Геномика

Характеристика генома человека

На сегодняшний день структура и свойства генетического аппарата человека подробно изучены. Установлено, что геном представляет собой двунитевую прерывистую ДНК. В норме генетический материал распределен по 24 типам хромосом: он включает 22 аутосомы и 2 половые хромосомы.

Общий объем генома достигает колоссальных размеров — 3 млрд пар оснований. При этом общее количество генов оценивается в 20–25 тысяч. Удивительным фактом является то, что экзоны (кодирующие участки) составляют лишь 1% от всего объема генетической информации.

Индивидуальные отличия между людьми минимальны и затрагивают только 0,1% геномов. Геномы двух разных людей пересекаются примерно по половине однонуклеотидных полиморфизмов. Однако именно эта крошечная доля имеет огромное клиническое значение: она объясняет фенотипические различия, восприимчивость к болезням и реакцию организма на лекарства или факторы внешней среды.

В состав генетической вариабельности входят:

• Однонуклеотидные полиморфизмы (SNP): от 2,5 до 4 млн.
• Повторы (вариабельность по числу копий): сотни или тысячи на геном.
• Инсерции и делеции: сотни тысяч.

Знание этих параметров имеет критическое значение для медицины. Уже сейчас выявлены гены, мутации которых вызывают более 350 различных заболеваний. К таким патологиям относятся некоторые типы рака, болезнь Альцгеймера, болезнь Паркинсона, гиперлипидемия (повышение уровня липидов в сыворотке крови) и порфирии.

Краткая история секвенирования

Развитие геномики неразрывно связано с совершенствованием технологий изучения ДНК. Ключевые вехи в истории исследования генома:

• 1973 г. — осуществлено первое клонирование генов эукариот в бактериальных плазмидах.
• 1980 г. — У. Гилберт, П. Берг и Ф. Сенгер получили Нобелевскую премию по химии за разработку методов секвенирования ДНК.
• 1984 г. — Конгресс США профинансировал старт масштабного проекта Human Genome Project, выделив на полное секвенирование 3 млрд долларов.
• 1989 г. — в России создан научный совет по программе «Геном человека».
• 2000 г. — завершена «первая сборка» человеческого генома.
• 2006 г. — произошла полная расшифровка генома (успешно секвенирована первая, самая большая хромосома).
• 2012 г. — стоимость полного анализа генома снизилась до 1500 долларов.

Современные технологии секвенирования 3-го поколения открывают невероятные перспективы, позволяя расшифровать геном всего за несколько минут.

Сравнительная геномика

Помимо человека, ученые полностью расшифровали геномы важных модельных объектов, таких как нематода Caenorhabditis elegans и классическая плодовая мушка дрозофила. Также расшифрованы геномы ключевых сельскохозяйственных растений: риса и кукурузы.

Особый интерес представляет сравнение ДНК человека с другими видами:

• Неандерталец: совпадение достигает 99,7%. При этом у современного человека обнаружено 5 уникальных генов, которых нет у неандертальца. Эти гены связаны с функциями кожи, энергетическим обменом и мыслительной деятельностью.
• Шимпанзе: совпадение составляет 98,8%.
• Мышь: генетический материал совпадает приблизительно на 80%.

Применение в медицине и новые направления

Глубокое понимание строения генома открыло совершенно новые перспективы в клинической практике. Основные направления практического применения генетических знаний:

1. Диагностика: поиск генов, ответственных за наследственные патологии, а также проведение ранней и пренатальной диагностики.
2. Терапия: разработка и внедрение методов генной терапии.
3. Фармакогеномика: создание строго индивидуальных лекарственных препаратов, учитывающих особенности ДНК пациента.
4. Профилактика: контроль и влияние на механизмы передачи наследственных заболеваний в будущих поколениях.
5. Идентификация: проведение точной идентификации личности с помощью «геномной дактилоскопии».

Интеграция фундаментальной генетики в клиническую биологию и медицину способствовала формированию новейших узких дисциплин: иммуногенетики, фармакогенетики и фармакогеномики.

Вопросы с занятий и экзамена

Что ещё разобрать по теме

• Типы генетической вариабельности: SNP, инсерции, делеции и повторы
• Проект Human Genome Project: этапы и результаты
• Различия между технологиями секвенирования разных поколений
• Применение фармакогеномики в создании индивидуальных лекарств
• Гены, ассоциированные с болезнью Альцгеймера и порфириями

Другие темы раздела «Медицинская генетика»

Материал подготовлен преподавателями Школы Сеченова по учебной программе медицинских вузов. Носит образовательный характер.