WinNavigator

Frigate

Norton Commander

WinNC

Dos Navigator

Servant Salamander

Turbo Browser

Winamp, Skins, Plugins

Необходимые Утилиты

Текстовые редакторы

Юмор

File managers and best utilites

Реферат: Геномика как научная дисциплина:. Реферат геномика

Реферат Геномика

скачать

Реферат на тему:

План:

1 История
2 Разделы геномики
- 2.1 Структурная геномика
- 2.2 Функциональная геномика
- 2.3 Сравнительная геномика
3 Примеры применения геномики в медицине

Введение

Гено́мика — раздел молекулярной генетики, посвященный изучению генома и генов живых организмов.

1. История

Геномика сформировалась как особое направление в 1980—1990-х гг. вместе с возникновением первых проектов по секвенированию геномов некоторых видов живых организмов. Первым был полностью секвенирован геном бактериофага Φ-X174; (5 368 нуклеотидов) в 1977 году. Следующим этапным событием было секвенирование генома бактерии Haemophilus influenzae (1.8 Mb) (1995). После этого были полностью секвенированы геномы еще нескольких видов, включая геном человека (2001 год — первый черновой вариант, 2003 год — завершение проекта). Её развитие стало возможно не только благодаря совершенствованию биохимических методик, но и благодаря появлению более мощной вычислительной техники, которая позволила работать с огромными массивами данных. Протяженность геномов у живых организмов подчас измеряется миллиардами пар оснований. Например, объём генома человека составляет порядка 3 млрд пар оснований. Самый крупный из известных (на начало 2010 года) геномов принадлежит одному из видов двоякодышаших рыб (примерно 110 млрд пар).

2. Разделы геномики

2.1. Структурная геномика

Структурная геномика — содержание и организация геномной информации. Имеет целью изучение генов с известной структурой для понимания их функции, а также определение пространственного строения максимального числа «ключевых» белковых молекул и его влияния на взаимодействия[1][2].

2.2. Функциональная геномика

Функциональная геномика — реализация информации, записанной в геноме, от гена — к признаку.

2.3. Сравнительная геномика

Сравнительная геномика (эволюционная) — сравнительные исследования содержания и организации геномов разных организмов.

Получение полных последовательностей геномов позволило пролить свет на степень различий между геномами разных живых организмов. Ниже в таблице представлены предварительные данные о сходстве геномов разных организмов с геномом человека. Сходство дано в процентах (отражает долю пар оснований, идентичных у двух сравниваемых видов).

Вид Сходство Примечания и источники[3]

Человек	99,9 %	Human Genome Project
Человек	100 %	Однояйцевые близнецы
Шимпанзе	98,4 %	Americans for Medical Progress; Jon Entine в San Francisco Examiner
Шимпанзе	98,7 %	Richard Mural из Celera Genomics, цитируется в MSNBC
Бонобо, или карликовый шимпанзе		То же, что и для шимпанзе.
Горилла	98,38 %	Основано на изучении интергенной неповторяющейся ДНК (American Journal of Human Genetics, февраль 2001, 682, стр. 444—456)
Мышь	98 %	Americans for Medical Progress
Мышь	85 %	при сравнении всех последовательностей, кодирующих белки, NHGRI
Собака	95 %	Jon Entine в San Francisco Examiner
C. elegans	74 %	Jon Entine в San Francisco Examiner
Банан	50 %	Americans for Medical Progress
Нарцисс	35 %	Steven Rose в The Guardian от 22 января 2004

3. Примеры применения геномики в медицине

В больнице Висконсина ребенок в возрасте трех лет долгое время ставил врачей в тупик, его кишечник отек и был полностью пронизан абсцессами. К своим трем годам этот ребенок пережил более ста отдельных хирургических операций. Для него был заказан полный сиквенс кодирующих участков его ДНК, по результатам с помощью подручных средств был выявлен виновник заболевания – белок XIAP, участвующий в сигнальных цепях запрограммированной клеточной смерти. При нормальной работе он играет очень важную роль в иммунной системы. На основе такого диагноза физиологами была рекомендована трансплантация костного мозга в июне 2010. К середине июня ребенок уже смог впервые в своей жизни поесть. [4]

Другой случай связан был с нетипичным раковым заболеванием у 39ти летней женщины, страдающей острой формой промиелоцитарной лейкемии. При стандартных методах диагностики, однако, заболевание не было выявлено. А вот при расшифровке и анализе генома раковых клеток выяснилось, что крупный участок 15ой хромосомы переместился на 17ю, что вызвало определенное генное взаимодействие. В результате женщина получила необходимое ей лечение.

Примечания

Чугунов Антон Ловля бабочек, или чем структурная геномика поможет биологии - biomolecula.ru/print.php?id=498 . Биомолекула.ру (14.03.2009).
Ясный И.Е., Цыбина Т.А., Шамшурин Д.В., Колосов П.М. Структурная геномика и медицина - www.medlit.ru/medrus/mm/mm090615.htm // Молекулярная медицина. — 2009. — № 6. — С. 15—20.
Эти данные были найдены в различных вторичных источниках, и, скорее всего, они были получены разными методами (такими, как гибридизация ДНК или выравнивание последовательностей). Следует отметить, что разные методы могут давать различные результаты, даже будучи примененными к одной и той же паре сравниваемых видов, поэтому все цифры, приведенные в данной таблице, следует рассматривать как весьма приблизительные.
Генотек Постепенный переход к секвенированию полного генома при диагностировании - genotek.ru/2011/04/11/постепенный-переход-к-секвенировани/ . Генотек (14.03.2011).

wreferat.baza-referat.ru

Реферат на тему Геномика как научная дисциплина

Федеральное агентство по здравоохранению

и социальному развитию РФ

Гоу ВПО "Самарский Государственный

Медицинский Университет Росздрава"

Кафедра фармацевтической технологии

Реферат по биотехнологии

Геномика как научная дисциплина

Исполнитель:

студентка 6 курса группы

Руководитель:

зав. кафедрой фармацевтической технологии, доктор фармацевтических наук, профессор Первушкин С.В.

Самара 2009

Оглавление

Введение

1. Задачи и цели геномики. Взаимосвязь геномики и протеомики

2. Виды геномики

3. Секвенирование генома

4. Проект "Геном человека"

5. Генотерапия

Заключение

Список литературы

Введение

Успехи генетики, молекулярной биологии и биохимии привели к формированию в 1990-х гг. двух новых фундаментальных дисциплин — геномики и протеомики. Бурное развитие этих дисциплин обеспечивает в наше время прогресс в ряде разделов биотехнологии, в том числе фармацевтической.

Термин "геномика" производный от генома — совокупности всех генов организма; — "протеомика" — производный от протеома — совокупности структурных и каталитических белков в клетке укариота или прокариота. Обе дисциплины можно считать как бы терминологическим оформлением современного этапа развития генетики и белковой химии, приближающим их к целостной клетке. И по времени возникновения, и в методологическом аспекте главенствующее значение здесь занимает геномика; протеомика базируется на геномике, являясь этапом познания живого уже на белковом уровне.

Генетика начала XIX в. получила позднее название формальной, поскольку исследования велись на уровне "ген-признак" (открытие знаменитых основополагающих законов Г. Менделем). Существование гена было постулировано, но материальная его природа оставалась неизвестной. Лишь в 1950-е гг. после появления и быстрого подтверждения справедливости концепции о двойной спирали ДНК и о гене как участке ДНК, началось бурное развитие молекулярной генетики: были установлены размеры отдельных генов, функциональные участки в гене и т.д. Параллельно биохимиками с участием генетиков был установлен матричный механизм белкового синтеза с передачей генетического кода от ДНК к белку.

1. Задачи и цели геномики. Взаимосвязь геномики и протеомики

Задача геномики — установление полной генетической характеристики всей клетки — количества содержащихся в ней генов и их последовательности, количества нуклеотидов в каждом гене и их последовательности, определение функций каждого гена по отношению к метаболизму организма или, более обще, применительно к его жизнедеятельности.

Геномика позволяет выразить сущность организма — его потенциальные возможности, видовые (и даже индивидуальные) отличия от других организмов, предвидеть реакцию на внешние воздействия, зная последовательность нуклеотидов в каждом из генов и число генов.

Цель геномики — получение информации обо всех потенциальных свойствах клетки, которые не реализуются на данный момент, например, "молчащие гены", протеомика же дает возможность охарактеризовать клетку в данный момент, зафиксировав все находящиеся в ней белки в своего рода "моментальной фотографии" функционального состояния клетки на уровне ее протеома, т.е. совокупности всех ферментных и структурных белков, которые "работают" в отличие от неэкспрессирующихся генов.

При этом, если геномика появилась прежде всего в результате развития техники секвенирования, то для протеомики такую же основополагающую роль играет техника двухмерного электрофореза — разделения белков в одном направлении по молекулярной массе, а в другом — по изоэлектрической точке. Сам по себе этот метод не нов, однако он в значительной мере усовершенствован, что позволяет следить в динамике за сотнями белков одновременно.

Протеомика позволяет следить за белковыми взаимодействиями. Это относится, например, к передаче сигналов от поверхности клетки к факторам избирательной транскрипции в ядре. С ее помощью может быть преобразована, таким образом, не только технология скрининга иммуносупрессоров, но и ингибиторов сигнальной трансдукции в целом. Методы протеомики позволяют получить более полную, всестороннюю картину взаимодействия с клеткой новых потенциальных антимикробных агентов. Работы по изучению динамики биосинтеза ферментов вторичного метаболизма у микроорганизмов при использовании протеомики могут быть переведены на новый, более высокий уровень.

Возвращаясь к связи протеомики с геномикой, следует подчеркнуть, что протеомика может быть названа продолжением именно функциональной геномики. В отличие от геномики предметом изучения протеомики являются продукты, кодируемые генами, экспрессирующимися в данный момент.

Минимальные геномы микроорганизмов некоторых видов состоят из нескольких сотен генов. Геном человека приближается к ста тысячам генов. Размеры отдельных генов варьируют примерно от одной тысячи пар нуклеотидов и выше. Таким образом, количество пар нуклеотидов, составляющих индивидуальный геном, измеряется как минимум сотнями тысяч, обычно же многими миллионами пар нуклеотидов.

Следовательно, для полного знания генома организма надо определить последовательность нескольких миллионов пар нуклеотидов (А-Т — аденин-тимидин, Г-Ц — гуанидин-цитозин). Провести "секвенирование", согласно вошедшему в употребление выражению, целого генома можно только при наличии высоких технологий и соответствующего оборудования.

В настоящее время в качестве ежесуточного итога работы многих десятков лабораторий в разных странах мира секвенируется приблизительно один миллион пар нуклеотидов. Хранить же полученные данные и пользоваться ими невозможно без обращения к специальным базам данных, некоторые из которых имеют статус международных. Широкую известность имеют базы данных института геномных исследований (США) и Гейдельбергского университета (Германия). Международные базы данных позволяют получать сведения о гене и его распространенности среди патогенов; о кодируемом этим геном продукте и об участии этого продукта (как правило, фермента) в том или ином метаболическом цикле; о катализировании им конкретной реакции в цикле. Иными словами, исходным тест-объектом для отбора антимикробных веществ, избирательных ингибиторов метаболизма становится уже не микробная культура, а ген (точнее, кодируемый им продукт).

Необходимо иметь в виду, что различие по последовательности нуклеотидов геномов разнообразных организмов не обязательно указывает на межвидовые различия; например, у микроорганизмов, используемых в качестве продуцентов в биотехнологической промышленности, зафиксированы различия в геномах у отдельных штаммов одного и того же вида. Внутривидовые различия в геномах могут обнаруживаться по всей лестнице живых существ, исключая человека (в последнем случае индивидуальные различия, выявляемые при анализе ДНК, составляют, в частности, новый эффективный прием судебной экспертизы).

2. Виды геномики

Геномика дифференцируется по нескольким направлениям:

1) Структурная геномика, задачей которой является идентификация генов с помощью специальных компьютерных программ (ведется поиск открытых рамок считывания со старт и терминирующими кодонами). В результате изучаемый геном характеризуется по молекулярной массе, количеству генов и нуклеотидной последовательности в каждом гене; у прокариот — в геноме хромосомы, у эукариот — в каждой из хромосом.

2) Сравнительная геномика позволяет: относительно быстро, связавшись с базой данных и, получив ответ на свой запрос, установить, является ли изученный по последовательности нуклеотидов ген уникальным, или он уже был идентифицирован в другом лаборатории, получить сведения о степени гомологии родственных генов, т.е. степени гомологии по последовательности нуклеотидов в открытой рамке считывания; ответить на вопрос об эволюционной близости одного организма другому и на ряд подобных вопросов, относящихся к фундаментальной биологии.

В сравнительной геномике заложены возможности ответа и на вопросы практического характера. Например, если ведется поиск ингибиторов данного гена у патогенного микроорганизма с целью создания на их основе лекарственных средств, то важно знать, есть ли ген с такой или близкой последовательностью нуклеотидов в организме хозяина. Это позволяет сделать прогноз о степени безопасности создаваемых лекарств.

3) Функциональная (метаболическая) геномику. Ее цель — установление связи между геномом и метаболизмом, кластерами генов и многоступенчатыми метаболическими процессами, отдельными генами и конкретными метаболическими реакциями. Применительно к функциональной геномике относится понятие так называемых "модельных" организмов: прежде всего, это некоторые микроорганизмы, у которых прослежены связи между генами и кодируемыми этими генами ферментными и структурными белками, т.е. прокариоты и низшие эукариоты с полностью секвенированным геномом и досконально изученным метаболизмом.

Примерами таких модельных микроорганизмов могут служить Escherichia coli (у прокариот) и Sacsharomyces cerevisiae (у эукариот). Сопоставление гена у изучаемого организма с близким по степени гомологии геном у модельного организма позволяет предположить функции гена. Отсутствие гомологии указывает на необходимость специального изучения функций нового гена.

Особое значение применительно к фармации функциональная геномика имеет при установлении так называемой "существенности" отдельных генов. Под "существенностью" подразумевается необходимость гена для жизнедеятельности клетки. Так, при создании антимикробных лекарственных препаратов именно "существенные" гены должны быть мишенями для антимикробных веществ. Отметим, что иногда ген приобретает значение "существенности" только в особых условиях, в которых может оказаться патогенный микроорганизм.

3. Секвенирование генома

Исходя из размеров генома и количества генов понятно, что задача полного секвенирования генома решается быстрее в случае микроорганизмов в отличие от высших эукариот. К настоящему времени полностью секвенирован геном нескольких десятков видов бактерий, в том числе патогенных. У разных видов бактерий размер генома варьирует, но в целом он близок к нескольким тысячам генов или нескольким миллионам пар оснований соответственно.

В клинике в настоящее время используется порядки двухсот природных и синтетических антибактериальных веществ. Каждое из них имеет свою мишень. Как правило, это или фермент, или рибосомный белок. Всего реализованных мишеней также около двухсот. Следовательно, подавляющее количество генов в качестве мишеней для антибактериальных агентов все еще не используется. Для доказательства "существенности" генов применяется метод избирательного "выбивания" гена из генома с проверкой выживания организма после такой процедуры, который представляет большой интерес как технология скрининга антибактериальных (или шире — антимикробных) агентов.

Традиционно первичный отбор последних проводится путем испытания их действия на рост тест-культуры микроорганизма. Высокоактивные, подавляющие рост (природные или синтетические) вещества, отобранные на этом этапе, проходят дальнейшие испытания, в частности определяется антимикробный спектр их действия и активность в опытах in vivo на лабораторных животных, а также токсичность как для макроорганизма в целом, так и для его отдельных органов и тканей.

По завершении доклинических испытаний в случае получения положительных результатов ставится вопрос о передаче препарата в клинику. Затем, как правило, начинается углубленное изучение механизма действия антимикробного агента на субклеточном и молекулярном уровнях, т.е. ведется поиск его внутриклеточной мишени — макромолекулы или макромолекулярного комплекса — таргета (англ. мишень) по недавно принятой терминологии. Далее выявляется ген, кодирующий образование этой макромолекулы, или гены, которые кодируют образование макромолекул, входящих в макромолекулярный комплекс.

По новой технологии скрининга (в отличие от вышеуказанной) используют информацию о полностью секвенированном геноме патогена и наличии в нем "существенных" генов. В лабораториях, работающих в области создания новых антимикробных лекарств, предварительно выбирается ген, который будет использован для их испытания как таргет (точнее, в качестве мишени будет использован продукт этого гена).

Таргетный скрининг позволяет в соответствии с выбором гена отбирать биологически активные вещества с запланированным механизмом действия (в отличие от традиционного метода, когда поиск ведется "от клетки к гену"). Первый этап таргетного скрининга начинается с выделения этого гена (соответствующего фрагмента ДНК) из генома. Далее, используя полимеразную цепную реакцию (ПЦР), фрагмент ДНК амплифицируется (создается вирусный вектор, который вводится в плазмиду). Количество копий гена умножается. Затем конструируются:

бесклеточная система, где наработанная матрица служит для получения информационной РНК, специфичной для гена;
бесклеточная рибосомная система, где эта информационная РНК служит для наработки белкового продукта, кодируемого данным геном.

Бесклеточная система, используемая для первичного отбора и оценки активности потенциальных лекарственных веществ — ингибиторов фермента (продукта изучаемого гена), содержит как фермент, так и его субстрат. Когда наработан белок (продукт избранного для изучения гена), тогда возникает вопрос: как узнать функцию этого белка? Например, какую реакцию он катализирует как фермент, чтобы по подавлении этой реакции отобрать ингибиторы. При близком сходстве этого белка с белком из "модельного" организма подобрать бесклеточную систему (субстрат для нового белка) нетрудно. Если сходство есть, но не очень близкое, то прибегают к анализу "мотивов" — коротких участков аминокислотной последовательности, которые распределены по всей длине белковой цепи и могут оказаться сходными у двух белков.

Когда такого сходства нет или сходство обнаружено, но нет ясности в функции самого гомолога, т.е. белка, взятого для сравнения, прибегают еще к одному способу: устанавливают, с какими белками он контранскрибируется (переписывается в последовательность матричной информационной РНК). Если транскрипт — часть полицистронной (эквивалентной гену) информационной РНК, необходимой для протекания в последующем определенного метаболического процесса с участием нескольких ферментов, тогда поиск функции изучаемого белка, включенного в группу этих ферментов, сужается.

В целом подходы к установлению функций продуктов изучаемых генов многочисленны, и их разнообразие неуклонно растет. Таким образом, можно, в конечном счете, проводить серийные испытания потенциальных ингибиторов функций почти любого из тысяч генов, составляющих геном патогена и обнаруживать все возможные "уязвимые точки" микробной клетки. Подобный путь достижения цели породил в литературе термин "обратная генетика", означающий ведение исследования не от клетки и ее фенотипа к гену, а, наоборот, от гена к клетке и к ее фенотипу.

Полное секвенирование генома в сочетании с применением методов генетической инженерии вносит свой вклад в фармацию еще в одном отношении. У патогенных микроорганизмов открыты гены, "существенные" для протекания инфекционного процесса, но "несущественные" при росте in vitro — на искусственных питательных средах. В последнем случае они ускользают от внимания исследователя, не поддаются идентификации и не могут быть использованы как таргеты при поиске лекарств. Скрытые или по образному выражению "молчащие" in vitro гены патогенных микроорганизмов получили название ivi генов (генов вирулентности), несмотря на то, что в их число входят не только гены, кодирующие образование токсинов, адгезинов и других факторов вирулентности. К ним относят также гены ферментов и транспортных белков, позволяющих патогенной микробной клетке жить и размножаться в тканях макроорганизма в условиях дефицита некоторых органических веществ и неорганических ионов.

4. Проект "Геном человека"

Полное секвенирование генома человека (несколько миллиардов пар нуклеотидов и идентификация генов всех сорока восьми хромосом) — задача качественно более трудная, чем секвенирование генома прокариот и низших эукариот. В начале 1990-х гг. был обнародован Международный проект "Геном человека", целью которого было решение указанной выше кардинальной проблемы с привлечением сил и средств ряда стран, в том числе и России. В 2003 г. этот проект был успешно завершен. Ученые описали все 25 000 генов, присутствующих в хромосомах каждой клетки. За это время были созданы базы ДНК из образцов генов десятков тысяч людей.

В ДНК генома человека обнаружены многочисленные некодирующие последовательности. Вначале к ним прилагалось условное определение "мусор", под которым подразумевались "отходы—излишки, накапливающиеся по мере эволюции генома". Однако в настоящее время обнаружено, что некодирующие последовательности в геноме человека не случайны. Любопытные факты установлены в последние годы при сопоставлении генома человека и человекообразных обезьян. Ожидалось, что эти различия по сравнению с парадигмой дарвинизма о том, что "человек произошел от обезьяны", окажутся довольно значительными и что наш общий предок весьма отдален от нас, а дивергенция произошла очень давно.

Однако это сходство оказалось весьма близким, увеличивая количество загадок. К их числу относится постоянное присутствие в геноме человека последовательностей вирусного происхождения (своего рода "насыщенность" генома современного человека молекулами вирусных ДНК).

Также было обнаружено отличие между геномами представителей разных наций. Это очень деликатный вопрос, учитывая еще совсем недавние трагические страницы истории человечества. Тем не менее закрывать глаза на объективные факты из-за несовершенства человеческого общества было бы неразумно, тем более что познание собственного генома дает человечеству в новом тысячелетии предпосылки для своего совершенствования, над которыми не довлеют ни религиозные догмы, ни разрушительная революционная демагогия.

5. Генотерапия

Сравнивая гены, ученые смогут выявить связи разных генетических вариаций и мутаций со всевозможными заболеваниями.

Прогресс в познании человека привел к возникновению такого важного практического приложения геномики к медицине, как генотерапия. С ее помощью можно лечить многие наследственные заболевания, которые дифференцируются на моно- и полигенные.

Моногенные заболевания на молекулярном уровне сводятся к дефекту какого-либо одного белка в клетке — фермента транспортного или структурного белка. Во-первых, белка может не хватать, а, во-вторых, его функции могут быть нарушены. Так, мутация, в результате которой изменяется активность того или иного фермента, может приводить или к накоплению токсичного субстрата, или к дефициту соединения, необходимого для нормального функционирования клетки; мутация в гене, кодирующем структурный белок, — к серьезным нарушениям клеток, тканей или органов.

Кроме того, мутация в гене, экспрессирующемся в одной ткани, может сказаться самым серьезным образом на другой ткани и привести к появлению множества симптомов. Например, мутация в гене печеночного фермента фенилаланиндегидроксилазы, в результате которой блокируется превращение фенилаланина в тирозин, приводит к повышению уровня эндогенного фенилаланина в крови, неправильному формированию миелиновой оболочки вокруг аксонов нервных клеток ЦНС и, как следствие, — к тяжелой умственной отсталости.

Полигенность заболевания означает, что несколько белков в клетке обладают теми или иными дефектами. В каждой ткани организма экспрессируется свой набор из всей совокупности генов, но есть мутации, которые приводят к болезням, затрагивающим буквально все органы и ткани: мышцы, глаза, печень, кости, сердце и т.д. Отметим, что такие болезни, как рак и гипертония считаются полигенными. Некоторые ненаследственные и инфекционные болезни, в частности вирусной этиологии, также причисляются к полигенным.

Вполне естественно, что проведение генотерапии при моногенных заболеваниях показывает лучшие результаты. При этом ген, с которым ведется работа, должен быть не только картирован, но и идентифицирован (должна быть известна его функция). К настоящему времени картировано около одной тысячи генов, включенных в процесс возникновения и развития моногенных наследственных заболеваний, из которых идентифицировано всего несколько сотен.

При генотерапии требуются предварительное создание рекомбинантной генетической конструкции с нормальной "здоровой" копией дефектного гена, а также создание для этой конструкции вектора, переносящего ее в клетки организма. Для нормального функционирования гена необходимы специфические для каждого гена цис- и трансрегуляторные последовательности. Первые (цис) локализованы в той же хромосоме и могут быть непосредственно сцеплены с геном или находиться на некотором расстоянии от регулируемого ими гена, выступая в качестве промотора; нюрые (транс) располагаются в других хромосомах.

Методы введения генов в клетки-мишени при генотерапии весьма разнообразны, но в большинстве случаев недостаточно эффективны. Это связано с встраиванием чужеродной ДНК в геном только небольшого процента клеток ткани, а также с разрушением ее нуклеазами и т.д. Обнадеживающие результаты получены при использовании генов, "упакованных" в липосомы.

В настоящее время наиболее перспективным путем переноса генов при генотерапии является включение их в векторы, построенные на основе ретро- или аденовирусов. Конечно, здесь прежде всего возникает вопрос о безопасности подобных векторов. Вирусы генетически модифицируются так, чтобы при сохранении способности проникать в клетку они теряли бы способность к автономной репликации.

Для направленной доставки сконструированной последовательности учитывается различный тропизм разных вирусов к определенным видам тканей. Так, представители аденовирусов высокотропны в отношении клеток эпителия дыхательных путей, вирус герпеса высокотропен в отношении нейронов ЦНС и т.д. В перспективе планируется проводить генотерапию с помощью целых рекомбинантных хромосом, что позволяет оперировать рядом генов и их регуляторных последовательностей одновременно.

Современная генотерапия направлена только на соматические, а не на половые (зародышевые) клетки.

Генотерапия ех vivo (вне организма) означает, что нормальная копия гена вводится в соматические клетки, предварительно извлеченные из организма пациента. Исправленные клетки наращиваются и вводятся пациенту трансфузией или трансплантацией. При этом рекомендуется использовать клетки именно от этого больного и их "исправленное" потомство возвращать ему же, что снимает проблему отторжения клеток за счет врожденного иммунитета. Тем не менее использование только аутологичных клеток сужает возможность генотерапии, поэтому разработаны разные методы защиты от иммунного ответа и неаутологачных клеток, которые включают, в частности, применение иммуносупрессоров.

При генотерапии in vivo доставка нормального гена осуществляется непосредственно в ткани человека (в клетки определенных тканей). При этом промотор гена должен быть трансспецифичен.

Перечень наследственных болезней, связанных с недостаточностью того или иного фермента, возрастает по мере раскрытия их биохимического механизма. Соответственно и подходы к реализации теоретических возможностей генотерапии привлекают все большее внимание и конкретизируются. В качестве примера можно привести использование генотерапии в лечении муковисцидо-за. Ген муковисцидоза — муковисцидозный трансмембранный регулятор (МТР) кодирует мембранный белок — муковисцидозный трансмембранный регулятор проводимости (МТРП). Основная функция МТРП — создание регулируемого циклическим 3,5-аденозинмонофосфатом (цАМФ) хлорного канала. Мутации в гене ведут к изменению количества или структуры данного белка, что нарушает транспорт ионов хлора и воды через мембраны клеток эпителия ряда органов. Выделяемая при этом экзокриновыми железами слизь обезвоживается, и вязкость ее повышается. Это приводит к воспалению и размножению инфекционных агентов (вторичная патология). При муковисцидозе наиболее сильно поражаются легкие (бронхи).

Предпосылками для применения генотерапии при муковисцидозе послужили положительные результаты, полученные на клеточных культурах. Введения только одной копии нормального гена в клетку с дефектным геномом было уже достаточно для нормализации ионного транспорта. Еще более обнадеживало, что достаточно было "исправить" 10 % общего числа клеток в монослое, чтобы добиться нормализации транспорта хлора во всем монослое (вероятно, за счет обмена ионами между соседними клетками). Оказалось, что особенно строгая регуляция функций нормального чужеродного гена, кодирующего белок МТРП, не нужна: этот белок (при его избыточном синтезе) не токсичен.

После подробных доклинических исследований генотерапия муковисцидоза была апробирована в клинике. Нормальный ген в составе модифицированных аденовирусов доставлялся в клетки эпителия легких с помощью липосом. Однако результаты генотерапии в клинике оказались не столь блестящими: из нескольких сотен случаев только отдельные опыты оказались удачными. Тем не менее сам по себе переход от экспериментов в области генотерапии муковисцидоза к клинике является большим успехом.

Заключение

Генотерапия постепенно начинает привлекать все большее внимание научно-популярных изданий и СМИ. Несколько десятков технологий генотерапии разных заболеваний прошли апробацию на тысячах больных и добровольцах в США, Англии, Франции и других странах. В ряде клиник испытания прошли благополучно. Первая фаза клинических испытаний, как известно, направлена на проверку безопасности нового средства (метода) лечения. Имеются сообщения о нескольких случаях возникновения лейкемие-подобных заболеваний после клинической апробации некоторых технологий генотерапии. Отмечается, что во всех таких случаях использовались векторы на основе ретровирусов. Сообщается также об отдельных случаях, когда введенный ген экспрессировался не столь длительно, как было запланировано.

Однако несмотря на то, что первые испытания в клинике прошли менее успешно, чем ожидалось на основе данных доклинических испытаний, а применение некоторых видов технологий генотерапии в их сегодняшнем виде временно остановлено, в целом эти испытания продолжаются и технологии совершенствуются. Тем более что при безнадежном состоянии больного врач с согласия или по требованию последнего может проводить испытания технологий даже при определенных сомнениях, возникших в ходе их доклинической апробации.

Список литературы

ru.wikipedia.org/wiki/
www.biotechprogress.ru
www.liv.ac.uk/~sd21/tisscult/what.htm
www.old.pharmvestnik.ru/cgi-bin/statya.pl?sid=1280
www.oxbow.ru/?page_id=213
Елинов Н.П. Основы биотехнологии / Н.П. Елинов. – СПб.: Наука, 1995. – 600 с.
Молекулярные и клеточные аспекты биотехнологии / под ред. С.Г. Инге-Вечтомова. – Л.: Наука, 1986. – 143 с.
Северин С.Е. Биохимия и медицина – новые подходы и достижения / С.Е. Северин. – М.: Русский врач, 1998. – 94 с.

bukvasha.ru

Реферат - Лекция №19. Геномика

Геномика – комплексная наука, изучающая геномы.

Разделы геномики:

структурная геномика – содержание и организация геномной информации;
функциональная геномика – реализация информации, записанной в геноме, от гена – к признаку;
сравнительная геномика – сравнительные исследования содержания и организации геномов разных организмов;

Все эти разделы геномики вносят вклад в фундаментальную биологию (индивидуальное развитие, эволюция), здравоохранение, сельское хозяйство и биотехнологию.

Итог структурной геномики – получение последовательности нуклеотидов (сиквенс от англ. sequence), которая представляла бы полностью каждую из хромосом с первого нуклеотида до последнего.

Для того, чтобы получить такой сиквенс, сегодня приходится определять последовательность нуклеотидов в достаточно коротких отрезках ДНК, длиной примерно 1000 позиций. В геноме человека 3 миллиарда позиций, значит, его надо разбить на куски, которые и будут «читаться». Затем нужно восстановить единую последовательность нуклеотидов из сравнения отдельных прочтенных отрезков текста. Восстановление основано на сравнении определенных последовательностей и выявлении в них перекрывающихся (идентичных) участков текста. Длина участка перекрывания должна превышать длину последовательности, которая может встретиться в данном геноме по причинам случайного характера. Например, в геноме человека 3*109 п.н. случайно может встретится последовательность длиной 15 нуклеотидов – поскольку в каждой позиции может находится один из четырех нуклеотидов, то вероятность того, что заданные нуклеотиды окажутся в 15 позициях подряд 415 =230 что примерно равно 109. То есть в отрезке длиной 109 позиций заданная 15-нуклеотидная последовательность может встретиться 1 раз по причинам случайного характера.

Но дело в том, что в ДНК нуклеотиды расположены не случайно и это является проблемой для восстановления последовательности из перекрывания отрезков. Если две последовательности из 1000 нуклеотидов перекрываются на 20 нуклеотидов или сто – это еще ничего не значит, так как весь этот фрагмент из 1000 нуклеотидов может быть несколько раз повторен в геноме. Поэтому нужно было сначала расставить вдоль генома фрагменты, а уже потом выявлять их перекрывание на основе сиквенса. Таков был путь мирового сообщества при секвенировании генома человека. (секвенированием в русскоязычной литературе называют процесс определения последовательности нуклеотидов. Этот термин также является калькой с английского названия).

Как это можно было сделать? Нужно было поставить какие-нибудь «буйки» в геноме человека, какой участок стоит за каким. Последовательность таких участков и составляет карту генома. Первой такой картой стала карта генетическая. Она показана на рисунке слева.

Рядом показана окрашенная хромосома, на которой видны поперечные полоски. Поперечная окрашенность индивидуальна для каждой хромосомы, каждая полоска имеет собственный номер, который представляет собой «адрес» данного участка на хромосоме. Ясно, что в каждом таком участке миллионы пар нуклеотидов, последовательность которых мы должны определить. Были получены полиморфные маркеры, то есть найдены такие участки хромосомы, которые у разных людей (или на разных хромосомах одного человека) содержат неидентичные последовательности нуклеотидов. В прошлой лекции упоминалось, что для генетической карты с интервалом в 10% рекомбинации нужно 300 равноудаленных маркеров. Эти маркеры нужны для различения одной хромосомы от другой в данном локусе.

В основе детекции ДНК маркеров лежит метод амплификации (размножения) фрагментов ДНК in vitro с точностью до нуклеотида методом полимеразной цепной реакции (ПЦР). Методом ПЦР можно синтезировать фрагмент ДНК in vitro (в пробирке) и получить его как химически чистое вещество. Для синтеза используются короткие синтетические отрезки ДНК, называемые праймерами (затравка для синтеза). С 3’-конца праймера начинается синтез фрагмента ДНК по матричной нити, на которую он отжигается (прилипает при комплементарном взаимодействии между нуклеотидами праймера и матрицы). За один цикл достройки ДНК из двух нитей ДНК получили 4. В следующем цикле из 4 нитей получится уже 8 и т.д. Каждый цикл занимает несколько минут. За 30 циклов ПЦР целевой фрагмент размножится в 1 миллиард раз, что позволяет наблюдать фрагмент (после окраски). Время проведения каждого этапа ПЦР в будущем сократится на 2-3 порядка, таким образом, что каждый цикл будет проводиться за секунды.

Для различения папиной и маминой хромосом использовали так называемые STR-маркеры (Short Tandem Repeat), состоящие из одинаковых звеньев, чаще всего звено состояло из пары нуклеотидов ЦА. То есть нашли места в геноме, где повторялись эти вкрапленные звенья. Допустим в папиной хромосоме в фрагменте из 100 пар нуклеотидов была вставка из 20 звеньев, а в таком же месте маминой хромосомы было вставлено 22 звена. Этот фрагмент ДНК размножили in vitro, с точностью до нуклеотида методом полимеразной цепной реакции (ПЦР). Длина этих фрагментов будет у папы 100+20*2=140, а у мамы – 100+22*2=144. При фракционировании образованных фрагментов в геле под действием постоянного тока (электрофорез) мы можем провести разделение фрагментов по размеру. Чем тяжелее фрагмент, тем меньше его электрофоретическая подвижность и тем ближе к старту он будет находиться. Если у родителей ребенка длины фрагментов составляли (как указано в примере выше) 140 и 144 п.н., то и у ребенка будут эти полоски присутствовать.

Описанный подход применяется не только в фундаментальных исследованиях, но и в практике идентификации личности при судебно-медицинской экспертизе. Допустим данный локус в хромосоме может находиться в одном из 10 альтернативных состояний. (Эти состояния, аллели, различимы по их электрофоретической подвижности). Эти состояния различают 10 хромосом или людей с такими хромосомами. Если мы возьмем в анализ еще один локус (на другой хромосоме) с такими же характеристиками, то по этому локусу мы тоже различим 10 хромосом или людей. А по сочетанию состояний в этих двух локусах различимы 10х10=102 хромосом. Пять таких локусов позволят различить 105 хромосом. А поскольку хромосом у каждого из нас по паре, то сочетания аллелей этих пяти локусов дают 105 х105 = 1010 вариантов. Это число вариантов больше, чем число людей на земле. На практике при идентификации используют набор аллелей из 13 локусов, хотя и пяти как мы видим, может быть волне достаточно.

Генетическая карта была первой картой генома человека, на основе которой строилась дальнейшая работа по картированию. Эту карту соотнесли с физической картой, показывающей порядок следования клонированных фрагментов ДНК вдоль генома (см. рисунок 1 справа).

Физические карты генома часто представлены наборами фрагментов ДНК, клонированные в векторных молекулах (рекомбинантных ДНК), упорядоченно расположенных относительно друг друга. Такой набор непрерывно перекрывающихся фрагментов ДНК называется контиг. Для того чтобы выявить перекрывание клонированных фрагментов ДНК и понадобилась ранее установленная карта генетических маркеров. Перекрывание устанавливалось между «большими» молекулами ДНК, содержащими примерно 106 пар нуклеотидов, которые были клонированы в искусственных хромосомах дрожжей (YAC-клоны, сокращение от Yeast Artificial Chromosome). Искусственные, потому что у них удалили основную часть собственно дрожжевой ДНК и вставили человеческие фрагменты ДНК. Такие конструкции способны реплицироваться в клетках дрожжей. Размер хромосом дрожжей как раз примерно 1-2 миллиона пар нуклеотидов.

Как устанавливали перекрывание клонированных фрагментов ДНК? У нас есть YAC-клон №1 с протяженным фрагментом клонированной ДНК, а в нем, предположим, обнаружен и маркер А и маркер В, для которых из генетических данных известно, что они соседние на карте. В YAC-клоне №2 уже нет маркера А, а есть маркеры В и С, причем также известно из генетической карты что В и С – соседи. В клоне №3 есть маркеры С и D. Сопоставление данных по присутствию генетических маркеров А, В, С и D в YAC-клонах показывает что они перекрываются в последовательности YAC №1, №2, №3.

Вставки ДНК из 3000 YAC-клонов примерно равны по длине геному человека. В анализ на перекрывание YAC-колонов взяли 30000 клонов, с тем чтобы каждая точка генома перекрывалась несколькими клонами. Вначале неизвестно было, как они расположены, но в среднем каждая точка генома перекрывалась 10 раз. Было использовано порядка 3000 STR-маркеров, и посмотрели, эти как маркеры и клоны друг с другом перекрываются. В качестве метода, выявляющего присутствие генетического маркера в составе YAC-клонов, использовался ПЦР. На заключительном этапе составления физической карты генома человека в этих 30 000 YAC-клонов, выявлено присутствие примерно 30000 маркеров. Это один маркер на 100 000 пар нуклеотидов. Расстояние между концами YAC-клонов также составило 100 000 п.н. (при длине клона 1 млн. п.н.). Картирование проводили на роботизированных машинах, которые проводили приблизительно по 300 000 ПЦР-реакций в день. Позволило расставить в контиг все YAC клоны. Предполагалось, что они будут непосредственно секвенироваться. Однако в дальнейшем была использована друга схема секвенирования клонов. Картированные YAC-клоны часто использовали для поиска генов, находящихся во вставке YAC, а к сиквенсу этот этап не привел.

Перекрывание можно также посмотреть по расположению специфических рестрикционных сайтов. Рассмотрим этот способ подробнее. Структура фрагмента ДНК выявляется по положению участков расщепления специфическими ферментами – рестрикционными эндонуклеазами (рестриктазами). Каждая рестриктаза узнает последовательность нуклеотидов определенной длины и состава. Например, рестриктаза EcoRI узнает GAATTC и никакую другую (расщеплять ДНК она будет в среднем один раз на 46=4096 нуклеотидов), BamHI узнает GGATTC. Предположим, что у нас есть клонированный фрагмент ДНК, длиной 13000 нуклеотидов, и мы расщепили его рестриктазой BamHI, получив два фрагмента по 9 и 4 тысячи нуклеотидов. Затем если мы расщепим EcoRI, получим фрагменты по 8, 3 и 2 kb. Когда мы посмотрим двойное расщепление, получим фрагменты размерами 7, 3, 2, 1 kb. Размеры известны, потому что рядом есть дорожка, в которой идет фракционирование молекул стандартного размера, что позволяет создать калибровочную кривую. Если мы проведем второе расщепление, то увидим, что фрагмент в 9kb расщепился на фрагменты по 7 и 2kb. Эта специфическая последовательность сайтов и специфическое расстояние между ними является портретом молекулы (см. рис. ниже). По этим портретам мы можем сопоставлять молекулы друг с другом, независимо от того, что они кодируют, и что в них находится. Это очень типичная процедура. Расщепление фрагмента ДНК каждой рестриктазой по отдельности и их смесью позволяет создать рестрикционную карту фрагмента.

Итак, мы расставили молекулы методом генетического и физического картирования. Вернемся к методу секвенирования. Использовалась примесь дидезоксинуклеотидов — ddNTP (на рисунке – справа; у них нет OH-группы у 3’-атома углерода), которая добавлялась к обычным дезоксинуклеотидам (на рисунке слева). И при синтезе ДНК in vitro это приводило к прекращениюсинтеза цепи в позиции, в которой вставился ddNTP. Через позицию 3’ идет присоединение нуклеотида к строящейся молекуле ДНК. Но если на 3`- конце не будет гидроксильной группы, а водород, то синтез дальше не пойдет – он будет терминирован.

Это используется следующим образом. У нас есть матрица (нить ДНК), которую надо секвенировать. Если идет синтез, и в первой позиции матрицы стоит А (см. рис. ниже), то может встроиться обычный Т и синтез пойдет дальше, а может встроиться ddТTP и синтез дальше не пойдет. Произойдет обрыв цепи, а полученный синтезированный огрызок займет при фракционировании определенную позицию согласно своему размеру. Следующий обрыв будет соответствовать второй букве секвенируемой нити, и также займет свою позицию согласно длине при фракционировании на электрофорезе и т.д. И так по каждому нуклеотиду. Так мы восстановим последовательность нуклеотидов в секвенируемой нити ДНК. Этот метод предложил Фрэд Сэнгер, за что получил свою вторую Нобелевскую премию.

Рассмотрим определение последовательности нуклеотидов в клонированном фрагменте ДНК. Клонированный фрагмент находится в так называемой векторной молекуле ДНК – молекуле, которая позволяет ввести его в клетку (обычно это клетка бактериальная, но иногда используются и дрожжевые клетки). Все работы по секвенированию генома человека прошли при участии бактериальных векторных молекул. Участок вектора, прилежащий к вставке, содержит последовательность нуклеотидов, комплементарную универсальному секвенирующему праймеру. С этого праймера инициируется синтез ДНК in vitro, который с первого нуклеотида будет идти по матрице клонированного фрагмента ДНК человека. Универсальных праймеров используется два, один к последовательности вектора прилежащей к одному концу вставки, другой праймер к последовательности вектора прилежащей к другому концу вставки. С одного из праймеров клонированный фрагмент секвенируется с одной стороны, а с другого праймера – с другой стороны.

Вектор у нас один и тот же, а вставок – миллионы, но все они секвенировались с одной и той же пары праймеров. Основная часть генома была секвенирована при клонировании фрагментов в 2 тысячи пар нуклеотидов, потому что тысяча читалась с одной стороны и тысяча – с другой. Каждая точка генома человека была просеквенирована несколько десятков раз в составе разных клонированных молекул ДНК. То есть расстояние в геноме между концами клонированных и секвенированных фрагментов ДНК составляло меньше 200 пар нуклеотидов. От каждой точки старта было прочитано около 1000 нуклеотидов. Из всего этого набора «текстов» воспроизводилась структура генома человека. Но собрать эти 1000-буквенные сиквенсы в контиги длинной в мииллионы букв удалось лишь на основе того, что большая часть фрагментов была предварительно картирована относительно хромосом человека. Без картирования сиквенс мог попасть в повторяющийся участок генома, а продолжение сиквенса из такого участка имеет столько вариантов продолжений, сколько раз повтор присутствует в геноме человека (некоторые повторы – миллион раз). Поэтому сначала устанавливали последовательность расположения клонированных фрагментов в геноме. Это было сделано для фрагментов размером около 200 тыс пар нуклеотидов, а уже затем их секвенировали.

Процесс секвенирования по методу Сенгера может быть автоматизирован. Механизм представлен на следующем слайде.

На слайде виден праймер, синтез с которого идет влево. У нас есть дидезоксинуклеотидфосфаты T, A,C и G. Каждый из них занимает свою позицию во фрагменте синтезируемом по исследуемой матричной нити. На предыдущем слайде каждой букве соответствовала отдельная дорожка геля, их всего четыре. Если каждую из букв терминирующих синтез пометить в свой цвет, то все терминаторы можно объединить в одной пробирке и фракционировать продукты в одной дорожке. Обрыв синтеза в позиции данной буквы даст фрагмент со своим положением в геле после фракционирования. Каждое положение обрыва будет характеризоваться цветом той- буквы терминатора, на которой произошел обрыв. В ходе фракционирования терминированных фрагментов лазер будет фиксировать на детекторе последовательные пики — какая прошла полоса по счету, и какого она цвета. Далее эта последовательность пиков дешифруется в последовательность нуклеотидов в молекуле ДНК. Точность сиквенса (установления того, какая именно буква терминировала синтез в данной позиции) определяется соотношением высот пиков соответствующих разным буквам в одной и той же позиции секвенируемого фрагмента. Между двумя пиками разных цветов в одной позиции было заданное дискриминирующее значение. Техника отрабатывалась так, что буква считалась достоверно установленной для данной позиции, если основной пик в этой позиции был выше других в заданное количество раз.

Бактерия H.influenzae была первым свободно живущим организмом, геном которого был полностью секвенирован. Поскольку геном бактерии маленький, около тысячи нуклеотидов, и повторов нем мало (да и короткие они), то предварительное картирование клонированных фрагментов ДНК не понадобилось – эти фрагменты сразу сиквенировались.

Такая работа была проведена в институте генетических исследований ТIGR под началом Крега Вентера. Вентер затем организовал фирму Селера, секвенировавшую геном человека, где он применил ту же схему секвенирования что и для бактерии. Причем деньги он взял у частных фирм, так как государство не верило, что у него что-нибудь получится.

Мировое сообщество предварительно использовало генетическую и физическую карты, относительно которой была выстроена последовательность перекрывающихся фрагментов клонированной ДНК (контиг), предназначенной для секвенирования. То есть сиквенс генома человека был собран из фрагментов правило благодаря использованию упорядоченного набора клонов и установлению последовательности нуклеотидов картированных клонов.

Вентер же, в отличие от мирового сообщества, использовал случайный набор клонов и попытался восстановить полную последовательность нуклеотидов прямо из сравнения сиквенсов всей кучи фрагментов. На бактерии у него это удалось, но на человеке это сработало лишь потому, что он использовал публично доступные данные от мирового сообщества о том, какие молекулы где расположены в геноме человека.

Вентер опубликовал свою работу на месяц раньше, чем мировое сообщество, потому что он ничего не картировал, а использовал секвенирование совсем коротких рекомбинантных молекул. Общую длина секвенированных фрагментов ДНК была у Вентера в пять раз больше, чем сделало все мировое сообщество. Используя данные мирового сообщества о картированных фрагментах, Вентер смог восстановить в единую последовательность нуклеотидов все то, что он насеквенировал. Если бы данных мирового сообщества не было бы, то вся его работа была представлена короткими отрезками, которые бы разветвлялись, из-за того, что в геноме находятся повторы.

В результате проделанной работы вышло две статьи: статья Вентера в журнале Science и статья Лэндера – лидера мирового сообщества — в журнале Nature.

Проект генома человека начат в 1990 г. Первая (черновая) версия последовательности нуклеотидов была закончена в 2000г. Конечная версия, которая больше не будет совершенствоваться (названная Build35) — закончена в 2004 г.

Последняя версия последовательности содержит 2,85 миллиардов пар нуклеотидов с 341 брешью, то есть в этих местах по каким-то причинам секвенировать геномную ДНК не удалось. Сиквенс покрывает около 99% той части генома человека, которая представлены в некомпактизированной форме – эухроматине. Аккуратность сиквенса в конечной версии – 1 ошибка на 100 тысяч позиций подряд. Еще точнее секвенировать весь геном уже никто не будет. Напомню, что папин геном отличается у вас от маминого генома примерно в 1 позиции на тысячу.

Предсказанное число генов у человека теперь 20-25 тысяч, что немного меньше, чем предсказывалось раньше.

Кроме данных о последовательности нуклеотидов геномной ДНК человека (референтная последовательность) созданы также базы данных:

1) о последовательности нуклеотидов транскрибируемых участков ДНК (EST database, EST = Expressed Sequence Tags), которая характеризует не геномную ДНК, а то, транскрибировалось с ДНК.

2) о положении и содержании отличий (полиморфизмов, то есть нуклеотидных замен) других известных последовательностей ДНК человека от референтной последовательности (SNP database, SNP = Single Nucleotide Polymorphism)

Лекция №20. Геномика (часть 2)

Геномика – недавно возникшее направление науки, объектом изучения которой являются геномы всех организмов, не только человека. Одно из направлений геномики — воссоздание суммарной карты метаболических путей живого, состоящей из частных метаболических карт, характерных для каждого организма.

Выявление в разных геномах определенных наборов генов метаболических функций позволяет предположить, функциональную связь генов этого набора в едином участке метаболической цепи. В частности, один из подходов такой. Исследуют ряд видов (рисунок ниже), к примеру, бактерий. У первых трех видов есть гены для белков 1, 3 и 6. Остальные белки у некоторых есть, а у некоторых нет. Этот набор генов (1, 3 и 6) отсутствует у четвертого вида. Такого рода присутствие-отсутствие цельного набора генов позволяет сделать предположение о том, что кодируемые ими белки каким-то образом связаны в метаболическом цикле. Гены такого набора необязательно располагаются рядом в геноме.

Еще один критерий функциональной связи между генами, особо хорошо работающий на бактериях, основан на сохранении соседства одних и тех же (по сиквенсу) генов у разных видов бактерий. У бактерий нередко бывает, что группа генов, расположенных вместе, отвечает за группу последовательных этапов метаболизма. Такая группа генов регулируется на уровне транскрипции единым образом и называется оперон (единица операции). Часто последовательность расположения генов в опероне совпадает с последовательностью метаболических этапов. Для эукариот соседнее расположение функционально связанных генов не типично, но, хоть такие гены и разбросаны у них по геному, скоординированная регуляция транскрипции есть и эукариот.

На данный момент просеквенировано несколько сотен геномов бактерий и геномы нескольких эукариот. Теперь мы знаем, что у бактерий размеры генома не бывают меньше 0,5 миллионов пар нуклеотидов, а максимальный размер генома около 10 миллионов п.н., у дрожжей (эукариотический организм)– порядка 12 миллионов, у червя нематоды – 97 млн., а у человека – 3 миллиарда пар нуклеотидов. А число генов у про- и эукариот различается уже в меньшее число раз. Минимальное количество генов у бактерии микоплазмы – 470 штук, у дрожжей – 6000, у нематоды – 19000, а у человека около 20000, то есть от нематоды и мухи по количеству генов мы не сильно отличаемся. Количество хромосомной ДНК, приходящейся на один ген у бактерий -1000 п.н. то есть гены упакованы очень плотно; у дрожжей – 2000 п.н., и кое-где гены разделены некоторым пространством; у нематоды – 5000 п.н. на ген и появляются пространства внутри генов – интроны; у человека – 30000 п.н. У нас в геноме большие межгенные пространства и большие пространства внутри генов, которые не переходят в зрелую РНК.

Заметим, все эти организмы по размерам зрелых транскриптов не сильно отличаются. В зрелой РНК белок-кодирующий участок занимает обычно основную часть последовательности. Часть генов кодируют РНК, с которой белок вообще не синтезируется. Перед белок-кодирующей последовательностью в зрелой мРНК расположены участки регуляции трансляции, а после белок кодирующей последовательности – участки определяющие стабильность (время жизни РНК). У прокариот последовательности перед и после белок-кодирующей части гораздо короче, чем у эукариот. Так что по размерам РНК все организмы ближе, чем по размерам генов, а по размерам белков – еще ближе.

Экспериментально проводили «выключение» каждого гена у многих бактерий, и смотрели, выживут они в данных условиях или нет. Оказалось, что у бактерий можно «выключить» (поочередно) около 50% генов, и они все равно будут жить. У дрожжей можно выключить 80% генов и они все равно будут жить.

Как это было экспериментально показано? В геном клетки вставляют репортерный фрагмент ДНК, который позволяет замерить скорость транскрипции и трансляции в точке вставки фрагмента. Известно поэтому, что и траснкрипция и трансляция репортерного гена через данную точку в данных условиях происходит с регуляторных элементов гена, разорванного вставкой репортера, хотя разорванный ген сам не функционален. Таким образом 80% генов дрожжей по одному «убивали» и видели, что клетка дрожжей все равно живет.

У нематоды на 20 000 генов получено несколько десятков тысяч мутаций, которые, по-видимому, поражают около 2 000 генов (так называемых групп комплементации). Это около 10% всех генов нематоды. То есть если «выключить» около 90% генов, клетка будет продолжать жить. У человека из 20 000 генов только в 1700 (меньше 10%) известны мутации, которые связаны с болезнями, наследуемыми по Менделю как моногенный признак.

В связи с этим понятно, что количество генов, мутации в которых будут приводить заболеваниям человека (по крайней мере, к летальным), скорее всего, не увеличится значительно, по сравнению с тем, что уже известно к настоящему времени. Сейчас в интернет доступна база данных OMIM (Online Mendelian Inheritance in Man) по генам, мутации которых приводят к заболеваниям и проявляются как менделирующие признаки.

В геноме не все его участки транскрибируется. В связи с этим встал вопрос экспериментального определения, где и сколько в геноме генов. Под одним геном понимается участок ДНК, который соответствует единому транскрипту, образованному с этого участка. При транскрипции участка ДНК получается так называемыя пре-мРНК, которая содержит и экзоны (участки, переходящие затем в зрелую мРНК), и интроны (вставочные последовательности, которые удаляются из мРНК). Интроны удаляются из пре-мРНК в результате процесса, называемого сплайсингом. Остающиеся в результате участки пре-мРНК, называемые экзонами, соединяются в единую нить. Она называется зрелой мРНК. ( Некоторые из РНК не кодируют белок. Называть такие РНК матричными, т.е. мРНК терминологически не верно, хотя они соответствуют генам и имеют свои функции.)

Зрелая мРНК используется как материал для экспериментального исследования наличия гена в геноме, его положения и интрон-экзонной структуры. Инструментом для такого исследования являются биологические микрочипы.

Первый патент на микрочипы принадлежит коллективу под руководством Андрея Дарьевича Мирзабекова, который был директором Института молекулярной биологии РАН и заведующий одной из кафедр ФМБФ МФТИ. Он предложил иммобилизовать синтетические фрагменты ДНК на твердые матрицы, и проводить гибридизацию этой матрицы с исследуемым образцом нуклеиновой кислоты – ДНК или РНК.

Как исследовать, действительно ли ген существует, то есть транскрибируется ли данный участок ДНК? Для этого ген представляют в чипе частью его последовательности – олигонуклеотидом, который иммобилизован в микроплощадке с определенными координатами на этой матрице. Этот олигонуклеотид соответствует части экзона, предсказанного компьютером на основе сиквенса геномной ДНК. Чтобы выяснить, действительно геном в данном участке транскрибируется, берется клетка и из нее выделяется суммарная РНК. Из всех этих молекул РНК получают ДНК-копии, которые флуоресцентно метят и проводят гибридизацию с иммобилизованными на микрочипе олигонуклеотидами. Если в данных условиях какие-то площадки с олигонуклеотидами «молчат» (они показаны черным), то это значит, что участок геномной последовательности, комплементарной этому олигонуклеотиду, не транскрибируется. Если же площадка матрицы «светится», значит олигонуклеотиды в этой площадке прогибридизовались с флуоресцентно меченым продуктом, то есть соответствующий участок генома транскрибировался и действительно является частью какого-то гена.

В реальном эксперименте все участки на матрице в той или иной мере «светятся». Поэтому без сравнения с некоторым стандартом, нельзя сказать с чем связано появление сигнала в данной площадке чипа. Чтобы определить, является ли полученный результат ошибкой эксперимента или нет, проводится сравнение двух объектов. Для этого берутся некие клетки А, из них получают РНК, и их флуоресцентно метят (на слайде — красным). То же проводят и с клетками В, но метят РНК другим цветом (зеленым). Затем проводят гибридизацию чипа со смесью этих двух препаратов РНК. Если сигнал в данной площадке на чипе получается красным, значит в клетках А транскрипция данного гена сильнее, чем в клетках В. Если сигнал зеленый, то транскрипция сильнее в клетках В. Если красного и зеленого поровну, то получится желтый цвет. Таким образом, возникает возможность сравнивать уровень траснкрипции данного гена в разных клетках — B, C, D и т.д., нормируя его на уровень транскрипции этого гена в клетках А. При этом сравнивают транскрипцию гена в разных тканях, в них гены экспрессируются по-разному. Можно сравнивать опухоль и норму, тогда выявляют те гены, которые специфически более сильно транскрибируются в опухоли или в норме. Можно посмотреть разные стадии развития, как работают гены в зародышевом развитии и во взрослом состоянии. Таким образом, гибридизация на микрочипах позволяет узнать, какие гены в геноме в данных условиях транскрибируются, а именно этим он и проявляет свою жизнь.

Гибридизация на микрочипах позволяет проверить компьютерное предсказание о том, что данный фрагмент генома – экзон, (участок, остающийся в зрелой мРНК) и он действительно транскрибируется. Каждый ген не обязан экспрессироваться во всех тканях и в каждых данных условиях. Поэтому нужно исследовать много условий и тканей, чтобы выявить все участки генома, соответствующие экзонам. На слайде каждая гибридизация на данном чипе соответствует какому-то одному типу ткани или условиям ее функционирования. Красным указано количество экзонов в каждой из хромосом, существование которых экспериментально подтверждено. На каждом чипе 1 090 408 площадок с пробами-олигонуклеотидами, соответствующими каждому из 442 785 экзонов человека, предсказанных компьютером. Олигонуклеотиды в площадках соответствуют как транскрибируемой нити ДНК, так комплементарной нити. В геноме человека транскрипция комплементарных нитей ДНК, характерна для небольшой части генов. Такие гены перекрываются и, возможно, взаимно регулируются на уровне транскрипции. У бактерий перекрывание генов гораздо более частое явление, чем у эукариот.

Котранскрибируемые экзоны (границы гена) выявляются экспериментально на чипе. Соседние площадки содержат олигонуклеотиды, соответствующие экзонам, соседним в геноме. Граница выглядит как переход от блока площадок одного цвета (красного, олигонуклеотиды принадлежащие котранскрибируемым экзонам) к другому (зеленому). Полный список данных по экспериментальному подтверждению существования всех предсказанных компьютером экзонов пока не существует.

Микрочипы могут быть использованы для исследования изменений уровня транскрипции генов, связанной с возникновением или прогрессией заболевания, (например, опухолевого или инфекционного). Предполагается, что каждая болезнь, характеризуется своим штрих-кодом — изменением уровня транскрипции набора генов характерного именно для данной болезни. Этот анализ является очень важным для усовершенствования функциональной диагностики в медицине.

Провели такой опыт. Взяли образцы РНК из опухолей у двух групп больных. В одной группе метастазы были, а в другой – нет. Метастазы – это возникновение новых очагов опухоли в организме, пространственно отделенных от исходного очага. На данном чипе довольно резко проходит граница между группами зеленых и красных площадок. То есть видны гены, изменение уровня экспрессии которых характерно для стадии метастазирования опухоли, что можно использовать для диагностики этой стадии. Пока этот метод диагностики недоработан. Предполагается, что в будущем по штрих-коду изменения экспрессии в определенном наборе генов можно будет диагностировать конкретные заболевания и стадии их развития, а следовательно и знать, как лечить.

Сделаем небольшое отступление. На прошлых лекциях было рассказано про генетические карты. Такие карты были построены для многих видов. На видах с подробными генетическими картами проводится экспериментальный поиск мутаций связанных с регистрируемыми морфологическими изменениями. На слайде показана схема такой работы на рыбах. Вначале проводят мутагенез. После этого получают гибриды первого поколения. Их используют для возвратных скрещиваний с мутагенизированными родителями. Если оказывается, что какой-то признак выявляется, то смотрят, с какими генетическими маркерами он сонаследуется. Таким образом исследуется, какие гены повреждены мутациями, выявляемыми фенотипически.

Обобщая вышесказанное, гены (мутации), определяющие морфологические или биохимические признаки, могут быть идентифицированы после общегеномного мутагенеза (например, EMS) и генетического скрининга. Для этого проводят анализ сонаследования исследуемого аллеля с полиморфными маркерами ДНК, перекрывающими весь геном в известной последовательности, и расстояние между которыми достаточно мало, чтобы отнести исследуемый аллель к одному из интервалов генетической карты.

На этом слайде показано, что существуют бактерии, у которых количество генов может быть больше, чем например у дрожжей. Мы привыкли считать, что бактерии устроены проще, но это не всегда так. Существуют бактерии, у которых генов порядка 10 тысяч.

Даже для прекрасно изученного организма – кишечной палочки, не понятны функции около трети из 4289 ее генов. Известна и последовательность нуклеотидов в этих генах, и как они транскрибируются и т.д., но все равно не известно, какую функцию они выполняют.

На этом слайде хотелось бы обратить ваше внимание на то, что хотя число генов разнится у разных видов, но число так называемых белковых доменов (структурные единицы в белке, отвечающие за единичную функцию) отличаются в пределах разных царств живого (прокариоты и эукариоты) до полутора раз, не более. Конечно комбинации этих доменов разные, но сами домены похожи, то есть они кодируются сходными по последовательности нуклеотидов участками генома и эти сходные участки имеют общее происхождение в эволюции.

Обратно заявление будет не верно. Если функции белков сходны, это не означает, что их структура будет одинакова. Одна и та же функция, например, один и тот же каталитический процесс, может выполняться разными, не родственными по происхождению белками. Один и тот же процесс может катализироваться даже и белком и РНК (рибозим), у которых нет ничего общего в происхождении.

На данном слайде показаны средние значения характеристик различных элементов генов человека. Средний размер экзона — 145 нуклеотидов, интрона – 3365 и т.д. В общей сложности получается, что белок-кодирующая часть гена невелика по сравнению с белок-некодирующей частью, поэтому, когда происходят какие-нибудь мутации, велика вероятность, что промутирует белок-некодирующая часть. Такие мутации или вообще не скажутся на структуре белка, или приведут к изменению его количества, но не структуры (изменения регуляторных участков инициации транскрипции или стабильности РНК), или приведут к драматическим изменениям структуры РНК (мутации в мишенях для сплайсинга).

Общая структура генома такова. Напомню, что размер генома человека 3200 Mb. Гены занимают всего 1200 Мb. Основная часть этого пространства приходится на псевдогены (нефункциональные гены, инактивированные мутациями), различные фрагменты генов и интроны. А на экзоны функциональных генов (суммарная длина зрелых РНК) приходится 48 Мb. Здесь есть некоторое лукавство, так как на одну пре-мРНК в среднем приходится 1,4 зрелых РНК. А из одной зрелой мРНК в некоторых случаях может получиться до тысячи белков. Межгенная ДНК занимает 2000 Мb, она представлена главным образом короткими рассеянными по всему геному повторяющимися последовательностями, которые занимают 1400 Мb. Один из таких повторов – Alu-повтор, длиной около 300 п.н., повторен в геноме миллион раз. Другой примечательный тип рассеянных повторов – длинные концевые повторы (LTR, long terminal repeat). Эти элементы являются молекулярными свидетельствами перескока фрагмента ДНК внутри генома. Общая протяженность таких участков на молекуле ДНК– 250 Мb.

Число генов у человека оценено в 20 — 25 тысяч, (оценка 2001 г. — 35 – 40 тыс.) .

Основная часть генома человека занята не генами: 63-74% длины – межгенные пространства, половина из них – повторы. Ген человека внутри «пустой»: 95% внутригенной ДНК вырезается (интроны). Общая длина белок кодирующих областей около 1% от геномной ДНК человека. Это лишь в 3 раза больше длины генома бактерий.

От 26383 до 39114 генов человека были предсказаны компьютером (в 2001г.), но лишь менее 7000 были подтверждены на человеке. И более, чем для 80% генов, хоть в чем-то была пересмотрена структура в период с 2001 по 2003г и продолжает уточняться на микрочипах.

Сейчас предсказанное число генов у человека 20-25 тысяч и существование около 19 000 из них экспериментально подтверждено – с них образуются транскрипты.

Имеющееся на данный момент определение гена (ген – это фрагмент геномной ДНК с котранскрибируемыми субфрагментами) — не полное. Например, возможна транскрипция с двух цепей. Плохо выявляются короткие гены и белок-некодирующие гены. Их, по крайней мере, под тысячу, но точное число не известно. Такие гены – тоже гены, хоть белок они и не кодируют. Они — гены, потому что с них образуется РНК. Причем РНК некоторых белк-некодирующих генов состоит из нескольких экзонов. То есть, клетке эти РНК зачем-то нужны, но мы пока не понимаем, зачем.

www.ronl.ru

2. Виды геномики. Геномика как научная дисциплина

Геномика как научная дисциплина

Федеральное агентство по здравоохранению

и социальному развитию РФ

Гоу ВПО "Самарский Государственный

Медицинский Университет Росздрава"

Кафедра фармацевтической технологии

Реферат по биотехнологии

Геномика как научная дисциплина

Исполнитель:

студентка 6 курса группы

Руководитель:

зав. кафедрой фармацевтической технологии, доктор фармацевтических наук, профессор Первушкин С.В.

Самара 2009

Оглавление

Введение

1. Задачи и цели геномики. Взаимосвязь геномики и протеомики

2. Виды геномики

3. Секвенирование генома

4. Проект "Геном человека"

5. Генотерапия

Заключение

Список литературы

Введение

1. Задачи и цели геномики. Взаимосвязь геномики и протеомики

2. Виды геномики

Геномика дифференцируется по нескольким направлениям:

3. Секвенирование генома

www.coolreferat.com

Реферат - Геномика после 2000 г.

Н.К. Янковский

Исследования по проекту «Геном человека» начались в 1988 г. На первом его этапе были получены физические и генетические карты генома. Конечной целью структурного исследования генома на данном этапе является определение последовательности всех 3, 3 млрд пар нуклеотидов генома, содержащихся в гаплоидном наборе хромосом, и идентификация всех генов человека.

Прочтение первого миллиарда пар нуклеотидов заняло у мирового научного сообщества 4 года, следующий миллиард был прочтен за 4 месяца. В 2000 г. завершена «черновая версия» текста последовательности нуклеотидов генома человека – около 90% его длины. Для этого каждый участок генома был трехкратно секвенирован. «Чистовую версию» (с уровнем ошибок не выше 1 на 10 000 нуклеотидов) предполагается закончить к 2003 г. Однако завершение секвенирования генома человека явится не завершением исследования генома, а «концом начала» геномных исследований.

В настоящее время все большее внимание уделяется популяционным и медицинским аспектам исследования генома, его вариабельности, экспрессии генов.

На примере Великобритании, Кипра и Пакистана исследованы пути контроля генетических заболеваний в обществах с различными культурными установками. За последние двадцать лет доля детей, больных талассемией (наследственной гемолитической анемией), снизилась в некоторых из этих стран более чем в 20 раз. Основную роль в этом сыграла возможность выявления наиболее широко распространенных мутаций, вызывающих талассемию, и проведение ДНК-диагностики родителей, плода, а также новорожденных. В упомянутых странах до 80–100% семей с предрасположенностью к талассемии охвачены дородовой диагностикой. Это позволяет прервать беременность либо вовремя начать необходимое лечение ребенка. Проведение такой работы в отношении других заболеваний будет одним из основных социальных последствий медико-генетических исследований, поскольку по данным Б.Моделл (Лондонский университетский колледж) 30% новорожденных детей на Земле появляется в популяциях, для которых характерны близкородственные браки, а 8% браков заключается между кровными родственниками.

Интересны в этой связи медико-генетические исследования, проводимые в Исландии. В этой стране в течение многих веков документировались брачные отношения всех жителей острова (270 тыс. ныне живущих исландцев и 330 тыс. их предков). Поэтому родословная каждой семьи может быть восстановлена на глубину десятков поколений. Популяция генетически гомогенная, и многие признаки прослеживаются от основателя рода. В Исландии создана база данных, в которой под кодовыми номерами хранится информация о состоянии здоровья нации, о типичных генетических признаках, в том числе связанных с наиболее распространенными для значительной части населения заболеваниями.

Такая информация – уникальная основа для выявления и клонирования генов всех тех болезней, которые встречаются у населения. Кроме того, Исландия является полигоном для выработки правил и законов, регулирующих этические и правовые аспекты получения, распространения и использования генетических данных. Пользу от тотальной ДНК-диагностики получают, с одной стороны, индивид, семья и общество (через бесплатное тестирование и медико-генетическое консультирование). С другой стороны, это выгодно науке, поскольку на исследования в этой области выделяются значительные средства, в том числе частными фирмами, заинтересованными в создании ДНК-диагностикумов и соответствующих лекарств.

Геномика находит практическое применение и в других странах. Так, в Финляндии созданы биочипы для определения различий в последовательности нуклеотидов в генах, отвечающих за наиболее распространенные в этой стране наследственные болезни. Стоимость анализа на основе минисеквенирования составляет всего 0, 5$. Аналогичная работа в ближайшее время завершится в Эстонии, также на основе биочипов, созданных в этой стране. На научную и коммерческую сцену выходит новое направление в создании чипов. Это так называемые микрофлюидные чипы, или, иначе, «лаборатория в чипе», которые могут помещаться на ладони. Такие чипы совмещают в себе комплекс традиционных приборов, которые в обычном исполнении могут занимать целую комнату. Наиболее значительным достижением в этом направлении является создание системы, тестирующей наличие биологического оружия в полевых условиях за 30 мин.

В области медицинской геномики наблюдается переход от изучения генов, определяющих главным образом моногенные заболевания человека, к генам, которые определяют устойчивость к воздействиям среды или мультигенные заболевания.

Значительных успехов удалось достигнуть в изучении экспрессии генов – синтеза закодированных в них белков. Ведутся работы по характеристике экспрессии генов в различных тканях, созданию ДНК-библиотек. Группа японских исследователей завершает характеристику ДНК-библиотек для 300 типов тканей человека, т.е. практически всех имеющихся типов тканей.

Наиболее ярко демонстрирует экспрессию генов компьютерная трехмерная реконструкция серийных срезов эмбриона мыши, проведенная Д.Дэвидсоном (http://genex.hgu.mrc.ac.uk). Метод позволил скомбинировать анатомические, гистологические данные и данные по тканеспецифичной экспресии генов на каждом этапе эмбрионального развития мыши. Каждый сегмент или вид ткани может быть показан в любой ориентации, представлен изолированно или в комбинации с другими тканями или органами, любая часть изображения может быть сделана прозрачной и т.д. Возможно рассмотрение эмбриона в любой точке и получение срезов в любых направлениях. Выделив какую-либо точку изображения, можно получить описание соответствующего участка – списки экспрессирующихся генов, литературные ссылки и другую информацию.

Предполагается, что в этой базе данных будут представлены все стадии эмбриогенеза мыши от оплодотворения до рождения, что позволит проследить на трехмерной модели динамические изменения морфогенеза, экспрессии генов и т.д. Это совершенно новый этап сопоставления, обобщения и представления данных как в геномике, так и в эмбриологии.

Комбинация транскрипции и трансляции дает огромное разнообразие продуктов, которые мы не можем вывести из известной нам структуры генома. Но структура ДНК, конечно, нужна как единственная надежная основа для осмысления данных, получаемых в научных направлениях, рожденных геномикой. Это транскриптомика, изучающая РНК, протеомика, исследующая белки, метаболомика, изучающая продукты, синтезированные с помощью белков-ферментов, сравнительная геномика.

Разрабатываемые в России программы распознавания генов вполне конкурентоспособны, а имеющиеся заделы позволяют надеяться на дальнейшее продвижение. Однако то, что в России не проводятся работы по массовому секвенированию и анализу экспрессии генов, практически закрывает ряд областей, требующих быстрого и непосредственного доступа к данным и возможность влиять на постановку эксперимента. Взаимодействие биоинформатиков и экспериментаторов особо эффективным могло бы быть в области сравнительной геномики и анализа регуляции экспрессии генов. При этом экспериментальные усилия могут быть существенно сокращены при проведении предварительного компьютерного анализа последовательности изучаемого гена и его ортологов в других геномах.

Френсис Коллинз, руководитель программы «Геном человека» в США, директор Национального института исследований генома человека (National Human Genome Research Institute), дает такой прогноз результатов геномных исследований до 2040 г.

2010 г .

Генетическое тестирование, профилактические меры, снижающие риск заболеваний, и генная терапия до 25 наследственных заболеваний.

Медсестры начинают выполнять медико-генетические процедуры.

Широкодоступна предимплантационная диагностика.

В США приняты законы для предотвращения генетической дискриминации и соблюдения конфиденциальности

Не всем доступны практические приложения геномики, особенно в развивающихся странах.

2020 г .

На рынке появляются лекарства от сахарного диабета, гипертонии и других заболеваний, разработанные на основе геномной информации.

Терапия онкологических заболеваний, прицельно направленная на свойства раковых клеток.

Фармакогеномика становится общепринятым подходом для создания многих лекарств.

Изменение способа диагностики психических заболеваний, появление новых способов их лечения, изменение отношения общества к таким заболеваниям.

Демонстрация безопасности генной терапии на уровне зародышевых клеток при помощи технологии гомологичной рекомбинации.

2030 г .

Определение последовательности нуклеотидов всего генома отдельного индивида станет обычной процедурой.

Каталогизированы гены, участвующие в процессе старения.

Проводятся клинические испытания по увеличению максимальной продолжительности жизни человека.

Лабораторные эксперименты на человеческих клетках заменены экспериментами на компьютерных моделях.

Активизируются массовые движения противников передовых технологий в США и других странах.

2040 г .

Все общепринятые меры здравоохранения основаны на геномике.

Определяется предрасположенность к большинству заболеваний (при или до рождения).

Доступна эффективная профилактическая медицина с учетом особенностей индивида.

Болезни определяются на ранних стадиях путем молекулярного мониторинга.

Для большинства заболеваний доступна генная терапия.

Замена лекарств продуктами генов, вырабатываемых организмом при ответе на терапию.

Средняя продолжительность жизни достигнет 90 лет.

Серьезные дебаты о возможности для человека контролировать свою собственную эволюцию.

www.ronl.ru

Реферат: Геномика как научная дисциплина

Федеральное агентство по здравоохранению

и социальному развитию РФ

Гоу ВПО "Самарский Государственный

Медицинский Университет Росздрава"

Кафедра фармацевтической технологии

Реферат по биотехнологии

Геномика как научная дисциплина

Исполнитель:

студентка 6 курса группы

Руководитель:

зав. кафедрой фармацевтической технологии, доктор фармацевтических наук, профессор Первушкин С.В.

Самара 2009

Оглавление

Введение

1. Задачи и цели геномики. Взаимосвязь геномики и протеомики

2. Виды геномики

3. Секвенирование генома

4. Проект "Геном человека"

5. Генотерапия

Заключение

Список литературы

1. Задачи и цели геномики. Взаимосвязь геномики и протеомики

Геномика дифференцируется по нескольким направлениям:

Примерами таких модельных микроорганизмов могут служить Escherichiacoli (у прокариот) и Sacsharomycescerevisiae (у эукариот). Сопоставление гена у изучаемого организма с близким по степени гомологии геном у модельного организма позволяет предположить функции гена. Отсутствие гомологии указывает на необходимость специального изучения функций нового гена.

Традиционно первичный отбор последних проводится путем испытания их действия на рост тест-культуры микроорганизма. Высокоактивные, подавляющие рост (природные или синтетические) вещества, отобранные на этом этапе, проходят дальнейшие испытания, в частности определяется антимикробный спектр их действия и активность в опытах invivoна лабораторных животных, а также токсичность как для макроорганизма в целом, так и для его отдельных органов и тканей.

•бесклеточная система, где наработанная матрица служит для получения информационной РНК, специфичной для гена;

•бесклеточная рибосомная система, где эта информационная РНК служит для наработки белкового продукта, кодируемого данным геном.

Полное секвенирование генома в сочетании с применением методов генетической инженерии вносит свой вклад в фармацию еще в одном отношении. У патогенных микроорганизмов открыты гены, "существенные" для протекания инфекционного процесса, но "несущественные" при росте invitro— на искусственных питательных средах. В последнем случае они ускользают от внимания исследователя, не поддаются идентификации и не могут быть использованы как таргеты при поиске лекарств. Скрытые или по образному выражению "молчащие" invitroгены патогенных микроорганизмов получили название ivi генов (генов вирулентности), несмотря на то, что в их число входят не только гены, кодирующие образование токсинов, адгезинов и других факторов вирулентности. К ним относят также гены ферментов и транспортных белков, позволяющих патогенной микробной клетке жить и размножаться в тканях макроорганизма в условиях дефицита некоторых органических веществ и неорганических ионов.

Современная генотерапия направлена только на соматические, а не на половые (зародышевые) клетки.

Генотерапия ех vivo(вне организма) означает, что нормальная копия гена вводится в соматические клетки, предварительно извлеченные из организма пациента. Исправленные клетки наращиваются и вводятся пациенту трансфузией или трансплантацией. При этом рекомендуется использовать клетки именно от этого больного и их "исправленное" потомство возвращать ему же, что снимает проблему отторжения клеток за счет врожденного иммунитета. Тем не менее использование только аутологичных клеток сужает возможность генотерапии, поэтому разработаны разные методы защиты от иммунного ответа и неаутологачных клеток, которые включают, в частности, применение иммуносупрессоров.

При генотерапии invivoдоставка нормального гена осуществляется непосредственно в ткани человека (в клетки определенных тканей). При этом промотор гена должен быть трансспецифичен.

1. ru.wikipedia.org/wiki/

2. www.biotechprogress.ru

3. www.liv.ac.uk/~sd21/tisscult/what.htm

4. www.old.pharmvestnik.ru/cgi-bin/statya.pl?sid=1280

5. www.oxbow.ru/?page_id=213

6. Елинов Н.П. Основы биотехнологии / Н.П. Елинов. – СПб.: Наука, 1995. – 600 с.

7. Молекулярные и клеточные аспекты биотехнологии / под ред. С.Г. Инге-Вечтомова. – Л.: Наука, 1986. – 143 с.

8. Северин С.Е. Биохимия и медицина – новые подходы и достижения / С.Е. Северин. – М.: Русский врач, 1998. – 94 с.

superbotanik.net

Смотрите также

..:::Новинки:::..

Windows Commander 5.11 Свежая версия.

Новая версия
IrfanView 3.75 (рус)

Обновление текстового редактора TextEd, уже 1.75a

System mechanic 3.7f
Новая версия

Обновление плагинов для WC, смотрим :-)

Весь Winamp
Посетите новый сайт.

WinRaR 3.00
Релиз уже здесь

PowerDesk 4.0 free
Просто - напросто сильный upgrade проводника.

..:::Счетчики:::..

Реферат: Геномика как научная дисциплина:. Реферат геномика

Реферат Геномика

План:

Введение

1. История

2. Разделы геномики

2.1. Структурная геномика

2.2. Функциональная геномика

2.3. Сравнительная геномика

3. Примеры применения геномики в медицине

Примечания

Реферат на тему Геномика как научная дисциплина

Реферат - Лекция №19. Геномика

2. Виды геномики. Геномика как научная дисциплина

Похожие главы из других работ:

1.4 Виды

6.2 Виды

ВИДЫ ГМО

1. Задачи и цели геномики. Взаимосвязь геномики и протеомики

1. Задачи и цели геномики. Взаимосвязь геномики и протеомики

2. Виды геномики

2. Виды хомяков

2.2 Виды слепней

Виды Лилий

Виды змей

Виды памяти

4. Виды рецепторов

2.2 Виды ржавчины на ржи

Виды

2. Виды клещей

Геномика как научная дисциплина

Реферат - Геномика после 2000 г.

Реферат: Геномика как научная дисциплина

Смотрите также