Большинство генетических заболеваний и их генез можно предсказать с помощью расшифровки нуклеотидной последовательности ДНК, используя метод секвенирования. Для того чтобы понять суть процесса секвенирования необходимо знать и понимать полную картину о гене и о геноме человека.
Геном человека состоит из 23 пар хромосом, которые содержатся в ядре, а также митохондриальной ДНК. 44 аутосомные хромосомы, две половые хромосомы Х и Y, митохондриальная ДНК человека содержат вместе примерно 3 миллиарда пар оснований. Изучение генома позволило выделить свойства генома:
– Видоспецифичность (особенности последовательности нуклеотидов в ДНК у каждого вида организма).
– Дискретность (осуществляется за счет деления на функциональные блоки – наличие промотора, структурных генов, терминатора).
– Избыточность (достигается за счет: наличия интронов; умеренно- повтоторяющихся генов; многократно-повторяющихся генов (тандемов); диплоидности ДНК.
– Мобильность. Осуществляется за счет наличия мобильных генетических элементов – транспозонов (перенос информации осуществляется внутри одного генома, вертикальный, из поколения в поколение при участии фермента транспозазы) и ретротранспозонов (обеспечивают передачу по горизонтали, к ним можно отнести онкогены, ретровирусы, фаги, эписомы, которые активно перемещаются и переносят участки ДНК от разных видов, от эукариот к прокариотам).
В человеческом геноме было выявлено большое количество различных последовательностей, отвечающих за регуляцию гена. Так, под регуляцией понимается контроль экспрессии гена (процесс построения матричной РНК по участку молекулы ДНК). Обычно это короткие последовательности, находящиеся либо рядом с геном, либо внутри гена.
Эволюция гоминид способствовала появлению на Земле уникального вида, обладающим абстрактным мышлением, развитой речью, стал способным осознать себя и окружающую среду, стал накапливать различные знания и использовать их для поступательного развития культуры, науки и всей земной цивилизации. Благодаря накопленным знаниям человека и его труду, он преобразовал свой быт, обеспечил себя продуктами питания, орудием труда, создал дом и семью и всесторонне развил свою цивилизацию.
Международный проект по секвенированию генома человека дал большой скачок науке в расшифровке нуклеотидной последовательности ДНК. Так, процесс сенвенирования за последние 20 лет ускорился в 99 раз и сама стоимость исследования была сокращена до 1000-1200 долларов.
За прошедшие 15 лет удалось секвенировать геном шимпанзе в 2005 году и геном неандертальца в 2010 году, в результате чего было проведено сравнение генома современного человека с его ближайшими эволюционными видами и выявлено, что оба генома отличаются лишь на 3 % по нуклеотидной последовательности, которые включают дупликации, и примерно по 34,9 млн замещений отдельных нуклеотидов.
Наиболее крупная модификация в эволюционирующем геноме человека была представлена в виде изменения числа хромосом. Так в геноме человека имеется 23 пары хромосом, нежели 24 пары у шимпанзе. Это произошло за счет слияние 2a и 2b хромосом в одну большую.
Непрерывные мутации, бифуркации, генерирования биоразнообразия и их притяжение к аттракторам, которые способны повышать уровень организации биологических систем приводят к такому понятию, как – эволюция биосферы. Это сохранение достигнутой организации и появление эволюционных новшеств и дальнейшее их сохранение.
Эволюция от приматов к человеку вело к накоплению эволюционных новшеств. Благодаря ручному труду появилось явление бипедализма, благодаря преобразованию коммуникации между племенами – появилось преобразование морфологии языка, благодаря реализации новых мыслей и решений происходило увеличение размеров мозга, благодаря бипедализму произошли позитивные изменения в морфологии тела и т.д.
Эволюция генома человека происходило в результате двух этапов: потеря генов и сохранение новых генов.
Наиболее известные гены, которые были потеряны в результате эволюции:
1. Ген KRTHAP1, который кодирует синтез белка керотина для волос. Привело к утончению всех волос на теле человека.
2. Ген МYH16 – миозиновый ген. Привело к уменьшению размера жевательной мышцы.
3. Ген CASPASE12, который кодирует синтез фермента цистейниласпаратпротеиназы. Привело к снижению летальности бактериальных инфекций.
Наиболее известные новые гены, которые были сохранены в результате эволюции:
1. Увеличения числа EGFR копий в клетках больных раком легких.
2. Выявлена ассоциация повышенного числа CCL3L1 копий с уменьшением восприимчивости к ВИЧ инфекции.
3. Ген AMY1, кодирующего фермент амилазу.
Геном человека по-прежнему остается сложным и до конца не описанным объектом исследования. На данный момент геномное секвенирование позволяет получить персонализированную медицинскую помощь, поэтому данное направление будет развиваться.
Выражаю благодарность за помощь в подготовке и проведении работы: доценту ФГБОУ ВО ОрГМУ Минздрава России, кандидату биологических наук Тихомировой Галине Михайловне.