Геном человека

Одной из целей исследования генома человека являлось построение точной и подробной карты всех хромосом. Генетическая карта представляет собой схему, описывающую порядок расположения на хромосоме генов и других генетических элементов (снипсы-повторы-гены).

Анализ генома человека позволил выявить у него порядка 40 тыс. генов (на сегодня). Самые короткие гены содержат всего 20 п.н. (гены эндорфинов, вызывающих ощущение удовольствия). Самый длинный ген, кодирующий один из белков мышц (миодистрофин), содержит порядка 2,5 млн. п.н.

Расшифровка генома человека - событие столь же важное в истории человечества, как открытие электричества, изобретение радио или создание компьютеров.

В ядре каждой соматической клетки человека содержится 23 пары хромосом: на каждую хромосому приходится по одной молекуле ДНК. Длина всех 46 молекул ДНК в одной клетке человека равна почти 2 м. количество нуклеотидных пар составляет 6,4 млрд. Общая длина ДНК во всех клетках человеческого тела (их примерно 5х10 в 13 степени) составляет 10 в 11 км, что почти в тысячу раз больше расстояния от Земли до Солнца. Число генов у человека находится в пределах от 30 до 40 тысяч.

Предположение о числе генов в геноме человека с момента начала проекта сократилось вдвое (от 80-100 тыс). Выявлено большое количество "бессмысленных" участков. Они устроены не так, как гены, более того - это значительная часть генома (95 %).  Вот в 5% генома, где находятся те самые 32 тысячи генов, мы знаем многое о структуре и немногое о функциях. По-научному "бессмысленные" участки называют некодирующими. У бактерии "бессмысленных" участков вообще нет. У дрожжей почти нет. По мере повышения уровня организации живого организма накапливается все больше накодирующей ДНК.

В "бессмысленной" ДНК есть испорченные гены, погибшие в результате каких-то мутаций. Их называют псевдогенами.

Во-вторых, наши далекие предки - неандертальцы или кроманьонцы болели вирусными заболеваниями, и эти вирусы (а вирусы состоят из молекул ДНК или РНК и белковой оболочки) иногда попадали в геном и оставались там навсегда. Иными словами, часть нашего генома - молекулярное кладбище древнейших вирусов.

Затем, в нашем геноме есть масса повторяющихся участков. Действительно, очень интересно, почему человек - "венец эволюции" имеет огромную долю "неработающего" генома.

Кодирующие белок последовательности (множество последовательностей составляющих экзоны) составляют менее чем 1,5 % генома. Не учитывая известные регуляторные последовательности в человеческом геноме содержится масса объектов, которые выглядят как нечто важное, но функция которых, если она вообще существует, на текущий момент не выяснена. Фактически эти объекты занимают до 97 % всего объёма человеческого генома.

К таким объектам относятся: повторы: 1. тандемные повторы (сателлитная ДНК, минисателлиты, микросателлиты); 2. диспергированные повторы (SINE-ы и LINE-ы); транспозоны: 1. ретротранспозоны (LTR-ы, Ty-copia, Ty-gypsy, He LTR-ы), 2. ДНК транспозоны.

Псевдогены.

В семействах генов иногда встречаются псевдогены. Это гены, утратившие способность к экспрессии. Перед их названием ставят греческую букву. Не совсем ясно, зачем геному нужны такие гены, почему он сохранил их в эволюции и не избавился от них. В геноме человека имеется около 20 000 таких псевдогенов. В частности, в огромной семействе генов обоняния около 60% являются псевдогенами. Считается, что массивная потеря функциональных генов произошла за последние 10 млн. лет в связи со снижением роли обоняния у человека по сравнению с другими млекопитающими.

Представленная классификация  не является исчерпывающей. Большая часть объектов вообще не классифицирована мировой научной общественностью на текущий момент.

Соответствующие последовательности, скорее всего, являются эволюционным артефактом. В современной версии генома их функция выключена, и на эти участки генома многие ссылаются как на «мусорную ДНК». Однако существует масса свидетельств, которая говорит о том, что эти объекты обладают некоторой функцией, которая не вполне понятна на текущий момент.

По своему геному мы мало отличаемся от мыши. Различия в структуре генов - процентов 10-15, не больше. А от шимпанзе мы отличаемся на 1,23%. Это показало первое в мире исследование, проведенное международной группой специалистов во главе с японским профессором Иосиюки Сакаи.

Проблема происхождения  человека стала гораздо сложнее, чем ученые думали раньше. Подсознательно мы надеялись набрать сотню генов, отличающих человека от шимпанзе. И мы скажем по-французски "VоіІа" - вот они эти гены, благодаря которым мы "выбились" в люди. А пока их нет.

Различия обнаружены в  другом: в геноме человека много  вставленных в него чужеродных элементов - ретровирусов, а у обезьян их почти нет.

Плотность расположения генов  в хромосомах сильно различается. Средняя плотности составляет около 10 генов на 1 млн.п.н. Однако в хромосоме 19 плотность составляет 20 генов, а в У-хромосоме - всего 1,5 гена на млн. Если сравнить плотность генов с плотностью расселения людей, то У-хромосома напоминает нашу Сибирь, а хромосома 19 - Европейскую часть России. Плотность расположения генов падает по мере эволюционного усложнения организмов. Для сравнения: в геноме бактерий содержится свыше 1000 генов на 1,0 млн. п. н., у дрожжей около 450 генов на 1,0 млн. п. н., а у червя С. elegans около 200.

Как у людей имеются  семьи, так и гены объединяют в  семейства по их схожести. В геноме человека присутствуют около 1,5 тыс. таких семейств. Причем только около сотни из них специфичны для человека и позвоночных животных. Основная же масса генных семейств имеется как у человека, так и у дождевого червя.

Разные гены одного семейства  возникали в ходе эволюции из одного гена - предшественника как следствие мутаций. «Родственные» гены чаще всего выполняют сходную функцию. Например, геном человека имеет около 1 000 генов-рецепторов обоняния.

Около 20 % генов человека функционируют во всех типах клеток человека. Остальные же гены работают только в определенных тканях и органах. Например, глобиновые гены экспрессируются только в клетках крови, поскольку основная их функция - обеспечивать перенос кислорода.

Примером высочайшей специализации  генов служат обонятельные гены. В каждой клетке органа обоняния человека - обонятельной луковице - работает только 1 ген из 1000 возможных. Сильнейшее недоумение ученых вызвал тот факт, что некоторые из этих генов, кроме обонятельной луковицы, активизируются еще в одном типе клеток - сперматозоидах. Как это связано с восприятием запаха, пока не совсем ясно.

Картированис хромосом также позволило выявить локализацию участков, отвечающих за некоторые болезни человека.

Например, в перной хромосоме гены связанны с раком молочной железы. Во второй - с ожирением. В третьей - с шизофренией. В четвертой хромосоме обнаружен ген, мутации которого приводят к развитию алкоголизма. Мутации в концевом участке Х-хромосомы вызывают предрасположенность к гомосексуализму.

Внимание специалистов также привлекли гены, связанные с некоторыми особенностями поведения человека. Эти гены кодируют белки, участвующие в передаче сигналов между нервными клетками (например, белок серотонин). Ген, кодирующий рецептор серотонина, ученые назвали «геном самоубийства». Мутации по этому гену вызывают у людей склонностью к отрицательным эмоциям и суицидные наклонности.

Другой передатчик сигналов в нервной системе - дофамин - вещество, играющего ключевую роль в работе центров удовольствия мозга. Избыток дофамина вызывает у животных исследовательскую гиперактивность. Было обнаружено, что один из генов, кодирующих белки-рецепторы дофамина, может существовать в разных аллельных формах (длинной и короткой). Люди с длинной аллелью больше склонны к поиску новых впечатлений, поэтому обнаруженный ген так и назвали «геном поиска новизны››. У американцев длинная аллель гена рецептора дофамина встречается в 25 раз чаще, чем скажем, у жителей Южной и Восточной Азии. Из истории мы знаем, как заселялась Америка европейцами. В первую очередь, это были энергичные люди, склонные к авантюризму, любопытные и импульсивные. Вот они то и внесли длинную аллель "гена поиска новизны" в современную американскую популяцию.

Недавно обнаружены два гена, которые отвечают за материнские инстинкты (эти гены так и были названы генами «материнского инстинкта››). При этом, ко всеобщему удивлению, выяснилось, что оба гена дочки получают от отцов. Животные, у которых гены «материнского инстинкта›› отсутствовали, не заботились о новорожденных.

Необходимо подчеркнуть, что, в отличие от генов, ответственных  за физические параметры, наличие "больных" генов, формирующих психику и  поведение, еще не означает стопроцентную  обреченность человека на определенные отрицательные проявления. Во-первых, как правило, не один, а совокупность генов отвечает за душевные характеристики. Между ними существует очень сложная  и порой весьма неоднозначное  взаимодействие, эффект которого зависит  от множества различных фактов. Во-вторых, как считает большинство ученых, психика и поведение человека лишь процентов на 60 определяется генами.