في 25 أبريل، وهو وقت بعيد الآن من عام 1953، نشرت مجلة نيتشر رسالة صغيرة من الشابين المجهولين ف. كريك وجي. واتسون إلى محرر المجلة، والتي بدأت بالكلمات التالية: "نود أن نعرض أفكارنا حول هيكل ملح الحمض النووي. هذا الهيكل له خصائص جديدة ذات أهمية بيولوجية كبيرة." وكان المقال يضم نحو 900 كلمة، ولكن -وليست مبالغة- كل واحدة منها كانت تساوي وزنها ذهباً.

تجرأ "الشباب الرث" على التحدث علنًا ضد الحائز على جائزة نوبل لينوس بولينج، مؤلف كتاب حلزون ألفا الشهير للبروتينات. في اليوم السابق فقط، نشر بولينج مقالًا يقول فيه إن الحمض النووي عبارة عن بنية حلزونية ثلاثية الخيوط، مثل جديلة الفتاة. لم يكن أحد يعلم حينها أن بولينج لم يكن لديه مادة مطهرة بشكل كافٍ. لكن تبين أن بولينج كان على حق جزئيًا - فالآن أصبحت الطبيعة الثلاثية لبعض أجزاء جيناتنا معروفة جيدًا. في وقت ما، حاولوا استخدام خاصية الحمض النووي هذه في مكافحة السرطان، وإيقاف بعض جينات السرطان (الجينات المسرطنة) باستخدام أليغنوكليوتيدات.

لقد كانت بيولوجيا الحمض النووي سيئة الحظ لفترة طويلة. يكفي أن نقول إن جائزة نوبل الأولى لاكتشاف بنية النيوكليوتيدات حصل عليها الألماني أ. كوسيل في عام 1910. وقد تم اقتراح تفاعل فولجن الشهير لتلوين الحمض النووي عشية الحرب العالمية الأولى وتم تحسينه في العشرينيات. ومن ثم يمكن أن يبدأ عصر جديد في علم الأحياء...

ومع ذلك، كان علماء الأحياء واثقين من أن الحمض النووي «الرتيب»، بقواعده الأربعة المختلفة فقط، لا يمكنه ببساطة حمل المعلومات الجينية لملايين البروتينات المتنوعة. وعلى الرغم من أن شفرة مورس مع ثلاثة عناصر ترميزية قد تم استخدامها بالفعل، إلا أن عقلية الباحثين لم تصل بعد إلى مستوى عصر المعلومات بنظام التسجيل الثنائي الخاص بها (“0” و”1”) لأي معلومات.

فقط بحلول بداية الخمسينيات. بدأ بعض العلماء في الاهتمام بالحمض النووي، الذي تم تأسيس دوره في نقل الخصائص الوراثية في الكائنات الحية الدقيقة في عام 1943 من قبل أوزوالد أفيري. صدق سلفادور لوريا نتائج أفيري، الذي قام بالتعاون مع ماكس ديلبروك بتنظيم مختبر بالقرب من نيويورك في محطة بيولوجية في بلدة كولد سبرينج هاربور.

دعونا نلاحظ بين قوسين أن الفيزيائي M. Delbrück كان طالبًا في N.V. Timofeev-Resovsky في علم الأحياء وشارك في تأليف مقالهم الشهير مع K. Zimmer حول تحديد حجم الجين. درس لوريا وديلبروك دورة حياة العاثيات - فيروسات الكائنات الحية الدقيقة، ونتيجة لذلك توصلوا إلى افتراضات حول الدور البيولوجي للحمض النووي. أرسل لوريا طالب الدراسات العليا جيمس واتسون إلى مختبر كافنديش في كامبريدج، حيث درس موريس ويلكنز وروزاليند فرانكلين بنية الحمض النووي باستخدام الأشعة السينية (كان البريطانيون روادًا في تحليل حيود الأشعة السينية للجزيئات الحيوية).

كان الفيزيائي الشاب إلى حد ما، فرانسيس كريك، يعمل أيضًا في مختبر ويلكنز، وكان معروفًا في دوائر المختبرات الضيقة بتشككه العلمي: بالنسبة له ببساطة لم تكن هناك سلطات، ولهذا السبب اكتسب شهرة باعتباره شجاعًا. تم إحضار مقالة بولينج إلى المختبر من قبل ابنه، الذي، بالمناسبة، ساعد واتسون وكريك على فهم دور المركبات التكميلية الزوجية للقواعد النيتروجينية. لقد كانت المقالة القشة الأخيرة قبل البصيرة، أو الفهم... الذي تبلور في اكتشاف العلماء الشباب.

لكن المجتمع العلمي لم يعترف باكتشافهم على الفور. ويكفي أن نقول إن جائزة نوبل للعمل في مجال الحمض النووي مُنحت لأول مرة من قبل "القضاة" من ستوكهولم في عام 1959 لعالمي الكيمياء الحيوية الأمريكيين المشهورين سيفيرو أوتشوا وآرثر كورنبرج. كان أوتشوا أول من قام (1955) بتصنيع الحمض النووي الريبي (RNA). حصل كورنبرج على جائزة تخليق الحمض النووي في المختبر (1956).

في عام 1962 جاء دور كريك وواتسون وويلكينز. لقد توفي R. Franklin بالفعل بسبب السرطان عن عمر يناهز 37 عامًا، وإلا لكان هذا هو الوقت الوحيد في تاريخ جوائز نوبل، حيث سيتم منح الجائزة لأربعة أشخاص، على الرغم من أن هذا غير مسموح به بموجب الميثاق. كانت مساهمة فرانكلين في تطوير تحليل حيود الأشعة السينية للحمض النووي لا تقدر بثمن.

بعد اكتشاف واتسون وكريك، كانت المشكلة الأكثر أهمية هي تحديد المراسلات بين الهياكل الأولية للحمض النووي والبروتينات. نظرًا لأن البروتينات تحتوي على 20 حمضًا أمينيًا، ولا يوجد سوى 4 قواعد نووية، فهناك حاجة إلى ثلاث قواعد على الأقل لتسجيل معلومات حول تسلسل الأحماض الأمينية في متعددات النيوكليوتيدات. بناءً على هذا المنطق العام، اقترح الفيزيائي ج. جاموف وعالم الأحياء أ. نيفاخ متغيرات للرموز الجينية "المكونة من ثلاثة أحرف". ومع ذلك، كانت فرضياتهم مجرد تخمينات ولم تسبب استجابة كبيرة بين العلماء.

تم فك رموز الشفرة الوراثية المكونة من ثلاثة أحرف بواسطة إف كريك بحلول عام 1964. ومن غير المرجح أن يتخيل بعد ذلك أنه سيكون من الممكن في المستقبل المنظور فك رموز الجينوم البشري. بدت هذه المهمة مستحيلة لفترة طويلة. ومع ذلك، فقد سمح اكتشافان بدفع المشكلة إلى الأمام.

في عام 1970، نشر ج. تيمين ود. بالتيمور، غير المعروفين لدى المجتمع العلمي العام، مقالات في مجلة Nature حول إنزيم النسخ العكسي (RT)، وهو إنزيم من الفيروسات التي تحتوي على الحمض النووي الريبي (RNA)، بما في ذلك الفيروسات السرطانية، الذي يقوم بتصنيع الحمض النووي على قالب الحمض النووي الريبي (RNA)، أي . إجراء رد فعل معاكس لما لوحظ سابقًا في الخلايا.

إن اكتشاف النسخ العكسي جعل من الممكن عزل الجينات الأولى. لكن هذه العملية كانت كثيفة العمالة للغاية ومكلفة للغاية. وبعد 15 عامًا، اقترح كيميائي معين من كاليفورنيا على زملائه تفاعل سلسلة بوليميراز فريد (PCR)، والذي أصبح مشهورًا على الفور. في هذا التفاعل، يسير إنزيم البوليميراز "مثل المكوك" على طول جزء من الحمض النووي، لذلك يسمح لك تفاعل البوليميراز المتسلسل (PCR) بإنتاج أي كميات من هذه القطعة ضرورية للتحليل*.

لقد جعل تفاعل البوليميراز المتسلسل، بالإضافة إلى ظهور أحدث التقنيات الإلكترونية وأجهزة الكمبيوتر، مهمة فك رموز الجينوم البشري بأكمله أمرًا واقعيًا تمامًا. انتهى النقاش الطويل في نهاية سبتمبر 1988، عندما تم تعيين ج. واتسون رئيسًا لمشروع HUGO - منظمة الجينوم البشري.

ووصفت مجلة تايم واتسون بأنه "صائد الجينات" في هذا الصدد. قال العالم نفسه ما يلي: "هذا احتمال مثير. قبل ثلاثين عامًا، لم يكن بوسعنا حتى أن نحلم بمعرفة بنية الجينوم حتى لأصغر الفيروسات. واليوم قمنا بالفعل بفك رموز جينوم فيروس الإيدز وقرأنا بالكامل تقريبًا جينوم الإشريكية القولونية بحجم 4.5 مليون حرف من رمز الجينات. إن معرفة البنية التفصيلية للجينوم البشري أمر مذهل!

والآن تمت قراءة الجينوم
ومن المقرر الانتهاء من العمل على فك رموز الجينوم البشري من قبل مجموعة من العلماء في عام 2003، وهو الذكرى الخمسين لاكتشاف بنية الحمض النووي. ومع ذلك، كان للمنافسة كلمتها في هذا المجال أيضًا.

أسس كريج فينتر شركة خاصة تدعى سيليرا، والتي تبيع تسلسلات الجينات مقابل أموال كبيرة. ومن خلال انضمامها إلى السباق لفك رموز الجينوم، حققت في عام واحد ما استغرق تحقيقه اتحاد دولي من العلماء من بلدان مختلفة عشر سنوات. وأصبح هذا ممكنا بفضل طريقة جديدة لقراءة التسلسل الجيني واستخدام أتمتة عملية القراءة.

لذلك، تمت قراءة الجينوم. يبدو أننا يجب أن نفرح، لكن العلماء كانوا في حيرة من أمرهم: تبين أن عدد قليل جدا من الجينات موجود في البشر - حوالي ثلاث مرات أقل مما كان متوقعا. لقد كانوا يعتقدون أن لدينا حوالي 100 ألف جين، ولكن في الواقع كان هناك حوالي 35 ألف منهم، ولكن هذا ليس حتى الشيء الأكثر أهمية.

إن حيرة العلماء أمر مفهوم: تحتوي ذبابة الفاكهة على 13601 جينًا، وديدان التربة المستديرة - 19 ألفًا، والخردل - 25 ألف جينًا. مثل هذا العدد الصغير من الجينات لدى البشر لا يسمح لنا بتمييزه عن مملكة الحيوان واعتباره "تاج" الخليقة.

ولكن حيثما توجد الجينات، فإن نشاط الحمض النووي والإنزيمات التي تصنع نسخه على شكل جزيئات الحمض النووي الريبي المرسال يزيد بمقدار 200-800 مرة! هذه هي "النقاط الساخنة" للجينوم.

وفي الجينوم البشري، أحصى العلماء 223 جينا تشبه جينات الإشريكية القولونية. نشأت الإشريكية القولونية منذ حوالي 3 مليارات سنة. لماذا نحتاج إلى مثل هذه الجينات "القديمة"؟ ومن الواضح أن الكائنات الحية الحديثة قد ورثت من أسلافها بعض الخصائص الهيكلية الأساسية للخلايا والتفاعلات الكيميائية الحيوية التي تتطلب بروتينات مناسبة.

لذلك ليس من المستغرب أن يكون لنصف بروتينات الثدييات تسلسلات أحماض أمينية مماثلة لبروتينات ذبابة ذبابة الفاكهة. ففي نهاية المطاف، نحن نتنفس نفس الهواء ونستهلك البروتينات الحيوانية والنباتية التي تتكون من نفس الأحماض الأمينية.

من المدهش أننا نتشارك 90% من جيناتنا مع الفئران، و99% مع الشمبانزي!

يحتوي جينومنا على العديد من التسلسلات التي ورثناها من الفيروسات القهقرية. تحتوي هذه الفيروسات، والتي تشمل فيروسات السرطان وفيروس الإيدز، على الحمض النووي الريبي (RNA) بدلاً من الحمض النووي (DNA) كمواد وراثية. من سمات الفيروسات القهقرية، كما ذكرنا سابقًا، وجود إنزيم النسخ العكسي. بعد تخليق الحمض النووي من الحمض النووي الريبي (RNA) للفيروس، يتم دمج الجينوم الفيروسي في الحمض النووي لكروموسومات الخلية.

لدينا العديد من هذه التسلسلات الفيروسية. من وقت لآخر "تندلع" في البرية، مما يؤدي إلى الإصابة بالسرطان (لكن السرطان، بما يتوافق تمامًا مع قانون مندل، يظهر فقط في الزيجوت المتماثلة الزيجوت المتنحية، أي في ما لا يزيد عن 25٪ من الحالات). في الآونة الأخيرة، تم اكتشاف اكتشاف يسمح لنا بفهم ليس فقط آلية إدخال الفيروس، ولكن أيضًا الغرض من تسلسل الحمض النووي غير المشفر. وتبين أن هناك حاجة إلى تسلسل محدد مكون من 14 حرفًا من الشفرة الوراثية لدمج الفيروس. وبالتالي، يمكننا أن نأمل أن يتعلم العلماء قريباً ليس فقط كيفية منع الفيروسات القهقرية العدوانية، بل وأيضاً "إدخال" الجينات الضرورية عن عمد، وسوف يتحول العلاج الجيني من حلم إلى حقيقة واقعة.

وفي جسم الثدييات، تلعب الفيروسات القهقرية دورًا مهمًا آخر. وفيما يتعلق بالثدييات، التي يتطور فيها الجنين داخل جسم الأم، فإن السؤال مشروع: لماذا يسمح الجهاز المناعي للأم بتطور كائن نصفه غريب عنها وراثيا، بما أن نصف جينوم الجنين أبوي؟

الأمر كله يتعلق بالفيروسات القهقرية التي تمنع نشاط الخلايا اللمفاوية التائية المناعية المسؤولة عن رفض الأعضاء والأنسجة التي تحتوي على بروتينات غريبة، على سبيل المثال، بعد زرع الأعضاء. يتم تنشيط هذه الفيروسات القهقرية في جينوم خلايا المشيمة، التي تتكون من أنسجة الجنين.

تم اكتشاف فيروس مؤخرًا يمنع تطور (تعبير) الفيروس القهقري. إذا أصيبت فأرة حامل بهذا الفيروس المانع، فإن الجراء يولدون بشكل طبيعي وفي الوقت المحدد. أما إذا تم إدخاله إلى خلايا المشيمة، يحدث إجهاض للجنين، حيث يتم تنشيط الخلايا الليمفاوية التائية لدى الأم.

لا تنس أن تسلسلات الفيروسات القهقرية تظهر أيضًا مباشرة في نهايات الكروموسومات - التيلوميرات. كما تعلمون، تتكون التيلوميرات من DNA مفرد الجديلة، والذي يتم تصنيعه بواسطة إنزيم التيلوميراز باستخدام قالب RNA. يُعتقد أن التيلوميرات هي ساعتنا الجزيئية لأنها تقصر مع كل انقسام للخلية. في السابق، كان يُعتقد أنه لا توجد جينات في التيلوميرات، لكن فك رموز الجينوم أظهر أن هناك عددًا لا بأس به من الجينات هناك وأنها تنشط في مرحلة الطفولة والشباب، و"تتلاشى" تدريجيًا مع تقدم الجسم في العمر.

التكرارات الترادفية ليست غير نشطة أيضًا. عادة، لديهم عدد معين من الحروف الثلاثية والخمسية وحتى السبعية المتكررة. لكن في بعض الحالات، نتيجة الطفرات، يبدأ عدد التكرارات في الزيادة، مما يؤدي إلى عدم استقرار الجينوم. حتى أنه يذهب إلى حد "كسر" نهايات الكروموسومات. يمكن أن يؤدي تجزئة الأقسام الطرفية للكروموسوم إلى تحركات (انتقال) أقسام الحمض النووي إلى كروموسوم آخر، بالإضافة إلى تخليق مثل هذه الأشكال من البروتين التي تسبب موت الخلايا العصبية، كما لوحظ في رقص هنتنغتون الوراثي.

قال K. Venter أن فهم الجينوم سيستغرق مئات السنين. ففي نهاية المطاف، ما زلنا لا نعرف وظائف وأدوار أكثر من 25 ألف جين. ونحن لا نعرف حتى كيفية التعامل مع حل هذه المشكلة، لأن معظم الجينات ببساطة "صامتة" في الجينوم، ولا تظهر نفسها بأي شكل من الأشكال.

وينبغي أن يؤخذ في الاعتبار أن الجينوم قد تراكم لديه العديد من الجينات الكاذبة وجينات "التحول"، وهي أيضًا غير نشطة. يبدو أن التسلسلات غير المشفرة تعمل كعازل للجينات النشطة. وفي الوقت نفسه، على الرغم من أننا لا نملك الكثير من الجينات، إلا أنها توفر تخليق ما يصل إلى مليون (!) من مجموعة واسعة من البروتينات. كيف يتم تحقيق ذلك مع هذه المجموعة المحدودة من الجينات؟

كما اتضح، هناك آلية خاصة في الجينوم لدينا - الربط البديل. وهو يتألف مما يلي. في قالب الحمض النووي نفسه، يحدث تركيب جزيئات mRNA بديلة مختلفة. التضفير يعني "الانقسام" عندما تتشكل جزيئات مختلفة من الحمض النووي الريبي (RNA)، والتي، كما كانت، "تقسم" الجين إلى أشكال مختلفة. وينتج عن هذا تنوع لا يمكن تصوره للبروتينات مع مجموعة محدودة من الجينات.

يتم تنظيم عمل الجينوم البشري، مثل جميع الثدييات، من خلال عوامل النسخ المختلفة - البروتينات الخاصة. ترتبط هذه البروتينات بالجزء التنظيمي من الجين (المعزز) وبالتالي تنظم نشاطه. يمكن للعوامل نفسها أن تظهر بشكل مختلف في الأنسجة المختلفة. لدى الشخص عوامل النسخ الخاصة به والفريدة من نوعها. ولم يحدد العلماء بعد هذه السمات البشرية البحتة للجينوم.

الحزب الوطني الاسكتلندي
هناك آلية أخرى للتنوع الجيني، والتي تم الكشف عنها فقط في عملية قراءة الجينوم. هذا هو تعدد أشكال النوكليوتيدات المفردة، أو ما يسمى بعوامل SNP.

في علم الوراثة، تعدد الأشكال هو حالة تتواجد فيها جينات لنفس السمة في أشكال مختلفة. مثال على تعدد الأشكال، أو بعبارة أخرى، الأليلات المتعددة، هي فصائل الدم، عندما قد يحتوي موضع كروموسومي واحد (منطقة) على متغيرات من الجينات A أو B أو O.

التفرد في اللاتينية يعني الوحدة، وهو شيء فريد من نوعه. إن SNP هو تغيير في "حرف" الشفرة الوراثية دون "عواقب صحية". من المعتقد أن SNP يحدث عند البشر بتردد 0.1٪، أي. ويختلف كل شخص عن غيره بنيوكليوتيد واحد لكل ألف نيوكليوتيد. في الشمبانزي، وهو نوع أقدم وأكثر تجانسًا أيضًا، يصل عدد تعدد الأشكال عند مقارنة فردين مختلفين إلى 0.4%.

ولكن إذا كانت الاختلافات في SNP لا تؤثر على صحة الأفراد، فلماذا تكون مثيرة للاهتمام ومهمة؟ أولا، دراسة SNP لها أهمية نظرية كبيرة. إنها تسمح لنا بمقارنة أعمار السكان وتحديد طرق هجرتهم. على سبيل المثال، تم تحديد 22 عاملاً من عوامل SNP في الكروموسوم الجنسي الذكري (Y)، والذي أتاح تحليله في 1007 أوروبيين تحديد أن 80٪ من الرجال الأوروبيين لديهم "نمط SNP" مماثل، أي. "رسم". ويشير هذا إلى أنه منذ آلاف الأجيال، كان لدى 4/5 من الرجال الأوروبيين سلف مشترك!

لكن الأهمية العملية لـ SNP كبيرة أيضًا. ربما لا يعلم الجميع أن الأدوية الأكثر شيوعًا اليوم فعالة لما لا يزيد عن ربع السكان. يحدد الحد الأدنى من الاختلافات الجينية الناجمة عن SNP فعالية الأدوية ومدى تحملها في كل حالة محددة. وهكذا، تم تحديد 16 SNPs محددة في مرضى السكري. في المجموع، عند تحليل الكروموسوم الثاني والعشرين، تم تحديد موقع 2730 تعدد الأشكال. في أحد الجينات التي تشفر تخليق مستقبل الأدرينالين، تم تحديد 13 تعدد أشكال النيكل (SNPs)، والتي يمكن دمجها مع بعضها البعض، مما يعطي 8192 متغيرًا مختلفًا (الأنماط الفردية).

ليس من الواضح تمامًا مدى سرعة البدء في استخدام المعلومات الواردة بشكل كامل. الآن، دعونا نعطي مثالا ملموسا آخر.

يحظى عقار ألبوتيرول بشعبية كبيرة بين المصابين بالربو، والذي يتفاعل مع مستقبل الأدرينالين هذا ويقمع نوبة الاختناق. ومع ذلك، نظرًا لتنوع الأنماط الفردية للأشخاص، فإن الدواء لا يعمل على الجميع، وبالنسبة لبعض المرضى يُمنع استخدامه بشكل عام. ويرجع ذلك إلى SNP: الأشخاص الذين لديهم تسلسل الحروف في أحد الجينات TCTC (T-thymine، C-cytosine) لا يستجيبون لألبوتيرول، ولكن إذا تم استبدال السيتوزين الطرفي بالجوانين (TCTCG)، فهناك رد فعل ولكن جزئي بالنسبة للأشخاص الذين لديهم الثيمين بدلاً من السيتوزين الطرفي في هذه المنطقة - TCTCT - الدواء سام!

البروتينات
هذا الفرع الجديد تمامًا من علم الأحياء، الذي يدرس بنية ووظيفة البروتينات والعلاقات بينها، سمي على اسم علم الجينوم، الذي تعامل مع الجينوم البشري. إن ولادة علم البروتينات يفسر بالفعل سبب الحاجة إلى برنامج الجينوم البشري. دعونا نشرح بمثال احتمالات الاتجاه الجديد.

في عام 1962، تمت دعوة جون كاندرو وماكس بيروتز إلى ستوكهولم من كامبريدج مع واتسون وكريك. حصلوا على جائزة نوبل في الكيمياء لأول مرة فكوا رموز البنية ثلاثية الأبعاد لبروتينات الميوجلوبين والهيموجلوبين، المسؤولة عن نقل الأكسجين في العضلات وخلايا الدم الحمراء، على التوالي.

دعونا نتذكر ذلك حتى في أوائل التسعينيات. يمثل فك رموز بنية كل بروتين جديد صعوبات كبيرة. استغرق كل تحليل ما يصل إلى عشر سنوات. وعلى الرغم من أن الرنين المغناطيسي النووي (NMR) يستخدم الآن بدلاً من الأشعة السينية، إلا أن تحديد البنية المكانية لكل بروتين يستغرق الكثير من الوقت والمال.

البروتيوميات تجعل هذا العمل أسرع وأرخص. أشار K. Venter إلى أنه قضى 10 سنوات في عزل وتسلسل جين مستقبل الأدرينالين البشري، لكن مختبره الآن يقضي 15 ثانية عليه. مرة أخرى في منتصف التسعينيات. استغرق العثور على "عنوان" الجين في الكروموسومات 5 سنوات، وفي أواخر التسعينيات - ستة أشهر، وفي عام 2001 - أسبوع واحد! بالمناسبة، تساعد المعلومات حول SNPs، والتي يوجد منها الملايين اليوم، على تسريع تحديد موضع الجين.

دعنا نعود إلى البروتينات. إن معرفة تسلسل الأحماض الأمينية والبنية ثلاثية الأبعاد لبعض البروتينات جعلت من الممكن تطوير برامج لمقارنة التسلسلات الجينية مع الأحماض الأمينية، ثم برامج لموقعها المفترض في البنية ثلاثية الأبعاد للبولي ببتيدات. تتيح لك معرفة البنية ثلاثية الأبعاد العثور بسرعة على المتغيرات الكيميائية للجزيئات، حيث يتم حظر المركز النشط، على سبيل المثال، أو تحديد موضع المركز النشط في إنزيم متحول.

من المعروف أن ارتفاع ضغط الدم يحدث بسبب إنزيم ACE، والذي يُترجم اسمه المختصر من الإنجليزية إلى الإنزيم المحول للأنجيوتنسين. يعمل الأنجيوتنسين، الذي يتكون تحت تأثير الإنزيم، على جدران الشريان، مما يؤدي إلى ارتفاع ضغط الدم. منذ فترة طويلة نسبيًا، تم اكتشاف حاصرات إنزيم ACE وبدأ بيعها كأدوية لارتفاع ضغط الدم. ومع ذلك، تبين أن هذه الأدوية غير فعالة.

وقد أتاح تحليل الجينوم عزل الجين ACE-2، الذي يشفر نسخة أكثر شيوعا وكفاءة من الإنزيم. ثم تم تحديد البنية الافتراضية لمنتج البروتين، وبعد ذلك تم اختيار المواد الكيميائية التي ترتبط بشكل فعال ببروتين ACE-2. هكذا تم العثور على دواء جديد ضد ضغط الدم بنصف الوقت وبـ 200 فقط بدلاً من 500 مليون دولار!

نحن نعترف بأن هذا كان مثالاً على فترة "ما قبل الجينوم". الآن، بعد قراءة الجينوم، تأتي علم البروتينات إلى المقدمة، والهدف منها هو الفهم السريع لمليون بروتين يمكن أن توجد في خلايانا. ستجعل البروتينات من الممكن تشخيص التشوهات الجينية بشكل أكثر دقة ومنع الآثار الضارة للبروتينات الطافرة على الخلية.

وبمرور الوقت، سيكون من الممكن التخطيط لـ "تصحيح" الجينات.

الجينات البشرية

يعد فك رموز الجينوم البشري حدثًا مهمًا في تاريخ البشرية مثل اكتشاف الكهرباء أو اختراع الراديو أو إنشاء أجهزة الكمبيوتر.

قليلا من التاريخ.في 1988بدأت المعاهد الوطنية الأمريكية للصحة مشروعًا "الجينات البشرية"، برئاسة الحائز على جائزة نوبل جيمس واتسون. الهدف الرئيسي للمشروع هو معرفة تسلسل قواعد النيوكليوتيدات في جميع جزيئات الحمض النووي البشري وتحديد التوطين، أي. رسم خريطة كاملة لجميع الجينات البشرية.

كان من المخطط أن يتم تنفيذ العمل لتحديد تسلسل النيوكليوتيدات في الحمض النووي البشري ( تسلسل الحمض النووي) يجب تنتهي في عام 2005. لكن بعد السنة الأولى من العمل، أصبح من الواضح أن سرعة تسلسل الحمض النووي منخفضة جدًا وسيكون من المستحيل إكمال العمل بهذه الوتيرة. سوف يستغرق حوالي 100 سنة.

أصبح من الواضح أنه كان ضروريا البحث عن تقنيات جديدةالتسلسل وإنشاء أجهزة كمبيوتر جديدة وبرامج كمبيوتر أصلية. كان مستحيل داخل دولة واحدةوانضمت دول أخرى إلى البرنامج.

بدأ إجراء بحث منسق واسع النطاق تحت رعاية منظمة دولية ^ منظمة الجينوم البشري (HUGO). ومنذ عام 1989، انضمت روسيا أيضًا إلى المشروع. تم تقسيم جميع الكروموسومات البشرية بين الدول المشاركة، واستقبلتها روسيا للبحث الكروموسومات 3 و13 و19. لقد شاركوا في المشروع عدة آلاف من العلماء من 20 دولة.

في عام 1996، تم إنشاء بنوك بيانات الحمض النووي البشري في جميع أنحاء العالم. أي تسلسل نيوكليوتيد تم تحديده حديثًا أكبر من ألف قاعدة يجب نشره عبر الإنترنت في غضون 24 ساعة بعد فك شفرته، وإلا فلن يتم قبول المقالات التي تحتوي على هذه البيانات في المجلات العلمية. يمكن لأي متخصص في العالم استخدام هذه المعلومات.

بحلول أوائل عام 1998، فقط حوالي ^3% من الجينوم. في هذا الوقت، شاركت شركة أمريكية خاصة من ولاية ماريلاند بشكل غير متوقع في العمل. علم الجينوم سيليراتحت إشراف كريج فينترالتي أعلنت أنها ستنهي أعمالها قبل 4 سنوات من الكونسورتيوم الدولي.

لقد بدأ سباق غير مسبوق في العلم. وعمل الفريقان بشكل مستقل، ولم يدخرا جهداً للوصول إلى خط النهاية أولاً. أثناء تنفيذ مشروع الجينوم البشري، تم تطوير العديد من أساليب البحث الجديدة، معظمها يعمل على تسريع وتقليل تكلفة فك تشفير الحمض النووي بشكل كبير. تُستخدم طرق التحليل هذه الآن في الطب والطب الشرعي وما إلى ذلك.

في يونيو 2000في العام الماضي، قام فريقان متنافسان بدمج بياناتهما، وأعلنا رسميًا عن الانتهاء من عملهما. و في فبراير 2001ظهرت منشورات علمية لمسودة نسخة من بنية الجينوم البشري. جودة التسلسل عالية جدًا وتفترض فقط خطأ واحد لكل 50 كيلو بايت.

لقد دخل الجينوم البشري التاريخ باعتباره واحدًا من أكثر المشاريع كثيفة العمالة والمكلفة. المجموع أكثر من ^ 6 مليار دولار.

يطرح سؤال طبيعي: ما هو نوع الجينوم البشري الذي تم تحديده نتيجة لهذه الجهود الجبارة، من هو هذا الشخص بالذات؟ وفقا للبيانات المتاحة، ركزت سيليرا بشكل رئيسي على جينوم شخص واحد، والذي يعرف عنه فقط أنه كان رجلا أبيض في منتصف العمر. على الأرجح، كان رئيس الشركة كريج فينتر نفسه. استخدم الكونسورتيوم الدولي مواد من سبعة أشخاص مختلفين على الأقل في عمله.

يتكون الجينوم البشري من 24 كروموسومو 3.2 مليار برميلكانت الكروموسومات البشرية مرقمة حسب الحجم: الأكبر على الكروموسوم 1، والأصغر على الكروموسوم 22. وبمرور الوقت، اتضح أن الكروموسوم 22 يحتوي على حمض نووي أكثر من الكروموسوم 21، لكن ترتيب الترقيم لم يتغير حتى لا يحدث ارتباك. هناك نوعان من الكروموسومات الجنسية المنفصلة: X وY (يمكن تسميتهما تقليديًا بالمجلدين رقم 23 ورقم 24 من موسوعة الجينوم البشري).

^ في الجينوم الأنثوييتضمن 23 كروموسوم فقط من أصل 24، وكلها ممثلة في الخلايا الجسدية في نسختين. تحتوي الخلايا عند الرجال على الموسوعة البشرية الكاملة، جميع الكروموسومات الـ 24، ولكن اثنين منها (الكروموسومات X وY) موجودة في نسخ واحدة.

تختلف الكروموسومات المختلفة كثيرًا عن بعضها البعض من خلال عدد وخصائص الجينات(يحتوي الكروموسوم الأول والأكبر على 263 مليون زوج أساس، ويشكل 2237 جينًا، ويحتوي الكروموسوم 21 على 50 مليون زوجًا أساسًا و82 جينًا). شبكة الاتصالات العالمية. فرقة. ORG

كما تختلف الكروموسومات في أهمية المعلومات المسجلة فيها. عدد الجينات المرتبطة بالأمراض المختلفةمعظمها على الكروموسوم X – 208؛ عند 1 همس - 157؛ وفي 11 hms - 135. أقل عدد من هذه الجينات موجود في Y hms - 3 فقط. ومع ذلك، فإن مجموع جميع الكروموسومات فقط هو الذي يزود الخلايا بمعلومات كاملة تسمح للشخص بالتطور والعيش بشكل طبيعي. وفي غياب أي زوج من الكروموسومات، تصبح حياة فرد معين مستحيلة.

إذا فقدت لأي سبب من الأسباب واحد فقط من الزوجتختلف حالة الكروموسوم لدى الشخص كثيرًا عن القاعدة. على سبيل المثال، الصبغي الجزئي الكروموسوم الخامسيؤدي إلي متلازمة صرخة القطة. الأطفال الذين يعانون من هذا الشذوذ لديهم صرخة غير عادية، والتي تنتج عن التغيرات في الحنجرة، وكذلك الجمجمة والوجه.

في الخلايا البشرية الحمض النووي متاح أيضا، لا تقع في الكروموسومات، ولكن في الميتوكوندريا. وهذا أيضًا جزء من الجينوم البشري، يسمى كروموسوم م. وعلى النقيض من الجينوم النووي، فإن جينات الميتوكوندريا مرتبة بشكل مضغوط، كما هو الحال في الجينوم البكتيري، ولها شيفرة وراثية خاصة بها (نوع من "المصطلحات الجينية"). MitDNA مسؤول عن تخليق عدد قليل فقط من البروتينات في الخلية. لكن هذه البروتينات مهمة جداً للخلية لأنها تشارك في تزويد الخلية بالطاقة.

يُعتقد أن الميتوكوندريا ظهرت في الخلايا حقيقية النواة نتيجة لتعايش الكائنات الحية العليا مع البكتيريا الهوائية.

يتم تمرير MitDNA من جيل إلى جيل فقط من خلال الخط النسائي. أثناء الإخصاب، يدخل حيوان منوي إلى البويضة يحتوي على مجموعة من الكروموسومات الأبوية، ولكن بدون الميتوكوندريا الأبوية. البيضة فقط هي التي توفر الحمض النووي الخاص بها للجنين. ولذلك، mitDNA مناسب للاستخدام لتحديد درجة العلاقةسواء داخل الأنواع أو بين الأصناف المختلفة.

كان أحد أهداف البحث في الجينوم البشري هو البناء خريطة دقيقة ومفصلة لجميع الكروموسومات. الخريطة الجينيةهو رسم تخطيطي يصف الترتيب الذي توجد به الجينات والعناصر الجينية الأخرى على الكروموسوم. ( قصاصات تكرار الجينات).

في الترميزلا مزيد من البروتينات المعنية 1,5 % الحمض النووي الكروموسومي البشري ( أولئك. إن التعليمات الوراثية لتكوين الفرد البشري تشغل 3 سم فقط من جزيء الحمض النووي البشري الذي يبلغ طوله مترين).

وكشف تحليل الجينوم البشري أن لديه حوالي ^ 40 ألف. الجينات (لليوم). أقصر الجينات تحتوي فقط 20 نقطة أساس (جينات الاندورفينمما يسبب الشعور بالمتعة). أطول الجين ترميز أحد بروتينات العضلات(ميوديستروفين)، يحتوي على حوالي 2.5 مليون برميل

^ كثافة تختلف الجينات الموجودة على الكروموسومات بشكل كبير. متوسط ​​الكثافة تقريبا. 10 جينات لكل مليون برميل.ومع ذلك، في الكروموسوم 19 الكثافة هي 20 جينةوفي كروموسوم Y - المجموع 1.5 جين لكل مليون إذا قارنا كثافة الجينات بالكثافة السكانية للناس، فإن الكروموسوم Y يشبه سيبيريا لدينا، والكروموسوم 19 يشبه الجزء الأوروبي من روسيا.تتناقص كثافة الجينات مع التعقيد التطوري للكائنات الحية. للمقارنة، يحتوي الجينوم البكتيري على أكثر من 1000 الجينات لكل 1.0 مليون ط. ن.، في الخميرة حول 450 الجينات بمقدار 1.0 مليون سنة مضت، وفي الدودة C. elegans - حوالي 200 .

مثلما يكون لدى الناس عائلات، تتحد الجينات معًا العائلاتمن خلال تشابههم. هناك حوالي 1.5 ألف من هذه العائلات في الجينوم البشري. وفقط حول مئاتمنهم محددللإنسان والفقاريات. تم العثور على الجزء الأكبر من عائلات الجينات في كل من البشر وديدان الأرض.

نشأت جينات مختلفة من نفس العائلة أثناء التطور جينة سلائف واحدةنتيجة للطفرات. غالبًا ما تؤدي الجينات "ذات الصلة" وظيفة مماثلة. على سبيل المثال، يحتوي الجينوم البشري على حوالي 1000 جينة مستقبلة لحاسة الشم.

توجد في بعض الأحيان في عائلات الجينات الجينات الكاذبة. هذه جينات فقدت قدرتها على التعبير. يسبقهم الحرف اليوناني . ليس من الواضح تماما لماذا يحتاج الجينوم إلى مثل هذه الجينات، ولماذا حافظ عليها في التطور ولم يتخلص منها. يحتوي الجينوم البشري على حوالي 20.000 من هذه الجينات الكاذبة. على وجه الخصوص، في العائلة الضخمة من الجينات الشمية، حوالي 60٪ منها عبارة عن جينات كاذبة. ويعتقد أن فقدانًا كبيرًا للجينات الوظيفية قد حدث خلال العشرة ملايين سنة الماضية بسبب تراجع دور حاسة الشم عند البشر مقارنة بالثدييات الأخرى.

حوالي 20% من الجينات البشرية تعمل في جميع أنواع الخلايا البشرية. تعمل الجينات المتبقية فقط في أنسجة وأعضاء معينة. على سبيل المثال، جلوبينيتم التعبير عن الجينات في خلايا الدم فقط، لأن وظيفتها الرئيسية هي نقل الأكسجين.

مثال على أعلى تخصص للجينات هو الجينات الشمية. في كل خلية من خلايا الجهاز الشمي البشري - البصلة الشمية - يعمل جين واحد فقط من بين 1000 جين محتمل. لقد حير العلماء كثيرًا من حقيقة أن بعض هذه الجينات، بالإضافة إلى البصلة الشمية، يتم تنشيطها في نوع آخر من الخلايا - الحيوانات المنوية. إن كيفية ارتباط ذلك بإدراك الرائحة ليست واضحة تمامًا بعد.

كما أتاح رسم خرائط الكروموسومات إمكانية تحديد توطين المناطق المسؤولة عن بعض الأمراض التي تصيب الإنسان.

على سبيل المثال، في الاولجينات الكروموسوم المرتبطة بسرطان الأقنية الثدي. في ثانية -مع السمنة. في ثالث- بالفصام. في الرابعتم اكتشاف جين على الكروموسوم تؤدي طفراته إلى تطور إدمان الكحول. الطفرات في المنطقة الطرفية X-الكروموسومات تسبب الاستعداد الشذوذ الجنسي.

كما تم لفت انتباه المتخصصين إلى الجينات المرتبطة مع بعض سمات السلوك البشري. تقوم هذه الجينات بتشفير البروتينات المشاركة في نقل الإشارات بين الخلايا العصبية (على سبيل المثال، بروتين السيروتونين). أطلق العلماء على الجين الذي يشفر مستقبلات السيروتونين اسم "جين الانتحار". تؤدي الطفرات في هذا الجين إلى ميل الأشخاص نحو المشاعر السلبية والميول الانتحارية.

جهاز إرسال إشارة آخر في الجهاز العصبي هو الدوبامين- مادة تلعب دورًا رئيسيًا في عمل مراكز المتعة في الدماغ. يسبب الدوبامين الزائد فرط النشاط الاستكشافي لدى الحيوانات، حيث تم اكتشاف أن أحد الجينات التي تشفر بروتينات مستقبلات الدوبامين يمكن أن توجد في أشكال أليلية مختلفة (طويلة وقصيرة). يميل الأشخاص ذوو الأليل الطويل إلى البحث عن تجارب جديدة، ولهذا السبب تم تسمية الجين المكتشف "الجينوم الباحث عن الجدة." في الأمريكيين، يكون الأليل الطويل لجين مستقبل الدوبامين أكثر شيوعًا بمقدار 25 مرة منه في جنوب وشرق آسيا، على سبيل المثال. نعرف من التاريخ كيف استوطن الأوروبيون أمريكا. بادئ ذي بدء، كانوا أشخاصا نشيطين، عرضة للمغامرة، فضوليين ومندفعين. لذا فقد أدخلوا الأليل الطويل من "الجين الذي يبحث عن الجدة" إلى السكان الأمريكيين المعاصرين.

في الآونة الأخيرة، تم اكتشاف اثنين من الجينات المسؤولة عن غرائز الأمومة (سميت هذه الجينات جينات "غريزة الأمومة".). وفي الوقت نفسه، ولمفاجأة الجميع، اتضح أن البنات يحصلن على كلا الجينين من آبائهن. الحيوانات التي تفتقر إلى جينات "غريزة الأمومة" لم تهتم بالمواليد الجدد.

ويجب التأكيد على أنه، على عكس الجينات المسؤولة عن المعلمات الجسدية، فإن وجود الجينات "المريضة" التي تشكل النفس والسلوك لا يعني أن الشخص محكوم عليه تمامًا ببعض المظاهر السلبية. أولاً، كقاعدة عامة، وليس جينًا واحدًا، بل مجموعة من الجينات هي المسؤولة عن الخصائص العقلية.هناك تفاعل معقد جدًا وغامض جدًا في بعض الأحيان بينهما، ويعتمد تأثيره على العديد من العوامل المختلفة. ثانيا، وفقا لمعظم العلماء، فإن النفس البشرية والسلوك البشري لا يمثل سوى واحد في المائة 50 يتم تحديدها عن طريق الجينات.

إحدى طرق دراسة تأثير البيئة على ظهور النمط الوراثي هي ملاحظة التوائم المتماثلة. ويسمى هذا النهج في علم الوراثة "طريقة التوأم"».

تتشكل التوائم المتطابقة من خلال تقسيم نفس اللاقحة وتحتوي على جينومات متطابقة. على الرغم من أن ظهور التوائم أمر نادر الحدوث إلى حد ما (يعتقد أن الشخص لديه توأم واحد كل 80-85 ولادة)، إلا أن الحالات المتاحة كافية لإجراء البحوث المناسبة.

واحدة من أوضح الطرق للتعرف على الشخص هي بصمات الأصابع. تتشكل "الأنماط" المميزة في الجنين بالفعل في الشهر الثالث من التطور وتظل دون تغيير طوال الحياة. عند مقارنة "أنماط" الجلد لدى التوائم، تبين أنهما متشابهان للغاية، ولكن من المدهش أنهما ليسا متطابقين تمامًا دائمًا.

عند دراسة عدد من الخصائص الأخرى، لوحظت أيضًا اختلافات طفيفة في التوائم: لون العين والشعر وشكل الأذن.

وأظهرت مقارنة واسعة النطاق للتوائم المتطابقة مع بعضها البعض أن حدوث مثل هذا أمراض معدية، مثل الحصبة والسعال الديكي وجدري الماء، يعتمد بشكل شبه كامل على العامل المسبب للمرض، ولكن شلل الأطفال والسليتم تحديدها أيضًا من خلال الخصائص الوراثية للشخص. وعلى وجه الخصوص، فإن معدل الإصابة بالسل في كلا التوأمين المتماثلين أعلى بثلاث مرات من معدل الإصابة في التوأم غير المتماثل.

أظهرت دراسة أجريت على التوائم في معهد كارولينسكا في ستوكهولم بشكل مقنع التأثير الكبير للعوامل البيئية (التدخين، التلوث، النظام الغذائي، نمط الحياة) على تطور بعض أشكال الأمراض الخبيثة. وفي الوقت نفسه، لوحظ تأثير العوامل الوراثية على حدوث السرطانسرطان البروستاتا والقولون والمستقيم.

عند تحليل التوائم وجد ذلك التطور العقلي والفكريويمكن أيضا تفسيرها وراثيا. إذا كان أحد التوأمين المتماثلين ضعيف العقل، فغالبًا ما يتبين أن الآخر هو نفسه.

أجرى علماء روس دراسة على أطفال توأم تتراوح أعمارهم بين 7 إلى 12 شهرا لتحديد مدى تأثير الوراثة والبيئة العدوانية والتهيج والنشاط والتواصل الاجتماعي. اتضح أن السمات الثلاث الأولى للمزاج تخضع لرقابة وراثية صارمة: عدوانية سلوك الرضيع: 94 في المائة يتم تحديدها من خلال النمط الوراثي، والنشاط - 89 في المائة، والتهيج - 85 في المائة. وتتشكل الاجتماعية بنسبة 90٪ تقريبًا تحت تأثير البيئة التي خلقها الآباء.

بفضل طريقة التحليل التوأم، تمت مناقشتها على نطاق واسع مشكلة المثلية الجنسية. هناك بالفعل أدلة موثوقة على أن حوالي 57٪ من التوائم المتماثلة والأخوة للرجال المثليين هم أيضًا مثليون جنسيًا. بالنسبة للنساء المثليات فإن الرقم يبلغ حوالي 50٪.

إن الوعي بالمثلية الجنسية كمرض وراثي قد يساعد في تحديد كيفية القيام بذلك مشكلة رهاب المثلية(من السيئ أن تكره المرضى) و مشكلة المثلية الجنسية العدوانية(يطالب هؤلاء الأشخاص بالاعتراف بهم على أنهم يتمتعون بصحة جيدة وكاملة، بل إنهم في بعض الأحيان فخورون بخصوصيتهم). ومع ذلك، إذا اعتبرنا المثلية الجنسية مرضًا، كعلم أمراض، فإن الوضع يتغير جذريًا. من الصعب أن نتخيل شخصًا يقف بفخر ويحمل لافتة: "أنا أعاني من مرض انفصام الشخصية، لذا أطالب باحترام نفسي كعضو كامل العضوية في المجتمع!"

ووفقا للتقديرات الحديثة، متوسط ​​العمر المتوقعكما يرتبط الإنسان بالعوامل الوراثية التي يقدر دورها بـ 65-70%.

تشير العديد من البيانات المتنوعة إلى أن الجينوم يحدد الكثير منا، ولكن البيئة أيضًا تتدخل بشكل كبير في جوهرنا. يقارن العلماء أحيانًا العلاقة بين الجينات والبيئة بمسدس محشو وزناد.لن يتم إطلاق النار من البندقية حتى يتم الضغط على الزناد. الوضع هو نفسه في الخلية، حيث يعمل الجين كمسدس محشو، وجميع أنواع العوامل البيئية تؤدي وظيفة الزناد. هناك مقارنة أخرى - بلعبة الورق: يمكن للاعب الجيد أن يفوز ببطاقات سيئة.

لفهم العلاقات العديدة الموجودة بين مظاهر المتغيرات الجينية الفردية وتأثير العوامل البيئية المختلفة في هذه العملية، تم إنشاء مشروع دولي خاص - مشروع الجينوم البيئي.من بين الأهداف العديدة لهذا المشروع، فإن الهدف الرئيسي هو بالطبع دراسة تأثير البيئة على متوسط ​​العمر المتوقع، وكذلك على حدوث وتطور الأمراض البشرية المختلفة. وفي نهاية المطاف، قد لا يكون هذا المشروع أقل أهمية وتعقيدًا من المشروع الشهير والمكلف للغاية لتسلسل الجينوم البشري. وليس هناك شك في أنه سيستمر لفترة أطول بكثير من مشروع الجينوم.

علم الوراثة البشرية هو العلم الذي يجمع بين علم الوراثة والطب. وهو مخصص لقوانين الميراث والتغيير والتطور البشري. علم الوراثة ...

من ماستر ويب

03.04.2018 20:00

علم الوراثة البشرية هو العلم الذي يجمع بين علم الوراثة والطب. وهو مخصص لقوانين الميراث والتغيير والتطور البشري. يأخذ هذا العلم في الاعتبار الأفراد الذين تتوافق حالتهم تمامًا مع القاعدة، وأولئك الذين لديهم علامات فردية مختلفة لعلم وظائف الأعضاء وعلم النفس الموروثة منذ الولادة، وكذلك الحالات المرضية. ينظر علم الوراثة أيضًا إلى الجوانب السلوكية. المهمة الرئيسية للعلماء هي تحديد ما يتشكل تحت تأثير البيئة، وما هو مظهر من مظاهر النمط الجيني.

لمحة عامة

يعتمد علم الوراثة البشرية على قوانين عامة، فهي عالمية، ويمكن تطبيقها على مجموعة واسعة من الأنواع والأفراد، والبشر ليسوا استثناءً. حاليًا، تم التعرف على أكثر من 3000 علامة متأصلة في البشر. أنها تؤثر على التشكل والكيمياء الحيوية وعلم وظائف الأعضاء. 120 منها تتعلق بالجنس. وتمكن العلماء من تحديد ودراسة 23 نوعا من الروابط الوراثية. أصبح من الممكن رسم خريطة كروموسومية يتم تسجيل العديد من الجينات عليها.

وتجدر الإشارة بشكل خاص إلى الدراسات التي أجريت كجزء من توضيح علم الوراثة البشرية، والمخصصة لمجموعات سكانية صغيرة، أي المجتمعات التي لا يوجد فيها أكثر من ألف ونصف شخص. لقد وجد العلماء أنه بالنسبة لهذه المجموعة من الأشخاص، فإن وتيرة الزيجات داخل تتجاوز 90٪، وبالتالي، في قرن واحد فقط، يصبح جميع المشاركين أبناء عمومة من الدرجة الثانية. وقد أظهرت الأبحاث أنه في ظل هذه الظروف يزداد خطر الطفرات المتنحية. حوالي ثمانية بالمائة منها قاتلة، ويرتبط بعضها ببنية العيون أو الهيكل العظمي. غالبا ما يتم ملاحظة الطفرات بالفعل في مرحلة تكوين الجنين، مما يؤدي إلى وفاته المبكرة - حتى قبل الولادة أو مباشرة بعد الولادة.

الميزات والأرقام

من خلال دراسة علم الوراثة البشرية، كان من الممكن الكشف عن أن المجموعة الفردية هي مزيج من الجينات بمبلغ لا يقل عن 100000، ولكن بالنسبة للبعض يصل هذا العدد إلى مليون. الجينوم الواحد هو مصدر الطفرات من واحد إلى عشرة. إن زيادة احتمال حدوث الطفرات بنسبة 0.001٪ لفرد معين لا تعني شيئًا عمليًا، ولكن عند تقييم صحة السكان، تتغير الصورة - يتم قياس عدد المرضى بالمئات والآلاف. ومن خلال تحليل المعلومات الواردة، تمكن العلماء من تقييم مدى أهمية التأثير الطفري للعالم من حولنا. ومن خلال دراستها على نطاق السكان يمكن للمرء أن يدرك حجم المشكلة.

من خلال دراسة الجينوم البشري في علم الوراثة، كان من الممكن إثبات أن البشر لديهم بعض الخصائص المحددة، بسبب تباطؤ التقدم العلمي. على وجه الخصوص، يحتوي النمط النووي على عدد كبير من الكروموسومات، بالإضافة إلى ذلك، عادة ما يولد عدد قليل من الأطفال في الزواج. وخلال فترة الحمل، تحمل معظم النساء طفلًا واحدًا فقط. الاستثناءات ممكنة، ولكنها نادرة. وترتبط صعوبة دراسة علم الوراثة البشرية بمدة النمو وبطء تغير الأجيال، فضلا عن عدم القدرة على تكوين قاعدة الزواج وتنظيم التهجين التجريبي واستخدام التقنيات الاصطناعية لتنشيط الطفرات.

إن دراسة علم الوراثة البشرية ليست مجرد صراع قسري مع الصعوبات والمشاكل، ولكنها أيضا عدد من المزايا المحددة. الطفرات شائعة لدى البشر، وتنوعها في ازدياد حاليًا. بالإضافة إلى ذلك، تمت دراسة فسيولوجيا وتشريح هذا النوع بالتفصيل. عدد السكان ككل كبير، مما يعني أنه يمكن للعلماء أن يختاروا من بين الأنماط الموجودة أنماط الزواج التي تناسب أهداف العمل العلمي الذي يتم تنفيذه.

لا تقف ساكنا

تتمثل مهام علم الوراثة البشرية في دراسة كيفية حدوث الميراث وفي أي أشكال تظهر السمات الوراثية لدى الأفراد المختلفين. حاليًا، يعرف العلماء على وجه اليقين أن مجموعة الخصائص تتغير بشكل كبير من شخص لآخر. يتم تفسير ذلك من خلال أهمية جميع أنواع الميراث: من خلال الجين السائد، المتنحي، الجسدي، السائد، بالارتباط مع الكروموسوم الجنسي. لتحقيق أقصى قدر من الدقة في البحث، من الضروري استخدام أساليب محددة - تلك التي تم تطويرها خصيصًا لدراسة البشر. ويستمر العمل على أساليب وأساليب جديدة تتيح لنا الحصول على مزيد من المعلومات حول هذا الموضوع.

لعقود من الزمن، لم يكن العلماء يجمعون معلومات جديدة فحسب. في علم الوراثة البشرية، يتم استخدام الأساليب التحليلية التي تنطوي على تحليل البيانات المعروفة بالفعل مع مراعاة المعلومات الجديدة التي تم الحصول عليها. تتيح لنا هذه العملية التحليلية المستمرة توسيع قائمة الخصائص البشرية التي تنتقل بين الأجيال.

الإنسان والعلم

تتضمن دراسة علم الوراثة البشرية دراسة آليات الوراثة وخصائص التباين المتأصلة في البشر كنوع. المصطلح البديل للعلم هو علم الوراثة البشرية. العلم مكرس للاختلافات والقواسم المشتركة بين الناس والتي تفسرها العوامل الوراثية. من المعتاد حاليًا وضع علم الوراثة الطبية في فئة منفصلة. هذا المجال مخصص للأمراض الوراثية وطرق علاجها والوقاية منها. ترتبط أهمية البحث ارتباطًا وثيقًا بقاعدة المعلومات الكبيرة المتراكمة حول هذه القضية. كان من الممكن الحصول على معلومات واضحة إلى حد ما حول مورفولوجيا البشر وعلم وظائف الأعضاء والكيمياء الحيوية للإنسان. كل هذه المعلومات ذات صلة عند دراسة الخصوصية الجينية لممثلي السكان.

مميزات دراسة الوراثة، علم الوراثة البشرية هو علم يرتبط ارتباطًا وثيقًا بخصائص المجتمع والأخلاق وبيولوجيا الإنسان. وفي الوقت نفسه، يؤخذ في الاعتبار أن الشخص لديه القدرة على التفكير بشكل تجريدي وإدراك البيانات. تعتبر هذه الميزات مزايا لا يمكن إنكارها وليست متأصلة في الأشياء الأخرى التي يدرسها علم الوراثة.

البحث: كيف يتم تنظيمه؟

تُستخدم الطرق التالية في علم الوراثة البشرية: علم الوراثة الخلوية، والإحصاء، والبحوث السكانية، وعلم الوراثة، وعلم الأنساب، والنمذجة. النهج المزدوج للدراسات الإنسانية شائع. إحدى الطرق المثيرة للاهتمام التي توفر الكثير من المعلومات المفيدة هي النقوش الجلدية. في علم الوراثة البشرية، يتم استخدام طريقة التهجين، وذلك باستخدام الخلايا الجسدية كمادة للعمل. تعتبر الأساليب التي تسمح بالعمل على المستوى الجزيئي ذات صلة أيضًا.

بالإضافة إلى التقنيات الرئيسية، يتم استخدام التقنيات المساعدة - وهي تهدف إلى الحصول على معلومات إضافية. وتشمل هذه استخدام أساليب علم الأحياء الدقيقة والكيمياء الحيوية والمناعة وغيرها من التخصصات ذات الصلة.

علم الأنساب

تعتمد هذه الطريقة في علم الوراثة البشرية على دراسة السمات والخصائص الموروثة من شخص لآخر. للدراسة، من الضروري الوصول إلى نسب الفرد. تم تطوير هذا النهج لأول مرة بواسطة جالتون، ولتبسيط تطبيقه، اقترح بعد ذلك استخدام الرمزية التقليدية. يتضمن علم الأنساب تكوين النسب والتحليل اللاحق للمعلومات.

في هذه الطريقة في علم الوراثة البشرية، من الضروري أولاً جمع بيانات شاملة عن الأسرة. وبعد ذلك، يتم تسجيل المعلومات بيانياً باستخدام الرموز القياسية. كجزء من الدراسة التحليلية لقاعدة البيانات المجمعة، يتم تقييم ما إذا كان من الممكن تسمية سمة معينة بأنها عائلية، كما يتم تحديد الآلية التي تنتقل بها. يدرس العلماء الأنماط الجينية للأقارب المقربين ويحسبون مخاطر ظهور السمة التي تم تحليلها في الأجيال القادمة. تتميز آليات الميراث المختلفة بالخصائص الفردية، وخصائصها مرئية عند تحليل النسب.

حول التفاصيل

للعمل التحليلي في هذه الطريقة لدراسة علم الوراثة البشرية، من الضروري أولاً تكوين فكرة عن قواعد انتقال الخصائص أحادية المنشأ عن طريق الميراث. الشخصيات المندلية التي تمت دراستها بهذه الطريقة منفصلة ومحددة وقابلة للتقسيم. لتقييم التميز، من الضروري تحليل التشكل، وعلم وظائف الأعضاء، والكيمياء الحيوية، وعلم المناعة، والمعايير السريرية.

يمكن العثور على معلومات مفصلة بشكل خاص حول تنظيم السمات في أعمال كوزيك، الذي نشر كتالوجًا للسمات البشرية المندلية. علم الأنساب كطريقة للبحث يمكن مقارنته بالطريقة الهجينة، ويتم تفسير الاختلافات من خلال الخصائص الاجتماعية والبيولوجيا البشرية. حاليًا، يُستخدم هذا النهج على نطاق واسع في دراسات الطفرات، والميراث المرتبط بالجنس، وأيضًا كجزء من الاستشارة الوراثية الطبية.

طريقة التوأم

تتضمن هذه الطريقة لدراسة علم الوراثة البشرية وجود أزواج من التوائم. تتم دراسة الأشياء، ويحدد العلماء ما هي أوجه التشابه بينها وما هي الاختلافات. يعتبر التوائم فقط هؤلاء الأطفال الذين حملتهم وولدتهم نفس الأم في نفس الوقت. هناك أشكال أحادية وثنائية الزيجوت. في الحالة الأولى تكون المادة الأولية عبارة عن زيجوت واحد، في حين أن الأنماط الجينية هي نفسها والجنس هو نفسه. مع وجود اثنين من اللاقحات، تكون الأنماط الجينية للتوائم مختلفة، وقد يكون الجنس هو نفسه أو لا يكون.

عندما يتم استخدام طريقة التوأم لدراسة علم الوراثة البشرية، يتم اكتشاف الزيجوت لأول مرة باستخدام نهج متعدد الأعراض. يتم تقييم الأشخاص من حيث التشابه بناءً على الخصائص التي تم تحديد الميراث لها، ويكون تأثير البيئة عليهم ضئيلًا. عندما يكون من الممكن تحديد الزيجوتية بدقة، تتم مقارنة الأفراد على أساس سمة محددة.

يتم تحديد الزوج المتوافق في حالة وجود سمة معينة في كلا التوأمين. إذا غاب في أحد التوائم، فإنهم يتحدثون عن زوج متنافر. إذا تم استخدام طريقة التوأم لدراسة علم الوراثة البشرية، يؤخذ في الاعتبار أن المعلومات التي تم الحصول عليها بدقة تسمح بتقييم دور الميراث ومدى قوة تأثير البيئة على تصحيح سمة معينة. يمكن للعلماء تحديد السمات الموروثة ولماذا تختلف الجينات في الاختراق. وكجزء من الدراسة، من الممكن تقييم مدى فعالية العوامل الخارجية في التأثير على الفرد - من الأدوية إلى أساليب التعليم.

علم الوراثة الخلوية

يتضمن علم الوراثة الطبية البشرية دراسة الهياكل الخلوية تحت المجهر. يركز هذا النوع من الأبحاث على الكروموسومات. المهمة الرئيسية للأخصائي هي تحديد الكروماتين الجنسي وإجراء التنميط النووي. هذه العملية ضرورية لتحديد الكروموسومات الطورية.

النمط النووي هو مجموعة كروموسوم ثنائية الصيغة الصبغية مميزة لنوع معين. الرسم البياني هو النمط النووي المسجل في شكل رسم تخطيطي. يكون النمط النووي فعالاً في حالة وجود خلايا ليمفاوية للفرد. أولا، تتم إزالة عدد معين من الخلايا القادرة على الانقسام، ويتم الحصول على لوحات الطورية ومحلول منخفض التوتر. يتم تنفيذ التنظيم باستخدام إحدى الطريقتين - باريس أو دنفر.

وتتضمن نسخة دنفر مراعاة شكل وحجم الكروموسوم، ويستخدم العمل طريقة الصبغ المستمر. هناك سبع فئات من الكروموسومات. تكمن صعوبة تطبيق هذا النهج في أنه ليس من السهل تحديد الكروموسومات الفردية داخل المجموعة.

تتضمن طريقة تصنيف باريس تلطيخ كروموسومات الطورية. كل واحد منهم لديه نمط فريد من نوعه، والأقراص تسمح بالتمايز الواضح.

التشخيص قبل الولادة

ترتبط الوراثة وصحة الإنسان ارتباطًا وثيقًا. لمنع ولادة طفل يعاني من تشوهات مرضية، يتم استخدام التشخيص قبل الولادة. ويعتبر هذا الإجراء الطريقة الأساسية للوقاية من الأمراض الوراثية. هناك عدة طرق للتشخيص، والاختيار لصالح واحد معين يعتمد على خصوصيات الأسرة وحالة الأم المستقبلية.

تتضمن الطريقة غير المباشرة لدراسة علم الوراثة البشرية بأساسيات علم الوراثة الطبية دراسة النساء الحوامل لتحديد المجموعات المعرضة للخطر. يتم فحص الدم بحثًا عن البروتين الجنيني ألفا، ويتم تحديد معلمات hCG والإستريول. ومن المعروف، على سبيل المثال، أن مرض داون غالبا ما يلاحظ مع زيادة قوات حرس السواحل الهايتية وانخفاض الأستريول. من مؤشرات البروتين ألفا، يمكن استنتاج مدى ارتفاع احتمالية أمراض الأنبوب العصبي والجلد ومخاطر أمراض الكروموسومات.

الخيار البديل

لقد تم تطوير طرق مباشرة للتشخيص قبل الولادة في إطار علم الوراثة البشرية. هذه هي الغازية ولا تنطوي على عمليات جراحية. غير جراحي - دراسة حالة الجنين باستخدام الموجات فوق الصوتية. بهذه الطريقة يمكنك التعرف على حالات الحمل المتعددة وبعض الأمراض والعيوب.

تشمل الطرق الغازية المباشرة خزعة الزغابات المشيمية، وخزعة المشيمة، وبزل السلى، وبزل الحبل السري، وتنظير الجنين. ولدراسة الحالة يمكن أخذ عينات من جلد الجنين. تتم دراسة المواد والعينات التي تم الحصول عليها للعمل اللاحق باستخدام أساليب علم الوراثة الخلوية والكيمياء الحيوية، ويتم فحص تركيبها الجزيئي وخصائصها الوراثية. يتم استخدام النتائج عند تقديم المشورة للآباء المستقبليين بشأن قضايا الوراثة. يتيح لنا علم الوراثة البشرية في مرحلة التشخيص قبل الولادة تحديد مخاطر الإصابة بأمراض الكروموسومات والتشوهات الجزيئية. بالإضافة إلى ذلك، يتم استخدام هذه الطرق لتحديد جنس الجنين وتقييم احتمالية تشوهات الجنين.

النمذجة وعلم الوراثة

إذا كانت طريقة الأنساب لدراسة علم الوراثة البشرية تسمح للمرء بتقدير احتمالية وراثة السمات بناءً على ملاحظتها في الأجيال السابقة، فإن النمذجة هي نهج يتم فيه استخدام التباين الوراثي لتشكيل نموذج لكائن ما. يتم تطبيق قوانين فافيلوف، مما يشير إلى أن الأنواع والأجناس القريبة وراثيًا لها سلسلة مماثلة من التباين الموروث. الأفراد المقربون من الناحية التطورية يقدمون استجابة لا لبس فيها للعوامل الخارجية، بما في ذلك إثارة الطفرات.

ومن خلال اللجوء إلى الخطوط الطافرة المميزة للحيوانات، يمكن تكوين نماذج لوراثة عدد من الأمراض المميزة لكل من الحيوان والإنسان. يتوصل العلماء إلى طرق جديدة لدراسة طرق تطور الأمراض وطرق توريثها. في الوقت الحالي، تظهر أساليب جديدة للتشخيص، بناءً على التقدم في علم الوراثة. يتم تطبيق البيانات التي تم الحصول عليها من دراسة الحيوانات على البشر بعد إجراء تعديلات معينة.

الكيمياء الحيوية والإحصاء

تتضمن الطريقة الجينية، ذات الصلة بدراسة علم الوراثة البشرية، الدراسة باستخدام الأساليب البيوكيميائية لتحديد المشاكل الأيضية والإخفاقات الفردية في كائن معين، إذا تم تفسيرها بواسطة طفرة. يمكن ملاحظة المنتجات الوسيطة للتفاعلات الأيضية في جسم الجسم، وقد أصبح تحديدها في السوائل العضوية يستخدم على نطاق واسع في طرق تشخيص الحالات المرضية.

الإحصاء والبحوث السكانية هو نهج في علم الوراثة الحديث يتضمن دراسة التركيب الجيني للسكان. بعد جمع قاعدة بيانات كبيرة بما فيه الكفاية، من الممكن تقدير مدى ارتفاع احتمال ظهور نمط ظاهري معين في مجموعة الأشخاص الذين تتم دراستهم. يمكنك حساب تواتر أليلات الجينات والأنماط الجينية.

النهج الآخر الذي ينطبق اليوم هو علم الوراثة الجزيئية. هذه هي نفس الهندسة الوراثية التي سمع عنها الكثيرون، على الرغم من أنه ليس كل شخص يفهم ما هو جوهر عمل العلماء. تتضمن الهندسة عزل الجينات وإنشاء نسخ منها، وتشكيل جزيئات مؤتلفة ووضعها في خلية حية. تُستخدم القوالب التي تم الحصول عليها عن طريق تصنيع سلاسل الحمض النووي الجديدة للنسخ المتماثل. يستخدم علم الوراثة الجزيئية بشكل فعال أسلوب التسلسل وبعض الأساليب الأخرى ذات التقنية العالية.

الوراثة والخصائص البشرية

يتم ضمان الوراثة من خلال وجود الجينات التي تكون حاملاتها عبارة عن كروموسومات. يتلقى الكائن مجموعة من الجينات من أمه وأبيه. بين الأجيال، يتم الانتقال من خلال الخلايا الجرثومية. ويتواجد الجين في الجسم مرتين، وينتقل عن طريق الأم والأب. يمكن أن تكون الجينات متطابقة أو مختلفة. في الحالة الأولى يتحدثون عن تماثل الزيجوت، في الحالة الثانية - تغاير الزيجوت. احتمال الخيار الأول منخفض للغاية، نظرا لوجود عدد كبير جدا من الجينات. إذا كان هناك خط مشترك من الأسلاف، فإن فرصة تماثل الزيجوت تكون أعلى، لأن الأب والأم ينقلون جينات متطابقة إلى الطفل. ومن الناحية العملية، لا يحدث هذا كثيرًا بسبب مؤسسة العلاقات الزوجية والقوانين الحالية. يتم تفسير الأساس اللغوي لتفرد الفرد، وتفرده، من خلال تنوع المجموعة الجينية في كل حالة محددة.

يعد علم الوراثة البشرية أحد أهم فروع العلوم. يختلف عدد السكان بشكل كبير عن الأنواع الأخرى، لأنه نتاج التاريخ والانتقاء الطبيعي وتطور المجتمع. التكاثر الجيني هو عملية بيولوجية واجتماعية، مرتبطة بالديموغرافيا ولا يمكن فصلها عنها وعن التكاثر السكاني. إن نقل البيانات بين الأجيال وتوزيع المجموعات الجينية والهجرة والارتباطات المتبادلة مع البيئة المحيطة بالشخص يضمن حركة المادة الوراثية. من الآمن أن نقول إن علم الوراثة والديموغرافيا جوانب وثيقة الصلة؛ علم الوراثة السكانية هو في الواقع علم الوراثة الديموغرافية، ويقوم العلماء المشاركون فيه بدراسة نتائج العمليات المتأصلة في الديموغرافيا.

الفروق الدقيقة والميزات

تتيح لنا الدراسة طويلة المدى لعلم الوراثة والتغيرات الديموغرافية أن نستنتج بثقة أن تجمع الجينات ثابت بمرور الوقت، على الرغم من أنه يتم تمثيله في كل جيل محدد من خلال وفرة من الأنماط الجينية الفريدة. يتم ضمان الثبات من خلال الخصوبة والوفيات وحركة حاملات المعلومات الوراثية. يمكن أن يتغير مجمع الجينات السكانية حيث تشارك ناقلات مختلفة للمادة في عملية التكاثر بدرجات مختلفة من النشاط. هذه الميزة هي عنصر من عناصر الانتقاء الطبيعي، الذي يتغير بموجبه هيكل تجمع الجينات، ويكون المجتمع أكثر اتساقا مع ظروف البيئة التي يعيش فيها الشخص.

في البشر، ترجع التغيرات في مجموعة الجينات إلى حد ما إلى الطفرات والانحراف الوراثي والهجرة. الطفرات الطبيعية هي عملية يعتبر معدلها متوافقًا مع التغيرات الطبيعية في مجموعة الجينات. قد تكون الأنماط الجينية المتكونة في مثل هذه العملية جديدة تمامًا، وكانت غير معتادة في السابق بالنسبة للمجتمع. تعمل الهجرة الجينية المنتظمة على تخفيف الاختلافات بين المجموعات السكانية، مما يؤدي إلى فقدان الأصالة والتفرد، وهو ما يفسره الخصائص المحلية للبيئة.

تحدث هجرة الجينات بسبب هجرة حاملي المادة الوراثية. في الوقت الحالي، لا توجد طريقة لتقييم ووصف دور الهجرة في تنمية البشرية بشكل لا لبس فيه. هناك عدد من عواقب الهجرة الواضحة، فالجزء الأكبر من سكان العالم هو نتاج مجموعة سكانية مختلطة.

الاستقرار والتقدم

إن احتمال عدم حدوث طفرات أو هجرات أو اختيار جيني ضئيل للغاية، ولكن حتى لو تخيلنا أن هذا ممكن، فإن إمكانية تغيير مجموعة الجينات لا تزال قائمة. ويفسر ذلك الانجراف الوراثي، أي عملية التعديل الوراثي على مستوى السكان. على وجه الخصوص، يمكن أن يؤدي حجم السكان الصغير إلى الانجراف. كقاعدة عامة، يعتبر الانجراف سمة من سمات المجتمعات المتزاوجة، التي تتمثل سمتها المميزة في وجود عدد صغير من حاملي الأنماط الجينية، في حين أن التنوع المحتمل لمجموعات الخصائص كبير للغاية.

يسمح الحجم الصغير للسكان فقط بتحقيق نسبة صغيرة من مجموعات الميزات المحتملة في كل جيل جديد. وبالتالي، يظهر المجمع الجيني لكل جيل جديد كمنتج لاختيار عشوائي لعدد معين من الجينات المنقولة من الآباء.

وفي إطار علم الوراثة الديموغرافية، يعتبر الانجراف الوراثي عملية مستقلة بيئيا. ومن خلال دراسة التجمعات البشرية الصغيرة يمكن ملاحظة مدى تأثير مستوى تطور الثقافة والمجتمع والاقتصاد على حجم السكان، وكيف يؤثر ذلك على طبيعة التفاعل مع البيئة. يعتمد الانجراف الوراثي، الذي يحدده عدد الأشخاص في المجتمع، على خصوصيات المجتمع والبيئة التي يوجد فيها.

شارع كييفيان، 16 0016 أرمينيا، يريفان +374 11 233 255

رجل مسجون في قفص. يتكون الجينوم البشري من 23 زوجًا من الكروموسومات الموجودة في النواة، بالإضافة إلى الحمض النووي للميتوكوندريا. اثنان وعشرون زوجًا من الكروموسومات الجسدية، واثنين من الكروموسومات الجنسية X و
يحتوي Y والحمض النووي للميتوكوندريا البشرية معًا على ما يقرب من 3.1 مليار زوج قاعدي. في البشر، يكون الجنس الذكري متغايرًا ويتم تحديده من خلال وجود كروموسوم Y. تحتوي الخلايا الجسدية ثنائية الصيغة الصبغية الطبيعية على 46 كروموسومًا.
التسلسل - هذا هو تحديد تسلسل النيوكليوتيدات لقسم محدد من الحمض النووي
رسم الخرائط -هو إنشاء رسم تخطيطي يصف ترتيب الجينات على الكروموسوم
طريقة المشي الكروموسومي - طريقة لعزل وتحليل تسلسل النيوكليوتيدات (الجينات الجديدة) المحيطة بالجينات المعروفة والتي تتوفر لها مسبار قليل النوكليوتيد؛ بعد عزل الجين مع تسلسلاته المحيطة، يتم استخدام هذه الأخيرة كمسبار لعزل تسلسلات مجاورة جديدة، وما إلى ذلك؛ نتيجة ل "P.p.h."وباستخدام تسلسلات النيوكليوتيدات المتداخلة، يتم استكشاف مناطق ممتدة غير معروفة من الجينوم المتاخمة لبعضها البعض
تهجين الحمض النووي- تكوين الحمض النووي المزدوج أو المزدوج في التجربة
الحمض النووي: الحمض النووي الريبي (DNA) نتيجة لتفاعل النيوكليوتيدات التكميلية. طريقة التهجين هي كما يلي: يتم تمييز النسخة المستنسخة من الجين المطلوب بعلامة مشعة أو فلورسنت.
يُطلق على جزء الحمض النووي المميز بهذه الطريقة اسم PROBE.
تفاعل البوليميراز المتسلسل (PCR) هو تفاعل بيولوجي جزيئي يسمح لك بالحصول بسرعة على عدد كبير من النسخ من جزء معين من الحمض النووي.
قد تكون القطعة التي تبحث عنها جزءًا من خليط معقد جدًا من الأحماض النووية.
يمكن أن تكون المادة الأولية لـ PCR عبارة عن جزيء DNA واحد.
المزايا: خصوصية عالية؛ حساسية عالية القدرة على تشخيص الالتهابات الخفية. التحديد المباشر لوجود العامل الممرض؛ سرعة التحليل العالية (4-5 ساعات)
مشكلة الاستنساخ البشري - المشكلة أخلاقية في المقام الأول. يغزو الشخص مجالًا من الوجود ليس مسؤولاً عنه بطبيعته، مما يستلزم عدم القدرة على التنبؤ بعواقب مثل هذه الخطوات.
مشاكل العلاج الجيني : في المستقبل المنظور، يقتصر تأثير العلاج الجيني على الخلايا الجسدية (وليس الخلايا الجرثومية). يجب أن يدخل الجين المتحول بشكل انتقائي إلى خلايا أنسجة معينة، والتي تحظى حاليًا باهتمام كبير. في أقرب وقت

1.الخصائص الأساسية للأنظمة الحية. مظهر من الخصائص الأساسية
الذين يعيشون في المستويات التطورية الرئيسية لتنظيم الحياة.
الخصائص الأساسية للكائنات الحية هي: 1) التنظيم الهيكلي. 2)
الانتروبيا السلبية. 3) النظام المفتوح. 4) التجديد الذاتي،
التكاثر الذاتي 5) التهيج. 6) التكيف. 7) التكاثر. 8)
الوراثة. 9) التقلب. 10) التنمية الفردية (التولد)؛ أحد عشر)
التطور التطوري؛ 12) السرية والنزاهة.
التنظيم الهيكلي. الأنظمة الحية قادرة على خلق النظام من الحركة الفوضوية للجزيئات، وتشكيل هياكل معينة. تتميز الكائنات الحية بالانتظام في المكان والزمان. هذا عبارة عن مجموعة من العمليات الأيضية المعقدة ذاتية التنظيم والتي تحدث بترتيب محدد بدقة، وتهدف إلى الحفاظ على بيئة داخلية ثابتة - التوازن.
نظام مفتوح. الكائنات الحية هي أنظمة مفتوحة تتبادل باستمرار المادة والطاقة مع البيئة. عندما تتغير الظروف البيئية، يحدث التنظيم الذاتي لعمليات الحياة وفقًا لمبدأ التغذية الراجعة، الذي يهدف إلى استعادة ثبات البيئة الداخلية - التوازن.
التكاثر الذاتي. التجديد الذاتي. عمر أي نظام بيولوجي محدود. للحفاظ على الحياة، تحدث عملية التكاثر الذاتي، المرتبطة بتكوين جزيئات وهياكل جديدة تحمل المعلومات الوراثية الموجودة في جزيئات الحمض النووي.
التهيج. تتفاعل جميع الكائنات الحية بشكل انتقائي مع التأثيرات الخارجية بردود فعل محددة بسبب خاصية التهيج.
التكيف هو تكيف الكائن الحي مع الظروف الخارجية في عملية التطور، بما في ذلك المكونات المورفولوجية والسلوكية. يمكن أن يضمن التكيف البقاء في موطن معين، ومقاومة العوامل اللاأحيائية والبيولوجية، فضلاً عن النجاح في المنافسة مع الأنواع الأخرى والمجموعات السكانية والأفراد.
التكاثر هو خاصية تكاثر نوعه المتأصل في جميع الكائنات الحية، مما يضمن استمرارية واستمرارية الحياة.
الوراثة. إن جزيء الحمض النووي قادر على تخزين ونقل المعلومات الوراثية، وذلك بفضل مبدأ النسخ المصفوفي، مما يضمن استمرارية المواد بين الأجيال.
التقلب. عند نقل المعلومات الوراثية، تنشأ في بعض الأحيان انحرافات مختلفة، مما يؤدي إلى تغييرات في الخصائص والخصائص لدى الأحفاد. إذا كانت هذه التغييرات لصالح الحياة، فيمكن إصلاحها عن طريق الاختيار.
تكوين الجنين هو عملية التطور الفردي للكائن الحي، والتي تمر عبر دورة الحياة بأكملها، من الزيجوت إلى الموت.
السلالة هي التطور التاريخي للكائنات الحية، أو تطور العالم العضوي؛ يمكننا أيضًا التحدث عن نسالة أعضاء معينة.
السرية والنزاهة. يتكون أي نظام بيولوجي (خلية، كائن حي، أنواع، إلخ) من أجزاء فردية، أي: منفصلة. يشكل تفاعل هذه الأجزاء نظامًا متكاملاً (على سبيل المثال، يشتمل الجسم على أعضاء فردية مرتبطة هيكليًا ووظيفيًا في كل واحد).
2. الوقاية من الأمراض الوراثية والأمراض الوراثية
قابلية. التشخيص قبل الولادة وأساليبه وإمكانياته.
التشخيص قبل الولادة-- مجال من مجالات الطب يتعامل مع الكشف قبل الولادة عن الحالات المرضية المختلفة للجنين، بما في ذلك تشخيص التشوهات الخلقية (CD) والأمراض الوراثية (HD).
طرق التشخيص قبل الولادة:


يتم أخذ الفحص بالموجات فوق الصوتية (المراقبة الديناميكية) لتطور الجنين وفحص عوامل مصل الأم بعين الاعتبار غير الغازية - أي. لا تنطوي على التدخل الجراحي في تجويف الرحم.

هناك تقنيات أخرى (خزعة الزغابات المشيمية أو بزل السلى، على سبيل المثال). المجتاحة - أي. تنطوي على التدخل الجراحي في تجويف الرحم من أجل إزالة المواد الجنينية لإجراء الاختبارات المعملية اللاحقة.
خزعة الزغابات المشيمية– يتم تنفيذ هذه الطريقة حتى الأسبوع الثاني عشر من الحمل. جوهر الطريقة: تحت التحكم بالموجات فوق الصوتية، يتم سحب كمية صغيرة جدًا من أنسجة المشيماء، والتي هي من أصل جنيني.
خطر حدوث مضاعفات بعد هذا الإجراء هو 2٪.
بالإضافة إلى الكروموسومات وبعض الأمراض أحادية المنشأ، يمكن أيضًا تحديد جنس الجنين.
يتم تنفيذ الإجراء في العيادة الخارجية.
خزعة المشيمة– هذا تدخل جراحي بسيط يسمح لك بالحصول على قطع مجهرية من أنسجة المشيمة.
إشارة: لاستبعاد الأمراض الوراثية الجسيمة للجنين.
في أغلب الأحيان تنشأ هذه الحاجة: في النساء فوق سن 35 سنة؛ في النساء اللاتي لديهن بالفعل طفل يعاني من تشوهات الكروموسومات أو اللاتي تم اكتشافهن أثناء الحمل السابق؛ في وجود علامات الموجات فوق الصوتية لأمراض الكروموسومات الجنينية. مع وجود خلل كروموسومي مؤكد لدى أحد الوالدين أو الأقارب المقربين؛ عند تحديد الخطر المتزايد بناءً على نتائج إحدى دراسات الفحص.
فحص السائل الأمنيوسي- ثقب الكيس الأمنيوسي للحصول على السائل الأمنيوسي.
يتم إجراء بزل السلى عادة في الأسبوع 15-16 من الحمل. يتم فحص السائل الأمنيوسي لتحديد الأمراض الأحادية والكروموسومية للجنين.
لن تكون نتائج الدراسة قبل 2-6 أسابيع من بزل السلى.
خطر حدوث مضاعفات هو 0.5-1٪.
بزل الحبل السري– ثقب أوعية الحبل السري للجنين تحت مراقبة الموجات فوق الصوتية للحصول على دم الجنين. يتم إجراؤها بعد الأسبوع العشرين من الحمل تحت التخدير العام. يتم تقييم الدم المأخوذ من الحبل السري باستخدام الطرق الوراثية الخلوية والجزيئية والكيميائية الحيوية.
يمكن الحصول على نتيجة الدراسة خلال 7-10 أيام.
خطر الإجهاض حوالي 2٪.
الفحص بالموجات فوق الصوتيةالحمل يعني إجراء دراسة وفق مخطط معين.
يجب تنفيذ هذه الطريقة التشخيصية على كل امرأة تستعد لأن تصبح أماً.
فقط الموجات فوق الصوتية عالية الجودة يمكنها تحديد أو استبعاد التشوهات الخلقية في الجنين بشكل موثوق.
في بلدنا، يحدد التشريع الشروط التالية للفحص الإلزامي بالموجات فوق الصوتية، بناءً على سنوات عديدة من الخبرة:
11-13 أسبوع
20-22 أسبوع
30-34 أسبوعا
الفحص الأوليتم تنفيذها في موعد لا يتجاوز 10 ولا يتجاوز 14 أسبوعًا من الحمل. وهذا ما يمليه حقيقة أن هذه الفترات هي الأمثل لتحديد التشوهات الجسيمة وبعض المؤشرات المثيرة للقلق من حيث التشوهات والأمراض الوراثية.

طرق لدراسة الحمض النووي

1. لعزل الحمض النووي من الأنسجة المتجانسة، تتم إزالة أجزاء من العضيات والأغشية الخلوية عن طريق الطرد المركزي. تم تدمير البروتينات
البروتياز (يستخدم بروتيناز K في أغلب الأحيان) ويتم استخلاصه من المحلول. يتم بعد ذلك ترسيب الحمض النووي، على سبيل المثال، بالإيثانول وبعد إزالة المادة الطافية
يذوب الحمض النووي السائل في محلول منظم.

2. يحتوي جزيء DNA متوسط ​​الحجم على 150,000,000 زوج من النيوكليوتيدات ويبلغ طوله 4 سم.
ولذلك، فإن جزيئات الحمض النووي حساسة لقوى القص التي تحدث في المحلول، وفي عملية عزل الحمض النووي من الأنسجة، فإنه يتفتت. تكون جزيئات الحمض النووي الناتجة أصغر بكثير من الجزيئات الأصلية، ولكنها لا تزال كبيرة جدًا - آلاف أو عشرات الآلاف من أزواج النيوكليوتيدات. مثل هذه الجزيئات غير ملائمة للبحث ويجب أن يتم تجزئتها بشكل أكبر.

للتجزئة، يتم استخدام إنزيمات التقييد - الإنزيمات المعزولة من البكتيريا. في البكتيريا، تشارك هذه الإنزيمات في تدمير الحمض النووي الغريب عنها. إنزيمات التقييد "تتعرف" على تسلسلات محددة مكونة من 4-6 نيوكليوتيدات (مواقع تقييد) موجودة في الحمض النووي البشري. العديد من إنزيمات التقييد المختلفة معروفة، وكل منها "يتعرف" على موقع التقييد الخاص به (الشكل 3.3).

باستخدام مجموعة من إنزيمات التقييد، يمكنك قطع جزيء الحمض النووي إلى أجزاء بالطول المطلوب. على سبيل المثال، تعتبر الأجزاء التي يبلغ حجمها حوالي 300 زوج من النيوكليوتيدات مناسبة لدراسة البنية الأولية. وبالتالي، فإن جزيء الحمض النووي الكامل يبلغ 150.000.000 نقطة أساس. تحتاج إلى تقطيعها إلى 500000 جزء ودراسة كل جزء على حدة.

تفاعل البوليميراز المتسلسل (PCR). تتطلب بعض الدراسات كميات كبيرة من الحمض النووي عالي الوزن الجزيئي المنقى جيدًا. تتيح طريقة PCR تصنيع أجزاء صغيرة من الحمض النووي بشكل انتقائي في المختبر والحصول على عدة ملايين من النسخ من الجزء قيد الدراسة خلال 3-4 ساعات. يمكن أن تكون الأشياء التي يتم استخراج الحمض النووي منها الدم، وخزعة الأنسجة، واللعاب، والبول، والسائل الأمنيوسي، وما إلى ذلك. ستتم مناقشة هذه الطريقة وتطبيقها في تشخيص الحمض النووي بالتفصيل في الموضوع 3.10.

تهجين. لدراسة خصوصية أنواع الأحماض النووية، يتم استخدام طريقة التهجين. يعتمد على قدرة الحمض النووي على التحلل عند تسخينه (80-90 درجة مئوية) وإعادة تنشيطه عند التبريد اللاحق. من الممكن استخدام طريقة تهجين DNA-DNA و DNA-RNA. يمكن استخدام طريقة التهجين لتحديد أوجه التشابه والاختلاف في البنية الأولية لعينات الحمض النووي المختلفة.

تسلسل الجينوم.

إن تسلسل الجينوم للشخص السليم في معظم الحالات غير قادر على التنبؤ بتطور بعض الأمراض في المستقبل. تم عرض نتائج هذا العمل في الاجتماع السنوي لجمعية أبحاث السرطان ونشرت أيضًا في المجلة العلوم الطب الانتقالي.

يتضمن تسلسل الجينوم الكامل "فهرسة" جميع الجينات التي يتلقاها الشخص من كلا الوالدين وفحصها بحثًا عن تلف الحمض النووي الذي قد يجعل الشخص أكثر عرضة للإصابة بالسرطان وأمراض أخرى. وبما أن تكلفة تسلسل الجينوم تتناقص باستمرار (سعر الإجراء حاليًا هو 1-3 آلاف دولار أمريكي)، فقد بدأ العديد من الأشخاص الأصحاء في التفكير في إجراء مثل هذا الاختبار وتحديد خطر إصابتهم بمرض معين. لكن الباحثين في مركز أبحاث السرطان بجامعة جونز هوبكنز كيميل يحثونهم على أخذ وقتهم.

ولا تعني النتائج التي توصل إليها العلماء أن تسلسل الجينوم ليس له قيمة طبية. يقول أستاذ علم الأورام بيرت فوجلشتاين: "أولاً، يظل تسلسل الجينوم أفضل أداة للتنبؤ بالأمراض "العائلية" مثل السرطان وبعض الأمراض الأخرى". - ثانياً، تساعد الدراسة التفصيلية لجينوم الفرد على فهم أفضل لآلية المرض الذي يحدث فيه بالفعل واختيار العلاج الفردي له بشكل أكثر دقة. ومع ذلك، في حالة الشخص السليم، يتوقف الجينوم عن كونه مؤشرًا موثوقًا به.

وتتبع الباحثون تطور 24 مرضا لدى أكثر من 50 ألف توأم من 5 دول خضعوا لتسلسل الجينوم. وأظهرت النتائج أنه في حالة 23 مرضا، أعطى تحليل الجينوم نتيجة سلبية وصنف خطر تطورها على أنه "منخفض". ومع ذلك، وفقا للبروفيسور فوجلشتاين، فإن هذا لا يعني أن شخصا ما لن يصاب بالمرض. ويقول الباحث: "هذا يعني ببساطة أن خطره الشخصي أقل قليلاً من متوسط ​​الخطر بين السكان، وهو ما قد يكون كبيراً للغاية". "وبالتالي، حتى النتيجة السلبية لا تضمن غياب المرض في المستقبل". في الوقت نفسه، تم تحديد خطر الإصابة بـ 4 أمراض من أصل 24 مرضًا - أمراض القلب لدى الرجال، والتهاب الغدة الدرقية المناعي الذاتي، والسكري من النوع الأول ومرض الزهايمر - بشكل ثابت في ¾ الحالات، مما يسمح لنا بتسمية تسلسل الجينوم وسيلة موثوقة إلى حد ما لتحديد الاستعداد لهذه الأمراض.

علم الجينوم الحديث.

لفترة طويلة، كان الجينوم يسمى مجموعة أحادية الصيغة الصبغية من الكروموسومات. أدى تراكم المعلومات حول الدور المعلوماتي للحمض النووي خارج الصبغي إلى تغيير تعريف مصطلح "الجينوم". حاليا، يعني التركيب الكامل للحمض النووي للخلية، أي. مجمل جميع الجينات والمناطق بين الجينات. يمكننا أن نعتبر الجينوم مجموعة كاملة من التعليمات لتكوين الفرد وعمله.

تتم دراسة المبادئ العامة لبناء الجينوم وتنظيمها الهيكلي والوظيفي من خلال علم الجينوم، الذي يقوم بالتسلسل ورسم الخرائط وتحديد وظائف الجينات والعناصر خارج الجينية. تهدف أساليب علم الجينوم إلى فك رموز الأنماط الجديدة للأنظمة والعمليات البيولوجية. علم الجينوم البشري هو أساس الطب الجزيئي وله أهمية حاسمة في تطوير طرق التشخيص والعلاج والوقاية من الأمراض الوراثية وغير الوراثية. بالنسبة للطب، فإن البحث في مجال علم جينوم الكائنات الحية الدقيقة المسببة للأمراض له أهمية قصوى، لأنه يسلط الضوء على طبيعة العملية المعدية وإنشاء أدوية تستهدف أهدافًا بكتيرية محددة.

ينقسم علم الجينوم، على الرغم من حداثته، إلى عدة مجالات شبه مستقلة: علم الجينوم البنيوي، والوظيفي، والمقارنة، والتطوري، والطبي.

يدرس علم الجينوم الهيكلي تسلسل النيوكليوتيدات في الجينومات، ويحدد حدود وبنية الجينات والمناطق بين الجينات والعناصر الوراثية الهيكلية الأخرى (المروجين، والمعززات، وما إلى ذلك)، أي. يرسم الخرائط الجينية والجسدية والنسخية للجسم.

الجينوم الوظيفي. تهدف الأبحاث في مجال علم الجينوم الوظيفي إلى تحديد وظائف كل منطقة جينية وجينومية وتفاعلها في الجهاز الخلوي. ومن الواضح أن هذا سيتم من خلال دراسة تجمعات البروتين في الخلايا المختلفة. ويسمى هذا المجال من البحث البروتينات.

يدرس علم الجينوم المقارن أوجه التشابه والاختلاف في تنظيم جينومات الكائنات الحية المختلفة من أجل توضيح الأنماط العامة لبنيتها وعملها.

يشرح علم الجينوم التطوري المسارات التطورية للجينومات، وأصل تعدد الأشكال الجيني والتنوع البيولوجي، ودور نقل الجينات الأفقي. يتيح النهج التطوري لدراسة الجينوم البشري تتبع مدة تكوين مجمعات الجينات، والكروموسومات الفردية، واستقرار أجزائها، وعناصر "عدم ثبات" الجينوم المكتشفة مؤخرًا، وعملية تكوين العرق، وتطور علم الأمراض الوراثي.

يحل علم الجينوم الطبي القضايا التطبيقية للطب السريري والوقائي بناءً على معرفة الجينوم البشري والكائنات المسببة للأمراض (على سبيل المثال، تشخيص الأمراض الوراثية، والعلاج الجيني، وأسباب ضراوة مسببات الأمراض، وما إلى ذلك).

لا شك أن جميع خطوات تطور الطبيعة الحية كان لا بد من تثبيتها في نظام معلومات الحمض النووي (وبالنسبة لبعض الكائنات - في الحمض النووي الريبي)، وكذلك في تنظيمها في الخلية لأداء الوظيفة المحافظة المتمثلة في الحفاظ على الوراثة والعكس. وظيفة - الحفاظ على التباين. فكرة تكوين الجينوم لكل نوع هي الأكثر منطقية. وفيما يتعلق بالجينوم البشري، يمكننا القول أن التطور البشري هو تطور الجينوم. تم تأكيد هذه الفكرة الآن من خلال العديد من الدراسات الوراثية الجزيئية، حيث أصبح من الممكن مقارنة جينومات الأنواع المختلفة من الثدييات، بما في ذلك القردة العليا، وكذلك داخل جنس الإنسان العاقل، وجينومات الأجناس المختلفة، والمجموعات العرقية، والمجموعات البشرية. والأفراد.

تنظيم الجينوم لكل نوع حقيقي النواة هو تسلسل هرمي متسلسل للعناصر: النيوكليوتيدات، والكودونات، والمجالات، والجينات ذات المناطق الجينية، والجينات المعقدة، وأذرع الكروموسومات، والكروموسومات، ومجموعة الصبغيات الفردية مع الحمض النووي خارج الصبغي وخارج النواة. في التحول التطوري للجينوم، يمكن لكل مستوى من هذه المستويات الهرمية أن يتصرف بشكل منفصل تمامًا (يتغير، ويتحد مع الآخرين، وما إلى ذلك).

أفكارنا حول الجينوم البشري هي مساحة واسعة من علم الوراثة البشرية، بما في ذلك على الأقل مفاهيم “جرد” الجينات، ومجموعات الارتباط، ورسم الخرائط الجينية (التوطين)، وتسلسل جميع الحمض النووي (الجينات، وطفراتها، والكروموسومات باعتبارها الكل)، التحولات الانقسامية، وعمل الجينات الفردية وتفاعلاتها، وتكامل بنية ووظيفة الجينوم ككل. وقد ركز البرنامج الدولي الشامل المتعدد السنوات "الجينوم البشري" (من عام 1990 إلى عام 2000) على حل جميع هذه القضايا. كان الاتجاه الرئيسي للعمل هو التسلسل المتسلسل لأقسام الجينوم و "الانضمام إليها". وقد أضافت التطورات الناجحة في هذا المجال الجانب الوراثي السريري للبرنامج.

التطبيقات السريرية لمعلومات الجينوم البشري

بدأت الدراسة المنهجية للجينوم البشري في الواقع باستخدام التحليل المندلي للصفات الوراثية البشرية (أوائل القرن العشرين). دخلت طريقة الأنساب بعد ذلك في ممارسة واسعة النطاق، وبدأت المواد تتراكم خطوة بخطوة في "مخزون" السمات الوراثية المنفصلة للشخص، لكن هذه العملية تباطأت تدريجيًا (في 50 عامًا، لم يكن هناك أكثر من 400 سمة مندلية و4 مجموعات ربط) (تم اكتشافها)، تم استنفاد إمكانية الطريقة السريرية والأنساب في شكلها النقي.

إن التقدم السريع في علم الوراثة الخلوية البشرية وعلم الوراثة البيوكيميائية وخاصة علم وراثة الخلايا الجسدية في الستينيات، بالاشتراك مع نهج الأنساب، وضع دراسة الجينوم البشري على أساس نظري جديد ومستوى منهجي عالٍ. بدأ اكتشاف السمات المندلية البشرية الجديدة في التقدم بسرعة، خاصة على المستوى الكيميائي الحيوي والمناعي، وسنحت الفرصة لدراسة ارتباط الجينات وتوطينها.

أعطت الأساليب الوراثية الجزيئية، أو تكنولوجيا الهندسة الوراثية (السبعينيات)، دفعة خاصة لدراسة الجينوم البشري. لقد تعمقت عملية فهم الجينوم لتصل إلى عزل الجين في شكله النقي وتسلسله.

وعلى النقيض من علم الوراثة الكلاسيكي، تغير النهج المتبع في تحليل الجينات في علم الوراثة الجديد. في علم الوراثة الكلاسيكي، كان التسلسل على النحو التالي: تحديد الصفة المندلية -> توطين الجين في الكروموسوم (أو مجموعة الارتباط) -> منتج الجين الأساسي -> الجين. في علم الوراثة الحديث، أصبح النهج العكسي ممكنًا أيضًا: عزل الجينات -> التسلسل -> المنتج الأساسي، وبالتالي تم إدخال مصطلح جديد لتعريف هذا الخط من البحث: "علم الوراثة العكسي" أو "علم الوراثة العكسي".

ويستمر تحسين الأساليب الوراثية الجزيئية، وما لا يقل أهمية، أتمتتها. في الولايات المتحدة الأمريكية وبريطانيا العظمى، تم تطوير وتنفيذ أجهزة تسلسل الجينوم التلقائي. كانت تسمى الجينوموترونات. أنها تنفذ ما يصل إلى 100000 تفاعل بوليميريز في الساعة. وهذا يعني أنه يمكن تسلسل منطقة (أو مناطق) مكونة من عدة ملايين من الأزواج الأساسية خلال أسبوع.

تلعب تكنولوجيا الكمبيوتر وأنظمة المعلومات دورًا رئيسيًا في فك رموز الجينوم البشري. وبفضلهم، تم حل مشاكل تجميع المعلومات (قواعد البيانات) من مصادر مختلفة وتخزينها واستخدامها بسرعة من قبل الباحثين من مختلف البلدان.