Человеческое днк. Днк расшифровка. Материал для анализа ДНК
ДНК расшифровывается как дезоксирибонуклеиновая кислота. Увидеть ДНК можно посредством мощного микроскопа, а выглядит она как длинная молекула, похожая на закрученную вокруг своей оси веревочную лестницу.
Молекула ДНК – это так называемый «паспорт» или «план» человека, в котором заложена вся информация о нем. Это — рост, строение костей, форма черепа, структура и цвет волос, цвет глаз и другие отличительные признаки. ДНК отвечает за точное копирование делящихся клеток. Когда ребенок начинает развиваться в утробе матери, именно ДНК обеспечивает идентичность всех клеток, путем правильного считывания наследственной информации. При зачатии будущий ребенок получает 50% молекул ДНК от матери и 50% — от отца. Индивидуальные молекулы ДНК находятся абсолютно во всех клетках человеческого организма. Состоит ДНК всего из четырех химических соединений: аденин, тимин, цитозин и гуанин. Элементы эти соединены парами (генами) и только так: аденин с тимином, а цитозин с гуанином. Именно эти пары и составляют «перекладины» веревочной лестницы, о которой говорилось выше. Расположение пар молекул в общей цепочке и отвечает за наследственные признаки человека.
Цитогенетика, представления хромосомы человека. В представлении диска не все хромосомы представлены фрагментом кода: многие хромосомы представлены двумя или более фрагментами. Когда это происходит, наши предки пытаются сказать нам, что хромосома хрупкая, и в этом локусе может произойти разрыв: когда это происходит, мы находимся в присутствии «делеции», то есть хромосомных разрывов, а генетический материал рассеивает жизнь при генетических дисфункциях. Наши предки ясно показывают нам, в каких местах может произойти удаление, и объясните нам, какие болезни могут быть вызваны дисперсией этого генетического материала.
Еще одна важная вещь, которую следует понимать для понимания кода, - это так называемое явление «пересечения»: во время процесса мейоза встречаются хромосомы и имеют возможность обмениваться генетическим материалом. Когда это произойдет, это, вероятно, породит генетическое заболевание. Это также объясняется на диске: когда мы находим символ в хромосоме, нам нужно будет понять, что эта хромосома имеет возможность обмена генетическим материалом с другими, или мы также можем интерпретировать его как хромосомную «инверсию»: практически, хромосома имеет возможность изменить курс!
Открытие ДНК в 1868 году позволило ученым доказать, что каждый человек является носителем генной информации своего рода. Сегодня при помощи анализа на ДНК медики с точностью до 99,99% устанавливают отцовство или родственные связи.
К тому времени это уже умели делать для белков - метод чтения их последовательности был разработан в начале 1950-х годов, еще до открытия двойной спирали. Кроме того, ученые уже немного умели читать короткие последовательности РНК. А вот последовательности ДНК не умели читать вообще. Это создавало колоссальную брешь в реальном понимании молекулярных основ жизни и сдерживало как развитие биотехнологий, которых, собственно говоря, еще не было, так и медицинского применения этих знаний.
Видео: что такое дезоксирибонуклеиновая кислота
Благодаря экстраординарному сообщению, содержащемуся в коде, Барбаре удалось изучить генетические заболевания, такие как боковой амиотрофический склероз, синдром Дауна, ахондрогенез, хронический миелоидный лейкоз, лимфома Беркитта, аутизм, болезнь Тай-Сакса и многие другие генетические дисфункции при совершенно новом свете, который не имеет ничего общего с научным подходом, используемым человечеством нашего времени. Возможно ли, что благодаря расшифровке этих находок действительно можно продемонстрировать, что наша более современная цивилизация уже существовала или посетила нашу планету в самые древние времена?
Стало даже казаться, что это слишком сложная задача и ее не удастся решить - все попытки оказывались безуспешными.
Но вот в середине 70-х годов XX века произошел прорыв. Метод определения последовательности ДНК был разработан британским ученым-химиком Фредериком Сенгером.
Сенгер - великий человек. Он единственный в истории науки, кто получил две Нобелевские премии по химии. Нобель запретил давать два раза одному и тому же человеку премию в одной и той же области. А Сенгер к тому времени уже получил премию как раз за разработку метода чтения аминокислотных последовательностей в белках. И когда он разработал метод чтения последовательности ДНК, Нобелевский комитет оказался в очень трудном положении: он должен был либо не дать человеку премию за выдающееся открытие, либо нарушить завещание Нобеля. Решили все-таки нарушить завещание. И это единственный случай в области химии.
Мы перешли от мачете к скальпелю. Это еще один важный шаг вперед в способности биологов «переписать» ДНК простым, точным и недорогим способом. Как уже заметил лев, этот Криспр - это не метод, изобретенный человеком, но разработанный естественным отбором самыми маленькими живыми организмами, бактериями, сотнями миллионов и, возможно, миллиардами лет назад, чтобы отвергнуть попытку вируса или иного «чуждого» генетического материала, чтобы войти в бактериальную ДНК, размещать и воспроизводить совершенно бесплатно.
Вставка в ДНК живого организма делает состояние паразитического хозяина, но часто это опасно для хозяина, несмотря на самого себя. Вернее, женщина, французский микробиолог Эммануэль Шарпантье, а затем многие ее коллеги, в том числе другая женщина Дженнифер Дудена из Калифорнийского университета в Беркли и Фэн Чжан из Массачусетского технологического института в Бостоне. Короче: новая технология устраняет «плохие» гены и вставляет «хорошие» с абсолютной точностью и скоростью. Кроме того, он прост в использовании и недорого.
Как теперь читают последовательности ДНК? С тех пор в этом направлении был сделан огромный прогресс, и он основан на прорыве Сенгера. Последовательность ДНК - это колоссальной длины текст, написанный с помощью всего четырех «букв» - четырех химических соединений: аденина (А), тимина (Т), гуанина (G) и цитозина (С). У нас в каждой клетке имеется геном, который состоит из трех миллиардов нуклеотидов, трех миллиардов таких «букв».
Какой биотехнологик осмелился бы надеяться на большее? Потому что, как делают исследователи в джунглях, дорога открывается, не разрезая лозы с абсолютной точностью, но грубо. Две группы исследователей из Бостона, в том числе Фэн Чжан, разработали две системы, которые имеют точность скальпеля.
ДНК - длинная цепь, образованная тысячами, сотнями тысяч и, в случае человека, тремя миллиардами баз. Биохимические вещества называют их нуклеотидными основаниями. В действительности, как они обнаружили в 50-х годах Джеймса Уотсона и Фрэнсиса Крика, ДНК образована «двойной спиралью»: Две дополнительные цепи цепляются друг за друга. Последовательность оснований вдоль ДНК не является случайной, но определяет функции, которые оправдывает определенный признак «молекулы жизни». Например, определенная черта действует как ген: то есть она содержит информацию, необходимую для производства белков.
Прежде всего, ДНК разрезают на фрагменты с помощью специальных ферментов, которые называются рестриктазы. Рестриктазы узнают короткие последовательности ДНК, содержащие приблизительно от 6 до 8 нуклеотидов, и только в этом месте определенным образом разрезают двойную спираль ДНК. Открытие таких «ножниц» стало еще одним прорывом начала 1970-х годов.
Ну, иногда достаточно, чтобы только одна из тысяч или десятков тысяч оснований была неправильной - достаточно, скажем, генетиков, одной мутации - и ген не работает или плохо работает. Известно, что у людей отдельные мутации в одном гене приводят к серьезному заболеванию. Так обстоит дело, например, в отношении серповидноклеточной анемии. Или другие тысячи определенных моногенных заболеваний.
Вот почему способность исправлять ошибки в ДНК приобретает огромную ценность не только с научной точки зрения, но и с медицинской точки зрения. Мы могли бы в более или менее долгое время «переписать» ДНК без ошибок и оправиться от этих заболеваний. Таким образом, ставки очень высоки.
После разрезания ДНК задача сводится к тому, чтобы определить последовательность короткого куска - он может содержать сотню или несколько сотен звеньев. И здесь используется метод Сенгера.
К полученному фрагменту молекулы добавляются с обоих концов специальные адаптеры, потому что рестриктаза оставляет неровные концы. Адаптер имеет определенную последовательность, которую выбираем мы сами, так как он синтетический. После добавления адаптера каждый фрагмент получит определенные - известные нам - последовательности на концах. Эти последовательности мы сможем использовать для того, чтобы добавить к фрагменту молекулы синтетические праймеры (фрагменты нуклеиновой кислоты), начиная с которых по имеющейся последовательности ДНК будет синтезироваться комплементарная цепочка.
Факты и события
В прошлом году Дэвид Лю и его рабочая группа в Мите в Бостоне обнаружили, что система отказывается от мачете и точно и точно выполняет хирургическую, пунктуальную ошибку: одну базу. Короче говоря, скальпель работал да, но только в нескольких обстоятельствах.
Таким образом, можно исправить все возможные ошибки на ДНК, не повторяясь на мачете. Чтобы использовать другую метафору, техника Лю и его коллег теперь работает хорошим учителем. Определите ошибки записи, пометьте их красным карандашом и исправьте их. Естественно, даже учителя могут ошибаться. Ну, новый метод Лю показал 50% -ную эффективность в поправках одиночных оснований в ДНК клеток почек и клеток рака кости человеческих эмбрионов. Похоже, что никаких побочных эффектов не существует. Поэтому точность увеличилась в десять раз.
Идея Сенгера состояла в том, что в процессе такого синтеза нужно добавить к смеси нормальных предшественников нуклеотидов, называющихся нуклеозидтрифосфатами, специально модифицированные нуклеозидтрифосфаты, которые не смогут удлиняться.
В результате синтез останавливается на месте той или иной «буквы». Тем самым мы получаем молекулы с набором длин, который точно говорит нам, в каком месте встроена та или иная «буква». И тогда остается только разделить эти молекулы по длине, что делается при помощи гель-электрофореза.
Итак, Лю прав: возможно, удастся отказаться от мачете в генной терапии. Поэтому возможность исправлять ошибки, которые они несут, может быть столь же важна, как исправление их на ДНК. Таким образом, «базовое редактирование», пунктуальная коррекция отдельных оснований, добавляется к «редактированию генов», разрез шьет целые последовательности. И это также добавлено, потому что оно повторно предлагает те же проблемы биоэтического характера. Эти технологии, безусловно, должны использоваться, поскольку они имеют огромный потенциал.
Подробнее: они скоро будут применяться даже на людях многими лабораториями по всему миру, потому что они легки и недороги. Поэтому мы знаем, что «кто» и «когда» войдут в нашу жизнь. Поэтому, тем не менее, необходимо как можно скорее начать публичные и демократические дебаты для определения «того, как».
Готовится специальный гель, то есть полимерная сетка, к которому прикладывается постоянное электрическое поле. Под действием электрического поля отрицательно заряженные молекулы ДНК ползут через полимерную сетку. И чем длиннее молекула, тем медленнее она движется в геле. Это позволяет разделять смесь молекул согласно их длинам, и там, где стоит тот нуклеотид, который мы в данный момент изучаем, мы будем видеть остановку синтеза, то есть длины фрагментов, когда мы будем разделять их по длине, соответствующие номеру этих нуклеотидов.
Клетки эволюционировали в течение миллионов лет, улучшая и улучшая свои характеристики, чтобы выжить в разных средах. Это происходит потому, что геном организма, т.е. весь его генетический материал, можно рассматривать как «буклет для инструкций», из которого можно собрать все биологические компоненты клетки.
Если бы мы смогли «прочитать» геном клетки, мы могли бы предсказать, по крайней мере, теоретический путь, поведение и биологические механизмы. Фактически наличие генома клетки не позволяет нам полностью контролировать его полный биологический состав. Если мы сравним эту концепцию с игрой, подобной головоломке, то, что мы имеем благодаря секвенсированию, - это части. Чтобы получить изображение, вы должны точно оформить их, а также хорошо знать изображение, которое будет воссоздано на экране.
Этот замечательный, гениальный метод, благодаря которому мы смогли секвенировать человеческий геном , и был придуман Сенгером. Первый геном человека был прочитан в самом начале нашего века. Тогда это обошлось в сумму порядка трех миллиардов долларов. Затем метод был модифицирован, роботизирован и сегодня процедура определения последовательности стоит несравненно меньше. Цена приближается к $1000 за расшифровку ДНК конкретного человека.
Это означает, что необходимо идентифицировать функцию одиночных непокрытых последовательностей, то есть понимать, например, какие из них кодируются для белков или которые являются некодирующими структурными частями, а затем вставлять их в более широкий контекст, связывая различные генетические элементы и их конечные продукты. Чтобы понять функцию гена, например, можно устранить его, удалив, чтобы увидеть эффект его отсутствия: обратный инженерный процесс. Секвенирование, конечно же, остается первым и фундаментальным шагом, который необходимо предпринять, если мы хотим продолжить в этом направлении.
Совершенно фантастическое развитие методов секвенирования ДНК создало неимоверный прогресс и в области понимания молекулярной природы жизни, и в области биотехнологического и медицинского применения.