Ihmisen genomi

Kokeneet kirjoittajat eivät ole vielä tarkistaneet sivun nykyistä versiota, ja se voi poiketa merkittävästi 19. kesäkuuta 2022 tarkistetusta versiosta . tarkastukset vaativat 3 muokkausta .

Ihmisen genomi  on ihmissolun sisältämän perinnöllisen materiaalin kokonaisuus [1] . Tämän määritelmän mukaan ihmisen genomi koostuu 23 kromosomiparista , jotka sijaitsevat ytimessä , sekä monista mitokondrioiden DNA- kopioista . Genomille on olemassa toinen määritelmä, jossa genomi tarkoittaa haploidisen kromosomijoukon geneettisen materiaalin kokonaisuutta [2] [3] . Kun puhutaan ihmisen genomin koosta, he tarkoittavat tätä versiota genomin määritelmästä. Joten kaksikymmentäkaksi autosomia , kaksi sukupuolikromosomia X ja Y sekä ihmisen mitokondrio-DNA sisältävät yhdessä 3 099 734 149 emäsparia [4] . Vuoteen 2003 mennessä 85 % ihmisen genomista oli sekvensoitu, ja ihmisen genomin täydellinen sekvensointi saatiin päätökseen vasta vuonna 2022 [5] .

Ihmisgenomiprojektin toteutuksen aikana määritettiin kaikkien kromosomien DNA -sekvenssi ja mitokondrio-DNA . Tällä hetkellä näitä tietoja käytetään aktiivisesti ympäri maailmaa biolääketieteellisessä tutkimuksessa. Koko sekvensointi paljasti, että ihmisen genomi sisältää 19 969 aktiivista geeniä , mikä on vain hyvin pieni osa genomista, vain 1,5% koko geneettisestä materiaalista koodaa proteiineja tai toiminnallista RNA :ta . [4] Geeniä on yhteensä 63 494, joista suurin osa on ei-koodaavia RNA-geenejä, joita kutsutaan usein roska-DNA: ksi [6] , mutta joilla on havaittu olevan tärkeä rooli geenien aktiivisuuden säätelyssä [7] [ 7] 8] .

Suurin osa genomista (92 %) purettiin vuoteen 2003 mennessä osana Human Genome Projectia. Huhtikuussa 2022 raportoitiin, että kansainvälinen tutkijaryhmä oli sekvensoinut viimeiset 8 % ihmisen genomista [9] .

Ominaisuudet

Kromosomit

Genomissa on 23 paria kromosomeja : 22 paria autosomaalisia kromosomeja sekä pari X- ja Y - sukupuolikromosomeja . Ihmisillä miessukupuoli on heterogameettinen ja sen määrää Y-kromosomin läsnäolo . Normaaleissa diploidisissa somaattisissa soluissa on 46 kromosomia [10] [11] .

Geenit

Alustavien arvioiden mukaan ihmisen genomissa on yli 100 000 geeniä. Human Genome Projectin tulosten mukaan geenejä, tai pikemminkin avoimia lukukehyksiä , oli noin 23 000 geeniä. Geenien etsintä- (ennustus)menetelmien parantamisen yhteydessä geenien lukumäärän odotetaan edelleen vähenevän.

Ihmisen geenien määrä on vain hieman suurempi kuin yksinkertaisemmissa organismeissa , kuten sukkulamatossa Caenorhabditis elegans tai Drosophila melanogaster -kärpäsessä . Tämä johtuu siitä, että vaihtoehtoinen silmukointi on laajalti edustettuna ihmisen genomissa . Vaihtoehtoisen silmukoinnin avulla voit saada useita erilaisia ​​proteiiniketjuja yhdestä geenistä. Tämän seurauksena ihmisen proteomi on paljon suurempi kuin tarkasteltavien organismien proteomi. Useimmissa ihmisen geeneissä on useita eksoneja , ja intronit ovat usein merkittävästi pidempiä kuin geenin reunaeksonit.

Geenit jakautuvat epätasaisesti kromosomeihin. Jokainen kromosomi sisältää alueita, joissa on runsaasti ja köyhiä geenejä. Nämä alueet korreloivat kromosomaalisten juovien (kromosomin poikki mikroskoopilla näkyvien vyöhykkeiden) ja CG-rikkaiden alueiden kanssa . Tällä hetkellä tämän geenien epätasaisen jakautumisen merkitystä ei täysin ymmärretä.

Proteiinia koodaavien geenien lisäksi ihmisen genomi sisältää tuhansia RNA-geenejä , jotka koodaavat siirto-RNA:ita (tRNA:ita), ribosomaalisia RNA:ita , mikroRNA :ita ja muita ei-proteiinia koodaavia RNA:ita.

Sääntelysekvenssit

Ihmisen genomista on löydetty monia erilaisia ​​sekvenssejä, jotka vastaavat geenisäätelystä . Sääntely viittaa geeniekspression säätelyyn (lähetti-RNA:n rakentamisprosessi DNA-molekyylin osaa pitkin). Nämä ovat yleensä lyhyitä sekvenssejä, jotka ovat joko geenin vieressä tai geenin sisällä. Joskus ne ovat huomattavan kaukana geenistä ( tehostajat ). Näiden sekvenssien systematisointi, työmekanismien ymmärtäminen sekä geeniryhmän keskinäisen säätelyn kysymykset vastaavien entsyymien ryhmällä ovat tällä hetkellä vasta tutkimuksen alkuvaiheessa. Geeniryhmien keskinäistä säätelyä kuvataan geenisäätelyverkostojen avulla . Näiden asioiden tutkiminen on useiden tieteenalojen risteyksessä: sovellettu matematiikka , korkean suorituskyvyn laskeminen ja molekyylibiologia . Tieto tulee eri organismien genomien vertailuista ja keinotekoisen geenitranskription edistymisestä laboratoriossa.

Ihmisen genomin säätelysekvenssien tunnistaminen on osittain tehty evoluution konservatiivisuuden perusteella (ominaisuus säilyttää tärkeitä kromosomisekvenssin fragmentteja, jotka palvelevat suunnilleen samaa tehtävää). Molekyylikellon tietojen mukaan ihmisen ja hiiren evoluutiolinjat jakautuivat noin 100 miljoonaa vuotta sitten [12] . Kahden genomin osalta tietokonemenetelmät paljastivat konservatiivisia sekvenssejä (sekvenssejä, jotka ovat identtisiä tai hyvin vähän erilaisia ​​verratuissa genomeissa) ei-koodaavasta osasta, ja kävi ilmi, että ne ovat aktiivisesti mukana geenisäätelyn mekanismeissa molemmissa organismeissa [13] .

Toinen lähestymistapa säätelysekvenssien saamiseksi perustuu ihmisen ja kuokkakalan geenien vertailuun . Geenien sekvenssit ja säätelysekvenssit ihmisillä ja kukkakalalla ovat merkittävästi samankaltaisia, mutta kukkakalan genomi sisältää 8 kertaa vähemmän "roska-DNA:ta" . Tämä kalan genomin "tiiviys" tekee geenien säätelysekvenssien etsimisestä paljon helpompaa [14] .

Muita genomin kohteita

Proteiinia koodaavat sekvenssit (useat sekvenssit, jotka muodostavat eksoneja ) muodostavat alle 1,5 % genomista [6] . Jättäen huomiotta tunnetut säätelysekvenssit, ihmisen genomi sisältää joukon esineitä, jotka näyttävät joltakin tärkeältä, mutta joiden toimintaa, jos sellaista on, ei ole vielä selvitetty. Nämä esineet vievät jopa 97 % ihmisen genomin kokonaistilavuudesta. Näitä kohteita ovat:

Vastaavat sekvenssit ovat todennäköisimmin evoluution artefakti. Nykyaikaisessa genomin versiossa niiden toiminta on kytketty pois päältä, ja monet ihmiset kutsuvat näitä genomin osia roska-DNA:ksi. On kuitenkin olemassa paljon todisteita siitä, että näillä esineillä on jokin tehtävä, joka on edelleen epäselvä.

Pseudogenes

DNA-mikrosiruilla tehdyt kokeet ovat osoittaneet, että monet genomin ei-geenialueet ovat mukana transkriptioprosessissa [15] .

Virukset

Noin 1 % ihmisen genomista on sisäänrakennettujen retrovirusgeenien ( endogeenisten retrovirusten) käytössä. Nämä geenit eivät yleensä hyödy isännästä, mutta poikkeuksiakin on. Joten noin 43 miljoonaa vuotta sitten retrovirusgeenit, jotka rakensivat viruksen vaipan, pääsivät apinoiden ja ihmisten esi-isien genomiin. Ihmisillä ja apinoilla nämä geenit osallistuvat istukan toimintaan [16] . Useimmat retrovirukset integroituivat ihmisen esivanhempien genomiin yli 25 miljoonaa vuotta sitten. Nuoremmista ihmisen endogeenisista retroviruksista ei ole vielä löydetty käyttökelpoisia [17] [18] .

Ihmisen genomin tietosisältö

DNA:n typpipitoiset emäkset ( adeniini , tymiini , guaniini , sytosiini ) vastaavat 4 erilaista loogista tilaa, mikä vastaa kahta tietobittiä [ 19] . Siten ihmisen genomi sisältää kussakin ketjussa yli 6 gigabittiä informaatiota, mikä vastaa 800 megatavua ja on verrattavissa CD-levyllä olevan tiedon määrään [20] . Tietojen tallennuksen logiikka pareittain on samanlainen kuin RAID 1 -tietojen replikointijärjestelmä .

Muistiinpanot

  1. ↑ Geneettisten termien puhuva sanasto : genomi  . National Human Genome Research Institute. Haettu 1. marraskuuta 2012. Arkistoitu alkuperäisestä 4. marraskuuta 2012.
  2. ↑ Genetiikan sanakirja  / R. C. King, W. D. Stansfield, P. K. Mulligan. – 7. - Oxford University Press , 2006. - ISBN 13978-0-19-530762-7.
  3. ↑ Genetiikka: tietosanakirja / Kartel N. A., Makeeva E. N., Mezenko A. M .. - Minsk: Tekniikka, 1999. - 448 s.
  4. ↑ 12 GRCh38.p14 . _ ncbi . Genome Reference Consortium (3. helmikuuta 2022). Haettu 1. huhtikuuta 2022. Arkistoitu alkuperäisestä 1. huhtikuuta 2022.
  5. ↑ Perustaja: voittoa tavoittelematon kumppanuus "Kansainvälinen kumppanuus tieteellisen tiedon levittämiseksi" Osoite: 119234, Moskova, GSP-1, Leninsky Gory, Moskovan valtionyliopisto, D. 1. Tutkijat ovat täysin tulkinneet ihmisen genomin . "Scientific Russia" - sähköinen aikakauslehti . Käyttöönottopäivä: 29.10.2022.
  6. ↑ 1 2 Kansainvälinen ihmisen genomin sekvensointikonsortio. Ihmisen genomin ensimmäinen sekvensointi ja analyysi. (englanniksi)  // Luonto. - 2001. - Voi. 409 , no. 6822 . - s. 860-921 . - doi : 10.1038/35057062 . — PMID 11237011 .
  7. ↑ "Junk" DNA auttaa käynnistämään geenit . Haettu 24. marraskuuta 2018. Arkistoitu alkuperäisestä 24. marraskuuta 2018.
  8. ↑ "Junk" DNA:lla on kriittinen rooli genomin eheyden ylläpitämisessä . Haettu 24. marraskuuta 2018. Arkistoitu alkuperäisestä 25. marraskuuta 2018.
  9. ↑ Matveeva, T. Tutkijat ovat täysin tulkinneet ihmisen genomin . Tieteellinen Venäjä (1. huhtikuuta 2022). Haettu 5. huhtikuuta 2022. Arkistoitu alkuperäisestä 13. toukokuuta 2022.
  10. ↑ Tjio JH, Levan A.  Ihmisen kromosomimäärä  // Hereditas. - 1956. - Voi. 42 . - s. 1-6 . - doi : 10.1111/j.1601-5223.1956.tb03010.x . — PMID 345813 . Ensimmäinen työ, jossa on tarkasti määritetty määrä kromosomeja ihmisillä.
  11. ↑ Ihmisen kromosomiluku arkistoitu 3. marraskuuta 2020 Wayback Machinessa , tässä on ihmisen kromosomien laskennan historia
  12. ↑ Nei M., Xu P., Glazko G. Arvio poikkeamisajoista moniproteiinisekvensseistä muutamille nisäkäslajeille ja useille kaukaa sukua oleville organismeille. (englanti)  // Proceedings of the National Academy of Sciences of the United of America . - 2001. - Voi. 98 , ei. 5 . - s. 2497-2502 . - doi : 10.1073/pnas.051611498 . — PMID 11226267 .  
  13. ↑ Loots G., Locksley R., Blankespoor C., Wang Z., Miller W., Rubin E., Frazer K. Interleukiinien 4, 13 ja 5 koordinaattisäätelijän tunnistaminen lajien välisillä sekvenssivertailuilla. (englanniksi)  // Tiede. - 2000. - Voi. 288 , no. 5463 . - s. 136-140 . - doi : 10.1126/tiede.288.5463.136 . — PMID 10753117 . Yhteenveto arkistoitu 6. marraskuuta 2009 Wayback Machinessa
  14. ↑ Meunier, Monique Genoscope ja Whitehead ilmoittavat Tetraodon nigroviridis -genomin laajasta sekvenssipeitosta ( pääsemätön linkki) . Genoskooppi. Haettu 12. syyskuuta 2006. Arkistoitu alkuperäisestä 20. elokuuta 2002.   
  15. ↑ Claverie J. Vähemmän geenejä, enemmän ei-koodaavaa RNA:ta. (englanniksi)  // Tiede. - 2005. - Voi. 309 , no. 5740 . - P. 1529-1530 . - doi : 10.1126/tiede.1116800 . — PMID 16141064 .
  16. ↑ Ihmisen esi-isät lainasivat hyödyllisiä geenejä viruksista . Haettu 19. syyskuuta 2017. Arkistoitu alkuperäisestä 20. syyskuuta 2017.
  17. ↑ Eugene D. Sverdlov. Retrovirukset ja kädellisten evoluutio // BioEssays. — Voi. 22, nro 2 . - s. 161-171. - doi : 10.1002/(SICI)1521-1878(200002)22:2<161::AID-BIES7>3.0.CO;2-X . — PMID 10655035 .
  18. ↑ Anders L Kjeldbjerg, Palle Villesen, Lars Aagaard, Finn Skou Pedersen. Istukkaspesifisen ERV-V-vaippageenin geenimuunnos ja puhdistava valinta apinan evoluution aikana // BMC Evolutionary Biology. - 2008. - Voi. 8. - P. 266. - doi : 10.1186/1471-2148-8-266 . — PMID 18826608 .
  19. ↑ Dengub V. M., Smirnov V. G. Summien yksiköt. Sanakirjan viittaus. - M . : Publishing House of Standards, 1990. - S. 25. - 240 s. — ISBN 5-7050-0118-5 .
  20. ↑ Kuinka paljon tietoa ihmisen DNA tallentaa? - Quora

Kirjallisuus

Linkit

  Siirry Wikidata-kohteeseen  Sanakirjat ja tietosanakirjat
Bibliografisissa luetteloissa
 Henkilökohtainen lääketiede
Omix Data Sections
Sovellusosat
menetelmät
Aiheeseen liittyvät artikkelit
 ihmisen kromosomit
autosomit
gonosomit
 Kromosomit
Main
Luokitus
Rakenne
Kromatidit
TelomeeritTelomeraasi
CentromereKinetochore
Kromatiini
Nukleosomi
Rakenneuudistus ja
rikkomukset
Kromosomaalisen
sukupuolen määritys
menetelmät