Что такое геном и генотип. Характеристика генома человека.

У человека и других организмов можно выделить два типа клеток: половые (яйцеклетка и сперматозоид) и соматические (т.е. неполовые – эпителиальные, мышечные и т.д.). Половые клетки содержат гаплоидный набор хромосом (n). У человека в яйцеклетке и сперматозоиде 23 хромосомы (n=23). Соматические клетки содержат диплоидный (двойной) набор хромосом (2n=46).

Система всех генов организма в гаплоидном наборе хромосом называется геномом. В настоящее время сюда прибавляют гены ДНК митохондрий.

Система всех генов данного организма называется генотипом (у человека в диплоидном наборе хромосом).

Количество ДНК в геноме обозначают буквой С и измеряют в парах нуклеотидов (п.н.). У человека в геноме 3 х 10⁹ п.н. Общая длина ДНК в диплоидном наборе хромосом около 174 см.

В геноме человека теоретически может быть около 2.000.000 (2 х 10⁶) генов. Однако действительное число генов составляет 80.000 – 100.000. Точное число генов не установлено, т.к. еще не открыто полностью строение всей ДНК

Это означает, что лишь небольшая часть генома (10-15%) является носителем генетической информации о строении каких – либо молекул. Остальная ДНК не несет структурных генов.

Избыточность генома объясняется несколькими причинами:

1. Некоторые гены повторяются в геноме несколько раз.

2. В геноме содержаться многочисленные регуляторные гены.

3. Гены или кластеры генов разделяются спейсерами (некодирующими участками).

4. Внутри генов находятся некодирующие участки (интроны); участки, которые кодируют белки, называются экзонами.

Одна из важнейших особенностей генома всех эукариотических организмов в том числе и человека является наличие повторяющихся последовательностей, как кодирующих, так и не кодирующих. Повторяющимися называют участки ДНК, которые встречаются в геноме больше чем 1 раз (от 2 до 10⁶ и больше).

По количеству копий в геноме все последовательности ДНК человека можно разделить на 3 группы.

1. Уникальные последовательности, представленные единичными копиями на геном. Они составляют 45% всей ДНК. К ним относятся гены кодирующие белки и др. участки, функции многих до сих пор не выяснены.

2. Среднеповторяющиеся последовательности (30% генома) частота повторов от двух до 10⁴ на геном. К ним относятся несколько генов, кодирующих белки (иммуноглобулины, гистоны и негистоновые белки хромосом), а также гены тРНК, рРНК. К этой группе относятся участки ДНК, которые выполняют регуляторные функции (промоторы, терминаторы и др.). Наличие нескольких повторов генов объясняется необходимостью большого количества их продукта (гистоны, рРНК, тРНК и др.). Это также служит защитой от возможных мутаций.

3. Повторы высокой частоты (25% генома) – частота повторов до 10⁶. К ним относятся фракция ДНК, состоящая из коротких последовательностей, которые многократно повторяются в геноме. Эта фракция ДНК очень быстро регенерирует после денатурации, может быть выделена как самостоятельная и называется сателлитной ДНК. Сателитная ДНК не несет генетической информации и не транскрибируется. Она входит в состав гетерохроматина центромерных областей хромосом, а также теломеров и спутников. Ее функции не достаточно выяснены. Она выполняет, по видимому, структурные функции в хромосоме, отвечает за конъюгацию хромосом при мейозе.

 

Программа «Геном человека».

В 1990 г. молекулярно – генетические лаборатории США, Западной Европы, России и Японии приступили к осуществлению Международной программы «Геном человека».

Программа включает три направления:

1) картирование генов человека и выяснения нуклеотидной последовательности человеческого генома;

2) структурно - функциональное изучение генома;

3) медицинскую генетику и генотерапию.

Для решения главной задачи этой программы – выяснения нуклеотидной последовательности человеческого генома - используют методы секвенирования ДНК. Это сложная методика, позволяющая расшифровать последовательность нуклеотидов ДНК. Предполагалось, что секвенирование всего генома будет осуществлено до 2005 года. Однако благодаря техническим усовершенствованиям этого процесса в настоящее время структура ДНК человека расшифрована практически полностью.

Кроме колоссального теоретического значения для фундаментальных наук, расшифровка строения ДНК человека важна для понимания патогенеза, предупреждения и лечения наследственных болезней, позволяет исследовать молекулярные механизмы моногенных заболеваний, способствует расшифровке генетических основ мультифакториальных заболеваний и наследственной предрасположенности к таким широко распространенным заболеваниям как атеросклероз, ишемическая болезнь сердца, психические и онкологические заболевания..

Расшифровка строения генов, ответственных за наследственные заболевания, создает предпосылки для их диагностики и генотерапии.