От ядерной разрядки до проекта "Геном человека" В 1987 году, после политической разрядки, эскалация ядерных вооружений пошла на убыль, в результате чего многие специалисты-ядерщики Министерства энергетики США остались без работы. Они перенаправили усилия на биологию и обратились к Джеймсу Уотсону с планом проекта, похожего на атомную программу, но сосредоточенного на расшифровке генома человека. Проект "Геном человека" был запущен с использованием оборудования первого поколения и ДНК, собранной несколькими добровольцами. Ранние методы разрезали ДНК на большие фрагменты, медленно секвенировали и использовали трудоемкую компьютерную сборку.
Международное сотрудничество сочетается с ускорением развития частного сектора К 1988 году к проекту присоединились другие страны, в том числе Советский Союз, что превратило его в Международный проект "Геном человека". Оборудование устарело, и работа продвигалась медленно до 1996 года, когда ветеран Вьетнамской войны Крейг Вентер присоединился к проекту с миллиардами, собранными частным образом. Вентер оснастил обширные лаборатории современными секвенсорами и внедрил быстрое секвенирование коротких фрагментов. Темпы расшифровки возросли.
Патенты на природу и рухнувшая бизнес-модель Модель Вентера основывалась на патентовании секвенированных фрагментов генома для продажи доступа к их последовательностям. С 1997 по 1999 год поступали сотни заявок на патенты. В конце 1999 года международное патентное ведомство постановило, что то, что создано природой или Богом, не может быть запатентовано. Патентный план провалился, но его разработка последовательности по-прежнему опережала усилия общественности, и вскоре он основал новую компанию, целью которой было создание живого организма с одной хромосомой.
Книга из четырех букв и проблема ажиотажа Проект завершился 15 апреля 2003 года, в день, когда появилась книга “Геном человека”, написанная символически буквами А, Т, Г и С. Текст не представлял особой литературной ценности и был сложен для понимания. Голоса СМИ, не обладающих глубокими знаниями, усиливали путаницу и ставили под сомнение, почему государственные и частные организации тратили миллиарды долларов на получение, казалось бы, избыточных данных. Ответ кроется в том, что на самом деле показала расшифровка.
Три целых четыре десятых, Два миллиарда Базовых величин и сокращающиеся концы ДНК человека насчитывает примерно 3,42 миллиарда пар оснований, что является средним показателем среди животных. Некоторые виды несут геномы гораздо большего или меньшего размера, от некоторых “красных крыс”, у которых около восьми миллиардов пар оснований, до разновидностей мышей, у которых около 1,6 миллиарда пар оснований. При каждом клеточном делении концы теломер укорачиваются из‑за проблемы репликации концов, что оказывает лишь незначительное влияние на общую длину. Динамика теломер послужила основой для дальнейших практических исследований.
Меньше генов, меньше кодирующих Число ожидаемых 100 000 генов, кодирующих белки, сократилось примерно до 25 000. На долю областей, кодирующих белки, приходится менее 2% генома, по сравнению с более ранними оценками в 4-5%. Около 98% было помечено как “мусорное”, хотя примерно десятая часть состоит из регулирующих элементов, которые еще не определены полностью. Состав и роли оставшейся обширной некодирующей части оставались в значительной степени загадочными.
Повторы, ретровирусы и мобильная ДНК Alu-повторы, состоящие примерно из 300 нуклеотидов, распределены по всему геному человека и приматов, не ограничиваясь межгенным пространством, с неясной целью. Примерно половина генома человека происходит от РНК‑вирусов, которые подверглись обратной транскрипции в ДНК и интегрировались в нее. Эти последовательности перемещаются по геному, встраиваются в гены и вызывают мутации, действуя как геномные “паразиты”. Также известные как транспозоны, они являются мощным источником изменчивости.
Универсальность ДНК и космические спекуляции Логика ДНК присуща всему живому: у Escherichia coli и человека примерно двести общих генов с тесно связанными функциями. Эта преемственность отражена в таких важных элементах, как лактозный оперон. Фрэнсис Крик пропагандировал панспермию, космическое происхождение жизни. Метеорит 1976 года, исследованный исследователями, содержал органические остатки с признаками бактерий и вирусов, что потенциально подтверждает эту точку зрения.
Поразительное сходство между людьми и непростое прошлое Генетические различия между людьми составляют в среднем менее 0,3%, а в некоторых группах - около 0,1%. Такое единообразие указывает на одно недавнее общее происхождение, включая серьезную демографическую проблему примерно семьдесят тысяч лет назад, когда извержения вулканов в Индонезии сократили численность населения примерно со 100 000 до 10 000 человек. Современные люди ведут свою родословную по материнской линии от “митохондриальной Евы”, жившей примерно 130 000-180 000 лет назад в Центральной Африке. Два соседних шимпанзе гораздо больше отличаются друг от друга, что подразумевает наличие нескольких линий шимпанзе, в то время как разница между человеком и шимпанзе составляет около 1,5%.
Хромосома 2: Слияние теломер, Которое отличает нас друг от друга У шимпанзе на две хромосомы больше, чем у человека, что объясняется слиянием, в результате которого образовалась хромосома 2 человека. Внутренние теломерные повторы и другие структурные изменения, включая дупликации и перицентрические инверсии, свидетельствуют об этом событии. Слияние совпало с усилением генетического контроля над массой единственного органа — головного мозга — и над аспектами черепно-лицевого и эндокринного развития. Стали заметны различия в весе мозга, а также изменения в структуре черепа и шеи.
Акушерские компромиссы и перспективы геномной медицины Увеличение размера головки плода потребовало замедления процесса оссификации скелета и пластичности таза у женщин, что обусловлено эндокринными реакциями, обусловленными паращитовидными железами. Эта адаптация, которая не была завершена в течение примерно 150 000 лет, делает женщин более восприимчивыми к остеопорозу, часто в позднем возрасте. Картирование генома в настоящее время улучшает диагностику и позволяет проводить индивидуальную терапию. В опухолевом супрессоре р53 (392 кодона) мутации в кодонах 175, 248, 273 или 281 сигнализируют опухолевым клеткам об избежании апоптоза, что можно обнаружить при анализе крови на наличие таких изменений последовательности.