¿Cómo se formó el genoma humano?
El genoma humano, también traducido como genoma humano, es el genoma de los humanos inteligentes. El cuerpo humano consta de 24 cromosomas, a saber, 22 cromosomas individuales, el cromosoma X y el cromosoma Y, que contienen aproximadamente 3 mil millones de pares de bases de ADN. Un par de bases son dos bases que contienen nitrógeno conectadas por enlaces de hidrógeno. Las cuatro bases A, T, C y G están dispuestas en una secuencia de bases. Algunos de estos pares de bases constituyen entre 20.000 y 25.000 genes.
Las comunidades biológicas y médicas de todo el mundo están investigando las secuencias de genes eucromaticos en el genoma humano durante el Proyecto Genoma Humano. Se descubrió que los humanos tienen menos genes de lo que se esperaba originalmente, y que los exones, las secuencias codificantes que producen proteínas, representan sólo el 1,5% de la longitud total.
Los genetistas modernos creen que los genes son el término general para secuencias de nucleótidos específicas con efectos genéticos en las moléculas de ADN (ácido desoxirribonucleico), y son fragmentos de moléculas de ADN con efectos genéticos. Los genes están ubicados en los cromosomas y están dispuestos linealmente en los cromosomas. Los genes no sólo pueden transmitir información genética a la siguiente generación mediante la replicación, sino que también permiten que se exprese la información genética. Las diferencias en cabello, color de piel, ojos, narices, etc. entre diferentes razas son causadas por diferencias genéticas.
Los humanos tenemos un solo genoma, con aproximadamente entre 50.000 y 100.000 genes.
A medida que se vaya descifrando el genoma humano, se irá dibujando un mapa de la vida y la vida de las personas también sufrirá cambios tremendos. Los medicamentos genéticos han entrado en la vida de las personas y utilizar genes para tratar más enfermedades ya no es un lujo. Porque a medida que nuestra comprensión de los seres humanos alcance un nuevo nivel, se revelarán las causas de muchas enfermedades, se diseñarán mejores medicamentos, los planes de tratamiento podrán "apuntar a la causa" y los hábitos alimentarios y de vida diarios podrán basarse en Al ajustar las condiciones genéticas, se mejorará la salud general de los seres humanos y se sentarán las bases de la medicina en el siglo XXI.
Utilizando genes, las personas pueden mejorar las variedades de frutas y verduras y mejorar la calidad de los cultivos. Habrá más plantas, animales y alimentos genéticamente modificados disponibles, y los humanos podrán cultivar súper cultivos en el nuevo siglo. Al controlar las propiedades bioquímicas del cuerpo humano, los humanos podrán restaurar o reparar las funciones de las células y órganos humanos, e incluso cambiar el curso de la evolución humana.
Proyecto Genoma Humano El Proyecto Genoma Humano (PGH) fue propuesto por primera vez por científicos estadounidenses en 1985 y lanzado oficialmente en 1990. Científicos de los Estados Unidos, el Reino Unido, la República Francesa, la República Federal de Alemania, el Japón y mi país participaron conjuntamente en este proyecto del genoma humano valorado en 3.000 millones de dólares. Según el plan, para el año 2005 se desbloquearán los códigos de aproximadamente 100.000 genes del cuerpo humano y se elaborará un mapa de los genes humanos. En otras palabras, se trata de descubrir los secretos de los 3 mil millones de pares de bases que componen los 100.000 genes del cuerpo humano. El Proyecto Genoma Humano, el Proyecto de la Bomba Atómica de Manhattan y el Proyecto Apolo son conocidos como los tres principales proyectos científicos.
En 1986, el premio Nobel Renato Dulbecco publicó un breve artículo "A Turning Point in Cancer Research: Human Genome Sequencing" (Science, 231: 1055~1056). El artículo afirma: "Si queremos entender más sobre los tumores, de ahora en adelante debemos centrarnos en el genoma de las células... ¿Con qué especies deberíamos comenzar nuestros esfuerzos? Si queremos entender los tumores humanos, deberíamos empezar con humanos....La investigación de tumores humanos recibirá un gran impulso gracias al conocimiento detallado del ADN”
¿Qué es un genoma? El genoma humano tiene dos significados: información genética y material genético. Para descubrir los misterios de la vida, necesitamos estudiar la existencia de los genes, su estructura y función, y las interrelaciones entre genes a un nivel holístico.
¿Por qué elegir el genoma humano para la investigación? Dado que los seres humanos son las criaturas más avanzadas en el proceso de "evolución", su estudio ayuda a comprenderse a sí mismos, comprender las leyes del nacimiento, el envejecimiento, la enfermedad y la muerte, diagnosticar y tratar enfermedades y comprender el origen de la vida.
Determina la secuencia de 3 mil millones de pares de bases del ADN genómico humano, descubre todos los genes humanos, encuentra su ubicación en los cromosomas y descifra toda la información genética humana.
El Proyecto Genoma Humano también incluye la investigación de los genomas de cinco organismos: Escherichia coli, levaduras, nematodos, moscas de la fruta y ratones, a los que se denomina los cinco "organismos modelo" del ser humano.
El propósito del PGH es decodificar la vida, comprender el origen de la vida, comprender las leyes de crecimiento y desarrollo de los organismos vivos, comprender las causas de las diferencias entre especies e individuos, comprender los mecanismos de las enfermedades y longevidad y envejecimiento y otros fenómenos de la vida, proporcionando base científica para el diagnóstico y tratamiento de enfermedades.
La principal tarea del HGP es la secuenciación del ADN humano, además de la tecnología de secuenciación, la variación de la secuencia del genoma humano, la tecnología genómica funcional, la genómica comparada, la investigación social, legal, ética, la bioinformática y la biología computacional, la educación y la formación. y otros propósitos.
1. Mapa genético
El mapa genético también se denomina mapa de ligamiento, y se caracteriza por el polimorfismo genético (más de un alelo en un locus genético, en la población, marcadores genéticos cuya frecuencia de Las ocurrencias son todas superiores al 1% son "señales", basadas en la distancia genética (el porcentaje de intercambio y recombinación entre dos sitios durante los eventos de meiosis, la tasa de recombinación del 1% se llama 1 cm) es el mapa del genoma del mapa de distancia. El establecimiento de mapas genéticos crea las condiciones para la identificación y el mapeo de genes. Importancia: Más de 6.000 marcadores genéticos han podido dividir el genoma humano en más de 6.000 regiones, de modo que el análisis de ligamiento puede encontrar evidencia de que un determinado gen fenotípico o causante de una enfermedad es adyacente (estrechamente vinculado) a un determinado marcador, de modo que puede ser que el gen estuviera ubicado en esta región conocida, y el gen fue aislado y estudiado. Para las enfermedades, encontrar genes y analizarlos es clave.
Marcadores de primera generación: marcadores genéticos clásicos, como los marcadores del locus del grupo sanguíneo ABO y los marcadores del locus HLA. A mediados y finales de la década de 1970, el polimorfismo de longitud de fragmentos de restricción (RFLP), con una gran cantidad de sitios de hasta 105, utiliza endonucleasas de restricción para cortar específicamente cadenas de ADN, causadas por variaciones en un "punto" del ADN. Las condiciones de poder cortar y no poder cortar pueden producir fragmentos (fragmentos alélicos) de diferentes longitudes. La electroforesis en gel se puede utilizar para mostrar polimorfismos y se puede realizar un análisis de vinculación a partir de la relación entre la información del polimorfismo del fragmento y los fenotipos de la enfermedad para encontrar la causa. Genes de enfermedades. Como la enfermedad de Huntington. Sin embargo, cada enzima digiere de 2 a 3 fragmentos y la cantidad de información es limitada.
Marcadores de segunda generación: En 1985, los centros de satélites pequeños y con repeticiones en tándem variables VNTR pueden proporcionar fragmentos de diferentes longitudes, con unidades de repetición de longitudes de 6 a 12 nucleótidos. En 1989, se descubre y establece el sistema de marcadores de microsatélites. La longitud de la unidad de repetición es de 2 a 6 nucleótidos, también conocida como repetición corta en tándem (STR).
Marcadores de tercera generación: En 1996, Lander ES del MIT propuso el sistema de marcadores genéticos SNP (polimorfismo de un solo nucleótido). La tasa de mutación para cada nucleótido es de 10 a 9, y el número de marcadores bialélicos en el genoma humano puede alcanzar los 3 millones, con un promedio de aproximadamente uno cada 1250 pares de bases. Puede haber de 8 a 16 haplotipos compuestos de 3 a 4 marcadores adyacentes.
2. Mapa físico
Un mapa físico se refiere a información sobre la disposición y el espaciado de todos los genes que componen el genoma. Se dibuja midiendo las moléculas de ADN que forman el genoma. genoma. El propósito de dibujar un mapa físico es ordenar lineal y sistemáticamente la información genética sobre los genes y sus posiciones relativas en cada cromosoma. El mapa físico del ADN se refiere al orden de disposición de los fragmentos de restricción de la cadena de ADN, es decir, la posición de los fragmentos de restricción en la cadena de ADN. Dado que los cortes realizados por las endonucleasas de restricción en la cadena de ADN se basan en secuencias específicas, el ADN con diferentes secuencias de nucleótidos producirá fragmentos de ADN de diferentes longitudes después de la digestión, formando así un mapa de restricción único. Por tanto, el mapa físico del ADN es una de las características de la estructura molecular del ADN. El ADN es una molécula muy grande y los fragmentos de ADN producidos por las enzimas de restricción para las reacciones de secuenciación son solo una parte muy pequeña de ella. La posición de estos fragmentos en la cadena de ADN es un problema que debe resolverse primero, por lo que el mapa físico de. El ADN es una secuencia. La base de la determinación también puede entenderse como el modelo que guía la secuenciación del ADN. En términos generales, la secuenciación del ADN comienza con la producción de mapas físicos, que es el primer paso en el trabajo de secuenciación. Hay muchos métodos para hacer un mapa físico de ADN. Aquí elegimos un método simple y de uso común: la hidrólisis enzimática parcial de fragmentos marcados para ilustrar el principio de creación de mapas.
El uso del método de hidrólisis enzimática parcial para determinar el mapa físico del ADN incluye dos pasos básicos:
(1) Degradación completa: seleccione la endonucleasa de restricción adecuada para convertir la cadena de ADN que se va a analizar. (Radioisótopos etiquetados) se degradan completamente y los productos de degradación se separan mediante electroforesis en gel y luego se autorradiografian. El patrón obtenido es el número y el tamaño de los fragmentos digeridos con enzimas que forman la cadena de ADN.
(2) Degradación parcial: marcar el extremo de una hebra de ADN que se va a analizar con un isótopo trazador y luego utilizar la misma enzima mencionada anteriormente para degradar parcialmente la hebra de ADN, es decir, controlando la En las condiciones de reacción, la cadena de ADN Las mellas de la enzima se rompen aleatoriamente, evitando que se produzca una degradación completa de todas las mellas. Parte de los productos de la hidrólisis enzimática también se sometió a separación por electroforesis y autorradiografía. Al comparar los patrones de autorradiografía de los dos pasos anteriores, la posición de los fragmentos digeridos en la cadena de ADN se puede determinar en función del tamaño de los fragmentos y las diferencias entre ellos. Las siguientes son instrucciones detalladas para determinar el mapa físico del ADN de un determinado gen de histona.
El mapa físico completo debe incluir el mapa contig de fragmentos de clones de ADN de diferentes vectores del genoma humano, el mapa del sitio de corte de la endonucleasa de restricción de fragmentos grandes, la hoja de ruta de fragmentos de ADN o una secuencia de ADN específica (STS) , Así como mapas de marcadores de secuencias características que están ampliamente presentes en el genoma (como secuencias CpG, secuencias Alu, isocoros), etc., mapas citogenéticos del genoma humano (es decir, regiones cromosómicas, bandas, subbandas o marcadores basados en sobre el porcentaje de longitud cromosómica), y finalmente la unificación con diagramas de secuencia a nivel molecular.
El principio básico es primero "romper" el enorme ADN con el que es difícil empezar y luego unirlo. Utilice Mb, kb y pb como distancias del mapa y utilice la secuencia STS (sitio de etiquetas de secuencia) de la sonda de ADN como hoja de ruta. En 1998, se completó un mapa físico de una línea clonal continua con 52.000 sitios de etiquetas de secuencia (STS) que cubrían la mayoría de las regiones del genoma humano. Un componente importante de la construcción de un mapa físico es conectar fragmentos clonados de ADN que contienen secuencias correspondientes a STS en "cóntigos" superpuestos. La biblioteca que contiene fragmentos de ADN humano que utiliza "Cromosoma artificial de levadura (YAC)" como vector ya contiene cóntiges de fragmentos altamente representativos con una cobertura general del 100%. En los últimos años, se ha desarrollado una biblioteca BAC, PAC o cósmida más confiable. , etc.
3. Mapa de secuencia
Con la finalización del mapa genético y el mapa físico, la secuenciación se ha convertido en la máxima prioridad. La tecnología de análisis de secuencia de ADN es un proceso de varias etapas que incluye la preparación de la fragmentación del ADN, el análisis de bases y la traducción de la información del ADN. Obtener el mapa de secuencia del genoma mediante secuenciación.
La importancia del HGP para los humanos
1. Contribución del HGP a la investigación de genes de enfermedades humanas
Los genes relacionados con enfermedades humanas están estructural y funcionalmente completos en el ser humano. genoma Información sexualmente importante. Para las enfermedades de un solo gen, las nuevas ideas de "clonación posicional" y "clonación de candidatos posicionales" han llevado al descubrimiento de una gran cantidad de genes causantes de enfermedades genéticas de un solo gen como la enfermedad de Huntington, el cáncer de colon hereditario y el cáncer de mama. , que han aportado nuevos conocimientos sobre el tratamiento de estas enfermedades. El diagnóstico genético y la terapia génica sentaron las bases. Las enfermedades poligénicas como las enfermedades cardiovasculares, los tumores, la diabetes, las enfermedades neuropsiquiátricas (demencia senil, esquizofrenia) y las enfermedades autoinmunes son actualmente el foco de la investigación de genes de enfermedades. La investigación relacionada con la salud es una parte importante del PGH. En 1997, se propusieron sucesivamente el "Proyecto de anatomía del genoma tumoral" y el "Proyecto de genómica ambiental".
2. La contribución del PGH a la medicina
Diagnóstico genético, terapia y tratamiento génicos basados en el conocimiento genómico, prevención de enfermedades basada en información genómica, identificación de genes de susceptibilidad a enfermedades y vidas de riesgo. Intervención grupal de métodos y factores ambientales.
3. La contribución del HGP a la biotecnología
(1) Fármacos modificados genéticamente: proteínas secretadas (hormonas polipeptídicas, factores de crecimiento, quimiocinas, factores de coagulación y anticoagulación, etc.) y sus receptores.
(2) Industria de reactivos de diagnóstico e investigación: kits de genes y anticuerpos, biochips para diagnóstico e investigación, modelos de detección de enfermedades y fármacos.
(3) Promoción de la ingeniería de células, embriones y tejidos: células madre embrionarias y adultas, tecnología de clonación y reconstrucción de órganos.
4. Contribución de HGP a la industria farmacéutica
Detección de objetivos farmacológicos: combinado con química combinatoria y tecnología de separación de compuestos naturales, estableciendo experimentos de unión de enzimas y receptores de alto rendimiento basados en el conocimiento. Diseño de fármacos: análisis estructural avanzado, predicción y simulación de productos de proteínas genéticas: el "bolsillo" de la acción de los fármacos.
Terapia farmacológica personalizada: farmacogenómica.
5. El importante impacto del PGH en la economía social
La bioindustria y la industria de la información son los dos principales pilares económicos de un país; genes funcionales; alimentos genéticamente modificados; medicamentos genéticamente modificados (como medicamentos para bajar de peso, medicamentos para aumentar la altura).
6. El impacto del HGP en el estudio de la evolución biológica
La historia evolutiva de los organismos está inscrita en los "libros celestiales" de cada genoma. Paramecium es un pariente del humano; 1.300 millones de años; los humanos evolucionaron a partir de una especie de mono hace 3 a 4 millones de años; la primera vez que los humanos "salieron de África"; los antiguos simios vinieron de África hace 2 millones de años; ——El segundo "fuera de África".
7. Los efectos negativos del PGH
Jurassic Park no es sólo una historia de ciencia ficción; armas biológicas de exterminio racialmente selectivas; guerras de saqueo de genes y genes; privacidad personal.