Как выглядит ген: Page not found – Welcome to HemDifferently by BioMarin

Page not found – Welcome to HemDifferently by BioMarin

(Соблюдая законы о защите конфиденциальной информации других стран и регионов, в том числе Общего Регламента ЕС о защите персональных данных [GDPR], мы не собираем персональные данные лиц, проживающих за пределами США. Жители ЕС могут посещать сайт HaemDifferently.eu, чтобы следить за обновлениями.)

Имя* Пожалуйста, укажите ваше имя

Фамилия* Пожалуйста, укажите вашу фамилию

Адрес электронной почты* Пожалуйста, укажите ваш адрес электронной почты Пожалуйста, укажите действующий адрес электронной почты

Что из перечисленного ниже больше всего соответствует вашей сфере деятельности?* Я — медицинский работникУ меня гемофилияЯ ухаживаю за человеком с гемофилиейЯ состою в группе по защите прав пациентовДругоеПожалуйста, выберите один вариант

Специальность* СтрахованиеИнвестированиеЮридическая сфераСредства массовой информацииОптовая торговляДругоеПожалуйста, выберите один вариант

Диагноз* Гемофилия AГемофилия BДругоеПожалуйста, выберите один вариант

Организация* Пожалуйста, укажите название организации

Организация/учреждение* Пожалуйста, укажите название организации/учреждения

Специальность* СтоматологЛицензированная практикующая медсестраФармакологФармацевтД-р наукВрачПомощник врачаФизиотерапевтПсихологКвалифицированная медсестраСоциальный работникДругой медицинский работникПожалуйста, выберите один вариант

У ВАС ЕСТЬ ВОПРОС?


КАК МЫ МОЖЕМ ВАМ ПОМОЧЬ?

Вопрос

Установив этот флажок и нажав расположенную внизу кнопку «Отправить», я подтверждаю, что мне уже исполнилось 18 лет, и что я согласен/-на с положениями, изложенными в следующих документах компании BioMarin: «Политика конфиденциальности» и «Условия использования», и что предоставленная мной информация может быть использована компанией BioMarin, ее правопреемниками и агентами для того, чтобы оповещать меня посредством электронной почты о новостях и событиях, маркетинговых исследованиях и опросах, а также о других возможностях, которые могут представлять для меня интерес.
Эти электронные сообщения/материалы могут содержать рекламу или предложения товаров или услуг компании BioMarin.* Пожалуйста, подтвердите

Установив этот флажок и нажав расположенную внизу кнопку «Отправить», я даю согласие на то, чтобы компания BioMarin, ее правопреемники и агенты связывались со мной по телефону или с помощью текстовых сообщений по предоставленному мной номеру телефона, который я предоставил/-ла, отправляя мне сообщения, содержащие маркетинговую информацию о продуктах, товарах или услугах компании BioMarin. Я понимаю, что не обязан(-а) давать свое согласие для покупки или аренды каких-либо продуктов, товаров или услуг.*

Пожалуйста, подтвердите

ОТПРАВИТЬ

Ученые заявили, что выяснили функции 80 процентов генома человека: Наука и техника: Lenta.

ru

Ученые выяснили, что основная часть генома человека — вовсе не мусор, как считалось раньше. Большой консорциум исследователей установил, что у 80 процентов ДНК есть какая-то биологическая функция. Это открытие достойно того, чтобы называться эпохальным, но правда ли ученые открыли именно то, о чем сообщается в пресс-релизах?

Не только гены

Проект, участники которого совершили столь громкое открытие, называется ENCODE (сокращение от Encyclopedia of DNA Elements, в переводе с английского — «энциклопедия фрагментов ДНК») и ставит перед собой по-настоящему всеобъемлющую цель — описать все последовательности генома человека, обладающие той или иной функцией. Задача очень важная: ДНК человека состоит из трех миллиардов «букв» (нуклеотидов), при этом собственно генов в ней всего 20 тысяч, и их общая длина слегка превышает 1 процент от всего размера генома. Зачем нужны остальные 99 процентов — долгое время было неясным.

Впрочем, один из возможных ответов на этот вопрос, крайне популярный у биологов конца прошлого века, отражен в названии, которым ученые в 1970-х окрестили весь непонятный массив генетических данных – «мусорная» ДНК (по-английски — junk DNA). Однако по мере дальнейшего изучения механизмов работы живой клетки становилось ясно, что гены — это далеко не единственное, что определяет, как будет реализована заложенная в ней наследственная информация.

Даже если в далеком будущем ученые выяснят, за что отвечает каждый из 20 тысяч генов Homo sapiens и бесчисленное множество их вариантов, то, глядя на распечатку генов конкретного человека, они все равно не смогут полностью описать, как он выглядит, насколько хорошо работают его сердце, легкие и другие органы, от каких болезней он страдает или сколько баллов наберет в тесте на IQ. Для того чтобы создать исчерпывающий портрет человека, помимо знания, какие именно у него есть гены, нужно как минимум понимать, какие регуляторные элементы управляют работой этих генов (кроме того, желательно учитывать, в каких условиях человек рос, но сегодня этот фактор считается куда менее значимым, чем раньше). Регуляторы «притягивают» специфические белки, которые могут запустить или выключить работу гена.

box#2093828

Но только знания последовательности генов и регуляторных элементов все равно недостаточно для создания полной картины работы генома. Еще один важный фактор — пространственное расположение в ядре фрагментов ДНК, на которых находятся гены и регуляторы. Очень может быть, что последовательность, запускающая работу гена, удалена от него на расстояние в десятки тысяч «букв» — но если нить ДНК изогнется в петлю так, что они соприкоснутся, ген будет активно функционировать.

Наконец, работа клетки зависит от того, как модифицирована ее ДНК. Ученые достаточно давно выяснили, что к «буквам» генетического кода могут быть «прикручены» различные химические довески, но истинная значимость таких изменений стала очевидной только в последние пару десятков лет. Часть модификаций (например, метилирование) «выключает» гены, другие «усовершенствования», наоборот, заставляют их работать без остановки. Помимо генов химическим изменениям могут подвергаться специфические белки под названием гистоны, вокруг которых обернута ядерная ДНК.

Сложная укладка спиралей дезоксирибонуклеиновой кислоты позволяет «впихнуть» длиннющие нити в крошечное ядро — суммарная протяженность ДНК человека, например, составляет примерно два метра, а диаметр ядра при этом не превышает 20 микрометров (микрометр — миллионная часть метра).

Постепенно исследователи накапливали все больше данных о том, какие еще тонкости кроме собственно последовательности генов влияют на реализацию заложенной в организме информации. Организаторы проекта ENCODE поставили своей целью запротоколировать все эти «дополнения» к геному человека. Другими словами, они решили вычленить из массива «мусорной» ДНК все фрагменты, которые могут быть значимыми для работы клетки.

Не мусор

Проект стартовал в 2003 году, и в него было приглашено около 400 ученых со всего мира. Отдельные группы занимались разными «ветвями» исследования, а затем все их результаты объединялись, сравнивались и анализировались. Первый значимый рубеж был пройден в 2007 году, когда консорциум специалистов представил результаты анализа одного процента генома человека. Половина фрагментов была взята из хорошо изученных участков хромосом, а половина «представляла» геномную terra incognita. Предполагалось, что охарактеризованная учеными ДНК послужит своеобразным образцом, ориентируясь на который можно будет делать обобщающие выводы обо всем геноме.

Нынешний результат проекта ENCODE куда более существенен: на этот раз исследователи не ограничились одним процентом, а прошлись по всему человеческому геному. Всего ученые опубликовали 6 статей в одном из самых престижных научных журналов

Nature, плюс еще два с половиной десятка материалов в журналах попроще. Специалисты искали все перечисленные выше потенциально значимые участки ДНК и, кроме того, оценивали, с какого процента «букв» синтезируется РНК. Этот процесс называется транскрипцией, и, собственно, именно он является прямым показателем того, что ген активен. Гены содержат информацию о белках в закодированном виде, но ферменты — строители белков расшифровывать этот код не умеют. Инструкции для них записываются на особую молекулу-посредник под названием матричная РНК (мРНК). Специальные белки считывают записанную в ДНК информацию и «переводят» ее на язык мРНК, понятный ферментам-строителям.

Ученые Джеймс Уотсон (James Watson) и Френсис Крик (Francis Crick), 1953 год. Фото с сайта science.jrank.org

Lenta.ru

На заре изучения механизмов работы генома считалось, что транскрипция может идти только с генов. Один из открывателей структуры ДНК Френсис Крик даже постулировал это убеждение в своей знаменитой центральной догме молекулярной биологии, которая описывает процесс реализации генетической информации в клетке. Классический вариант центральной догмы гласит, что информация передается только по пути ДНК — РНК — белок, причем однонаправленно. Позже оказалось, что предложенная Криком схема на самом деле устроена несколько сложнее и потоки информации между тремя ее основными компонентами могут протекать более чем одним способом.

В частности, оказалось, что молекулы РНК образуются не только с генов, но и с участков той самой «мусорной» ДНК. Эти рибонуклеиновые кислоты представляют еще один тип регулировщиков работы генома и могут напрямую влиять на активность генов, определяя, как именно будет считываться записанная в них информация.

Таким образом, участки ДНК вне генов, с которых идет такая транскрипция, уже нельзя причислить к «мусору». И по итогам нынешнего этапа ENCODE оказалось, что так или иначе РНК синтезируется с 60 процентами всей человеческой ДНК. Еще около 20 процентов генома подпадают под другие критерии потенциально значимых участков. И именно цифра 80 появилась во всех пресс-релизах и научно-популярных статьях, причем в большей части публикаций утверждалось, что вся эта ДНК, прежде считавшаяся ненужной, обладает некими биологическими функциями. И такую интерпретацию результатов можно назвать, как минимум, некорректной.

Легкое преувеличение

Все дело в том, что молекулярные машины, которые отвечают за внутреннюю кухню вокруг ДНК, несовершенны. Несмотря на удивительную точность и прецизионность своей работы — даже самая сложная человеческая техника пока далеко отстает от этого уровня — иногда эти машины ошибаются. Ферменты, копирующие ДНК, вставляют не ту «букву», белки, которые чинят поломки генома, вдруг пропускают целые куски или, наоборот, добавляют пару лишних фрагментов и так далее.

Нередко такие ошибки оказываются для организма смертельными или же приводят к тяжелому недугу, но, с другой стороны, именно они формируют тот ресурс мутаций, без которых невозможны эволюционные изменения.

Многие из этих мутаций никак не сказываются на работе клетки, и эти безразличные для организма ошибки выпадают из «поля зрения» естественного отбора. Если лишняя копия гена не мешает работе остальных, то она может оставаться в геноме сколь угодно долго. Постепенно в ней будут накапливаться мутации, но если «буквы» в начале гена останутся неизменными, то ненужная копия будет продолжать транскрибироваться. Ферменты, синтезирующие РНК, узнают именно передние части генов (промоторы) и не умеют определять, «правильный» перед ними ген или «неправильный». Они начинают транскрипцию даже если ген обрывается на середине или от него вообще остался только коротенький «огрызок». В результате образуются короткие РНК, которые сразу же утилизируются специальными клеточными «мусорщиками». Недоделанные РНК не выполняют в клетке никакой полезной работы, однако по стандартам проекта ENCODE будет считаться, что участок ДНК, с которого идет подобная транскрипция, имеет какую-то функцию.

Так как ферменты могут ошибиться в любой момент, за миллионы лет в геноме появились не только лишние гены, но и лишние копии регуляторных участков, которые контролируют работу генов. И хотя такой регулятор давно не «привязан» ни к какому осмысленному фрагменту ДНК, его по-прежнему будут узнавать специальные белки, а значит, он попадет в список потенциально функциональных участков ENCODE.

box#2093830

Помимо генных фрагментов, порожденных ошибочной работой ферментов, в человеческих хромосомах очень много так называемых мобильных генетических элементов и остатков древних вирусов, которые умеют встраивать свои гены в ДНК клетки-хозяина. Мобильными генетическими элементами называют куски ДНК, способные перемещаться по геному. Они были открыты в конце 1940-х годов американской исследовательницей Барбарой Макклинток, однако у научного сообщества идея прыгающей ДНК получила признание только 30 лет спустя (а Нобелевскую премию за свои работы Макклинток получила и вовсе в 1983 году). И мобильные элементы, и когда-то встроившиеся в геном вирусы несут промоторы, так что с них тоже может идти транскрипция. Большинство чужеродных человеческому геному элементов давно перестали работать, но РНК с них зачастую синтезируются, и значит, эти фрагменты генома будут определяться проектом ENCODE как функциональные.

Таким образом, далеко не все участки ДНК из выделенных участниками ENCODE 80-ти процентов на самом деле выполняют в клетке хоть какую-нибудь функцию. Собственно, сами ученые и не утверждают, что все, найденное ими, действительно важно: биоинформатик Эван Бирни (Ewan Birney), координирующий процесс анализа полученных данных, в своем блоге признает, что сама по себе транскрипция, идущая с некоего участка ДНК, не является надежным показателем его функциональности. Главным признаком того, что данный фрагмент ДНК для чего-то используется, Бирни и его коллеги считают узнавание специфическими белками, которые запускают транскрипцию или выполняют функции регуляторов. Доля таких участков во всем геноме, по оценкам специалистов ENCODE, составляет около 20 процентов, причем сюда входят и участки ДНК внутри генов.

Однако и эту цифру рано называть окончательной — как уже говорилось выше, привлекать специфические белки могут остатки вирусной ДНК или фрагменты, оказавшиеся в геноме из-за «недосмотра» ферментов. Чтобы найти действительно важные для клетки последовательности, необходимо выяснить, какие из попавших в перечень ENCODE фрагментов ДНК сохраняются в геноме на протяжении длительного времени. Другими словами, ученым нужно отделить последовательности, находящиеся под давлением естественного отбора. Изменения в таких последовательностях приводят к гибели организма или делают его неспособным к размножению — и вот они, с большой долей вероятности, действительно выполняют в клетке какие-либо важные функции.

«Задача отделить действительно функциональные элементы от участков, которые транскрибируются случайно, потребует гораздо больше работы, чем уже было проделано», — считает ведущий исследователь Национального центра биотехнологической информации США Евгений Кунин. «Более того, это теоретически невозможно, чтобы 80 процентов последовательностей генома выполняло ту или иную биологическую функцию. Не может такая значительная часть генома быть предметом отбора», — пояснил Кунин «Ленте.ру».

Бирни признает, что окончательным маркером функционально важных участков ДНК должна быть их устойчивость при передаче из поколения в поколение. Однако ученый отмечает, что некоторые последовательности могут выпадать из этого правила — скажем, гены, отвечающие за форму носа, очень вероятно, не находятся под строгим давлением отбора. Но это не значит, что они не интересны исследователям, занимающимся генетикой человека.

Но если участники проекта ENCODE ориентируются на показатель в 20 процентов — почему во все пресс-релизы (в том числе, и пресс-релиз журнала Nature) попала в четыре раза большая цифра? Бирни объясняет эту странность так: «Сначала я настаивал на [использовании обеих цифр]. Но поместить в один абзац сразу два процентных показателя — значит, потребовать слишком много усилий от читателей. Им необходимо понять, почему между этими двумя цифрами такая большая разница, а соответствующие объяснения могут оказаться чуть более длинными, чем способны вытерпеть большинство людей». В итоге исследователи остановились на варианте 80 процентов, потому что в него включены данные всех экспериментов ENCODE. Кроме того, он лучше подчеркивает главную мысль проекта, а именно, что геном — это не массив «мертвой» ДНК, а структура, наполненная жизнью и активностью.

Ложка меда

Собственно, словосочетание «биологическая функция» тоже появилось только в пресс-релизах. В оригинальных статьях ученые используют куда более нейтральное определение «биохимическая функция», которое прямо не указывает на значимость этой «функции» для организма.

Небольшая подмена понятий, которую позволили себе участники ENCODE, отнюдь не умаляет достоинств проекта. Это колоссальное по своим масштабам исследование, которое дает ученым массу ценнейшей информации для работы. Некоторые практические результаты есть уже сегодня. Проанализировав мутации (так называемые однонуклеотидные полиморфизмы или снипы), которые повышают вероятность, что у человека разовьется тот или иной недуг, специалисты выяснили, что до трети таких изменений располагаются в регуляторных участках, причем многие из этих участков активны только в иммунных клетках. Подобные данные уже позволяют исследователям искать причины заболеваний прицельно в конкретном типе клеток, а не перебирать все возможные варианты.

«Такие масштабные геномные проекты — это всегда позитивно, — считает директор института биологии гена РАН Павел Георгиев. — Они позволяют очень сильно экономить средства. В таких проектах большое сообщество ученых целенаправленно решает одну конкретную задачу, и это всегда эффективнее по сравнению с ситуацией, когда какие-то отдельные лаборатории с довольно ограниченными возможностями самостоятельно пытаются что-то сделать».

У всех подобных проектов, за исключением разве что самых «очевидных», вроде «Генома человека», есть одна общая проблема: как донести до публики их ценность. Результаты работы исследователей зачастую очень специфичны, и для того, чтобы объяснить их суть, требуется много времени. Отсюда и берутся громкие заголовки и передергивания вроде 80-процентной функциональности генома. Намеренно вводить читателей в заблуждение, конечно, нехорошо, но, с другой стороны, иногда только такой прием позволяет привлечь внимание к по-настоящему важному проекту. Так что лукавых ученых, наверное, можно понять.

Центр Молекулярной Генетики — Хромосомные нарушения

 

Данная брошюра содержит информацию о том, что такое хромосомные нарушения, как они могут наследоваться, и какие проблемы могут быть с ними связаны. Данная брошюра не может заменить Ваше общение с врачом, однако она может помочь Вам при обсуждении интересующих Вас вопросов.

Для того, чтобы лучше понять, что представляют собой хромосомные нарушения, вначале будет полезно узнать, что такое гены и хромосомы.

 

Что такое гены и хромосомы?

Наше тело состоит из миллионов клеток. Большинство клеток содержат полный набор генов. У человека тысячи генов. Гены можно сравнить с инструкциями, которые используются для контроля роста и согласованной работы всего организма. Гены отвечают за множество признаков нашего организма, например, за цвет глаз, группу крови или рост.

Гены расположены на нитевидных структурах, называемых хромосомами. В норме в большинстве клеток организма содержится по 46 хромосом. Хромосомы передаются нам от родителей – 23 от мамы, и 23 от папы, поэтому мы часто похожи на своих родителей. Таким образом, у нас два набора по 23 хромосомы, или 23 пары хромосом. Так как на хромосомах расположены гены, мы наследуем по две копии каждого гена, по одной копии от каждого из родителей. Хромосомы (следовательно, и гены) состоят из химического соединения, называемого ДНК.

Рисунок 1: Гены, хромосомы и ДНК

Хромосомы (см. Рисунок 2), пронумерованные от 1 до 22, одинаковые у мужчин и у женщин. Такие хромосомы называют аутосомами. Хромосомы 23-й пары различны у женщин и мужчин, и их называют половыми хромосомами. Есть 2 варианта половых хромосом: Х-хромосома и Y-хромосома. В норме у женщин присутствуют две Х-хромосомы (ХХ), одна из них передается от матери, другая – от отца. В норме у мужчин есть одна X-хромосома и одна Y-хромосома (XY), при этом Х-хромосома передается от матери, а Y-хромосома — от отца. Так, на Рисунке 2 изображены хромосомы мужчины, так как последняя, 23-я, пара представлена сочетанием XY.

Рисунок 2: 23 пары хромосом, распределенные по размеру; хромосома под номером 1 – самая большая. Две последние хромосомы – половые.

Хромосомные изменения

Правильный хромосомный набор является очень важным для нормального развития человека. Это связано с тем, что гены, которые дают «инструкции к действиям» клеткам нашего организма, находятся на хромосомах. Любое изменение количества, размера или структуры наших хромосом может означать изменение количества или последовательности генетической информации. Такие изменения могут привести к трудностям в обучении, задержке развития и другим проблемам здоровья ребенка.

Хромосомные изменения могут быть унаследованы от родителей. Чаще всего хромосомные изменения возникают на этапе формирования яйцеклетки или сперматозоида, или при оплодотворении (вновь возникшие мутации, или мутации de novo). Эти изменения невозможно контролировать.

Существует два основных типа хромосомных изменений. Изменение числа хромосом. При таком изменении существует увеличение или уменьшение числа копий какой-либо хромосомы. Изменение структуры хромосом. При таком изменении материал какой-либо хромосомы поврежден, или изменена последовательность генов. Возможно появление дополнительного или утрата части исходного хромосомного материала.

В данной брошюре мы рассмотрим хромосомные делеции, дупликации, инсерции, инверсии и кольцевые хромосомы. Если Вас интересует информация о хромосомных транслокациях, пожалуйста, обратитесь к брошюре «Хромосомные транслокации».

Изменение числа хромосом.

В норме в каждой клетке человека содержится 46 хромосом. Однако, иногда ребенок рождается либо с большим, либо с меньшим числом хромосом. В таком случае возникает, соответственно, либо избыточное, либо недостаточное число генов, необходимых для регуляции роста и развития организма.

Один из наиболее распространенных примеров генетического заболевания, вызванного избыточным числом хромосом, является синдром Дауна. В клетках людей с этим заболеванием находится 47 хромосом вместо обычных 46-ти, так как присутствует три копии 21-ой хромосомы вместо двух. Другими примерами заболеваний, вызванных избыточным числом хромосом являются синдромы Эдвардса и Патау.

Рисунок 3: Хромосомы девочки (последняя пара хромосом ХХ) с синдромом Дауна. Видны три копии 21-ой хромосомы вместо двух.

Изменение структуры хромосом.

Изменения в структуре хромосом происходят, когда материал определенной хромосомы поврежден, или изменена последовательность генов. К структурным изменениям также относятся избыток или утрата части хромосомного материала. Это может происходить несколькими путями, описанными ниже.

Изменения структуры хромосом могут быть очень небольшими, и специалистам в лабораториях бывает сложно их выявить. Однако даже если структурное изменение найдено, часто бывает сложно предсказать влияние этого изменения на здоровье конкретного ребенка. Это может разочаровать родителей, которые хотят получить исчерпывающую информацию о будущем своего ребенка.

Транслокации

Если Вы хотите больше узнать о транслокациях, пожалуйста, обратитесь к брошюре «Хромосомные транслокации».

Делеции

Термин «хромосомная делеция» означает, что часть хромосомы утрачена или укорочена. Делеция может случиться в любой хромосоме и на протяжении любой части хромосомы. Делеция может быть любого размера. Если утраченный при делеции материал (гены) содержал важную информацию для организма, то у ребенка могут возникать трудности в обучении, задержка развития и другие проблемы со здоровьем. Тяжесть этих проявлений зависит от размеров утраченной части и локализации внутри хромосомы. Примером такого заболевания является синдром Жубер.

Дупликации

Термин «хромосомная дупликация» означает, что часть хромосомы удвоена, и из-за этого возникает избыток генетической информации. Этот избыточный материал хромосомы означает, что организм получает слишком большое число «инструкций», и это может привести к трудностям в обучении, задержке развития и другим проблемам здоровья ребенка. Примером заболевания, вызванного дупликацией части хромосомного материала является моторно-сенсорная нейропатия типа IA.

Инсерции

Хромосомная инсерция (вставка) означает, что часть материала хромосомы оказалась «не на своем месте» на этой же или на другой хромосоме. Если общее количество хромосомного материала не изменилось, то такой человек, как правило, здоров. Однако если такое перемещение приводит к изменению количества хромосомного материала, то у человека могут возникать трудности в обучении, задержка развития и другие проблемы здоровья ребенка.

Кольцевые хромосомы

Термин «кольцевая хромосома» означает, что концы хромосомы соединились, и хромосома приобрела форму кольца ( внорме хромосомы человека имеют линейную структуру). Обычно это происходит, когда оба конца одной и той же хромосомы укорочены. Оставшиеся концы хромосомы становятся «липкими» и соединяются, формируя «кольцо». Последствия формирования кольцевых хромосом для организма зависят от размера делеций на концах хромосомы.

Инверсии

Хромосомная инверсия означает такое изменение хромосомы, при котором часть хромосомы развернута, и гены в этом участке расположены в обратном порядке. В большинстве случаев носитель инверсии здоров.

Если у родителя обнаружена необычная хромосомная перестройка, как это может отразиться на ребенке?

           Возможны несколько исходов каждой беременности:

  • Ребенок может получить совершенно нормальный набор хромосом.
  • Ребенок может унаследовать такую же хромосомную перестройку, которая есть у родителя.
  • У ребенка могут быть трудности в обучении, задержка развития или другие проблемы со здоровьем.
  • Возможно самопроизвольное прерывание беременности.

Таким образом, у носителя хромосомной перестройки могут рождаться здоровые дети, и во многих случаях происходит именно так. Так как каждая перестройка уникальна, Вашу конкретную ситуацию следует обсудить с врачом–генетиком. Часто бывает, что ребенок рождается с хромосомной перестройкой, несмотря на то, что хромосомный набор родителей нормальный. Такие перестройки называют вновь возникшими, или возникшими “de novo” (от латинского слова). В этих случаях риск повторного рождения ребенка с хромосомной перестройкой у этих же родителей очень мал.

Диагностика хромосомных перестроек

Возможно проведение генетического анализа для выявления носительства хромосомной перестройки. Для анлиза берется образец крови, и клетки крови исследуют в специализированной лаборатории для выявления хромосомных перестроек. Такой анализ называется кариотипированием. Также возможно проведение теста во время беременности для оценки хромосом плода. Такой анализ называется пренатальной диагностикой, и этот вопрос следует обсудить с врачом-генетиком. Более подробная информация на эту тему представлена в брошюрах «Биопсия ворсин хориона» и «Амниоцентез».

Как это касается других членов семьи

Если у одного из членов семьи обнаружена хромосомная перестройка, возможно, Вы захотите обсудить этот вопрос с другими членами семьи. Это даст возможность другим родственникам, при желании, пройти обследование (анализ хромосом в клетках крови) для определения носительства хромосомной перестройки. Это может быть особенно важно для родственников, уже имеющих детей или планирующих беременность. Если они не являются носителями хромосомной перестройки, они не могут передать ее своим детям. Если же они являются носителями, то им может быть предложено пройти обследование во время беременности для анализа хромосом плода.

Некоторым людям сложно обсуждать проблемы, связанные с хромосомной перестройкой, с членами семьи. Они могут бояться причинить беспокойство членам семьи. В некоторых семьях люди из-за этого испытывают сложности в общении и теряют взаимопонимание с родственниками. Врачи-генетики, как правило, имеют большой опыт в решении подобных семейных ситуаций и могут помочь Вам в обсуждении проблемы с другими членами семьи.

Что важно помнить

  • Хромосомная перестройка может как наследоваться от родителей, так и возникать в процессе оплодотворения.
  • Перестройку нельзя исправить – она остается на всю жизнь.
  • Перестройка не заразна, например, ее носитель может быть донором крови.
  • Люди часто испытывают чувство вины в связи с тем, что в их семье есть такая проблема, как хромосомная перестройка. Важно помнить, что это не является чьей-либо виной или следствием чьих-либо действий.
  • Большинство носителей сбалансированных перестроек могут иметь здоровых детей.

 

Что такое ген? Или краткий лекбез из уст специалиста

В данной статье мы представляем Вашему вниманию весьма доходчивое и подробное изложение современных представлений о генах, их роли в жизни животного и растительного мира. Нам показался интересным данный материал. Первоисточником этого материала является блог пользователя progenes.

Ушедшая декада нового тысячелетия ознаменовалась новыми (очередными) попытками сформулировать понятие ген и оно оказалось весьма запутанным. Попытаемся разобраться с генами там, где это еще возможно.

Если меня спросить, что такое ген, то я немного невнятно помычу, закатывая глаза, почешу затылок, а потом скажу что-то вроде, что ген – это «комплекс причинно-следственных молекулярных событий, где определенный участок дезоксирибонуклеиновой кислоты играет ключевую роль». Но это моя личная интерпретация.

Немного истории

Освежим то, что мы уже знаем. В классической генетике ген – абстрактное понятие, единица наследования, которая передает какие-то качества от родителя к ребенку. Биохимия добавила в эту картину первую конкретику: эти качества связаны с ферментами или белками, по одному на каждый ген. А с приходом молекулярной биологии, гены окончательно воплотились в материальную субстанцию – последовательность ДНК, которая при конвертировании в информационную РНК может быть использована в качестве основы для создания белков.

Длинные спиральные молекулы ДНК хромосом представлялись как длинные нити, на которые «нанизаны» последовательности генов словно бисер. Эта стройная картина все еще существует в умах многих молекулярщиков, хотя и с целым рядом поправок к центральной догме молекулярной биологии. Не то, чтобы никто не интересовался, что такое ген на самом деле. Просто зачастую чисто технически такого представления вполне достаточно, чтобы выделить дискретный участок ДНК, который кодирует какой-то ген, который можно расшифровать, переписать в РНК, а затем в белок. Держим в голове самую простую схему ДНК – РНК – белок- признак. Это одна из возможных схем, но пока и ее достаточно, чтобы понять, что с геном все не так просто. Отсюда мы сейчас начнем плясать.

Если в геноме совсем нет участка ДНК, кодирующего какой-то продукт, то тут мы с уверенностью можем утверждать, что гена тоже нет. Это, пожалуй, единственное, в чем мы можем быть уверенными на сто процентов.

Рис. 1.

Ген-кодирующий участок ДНК?

Если есть участок ДНК, который считывается в виде РНК, на которой может синтезироваться белок, это уже ген или нет? Вопросы начинаются уже с момента считывания РНК. Перед геном как правило всегда есть последовательность, которую называют промотором. На ней расположен целый ряд регуляторных последовательностей, на которые садится молекулярная машина считки РНК.

Проверяем гипотезу. Берем последовательность ДНК, в которой «записан» конечный продукт и переносим ее в другой геном. Если промотора у нее нет, то она «не включится», не будет считки РНК, соответственно, конечного продукта также не будет. Получается ситуация – участок, кодирующий белок у нас есть, а продукта нет. Для клетки и целого организма эта ситуация рассматривается как отсутствие признака. Следовательно, ген это не только кодирующая последовательность, но и промотор – кнопка, ее «включающая». Вот так.

Рис. 2.

Ген – кодирующий участок ДНК плюс промотор?

Допустим, теперь у нас есть ДНК, состоящая как минимум из двух частей – кодирующей продукт и промотора. Это ген? Чтобы проверить гипотезу, промутируем в промоторе ряд важных регуляторных последовательностей так, чтобы их НЕ узнавала та самая транскрипционная машина. В результате синтеза РНК опять не происходит, белка нет. Для организма это опять ситуация равная «отсутствию признака». Таким образом, важно те только, чтобы физически присутствовала кодирующая последовательность и промотор, важно также, чтобы в промоторе все регулирующие элементы были в полном здравии.

Вот как звучит окончательная формулировка гена–«A locatable region of genomic sequence, corresponding to a unit of inheritance, which is associated with regulatory regions, transcribed regions and/or other functional sequence regions. »

Рис. 3.

Ген плюс факторы транскрипции

Факторы транскрипции определяют когда и где именно включить или заблокировать синтез РНК с того или иного участка ДНК, который мы считаем геном. Нет факторов транскрипции, нет работы гена, нет признака, который он кодирует.

И вот как это выглядит на картинке. И с этой байдой мы попробуем взлететь.

Рис. 4.

Поэтому, для примера, следующая ситуация. Берем участок ДНК, с кодирующей частью и промотором-кнопкой в целости и сохранности (мы думаем, что это уже наконец ген, который кодирует белок и кодирует какой-то признак) и переносим в геном каких-то клеток. Для лучшего понимания немного упростим ситуацию. Допустим, что ген из растений, а мы переносим его в геном клеток кожи, которые растут на питательной среде. Вы не сильно удивитесь, если узнаете, что может случиться так, что там ген не «включится»? Наиболее вероятное объяснение такое, что в животных клетках транскрипционная машина не узнает растительные регуляторные последовательности. Для животных клеток это ситуация отсутствия гена и отсутствие его продукта, следовательно, отсутствие признака.

Я уже руки раскинула так далеко, что получается, что чтобы ген (участок ДНК) свершил то, что в классической генетике считается реализация какого-то унаследованного признака, то в эту картину просто необходимо добавить еще и условия его работы.

Факторы транскрипции (шары на картинке) – это белки. И раз это белки, значит они тоже кодируются какими-то генами. И точно также считываются в виде РНК и тоже с помощью других факторов транскрипции, которые тоже гены и так далее. Для каждого гена свой индивидуальный набор транскрипционной машины, которая собирается в зависимости от внешних сигналов.

Таким образом, чтобы заработал один ген в конкретный момент времени, в конкретном месте в организме надо, чтобы перед этим там включились другие гены и подготовили все к его включению. От чего это зависит? Именно в этом месте в эту эпическую картину мы добавляем самого ключевого игрока – внешнюю и внутренюю среду.

Синтез, локализация и работа факторов транскрипции часто регулируется принятием молекулярных сигналов извне. Например, в клетку поступил сигнал – атака патогена или гормон. Он воспринимается какими-то рецепторами на поверхности клетки (которые тоже гены). Дальше, вроде падающих домино-фишек, сигнал передается молекулярному каскаду (которые тоже гены) до ядра и включает синтез нужных факторов транскрипции (напоминаю, это тоже гены), которые потом включают ген Х, продукт которого может непосредственно влиять на патоген.

Получается, что включению (работе) всегда гена предшедствуют события, которые произошли в прошлом хотя бы на мгновение раньше и подготовили почву для его работы.

Для тех, кто дочитал до конца. Обо всем этом вы можете спокойно забыть. Потому что промоторы бывают не только спереди гена, но и в его хвосте. Регуляторные участки натыканы и внутри кодирующей части и вообще где-попало. Не все считанные РНК кодируют какой-то белок, а являются регуляторами работы других генов. Но и в этом случае они могут считаться генами. Один кодирующий участок ДНК может расшифровывать в разные продукты. И пока молекулярщики сошлись с горем пополам на общем знаменателе, что с кучей оговорок, признаком работающего гена можно считать функциональный транскрипт (РНК), кодирует ли он белок, или нет, некоторые бактерии могут синтезировать белок прямо на ДНК. При этом мы еще не касались эпигенетической регуляции, которая тоже причем.

И в заключение, зачем нам это все знать? Разворачивание генетической программы происходит во времени в виде комплексного взаимодействия генов между собой при тесном взаимодействии с окружающей средой. Факторов, влияющих на это, великое множество. Например, широко известный пример незакрытия нервной трубки во время внутриутробного развития при дефиците фолиевой кислоты: у мышей этот феномен кодируется более чем 200 генами. У человека пока с относительной точностью определили всего несколько ключевых генов, задействованых в метаболизме фолиевой кислоты. Но их наверняка больше.

46 — норма?. Считаем хромосомы: сколько человеку для счастья нужно

Прожиточный оптимум

Сначала договоримся о терминологии. Окончательно человеческие хромосомы посчитали чуть больше полувека назад — в 1956 году. С тех пор мы знаем, что в соматических, то есть не половых клетках, их обычно 46 штук — 23 пары.

Хромосомы в паре (одна получена от отца, другая — от матери) называют гомологичными. На них расположены гены, выполняющие одинаковые функции, однако нередко различающиеся по строению. Исключение составляют половые хромосомы — Х и Y, генный состав которых совпадает не полностью. Все остальные хромосомы, кроме половых, называют аутосомами.

Количество наборов гомологичных хромосом — плоидность — в половых клетках равно одному, а в соматических, как правило, двум.

Интересно, что не у всех видов млекопитающих число хромосом постоянно. Например, у некоторых представителей грызунов, собак и оленей обнаружили так называемые В-хромосомы. Это небольшие дополнительные хромосомы, в которых практически нет участков, кодирующих белки, а делятся и наследуются они вместе с основным набором и, как правило, не влияют на работу организма. Полагают, что В-хромосомы — это просто удвоенные фрагменты ДНК, «паразитирующие» на основном геноме.

У человека до сих пор В-хромосомы обнаружены не были. Зато иногда в клетках возникает дополнительный набор хромосом — тогда говорят о полиплоидии, а если их число не кратно 23 — об анеуплоидии. Полиплоидия встречается у отдельных типов клеток и способствует их усиленной работе, в то время как анеуплоидия обычно свидетельствует о нарушениях в работе клетки и нередко приводит к ее гибели.

Делиться надо честно

Чаще всего неправильное количество хромосом является следствием неудачного деления клеток. В соматических клетках после удвоения ДНК материнская хромосома и ее копия оказываются сцеплены вместе белками когезинами. Потом на их центральные части садятся белковые комплексы кинетохоры, к которым позже прикрепляются микротрубочки. При делении по микротрубочкам кинетохоры разъезжаются к разным полюсам клетки и тянут за собой хромосомы. Если сшивки между копиями хромосомы разрушатся раньше времени, то к ним могут прикрепиться микротрубочки от одного и того же полюса, и тогда одна из дочерних клеток получит лишнюю хромосому, а вторая останется обделенной.

Деление при образовании половых клеток (мейоз) устроено более сложно. После удвоения ДНК каждая хромосома и ее копия, как обычно, сшиты когезинами. Затем гомологичные хромосомы (полученные от отца и матери), а точнее их пары, тоже сцепляются друг с другом, и получается так называемая тетрада, или четверка. А дальше клетке предстоит поделиться два раза. В ходе первого деления расходятся гомологичные хромосомы, то есть дочерние клетки содержат пары одинаковых хромосом. А во втором делении эти пары расходятся, и в результате половые клетки несут одинарный набор хромосом.

Мейоз тоже нередко проходит с ошибками. Проблема в том, что конструкция из сцепленных двух пар гомологичных хромосом может перекручиваться в пространстве или разделяться в неположенных местах. Результатом снова будет неравномерное распределение хромосом. Иногда половой клетке удается это отследить, чтобы не передавать дефект по наследству. Лишние хромосомы часто неправильно уложены или разорваны, что запускает программу гибели. Например, среди сперматозоидов действует такой отбор по качеству. А вот яйцеклеткам повезло меньше. Все они у человека образуются еще до рождения, готовятся к делению, а потом замирают. Хромосомы уже удвоены, тетрады образованы, а деление отложено. В таком виде они живут до репродуктивного периода. Дальше яйцеклетки по очереди созревают, делятся первый раз и снова замирают. Второе деление происходит уже сразу после оплодотворения. И на этом этапе проконтролировать качество деления уже сложно. А риски больше, ведь четыре хромосомы в яйцеклетке остаются сшитыми в течение десятков лет. За это время в когезинах накапливаются поломки, и хромосомы могут спонтанно разделяться. Поэтому чем старше женщина, тем больше вероятность неправильного расхождения хромосом в яйцеклетке.

Анеуплоидия в половых клетках неизбежно ведет к анеуплоидии зародыша. При оплодотворении здоровой яйцеклетки с 23 хромосомами сперматозоидом с лишней или недостающей хромосомами (или наоборот) число хромосом у зиготы, очевидно, будет отлично от 46. Но даже если половые клетки здоровы, это не дает гарантий здорового развития. В первые дни после оплодотворения клетки зародыша активно делятся, чтобы быстро набрать клеточную массу. Судя по всему, в ходе быстрых делений нет времени проверять корректность расхождения хромосом, поэтому могут возникнуть анеуплоидные клетки. И если произойдет ошибка, то дальнейшая судьба зародыша зависит от того, в каком делении это случилось. Если равновесие нарушено уже в первом делении зиготы, то весь организм вырастет анеуплоидным. Если же проблема возникла позже, то исход определяется соотношением здоровых и аномальных клеток.

Часть последних может дальше погибнуть, и мы никогда не узнаем об их существовании. А может принять участие в развитии организма, и тогда он получится мозаичным — разные клетки будут нести разный генетический материал. Мозаицизм доставляет немало хлопот пренатальным диагностам. Например, при риске рождения ребенка с синдромом Дауна иногда извлекают одну или несколько клеток зародыша (на той стадии, когда это не должно представлять опасности) и считают в них хромосомы. Но если зародыш мозаичен, то такой метод становится не особенно эффективным.

Третий лишний

Все случаи анеуплоидии логично делятся на две группы: недостаток и избыток хромосом. Проблемы, возникающие при недостатке, вполне ожидаемы: минус одна хромосома означает минус сотни генов.

Расположение хромосом в ядре клетки человека (хромосомные территории). Изображение: Bolzer et al., 2005 / Wikimedia Commons / CC BY 2.5

Если гомологичная хромосома работает нормально, то клетка может отделаться только недостаточным количеством закодированных там белков. Но если среди оставшихся на гомологичной хромосоме генов какие-то не работают, то соответствующих белков в клетке не появится совсем.

В случае избытка хромосом все не так очевидно. Генов становится больше, но здесь — увы — больше не значит лучше.

Во-первых, лишний генетический материал увеличивает нагрузку на ядро: дополнительную нить ДНК нужно разместить в ядре и обслужить системами считывания информации.

Ученые обнаружили, что у людей с синдромом Дауна, чьи клетки несут дополнительную 21-ю хромосому, в основном нарушается работа генов, находящихся на других хромосомах. Видимо, избыток ДНК в ядре приводит к тому, что белков, поддерживающих работу хромосом, не хватает на всех.

Во-вторых, нарушается баланс в количестве клеточных белков. Например, если за какой-то процесс в клетке отвечают белки-активаторы и белки-ингибиторы и их соотношение обычно зависит от внешних сигналов, то дополнительная доза одних или других приведет к тому, что клетка перестанет адекватно реагировать на внешний сигнал. И наконец, у анеуплоидной клетки растут шансы погибнуть. При удвоении ДНК перед делением неизбежно возникают ошибки, и клеточные белки системы репарации их распознают, чинят и запускают удвоение снова. Если хромосом слишком много, то белков не хватает, ошибки накапливаются и запускается апоптоз — программируемая гибель клетки. Но даже если клетка не погибает и делится, то результатом такого деления тоже, скорее всего, станут анеуплоиды.

Жить будете

Если даже в пределах одной клетки анеуплоидия чревата нарушениями работы и гибелью, то неудивительно, что целому анеуплоидному организму выжить непросто. На данный момент известно только три аутосомы — 13, 18 и 21-я, трисомия по которым (то есть лишняя, третья хромосома в клетках) как-то совместима с жизнью. Вероятно, это связано с тем, что они самые маленькие и несут меньше всего генов. При этом дети с трисомией по 13-й (синдром Патау) и 18-й (синдром Эдвардса) хромосомам доживают в лучшем случае до 10 лет, а чаще живут меньше года. И только трисомия по самой маленькой в геноме, 21-й хромосоме, известная как синдром Дауна, позволяет жить до 60 лет.

Совсем редко встречаются люди с общей полиплоидией. В норме полиплоидные клетки (несущие не две, а от четырех до 128 наборов хромосом) можно обнаружить в организме человека, например в печени или красном костном мозге. Это, как правило, большие клетки с усиленным синтезом белка, которым не требуется активное деление.

Дополнительный набор хромосом усложняет задачу их распределения по дочерним клеткам, поэтому полиплоидные зародыши, как правило, не выживают. Тем не менее описано около 10 случаев, когда дети с 92 хромосомами (тетраплоиды) появлялись на свет и жили от нескольких часов до нескольких лет. Впрочем, как и в случае других хромосомных аномалий, они отставали в развитии, в том числе и умственном. Однако многим людям с генетическими аномалиями приходит на помощь мозаицизм. Если аномалия развилась уже в ходе дробления зародыша, то некоторое количество клеток могут остаться здоровыми. В таких случаях тяжесть симптомов снижается, а продолжительность жизни растет.

Гендерные несправедливости

Однако есть и такие хромосомы, увеличение числа которых совместимо с жизнью человека или даже проходит незаметно. И это, как ни удивительно, половые хромосомы. Причиной тому — гендерная несправедливость: примерно у половины людей в нашей популяции (девочек) Х-хромосом в два раза больше, чем у других (мальчиков). При этом Х-хромосомы служат не только для определения пола, но и несут более 800 генов (то есть в два раза больше, чем лишняя 21-я хромосома, доставляющая немало хлопот организму). Но девочкам приходит на помощь естественный механизм устранения неравенства: одна из Х-хромосом инактивируется, скручивается и превращается в тельце Барра. В большинстве случаев выбор происходит случайно, и в ряде клеток в результате активна материнская Х-хромосома, а в других — отцовская. Таким образом, все девочки оказываются мозаичными, потому что в разных клетках работают разные копии генов. Классическим примером такой мозаичности являются черепаховые кошки: на их Х-хромосоме находится ген, отвечающий за меланин (пигмент, определяющий, среди прочего, цвет шерсти). В разных клетках работают разные копии, поэтому окраска получается пятнистой и не передается по наследству, так как инактивация происходит случайным образом.

Кошка черепахового окраса. Фото: Lisa Ann Yount / Flickr / Public domain

В результате инактивации в клетках человека всегда работает только одна Х-хромосома. Этот механизм позволяет избежать серьезных неприятностей при Х-трисомии (девочки ХХХ) и синдромах Шерешевского — Тернера (девочки ХО) или Клайнфельтера (мальчики ХХY). Таким рождается примерно один из 400 детей, но жизненные функции в этих случаях обычно не нарушены существенно, и даже бесплодие возникает не всегда. Сложнее бывает тем, у кого хромосом больше трех. Обычно это значит, что хромосомы не разошлись дважды при образовании половых клеток. Случаи тетрасомии (ХХХХ, ХХYY, ХХХY, XYYY) и пентасомии (XXXXX, XXXXY, XXXYY, XXYYY, XYYYY) встречаются редко, некоторые из них описаны всего несколько раз за всю историю медицины. Все эти варианты совместимы с жизнью, и люди часто доживают до преклонных лет, при этом отклонения проявляются в аномальном развитии скелета, дефектах половых органов и снижении умственных способностей. Что характерно, дополнительная Y-хромосома сама по себе влияет на работу организма несильно. Многие мужчины c генотипом XYY даже не узнают о своей особенности. Это связано с тем, что Y-хромосома сильно меньше Х и почти не несет генов, влияющих на жизнеспособность.

У половых хромосом есть и еще одна интересная особенность. Многие мутации генов, расположенных на аутосомах, приводят к отклонениям в работе многих тканей и органов. В то же время большинство мутаций генов на половых хромосомах проявляется только в нарушении умственной деятельности. Получается, что в существенной степени половые хромосомы контролируют развитие мозга. На основании этого некоторые ученые высказывают гипотезу, что именно на них лежит ответственность за различия (впрочем, не до конца подтвержденные) между умственными способностями мужчин и женщин.

Кому выгодно быть неправильным

Несмотря на то что медицина знакома с хромосомными аномалиями давно, в последнее время анеуплоидия продолжает привлекать внимание ученых. Оказалось, что более 80% клеток опухолей содержат необычное количество хромосом. С одной стороны, причиной этому может служить тот факт, что белки, контролирующие качество деления, способны его затормозить. В опухолевых клетках часто мутируют эти самые белки-контролеры, поэтому снимаются ограничения на деление и не работает проверка хромосом. С другой стороны, ученые полагают, что это может служить фактором отбора опухолей на выживаемость. Согласно такой модели, клетки опухоли сначала становятся полиплоидными, а дальше в результате ошибок деления теряют разные хромосомы или их части. Получается целая популяция клеток с большим разнообразием хромосомных аномалий. Большинство из них нежизнеспособны, но некоторые могут случайно оказаться успешными, например если случайно получат дополнительные копии генов, запускающих деление, или потеряют гены, его подавляющие. Однако если дополнительно стимулировать накопление ошибок при делении, то клетки выживать не будут. На этом принципе основано действие таксола — распространенного лекарства от рака: он вызывает системное нерасхождение хромосом в клетках опухоли, которое должно запускать их программируемую гибель.

Получается, что каждый из нас может оказаться носителем лишних хромосом, по крайней мере в отдельных клетках. Однако современная наука продолжает разрабатывать стратегии борьбы с этими нежеланными пассажирами. Одна из них предлагает использовать белки, отвечающие за Х-хромосому, и натравить, например, на лишнюю 21-ю хромосому людей с синдромом Дауна. Сообщается, что на клеточных культурах этот механизм удалось привести в действие. Так что, возможно, в обозримом будущем опасные лишние хромосомы окажутся укрощены и обезврежены.

 Полина Лосева

как и зачем – Наука – Коммерсантъ

Возможность редактирования генов будоражит умы людей и вызывает множество споров. Так что же представляет собой генное редактирование и какие перспективы открывает перед современной биологией и медициной?

Генетическая информация закодирована в виде текста, состоящего из сочетания четырех букв: А, Г, Т и Ц. Если на одну среднюю книжную страницу приходится 6 тыс. букв, то генетическая информация человека будет записана в книге, состоящей из миллиона страниц. Технологии редактирования генов позволяют изменять генетический «текст». Можно заменить одну или несколько букв в коде, или, наоборот, удалить лишние или вставить дополнительные буквы. Кроме того, можно вставить целые новые «главы» (трансгены), тем самым внося в геном живого объекта новый признак. Например, генные инженеры могут добавить в геном растений или животных ген устойчивости к определенным антибиотикам и токсинам, или ген, который кодирует флуоресцентный белок, благодаря чему трансгенный организм будет светиться при воздействии на него ультрафиолетом. Гены редактируют «молекулярными ножницами», например, широко известными инструментами CRISPR/Cas9 или TALEN, которые изначально были элементами системы защиты бактерий и растений от патогенов, а ученые адаптировали их для генетических манипуляций. Эти «молекулярные ножницы» могут вносить разрезы практически в любом месте «текста» генома. В местах разрезов как раз и происходят в дальнейшем вышеупомянутые текстовые корректировки.

Все это делается, конечно, не просто ради интереса или красоты, а имеет конкретную прикладную цель. Наиболее перспективно применение редактирования генов в сельском хозяйстве, например для создания ГМО-животных и растений с улучшенными признаками (больше мышечная масса и удои у скота, шампиньоны, которые не темнеют, пшеница со сниженным содержанием глютена и т. д.), и, что наиболее актуально, в биомедицине, о чем и пойдет речь.

Генное редактирование позволит лечить множество заболеваний человека, включая наследственные болезни, вирусные инфекции, а также онкологические заболевания. Некоторые технологии уже активно применяются в современной медицине. Так, с помощью инструмента CRISPR/Cas9 проводят терапию наследственных заболеваний крови, созданы иммунные клетки, борющиеся с раковыми клетками, ведутся активные исследования по лечению ВИЧ. Еще одной областью применения генного редактирования является создание животных и культур клеток, которые могут быть использованы в качестве модельных объектов в биомедицинских исследованиях. С помощью таких моделей можно тестировать новые лекарства и проводить детальные исследования различных биологических процессов в норме и при патологиях.

Сотрудники лаборатории эпигенетики развития Института цитологии и генетики СО РАН под руководством профессора, доктора биологических наук Сурена Закияна используют технологии генного редактирования для создания моделей наследственных заболеваний человека, а также трансгенных моделей на основе культивируемых клеток человека. Безусловно, моделирование в чашке Петри не может полностью отражать сложные процессы, происходящие на уровне целого организма. Однако преимущества таких клеток не стоит недооценивать. Во-первых, это клетки человека, что само по себе является главным достоинством таких моделей по сравнению с животными моделями. Во-вторых, их можно «нарабатывать / наращивать» в больших количествах по относительно низкой цене. И, в-третьих, редактировать гены на уровне клеток сравнительно проще и точнее, чем на уровне эмбрионов животных.

Лаборатория использует технологии редактирования генов в двух основных направлениях — создание изогенных и трансгенных клеточных культур. Изогенные клетки полезны для исследования мутаций, вызывающих наследственные заболевания. Такие клетки имеют абсолютно идентичный генетический «текст» и отличаются друг от друга только конкретной ошибкой — мутацией. Зачем нужны изогенные клетки? Одним из основных ограничений в биомедицинских исследованиях клеток человека от разных доноров является то, что геномы всех людей отличаются друг от друга однобуквенными заменами во многих генах. Эти замены могут оказывать значительный эффект на протекание того или иного заболевания. Например, у пациентов с одним и тем же наследственным заболеванием первые симптомы могут начать проявляться в разном возрасте. Кроме того, тяжесть протекания заболевания тоже может различаться. Отсутствие таких однобуквенных замен в геноме изогенных клеток позволяет исключить этот фактор и исследовать эффект исключительно мутации (как если бы у одного близнеца мутация была, а у другого идентичного близнеца ее не было).

Трансгенные клеточные культуры позволяют наблюдать и изучать различные процессы в клетках. Учеными из лаборатории уже созданы клетки с трансгенами, позволяющими детектировать окислительный стресс в клетках, вызванный увеличением уровня активных форм кислорода. В нормальных условиях здоровая клетка с трансгеном не светится. Однако если воздействовать на клетку какими-либо токсическими веществами или, например, клетка имеет мутацию, вызывающую болезнь Паркинсона, то в клетке запускаются патологические процессы и она краснеет. Затем можно добавить в питательную среду к клеткам лекарство-кандидат, и если клетки прекращают светиться, то можно делать вывод об эффективности лекарства. Кроме того, такой биосенсор позволяет отделить красные клетки от несветящихся и по отдельности изучать особенности двух популяций.

В уже обозримом будущем клетки, полученные с помощью технологии генного редактирования, войдут в незаменимый инструментарий исследований патологий человека с целью поиска конкретных генов-мишеней, воздействуя на которые можно точно остановить или предотвратить развитие патологии. Более того, эти клеточные модели станут «идеальной» платформой для широкомасштабного высокопроизводительного тестирования новых лекарственных соединений.

Туяна Маланханова, старший лаборант лаборатории эпигенетики развития Института цитологии и генетики СО РАН (Новосибирск)


Секрет молодости — в «рыжем гене»?

Автор фото, Thinkstock

Подпись к фото,

Рыжие волосы и «вечная молодость» могут иметь единую генетическую основу

Ученые утверждают, что достигли прогресса в понимании того, почему некоторые люди выглядят моложе своего возраста.

Они обнаружили фрагмент человеческого ДНК — генетический код, влияющий, по всей видимости, на то, на сколько лет выглядит человек.

Ген MC1R отвечает за защиту человеческого тела от воздействий ультрафиолетового излучения, а его вариации несут в себе, в частности, информацию о рыжем цвете волос.

Изучение «кажущегося возраста» было организовано Медицинским центром Университета Эразмус в Нидерландах и компанией Unilever. Выводы ученых опубликованы в журнале Current Biology.

По словам старшего научного сотрудника Unilever, доктора Дэвида Гунна, феномен «кажущегося возраста» знаком всем.

«Встречаете вы двух людей, с которыми не виделись 10 лет, и замечаете, что один как будто не постарел ни на день, а глядя на второго, думаете: «Ой, что же с ним произошло?», — сказал Гунн в интервью Би-би-си.

Секрет «рыжего гена»

В рамках исследования ученые взяли изображения 2693 человек, запечатленных без макияжа, и спрашивали у людей, на сколько лет, по их мнению, выглядит каждый из сфотографированных. Затем они сравнили результаты с настоящим возрастом изучаемых.

На следующем этапе исследователи тщательно изучили ДНК этих 2693 человек, чтобы найти какие-либо различия или мутации, совпадающие у тех, кто выглядит моложе.

Все указывало на ген MC1R, отвечающий за выработку меланина, который влияет на пигментацию кожи и защает ее от ультрафиолетового излучения солнца.

Однако у этого гена существует множество различных форм, или вариантов, многие из которых отвечают за рыжие волосы, — поэтому его и прозвали «рыжим геном».

Автор фото, Thinkstock

Ученые предполагают, что некоторые варианты гена приводят к тому, что его носители в среднем выглядят на два года моложе, чем люди с другими вариантами MC1R.

«Важно то, что мы действительно нашли этот ген, а значит, мы сможем найти больше, — сказал он Би-би-си. — Это очень интересно, ведь настолько известный феномен до сих пор не объясним: почему некоторые люди выглядят моложе?».

В то же время исследователи не могут объяснить, почему MC1R обладает таким эффектом. Они проверили теорию о том, что различные варианты гена могут менять силу воздействия солнца на кожу, но она не подтвердилась.

Профессор Иэн Джексон из отдела генетики человека британского Совета по исследованиям в области медицины говорит, что ученые пришли к интересным выводам, но источник молодости не нашли.

«MC1R — это важный ген, влияющий на рыжесть волос и бледность кожи. Они [ученые] хотят сказать, что он также помогает выглядеть моложе, при этом с бледностью кожи это не связано. Я в этом не уверен», — говорит он.

Исследователи говорят, что в ходе работы приняли во внимание разные тоны кожи.

Однако профессор Джексон утверждает: «Вопрос в том, насколько они учли в расчетах все эти факторы, включая цвет волос и цвет глаз. Но инстинктивно мне кажется, что дело в пигментации».

«Подозреваю, что люди с более бледной пигментацией выглядят моложе. Речь может идти о более бледной коже, голубых глазах или светлых или рыжих волосах», — отмечает Джексон.

Автор фото, Thinkstock

Ученые планируют дальнейшие исследования, однако доктор Гунн надеется, что результаты в конечном итоге приведут к созданию продукта, позволяющего людям выглядеть моложе.

«Это первое генетическое исследование «кажущегося возраста». В идеале мы хотим создать нечто такое, что активизировало бы этот ген у всех», — говорит он.

Однако пока совсем не ясно, будет ли у людей возможность искусственно «занизить» свой возраст.

«Это интересное исследование, которое показывает, как генетика влияет на процесс старения помимо развития заболеваний», — говорит профессор Тим Фрейлинг из Эксетерского университета.

«Однако, несмотря на это, авторы признают, что им нужно найти и другие генетические варианты, чтобы получить возможность регулировать то, как человек выглядит, лишь с помощью ДНК», — отмечает Фрейлинг.

Как выглядит «включить» ген?

В мрачной тьме танцуют синие и зеленые капли. Иногда они держатся на приличном расстоянии друг от друга, но иногда они идут бок о бок — и когда это происходит, вспыхивают другие цвета.

Видео, опубликованное в прошлом году, нечеткое и длится несколько секунд, но оно поразило ученых, которые его видели. Впервые они стали свидетелями деталей раннего шага — давно невидимого, просто умно предполагаемого — центрального события в биологии: акта включения гена.Эти синие и зеленые капли были двумя ключевыми частями ДНК, называемыми энхансером и промотором (помечены как флуоресцирующие). Когда они соприкоснулись, включился ген, о чем свидетельствуют вспышки красного цвета.

Активация гена — транскрипция — начинается, когда белки, называемые факторами транскрипции, связываются с двумя ключевыми частями ДНК, энхансером и промотором. Они далеки друг от друга, и никто не знал, насколько близко они должны были подойти, чтобы произошла транскрипция. Здесь, работая с клетками мух, исследователи пометили усилители синим, а промоторы зеленым и наблюдали в режиме реального времени.Также был изменен сам ген, так что копии мРНК, горячие от прессы, светились красным. Красная вспышка настолько яркая, что почти белая, потому что одновременно создается несколько мРНК. Исследование показало, что энхансер и промотор должны практически соприкасаться, чтобы начать транскрипцию.

H. CHEN AND T. GREGOR / PRINCETON UNIVERSITY

Событие имеет огромное значение. Все клетки нашего тела содержат в целом один и тот же набор из примерно 20 000 различных генов, закодированных в нескольких миллиардах строительных блоков (нуклеотидов), которые образуют длинные цепочки ДНК.Пробуждая подмножества генов в различных комбинациях и в разное время, клетки приобретают особую идентичность и строят поразительно разные ткани: сердце, почки, кости, мозг. Однако до недавнего времени у исследователей не было возможности напрямую увидеть, что происходит во время активации генов.

Им давно известны общие принципы процесса, называемого транскрипцией. Белки, метко названные факторами транскрипции, связываются с местом в гене — промотором, а также с более отдаленным участком ДНК, энхансером.Эти два связывания позволяют ферменту, называемому РНК-полимеразой, прикрепиться к гену и сделать его копию.

Эта копия немного обрабатывается и затем попадает в цитоплазму как информационная РНК (мРНК). Там клеточный аппарат использует инструкции мРНК для создания белков с определенными задачами: например, катализировать метаболические реакции или воспринимать химические сигналы извне клетки.

Этот учебник верен до конца, но он вызывает много вопросов: что заставляет данный ген включаться или выключаться? Как факторы транскрипции находят нужные сайты для связывания? Как ген узнает, сколько мРНК нужно произвести? Как энхансеры влияют на активность гена, если они могут быть на расстоянии миллиона строительных блоков ДНК от самого гена?

На протяжении десятилетий у ученых были только грубые и косвенные инструменты, чтобы исследовать эти вопросы. Идеи о ДНК, РНК и белках пришли из измельчения клеток и разделения компонентов. Затем, в 1980-х годах, ученые начали использовать революционный метод под названием FISH (сокращение от флуоресцентной гибридизации in situ), чтобы видеть ДНК и РНК напрямую, прямо в клетке. Последовали и другие методы — микроскопы с лучшим разрешением, новые способы отмечать (и, таким образом, отслеживать) игроков в этой молекулярной симфонии по мере ее развития. Исследователи смогли детально проанализировать транскрипцию.

Раньше это было похоже на попытку услышать симфонию, глядя на статическое изображение оркестра, говорит Чжэ Лю, молекулярный биолог из исследовательского кампуса Janelia при Медицинском институте Говарда Хьюза в Вирджинии.«Вы никогда не поймете, во что они играют, — говорит он. «Вы никогда не сможете оценить, насколько прекрасна симфония».

Вот пример того, что молекулярные биологи узнают, наблюдая за этим ключевым, наноскопическим процессом — все чаще в реальном времени, в живых клетках.

Время жизни и время факторов транскрипции

Хотя ученым давно известно, что факторы транскрипции определяют, активизируется ген или нет, остается загадкой, как эти белки перемещаются в до смешного переполненном пространстве в ядре, чтобы найти свои места связывания.

Считайте, что в разложенном виде ДНК в человеческой клетке будет иметь длину один-два метра. По словам Лю, ядро ​​составляет от 5 до 10 микрометров в диаметре, поэтому упаковка нашего генома сродни набивке нити, которая может 10 раз обернуться вокруг Земли внутри куриного яйца.

Исследователи только начинают выяснять, как это сворачивание и зацикливание влияет на транскрипцию генов. Во-первых, они подозревают, что это может помочь объяснить, как энхансеры могут влиять на активность гена на большом расстоянии — потому что что-то далеко, когда ДНК растягивается, может быть намного ближе, когда генетический материал связан.

И если кажется чудом, что факторы транскрипции знают, куда они идут, ну, большинство из них не знает. Отслеживая эти белки в одной клетке с течением времени, исследователи обнаруживают, что они проводят 97 процентов своей жизни, покачиваясь туда-сюда, отскакивая от любых битов ДНК, с которыми они сталкиваются, пока им не повезет. (Некоторые типы могут действовать как лидеры, сканируя геном, цепляясь за свою цель и создавая правильные условия для того, чтобы за ней следовала большая стая.)

Чтобы увидеть, как факторы транскрипции перемещаются внутри ядра, исследователи наблюдали за одним специфическим фактором транскрипции, Sox2, в живых клетках, взятых из эмбрионов мыши.Показаны молекулы Sox2, помеченные флуоресценцией, в трехмерной сетке. Исследователи записали движения нескольких молекул Sox2 в ядре одной клетки, используя специальный подход микроскопии, который складывает двумерные изображения в трехмерное. Каждая из следов представляет собой движение отдельного фактора транскрипции.

J. CHEN ET AL / CELL 2014

Можно было бы предположить, по крайней мере, что, когда фактор транскрипции, наконец, нашел свой сайт связывания, он мог застрять и выполнять свою работу в течение нескольких часов.Раньше так считали ученые из экспериментов с мертвыми сохранившимися клетками.

Но исследования живых клеток показывают, что это далеко не так. Лаборатория Лю и другие за последние пять лет показали, что факторы транскрипции связываются только в течение нескольких секунд, и что их высокие концентрации собираются рядом с местом связывания, помогая друг другу густеть. «Поразительно, как на самом деле работают факторы транскрипции, — говорит Лю.

И их очень много: до 10 процентов генов млекопитающих несут инструкции по созданию генов разного вкуса.Недавние данные свидетельствуют о том, что это придает клетке огромную точность. Для любого данного гена различные комбинации факторов транскрипции могут ускорить или замедлить процесс, потенциально делая систему точно настраиваемой.

Подключение к полимеразной вечеринке

Если факторами транскрипции являются педаль газа и тормоза, то двигателем является РНК-полимераза. В базовой модели РНК-полимераза разделяет две цепи гена, затем скользит вниз по одной из них, создавая ее мРНК-копию. Оказывается, дело обстоит немного сложнее.

Исследования на размятых и консервированных клетках показали, что многие молекулы полимеразы объединяются в кластеры, чтобы осуществить эту магию мРНК. Но никто никогда не видел такого скопления в живых клетках, поэтому никто не знал, как и когда — или даже если — образовались скопления. Прикрепив флуоресцирующую химическую метку к РНК-полимеразе в живых клетках, исследователи увидели, как несколько полимераз многократно группируются вместе в течение примерно пяти секунд, а затем рассыпаются.

В прошлом году та же группа ученых заметила скопления других белков, когда они собирались, чтобы помочь РНК-полимеразе выполнять свою работу.Эти звери, известные как белки-медиаторы, образуют гигантские кластеры, исчисляемые сотнями, которые присоединяются к полимеразам РНК на ДНК.

Специализированные группы белков, называемые комплексом медиатора (зеленый), собираются вокруг гена, чтобы помочь РНК-полимеразе выполнять свою работу по копированию ДНК в мРНК (пурпурный). Контур прямоугольника отмечает трехмерную область, окружающую ген. Исследование показало, что два кластера сливаются вместе и напрямую взаимодействуют с геном во время транскрипции.

W. CHO ET AL / SCIENCE 2018

Кажется, что две кляпы концентрируются в отдельные капли, как капли масла в воде. Затем они сливаются, возможно, создавая своего рода самособирающуюся оцепленную мельницу транскрипции. Урок из этого? «Помимо биохимии, существуют все эти физические явления, которые могут иметь значение, сообщая нам, как включаются гены», — говорит биофизик Ибрагим Сиссе из Массачусетского технологического института, который руководил работой.

РНК-мессенджер создается урывками.

На протяжении десятилетий исследователи предполагали, что, когда ген активен, транскрипция просто переходит в режим «включения» и вырабатывает мРНК с постоянной задержкой.Но революционная техника под названием MS2 tagging, впервые разработанная в 1998 году и до сих пор широко используемая, радикально изменила эту точку зрения.

Изобретенный клеточным биологом и микроскопистом Робертом Сингером и его коллегами из Медицинского колледжа Альберта Эйнштейна в Нью-Йорке, маркировка MS2 позволила ученым впервые увидеть мРНК в живых клетках. (Ключевые ингредиенты метода взяты из вируса под названием MS2 — отсюда и название технологии.)

Короче говоря, ученые используют технические приемы, чтобы мРНК, созданная из определенного гена, имела отличительные структуры, называемые стержневыми петлями.С помощью второго трюка эти места стебля-петли заставляют светиться флуоресцентным светом, чтобы исследователи могли «видеть» мРНК гена по своему выбору, когда бы он ни был создан и куда бы он ни направлялся, под микроскопом и в режиме реального времени.

Зингер, соавтор статьи 2018 года о визуализации мРНК в Ежегодном обзоре биофизики , использовал тегирование MS2, чтобы показать вместе со своими коллегами, что скорость производства мРНК из гена сильно колеблется в течение 25 минут или около того. Оказалось, что размер этих всплесков не сильно различается, но меняется их частота, и именно это определяет, насколько энергично ген выкачивает свой продукт мРНК.Увеличение или уменьшение скорости этого транскрипционного «взрыва» может позволить системе наращивать или замедлять активность гена для удовлетворения потребностей клетки.

Исследователи считают, что кинетика включения-выключения факторов транскрипции, то есть скорость, с которой они появляются и исчезают из своих сайтов связывания, каким-то образом регулирует взрыв транскрипции. Но они еще не знают, как это сделать.

Путь к трансляции

Создание мРНК — это лишь первый шаг в разработке гена своего материала.Затем идет перевод инструкций в этой мРНК для создания белков. Для этого мРНК должна выйти из ядра в цитоплазму, где расположены фабрики по производству белков.

Ученые предположили, что молекулярный аппарат клетки осторожно транспортирует мРНК к мембране ядра, а затем перекачивает ее в цитоплазму. Используя тот же метод MS2, лаборатория Зингера обнаружила, что это не так. Вместо этого мРНК «подпрыгивают» — «гудят в ядре, как рой разъяренных пчел», как называет это Сингер, — пока не попадают в поры ядерной мембраны.Только тогда механизмы клетки поднимают палец и активно перемещают мРНК через эти ворота.

На этом видео белки в порах ядерной мембраны помечены красным цветом, а мРНК — зеленым. Используя специальный микроскоп, предназначенный для записи с очень высокой частотой кадров, исследователи могли наблюдать за отдельными мРНК, когда они проносились вокруг ядра, пока не достигли поры и не прошли через нее в цитоплазму, где происходит синтез белка.

Д.GRÜNWALD AND R.H. SINGER / NATURE, 2010

Совсем недавно Сингер и его коллеги создали мутантных мышей, которые позволили им наблюдать, как мРНК перемещается вверх и вниз по тонким дендритам нервных клеток, структурам, которые получают сигналы от других нервов. Команде даже удалось проследить за созданием воспоминаний в действии. МРНК, которые они отслеживали, содержали инструкции по созданию белка — β-актина, который содержится в нервных клетках и, как считается, помогает укреплять связи, когда воспоминания создаются в мозгу. На видео, которое выглядит как сеть дорог в ночное время, в течение 10 минут после активации нервной клетки мРНК курсируют к точкам контакта с другими нервами, готовые к выработке актина, чтобы укрепить эти нервно-нервные связи.

Исследователи разработали способ отслеживания мРНК гена, важного для создания воспоминаний, когда они путешествуют через живые клетки мозга. Команда сконструировала мышь так, чтобы вся мРНК, скопированная с этого гена, который кодирует белок, называемый β-актином, была помечена. β-актин помогает нейронам изменять форму крошечных выступов, называемых шипами, с которыми соединяются другие нейроны, и этот процесс считается важным для обучения и памяти. Когда нейроны, выращенные в чашке, стимулировались, мРНК β-актина продуцировались в ядре в течение 10-15 минут.На этом видео вы можете увидеть около 6 секунд мРНК β-актина, проходящих через ветви или дендриты нейрона после стимуляции. Исследователи полагают, что эти мРНК ищут в дендритах шипы, которые только что установили связи, чтобы они могли синтезировать белок β-актина прямо на месте.

HYE YOON PARK

Множество деталей об активности генов все еще остается загадкой, но уже ясно, что этот процесс намного более динамичен, чем предполагалось ранее. «Перемена была феноменальной, и она быстро ускоряется, — говорит Сингер.«Просто наблюдая за происходящим, можно почерпнуть много информации».

Алла Кацнельсон — научный писатель и редактор, живущая в Нортгемптоне, Массачусетс.

Кейси Рентц — научный писатель, живущий в Лос-Анджелесе. Она пишет о здоровье, микробиологии, космосе и калифорнийской культуре. www.caseyrentz.com

Эта статья первоначально была опубликована в журнале « Knowable Magazine», , независимом журнале, опубликованном Annual Reviews.

Простые гены | East London Genes & Health

Простые объяснения генов и науки

Что такое клетки?

Прежде чем мы сможем понять гены, нам нужно поговорить о клетках! Клетки — это основные строительные блоки всего живого. Человеческие клетки слишком малы, чтобы их можно было увидеть невооруженным глазом, но ваше тело состоит из 1 000 000 000 000 из них. Ваши клетки работают вместе, чтобы заставить ваше тело работать. В теле есть сотни различных типов клеток, каждая из которых специально приспособлена для выполнения различных задач.Например, красные кровяные тельца переносят кислород, которым вы дышите, по всему телу.

ЛЮБОПЫТНЫЙ ФАКТ : Самая большая клетка в мире — это страусиное яйцо, его можно увидеть невооруженным глазом.

Что такое ген?

Ваши гены — это инструкция для вашего тела. Почти в каждой клетке вашего тела скрыто химическое вещество под названием ДНК. Ген — это короткий участок ДНК.

Ваши гены содержат инструкции, которые говорят вашим клеткам производить молекулы, называемые белками.Белки выполняют в вашем организме различные функции, чтобы поддерживать ваше здоровье. Каждый ген несет в себе инструкции, определяющие ваши особенности, такие как цвет глаз, цвет волос и рост. Для каждой функции существуют разные версии генов. Например, одна версия (вариант) гена цвета глаз содержит инструкции для голубых глаз, другой тип содержит инструкции для карих глаз.

Из чего состоят гены? Почти в каждой клетке вашего тела скрыто химическое вещество под названием ДНК.Ген — это короткий участок ДНК. ДНК состоит из миллионов небольших химических веществ, называемых основаниями. Химические вещества бывают четырех типов: A, C, T и G. Ген — это участок ДНК, состоящий из последовательности As, Cs, Ts и G. Ваши гены настолько крошечные, что в каждой клетке вашего тела их около 20 000! Человеческие гены различаются по размеру от нескольких сотен оснований до более миллиона оснований.

У каждого человека около 20 000 генов и 3 000 000 000 оснований. Вся ваша последовательность генов и основ называется вашим геномом.

ЛЮБОПЫТНЫЙ ФАКТ : последовательность вашего генома точно помещается на DVD.

Что такое хромосомы? Хромосома — это плотно намотанная спираль ДНК. Хромосомы находятся внутри ваших клеток. Такая плотная упаковка позволяет ДНК поместиться внутри крошечной клетки. У вас есть 23 пары хромосом в каждой клетке, разных типов, так что 46 на клетку — магическое число!

Что делают ваши гены? Ваши гены находятся почти в каждой клетке вашего тела.Каждый ген содержит инструкции, которые говорят вашим клеткам производить белки. Белки выполняют в ваших клетках самые разные задачи, такие как создание пигментов для глаз, питание мышц и борьба с вторгающимися бактериями. Например, некоторые клетки используют гены, содержащие инструкции по производству белка, называемого кератином. Белки кератина соединяются в вашем теле, образуя такие вещи, как волосы и ногти.

Играйте в Genes and Your Cells, чтобы узнать, как разные клетки используют разные гены для работы вашего тела.

Итак: гены состоят из ДНК, гены создают белки, белки создают клетки, а клетки делают вас …

Посмотрите видео о YourGenome от ДНК к белку, чтобы узнать, как все это работает

Откуда берутся ваши гены? Вы когда-нибудь задумывались, почему у вас такой же цвет глаз, как у вашего отца, или такой же цвет волос, как у вашей мамы? Это потому, что вы наследуете свои гены от родителей. Половину вы получаете от мамы, а половину — от отца.Когда вы наследуете гены от родителей, вы получаете две версии каждого гена: одну от мамы и одну от отца. Например, вы получите две версии генов, которые содержат инструкции по цвету глаз. Некоторые версии генов преобладают над другими; если вы получите гены голубых глаз от мамы и гены карих глаз от отца, у вас будут карие глаза, потому что гены карих глаз являются доминирующими. Итак, если вы унаследовали все гены от родителей, почему вы не совсем такие, как ваши братья и сестры?

Чем вы отличаетесь от своих братьев и сестер? Причина, по которой вы и ваши братья и сестры не идентичны, заключается в том, что у ваших мамы и папы есть две версии каждого гена, по одной от каждого из родителей.Когда они передают вам свои гены, они передают только одну из этих версий, и совершенно случайно, какая именно из них будет. Например, если у вашей мамы есть гены карих глаз и голубых глаз, она может передать синие гены вам, а коричневые — вашему брату или сестре.

Как гены влияют на ваше здоровье? Ваши гены — это инструкция, которая заставляет ваше тело работать. Иногда одно или несколько оснований ДНК в гене могут различаться у разных людей. Это называется вариантом. Вариант означает, что ген имеет несколько отличные от обычной версии инструкции.Иногда это может привести к тому, что ген дает клеткам разные инструкции для производства белка, поэтому белок работает по-другому. К счастью, большинство вариантов генов не влияют на здоровье. Но некоторые варианты действительно влияют на белки, которые делают действительно важные вещи в вашем теле, и тогда вы можете заболеть.

Сыграйте в нашу игру «Поиск генов», чтобы увидеть, сможете ли вы определить вариантные гены.

ЛЮБОПЫТНЫЙ ФАКТ : Группа крови O, которая полезна, поскольку ее можно перелить любому человеку в чрезвычайной ситуации, вызвана вариантом гена ABO, который останавливает его работу (нокаут).

Geneti c состояния: Генетические состояния — это заболевания, которые развиваются, когда вы наследуете вариант гена от своих родителей. В результате генетические заболевания обычно передаются по наследству. Ученые выявили более 10 000 генетических состояний. Одно генетическое заболевание называется серповидно-клеточной анемией. У людей с этим заболеванием есть вариант генов, содержащих инструкции по выработке белков гемолглобина. Гемоглобин помогает эритроцитам переносить кислород по телу.Эти гены серповидно-клеточного гемоглобина приводят к тому, что эритроциты принимают неправильную форму, что затрудняет перенос кислорода по телу. Не все варианты генов вызывают генетическое заболевание. Многие варианты вообще не имеют никакого эффекта, другие могут увеличить риск развития болезни.

Гены и общие состояния Ученые ищут варианты генов, которые могут повысить риск развития таких заболеваний, как диабет, болезнь Альцгеймера и рак. Это тяжелая работа, поскольку многие болезни могут развиваться очень сложным образом с участием множества различных генов, и на них также влияют факторы окружающей среды, такие как количество упражнений, ваш вес или курение.Редко есть женщины, которые особенно подвержены риску развития рака груди, потому что они несут некоторые варианты генов. Некоторые из этих генов были идентифицированы, и теперь можно посмотреть на гены людей, чтобы определить, подвержены ли они риску развития рака груди. Это может спасти жизни.

Как ваше окружение влияет на вас? На ваши характеристики влияет ваше окружение, а также ваши гены. Например, вы можете унаследовать от родителей гены, которые должны сделать вас высоким, но если у вас плохое питание, ваш рост может замедлиться.Чтобы попытаться понять, какое влияние на вас может оказать окружающая среда, ученые изучают однояйцевых близнецов. Однояйцевые близнецы имеют одинаковые гены, поэтому любые различия в личности, здоровье и способностях вызваны различиями в их среде обитания.

Играйте в «Беспокойный близнец», чтобы узнать, насколько сильно ваше окружение может повлиять на вас.

Почему ученые изучают гены? Ученые совершили огромный прорыв в генетических исследованиях за последние несколько лет, узнавая все больше и больше о наших генах и о том, как они заставляют наше тело работать.Ученые исследуют наши гены, чтобы определить семейные отношения, проследить наших предков и найти гены, участвующие в заболеваниях. Это дает им инструменты, чтобы придумать лучшие способы сохранить наше здоровье. Большой прорыв в генетических исследованиях произошел в 2003 году с результатами проекта «Геном человека».

Посмотрите видео о вашем геноме в увеличенном масштабе

Что такое проект «Геном человека»? Проект «Геном человека» был международным исследованием, целью которого было попытаться понять весь наш генетический код — полное руководство о том, как работает наш организм.Тысячи ученых по всему миру работали более десяти лет, чтобы прочитать каждую инструкцию в каждом гене группы добровольцев и составить картину среднего генома человека. Они обнаружили, что почти в каждой клетке нашего тела содержится около 20 000 генов. Большинство генов одинаковы у всех людей, но небольшое количество генов, менее 1%, немного различается у разных людей. Эти небольшие различия вносят свой вклад в наши уникальные особенности. Наше новое понимание генома человека ведет к многим достижениям в том, как мы лечим болезни и недуги.

Как насчет персонализированной медицины? Скоро каждый сможет прочитать свои гены. В 2015 году это стоит около 5000 фунтов стерлингов, поэтому доступно не всем. Врач может использовать эту информацию, чтобы дать вам определенные лекарства, адаптированные к вашим генам. В настоящее время многие лекарства подходят для всех, но не для всех одинаково. Некоторые люди действительно хорошо реагируют на лекарство, некоторые могут вообще не реагировать, а другие испытывают серьезные побочные эффекты. Ученые изучают, как различия в ваших генах влияют на вашу реакцию на лекарства.Эти генетические различия помогут врачам предсказать, какие лекарства подействуют на вас, и назначить индивидуальное лечение.

Гены могут многое рассказать нам о том, как лечить и предотвращать болезни, но это еще не все … Изучение генов людей по всему миру также может рассказать нам о наших предках.

А как насчет генетики больших популяций? Изучение ваших генов может показать, откуда произошли ваши предки. Факты свидетельствуют о том, что люди изначально прибыли из Африки и расселились по всему остальному миру.По мере того как люди мигрировали по миру, в их генах развивались крошечные вариации. Со временем это происходит естественным образом, чтобы помочь людям пережить изменения. Затем эти варианты передавались из поколения в поколение. Ученые изучают гены разных популяций людей по всему миру, чтобы обнаружить эти вариации, проследить их во времени и составить карту, как передвигались наши предки.

Генетика захватывающая, вот где можно узнать больше

Авторы Элис Маллис, Дэвид ван Хил, Фрэн Балквилл и Кам Ислам.

ДНК, генов и хромосом — Университет Лестера

Ваши гены являются частью того, что делает вас тем человеком, которым вы являетесь. Вы отличаетесь от всех живущих сейчас и всех, кто когда-либо жил.

ДНК

Но ваши гены также означают, что вы, вероятно, немного похожи на других членов вашей семьи. Например, вам говорили, что у вас «глаза матери» или «нос бабушки»?

Гены влияют на то, как мы выглядим снаружи и как мы работаем внутри.Они содержат информацию, необходимую нашему организму для производства химических веществ, называемых белками. Белки формируют структуру нашего тела, а также играют важную роль в процессах, которые поддерживают нашу жизнь.

Гены состоят из химического вещества, называемого ДНК, что сокращенно от «дезоксирибонуклеиновая кислота». Молекула ДНК представляет собой двойную спираль: две длинные тонкие нити, закрученные друг вокруг друга, как винтовая лестница.

Двойная спираль ДНК, показывающая пары оснований

Стороны — молекулы сахара и фосфата.Ступеньки представляют собой пары химических веществ, называемых «азотистыми основаниями» или для краткости «основаниями».

Существует четыре типа оснований: аденин (A), тимин (T), гуанин (G) и цитозин (C). Эти основания связаны очень специфическим образом: A всегда соединяется с T, а C всегда соединяется с G.

Молекула ДНК имеет два важных свойства.

  • Он может копировать самого себя . Если вы разделите две нити, каждая из них может быть использована для создания другой (и новой молекулы ДНК).
  • Может нести информацию .Порядок оснований в цепи — это код, код для создания белков.

Гены

Ген — это участок ДНК, который кодирует определенный белок. Так, например, один ген будет кодировать белок инсулин, который играет важную роль в помощи вашему организму в контроле количества сахара в крови.

Гены — основная единица генетики. У людей есть от 20 000 до 25 000 генов. Эти гены составляют всего около 3 процентов нашей ДНК.Функция остальных 97% до сих пор не ясна, хотя ученые считают, что это может иметь какое-то отношение к контролю над генами.

Хромосомы

Если вы возьмете ДНК из всех клеток своего тела и выстроите ее в ряд, то получится нить длиной 6000 миллионов миль (но очень, очень тонкая)! Для хранения этого важного материала молекулы ДНК плотно упаковываются вокруг белков, называемых гистонами, и образуют структуры, называемые хромосомами .

Упаковка ДНК в хромосомы


В каждой клетке человека есть 23 пары хромосом, что в сумме составляет 46 хромосом.Фотография хромосом человека, расположенная по размеру, называется кариотипом.

Половые хромосомы определяют, мальчик вы (XY) или девочка (XX). Остальные хромосомы называются аутосомами .

Кариотип человека мужского пола

Самая большая хромосома, хромосома 1, содержит около 8000 генов. Самая маленькая хромосома, хромосома 21, содержит около 300 генов. (Хромосома 22 должна быть самой маленькой, но ученые ошиблись, когда впервые их пронумеровали!).

ДНК, содержащая ваши гены, хранится в ваших клетках в структуре, называемой ядром.

Схема животной клетки, показывающая ядро ​​

Наверх

Это произведение находится под лицензией Creative Commons License.

Объяснение генов и генетики — Better Health Channel

Ваши хромосомы содержат план для вашего тела — ваши гены.Почти каждая клетка человеческого тела содержит копию этого чертежа, в основном хранящуюся в особом мешочке внутри клетки, называемом ядром. Хромосомы — это длинные цепи химического вещества, называемого дезоксирибонуклеиновой кислотой (ДНК).

Нить ДНК выглядит как скрученная лестница. Гены похожи на серию букв, нанизанных вдоль каждого края. Эти буквы используются как инструкция. Буквенная последовательность каждого гена содержит информацию о построении определенных молекул (таких как белки или гормоны, которые необходимы для роста и поддержания человеческого тела).

Хотя каждая клетка имеет по две копии каждого гена, каждой клетке необходимо включить только определенные гены для выполнения своих конкретных функций. Ненужные гены отключены.

Иногда ген содержит изменение, которое нарушает инструкции гена. Изменение гена может происходить спонтанно (причина неизвестна) или передаваться по наследству. Изменения в кодировке, обеспечивающей функцию гена, могут привести к широкому спектру состояний.

Хромосомы

Обычно люди имеют 46 хромосом в каждой клетке своего тела, состоящих из 22 парных хромосом и двух половых хромосом.Эти хромосомы содержат от 20 000 до 25 000 генов. Все время выявляются новые гены.

Парные хромосомы пронумерованы от 1 до 22 в зависимости от размера. (Хромосома номер 1 самая большая.) Эти неполовые хромосомы называются аутосомами.

У людей обычно есть по две копии каждой хромосомы. Одна копия унаследована от матери (через яйцеклетку), а другая — от отца (через сперму). Сперматозоид и яйцеклетка содержат по 23 хромосомы. Когда сперматозоид оплодотворяет яйцеклетку, присутствуют две копии каждой хромосомы (и, следовательно, две копии каждого гена), и таким образом формируется эмбрион.

Хромосомы, определяющие пол ребенка (X- и Y-хромосомы), называются половыми хромосомами. Обычно яйцеклетка матери вносит X-хромосому, а сперма отца обеспечивает X- или Y-хромосому. Человек с парой XX половых хромосом является биологически женщиной, а человек с парой XY — биологически мужчиной.

Половые хромосомы не только определяют пол, но и несут гены, которые контролируют другие функции организма. Есть много генов, расположенных на Х-хромосоме, но только несколько генов на Y-хромосоме.Говорят, что гены, находящиеся на Х-хромосоме, сцеплены с Х-хромосомой. Гены, находящиеся на Y-хромосоме, считаются Y-сцепленными.

Как мы наследуем характеристики

Родители передают черты или характеристики, такие как цвет глаз и группа крови, своим детям через их гены. Некоторые состояния здоровья и болезни также могут передаваться генетически.

Иногда одна характеристика имеет много разных форм. Например, группа крови может быть A, B, AB или O. Изменения (или вариации) в гене для этой характеристики вызывают эти разные формы.

Каждая вариация гена называется аллелем (произносится как «AL-угорь»). Эти две копии гена, содержащиеся в ваших хромосомах, влияют на работу ваших клеток.

Два аллеля в генной паре наследуются, по одному от каждого родителя. Аллели взаимодействуют друг с другом по-разному. Это так называемые паттерны наследования. Примеры моделей наследования включают:

  • аутосомно-доминантный — где ген признака или состояния является доминантным и находится на неполовой хромосоме
  • аутосомно-рецессивный — где ген признака или состояния является рецессивным , и находится на неполовой хромосоме
  • Х-сцепленный доминант — где ген признака или состояния является доминантным и находится на Х-хромосоме
  • Х-сцепленный рецессивный — где ген признак или состояние рецессивны и находятся на X-хромосоме
  • Y-сцеплены — где ген признака или состояния находится на Y-хромосоме
  • содоминант — где каждый аллель в генной паре имеет равный вес и производит объединенные физические характеристики
  • митохондрий — где ген, определяющий признак или состояние, находится в вашей митохондриальной ДНК, которая находится в митохондриях (электростанции) ваших клеток.

Доминантные и рецессивные гены

Наиболее частое взаимодействие между аллелями — это доминантные / рецессивные отношения. Аллель гена считается доминантным, если он эффективно преобладает над другим (рецессивным) аллелем.

Цвет глаз и группа крови являются примерами доминантных / рецессивных генов.

Цвет глаз

Аллель карих глаз (B) доминирует над аллелем голубых глаз (b). Итак, если у вас есть один аллель для карих глаз и один аллель для голубых глаз (Bb), ваши глаза будут карими.(Это также верно, если у вас есть два аллеля для карих глаз, BB.) Однако, если оба аллеля относятся к рецессивному признаку (в данном случае голубые глаза, bb), вы унаследуете голубые глаза.

Группы крови

Для групп крови аллелями являются A, B и O. Аллель A доминирует над аллелем O. Итак, человек с одним аллелем A и одним аллелем O (AO) имеет группу крови A. Говорят, что группа крови A имеет доминантный образец наследования над группой крови O.

Если мать имеет аллели A и O (AO) , ее группа крови будет A, потому что аллель A является доминантным.Если у отца есть два аллеля O (OO), у него группа крови O. Для каждого ребенка, который есть у этой пары, каждый родитель будет передавать один или другой из этих двух аллелей. Это показано на рисунке 1. Это означает, что каждый из их детей имеет 50-процентную вероятность иметь группу крови A (AO) и 50-процентную вероятность наличия группы крови O (OO), в зависимости от того, какие аллели они наследуют. .

Рисунок 1 — Группа крови отца (OO, группа O)

O O
Группа крови матери A

AO

69

000 (группа

AO

(группа A)

(AO, группа A) O OO
(группа O)
OO
(группа O)

Сочетание аллелей, которые у вас есть называется вашим генотипом (напр.грамм. АО). Наблюдаемая вами черта — в данном случае группа крови А — это ваш фенотип.

Рецессивные генетические состояния

Если у человека есть одна измененная (q) и одна неизмененная (Q) копия гена, и у него нет состояния, связанного с этим изменением гена, он считается носителем гена. это условие. Считается, что это состояние имеет рецессивный образец наследования — он не выражается, если присутствует действующая копия гена.

Если два человека являются носителями (Qq) одного и того же рецессивного генетического заболевания, существует 25% (или каждый четвертый) шанс, что они оба могут передать измененную копию гена своему ребенку (qq, см. Рисунок 2.) Поскольку у ребенка нет неизменной, полностью функционирующей копии гена, у него разовьется заболевание.

Существует также 25-процентная вероятность того, что каждый ребенок одних и тех же родителей может быть здоровым, и 50-процентная вероятность, что они могут быть носителями заболевания.

Рисунок 2 — Отец (носитель)

Q P
Мать (носитель) Q

QQ
(без изменений)

q Qq
(носитель)
qq
(затронутый)

Рецессивные генетические состояния чаще возникают, если два родителя находятся в родстве, хотя они все еще довольно редки.Примеры аутосомно-рецессивных генетических состояний включают муковисцидоз и фенилкетонурию (ФКУ).

Ко-доминантные гены

Не все гены являются доминантными или рецессивными. Иногда каждый аллель в генной паре имеет равный вес и проявляется как объединенная физическая характеристика. Например, для групп крови аллель A столь же «сильный», как и аллель B. Говорят, что аллели A и B являются соводоминантными . Кто-то с одной копией A и одной копией B имеет группу крови AB.

Структура наследования детей от родителей с группами крови B (BO) и A (AO) представлена ​​на рисунке 3.

У каждого из их детей есть 25-процентный шанс иметь группу крови AB (AB), A (AO), B (BO) или O (OO), в зависимости от того, какие аллели они наследуют.

Рисунок 3 — Группа крови отца — (группа B)

(группа A)

B O
Группа крови матери A

AB

(группа AB) 94683

(группа A) O OB
(группа B)
OO
(группа O)

Изменения генов в клетках

Клетка воспроизводится путем копирования своих Затем генетическая информация распадается пополам, образуя две отдельные клетки.Иногда в этом процессе происходят изменения, вызывающие генетические изменения.

Когда это происходит, химические сообщения, отправляемые в ячейку, также могут измениться. Это спонтанное генетическое изменение может вызвать проблемы в функционировании организма человека.

Сперматозоиды и яйцеклетки известны как «зародышевые» клетки. Любая другая клетка тела называется «соматической» (что означает «относящаяся к телу»).

Если изменение гена происходит спонтанно в соматических клетках человека, у него может развиться состояние, связанное с этим изменением гена, но оно не передается своим детям.Например, рак кожи может быть вызван накоплением спонтанных изменений генов в клетках кожи, вызванных повреждением УФ-излучением. Другие причины спонтанных изменений генов в соматических клетках включают воздействие химикатов и сигаретного дыма. Однако, если изменение гена происходит в половых клетках человека, дети этого человека имеют шанс унаследовать измененный ген.

Генетические состояния

Примерно половина населения Австралии в какой-то момент своей жизни будет затронута заболеванием, которое, по крайней мере, частично имеет генетическое происхождение.По оценкам ученых, более 10 000 состояний вызваны изменениями в отдельных генах.

Три способа возникновения генетических состояний:

  • изменение гена происходит спонтанно при образовании яйцеклетки или сперматозоидов, или при зачатии
  • измененный ген передается от родителя к ребенку, что вызывает проблемы со здоровьем при рождении или позже
  • измененный ген передается от родителя к ребенку, что вызывает «генетическую предрасположенность» к заболеванию.

Наличие генетической предрасположенности к заболеванию не означает, что оно у вас разовьется. Это означает, что вы подвержены повышенному риску его развития, если определенные факторы окружающей среды, такие как диета или воздействие химических веществ, вызывают его начало. Если эти триггерные условия не возникают, у вас может никогда не развиться состояние.

Некоторые виды рака вызываются факторами окружающей среды, такими как диета и образ жизни. Например, длительное пребывание на солнце связано с меланомой.Избегать таких триггеров означает значительно снизить риски.

Родственные родители чаще, чем неродственные родители, имеют детей с проблемами здоровья или генетическими заболеваниями. Это связано с тем, что у двух родителей один или несколько общих предков, и поэтому они несут часть одного и того же генетического материала. Если оба партнера несут одно и то же унаследованное изменение гена, их дети с большей вероятностью будут иметь генетическое заболевание.

Родственным парам рекомендуется обратиться за консультацией в службу клинической генетики, если в их семье в анамнезе имеется генетическое заболевание.

Генетическое консультирование и тестирование

Если у члена семьи было диагностировано генетическое заболевание, или если вы знаете, что генетическое заболевание присутствует в вашей семье, может быть полезно поговорить с консультантом по генетическим вопросам.
Консультанты-генетики — это специалисты в области здравоохранения, имеющие квалификацию как в области консультирования, так и в области генетики. Помимо эмоциональной поддержки, они могут помочь вам понять генетическое заболевание и его причины, как оно передается по наследству (если это так) и что диагноз означает для вас и вашей семьи.

Консультанты по генетике обучены предоставлять информацию и оказывать поддержку с учетом семейных обстоятельств, культуры и убеждений.

Генетические службы в Виктории предоставляют генетические консультации, консультирование, тестирование и диагностические услуги для детей, взрослых, семей и будущих родителей. Они также предоставляют направление к ресурсам сообщества, включая группы поддержки, если это необходимо.

Куда обратиться за помощью

ДНК определяет вашу внешность! | Центр наномасштабных наук

Резюме

ДНК содержит всю информацию, необходимую для построения вашего тела.Знаете ли вы, что ваша ДНК определяет такие вещи, как цвет ваших глаз, цвет волос, рост и даже размер вашего носа? ДНК в ваших клетках отвечает за эти физические свойства, а также за многие другие, которые вы скоро увидите.

Оказывается, ДНК в вашем теле пришла почти напрямую от ваших матери и отца. Если ваша ДНК принадлежит вашим родителям, и ДНК определяет вашу внешность, почему вы не похожи на своих родителей?

Причина в том, что ваша ДНК представляет собой смесь ДНК вашей матери и отца.Вот почему некоторые из ваших физических черт могут напоминать черты матери, а другие — отца. Половина ДНК, используемая для создания вашего тела, пришла от вашей матери, а другая половина — от вашего отца. Некоторые из ваших черт могут не быть похожими на черты вашей матери или отца, мы увидим, почему это происходит в упражнении.

Человеческая ДНК состоит из 23 пар пакетов, называемых хромосомами . Эти хромосомы представляют собой большие пучки плотно упакованной ДНК. Ваши мать и отец жертвуют по 23 хромосомы, которые объединяются в пары, чтобы получить полный набор из 23 хромосом.

Внутри этих 23 пар хромосом есть определенные участки, которые определяют различные физические характеристики. Эти участки ДНК, содержащие информацию, определяющую ваши физические особенности, называются генами . Поскольку у вас две пары хромосом, у вас также есть две пары генов: одна от вашего отца, а другая от вашей матери. Затем эти пары генов определяют определенные физические особенности или черты .

Гены, которые есть в вашем теле прямо сейчас, составляют ваш генотип .Затем этот генотип определяет ваш внешний вид, который называется фенотипом .

В этом упражнении вам дадут два набора хромосом. Один набор помечен мужскими хромосомами, а другой — женскими. Вы уроните эти хромосомы над головой, и они будут случайным образом смешиваться по-разному, давая вам генотип. На основе этого генотипа вы получите подробные инструкции по созданию наброска человеческого лица.

Прежде чем начать, вам следует узнать еще кое-что о том, как гены определяют вашу внешность.Гены могут быть двух разных форм или аллелей. Ген может быть доминантным или рецессивным. В этой деятельности доминантные формы гена появляются заглавными буквами, а рецессивные формы гена — строчными буквами.

Поскольку вы получаете по одному гену от матери и по одному от отца для каждого признака, у вас может быть комбинация доминантных и рецессивных генов для каждого признака. Когда обе формы гена одинаковы (либо обе доминантны, либо обе рецессивны), вас называют гомозиготным по этому признаку.Если у вас есть один доминантный ген и один рецессивный ген, вас называют гетерозиготным по этому признаку.

И последнее, прежде чем вы начнете деятельность. Как вы увидите в упражнении, когда вы получите доминантную форму гена, будь то гомозиготный или гетерозиготный, вы проявите доминантную форму гена. Вы проявите рецессивную форму гена только в том случае, если получите рецессивную форму от обоих родителей, таким образом, будучи гомозиготным по рецессивной форме.

Наконец, эта информация должна дать вам основы того, как внешний вид определяется ДНК. Если вы немного запутались, следуйте инструкциям упражнения, и вы увидите многие концепции, указанные выше. Выполнив действие, вы сможете точно понять, что подразумевается под некоторыми из терминов, упомянутых выше. Удачи в создании вашего потомства!

В этом упражнении мы:
  • Создайте генотип индивидуума, соединив хромосомы мужского и женского пола
  • Сделайте набросок профиля лица (фенотипа) на основе созданного вами генотипа
  • Выучить некоторые термины и концепции, связанные с генетическим наследованием. Материалы
  • Набор из 23 мужских хромосом (предоставляется в конце этого упражнения)
  • Набор из 23 женских хромосом (предоставляется в конце этого упражнения)
  • Таблица преобразования генотипов (предоставьте d в конце этого упражнения)
  • Ножницы
  • Лента
  • Чистый лист бумаги
  • Карандаш • Ластик
  • Цветные карандаши, маркеры или мелки
Безопасность

Это упражнение требует использования острых ножниц для вырезания хромосом.Будьте осторожны при использовании ножниц. При необходимости попросите взрослого помочь вам.

Препарат
  • Распечатать все 23 мужские хромосомы
  • Распечатать все 23 женские хромосомы
  • Соберите все остальные материалы Мероприятие
  • Вырежьте все мужские и женские хромосомы, которые вы распечатали. Каждая вырезанная хромосома должна иметь две одинаковые буквы (одна заглавная и одна строчная) вверху и два одинаковых числа внизу. Не вырезайте по линии между двумя одинаковыми числами! Будьте осторожны, чтобы не порезаться ножницами.
  • Согните по линии, разделяющей каждую из букв и цифр, так, чтобы одна буква и одна цифра были видны с обеих сторон, когда лист бумаги сложен.
  • Поместите кусок ленты между буквами и цифрами, чтобы лист бумаги оставался сложенным пополам.
  • Возьмите все 23 мужские хромосомы и все 23 женские хромосомы и поместите их в коробку или большую миску.
  • Встряхните хромосомы, чтобы они хорошо перемешались.
  • Поднимите хромосомы над головой и вылейте их на пол.
  • Не переворачивая ни одну из хромосом, выровняйте хромосомы с одинаковым номером рядом друг с другом. У вас будет одна мужская и одна женская хромосома для каждого числа от одного до двадцати трех, что даст вам 23 пары хромосом. Буквы на каждой хромосоме будут вашим генотипом. Каждая из этих букв представляет собой ген. Помните, что заглавные буквы обозначают доминантные гены, а строчные буквы — рецессивные гены.
  • Прежде чем обнаружить какие-либо физические особенности, посмотрите на пару хромосом с номером 23.Хромосома № 23 определяет пол вашего человека. Используя таблицу преобразования генотипов, выясните, является ли ваш человек мужчиной или женщиной. Согласно диаграмме, если две обращенные вверх буквы — X и X, ваш человек будет женщиной. Если две обращенные вверх буквы — X и Y, ваш человек будет мужчиной.
  • Теперь посмотрите на хромосому №1 и обратитесь к таблице преобразования генотипов.
  • Как видно из таблицы, хромосома № 1 определяет форму головы. Две буквы на хромосоме №1 обозначают генотип.Если обращенными вверх буквами являются S и S или S и s, форма головы будет овальной. Если обращенными вверх буквами являются s и s, форма головы будет круглой.
  • Нарисуйте карандашом форму головы, на которую указывает ваш генотип.
  • Перейти к хромосоме №2. Используя таблицу преобразования генотипов, определите, какой будет форма подбородка.
  • Выполните эту же процедуру для всех 23 пар хромосом.
  • Когда вы дойдете до хромосомы 12, вы увидите, что цвет глаз определяется более чем одной хромосомой.Вам нужно будет посмотреть на буквы хромосом 12, 13, 14 и 15, чтобы определить цвет глаз. Подсчитайте общее количество заглавных E и строчных e и сравните их с таблицей преобразования генотипов. Например, если у вас 8 заглавных букв E на хромосомах 12-15, у вашего человека будут черные глаза.
  • Вы увидите, что цвет волос также определяется генами более чем на одной хромосоме.
  • Заполните набросок вашего человека, используя таблицу преобразования генотипов.Вы только что создали черты человека, используя ДНК точно так же, как это делает
    человеческое тело!
  • Заметили ли вы что-нибудь в этой деятельности, что не кажется правильным? Подсказка: посмотрите генотипы родителей.
Расширение деятельности
  • Вы можете создать еще потомство, смешав хромосомы и снова высыпая их на пол.
  • Вы увидите, как разные комбинации генов (генотипов) приведут к разному внешнему виду (фенотипу).
  • Найдите термины полигенный, промежуточная экспрессия, кодоминантность и плейотропия. Посмотрите, сможете ли вы связать эти термины с тем, что было замечено в этом упражнении.
Заключение

После этого упражнения вы сможете понять, как ДНК определяет вашу внешность. Помните, что ДНК конденсируется в хромосомы. У вас 23 пары хромосом, 23 от матери и 23 от отца. В этих хромосомах есть участки, называемые генами, которые контролируют определенные характеристики или черты.Эти гены имеют как доминантную, так и рецессивную форму. Если у вас есть два доминантных или два рецессивных гена для данного признака, вы, как говорят, гомозиготны по этому признаку. Если у вас есть одна доминантная и одна рецессивная форма гена, вы, как говорят, гетерозиготны по этому признаку. Доминантная форма гена всегда будет выражаться, в то время как рецессивная форма гена будет выражаться только в том случае, если у вас есть две рецессивные формы. Это общие правила наследования черт от родителей. Однако есть много исключений из этого правила, которые до сих пор исследуются учеными!

Обратите внимание на эту активность, которую вы должны знать: хромосомы несут в себе более одного гена.В 23 парах хромосом человека находятся тысячи генов. Для упрощения в этой деятельности использовался только один ген на хромосому. На вопрос, заданный в конце упражнения, есть простой ответ. Генотипы обоих родителей были гетерозиготными. В реальной жизни родители будут гетерозиготными и гомозиготными по некоторым признакам, как и ваше потомство. Наконец, термин «полигенный» означает, что на результат влияет более одного гена (в этом упражнении видно по цвету волос и глаз).Промежуточное выражение означает, что в гетерозиготном состоянии наблюдается смешение черт (видно по преобладанию веснушек в этой деятельности). Кодоминантность означает, что и доминантные, и рецессивные гены экспрессируются отдельно. Этого не наблюдается в этой деятельности, но наблюдается в группе крови человека. Плейотропия означает, что один ген отвечает за многие черты.

ресурсов

(Идея взята из) http://www.woodrow.org/teachers/bi/1997/makeface/

(Справочная информация о наследовании) http: // www.dnaftb.org/dnaftb/5/concept/index.html

Как работает генетика? | Гены в жизни

Генетика — это исследование того, как различные качества, называемые чертами, передаются от родителей к ребенку. Генетика помогает объяснить, что делает вас уникальным, почему члены семьи похожи друг на друга и почему некоторые болезни передаются по наследству. Когда мы прослеживаем пути этих качеств, мы следуем пакетам информации, называемым генами.

Как работают гены?

Ваше тело состоит из триллионов крошечных клеток.Почти каждая клетка вашего тела имеет ядро, своего рода штаб-квартиру, в которой находятся ваши гены. Ваш набор генов уникален для вас — даже ваши полные братья или сестры имеют немного другой набор генов. Гены — это инструкции для построения частей вашего тела и выполнения работы, которая поддерживает вашу жизнь, от переноса кислорода до переваривания пищи и всего остального, что мы делаем. Гены сгруппированы в коллекции, называемые хромосомами. У большинства людей 23 пары хромосом.

Откуда у вас гены?

Вы получили все гены от родителей.Для каждой пары их хромосом вы получаете одну хромосому от матери и одну от отца. Когда яйцеклетки и сперматозоиды собираются вместе, они создают полный набор из 46 хромосом или 23 пар.

Так почему же ваши гены не совпадают с генами ваших братьев и сестер? Как и у вас, у каждого из ваших родителей есть по две копии хромосом, которые они получили от своих родителей. Когда образуются сперматозоиды и яйцеклетки, пары хромосом разделяются независимо и случайным образом сортируются на две яйцеклетки у мамы или две сперматозоиды у папы.Вы можете получить одну хромосому в одной паре от своей мамы, а ваша сестра может получить вторую хромосому от этой пары. Это означает, что существует 8 388 608 возможных вариантов яйцеклеток и сперматозоидов. Это действительно чудо, что мы вообще похожи на своих родителей!

Объяснитель: Что такое гены? | Новости науки для студентов

Гены — это чертежи для создания химического оборудования, поддерживающего жизнь клеток. Это верно для людей и всех других форм жизни.Но знаете ли вы, что с 20 000 генов у людей почти на 11 000 генов меньше на , чем у водяных блох? Если количество генов не предсказывает сложность, что делает?

Ответ заключается в том, что наш генетический материал содержит гораздо больше, чем единицы, которые мы называем генами. Не менее важны переключатели, которые включают и выключают ген. А то, как клетки читают и интерпретируют генетические инструкции, у людей гораздо сложнее, чем у этих водяных блох.

ДНК

имеет скрученную лестничную структуру.Внешние опоры лестницы изготовлены по сахарно-фосфатному рецепту. Между этими внешними опорами находятся пары химических веществ, известных как основания.

ttsz / iStockphoto

Гены и управляющие ими переключатели сделаны из ДНК. Это длинная молекула, напоминающая спиральную лестницу. Его форма известна как двойная спираль. В общей сложности три миллиарда ступенек соединяют две внешние нити — вертикальные опоры — этой лестницы. Мы называем ступени пар оснований для двух химических веществ (пар), из которых они сделаны.Ученые называют каждое химическое вещество его инициалом: A (аденин), C (цитозин), G (гуанин) и T (тимин). A всегда сочетается с T; C всегда сочетается с G.

В клетках человека двухцепочечная ДНК не существует как одна гигантская молекула. Он разделен на более мелкие фрагменты, называемые хромосомами (KROH-moh-soams). Они упакованы по 23 пары на ячейку. Всего 46 хромосом. В совокупности 20 000 генов в наших 46 хромосомах называются геномом человека .

Роль ДНК аналогична роли алфавита. Он может нести информацию, но только в том случае, если буквы объединены таким образом, чтобы образовать значимые слова. Соединение слов вместе дает инструкции, как в рецепте. Итак, гены — это инструкции для клетки. Как и инструкции, у генов есть «начало». Их цепочка пар оснований должна следовать в определенном порядке, пока не достигнет определенного «конца».

Если гены подобны базовому рецепту, то аллели (Ah-LEE-uhls) являются версиями этого рецепта.Например, аллели гена «цвета глаз» указывают направление, по которому глаза становятся голубыми, зелеными, карими и так далее. Мы наследуем по одному аллелю или версии гена от каждого из наших родителей. Это означает, что большинство наших клеток содержат два аллеля, по одному на хромосому.

Но мы не точные копии наших родителей (или братьев и сестер). Причина: прежде чем мы унаследуем их, аллели перемешиваются, как колода карт. Это происходит, когда в организме вырабатываются яйцеклетки и сперматозоиды. Это единственные клетки, у которых есть только одна версия каждого гена (вместо двух), упакованная в 23 хромосомы.Яйцеклетки и сперматозоиды сливаются в процессе, известном как оплодотворение. Это запускает развитие нового человека.

Комбинируя два набора из 23 хромосом — один набор из яйцеклетки, другой набор из сперматозоидов, этот новый человек получает обычные два аллеля и 46 хромосом. И ее уникальная комбинация аллелей никогда больше не возникнет таким же образом. Это то, что делает каждого из нас уникальным, но мы не точные копии своих родителей (братьев и сестер). Причина: прежде чем мы унаследуем их, аллели перемешиваются, как колода карт.Это происходит, когда в организме вырабатываются яйцеклетки и сперматозоиды. Это единственные клетки, у которых есть только одна версия каждого гена (вместо двух), упакованная в 23 хромосомы. Яйцеклетки и сперматозоиды сливаются в процессе, известном как оплодотворение. Это запускает развитие нового человека.

Оплодотворенная клетка должна размножаться, чтобы образовались все органы и части тела ребенка. Для размножения клетка делится на две идентичные копии. Клетка использует инструкции своей ДНК и химических веществ в клетке для создания идентичной копии ДНК для новой клетки.Затем процесс повторяется много раз, когда одна ячейка превращается в две. И две копии станут четырьмя. И так далее.

Чтобы создавать органы и ткани, клетки используют инструкции своей ДНК для создания крошечных машин. Они контролируют реакции между химическими веществами в клетке, которые в конечном итоге производят органы и ткани. Крошечные машины — это белков, . Когда клетка читает инструкции гена, мы называем это экспрессией гена . Оплодотворенная клетка должна размножаться, чтобы образовались все органы и части тела ребенка.Для размножения клетка делится на две идентичные копии. Клетка использует инструкции своей ДНК и химических веществ в клетке для создания идентичной копии ДНК для новой клетки. Затем процесс повторяется много раз, когда одна ячейка превращается в две. И две копии станут четырьмя. И так далее.

Как работает экспрессия генов?

Для экспрессии гена клетка копирует сообщение ДНК в молекулу мРНК (транскрипция) внутри светло-розовой области выше — ядра.Затем мРНК покидает ядро, и молекулы тРНК читают ее сообщение, чтобы создать белок (трансляцию).

Национальный образовательный центр генетики и геномики NHS / Викимедиа (CC BY 2.0), адаптировано Л. Стинбликом. Хванг.

Экспрессия генов зависит от вспомогательных молекул. Они интерпретируют инструкции гена по созданию нужных типов белков. Одна важная группа этих помощников известна как РНК. По химическому составу он похож на ДНК. Один тип РНК — это матричная РНК (мРНК). Это одноцепочечная копия двухцепочечной ДНК.

Изготовление мРНК из ДНК — первый шаг в экспрессии генов. Этот процесс известен как транскрипция и происходит внутри ядра клетки, или ядра . Второй шаг, называемый трансляцией , происходит вне ядра. Он превращает сообщение мРНК в белок, собирая соответствующие химические строительные блоки, известные как амино (Ah-MEE-no) кислоты.

Все человеческие белки представляют собой цепи с различными комбинациями из 20 аминокислот.Некоторые белки контролируют химические реакции. Некоторые несут сообщения. Третьи действуют как строительные материалы. Всем организмам необходимы белки, чтобы их клетки могли жить и расти.

Для создания белка молекулы другого типа РНК — транспортной РНК (тРНК) — выстраиваются вдоль цепи мРНК. Каждая тРНК несет на одном конце трехбуквенную последовательность, а на другом — аминокислоту. Например, последовательность GCG всегда содержит аминокислоту аланин (AL-uh-neen). Последовательность тРНК совпадает с последовательностью мРНК, по три буквы за раз.Затем другая вспомогательная молекула, известная как рибосома (RY-boh-soam), присоединяется к аминокислотам на другом конце, чтобы образовать белок.

Один ген, несколько белков

Ученые сначала подумали, что каждый ген содержит код, позволяющий производить только один белок. Они были не правы. Используя механизм РНК и его помощников, наши клетки могут выделить более 20 000 белков из своих 20 000 генов. Ученые точно не знают, сколько еще. Это могло быть несколько сотен тысяч — возможно, миллион!

Как один ген может производить более одного типа белков? Только некоторые участки гена, известные как экзонов , кодируют аминокислоты.Области между ними — интронов . Прежде чем мРНК покинет ядро ​​клетки, вспомогательные молекулы удаляют ее интроны и сшивают ее экзоны. Ученые называют это сплайсингом мРНК.

Одна и та же мРНК может быть сплайсирована разными способами. Это часто происходит в разных тканях (возможно, в коже, головном мозге или печени). Это похоже на то, что читатели «говорят» на разных языках и по-разному интерпретируют одно и то же сообщение ДНК. Это один из способов, которым в организме может быть больше белков, чем генов.

Вот еще способ. У большинства генов есть несколько переключателей. Переключатели определяют, где мРНК начинает считывать последовательность ДНК, а где останавливается. Разные начальные и конечные сайты создают разные белки, некоторые из которых длиннее, а некоторые короче. Иногда транскрипция не начинается, пока несколько химических веществ не присоединятся к последовательности ДНК. Эти сайты связывания ДНК могут быть далеко от гена, но все же влияют на то, когда и как клетка прочитает его сообщение.

Варианты сплайсинга и переключатели генов приводят к разным мРНК.И они переводятся в разные белки. Белки также могут измениться после того, как их строительные блоки были собраны в цепочку. Например, клетка может добавлять химические вещества, чтобы придать белку новую функцию.

DNA содержит больше, чем инструкции по сборке

Производство белков — далеко не единственная роль ДНК. Фактически, только один процент ДНК человека содержит экзоны, которые клетка переводит в белковые последовательности. Оценки доли ДНК, контролирующей экспрессию генов, варьируются от 25 до 80 процентов.Ученые пока не знают точного числа, потому что эти регуляторные участки ДНК труднее найти. Некоторые из них являются переключателями генов.

Разное

Leave a Comment

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *