Геном человека
- Структура молекулы ДНК была обнаружена в 1953 году Джеймсом Д. Уотсоном и Фрэнсисом Криком.
- Геном человека состоит из 3200 миллионов пар нуклеотидов, разделенных на 46 хромосом.
- Первый полный геном человека был расшифрован только в 2003 году. В 2007 году опубликована расшифровка генома первых двух людей, в том же году были Джеймс Уотсон, чей геном был секвенирован в рамках проекта генома человека при финансовой поддержке правительства США, и Крейга Вентера, генерального директора Celera Genomics, финансируемого частным сектором.
- Геном человека на 98% идентичен геному шимпанзе, а также на 97% гориллы. Для сравнения, два случайных человек в среднем на 99,5% идентичны. Гориллы на 97% идентична людем и шимпанзе, а это означает, что люди ближе к шимпанзе, чем шимпанзе к горилле.
- Большая часть нашего генома состоит из некодирующей ДНК, которую иногда называют "мусорной ДНК". Только около 2% нашего генома кодирует белки. Так называемая мусорная ДНК состоит либо из выключенных генов, которые были когда-то полезны для наших нечеловеческих предков (как хвост) или паразитарной ДНК из вируса, которые вошли в наш геном и тиражируют себя сотни или тысячи раз на протяжении многих поколений, но в целом не служат никакой цели в организме-хозяине. Один известный ретровирус, который копирует себя в человеческий геном - это ВИЧ.
- Размер генома не связан со сложностью жизни. Например, геном Polychaos dubium, микроскопического одноклеточного существа, содержит более чем в 200 раз больше ДНК чем в геноме человека.
Базовые пары и мутации
- Нуклеотиды являются алфавитом ДНК. Есть четыре "буквы" в ДНК, называемые основаниями. Четырьмя основания являются аденин (А), тимин (Т), гуанин (G) и цитозин (С). А всегда образует пару с Т, в то время как G всегда в паре с С. Такие пары называются пары оснований. В РНК, тимин (Т) заменяется на урацил (U).
- Почти каждая клетка нашего тела содержит полную копию нашего генома. Исключением являются гаметы (овоцитов и сперматозоиды), которые переносят только половину нашего генома, а также красные кровяные клетки, которые не имеют ядра и, следовательно, не ДНК вообще.
- Если ДНК, содержащаяся в ядре каждой ячейки была бы полностью развернута, она будет 2 метра в длину. Люди имеют примерно 100 триллионов (10 12 ) клеток. Другими словами, если все ДНК из каждой клетки в теле человека были бы объединены вместе в одну нить, то ее длина составила бы 200 миллиардов километров, что более чем в 1000 раз больше расстояния между Землей и Солнцем.
- Митохондриальная ДНК находится вне ядра клетки, внутри митохондрий - органелл, которые обеспечивают энергию в клетке. Она состоит только из 16569 пар оснований, или 0,000005% генома человека.
- Митохондриальная ДНК (мтДНК) наследуется только от своей матери. Так как она не рекомбинируется, как хромосомы, она может быть использована в области генетики, чтобы проследить происхождение на матрилинейной стороне и разделить население на гаплогрупп. То же самое можно сделать на патрилинейной стороне с использованием Y-хромосомы (Y-ДНК), которая наследуется исключительно от отца к сыну и не рекомбинируется с Х - хромосомой. Лишь немногие мутации отличают Y - хромосомы человека от его отца. Эти мутации являются накопительными из поколения в поколение, по ним легко проследить семейное древо человечества на основе анализа этих мутаций (SNP) на хромосоме Y и мтДНК.
- SNP (полиморфизм единичного нуклеотида) является мутация в одной паре оснований. В зависимости от того, какая часть ДНК изменяется эти мутации могут изменить внешний вид, оказывают положительное влияние на здоровье (например, лучше иммунитет), вызвать сбои в работе организма, вызывают генетические заболевания (например, муковисцидоз), или не имеют никакого эффекта вообще (тихая мутация). Это будет зависеть от того, происходит ли мутации в кодирующей области гена, и если это так, то будет важна природа замененной аминокислоты (например, гидрофильные вместо гидрофобных).
Хромосомы
- У людей есть 23 пары хромосом, каждый человек наследует материнскую и отцовскую копию каждой хромосомы. Пары хромосом пронумерованы от самого большого (хромосоме 1) до наименьшего (21-й хромосомы). Хромосома 22 должен быть наименьшей, но позже было обнаружен, что 21-й хромосома меньше.
- Половые-определения хромосом (X и Y), являются единственной парой, которая не является симметричными по размеру. Y-хромосомы обладают 60 миллионов пар оснований, против 153 миллионов для Х-хромосомы.
- Причина, по которой Y-хромосома намного меньше, чем Х-хромосома, в том, что последняя обладает генами, которые "влияют" на Y-хромосому. В ответ на это Y-хромосома пришлось защититься множеством некодирующих ДНК таким образом, чтобы лучше защитить себя.
- В некоторых редких случаях люди рождаются с одной дополнительной хромосомы. Те, кто родился с тремя 21 -й хромосомы имеют синдром Дауна . Другие возможности является дополнительной Х - хромосомы, что приводит к синдрому Клайнфельтера (XXY), синдрому XYY , синдрому Triple X, синдрому XXYY, 48, ХХХХ , или 49, ХХХХХ . Дополнительная копия любой другой хромосомы обычно приводит к выкидышам. Некоторые очень редкие случаи аутосомно трисомии могут выжить до рождения, особенно когда она затрагивает хромосомы 13 или 18, но приводят к серьезному сокращению продолжительности жизни.
- Люди, как и у большинство животных, диплоидны, а это означает, что у них есть только два набора хромосом. Однако это характерно не для всех живых существ. Растения, в частности, часто полиплоидной. Есть сорта пшеницы, которые являются тетраплоидных (четыре набора хромосом) и другие, которые являются гексаплоидного (шесть наборов хромосом). Некоторые сорта клубники могут быть decaploid (десять наборов хромосом). Полиплоидные животные включают в себя золотых рыбок, лососей и саламандру. Полиплоидия происходит в некоторых человеческих тканях, таких как мышцах или печени. Когда два или три сперматозоида оплодотворяют яйцеклетку в одно и тот же время, человеческий плод будет триплоидным или тетраплоидный. Однако почти все такие беременностей заканчиваются выкидышем, как и те, которые доживают до срока, как правило, умирают вскоре после рождения.
Наследственность и генетические заболевания
- Практически все болезни, синдромы, а также медицинские или психологические характеристики, по крайней мере частично имеют генетическое происхождение. Они называются факторами риска. Суммируя риски над различными генами можно определить уровень генетической предрасположенности к заболеванию или определенном состоянию. Генетический профиль риска определяется с помощью теста ДНК и приводит к персонифицированной медицины и фармакогенетики, которые направлены, в частности, чтобы адаптировать свой образ жизни и лечения основанный на специфике своего собственного генома.
- Так называемые генетические заболевания вызываются исключительно генами и, как правило, вызваны одной мутации или рядом мутаций гена. Единственно возможное лечение, чтобы вылечить генетическое заболевание является генная терапия, которая представляет из себя изменение последовательности ДНК в геноме человека. Эти методы развиваются, и, в настоящее время, лечение уже успешно опробовано в десятке генетических расстройств, включая кистозный фиброз (наиболее распространенное генетическое заболевание в Европе) и талассемию (что является характерным для Средиземноморского региона). В ближайшем будущем можно будет использовать генную терапию , чтобы изменить свой геном "по требованию", например, для увеличения физических и умственных способностей, или продлить его срок службы.
- Хотя аутосомно ДНК наследуется поровну от каждого родителя, несколько генетических заболеваний, кажется, хуже, когда наследуются от своего отца (например , болезнь Хантингтона), потому что мутации происходят или повторяются с более высокой вероятностью у мужчин, и их риск увеличивается с возрастом отца. Кроме того, старшие отцы (старше 40 лет) имеют более высокие шансы иметь детей, страдающих от шизофрении, депрессии или аутизма.
- Некоторые гены имеют различные функции в зависимости от того, являются ли они унаследоваынными от своего отца или матери. Например, материнская копия гена на хромосоме 15 известен как UBE3A, в то время как по отцовской копия называется SNRPN. Наследование двух отцовских копий или отсутствует материнский копии вызывает синдром Прадера-Вилли, в то время как две материнских копий или удаление отцовской копии приводит к очень разным проявлениям Angelman синдрома.
Генетика мозга
- Нейромедиаторы, такие как серотонин, дофамин, гистамин, или гамма-аминомасляной кислоты, влияют на наше настроение и индивидуальность. Их уровень зависит от нашего питания и взаимодействия с окружающей средой, но и зависит от генетических факторов. Чувствительность мозга к этим нейротрансмиттерам полностью определяется генетически, в частности, от количества рецепторов и транспортеров для каждого из этих нейротрансмиттеров.
- Низкий уровень серотонина увеличивают депрессию, беспокойство, риск самоубийства и насилия. Углеводы и холестерина и повышают уровень серотонина.
- Чрезмерное количество допамина может привести к шизофрении. Слишком низкий уровень допамина порождает скуку и низкую активность, а в крайних случаях болезнь Паркинсона. Длинные варианты (7-повторов или более) рецептора допамина D4 (DRD4) приводят к тому, что допамин ускоренно потребляется мозгом. Люди с этим вариантом будут, как правило, имеют больше стремления к новизне, острым ощущениям и приключениям, чем в среднем, чтобы компенсировать естественно более низкие уровни дофамина. Точно так же, количество рецепторов допамина D2 (DRD2) влияет на риск развития алкоголизма, никотиновой зависимости и шизофрении. Что бы узнать, какой вариант присутствует у человека, требуется пройти ДНК - тест.
Иммунитет и эволюция
- Некоторые люди обладают делециями (хромосомными перестройками) в гене CCR5, что делает их более устойчивыми (если наследуется только от одного родителя) или полностью иммунный ответ (если наследуется от обоих родителей) к оспа, ВИЧ, чуме и другим вирусам (например, вируса Западного Нила). Эти мутации являются распространенными в северо-восточной Европе, особенно в странах Балтии, Финляндии и Швеции.
- Тип ABO крови связан с сопротивляемостью холеры, так AB обладают самым сильным сопротивлением, а O самым слабым. С другой стороны, обладатели группа крови O - по-видимому, наиболее устойчивы к малярии и сифилису, и менее восприимчивы ко многим видам рака. Тип ABO крови влияет на многие другие риски заболевания.
- Многие генетические заболевания пережили естественный отбор, потому что они придают иммунитет против эпидемических заболеваний. Например, CFTR мутация , вызывающая муковисцидоз защищает от дизентерии и лихорадки тифа. Дрепаноцитоз и талассемии являются защитными против малярии. Генетическая устойчивость к ТБ имеет побочный эффект повышенной восприимчивостью к остеопорозу. Тея-Сакса болезнь, главным образом найдена среди евреев-ашкенази, также защищает от туберкулеза.
- Исследования показали , что мужчин и женщин больше привлекает запах людей с отличной иммунной системы от их собственной. Различия в иммунной системе могут быть идентифицированы путем сравнения наших HLA типов, среди других генов главного комплекса гистосовместимости (ГКГ).
http://www.eupedia.com/genetics/human_genome_and_gene..
источник
- Структура молекулы ДНК была обнаружена в 1953 году Джеймсом Д. Уотсоном и Фрэнсисом Криком.
- Геном человека состоит из 3200 миллионов пар нуклеотидов, разделенных на 46 хромосом.
- Первый полный геном человека был расшифрован только в 2003 году. В 2007 году опубликована расшифровка генома первых двух людей, в том же году были Джеймс Уотсон, чей геном был секвенирован в рамках проекта генома человека при финансовой поддержке правительства США, и Крейга Вентера, генерального директора Celera Genomics, финансируемого частным сектором.
- Геном человека на 98% идентичен геному шимпанзе, а также на 97% гориллы. Для сравнения, два случайных человек в среднем на 99,5% идентичны. Гориллы на 97% идентична людем и шимпанзе, а это означает, что люди ближе к шимпанзе, чем шимпанзе к горилле.
- Большая часть нашего генома состоит из некодирующей ДНК, которую иногда называют "мусорной ДНК". Только около 2% нашего генома кодирует белки. Так называемая мусорная ДНК состоит либо из выключенных генов, которые были когда-то полезны для наших нечеловеческих предков (как хвост) или паразитарной ДНК из вируса, которые вошли в наш геном и тиражируют себя сотни или тысячи раз на протяжении многих поколений, но в целом не служат никакой цели в организме-хозяине. Один известный ретровирус, который копирует себя в человеческий геном - это ВИЧ.
- Размер генома не связан со сложностью жизни. Например, геном Polychaos dubium, микроскопического одноклеточного существа, содержит более чем в 200 раз больше ДНК чем в геноме человека.
Базовые пары и мутации
- Нуклеотиды являются алфавитом ДНК. Есть четыре "буквы" в ДНК, называемые основаниями. Четырьмя основания являются аденин (А), тимин (Т), гуанин (G) и цитозин (С). А всегда образует пару с Т, в то время как G всегда в паре с С. Такие пары называются пары оснований. В РНК, тимин (Т) заменяется на урацил (U).
- Почти каждая клетка нашего тела содержит полную копию нашего генома. Исключением являются гаметы (овоцитов и сперматозоиды), которые переносят только половину нашего генома, а также красные кровяные клетки, которые не имеют ядра и, следовательно, не ДНК вообще.
- Если ДНК, содержащаяся в ядре каждой ячейки была бы полностью развернута, она будет 2 метра в длину. Люди имеют примерно 100 триллионов (10 12 ) клеток. Другими словами, если все ДНК из каждой клетки в теле человека были бы объединены вместе в одну нить, то ее длина составила бы 200 миллиардов километров, что более чем в 1000 раз больше расстояния между Землей и Солнцем.
- Митохондриальная ДНК находится вне ядра клетки, внутри митохондрий - органелл, которые обеспечивают энергию в клетке. Она состоит только из 16569 пар оснований, или 0,000005% генома человека.
- Митохондриальная ДНК (мтДНК) наследуется только от своей матери. Так как она не рекомбинируется, как хромосомы, она может быть использована в области генетики, чтобы проследить происхождение на матрилинейной стороне и разделить население на гаплогрупп. То же самое можно сделать на патрилинейной стороне с использованием Y-хромосомы (Y-ДНК), которая наследуется исключительно от отца к сыну и не рекомбинируется с Х - хромосомой. Лишь немногие мутации отличают Y - хромосомы человека от его отца. Эти мутации являются накопительными из поколения в поколение, по ним легко проследить семейное древо человечества на основе анализа этих мутаций (SNP) на хромосоме Y и мтДНК.
- SNP (полиморфизм единичного нуклеотида) является мутация в одной паре оснований. В зависимости от того, какая часть ДНК изменяется эти мутации могут изменить внешний вид, оказывают положительное влияние на здоровье (например, лучше иммунитет), вызвать сбои в работе организма, вызывают генетические заболевания (например, муковисцидоз), или не имеют никакого эффекта вообще (тихая мутация). Это будет зависеть от того, происходит ли мутации в кодирующей области гена, и если это так, то будет важна природа замененной аминокислоты (например, гидрофильные вместо гидрофобных).
Хромосомы
- У людей есть 23 пары хромосом, каждый человек наследует материнскую и отцовскую копию каждой хромосомы. Пары хромосом пронумерованы от самого большого (хромосоме 1) до наименьшего (21-й хромосомы). Хромосома 22 должен быть наименьшей, но позже было обнаружен, что 21-й хромосома меньше.
- Половые-определения хромосом (X и Y), являются единственной парой, которая не является симметричными по размеру. Y-хромосомы обладают 60 миллионов пар оснований, против 153 миллионов для Х-хромосомы.
- Причина, по которой Y-хромосома намного меньше, чем Х-хромосома, в том, что последняя обладает генами, которые "влияют" на Y-хромосому. В ответ на это Y-хромосома пришлось защититься множеством некодирующих ДНК таким образом, чтобы лучше защитить себя.
- В некоторых редких случаях люди рождаются с одной дополнительной хромосомы. Те, кто родился с тремя 21 -й хромосомы имеют синдром Дауна . Другие возможности является дополнительной Х - хромосомы, что приводит к синдрому Клайнфельтера (XXY), синдрому XYY , синдрому Triple X, синдрому XXYY, 48, ХХХХ , или 49, ХХХХХ . Дополнительная копия любой другой хромосомы обычно приводит к выкидышам. Некоторые очень редкие случаи аутосомно трисомии могут выжить до рождения, особенно когда она затрагивает хромосомы 13 или 18, но приводят к серьезному сокращению продолжительности жизни.
- Люди, как и у большинство животных, диплоидны, а это означает, что у них есть только два набора хромосом. Однако это характерно не для всех живых существ. Растения, в частности, часто полиплоидной. Есть сорта пшеницы, которые являются тетраплоидных (четыре набора хромосом) и другие, которые являются гексаплоидного (шесть наборов хромосом). Некоторые сорта клубники могут быть decaploid (десять наборов хромосом). Полиплоидные животные включают в себя золотых рыбок, лососей и саламандру. Полиплоидия происходит в некоторых человеческих тканях, таких как мышцах или печени. Когда два или три сперматозоида оплодотворяют яйцеклетку в одно и тот же время, человеческий плод будет триплоидным или тетраплоидный. Однако почти все такие беременностей заканчиваются выкидышем, как и те, которые доживают до срока, как правило, умирают вскоре после рождения.
Наследственность и генетические заболевания
- Практически все болезни, синдромы, а также медицинские или психологические характеристики, по крайней мере частично имеют генетическое происхождение. Они называются факторами риска. Суммируя риски над различными генами можно определить уровень генетической предрасположенности к заболеванию или определенном состоянию. Генетический профиль риска определяется с помощью теста ДНК и приводит к персонифицированной медицины и фармакогенетики, которые направлены, в частности, чтобы адаптировать свой образ жизни и лечения основанный на специфике своего собственного генома.
- Так называемые генетические заболевания вызываются исключительно генами и, как правило, вызваны одной мутации или рядом мутаций гена. Единственно возможное лечение, чтобы вылечить генетическое заболевание является генная терапия, которая представляет из себя изменение последовательности ДНК в геноме человека. Эти методы развиваются, и, в настоящее время, лечение уже успешно опробовано в десятке генетических расстройств, включая кистозный фиброз (наиболее распространенное генетическое заболевание в Европе) и талассемию (что является характерным для Средиземноморского региона). В ближайшем будущем можно будет использовать генную терапию , чтобы изменить свой геном "по требованию", например, для увеличения физических и умственных способностей, или продлить его срок службы.
- Хотя аутосомно ДНК наследуется поровну от каждого родителя, несколько генетических заболеваний, кажется, хуже, когда наследуются от своего отца (например , болезнь Хантингтона), потому что мутации происходят или повторяются с более высокой вероятностью у мужчин, и их риск увеличивается с возрастом отца. Кроме того, старшие отцы (старше 40 лет) имеют более высокие шансы иметь детей, страдающих от шизофрении, депрессии или аутизма.
- Некоторые гены имеют различные функции в зависимости от того, являются ли они унаследоваынными от своего отца или матери. Например, материнская копия гена на хромосоме 15 известен как UBE3A, в то время как по отцовской копия называется SNRPN. Наследование двух отцовских копий или отсутствует материнский копии вызывает синдром Прадера-Вилли, в то время как две материнских копий или удаление отцовской копии приводит к очень разным проявлениям Angelman синдрома.
Генетика мозга
- Нейромедиаторы, такие как серотонин, дофамин, гистамин, или гамма-аминомасляной кислоты, влияют на наше настроение и индивидуальность. Их уровень зависит от нашего питания и взаимодействия с окружающей средой, но и зависит от генетических факторов. Чувствительность мозга к этим нейротрансмиттерам полностью определяется генетически, в частности, от количества рецепторов и транспортеров для каждого из этих нейротрансмиттеров.
- Низкий уровень серотонина увеличивают депрессию, беспокойство, риск самоубийства и насилия. Углеводы и холестерина и повышают уровень серотонина.
- Чрезмерное количество допамина может привести к шизофрении. Слишком низкий уровень допамина порождает скуку и низкую активность, а в крайних случаях болезнь Паркинсона. Длинные варианты (7-повторов или более) рецептора допамина D4 (DRD4) приводят к тому, что допамин ускоренно потребляется мозгом. Люди с этим вариантом будут, как правило, имеют больше стремления к новизне, острым ощущениям и приключениям, чем в среднем, чтобы компенсировать естественно более низкие уровни дофамина. Точно так же, количество рецепторов допамина D2 (DRD2) влияет на риск развития алкоголизма, никотиновой зависимости и шизофрении. Что бы узнать, какой вариант присутствует у человека, требуется пройти ДНК - тест.
Иммунитет и эволюция
- Некоторые люди обладают делециями (хромосомными перестройками) в гене CCR5, что делает их более устойчивыми (если наследуется только от одного родителя) или полностью иммунный ответ (если наследуется от обоих родителей) к оспа, ВИЧ, чуме и другим вирусам (например, вируса Западного Нила). Эти мутации являются распространенными в северо-восточной Европе, особенно в странах Балтии, Финляндии и Швеции.
- Тип ABO крови связан с сопротивляемостью холеры, так AB обладают самым сильным сопротивлением, а O самым слабым. С другой стороны, обладатели группа крови O - по-видимому, наиболее устойчивы к малярии и сифилису, и менее восприимчивы ко многим видам рака. Тип ABO крови влияет на многие другие риски заболевания.
- Многие генетические заболевания пережили естественный отбор, потому что они придают иммунитет против эпидемических заболеваний. Например, CFTR мутация , вызывающая муковисцидоз защищает от дизентерии и лихорадки тифа. Дрепаноцитоз и талассемии являются защитными против малярии. Генетическая устойчивость к ТБ имеет побочный эффект повышенной восприимчивостью к остеопорозу. Тея-Сакса болезнь, главным образом найдена среди евреев-ашкенази, также защищает от туберкулеза.
- Исследования показали , что мужчин и женщин больше привлекает запах людей с отличной иммунной системы от их собственной. Различия в иммунной системе могут быть идентифицированы путем сравнения наших HLA типов, среди других генов главного комплекса гистосовместимости (ГКГ).
http://www.eupedia.com/genetics/human_genome_and_gene..
источник
