1.1 Работа с геномными и протеомными базами данных

Первый геном бактерии был полностью секвенирован в 1995 году. С тех пор, благодаря развитию методов секвенирования ДНК, определены нуклеотидные последовательности геном многих видов живых организмов, в том числе человека, шимпанзе, нескольких видов растений, дрозофилы, пекарских дрожжей и многих бактерий.

С точки зрения биоинформатики геном любого живого организма представляет собой последовательность длиной от 106 (бактерии) до 1011(некоторые растения) символов (нуклеотидов), состоящую из четырех различных нуклеотидов (А, Т, Г и Ц). Очевидно, что само по себе создание геномных баз данных, в которых пользователи могли бы легко найти интересующий их участок генома конкретного организма, – это уже довольно непростая задача. Тем не менее, в настоящее время существует довольно много баз данных, доступных в интернете, позволяющих работать с нуклеотидными последовательностями различных геномов. В зависимости от типа информации, хранящихся в них, все базы данных делятся на архивные, курируемые и интегрированные. В первые из них любой пользователь может добавить определенные им последовательности без какой-либо проверки их достоверности. Соответственно, такая база будет более полной, но менее достоверной. При подаче новой последовательности в курируемую базу происходит оценка достоверности как самой последовательности, так и найденных в ее составе генов и регуляторных последовательностей. Следовательно, такая база будет более надежной. Третий тип, интегрированные базы данных, такие как NCBI Entrez, предоставляют возможности поиска по многим как архивным, так и курируемым базам. Кроме того, базы можно разделить на специализированные, в которых хранятся последовательности генома только одного вида, но по этому геному представлена более подробная информация (например, есть специализированные базы данных по геномам дрозофилы, дрожжей, кишечной палочки и других организмов), и общие – в таких базах можно получить информацию о геномах многих организмов. Работа с геномными базами данных осуществляется через программы, называемыми геномными браузерами, многие из которых доступны он-лайн (например, Ensemble, UCSC Genome Browser и другие). С помощью геномного браузера можно найти участок генома с заданными координатами, ген по его названию или нуклеотидной последовательности, узнать предполагаемую или подтвержденную функцию данного участка ДНК и т.д.

Кроме геномных, существуют еще и протеомные базы данных, хотя иногда два этих типа баз могут быть объединены в один. В протеомных базах данных (наиболее известная и качественная из них – Swiss-Prot) можно найти аминокислотную последовательность белка по его названию и наоборот, вторичную, третичную и четвертичную структуру, если для данного белка они известны, и информацию о функции белка, его внутриклеточном расположении, взаимодействии с другими белками и т.д.

1.2 Программа "Геном человека"

Молекулярную основу генома человека составляет молекула ДНК — знаменитая «нить жизни», двуспиральная модель структуры, которой была гениально предсказана и обоснована в работе нобелевских лауреатов Джеймса Уотсона и Фрэнсиса Крика еще в 1953 году. Спираль состоит из 4-х пар оснований (нуклеотидов); двух пуринов (аденин, гуанин) и двух пиримидинов (тимин и цитозин), соединенных между собой через дезоксирибозу и остатки фосфорной кислоты в длинную нить. Две нити соединяются между собой посредством водородных связей своих нуклеотидов, причем так, что аденин всегда соединен с тимином, а гуанин — с цитозином. В дальнейшем оказалось, что именно в чередовании пар оснований в ДНК и заложен генетический код для каждой из 20 аминокислот, причем этот код оказался трехбуквенным, то есть каждой аминокислоте соответствует свои три нуклеотида, свой триплет. Было так же установлено, что в каждой клетке человека длина молекулы ДНК около 1,5–2 м, а число нуклеотидов, составляющих эту уникальную «нить жизни» достигает 3.3 миллиарда. Фрагменты этой нити и составляют то, что называется генами, то есть кодирующими участками генома, определяющими структуру всех белков организма. Естественно, поэтому точное данные о структуре генома человеке, т.е. о первичной последовательности его нуклеотидов, равно как и данные обо всех генах человека давно привлекали и привлекают самое пристальное внимание ученых-биологов.Уже в 1988 г. крупные средства на изучение генома в США были выделены Министерством энергетики. В 1990 активным инициатором и пропагандистом программы Геном человека стал знаменитый Джеймс Уотсон, а главным распорядителем финансов — Национальный Институт Здравоохранения США, в составе которого в 1995 году появился Национальный Институт Генома Человека, который возглавил Фрэнсис Коллинз. В этом же году он стал и 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.