Становлення геноміки як самостійного розділу генетики
1997 рік - визначена повна послідовність нуклеотидів геномів кишкової палички E. coli і дріжджів Saccharomyces cerevisiae. Нобелівська премія з фізіології і медицини присуджена американцю С. Прузинеру за внесок у вивчення хвороботворного агента білкової природи - пріону, що викликає губчасту енцефалопатію, або «коров'ячий сказ» у великої рогатої худоби. Я. Вильмут зі співробітниками вперше клонували ссавця – вівцю Доллі. 1998 рік - розшифровано всього близько 3% геному людини. Визначена повна нуклеотидна послідовність першого вищого організму – нематоди Caenorhabditis elegans. У нематоди C. elegans виявлений механізм РНК–інтерференції.
1999 рік - Роберт Фурчготт, Луїс Ігнарро і Ферид Мурад отримали Нобелівську премію за відкриття ролі оксиду азоту як сигнальної молекули (тобто, регулятора і переносника сигналів) серцево–судинної системи.
Вчені клонували мишу та корову.
2000 рік - Нобелівська премія по фізіології і медицині присуджена А. Карлссону, П. Грингарду і Е. Кенделу за відкриття, що стосується «передачі сигналів в нервовій системі». Вчені клонували свиню.
2000 рік, червень - два конкуруючих колективи – «Celera Genomics» і міжнародний консорціум HUGO, об'єднавши свої дані, офіційно оголосили про те, що їх спільними зусиллями в цілому завершена розшифровка геному людини, створений його чорновий варіант.
2001 рік - Нобелівська премія з фізіології і медицини присуджена Л. Хартвеллу, Т. Ханту та П. Нерсу за відкриття ключових регуляторів клітинного циклу.
2001 рік, лютий - з'явилися перші наукові публікації чорнового варіанту структури генома людини.
2002 рік - повністю розшифрований геном миші. Нобелівська премія з фізіології і медицини присуджена С. Бреннеру, Р. Хорвитцу і Дж. Салстону за їх відкриття в області генетичного регулювання розвитку органів і запрограмованої клітинної смерті. Сучасними, що дають численні результати, та прогресуючими розділами генетики сьогодні є молекулярна та біохімічна генетика.
Сучасна генетика нині проходить якісно новий етап свого розвитку, пов'язаний з вивченням молекулярних основ будови та функціонування генів і геномів, проблем генетичної інженерії та її використання в медицині, біологічної промисловості, сільському господарстві та інших напрямках науки і практики. Головними, невирішеними поки питаннями генетики є:
1) з'ясування генетичних механізмів диференціювання клітин і тканин організму, його росту і розвитку; механізмів диференціальної активації генів, тобто яким чином в різних клітинах і на різних стадіях розвитку організму включаються різні гени;
2) визначення причин і механізму гетерозису;
3) з'ясування структури геному, тобто будови хромосом у вищих тварин і людини, організація генетичних локусів, кількості і ролі окремих генів;
4) вивчення механізмів перетворення інформації гена, записаної на ДНК, а структуру білка (це питання не з'ясований повністю, розшифровано лише геном людини). Необхідно з'ясувати також особливості взаємодії ДНК і білків, що входять до складу хромосом.
У кінці ХХ століття молекулярні технології розвивалися настільки інтенсивно, що були створені передумови для планомірного вивчення структури геномів різних видів живих істот, включаючи людину. Однією з найбільш значимих цілей цих проектів є визначення повної нуклеотидної послідовності геномних ДНК. Таким чином, народилася нова наука - геноміка. Нині розшифрована нуклеотидна послідовність геномної ДНК багатьох сотень видів мікроорганізмів, більшість з яких є хвороботворними. У результаті ідентифікуються не тільки всі гени цих мікроорганізмів, але і визначаються амінокислотні послідовності кодованих ними білків.
Розробка геномних проектів супроводжувалась інтенсивним розвитком багатьох галузей науки і техніки. Так, потужний імпульс для свого розвитку отримала біоінформатика. Був створений новий математичний апарат для зберігання та обробки величезних масивів інформації; сконструйовані системи суперкомп'ютерів, що володіють небаченою потужністю; написані тисячі програм, що дозволяють у лічені хвилини проводити порівняльний аналіз різних блоків інформації, щодня вводити в комп'ютерні бази нові дані, отримані в різних лабораторіях світу, і адаптувати нову інформацію до тієї, яка була накопичена раніше. Одночасно були розроблені системи для ефективної ізоляції різних елементів геному і автоматичного секвенування, тобто визначення нуклеотидних послідовностей ДНК. На цій базі були створені потужні роботи, що значно прискорюють секвенування і роблять його менш дорогим.
Розвиток геноміки, в свою чергу, призвів до відкриття величезної кількості нових фактів. Значення багатьох з них ще належить оцінити в майбутньому. Але і зараз очевидно, що ці відкриття призведуть до переосмислення багатьох теоретичних положень, що стосуються виникнення та еволюції різноманітних форм життя на Землі. Найбільш важливим наслідком розшифровки структури геному певного виду є можливість ідентифікації усіх його генів і, відповідно, ідентифікації і визначення молекулярної природи молекул РНК та білків. За аналогією з геномом народилися поняття транскриптому, який об'єднує пул молекул РНК, що утворилися в результаті транскрипції, і протеому, що включає безліч білків, що кодуються генами. Таким чином, геноміка створює фундамент для інтенсивного розвитку нових наук – протеоміки та транскриптоміки.
Протеоміка займається вивченням структури і функції кожного білка; аналізом білкового складу клітини; визначенням молекулярних основ функціонування окремої клітини, що є результатом координованої роботи багатьох сотень білків, і дослідженням формування фенотипу організму, який є результатом координованої роботи мільярдів клітин.
Дуже важливі біологічні процеси відбуваються і на рівні РНК. Їх аналіз є предметом вивчення транскриптомики.
Найбільші зусилля вчених багатьох країн світу, що працюють в галузі геноміки, були спрямовані на міжнародний проект «Геном людини». Значний прогрес в цій області пов'язаний з реалізацією ідеї, запропонованої Дж. С. Вентером, зайнятися пошуком і аналізом послідовностей ДНК, що експресуються, які в подальшому можуть бути використані в якості своєрідних маркерів певних ділянок геному. Інший незалежний і не менш плідний підхід був використаний у роботі групи, очолюваної Фр. Коллінзом. Він заснований на ідентифікації генів спадкових хвороб людини.
Історія розвитку генетики коротко представлена в таблиці:
Рік |
Дослідник |
Наукове відкриття
|
Класична генетика |
||
1865 |
Мендель Грегор (1822-1884) |
Фактори спадковості, гібридологічний аналіз |
1868 |
Мішер Ф. (біохімік) |
Виділення нуклеїну (ДНК) із ядер сперми лосося |
1875 |
Гальтон Ф. |
Метод близнюків та його використання в генетиці людини |
1885 |
А. Вейсман |
Припустив, що кількість хромосом у статевих клітинах має бути вдвічі меньшою, ніж у соматичних клітинах |
1900 |
Де Фріз Г., Корренс К., Чермак Е. |
Експериментальне підтвердження основних законів успадкування ознак, відкритих Г.Менделем |
1902 |
Саттон В., Бовері Т. |
Хромосомна теорія спадковості |
1908 |
Харді, К.Вайнберг |
Відкритий закон рівноваги генних частот у панміктичній популяції |
1910 |
Морган Томас Хант |
Закономірності успадкування ознак, зчеплених із статтю (Нобелівська премія з фізіології та медицини (1933) за експериментальне обґрунтування хромосомної теорії спадковості) |
1913 |
А. Стертевант |
Створення першої генетичної карти хромосоми |
1918 |
Р.Фішер |
Публакація роботи “On the correlation between relatives on the supposition of Mendelian inheritance”. Початок робіт із створення синтетичної теорії еволюції |
1922 |
Вавілов М.І. |
Закон гомологічних рядів у спадковій мінливості організмів (паралелізм у мінливості близьких за походженням таксонів рослин), який встановив певні правила формоутворення та дозволив передбачати у певного виду ще не відкриті, але можливі ознаки (аналогія із системою Менделєєва) |
1925 |
Надсон Г., Філіпов Г., Мюллер Г. |
Радіаційний метод індукції мутацій |
1926 |
Четвериков С.С. |
Стаття ” ”, яка створила підґрунтя для розвитку популяційної генетики та синтезу генетики і теорії еволюції |
1927 |
Мюллер Герман Джозеф (1890-1967) |
Експериментально довів мутаційний ефект рентгенівських променів (Нобелівська премія,1946) |
1927 |
Кольцов М.К. |
Ідея матричного синтезу – основи молекулярної біології |
1928 |
Гриффіт Ф. |
Явище трансформації у бактерій – передача ДНК від одного штаму бактерій до іншого |
1929 -1930 |
Серебровський О.С., Дубінін М.П. |
Вперше продемонстрували складну природу гена; початок розвитку уявлення про тонку будову гена |
1931 |
Мак Клінток Б. |
Відкриття транспазонів; експериментально довела наявність кросинговеру (кукурудза) (Нобелівська премія в галузі фізіології та медицини, 1983) |
1934 |
Астауров Б.Л. |
Одержання потомства з незапліднених яєць у шовкопряда (прикладна генетика) |
1935 |
Тимофєєв-Ресовський М.В., Циммер К., Дельбрюк М. |
Експериментальне визначення розмірів гена. Створений фундамент для відкриття структури ДНК |
1940 |
Бідл Дж., Татум Е. |
Теорія «один ген – один фермент» (Нобелівська премія з фізіології та медицини, 1958)
|
1941 |
Бідл Дж., Татум Е. |
Експериментально доводять, що в генах закодована інформація про структуру білків |
1943 |
Рапопорт І.О., Ауербах Ш., Робсон Дж. Г. |
Експериментально доведена можливість індукції мутацій хімічними речовинами
|
Етап вивчення властивостей ДНК |
||
1944 |
Евері О., Маклеод К., Маккарті М. |
Встановлено, що «речовиною гена» служить ДНК |
1944 |
Дельбрюк М., Лурія С., Херші А. |
Відкриття циклу репродукції вірусів та розвиток генетики бактерій і фагів (Нобелівська премія, 1969) |
1944 |
Зильбер Л. |
Вірусно-генетична теорія раку |
1950 |
Чаргафф Ервін |
Довів, що в ДНК кількість аденілових нуклеотидів дорівнює кількості тимидилових, кількість гуанілових нуклеотидів – числу цитидилових
|
1950 |
Мак Клінток Барбара |
Відкриття транспазонів у кукурудзи |
1951 |
Франклін Р., Уілкінсон М. |
Перша рентгенограма молекули ДНК
|
1952 |
Херші, Чейз |
Доводять, що генетична інформація бактеріофагів (та всіх інших організмів) міститься у ДНК |
1953 |
Крик Ф., Уотсон Дж. |
Нобелівська премія (1962) (разом з Уілкінсом М.Х.Ф.) за створення моделі вторинної структури ДНК за результатами дослідів генетиків та біохіміків і даними рентгеноструктурного аналізу (Розалінд Франклін) |
1956 |
Тіо Ю., Леван А. |
Диплоїдний набір хромосом людини дорівнює 46 |
1956 |
Корнберн А. |
Відкритий перший фермент, здатний синтезувати ДНК у пробирці – ДНК-полімераза І
|
1958 |
Мезельсон, Сталь |
Відкритий напівконсервативний механізм реплікації ДНК |
1959 |
Корнберн А., Очоа С. |
Нобелівська премія за дослідження механізму біологічного синтезу РНК та ДНК |
1958 |
Мезельсон М., Сталь Ф. |
Доведено існування напівконсервативного механізму реплікації ДНК |
1960 |
Вейс С., Гурвіц Дж., Стивенс А. |
Відкриття РНК-полімерази |
1960 |
Рапопорт І. |
Відкриття «супермутагенів»
|
1961 |
|
З’ясовано, що генетичний код “записаний” в ДНК у вигляді триплетів (кодонів) нуклеотидів |
1968 |
Ниренберг М., Холлі Р., Корана Х. |
Нобелівська премія «за расшифровку генетичного коду та його функціонування в синтезі білків» |
1965 |
Жакоб Ф., Моно Ж. |
Нобелівська премія за відкриття генетичної регуляції синтезу ферментів та вірусів (разом із Львовим О.М.). Довели існування двох груп генів – структурних, що відповідають за синтез структурних білків і ферментів, та регуляторних, що контролюють активність структурних генів |
1962 |
Гордон Дж. |
Вперше клонований тваринний організм (жабу) |
1965 |
Хесин Р.Б. |
Регуляція синтезу білка відбувається шляхом активації та дезактивації транскрипції генів |
1966 |
Б. Вейс и С. Рихардсон |
Відкриття ДНК-лігази |
1969 |
Х.Г.Корана |
Хімічний синтез гену |
1970 |
Г. Темін, Д.Балтимор |
Відкриття зворотної транскриптази – ферменту, що синтезує ДНК на РНК-матриці (Нобелівська премія з фізіології та медицини, 1975)
|
Етап вивчення геному видів організмів. Розвиток геноміки |
||
1972 |
П.Берг |
Одержано перші рекомбінантні молекули ДНК на основі об’єднання геномів різних видів організмів (Нобелівська премія з хімії, 1980) |
1974 |
Р.Д. Корнберг |
Визначена структура хроматину (нуклеосоми) |
1975 |
Е. Саузерн |
Запропонував метод перенесення фрагментів ДНК на нитроцелюлозні фільтри (метод Саузерн-блот гібридизації) |
1976 |
Д.М. Бішоп, Г.Е. Вар мус |
Визначно, що вірусний онкоген – клітинний ген, який вірус придбав у ході реплікації у клітинах і зберігає у зміненому мутаціями вигляді. Його попередник – клітинний протоонкоген – у здоровій клітині керує її ростом і поділом (Ноб. премія, 1989) |
1977 |
У.Гілберт, А. Максам; Ф.Сенгер із співавторами |
Швидкі методи секвенування (визначення) нуклеотидних послідовностей ДНК (Нобелівська премія, 1980; разом із П.Бергом) |
1978
|
Д. Натанс, Х. Смит,В. Арбер |
Виділена рестриктаза – фермент, що розрізає ДНК у строго визначених місцях (Нобелівська премія,1978) |
1978 |
Компанія Genentech |
Здійснення переносу еукаріотичного гена інсуліна у бактеріальну клітину, де синтезований білок про інсулін |
1980 |
П. Шарп, Р. Робертс |
Гени аденовірусів (пізніше встановлено, що й гени еукаріотів) мають мозаїчну екзонно-інтронну структуру; відкрито явище сплайсингу (Нобелівська премія з фізіології і медицини, 1993) |
1980 |
К. Ітакура |
Хімічний синтез гена соматостатину людини, здійснення штучного синтезу гормону соматостатину у клітинах кишкової палички Е. coli |
1980 |
Дж. Гордон |
Одержана перша трансгенна миша шляхом мікроін’єкції в пронуклеус заплідненого одноклітинного ембріону гена тимідинкинази віруса герпеса |
1981 |
|
Визначена повна нуклеотидна послідовність мітохондріальної ДНК людини; відкриті людські онкогени |
1982 |
|
Визначена повна нуклеотидна послідовність бактеріофага λ (48502 п.н.) |
1982 |
|
РНК може мати каталітичні властивості подібно білку |
1984 |
У. Мак-Гінніс |
Відкриття гомеотичних (Нох) регуляторних генів, що контролюють морфогенез тварин |
1984 |
А. Джеффрис |
Запропонований метод геномної дактилоскопії – ідентифікації особистості за допомогою мікро сателітних ДНК |
1985 |
К.Б. Мюлліс |
Запропонований метод полімеразної ланцюгової реакції (ПЛР) (Нобелівська премія з хімії, 1993) |
1987 |
|
Створені перші дріжджові штучні хромосоми YAC (Yeast Artificial Chromosomes) для використання в якості векторів при клону ванні великих фрагментів геномів |
1988 |
Джеймс Уотсон |
Створений проект “Геном людини”Національного інституту здоров’я США |
1988 |
|
Запропонований метод нокаута генів |
1989 |
Т.Р. Чех, С. Альтман |
Відкриття каталітичних властивостей природних ДНК (рибозимів) (Нобелівська премія з хімії, 1989) |
1990 |
Международна організація з вивчення геному людини (Human Genome Organization, скорочено HUGO) |
Розшифровка геному людини |
1990 |
В. Андерсен |
Перше успішне використання генної терапії для лікування спадкового імунодефіциту |
1992 |
Е.Кребс, Е. Фішер |
Відкриття зворотнього фосфорилювання білків як важливого механізму клітинного метаболізму |
1995 |
Компанія «Celera Genomics» |
Визначений повний геном першої вільно існуючої бактерії Haemophilus influenzae (1 830 137 п. н.) |
1995 |
|
Становлення геноміки як самостійного розділу генетики |
1997 |
|
Визначений повний геном кишкової палички E. coli та дріжджів Saccharomyces cerevisiae |
1997 |
С. Прузинер (амер.) |
Нобелівська премія з фізіології та медицини за внесок у вивчення пріону (хвороботворного агента білкової природи), що викликає губчасту енцефалопатію (коров’ячий сказ) у худоби |
1997 |
Я. Вілмут (Шотландія) |
Вперше одержано клон ссавця – вівцю Доллі |
1998 |
|
Визначений геном нематоди Caenorhabditis elegans, в якій відкритий механізм РНК- інтерференції |
1999 |
Р. Фурчготт, Л. Ігнарро, Ф.Мурад |
Нобелівська премія за відкриття ролі оксиду азоту як сигнальної молекули (регулятора і переносника сигналів) серцево-судинної системи |
1999 |
|
Створення клонів миші та корови |
2000 |
А. Карлссон, П.Грингард, Е. Кандел |
Нобелівська премія з фізіології і медицини за відкриття передачі сигналів у нервовій системі |
2000 |
|
Одержаний клон свині |
Червень 2000 |
«Celera Genomics» та міжнародний консорціум HUGO |
Повністю розшифрований геном людини |
2001 |
Л.Хартвелл, Т.Хант, П.Нерс |
Нобелівська премія з фізіології і медицини за відкриття ключових регуляторів клітинного циклу |
2002 |
|
Повністю розшифрований геном миші |
2002 |
С. Бреннер, Р. Хорвитц, Дж. Салстон |
Нобелівська премія з фізіології і медицини за відкриття механізму генетичного регулювання розвитку органів і запрограмованої клітинної смерті |
2010 |
Вентер Крейг |
Створена штучна форма життя Mycoplasma mycoides JCVI-syn1.0 |
Головним подарунком учених у 2011 році стала розшифровка ядерного геному давнього гомініда, знайденого в Денисовій печері на Алтаї в 2008 році новосибирськими археологами. Знайдений фрагмент фаланги пальця маленької дівчинки належить раніше невідомій гілці людського рода. У той час, як в Європі жили неандертальці, а кроманьонці тільки починали завойовувати світ, в Азії жили інші людиноподібні істоти.
2014 рік - досягнення,
яке дозволило
манипулювати
людям памяттю мышей за
допомогою світла.
У методиці
під назвою
«оптогенетика»
досліджують
роботу нервових
клітин
через вбудовування в їхню
мембрану спеціальних
молекул, котрі реагують
на збудження світлом.
Використовуючи їх, вчені
змогли стирати
у мышей пам’ять про
трагічні події
або змінювати приємні спогади жахливими та навпаки.
Фото: Synthorx
Завершує найважливіші наукові досягнення 2014 року дослідження, що дозволило додати до чотирьох букв генетичного алфавіту (A, C, T і G) ще дві – X і Y. Вони існують тільки в штучному варіанті бактерії Escherichia coli. З їх допомогою вчені сподіваються кодувати білки, яких немає в природі, але які могли б допомогти здолати сьогодні невиліковні хвороби.
американские ученые из Калифорнии обнаружили белок с названием «клото» и ген KL-VS, который отвечает за его выработку. Последний тут же получил имя «ген интеллекта», ведь данный белок способен повысить показатели IQ человека сразу на 6 пунктов. Более того, этот белок можно синтезировать искусственно, и не важно, какого возраста человек. Следовательно, в будущем ученые научатся научными методами делать людей умнее вне зависимости от их природных интеллектуальных данных.
Японские исследователи из Университета Осака обнаружили ген, который развивает болезнь Альцгеймера у подопытных мышей. В рамках исследований был выявлен ген klc1, способствующий накоплению в тканях мозга бета-амилоидного белка, который и является основным фактором развития болезни Альцгеймера. Механизм этого процесса был известен давно, но раньше никто не мог объяснить его причину. Источник: http://www.novate.ru/blogs/140514/26352/
Оказывается, существует не только ген интеллекта, но и ген глупости. Во всяком случае, так считают ученые из Университета Эмори в Техасе. Они обнаружили генетическое отклонение RGS14, отключение которого позволяет заметно улучшить интеллектуальные способности подопытных мышей. Выяснилось, что блокировка гена RGS14 делает более активной область CA2 в гиппокампе – области мозга, отвечающей за накопление новых знаний и сохранение воспоминаний. Лабораторные мыши без этой генетической мутации стали лучше запоминать объекты и перемещаться по лабиринту, а также лучше адаптироваться к изменяющимся условиям внешней среды. Источник: http://www.novate.ru/blogs/140514/26352/
ген IRX3 влияет на процент жира относительно общей массы. Во время лабораторных исследований, оказалось, что у мышей с поврежденным IRX3 процент жира в организме в два раза меньше, чем у остальных. И это притом, что их кормили одинаковым количеством высококалорийной пищи. Источник: http://www.novate.ru/blogs/140514/26352/
Обнаруженный учеными из Лондонской школы здоровья, 5-HTTLPR называют «геном счастья». Ведь, оказывается, он отвечает за распространение гормона серотонин в нервных клетках.Считается, что серотонин является одним из важнейших факторов, отвечающих за настроение человека, он заставляет нас радоваться или грустить, в зависимости от внешних условий. Те, у кого низкий уровень этого гормона, подвержены частым приступам плохого настроения и депрессий, склонны к тревожности и пессимизму.Британские ученые выяснили, что так называемая «длинная» вариация гена 5-HTTLPR способствует лучшей доставке серотонина в головной мозг, что заставляет человека чувствовать себя в два раза счастливее, чем остальные. Эти выводы основаны на опросе и изучении генетических особенностей нескольких тысяч добровольцев. При этом самые лучшие показатели довольства жизнью оказались у тех людей, оба родителя которых также обладают «геном счастья». Источник: http://www.novate.ru/blogs/140514/26352/
Источник: http://www.novate.ru/blogs/140514/26352/