3. Материалы для самоподготовки к освоению данной темы:

Вопросы для самоподготовки:

1. Краткая характеристика генома человека.

2. Цель проекта «Геном человека».

3. Каковы основные разделы программы?

4. Каковы основные результаты 1 этапа программы?

5. Итоги проекта «Геном человека».

6. Практическое применение результатов.

4. Вид занятия: практическое занятие

5. Продолжительность занятия: 2 часа

6. Оснащение:

6.1. Дидактический материал: видеофильмы, обучающая компьютерная программа.

6.2. ТСО компьютер, мультимедийный проектор

7. Содержание занятия:

7.1. Контроль исходного уровня знаний и умений.

Задания для самоконтроля: тесты

1. НАУКА, ЗАНИМАЮЩАЯСЯ ИЗУЧЕНИЕМ СТРУКТУРЫ И ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ ГЕНОМОВ РАЗНЫХ ВИДОВ НАЗЫВАЕТСЯ …

1. генетика

2. геномика

3. селекция

4. микробиология

2) КОГДА БЫЛО ОБЪЯВЛЕНО О СОЗДАНИИ «ЧЕРНОВОГО ВАРИАНТА» ГЕНОМА ЧЕЛОВЕКА?

1. в июне 2000

2. в апреле 2002

3. в августе 1999

4. в мае 2001

3. ЧТО ТАКОЕ СИКВЕНС?

1. расшифровка точной первичной последовательности нуклеотидов,

2. создание базы ДНК,

3. определение точного числа генов,

4. расшифровка геномов разных видов.

3. НАУКА, ЗАНИМАЮЩАЯСЯ ИССЛЕДОВАНИЕМ ДРЕВНЕЙ ДНК НАЗЫВАЕТСЯ …

1. палеогеномика

2. генетика

3. геномика

4. этногеномика

7.2. Разбор с преподавателем узловых вопросов, необходимых для освоения

темы занятия.

XXI век – эра геномики (наука, занимающаяся изучением структуры и функционирования геномов разных видов) – время когда

1) последовательность ДНК в геноме человека определена почти полностью (каталогизация генов);

2) проанализированы функции многих генов в норме и при болезнях.

Геном человека – совокупность наследственного материала, заключенного в клетке человека. Он состоит из 23 пар хромосом, находящихся в ядре, а также митохондриальной ДНК в виде 2-6 кольцевых молекул. Слово «геном» относится к общему содержанию ДНК у данного вида, включая не только гены, но и всю остальную ДНК. У человека, например, на долю кодирующих белки последовательностей приходится только 1,25% всего генома (25% занимают интроны) и 97% - некодирующая «мусорная» ДНК, остальное – межгенная ДНК – регуляторные последовательности и повторяющиеся ДНК. Гены находятся в эухроматине, повторяющиеся ДНК - в гетерохроматине.

В 1986 году Министерством энергетики США были выделены крупные средства на изучение генома человека. У истоков этих исследований стоял известный биофизик Чарльз Кантор.

Международный проект «Геном человека» стартовал в 1990 году в США. На решение международного проекта «Геном человека» были направлены усилия ученых многих стран мира (США, Великобритании, Франции, Германии, Японии и Китая), работающих в области геномики.

Целью этого проекта является определение полной нуклеотидной последовательности молекулы ДНК человека и идентификация всех его генов.

В 1990 году активным инициатором и пропагандистом программы «Геном человека» стал знаменитый Джеймс Уотсон, а главным распорядителем финансов – Национальный институт здоровья США, в составе которого в 1995 году появился Национальный институт исследования генома человека, который возглавил Френсис Коллинз. В этом же году он стал руководителем международной программы «Геном человека», к которой присоединились ведущие молекулярные лаборатории Великобритании, Франции, Германии, Японии и России. Решающая роль в становлении и развитии одноименной отечественной подпрограммы принадлежит выдающемуся ученому академику А.А. Баеву.

Основные разделы этой программы как в России, так и во всем мире включают три главных направления научных исследований: 1) картирование и секвенирование генома; 2) структурно-функциональное изучение генома; 3) медицинскую генетику и генотерапию.

Основной задачей программы «Геном человека», сформулированной Ч.Кантором было создание генетической, физической и сиквенсной карт. Под сиквенсом понималась расшифровка точной первичной последовательности нуклеотидов всей гигантской (1,5-1,7 м) молекулы ДНК. С этой целью были разработаны специальные методы секвенирования ДНК. Первоначально программа была запланирована на 15 лет. Ее стоимость оценивалась в 3 млрд. долларов: цена одного шага, то есть установление положения одного нуклеотида в цепи ДНК, составляла тогда 1 доллар. Однако технические и методические усовершенствования позволили автоматизировать процесс секвенирования и уже в июне 2000 года было объявлено о завершении первого этапа программы - создании «чернового варианта» генома человека.

Честь этого эпохального достижения мировой науки, наряду с международной командой (1100 ученых разных стран из 160 научных центров), принадлежит и частной фирме «Селера Джиномикс», преобразованной в 1998 году в Институт геномных исследований под руководством американского ученого Крэйга Вентера. «Черновой вариант» был опубликован этими центрами в февральских номерах научных журналов «Nature» и «Science». Они во многом совпадают, но есть и некоторые отличия.

Полностью севенирование генома человека было завершено к апрелю 2003 года – к 50-летнему юбилею открытия двойной спирали Дж.Уотсона и Фр.Крика.

Основные итоги программы «Геном человека»

Следует отметить, что к 2003 году был секвенирован не весь геном, а только 90% первичной нуклеотидной последовательности ДНК эухроматических (слабо окрашивающихся красителем Гимза и флюорохромами) районов хромосом, где сосредоточено основное число генов. Размер эухроматической части генома составляет около 2,9 млрд. п.о. Технически наиболее сложными для секвинирования оказались сателлитная ДНК теломерных (концевых) и околоцентромерных участков хромосом, сильно спирализованные области интеркалярного (внутрихромосомного) гетерохроматина (районы ярко окрашивающиеся красителем Гимза и флюорохромами), а также так называемые гепы – «пустые» промежутки. Эти участки генома (около 400 фрагментов) к 2003 году еще оставались нерасшифрованными.

К настоящему времени просеквенированы геномы более 10 человек. При этом 30% генома человека секвенировано 8-10 раз с точностью 99,99%. В мае 2007 года полная карта личного генома была торжественно вручена знаменитому Джеймсу Уотсону.

В 2000 году двумя международными группами были просеквенированы только 21 и 22 хромосомы, а в 2006 году полностью завершена расшифровка молекулярной структуры 1 хромосомы и Х-хромосомы.

Важнейшим итогом создания «чернового варианта» генома стало достаточно точное определение общего числа генов человека. Первоначально оно оценивалось величиной 30-35 тысяч. В настоящее время считается, что геном человека содержит примерно 22000 генов, то есть только 1,5% всего генетического материала кодирует белки и функциональные РНК. Остальная часть является некодирующей ДНК, которую часто называют мусорной ДНК. Большая часть из них (около 20000) уже идентифицирована, и свыше 11000 генов картированы на хромосомах. Ежедневно обновляемую информацию о картированных генах можно получить в Интернете на сайте OMIM NCBI GenBank. Согласно последним данным по расшифровке молекулярной структуры 1-й пары хромосом, в ней находится 3141 ген, 950 псевдогенов (гены, утратившие вследствие мутаций способность к экспрессии). С этой хромосомой связывают в настоящее время свыше 350 наследственных заболеваний и многие злокачественные новообразования. Число генов на достаточно крупной по размерам Х-хромосоме оценивается – 1098, из которых 99 контролируют репродуктивную функцию или ассоциированы с раком.

К 2003 году были идентифицированы и исследованы на наличие мутаций гены 1485 болезней человека.