Sekwencje nukleotydów ludzkiego DNA. + pytania do referatu

Sekwencje nukleotydów ludzkiego DNA.

Od momentu, gdy biologowie zrozumieli, że cała informacja genetyczna jest zapisana w kolejności, czyli sekwencji nukleotydów w cząsteczce DNA, usilnie poszukiwali metody, która pozwoliłaby szybko i w prosty sposób poznać tę sekwencję. Przez lata dziewięćdziesiąte uczeni z wielu laboratoriów na całym świecie pracowali wytrwale nad odczytaniem poszczególnych genów. Rok 2000 zapisze się w historii odkryciem, które w istocie zasługuje na miano odkrycia całego mijającego tysiąclecia: odczytaniem ludzkiego genomu. Udało się wtedy ustawić we właściwej kolejności wcześniej zselektowane fragmenty ludzkiego materiału genetycznego. Pomimo dominującego w tym dniu nastroju triumfu dzieło wcale nie jest skończone. W rzeczywistości to dopiero koniec początku poznawania naszej "księgi życia".

Główne pytanie bowiem brzmi: Ile genów zawiera ludzki genom i jaką geny te pełnią w nim funkcję?

Genom to nie tylko zestaw instrukcji koniecznych do zbudowania i utrzymywania przy życiu organizmu, np. ludzkiego. Ale także zbiorowisko najróżniejszych genetycznych śmieci, zupełnie niepotrzebnego materiału genetycznego np. pradawnych wirusów, który znalazł się w genomie najczęściej w sposób przypadkowy i, nie szkodząc istnieniu określonego organizmu powiela się razem z jego własnym DNA.

Ustalono, że człowiek ma w sobie geny wielu innych organizmów np. drożdży, bakterii. Zupełnie nowe możliwości otworzy tez analiza genomów różnych organizmów. Porównując je ze sobą będzie można prześledzić drogę rozwoju coraz bardziej zaawansowanych ewolucyjnie istot - od bakterii poprzez kręgowce do ssaków naczelnych. A być może znaleźć tę część informacji genetycznej, która decyduje o tym, że jesteśmy ludźmi. Niewykluczone również, że uda nam się określić czas naszego dojrzewania ewolucyjnego. Genom nasz zawiera wiele powtarzających się odcinków, które ulegały mutacjom w dającym się oznaczyć tempie. Może będziemy potrafili powiedzieć, kiedy na Ziemi pojawi się genetycznie zdefiniowany gatunek Homo Sapiens

Tworzy się nowa dziedzina wiedzy ? genomika. W przeciwieństwie do genetyki, której przedmiotem badań są pojedyncze geny, genomika zajmuje się opisywaniem ich całych zestawów i zasadami rządzącymi ich współdziałaniem.

Zsekwencjonowanie, czyli odczytanie kolejności poszczególnych składników ludzkiego genomu zajęło kilkuset naukowcom około dziesięciu lat. Dzięki zdobytemu doświadczeniu teraz ustalenie genomu pojedynczej osoby trwałoby krócej ? od dwóch do czterech lat. Jednak nowe techniki mogą sprawić, że ustalenie sekwencji DNA dla danego człowieka czy gatunku zwierzęcia byłoby niemal równie szybkie, jak analiza moczu.

Biochemik Susan Hardin i jej czterej współpracownicy pracują nad techniką bezpośredniego odczytu molekularnego całego genomu - czyli całej informacji genetycznej, jaką zawiera DNA w jądrze komórki danego osobnika - w ciągu 24 godzin. Dzięki temu lekarze mogliby się łatwo zorientować, kto jest zagrożony chorobą genetyczną, czy może niewłaściwie zareagować na dany np. lek. Nawet częściowa znajomość sekwencji nukleotydów ludzkiego DNA przynosi ogromne korzyści w medycynie. Dotyczy to przede wszystkim diagnostyki, czyli rozpoznawania chorób o podłożu genetycznym.

Choroby te są powodowane przez niekorzystną dla człowieka zmianę w informacji zapisanej w postaci sekwencji nukleotydów jego DNA. Taką groźną chorobą jest np. mukowiscydoza, przejawiająca się zaleganiem śluzu w płucach, a wywołana przez uszkodzenie pojedynczego genu. Mukowiscydozę można zidentyfikować, badając DNA w próbce krwi pacjenta. Do tego celu używa się sond molekularnych. Są to niewielkie cząsteczki DNA, które potrafią znaleźć w DNA pacjenta gen odpowiedzialny za powstawanie mukowiscydozy i odróżnić gen uszkodzony, powodujący chorobę, od normalnego genu. Żeby zrobić taką sondę molekularną, musimy znać sekwencję nukleotydową genu odpowiedzialnego za powstawanie mukowiscydozy.

Metoda sekwencjonowania polega na niekonwencjonalnym wykorzystaniu enzymu zwanego polimerazą DNA. W normalnych warunkach syntetyzuje ona nowe DNA biorąc za wzorzec istniejącą nić DNA. Naukowcy z Houston chcą, by polimeraza zadziałała jak czujnik, odczytujący poszczególne nukleotydy tworzące nić DNA. Przekazane do komputera dane pozwoliłyby zbadać skład całego genomu w krótkim czasie.

Niektóre choroby genetyczne ujawniają się pod wpływem warunków środowiska czy określonej diety - wczesne ich wykrywanie pozwoliłoby uniknąć wystąpienia objawów. Z kolei firmy farmaceutyczne opracowały wiele leków na najrozmaitsze choroby, które co prawda znakomicie działają u 90 procent populacji, ale za to u pozostałych 10 procent mogą dać fatalne następstwa. Obecnie nie mogą być wykorzystane, ale analiza genomu pozwoliłaby na podawanie ich tylko tym osobom, którym nie zaszkodzą.

Metoda sekwencji nukleotydów pozwala na identyfikację tak przestępcy jak i krewnych. Do analizy potrzebna jest minimalna ilość DNA ? zawarta zaledwie w kilki komórkach. DNA pochodzące z takiego śladu porównuje się z DNA podejrzanych. Analizie poddaje się te sekwencje DNA, o których wiadomo, że są właściwie unikatowe dla każdego człowieka i pozwalają na bezbłędne rozpoznanie osoby, od której pochodzą.

Im bliżej dwie osoby są ze sobą spokrewnione, tym bardziej jest podobna sekwencja nukleotydów ich DNA. Dlatego też analizę DNA przeprowadza się nie tylko w celu wykrycia przestępców, ale również w celu określenia pokrewieństwa wówczas, gdy nie jest ono oczywiste.

Terapia genowa może okazać się pomocna w leczeniu chorób genetycznych.

Próby leczenia chorób genetycznych za pomocą nieuszkodzonych genów są prowadzone od początku lat dziewięćdziesiątych. Pomysł terapii genowej jest w teorii bardzo prosty. Choroba genetyczna jest skutkiem uszkodzenia genu odpowiedzialnego za potrzebne do życia białko. W komórkach ludzi dotkniętych chorobą potrzebne białko jest wytwarzane jako nieaktywne lub też aktywne częściowo. Gdyby więc dostarczyć komórkom chorego nieuszkodzony gen, mógłby produkować aktywne białko i choroba zostałaby wyleczona.

W praktyce terapia genowa nastręcza wiele trudności. Podstawową jest sposób wprowadzenia nieuszkodzonego genu dla komórek człowieka tak, aby mógł tam trwale działać bez szkody dla pacjenta. Wybrany gen dołącza się do genomu wirusa. Tym wirusem infekuje się organizm albo tylko niektóre jego komórki, np. wyizolowane komórki krwi, które po infekcji wprowadza się do organizmu.

Próby stosowania terapii genowej są prowadzone w stosunku do wielu chorób genetycznych, m.in. wymienionej wcześniej mukowiscydozy. Próbuje się również stosować terapię genową do leczenia chorób nowotworowych.

Reasumując:

Znajomość sekwencji nukleotydowej wszystkich genów jest bardzo pomocna w zrozumieniu powstania i funkcjonowania danego organizmu. To tak, jakby inżynier przeczytał profesjonalną instrukcję budowy i eksploatacji samochodu. Jest oczywiste, że dla człowieka najciekawsze wydaje się poznanie sekwencji nukleotydów we własnym genomie. Oprócz wartości naukowej stwarza ono możliwości zgłębienia przyczyn chorób, a dzięki temu pozwoli szukać metod leczenia i zapobiegania im, naukowcy usilnie doszukują się w genomie biologii, przypisu na dowolny gatunek, recepty wskazującej które geny, jak , kiedy, i za co odpowiadają, jak dają różnorodność gatunków, jak prowadzą do np. wysokiego polimorfizmu gatunku ludzkiego, wśród którego nie ma dwóch identycznych ludzi.
Pytania:
1. W którym roku odczytano ludzki genom?
2. Co to jest genom?
3. Do czego może być wykorzystywana analiza genomów różnych organizmów?
4. Czym zajmuje się genomika?
5. Co to jest selekcjonowanie?
6. Ile lat zajęło odczytanie kolejności poszczególnych składników ludzkiego genomu?
7. Co to jest diagnostyka?
8. Na czym polega metoda skwencjonowania?
9. Co to jest polimeraza?
10. W czym pomaga miedzy innymi metoda sekwencjonowania?
11. Kiedy najbardziej jest podobna sekwencja nukleotydów DNA/
12. W czym jest pomocna terapia genowa?
13. Od kiedy zaczęto próbować leczyć choroby genetyczne za pomocą nieuszkodzonych genów?
14. Do jakich chorób próbuje się stosować terapię genową?
15. W czym jest pomocna znajomość sekwencji nukleotydowej wszystkich genów?

















Projekt poznania ludzkiego genomu
Projekt poznania ludzkiego genomu (en. Human Genome Project, HUGO Project) był to program naukowy mający na celu poznanie sekwencji wszystkich par komplementarnych tworzących ludzki genom, zawierający ok 30 tys. genów.
Historia
Początkiem Projektu ludzkiego genomu była podjęta w roku 1990 przez Departament Energii USA (en. United States Department of Energy) oraz Narodowy Instytut Zdrowia USA (en. U.S. National Institutes of Health) decyzja o przydzieleniu na ten cel 3 mld dolarów. Decyzji zakładała, że w ciągu 15 lat (do roku 2005) uda się poznać ludzki genom. Jednak decyzja władz USA wywołała szeroki oddźwięk na świecie. Do projektu włączyło się wiele krajów. Jednocześnie nastąpił znaczy postęp w technice automatycznego sekwencjonowania DNA. W efekcie wstępny opis genomu człowieka opublikowano już w roku 2000. Dnia 26 stycznia prezydent USA Bill Clinton oraz premier Wielkiej Brytanii Tony Blair ogłosili ten fakt na wspólnej konferencji prasowej.
Do projektu należały następujące państwa:
* Chiny * Francja * Niemcy * Japonia
* Wielka Brytania * USA
Dnia 14 kwietnia roku 2003 opublikowano dokument stwierdzający zakończenie sekwencjonowania 99% genomu z trafnością 99,99%.
Do tak szybkiego zakończenia projektu przyczynił się udział prywatnej korporacji Celera Genomics. Firma ta opracowała technikę sekwencjonowania nazywaną shotgun sequencing. Sprowadzała się ona do szatkowania całego DNA na drobne fragmenty i analizowania ich zawartości. Program komputerowy zbierał uzyskane kombinacje par komplementarnych w swojej pamięci. Dzięki wyszukiwaniu podobieństw możliwe stało się ponowne uporządkowanie pociętych genów w całość. Jednak w odróżnieniu od organizacji rządowych Celera Genomics postanowiła zablokować dostęp do odkrytych przez siebie sekwencji korzystając z prawa patentowego.
Konkurencja pomiędzy naukowcami z żyłką do interesów oraz tymi finansowanymi z budżetu doprowadziła do ciekawej sytuacji. Naukowcy umówili się, że opublikują dane w lutym 2001 roku, ale w różnych czasopismach naukowych. Badacze z instytucji rządowych umieścili swój artykuł w Nature, a ci z Celera Genomics w Science. Okazało się, że naukowcy poznali 90% genomu. Co ciekawsze praca obu zespół raczej się uzupełniała niż dublowała. Wynikało to, z innych technik badawczych.
Projekt ludzkiego genomu był jednym z międzynarodowych programów badań genetycznych. Ważne okazało się poznanie genomów innych interesujących organizmów (np. bakterii coli, myszy, muszki owocówki czy ryżu, albo nicieni). Wiele z tych egzotycznych organizmów było ważne jako modele oddziaływania między sobą genów w istotach żywych.


1. Jak nazwano projekt poznania ludzkiego genomu?
2. Co i kiedy było pierwszym krokiem w projekcie poznania ludzkiego genomu?
3. Zakładano, że w ciągu ilu lat uda się poznać ludzki genom?
4. Kiedy i kto ogłosił wstępny opis genomu człowieka?
5. Jakie kraje przystąpiły to tego projektu?
6. Kiedy opublikowano dokument stwierdzające zakończenie sekwencjonowania?
7. Kto przyłączył się do szybkiego zakończenia tego projektu?
8. Na czym polegała technika sekwencjonowania opracowana przez prywatna korporację Celera Genomie?
9. Jakie egzotyczne organizmy były wykorzystywane jako modele oddziaływania miedzy sobą genów w istotach żywych?