Биология Справочники / Анатомия биологических терминов, Тезариус биолога, Сетков Н.А
..pdfВитиация. От лат. “vitio” – порча. Изменения, не дающие пользы, снижающие эффективность.
Воблинг-гипотеза. От англ. “wobble” – качание. Гипотеза, объясняющая каким образом тРНК способны узнавать больше одного кодона, взаимодействуя нестандартным образом с третьим основанием в кодоне. Синоним – гипотеза
“качелей”.
Возвратное скрещивание. Скрещивание рецессивной гомозиготы с линией неизвестного генотипа. При этом фенотип потомства определяется только хромосомами родителя с неизвестным генотипом.
Вырожденность кода. Одно из свойств генетического кода, заключающееся в том, что одну и ту же аминокислоту могут кодировать (шифровать) несколько кодонов (триплетов). Например, аргинин, лейцин и серин имеют по шесть кодонов, а остальные аминокислоты – по два, три или четыре соответствующих им кодона. Только двум аминокислотам “досталось” по одному кодону: метионину – АУГ и триптофану – УГГ. Три кодона играют роль знаков препинания (“точек”) – УГА, УАГ и УАА, на которых обрывается процесс трансляции. Иначе их называют “стоп-кодонами”, терминирующими кодонами, бессмысленными, или “нонсенскодонами”. Показано, что модифицированная аминокислота селеноцистеин может кодироваться стоп-кодоном (см. статьи Кодон и Бессмысленный кодон).
Вырожденность кода по третьему основанию. Свойство генетического кода, при котором снижена важность третьего основания в кодирующем триплете по сравнению с первыми двумя основаниями кодона.
Высокоповторяющаяся ДНК. Участки тотальной геномной ДНК реассоциирующие с высокой скоростью (см. также статью Сателлитная ДНК).
Галактоземия. От галактоза (греч. “galaktos” – молоко) и “haima” – кровь. Редкое наследственное (аутосомно-рецессивное, см. статью Типы наследования) нарушение метаболизма, при котором в крови и тканях накапливается моносахарид (гексоза) – галактоза, образующаяся в результате гидролиза молочного сахара – дисахарида лактозы. Метаболический дефект обусловлен мутацией в гене фермента галактозофосфат-уридилтрансферазы (GPT), превращающий фосфат галактозы в фосфат глюкозы. Ребёнку с галактоземией с первых дней после рождения прописывается диета, строго ограничивающая молоко и молочные продукты, содержащие лактозу, в противном случае развивается патология печени, катаракта, задерживается умственное развитие. Несвоевременная диагностика галактоземии приводит к смерти ребёнка.
Гаплоиды. От греч. “gaploos” – простой, где “ploos” – кратность и “eidos” – вид.
Организмы, в клетках которых содержится одинарный набор хромосом, т. е. каждая хромосома представлена только одним гомологом (а каждый ген, соответсвенно, одним аллелем). Примером таких организмов могут служить гаплоидные дрожжи. У некоторых насекомых, например, червецов самцы функционально гаплоидны, так как один набор хромосом у них становится факультативно гетерохроматичным, т. е. транскрипционно неактивным. Синоним –
гаплонты (см. статью Гаплонты в разделе “Общая биология и экология”).
Гаплоидный. От греч. “gaploos” – простой (где, “ploos” – кратность) и “eidos” –
вид. Одинарный набор хромом (1n) в клетке, характерный для половых клеток (яйцеклеток и сперматозоидов), а также гаплоидной фазы (гаплофазы) развития живых организмов. У человека гаплоидный набор составляют 22 аутосомы и одна половая хромосома (соответственно, 22 + X- или Y-хромосома). Гаплоидность
нормальна для многих низших организмов (из экариот - дрожжей), а также для оловых клеток.
Гаплонедостаточность. От греч. “gaploos” – простой. Термин, использующийся для обозначения возможного механизма, объясняющего развитие аутосомнодоминантных заболеваний, при которых наличие одного нормального аллеля недостаточно для проявления нормальной функции (другими словами, активности одного нормального аллеля недостаточно для поддержания нормального фенотипа*). В случае, если гены кодируют не ферменты, а рецепторы, то гаплонедостаточность, вызванная мутациями, сокращающими число функционально активных рецепторов, могут приводить к доминантной болезни,
например, такой как семейная гиперхолестеринемия (см. статью Семейная гиперхолестеринемия в разделе “Анатомия, физиологияи и патология человека и животных”).
*Примером такого состояния является острая перемежающаяся порфирия, в основе патогенеза которой лежит наличие у индивида одной неактивной аллели гена, кодирующего фермент синтазу уропорфириногена-1 (см. статью Острая перемежающаяся порфирия).
Гаплотип. От греч. “gaploos” – простой и тип. Так называется тесно сцеплённая группа генов на хромосоме, передающаяся от каждого родителя одним общим блоком. Примером такого единого блока является митохондриальная кольцевая ДНК, в которой отсутствуют интроны.
Гаплофаза. От греч. “gaploos” – простой и “phasis” – проявление. Часть жизненного цикла организма, характеризующаяся одинарным набором хромосом. Гемизигота. От греч. “hemi” – полу и зигота. Особь, гемизиготная по одному или нескольким генам. У самцов, гены, расположенные в Х-хромосоме могут иметь только по одному аллелю, т.е. они гемизиготны (см. статьи Гемизиготность,
Зигота, Гомозигота и Гетерозигота).
Гемизиготность. От греч. “hemi” – полу и “zygotos” – соединённые вместе.
Состояние, при котором некоторые гены в диплоидной клетке (организме) представлены только одним аллелем (одной дозой данного гена или одним сегментом хромосомы), вместо гомологичных двух. В норме у мужчин, как у гетерогаметного пола, почти все гены, локализованные в Υ- и Х-хромосомах, кроме генов псевдоаутосомного района (см. статью Псевдоаутосомный район),
находятся в гемизиготном состоянии. Отсюда, гемизиготность позволяет фенотипически проявляться рецессивным генам. Гемизиготность также может возникнуть вследствие анеуплоидий и делеций.
Ген (англ. “gene”, нем. “Gen”). От греч. “genos” – род (“genesis” – начало). Термин,
которым датской ботаник Вильгельм Людвиг Иоганнсен (Wilhelm Ludvig Johannsen, 1857–1927) в 1909 г. назвал наследственные задатки Менделя*. Ген – единица наследственности, занимающая определённое место (локус) в хромосоме. Это основное понятие классической генетики**, в которой различные формы одного гена, возникающие в результате генных мутаций, называются аллелями. Долгое время господствовало представление о гене Томаса Ханта Моргана, как о неделимой частице***. Первое определение гена было дано английским профессором медицины Арчибальдом Гарродом (1857-1934) в его книге “Inborn errors of metabolism”, 1909****: “ген – это пропись приготовления одного химического соединения”. До конца 1960-х годов под термином ген понимали непрерывный участок ДНК, на котором в виде последовательности нуклеотидов записана информация о первичной структуре одного белка, или по другому, гены –
это участки ДНК, транслирующиеся в функциональные белки. Эти представления легли в основу концепции “один ген – один белок”*****, которую затем сменила концепция “один ген – одна полипептидная цепь”. В настоящее время понятие гена не столь однозначно, хотя этим термином, по-прежнему, называется участок ДНК с определённой структурой. Отсюда следует, что структурной основой гена является последовательность нуклеотидов ДНК, хотя само понятие ген, скорее, понятие функциональное. Именно с функциональной точки зрения ген подразделяется на регуляторную и структурную части. Первая содержит последовательности, связанные с регуляцией генной активности, вторая может содержать последовательности как кодирующие (экзоны), так и не кодирующие аминокислоты (интроны). Кроме того, некоторые последовательности могут кодировать более одной полипептидной цепи (“ген в гене”) (см. статью Экзонноинтронная структура гена). Отсюда складывается ощущение, что в устройстве эукариотических генов есть излишняя и пока непонятная сложность. Участки ДНК, разделяющие гены, называют спейсерами (см. статью Спейсеры) и некоторые гены собраны в функциональные группы – кластеры генов (см. статью Кластеры). Одинаково устроенные гены в разных организмах могут иметь разные функции или быть встроены в разные генные ансамбли (сети) и, следовательно, приводить к разным функциям или проявляться в разное время и в разных тканях. Интересно, что гены реагируют не только на изменения окружающей среды, в которой обитает организм, но и на характер его питания и поведение.
*Считается также, что термин предложил немецкий ботаник Карл Вильгельм Нэгели (K.W. Nageli, 18817–1891).
**Поскольку в устаревшем классическом понимании ген, как элементарная единица наследственности, одновременно служит и единицей мутации, рекомбинации и функции существовала и другая терминология – “мутон”, “рекон” и “цистрон” (Benzer S., 1957). В молекулярной биологии термин “ген” однозначен понятию “цистрон”. Под понятием “ген” также понимают наследственную информацию, которой благоприятствует или, напротив, не благоприятствует отбор. По локализации в хромосомах гены делятся на аутосомные и сцепленные с полом. Различные неаллельные гены могут принадлежать к одной и той же или к различным группам сцепления. Аллельные гены могут быть доминантными, рецессивными и промежуточными (комбинированными). Неаллельные гены – эпистатичными, гипостатичными, комплементарными или индифферентными.
***С исторической точки зрения интересно знать, что автор хромосомной теории Томас Хант (Гент) Морган первоначально считал, что ген представляет собой не только единицу наследственности, но и неделим как атом и также не подвержен никакому воздействию извне. Хромосому Морган образно представлял как бусы, в которых бусинки – гены, или даже как пулемётную ленту. Опровержение этих представлений дала новая научная дисциплина – радиационная генетика, которая “раздробила” ген.
****“Врождённые ошибки метаболизма, 1909”. И в настоящее время название поражает своей современностью.
*****Первое надёжное доказательство предположения, что “один ген кодирует один фермент” получили американские генетики Джордж Уэллс Бидл (G. W. Beadl, 1909–19) и Эдуард Лоури Тейтем (E. L. Tatum, 1909–1975) в, ставших классическими, исследованиях на розовой плесени нейроспоре (Neurospora crassa), за которые они получили в 1958 г. Нобелевскую премию по физиологии и медицине.
Ген Армадилло. От англ. “armadillo” – (зоол.) броненосец (армадилл). Ген сегментарной полярности, опосредующий направление пути дифференцировки клеток в раннем эмбриогенезе у дрозофилы. Показано, что ген на 70 % идентичен гену β-катенина, который участвует в формировании переднезадней оси тела у эмбриона шпорцевой лягушки (Xenopus laevis) (см. статью Катенины в разделе
“Клеточная биология”).
Ген дикого типа. Немутантный аллель гена, встречающийсяв природе.
Ген множественной лекарственной устойчивости (MDR). От англ. “multidrags resistance”. Ген кодирует белок, принимающий участие в процессах выведения из клеток вредных веществ. Активен также в опухолевых клетках, обеспечивая их резистентность к лекарственным препаратам. Поэтому для успешного лечения предпринимаются попытки “выключения” гена с помощью РНК-интерференции
(см. статью РНК-интерференция).
Ген-репортёр. От англ. “report” – сообщать, рассказывать. Ген, содержащийся в искусственно созданной генетической конструкции, интродуцируемой с определёнными целями в изучаемый организм (чаще эмбрион). Активация такого гена приводит к появлению какого-либо легко различимого признака. Синоним –
репортёрный ген.
Ген “Sonic hedgehog” (SHH). В геномах птиц и млекоптающих, а равно и человека, есть гены аналоги “ежового” гена дрозофилы – hedgehog (хеджхог) гена, мутация в котором приводит к появлению у личинки мухи колючих выростов, похожих на иголки ежа. Название Sonic hedgehog (“ёжик Соник”) дал в шутку Роберт Риддл* (Robert Riddle) в честь главного персонажа популярной компьютерной игры, выпущенной корпорацией Sega в 1991 г., кота по прозвищу
Sonic the Hedgehog** (см. статью Гены семейства Хеджхог (Hedgehog)). У птиц ген хеджхог определяет развитие крыльев, а у млекопитающих – пальцев на конечностях. Предполагается, что изменения в гене Sonic hedgehog привели к потере предками китообразных задних конечностей. Функционально ген отвечает за передачу сигналов между клетками.
*Обнаружил аналог “ежового” гена дрозофилы у млекопитающих.
**Sonic the Hedgehog означает буквально, “Звуковой ёжик”.
Ген трансформер. Ген, описанный у дрозофил и характеризующийся тем, что его экспрессия в определённый момент (“a critical period”) приводит к тому, что самцы мушек демонстрируют поведение самок.
Генеалогия. От греч. “genealogia” – родословная, где “genos” (“genës”) – род и
“logos” – (слово), наука. Вспомогательная историческая и медикогенетическая дисциплина о родословных человека (см. статью Родословная). В частности занимается изучением наследственности человека с помощью родословных, используя генеалогический метод* (см. статью Генетический анализ).
*Метод разработан английским биологом, психологом, антропологом и математиком Френсисом Гальтоном (F. Galton, 1822-1911) – одним из предтечей евгеники и основоположником биометрии. По сути, генеалогический метод – это поиск интересных случаев скрещиваний, проведённых
самой природой (определение генотипов членов родословной).
Генезис. От греч. “genesis” – происхождение, рождение, возникновение. Источник,
начала чего-либо (в случае, когда речь идёт о происхождении).
Генетика*. Название произведено от греч. “genesis” – происхождение, начало. Наука о наследственности и изменчивости организмов (законах и механизмах передачи наследственной информации). Датой рождения генетики считается 1865 г., когда вышла статья Менделя** “Опыты над растительными гибридами”.
*Этот термин ввёл в научный обиход в 1907 г. английский биолог Уильям Бэтсон (William Bateson, 1861–1926), вдохновлённый идеей Грегора Менделя о корпускулярной природе наследственности, активный популяризатор Менделизма (первым перевёл работы Г. Менделя на английский язык).
**Мендель не был первым, кто для изучения наследственных механизмов использовал метод скрещивания растений.
Генетический анализ. Совокупность методов изучения наследственности. Для генетического анализа простых признаков используются подходы, разработанные Г. Менделем. Анализ сложных количественных признаков проводят на основе методологии Ф. Гальтона. Применяют также хромосомный и молекулярногенетический анализ, генеалогический метод, метод генетических маркёров, компонентный и близнецовый методы и, наконец, метод моделирования на животных.
Генетические карты (карты генома). Первоначально строились на основе анализа частоты рекомбинаций между генами*. На модельных организмах проводят большое число скрещиваний между различными мутантными линиями. У человека для построения генетических карт использовались в качестве маркёров различные вариабельные участки, в частности, участки с однонуклеотидным полиморфизмом (ОНП**) (см. статью Снипы), полиморфизмом микросателлитных повторов, а также полиморфизмом длин рестрикционных фрагментов***. Позднее генетические карты высокого разрешения использовались как основа для физического картирования генов.
*Частота рекомбинации (кроссинговера) между двумя генами, равная 1 %, принималась как одна единица карты и получила название морганида.
**Некоторые ОНП вызывают появление или исчезновение сайтов рестрикции.
***Сайты рестрикции были использованы для получения первой полной генетической карты генома человека.
Генетический груз. Совокупность мутантных (аномальных) генов, которые передаются потомкам, как правило, в латентном виде (рецессивные мутации) и способных обусловливать развитие у них заболеваний или приводить к гибели эмбрионы (в случае наличия летальных мутаций). Генетический груз образно называют неоплаченным своевременно “генетическим долгом”, за который рассчитываются последующие поколения. Синоним англ. – “genetic load” (генетическая нагрузка).
Генетический код. В общем смысле генетический код – это способ записи генетической информации, которую содержит молекула ДНК. В специальном смысле генетический код – это правила, по которым осуществляется процесс экспрессии генетической информации, приводящий к трансляции. Код обеспечивает соответствие между последовательностью нуклеотидов в ДНК и последовательностью аминокислот в белках. Живая природа использует только 20 определённых аминокислот, которые называют природными, каноническими или протеиногенными. Эти аминокислоты абсолютно одинаковы у всех организмов и набор их универсален*. А вот различия между всеми организмами, обитающими на нашей планете, определяются исключительно уникальными последовательностями аминокислот в белках, входящих в состав организмов. Чем же определяются уникальные последовательности аминокислот в белках? Классическая, или иначе, формальная генетика и отвечала на этот вопрос формально – последовательности аминокислот в белках задаются генами. Но как? На этот вопрос дал чёткий и ясный ответ Георгий Гамов. Аминокислотные последовательности в белках определяются последовательностями нуклеотидов в одной из двух комплементарных цепей кодирующих участков ДНК, которые и называются генами. Информация о последовательном расположении любой из 20 аминокислот в белках определяется последовательностью четырёх типов нуклеотидов (А, Т, Г и Ц) в ДНК. Отсюда следует, что клетка должна обладать способом, с помощью которого она переводит четырёхбуквенный текст ДНК в
двадцатибуквенный текст белков. А осуществить такой перевод, можно только используя механизмы кодирования. Так задолго до открытия мРНК родилась идея генетического кода**. Оказалось, что генетический код является триплетным,
неперекрывающимся, вырожденным и квазиуниверсальным***. Таким образом,
биологический смысл кода заключается в том, что последовательность нуклеотидов в ДНК формирует трёхбуквенный (триплетный) код, в котором зашифрована информация для последовательности аминокислот в белках.
*Исключение составляют бактерии, использующие некоторые, так называемые экзотические аминокислоты.
**Идея так называемого бриллиантного генетического кода принадлежит Г.А. Гамову (G.A. Gamow, 1954) (см. статью Код “бриллиантный” (“алмазный” код)). Позднее (1961 г.) Крик,
Барнетт и Бреннер сформулировали общие принципы организации генетического кода, который в 1966 г. был не только доказан, но и полностью расшифрован у E. coli. Маршалом Ниренбергом (M. Nirenberg), Гобиндом Кораной (H. Khorana) и Робертом. Холи (R. Holley), за что в 1968 г. они получили Нобелевскую премию.
***В митохондриальных геномах у многих организмов, включая млекопитающих, некоторые кодоны имеют необычное значение, также как и в “ядерных геномах” у микоплазм, цилиатов и некоторых грибов-кандидов.
“Генетический паспорт”. Основа персонализированной (персонифицированной) медицины ближайшего будущего, согласно которой лечение будет проводиться в соответствии с молекулярно-мутационным профилем генома пациента.
“Генетические переключатели”. Общий термин, обозначающий сегменты геномной ДНК, контролирующие при участии определённых транскрипционных факторов работу структурных генов, в свою очередь, определяющих морфологические (анатомические) и биохимические особенности организмов разных видов. Эти регуляторные сегменты переводят гены в рабочее состояние или, напротив, выключают их. Компонентами генетических переключателей являются энхансеры генов, обычно, но не обязательно, располагающиеся впереди контролируемых генов (см. статью Энхансеры). Генетические переключатели принадлежат некодирующим областям генома, функции которых в целом до сих пор неизвестны*.
*Совокупные размеры некодирующих областей генома значительно превышают совокупные размеры кодирующих областей (у человека на кодирующие области приходится всего 1,5 % генома).
Генетические элементы. Регуляторные элементы генома, которые в процессе эволюции меняются гораздо быстрее, чем структурные гены.
Генная инженерия. Отрасль молекулярной биологии и генетики, занимающаяся прикладными задачами изменения наследственности, а также исправления генетических дефектов с терапевтическими целями. В рамках генной инженерии используются методы манипулирования с молекулами ДНК путём их “разрезания” (рестрикции) и “сшивания” (сплайсинга) в нужном сочетании с последующим встраиванием в клетки реципиентного организма. В свою очередь, в основе методов и принципов манипулирования с ДНК лежит широко распространённое природное явление так называемого горизонтального переноса генетической информации от вида к виду (достаточно вспомнить естественный процесс встраивания в геномы ретровирусов), что говорит о взаимозаменяемости ДНК*, свойственной не только микроорганизмам, но также растениям и животным. В процессе эволюции геномы постоянно перестраиваются, в том числе с исползованием механизмов ретротранспозиции. Сейчас мы уже хорошо понимаем, что перед встраиванием в чужерожный организм какого-либо гена необходимо
учитывать явление предпочтения этим организмом другого синонимического кодона (кодонов)**, в противном случае встраиваемый ген может не экспрессироваться или экспрессироваться менее эффективно в модифицированном организме, либо получаемый белок будет отличаться от исходного, в получении которого мы нуждаемся.
Противниками ГМО постоянно поднимаются в СМИ вопросы опасности использования генно-модифицированных организмов. Конечно, можно спросить, какой вред организму человека может принести, например, генномодифицированный рис, способный синтезировать каротин, или соя, синтезирующая метионин, которого очень мало в природной сое. Однако, к сожалению, белки, кодируемые трансгенами, и относящиеся, например, к группе гликопротеинов, часто имеют несколько иное расположение молекул сахаров на своей поверхности, что непредсказуемым образом может повышать риск возникновения аллергических реакций при их употреблении в пищу. Кроме того, растения, устойчивые к гербицидам, например, к раундапу, поощряют производителей широко использовать химические препараты против сорняков, что представляет несомненную экологическую опасность. Необходимо понимать, что генная инженерия настолько опасна в создании ГМО, насколько опасны продукты искусственно встраиваемых генов. Нельзя также сбрасывать со счетов ещё плохо изученное явление изменения смыслового контекста генома при встраивании в него трансгенов, что может привести к возникновению организмов с непредсказуемыми свойствами.
*На функциональном уровне все организмы одинаковы!
**Несмотря на относительную универсальность в первом приближении генетического кода, различные организмы используют синонимичные кодоны с разной частотой***, и при генноинженерной модификации организмов эти особенности необходимо учитывать. Такой подход, требующий предварительного конструирования (модификации) переносимых генов, называют “маскировкой генов”.
***Так, например, из шести синонимичных кодонов, отвечающих аргинину, у человека чаще используются AGA и AGG кодоны, а у E. coli кодон AGA используется очень редко и, к тому же, при трансляции считыватся с ошибками.
Генная конверсия. От лат. “conversio” – изменение. Событие, часто связанное с общей рекомбинацией и репарацией ДНК в ходе мейоза и реже – в ходе митоза. Характеризуется изменением одной из цепей гетеродуплексной ДНК, приводящим к комплементарности с другой цепью в тех участках, где есть неспаренные основания. При этом в результате один аллель конвертируется в другой.
“Генная пустыня”. Образный термин, использующийся для обозначения обширного района в 9-ой хромосоме человека, в котором располагается в основном некодирующая ДНК и, в котором очень редко встречаются истинные гены. У человека в этом районе обнаружены несколько генов, ассоциированных с диабетом второго типа и ишемической болезнью сердца (см. статью Ишемия в разделе
“Анатомия, физиология и патология человека и животных”).
Генная терапия. Медицинское вмешательство, при котором в клетки больного человека in vivo или in vitro вводятся новые гены (обычно используются трансгены, или модифицированные, функциональные копии дефектных генов)* (см. статью Трансгены). Делается это с целью лечения или предотвращения наследственных мультифакторных генетических заболеваний (заболеваний, вызванных мутациями в генах), а также лечения рака, или ненаследственных инфекционных (чаще вирусных) заболеваний**, например, таких как ВИЧ. При этом в генной терапии самая серьёзная проблема – это доставка новых генов в
клетки целевого организма-хозяина. Обычно в качестве “перевозчиков” чужеродных генов (векторов трансгенеза) используют “нагруженные” нужным генетическим материалом ретровирусы, тропные к определённым типам клеток (например, нервным или печёночным). Однако всегда есть очень серьёзные барьеры, из коих самый трудный – иммунная система, которая атакует “инфицированные клетки”, что не обходится без последствий, а также “переделанные” вирусы. Поэтому разрабатываются методы “обмана” иммунной системы и делаются попытки обойти её стороной. Первая успешная попытка применения методов генной терапии была проведена в сентябре 1990 г. в США. В Т-лимфоциты ребёнка, страдающего комбинированным иммунодефицитом, вызванным дефектом гена аденозиндезаминазы (ADA), была введена нормальная копия гена (см. статью Острый комбинированный иммунодефицит (синдром
SCID)). В настоящее время диапазон генно-терапевтических вмешательств расширяется. Например, отрабатываются методы “тренировки” и “натаскивания” иммуннокомпетентных клеток против раковых клеток, или методы повышения устойчивости организма к инфекциям. К сожелению, пока нет заметных результатов геннотерпевтических вмешательств, кроме лечения тяжёлого комбинированного иммунодефицита и гемофилии, а также в редких случаях семейной гиперхолестеринемии и муковисцидоза. Относительно хорошо поддаются генно-инженерным методам лечения лизосомные болезни накопления. Напрашивается более точный синоним для обозначения геннотерапевтических манипуляций “генное протезирование”.
*Реальная возможность манипулирования с рекомбинантными молекулами ДНК появилась в 1974 г.
**Для лечения рака и вирусных инфекций используют также синтетические олигонуклеотиды, рибозимы или киРНК (см. статью РНК-интерференция).
Генные надсемейства. Гомологичные гены, существенно отличающиеся по нуклеотидной последовательности.
Генные семейства. Группы гомологичных генов, имеющих значительные сходства в своих последовательностях. Многие белок-кодирующие гены образуют семейства. Число членов в этих семействах может исчисляться от единиц до десятков. Обнаружены семейства миозиновых и актиновых генов, генов гистонов, аполипопротеинов и иммуноглобулинов. Семейства генов α-глобинов представлены кластерами на 16 хромосоме, а генов β-глобинов кластерами на 11хромосоме*. Семейства генов возникают за счёт механизма дупликации в результате ошибок репликации и рекомбинации. Различия в процессах мутирования отдельных членов семейства постепенно приводят к появлению мультигенных семейств. Члены семейства могут быть локализованы не только в одной хромосоме, но и рассредоточены по всему геному.
*В этих кластерах наличествуют и псевдогены (см. статью Псевдогены).
Генный нокаут. Метод интеграции доминантных, плохо функционирующих трансгенов или замены эндогенного гена нефункциональной копией для моделирования у животных заболеваний человека.
Геном*(англ. “genome”). От греч. “genos” – род и “nomos” – закон. Первоначально под геномом понимали полный набор генов в гаплоидном наборе хромосом, присущий данному виду, которые определяют всю совокупность признаков и свойств организма, его внешний вид и внутреннее строение**. Позднее, когда стало ясно, что количество ДНК в клетках значительно больше той части, которая приходится на гены, понятие термина расширилось. В настоящее время под
геномом подразумевают всю ДНК, содержащуюся в гаплоидном наборе хромосом. Это так называемый ядерный геном, а поскольку митохондрии и пластиды также содержат ДНК, то выделяют ещё митохондриальный геном и геном пластид. Отсюда геномом можно назвать всю совокупность нуклеиновых кислот организма. Различают совокупный геном отдельной клетки, геном организма (при этом предполагается, что весь геном особи сосредоточен в геноме отдельной соматической клетки и этот факт является основой для реализации метода клонирования организмов), а также геном вида. Геном образно сравнивают с книгой, только эта книга способна сама себя копировать и читать. Буквынуклеотиды (символы A, T, G и C) в геноме равнозначны, значение и смысл имеют только их комбинации. Отдельные геномы различаются последовательностями символов и длинной текстов. Прочтение этих текстов, их расшифровка (секвенирование) – задача, которой призвана заниматься геномика – новое высокотехнологичное направление в современной биологии. Геном – не просто хранилище генетической информации, или текст, передаваемый от поколения к поколению и обеспечивающий рост, развитие и функционирование организма. Скорее, это пространственный механизм, включающий несколько взаимосвязанных частей, одна из которых – белок-кодирующие гены – только наименьшая его часть (около 2 % суммарной ДНК). Геном включает разные носители информации – наследственные элементы, находящиеся в областях***,
кодирующих различные нетранслируемые РНК, а также уровни, которые выходят за пределы линейных последовательностей нуклеотидов. Их образно называют “теневой” областью генома и этот уровень наследственности относится к эпигенетике (см. статью Эпигенетика). И хотя пока геном представляется нам как единое целое, очень интересно ответить на вопрос, а что же в нём самое важное, что составляет его сущность, его основу? И так ли он един, поскольку всё больше утверждается взгляд на геном, как на молекулярную структуру, напоминающую по своему поведению парламент с воющими в нём фракциями эгоистичных генов, вынужденных искать временный консенсус.
*Термин геном впервые был введён в 1920 г. немецким ботаником Гансом Винклером (Winkler, 1920) для описания гаплоидного набора хромосом с локализованными в нём генами. Следовательно, в зиготе объединяются два генома – мужской и женский. Они будут гомологичными, если линейное расположение генов в конъюгирующих хромосомах абсолютно идентично.
Первый подвергнутый секвенированию геном принадлежит бактериофагу MS2. Работа была проведена командой под руководством Уолтера Фирса из Университета Гента (Бельгия). Затем в 1977 г. с помощью техники фрагментирования ДНК (“shot-gun” sequencing) был полностью
секвенирован геном фага ϕх174 (см. статью Метод дробовика).
**Геном каждого многоклеточного организма имеет двойную историю. Во-первых, это история, передаваемая от поколения к поколению через половые клетки. И, во-вторых, это история развития от зиготы до специализированных соматических клеток, не передаваемая потомкам, но сказывающаяся на судьбе особи (индивидуума) через возникновение генетических заболеваний, таких как рак.
***Гены, кодирующие активные формы РНК, через которые осуществляется контроль экспрессии обычных генов.
Геномика. От греч. “genos” – род (“genan” – порождать) и “nomos” – закон. Новая тенденция в современной биологии, направленная на анализ полных нуклеотидных последовательностей в любых геномах, на выявление генов и генных сетей. Термин геномика начали использовать с 1986 г. после того, как английский генетик, специалист в области изучения генома мыши Томас Родерик ввёл его для
обозначения картирования, секвенирования и характеристики (аннотирования) геномов. Позднее геномику стали ассоциировать с любым широкомасштабным анализом биологических объектов. Конвергируя с другими научными дисциплинами геномика породила новые области знания – биомедицину и генную терапию, биоинформатику, протеомику, структурную биологию, генетическую генеалогию, социогенетику и т. д. Даже зарождается “генетический блоггинг”, позволяющий наиболее продвинутым индивиддумам заниматься поиском генетически близких партнёров.
Геномика сравнительная. Раздел геномики, который занимается поиском сходства между организмами на уровне целых геномов. Хорошо известно, что существует высокая степень консервативности на уровне метаболических путей и их связей даже у организмов, далеко отстоящих друг от друга на эволюционной лестнице. Классический пример – почти полная идентичность инсулинового сигнального пути у человека и элегантной нематоды (Caenorhabditis elegans)*, обеспечиваемая генами-аналогами, присутствующими в двух разных геномах. Обнаружено, что для 30 % высококонсервативных генов**, связанных с болезнями человека существуют родственные гены даже в дрожжах. Анализ сходства в последовательностях ДНК различных видов организмов открывает новые возможности в исследовании эволюционного процесса, основные проблемы которого теперь можно ставить и решать с позиций молекулярной биологии. Так в результате геномных исследований стало ясно, что киты являются более близкими родствнниками гиппопотамам (бегемотам), чем гиппопотамы крупному рогатому скоту. Особенно интересные результаты даёт сравнительная геномика в установлении сходства и различий человека с ближайшими родственниками – гоминоидами (сиамангами и гиббонами, орангутанами, гориллами и шимпанзе)***.
*У элегантной нематоды обнаружен ген daf-2, кодирующий аналог рецептора инсулина человека (интересно отметить, что этот ген существенно влияет на продолжительность жизни червя).
**Гены, участвующие в регуляции клеточного деления и репарации ДНК.
***Уже расшифрованы геномы шимпанзе (2005 г.), а также геномы орангутанга (орангутана) и бонобо (карликового шимпанзе Pan paniscus).
Геномика функциональная. Область общей геномики, занимающаяся широкомасштабным систематическим анализом функционирования генов, их взаимосвязи, а также их белковых продуктов (охватывает любой подход к анализу функции генов) с использованием высокопроизводительных геномных технологий. Главная задача функциональной геномики – устанавливать точные взаимодействия
между генами и их белковыми продуктами. Следует отметить, что пространственные структуры белков гораздо более консервативны, чем их первичные последовательности. Классический пример – гемоглобин и миоглобин, у которых последовательности аминокислот идентичны только на 17 %, но при этом структуры имеют поразительное сходство.
Геномная библиотека. Набор (коллекция) клонированных фрагментов ДНК, содержащий весь геном какого-либо организма.
Геномные браузеры. От англ. “browse” – прочитывать быстро, пролистывать.
Программы просмотра, осуществляющие визуализацию данных по всему геному. Позволяют пользователю перемещаться на экране между изображениями, демонстрирующими геном на разных уровнях разрешения – от хромосомного (по отдельным сегментам с указанием генов и маркёров) до мононуклеотидного уровня.
Геномный импринтинг. От англ. “imprinting” – впечатление < “imprint” –
запечетлевать, отпечатывать. Различие в функционировании генетического