Презентация на тему "Геном человека"

Содержание

• 
  Слайд 1

  Геном человека

  План лекции:

  1. геном и генотип – сравнительная характеристика; кариотип;
  2. геномный уровень организации генетического аппарата – специфический вклад в явления наследственности и биологической изменчивости;
  3. геном человека – общая характеристика;
  4. иcторические периоды геномики и постгеномный, новые приоритеты;
  5. геномные мутации;
  6. геном и здоровье человека;
• 
  Слайд 2

  Геном и генотип: сравнительная характеристика

  • Термин “геном” предложен Г.Винклером в 1920 г. Для обозначения совокупности генов (нуклеотидных последовательностей днк)в гаплоидном наборе хромосом организмов данного биологического вида – геномы человека, шимпанзе, малярийного плазмодия …;
  • Термин “генотип” предложен В.Иогансеном в 1909 г. для обозначения совокупности генов (фактически, аллелей) в диплоидном наборе хромосом организмов данного биологического вида – генотипы Иванова, Петрова, Сидорова;
  • Из определений следует, что геном является видовой характеристикой (особи одного вида имеют совокупность одних и тех же генов), генотип – индивидуальной (отдельные особи одного вида, имея идентичный набор генов, могут различаться по их аллельным вариантам);
  • Понятие “геном” – совокупность сбалансированных по базовой биоинформации генов, определяющих во взаимодействии видов специфичные типы обмена веществ и онтогенеза; генотип – определяет индивидуальное (внутривидовое) разнообразие особей по содержанию и дозам отдельных “квантов” биоинформации, инструмент создания резерва наследственной изменчивости, что определяет эволюционную и экологическую пластичность вида;
  • Понятие “кариотип” отражает способ структурного оформления геномов и генотипов уэукариот;
• 
  Слайд 3

  Вклад в явление наследственности

  Вклад геномного уровня в явления наследственности и биологической изменчивости.

  • Геном – неслучайная, эволюционно сложившаяся совокупность взаимодействующих генов (нуклеотидных последовательностей ДНК); в силу этого геном обеспечивает биоинформационно видоспецифичный тип онтогенеза, видоспецифичный тип обмена веществ и видоспецифичный тип поведения;
  • видоспецифичная структура генома обусловливает закономерное взаимодействие неаллельных генов (нуклеотидных последовательностей ДНК)и во взаимодействии с эпигенитическими факторами требуемую по биоинформационному наполнению, времени, типу клеток и функциональным запросам активацию-инактивацию генов (нуклеотидных последовательностей ДНК).
• 
  Слайд 4

  Вклад в явление биологической изменчивости

  • Роль в эволюции геномных и хромосомных мутаций; ближайшие эволюционные родственники человек и шимпанзе имеют 99% общих структурных генов (тем не менее, у людей – положительный отбор по генам защиты от t всималярии, инактивированы гены кератина волос и гидроксилазы смh-n-ацетилнейраминовой кислоты – делеция 92п.н. В связи с инсерцией аluэлемента), однако фенотипические различия огромны; сравнительный анализ кариотипов названных представителей отряда приматов говорит о наличии достаточных различий:  людей 23 пары хромосом, у шимпанзе – 24 (2-аяхромосома человека – две слившиеся хромосомы обезьяны, 12 и13), 13 пар хромосом полностью идентичны, тогда как хромосомы 5 пары и еще 8-ми пар различаются инвертированными перицентрическими участками, 9 хромосома человека крупнее, а12 короче; есть различия в структуре геномов – у человека больше alu-повторов, нуклеотидные последовательности околоцентромерной днкразличны, наибольшие различия в нуклеотидных последовательностях – хромосомау, наименьшие – хромосома х; можно заключить, что основу дивергенции сравниваемых видов от общего предка составляют изменения кариотипа и системы генома;
  • роль изменений системы генома в эволюции на основе механизма горизонтального переноса генов(нуклеотидных последовательностей ДНК).
• 
  Слайд 5

  Проект “геном человека”: основные цели

  • Создание точной генетической карты генома человека; задача решается благодаря наличию в геноме полиморфизмов (мини- и микросателлитного, однонуклеотидного);
  • создание точной физической карты генома человека: задача решается благодаря найденному методическому подходу (в частности, построение контиг) и пцр; определение последовательности нуклеотидных пар
  • (сиквенс) в геноме человека;к началу 2001 г. Был осуществлен “черновой” вариант сиквенса,так как в ДНК оставались участки, в которых нуклеотидные последовательности небыли определены; к названной дате было секвенировано и собрано в протяженные отрезки 95% эухроматиновых участков генома человека;
• 
  Слайд 6

  Геном человека: общая характеристика

  Представлен порядка 3,2 млн. Пар нуклеотидов(7,1х109 пг ДНК); кодирует аминокислотные последовательности полипептидов – 1,1-1,4%; соответствует порядка31 000 генов, из которых идентифицировано примерно20 тыс. генов,включая740 транскрибируемых (РНК), но не транслируемых генов; всего транскрибируется в РНК –28% ДНК; альтернативный сплайсинг –2,4% генов (из секвенированных 10 742), кодирующих полипептиды; таких генов может быть не менее 60%; однокопийные (менее10 копий) последовательности (без кодирующих полипептиды) – 73%;25% днк – повторяющиеся последовательности (сотни, тысячи, млн. Повторов); диспергированные (разбросаны по геному) и сателлитные (10%, тандемные повторы);среди диспергированных – длинные (line, до7 000 п.н.) И короткие (sine, до90-500п.н.); среди sine –alu повторы (300-500тыс. На геном, способны к самокопированию и встраиванию в любой части генома с нарушением функции генов – эндогенный мутаген); в категории сателлитной ДНК – полиморфные по числу повторов мини (20-70 п.н.) И микросателлиты (2-4п.н.): инструмент картирования генов, маркеры положения генов наследственных и мультифакториальных болезней; однонуклеотидный полиморфизм (1,42 млн. На геном, инструмент картирования, выявление аллелей мультифакториальных болезней).

• 
  Слайд 7
  

  Геном человека: функциональные категории идентифицированных генов (соотношение в %)

  Гены репликации, экспрессии и сохранения целостности генома – 23,2%; гены сигнальных систем (клеточного общения, внутриклеточных сигналлингов) – 21,1%; гены общеклеточных биохимических функций – 17,5%; гены других форм биологической активности (кодируют, среди прочих, белки фолдинга, транспортные, структурные, иммунопротеины) – 38,2%; в каталог не вошло примерно 13 000 генов с неизвестной функцией; в13 генных семействах (внутриклеточные процессы, метаболизм, репликация-модификация ДНК, транскрипция - трансляция, внутриклеточный сигналлинг, межклеточные взаимодействия, фолдинг-деградация белков, транспортные-структурные-цитоскелетные- защитные и иммунные, разносторонне функциональные белки) , кроме второго, число генов у человека больше, чем у дрожжей, дрозофилы, круглого червя с. Еlegans и растения arabidopsis thaliana.

• 
  Слайд 8
  

  Число генов, контролирующих синтез белковых доменов, выполняющих важные функции, в геномах человека, плодовой мухи и круглого червя с. еlegans

• 
  Слайд 9
  

  Геномы человека и других видов животных (сравнительно-эволюционный аспект)

  • В геноме человека есть гены:
  • общие для про- и эукариот –21%;
  • общие для животных и др. Эукариот–32%;
  • общие для позвоночных и др. Животных –24%;
  • общие для позвоночных – 22%;
  • общие для приматов – 90-99%;

  В геноме человека есть ДНК от:

  • ретротранспозонов (рнк вирусов) –8%;
  • ДНК транспозонов (бактериальных) –3%; 
  • еще 220 генов от бактерий-симбионтов, включая ген Мао;
  • гипотеза – эти гены интродуцированы в геном гоминида пришельцами из космоса для превращения в рабочую силу; от человека – гены достались бактериям-симбионтам;
• 
  Слайд 10
  

  Геномы человека и других видов живых существ: сравнительно-эволюционный аспект(продолжение 1)

• 
  Слайд 11
  

  Геномы других видов живых существ:возбудители инфекционных и паразитарных заболеваний и их переносчики

  Решаемые биомедицинские задачи:

  • Поиск в геномах возбудителей и переносчиков мишеней для специфических, действующих избирательно лекарственных средств (plasmodium falciparum, возбудитель тропической малярии в регионах Африки к югу от Сахары, ежегодно более 2,5 млн. Смертей – в геноме меньше генов различных ферментов и мембранных переносчиков, больше – связанных с избеганием действия организма хозяина; переносчик anopheles gambie -после того, как самка напитается кровью растет активность генов синтеза липидов, лизосомных ферментов, меланизации яйцеклеток и падает активность генов синтеза цитоскелетных и связанных со зрением белков, ферментов гликолиза: разработана стратегия борьбы с названным паразитарным заболеванием);
• 
  Слайд 12

  Постгеномный исторический период

• 
  Слайд 13

  Основные цели на постгеномный период

  • Продолжение работы по секвенированию геномов представителей возможно большего числа видов живых существ – сравнительно-эволюционная геномика;геномика возбудителей и переносчиков инфекционных и паразитарных болезней - экопрофилактика; выяснение принципов функционирования генома – функциональная геномика;
  • Геномика здоровья и нездоровья людей как основа предиктивной медицины;
  • Данные геномики как основа разработки новых лекарственных средств;генетические предпосылки и механизмы реализации индивидуальной реакции на лекарственные средства – персонификация медицины; генетические предпосылки и механизмы реализации поведенческих реакций;
  • Данные геномики как основа понимания рассовых, этнических, межпопуляционных различий в особенностях патологии, реакции на патогены и лекарственные препараты;
  • Данные геномики как основа общественного обустройства.
• 
  Слайд 14

  Геномные мутации

• 
  Слайд 15

  Геном и здоровье людей

  • Нулисомия, моносомии по аутосомам у людей не совместимы с жизнью; описаны жизнеспособные организмы-мозаики;
  • полисомии по половым хромосомам – гетерогенность симптоматики, возможны незначительные отклонения;
  • поли(три)сомии по аутосомам: болезнь дауна -треть погибает внутриутробно, типичная симптоматика, нарушения со стороны системы иммунитета, снижена продолжительность жизни, смерть от инфекций; синдромы при трисомиях 13, 18 и др. – полулетальные мутации с разнообразной симптоматикой;
  • см. Также генные мутации: микроделеции, микродупликации, инсерции, в частности, alu элементов;