Лекции 416 Новиков Виктор Владимирович
.docxСОВРЕМЕННЫЕ ПРОБЛЕМЫ МОЛЕКУЛЯРНОЙ БИОЛОГИИ (экзамен)
Новиков Виктор Владимирович
02.09.2013
Введение
Молекулярная биология
- структура и ф-и нуклеиновых кислот
-молекулярная генетика – наука о молекулярных основах наследственности
- Геномика – изучает геномы
- Транскриптомика – изуч. транскриптомы – совокупность транскриптов, т.е. матричных РНК
- Протеомика – изуч. протеом - совокупность белков
- Пептидомика – изуч. пептидом – совокупность пептидов
- Метаболомика – изуч. состав низкомолекулярных метаболитов - метаболом
(гликомика, липидомика, интерактомика - наука о молекулярных взаимодействиях в клетках. Напр. белок с белком, углеводы с белками и т п.)
- Цитомика – изуч. сов-ть клеток – цитом.
Она использует все методы геномики, транскриптомики, протеомики и методы цитомики
Направления развития молекулярной биологии и близкие к ней науки
Нанобиотехнология
Биотехнология
Биомедицина
Биоинформатика
Геномика
Транскриптомика
Протеомика
Цитомика
Метаболомика
Пептидомика
Молек. генетика Биохимия Биофизика
Характеристика наукам
Геномика – основа развития современной медицинской биотехнологии и биомедицины: биотерапии, генной терапии, молек. диагностики.
Геномика обнаружила более 10 000 вариаций генома, передающихся по наследству. Ранее было известно 400 наследственных заболеваний.
Каждая хромосома у каждого человека дефектна, несет мутации, определяющие какого-либо наследственного заболевания.
Основа различий в геномах – SNP (однонуклеотидные полиморфизмы) – различающиеся однонуклеотидные позиции в аллельных вариантах геномов.(по сути – точечная мутация, закрепленная в геноме человека)
А А C T A
T T G A T
SNP
А А T T A
T T A A T
Геномика – наука о геномах
Предмет исследования геномики:
1. индивидуальные геномы
2. их строение
3. принципы и механизмы функционирования геномов
4. анализ вариабельности геномов внутри вида
Геном – совокупность генов и некодирующих последовательностей.
Мишенью для ВИЧа является белок на поверхности T-лимфоцитов - CD4=Т-хэлперы. (сначала была выделена популяция на поверхности T-лимфоцитов, которая является сердцевиной иммунного ответа. И из-за этого нельзя сделать вакцину.)
Объекты изучения молек. геномики: животные, растения, грибы, бактерии, вирусы.
Расшифрована последовательность сотен геномов.(не учитывая геномы вирусов и бактерий, там > 1000 геномов)
Нашли гены «микроРНК» - гены кодирующие просто РНК (всего 20 нуклеотидов max)
Благодаря системам регуляции – получаются изменения и более «крутые» виды (не из-за появления новых генов, они не появляются)
История
3 периода существования молекулярной биологии
-
Догеномная эра молек. биологии (до 1953 года)
-
Геномная эра молек. биологии (1953-2004, т.к. в 1953г – сформулировали модель строения ДНК)
Длилась 50 лет. Закончилась 10 лет назад. Общий принцип периода – постулат «Один ген – один белок.»
Ген – последовательность ДНК, ответственность за синтез:
-фермента
-белка
-белка или РНК
Ген – единица наследственной информации, занимающая определенное положение в геноме и контролирующая выполнение определенных функций в организме.
Ген может быть прерывистым.
Исследователи пришли к заключению, что постулат «Ген-белок», не всегда верен, и есть ситуации, когда 1 ген кодирует несколько белков и когда неск. генов (фрагментов генов) кодируют вместе 1 белок)
-
Постгеномная эра молекулярной биологии.( с 2005г)
ушло определение гена
+ изменилось понимание взаимодействия между генами и признаками организма
«Ансамбль генов, взаимодействуя сложным образом, определяет признаки живого.» Академик Свердлов.
Т.е. признаки очень часто определяются не одним геном, а сетью генов. Их функция взаимосвязана.
Завершение геномной эры
2001 – предварит. последовательность генома человека
2002 – полная последовательность генома мыши (хороший лабораторный объект)
2004 – более точная последовательность генома человека (ура! все радуются, но пока рано =))
2006 – публикация последовательсти последней (первой) хромосомы (вот теперь расшифрован геном человека ;)). Она была самая большая, ее дольше всех расшифровывали.
2006 – завершение проекта «Геном шимпанзе»
В настоящее время расшифровано множество человеческих геномов
Биологическая индивидуальность человека – следствие полиморфизма генома. Биологическая индивидуальность определяет чувствительность к бактериальным и вирусным инфекциям, предрасположенность к соматическим заболеваниям, различия в фенотипе, стиле жизни и т д.
По данным проекта «Геном человека» отличия одного человека от другого – 0,1% генома (2004г)
Сейчас 1029 геномов известно нам. (самый известный – геном Уотсона)
Формировалось представление о глубине различий геномов между людьми.
(ответ на вопрос из зала (Оля) – сексуальная ориентация определяется генетически 100% + соц.условия)
Постгеномная эра – эра функциональной геномики
Полная характеристика гена включает:
-
Анализ механизмов работы гена и регуляции
-
Функциональные свойства его продукта (белка или РНК)т.е. и геномика и транскриптомика
-
Самое главное – это функция гена
-
Геном человека содержит 2,85 мрд нуклеотидов
Геном расшифрован на 99%
Имеется 341 участок (разрыв в расшифрованной последовательности) с невыясненной последовательностью (gaps)
У человека в геноме 20-25тыс белок-кодирующих генов.
Структура генома:
-
Гены:
-экзоны (белок-кодирующие гены)
-интрон
регуляторные последовательности
-
Псевдогены и фрагменты генов
-
Повторяющиеся последовательности
-
Бессмысленные» последовательности