Лекция 5 Геном человека

В начале 70-х гг. прошлого века началось интенсивное развитие методов молекулярных исследований, разработаны генно-инженерные способы клонирования фрагментов ДНК и быстрые методы секвенирования. Стремительный характер развития молекулярной генетики привел к возникновению в конце 80-х гг. программы «Геном человека», в которой планировалось к 2005 г. завершить определение полной последовательности всех 3 млрд нуклеотидных звеньев, составляющих весь геном. К программе присоединились ведущие лаборатории Великобритании, Франции, Германии, Японии и России (всего более 100 центров и 1100 ученых разных стран). В США были созданы Национальный институт исследования генома человека во главе с Френсисом Коллинзом, а также на базе частной фирмы Celera Genomics Институт геномных исследовании (TIGR - The Institute for Genome Research) во главе с известным ученым Крэйгом Вентером.

Первоначально программа планировалась на 15 лет, а ее стоимость оценивалась в 3 млрд долларов США: цена 1 шага, т. е. установление положения одной пары нуклеотидов в цепи ДНК, составляла тогда около 1 доллара. Однако крупные технические и методические усовершенствования позволили автоматизировать процесс секвенирования, сделать его более эффективным, быстрым и экономичным. 15 февраля 2001 г. в журнале Nature (International Human Genome Sequencing Consortium, 2001) и 16 февраля в журнале Science (Venter et al., 2001) о результатах расшифровки и анализа генома человека объявили две указанные группы исследователей. Та и другая представляли собой огромные исследовательские коллективы: так, число авторов в журнале Nature превышало 4 тысячи, а в журнале Science более 450. Результаты двух исследовательских центров во многом совпадают, хотя имеются некоторые отличия. Полностью секвенирование генома человека завершилось к апрелю 2003 г. — к 50-летнему юбилею открытия двойной спирали ДНК. Информация по всем результатам этих исследований и дочерним направлениям науки широко представлены в Интернете. На сегодняшний день секвенировано около 90 % генома в черновом виде, а 30 % — в окончательном (т. е. нуклеотиды выверены с точностью до 99,99 %). Все это способствовало окончанию гонки, продолжавшейся несколько лет, и наступила постгеномнаи эпоха.

В 1977 г. были разработаны методы прямого определения последовательности нуклеотидов в ДНК, что знаменовало начало эры секвенирования. Вскоре произошла революция и в вычислительной технике. Исследователям из разных областей науки стали доступны ЭВМ различных классов: началась эра компьютерной генетики. Несколько лет спустя появились персональные компьютеры, и компьютерная генетика вошла в молекулярно-биологические лаборатории.

Компания Celera Genomics в рамках проекта по секвенированию генома человека использовала пять образцов человеческой ДНК от двух женщин и троих мужчин: один афроамериканец, один китаец, один испано-мексиканец и двое европейцев. Международный консорциум IHGSC использовал в исследованиях ДНК семи разных людей, т. е. каждый из двух соперничавших коллективов брал ДНК из своего источника. На основании данных секвенирования этих образцов ДНК была рассчитана консенсусная последовательность генома человека длиной 2.91 млрд п. н.