хромосом у них больше. А каждый ген отвечает за создание какого-то белка. То есть… чем больше генов, тем больше матриц для производства белков! Значит, полиплоиды делают больше белков, и их, например, плоды становятся крупнее, сами они растут лучше, древесина крепче. Вот в чем секрет успеха растений-полиплоидов .

На самом деле все, конечно, сложнее. Действительно, многие полиплоиды очень эволюционно успешны — но это не благодаря тому, что они могут производить больше белков, а благодаря тому, что повышается пластичность, появляются возможности для новых функций (из двух дуплицированных генов один начинает делать что-то немного другое). — Ред.

Доноры генома

В межгосударственном проекте «Геном человека» (HGP), исследователи из IHGSC взяли у большого числа доноров образцы крови (женщин) и спермы (мужчин). Из числа собранных образцов источником ДНК стали лишь несколько. Таким образом, личности доноров были скрыты, чтобы ни доноры, ни учёные не могли знать, чья именно ДНК была секвенирована. Во всём проекте были использованы многочисленные клоны ДНК из различных библиотек (англ.). Большинство из этих библиотек были созданы доктором Питером де Хонгом (англ. Pieter J. de Jong). Неформально сообщалось, и в сообществе генетиков хорошо известно, что большая часть ДНК в государственном проекте получена от единственного анонимного донора — мужчины из Буффало (кодовое название RP11).

Учёные HGP использовали белые кровяные клетки из крови двух мужчин и двух женщин доноров (случайно выбранных из 20 образцов каждого пола) — каждый донор стал источником отдельной библиотеки ДНК. Одна из этих библиотек (RP11) использовалась значительно больше, чем другие по соображениям качества. Небольшой технический нюанс заключается в том, что мужские образцы содержали только половину количества ДНК, поступившего из X и Y хромосом в сравнении с другими 22 хромосомами (аутосомами); это происходит потому, что каждая мужская клетка (сперматозоид) содержит только одну X- и одну Y-хромосому, а не две, как другие клетки.

Хотя главная секвенирующая фаза проекта «Геном человека» завершена, исследования изменчивости ДНК продолжаются в международном проекте HapMap, цель которого состоит в идентификации структуры групп однонуклеотидного полиморфизма (SNP) (которые называются гаплотипами). Образцы ДНК для HapMap получены от, в общей сложности, 270 человек: народа Йоруба в Ибадане (Нигерия), японцев из Токио, китайцев из Пекина и французского источника Centre d’Etude du Polymorphisms Humain (англ.) (CEPH), который состоит из резидентов США, имеющих происхождение из западной и Северной Европы.

В проекте компании Celera Genomics для секвенирования использовалась ДНК, поступившая от пяти различных человек. Крейг Вентер, основатель компании и бывший в то время главным научным руководителем Celera Genomics, позднее сообщил (в публичном письме в журнал «Science»), что его ДНК была одним из 21 образцов в общем фонде, 5 из которых были отобраны для использования в проекте.

4 сентября 2007 года, команда под руководством Крейга Вентера опубликовала полную последовательность его собственной ДНК, впервые сняв покров тайны с шестимиллиарднонуклеотидной последовательности генома единственного человека.

Практические приложения.

Самые большие надежды и 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. Еще в 1999 была установлена структура 22-й хромосомы и определены функции половины ее генов. С дефектами в них связано 27 различных заболеваний, в том числе шизофрения, миелолейкоз и трисомия 22 – вторая по распространенности причина спонтанных абортов. Самым эффективным способом лечения таких больных была бы замена дефектного гена здоровым. Для этого, во-первых, необходимо знать точную локализацию гена в геноме, а во-вторых – чтобы ген попал во все клетки организма (или хотя бы в большинство), а это при современных технологиях невозможно. Кроме того, даже попавший в клетку нужный ген мгновенно распознается ею как чужой, и она пытается избавиться от него. Таким образом, «вылечить» удается только часть клеток и только на время. Еще одно серьезное препятствие на пути применения генной терапии – мультигенная природа многих заболеваний, т.е. их обусловленность более чем одним геном. Итак, массового применения генной терапии в ближайшем будущем вряд ли стоит ожидать, хотя успешные примеры такого рода уже есть: удалось добиться существенного облегчения состояния ребенка, страдающего тяжелым врожденным иммунодефицитом, путем введения ему нормальных копий поврежденного гена. Исследования в этой области ведутся по всему миру, и, может быть, успехи будут достигнуты раньше, чем предполагается, как это и произошло с секвенированием генома человека.

Еще одно важное применение результатов секвенирования – идентификация новых генов и выявление среди них тех, которые обусловливают предрасположенность к тем или иным заболеваниям. Так, есть данные о генетической предрасположенности к алкоголизму и наркомании, открыто уже семь генов, дефекты в которых приводят к токсикомании

Это позволит проводить раннюю (и даже пренатальную) диагностику заболеваний, предрасположенность к которым уже установлена.

Широкое применение несомненно найдет и еще один феномен: обнаружилось, что разные аллели одного гена могут обусловливать разные реакции людей на лекарственные препараты. Фармацевтические компании планируют использовать эти данные для производства лекарств, предназначенных разным группам пациентов. Это поможет избежать побочных эффектов терапии, снизить миллионные затраты. Возникает целая новая отрасль – фармакогенетика, которая изучает, как те или иные особенности строения ДНК могут повлиять на эффективность лечения. Появятся совершенно новые подходы к созданию лекарственных средств, основанные на открытии новых генов и изучении их белковых продуктов. Это позволит перейти от неэффективного метода «проб и ошибок» к целенаправленному синтезу лекарственных веществ.

Важный практический аспект вариабельности генома – возможность идентификации личности. Чувствительность методов «геномной дактилоскопии» такова, что достаточно одной капли крови или слюны, одного волоса, чтобы с абсолютной достоверностью (99,9%) установить родственные связи между людьми. После секвенирования генома человека этот метод, использующий теперь не только специфические маркеры в ДНК, но и однонуклеотидный полиморфизм, станет еще более надежным. Вариабельность генома породила направление геномики – этногеномику. Этнические группы, населяющие Землю, имеют некоторые групповые генетические признаки, характерные для данного этноса. Получаемая информация в ряде случаев может подтвердить или опровергнуть те или иные гипотезы, циркулирующие в рамках таких дисциплин, как этнография, история, археология, лингвистика. Еще одно интересное направление – палеогеномика, занимающаяся исследованием древней ДНК, извлеченной из останков, найденных в могильниках и курганах.

Разница между кДНК и геномной ДНК

Определение

кДНК: кДНК — это синтетическая ДНК, чьи базовые последовательности комплементарны геномной ДНК.

Геномная ДНК: Геномная ДНК — это совокупность хромосомной ДНК в геноме.

кДНК: кДНК представляет собой транскриптом.

Геномная ДНК: ДНК представляет геном.

Синтезировано / Извлечено из

кДНК: кДНК синтезируется из обратной транскрипции различных типов РНК.

Геномная ДНК: Геномная ДНК может быть извлечена из существующих геномов.

кДНК: кДНК состоит из экзонов или кодирующих областей.

Геномная ДНК: Геномная ДНК состоит из кодирующих и некодирующих последовательностей организма.

Количество

кДНК: кДНК содержит несколько пар оснований.

Геномная ДНК: Геномная ДНК содержит большое количество пар оснований.

использование

кДНК: кДНК используется для создания библиотек кДНК.

Геномная ДНК: Геномная ДНК может быть использована для создания геномных библиотек.

Заключение

кДНК и геномная ДНК — два типа молекул ДНК, используемые в различных типах экспериментов в молекулярной биологии. кДНК синтезируется из РНК и состоит только из экзонов. Следовательно, он представляет собой транскриптом организма. Геномная ДНК может быть легко извлечена из ядра клетки. Он состоит из областей кодирования и некодирования. Он представляет геном конкретного организма. Основное различие между кДНК и геномной ДНК заключается в типе ДНК, присутствующей в каждом типе молекул ДНК.

Проведение исследования

Переходим в базу данных размеров генома животных (), растений ( и ), грибов () и бактерий ().

Мы можем узнать геном человека — а будет ли он самым большим? Насколько велик самый большой геном? Насколько он больше, чем самый маленький?

Исследование можно провести несколькими способами:

• выбрать любимых животных и найти их в базе данных;
• сосредоточиться на одной группе животных (например, рептилиях) и сравнить их размеры генома;
• выбрать очень разные типы животных и сравнить их размеры генома (что мы и сделали);
• сравнить геномы разных растений;
• сравнить геномы растений и животных.

Хотелось бы найти данные по самому крупному млекопитающему в мире, синему киту, однако в базе данных их в настоящее время еще нет (сообщается о том, что геном синего кита был впервые расшифрован только в 2018 году ). Так что в таблице привожу данные по геному гренландского кита.

Теперь можно составить таблицу данных.

В таблице находятся также несколько геномов грибов и прокариот, для наглядности.

Доноры генома

В межгосударственном проекте «Геном человека» (HGP), исследователи из IHGSC взяли у большого числа доноров образцы крови (женщин) и спермы (мужчин). Из числа собранных образцов источником ДНК стали лишь несколько. Таким образом, личности доноров были скрыты, чтобы ни доноры, ни учёные не могли знать, чья именно ДНК была секвенирована. Во всём проекте были использованы многочисленные клоны ДНК из различных библиотек (англ.). Большинство из этих библиотек были созданы доктором Питером де Хонгом (англ. Pieter J. de Jong). Неформально сообщалось, и в сообществе генетиков хорошо известно, что большая часть ДНК в государственном проекте получена от единственного анонимного донора — мужчины из Буффало (кодовое название RP11).

Учёные HGP использовали белые кровяные клетки из крови двух мужчин и двух женщин доноров (случайно выбранных из 20 образцов каждого пола) — каждый донор стал источником отдельной библиотеки ДНК. Одна из этих библиотек (RP11) использовалась значительно больше, чем другие по соображениям качества. Небольшой технический нюанс заключается в том, что мужские образцы содержали только половину количества ДНК, поступившего из X и Y хромосом в сравнении с другими 22 хромосомами (аутосомами); это происходит потому, что каждая мужская клетка (сперматозоид) содержит только одну X- и одну Y-хромосому, а не две, как другие клетки.

Хотя главная секвенирующая фаза проекта «Геном человека» завершена, исследования изменчивости ДНК продолжаются в международном проекте HapMap, цель которого состоит в идентификации структуры групп однонуклеотидного полиморфизма (SNP) (которые называются гаплотипами). Образцы ДНК для HapMap получены от, в общей сложности, 270 человек: народа Йоруба в Ибадане (Нигерия), японцев из Токио, китайцев из Пекина и французского источника Centre d’Etude du Polymorphisms Humain (англ.) (CEPH), который состоит из резидентов США, имеющих происхождение из западной и Северной Европы.

В проекте компании Celera Genomics для секвенирования использовалась ДНК, поступившая от пяти человек. Крейг Вентер, основатель компании, который в то время был также главным научным руководителем компании «Celera», позднее сообщил (в публичном письме в журнал «Science»), что его ДНК, будучи одним из 21 образца в общем фонде, вошла в число пяти отобранных для использования в проекте.

Команда под руководством Крейга Вентера 4 сентября 2007 года опубликовала полную последовательность его собственной ДНК, впервые сняв покров тайны с шестимиллиарднонуклеотидной последовательности генома единственного человека.