Главная | Обратная связь | Поможем написать вашу работу!
МегаЛекции

Тесты, оценивающие ответ организма на те или иные лекарственные препараты

Понять, как функционирует живой организм

Задачи

Идентифицировать гены в данной последовательности ДНК

Идентифицировать Регуляторные участки

Предсказать функцию

 

Три основных направления:

Структурная геномика: генетическое, физическое картирование, секвенирование геномов.

Функциональная геномика: функции генов и некодирующих последовательностей в геномах.

Сравнительная геномика: сравнение геномов различных организмов. Эволюционная задача.

Хронология развития геномики

Ф. Сенгер и независимо А. Максам и У. Гилберт разработали методы секвенирования ДНК.

Секвенирован бактериофаг фX-174: первый полный геном.

1981 – Секвенирована митохондриальная ДНК человека: 16569 п.о.

1990 – Запущен международный проект по геному человека с намеченным сроком 15 лет.

1995 – TIGR получили первую последовательность генома бактерии, Haemophilus influenzae.

Полностью определена последовательность генома дрожжей, первого генома эукариот.

1999 – Опубликована первая полная последовательность одной из хромосом человека.

26 июня 2000 – Совместное заявление о полной расшифровке генома человека (на самом деле определено 98% генома).

 

Геномика - биологии

Выявление структуры вариабельности генома - карта гаплотипов

Секвенирование геномов многих видов

Развитие технологий секвенировния, генотипирования, анализа экспрессии, протеомики

Вывление всех функциональных элементов в геноме человека (генов, регуляторных участков)

Выявление всех белков в клетке и их взаимодействий (Протеом)

Разработка моделей клетки и взаимодействия клеточных компонентов (Целлом)

Выявление всех метаболитов и моделирование метаболических процессов (Метаболом)

Развитие математических и компьютерных методов анализа генома и реализации генетической информации (Биоинформатика)

 

Геномика - здравоохранению

Выявление генетических и внешних факторов всех распространенных болезней

Разработка подходов к ранней диагностике и профилактике болезней

Разработка подходов к генотерапии наследственных болезней

Разработка лекарственных препаратов «направленного действия» и генотип-специфических препаратов (Фармакогеномика)

Разработка «молекулярной» классификации болезней человека

 

Здравоохранение и персонализированная медицина

Диагностика, предсказание и предотвращение

Разработка и применение лекарственных препаратов (фармакогеномика)

Примеры индивидуальных ДНК-тестов

Тесты на носительство

Тесты, оценивающие риски заболевания

Тесты, оценивающие ответ организма на те или иные лекарственные препараты

 

2 Методы секвенирования геномных последовательностей. Секвенаторы нового поколения

Два подхода к секвенированию геномов

Классический подход («клон за клоном» или BAC to BAC)

Шотган всего генома

 

Методы

Секвенирование по Сэнгеру

Автоматическое секвенирование

Пиросеквенирование

В методе Solexa используются 3'- модифицированные нуклеотиды с присоединенными флюоресцентными метками разных цветов. Модификация нуклеотидов не позволяет ДНК-полимеразе присоединить больше одного нуклеотида. Флюоресценция инициируется коротким импульсом лазера и тип присоединенного нуклеотида определяется по цвету флюоресцентной метки. Модификация нуклеотида блокируется (полимераза теперь может двигаться дальше) и цикл повторяется снова

Ионное полупроводниковое секвенирование (Ion Semiconductor Sequencing) является методом секвенирования ДНК основанным на обнаружении ионов водорода, которые выделяются во время полимеризации ДНК. Эта технология также называется рН-индуцированным секвенированием

Нанопоровое секвенирование Метод основан на измерении тока ионов через единичную нанопору в непроводящей мембране. При прохождении через эту пору нуклеотидов ток падает. Время, на которое изменяется ток ионов, и величина этого падения зависят от того, какой нуклеотид в данный момент находится внутри поры.

 

3 Базы данных нуклеотидных последовательностей. Разновидности и примеры

Изначально

Databank (in UK)

Database (in the USA)

Первый “банк данных” 1965 -1978

Атлас белковых последовательностей и их структур

 

База данных:

Коллекция данных структурированная снабженная поиском (индексированная) периодически обновляемая снабженная перекрестными ссылками (гиперлинки)

Обычно включает сопутствующие инструменты (программное обеспечение), необходимые для доступа, обновления, введения, удаления и анализа информации

 

Биологические базы данных

Различные типы биологической информации объединяют в базы данных

Последовательностей

Структурные

Экспериментальных данных

Научная литература

Все базы данных связаны между собой

 

Базы данных последовательностей:

генные

геномные

мутаций, вызывающих заболевания

………….

Базы данных

Архивные
(примеры: PDB, GenBank)
за содержание каждой записи отвечает её автор-экспериментатор

Курируемые
за содержание записей отвечают специальные люди — кураторы

(примеры: SwissProt)

Автоматические
записи генерируются компьютерными программами

(примеры: UniGene)

 

Базы данных ДНК (нуклеотидных последовательностей

GenBank (NCBI)

TIGR

Yeast

E. coli

Проблемы

Биологические базы данных росли последние 20 лет:

Избыточность: множественные записи.

Неверные последовательности и записи.

Открытость (данные добавляются пользователями):

Изменения вносятся владельцами записей.

Старые последовательности.

Неверные последовательности.

Неполные аннотации.

 

4 Общаяя характеристика эукариотических геномов. Парадокс величины С.

Организация генома эукариот. По химической организации материала наследсвенности и изменчивости экариоты и прокариоты принципиально не отличаются друг от друга. Генетический материал у них представлен ДНК. Общим для них является и принцип записи генетической информации, а также генетический код. Одни и те же аминокилосты шифруются у про- и эукариот одинаковыми кодонами. Принципиально одинаковым образом у названных типов клеток осуществляется и использование наследсвенной информации, хранящейся в ДНК. Сначала она транскрибируется в нуклеотидную последовательность молекулы мРНК, а затем транслируется в ак последовательность пептида на рибосомах с участием тРНК. Особенности: -гены преривистые(информативные участки-экзоны и неинформативные участки-интроны);-экспрессию генов обеспечивает три вида рнк-полимераза 1,2,3.-регуляторные участки обычно расположены левее сайта инициации. Два вида:-промоторный(для связи с рнк-полимеразой 100 н.п левее сайта инициации могут быть за сотни и даже тысячи н.п левее сайта инициации);-энхансеры(от 100 до 20 000 н.п левее стимулир. Транскр-цию при связ). –прицип построения генома эукариот три уровня:-генный, хромосомный, геномный. – регуляция экспрессии генов происходит на всех этапах экспрессии генов. Механизмы регуляции многообразны и невероятно сложны

 

ПАРАДОКС ВЕЛИЧИНЫ С

Отсутствие соответствия между величиной С и предполагаемым количеством генетической информации, содержащейся внутри генома, известно как парадокс величины С (C-value парадокс).

а) размеры генома большинства эукариот настолько велики, что их потенциальная информационная емкость намного превышает реальное число генов;

б) виды одного и того же рода могут существенно (в несколько раз) отличаться по величине генома;

в) так называемые "эволюционно примитивные" реликтовые формы ("живые ископаемые") по содержанию ДНК на клетку зачастую превосходят представителей эволюционно преуспевающих таксономических групп.

 

5 Организация геномов прокариот. Горизонтальный перенос генов у прокариот. Понятие пангенома.

По химической организации материала наследсвенности и изменчивости экариоты и прокариоты принципиально не отличаются друг от друга. Генетический материал у них представлен ДНК. Общим для них является и принцип записи генетической информации, а также генетический код. Одни и те же аминокилосты шифруются у про- и эукариот одинаковыми кодонами. Принципиально одинаковым образом у названных типов клеток осуществляется и использование наследсвенной информации, хранящейся в ДНК. Сначала она транскрибируется в нуклеотидную последовательность молекулы мРНК, а затем транслируется в ак последовательность пептида на рибосомах с участием тРНК. Особенности: -наследственный материал прокариота содержится главным образом в единственной кольцевой молекуле ДНК. Она распологается непосредсвенно в цитопламе клетки, где также находятся необходимые для экспрессии генов тРНК и ферменты, часть из которых заключена в рибосомах. –гены прокариот непрерывны –в процессе транскрипции участвует только один фермент – рнк-полимераза. –у прокариот 3 вида регуляторных участков ДНК:1)промоторный, для связи с РНК-полимеразой, 10-35 н.п левее сайта инициации; 2)терминаторный, отвечает за завершение транскрипции и высвобождения транскрипта; 3)операторный, сцеплен с промотором или перекрывается с ним.

Основной чертой молекулярной организации прокариот является отсутствие в их клетках (или вирионах - вирусных частицах, в случае вирусов) ядра, отгороженного ядерной мембраной от цитоплазмы, если она существует. В отличие от эукариот, геном прокариот построен очень компактно. Количество некодирующих последовательностей нуклеотидов минимально, интроны редки. У прокариот для кодирования белков часто используются две или все три рамки считывания одной и той же последовательности нуклеотидов гена, что повышает кодирующий потенциал их генома без увеличения его размера.

 

ПАНГЕНОМ

Легкость горизонтального переноса и сильное эволюционное давление на минимизацию генома приводит к тому, что геном отдельной бактерии может не содержать весь набор генов, необходимых для нормального существования вида. Термин «вид» применительно к прокариотам следует использовать очень осторожно! Реальный размер бактериального генома почти всегда больше, чем тот, что мы наблюдаем в отдельно взятой клетке.

Пангеном – совокупность всех генов одного вида бактерий, которые могут быть скомбинированы в геноме одной клетки за счет механизмов горизонтального переноса.

Латеральный перенос генов (LGT), также называемый горизонтальным переносом генов (HGT) – это феномен, при котором геном одного организма приобретает новый ген из другого организма напрямую.

LGT можно описать как важную, “альтернативную” форму не вертикальной эволюции, открывающую организмам возможность быстро приобретать новые функции. LGT имеет важное значение как источник возможных ошибок филогенетического анализа.

 

6 Эволюция геномов. Роль мобильных генетических элементов в изменчивости ДНК. Дупликации и их значение для эволюции геномов. Ортологи и паралоги. Псевдогены.

Эволюция прокариотического и эукариотического геномов

1. Эволюция прокариотического генома

Уменьшение размеров ДНК за счет утраты некодирующих нуклеотидных последовательностей. Одновременно в качестве механизмов, поддерживающих выживаемость этих форм, закреплялось свойственное им короткое время генерации, т.е. интенсивное размножение и быстрая смена поколений. Перечисленные особенности хорошо сочетаются с гаплоидностью прокариот, что приводит к воспроизведению в фенотипе любой мутации.

Экспрессия 95% ДНК, относительно малые размеры генома, гаплоидность, проявление в фенотипе практически каждой мутации в сочетании с коротким временем генерации обусловливают высокую приспособленность. Вместе с тем для прокариотического типа организации не свойственны обширные и разнообразные изменения структуры. Вследствие этого описанное направление эволюции, обеспечивая высокую способность к выживанию (прокариоты существуют на Земле около 3,5 млрд. лет), является тупиковым в плане прогрессивной эволюции живых существ.

1. Эволюция эукариотического генома

В отличие от изменений прокариотического генома преобразования генома в эволюции эукариот связаны с нарастающим увеличением количества ДНК. На фоне такого увеличения большая часть ДНК является «молчащей», т.е. не кодирует аминокислот в белках или последовательностей нуклеотидов в рРНК и тРНК. В составе ДНК обнаруживаются высоко и умеренно повторяющиеся последовательности. Вся масса ДНК распределена между определенным числом специализированных структур -- хромосом. Хромосомы в отличие от нуклеоида прокариот имеют сложную химическую организацию. Эукариоты в большинстве случаев диплоидны. Время генерации у них значительно больше, чем у прокариот. Отмечаемые особенности, оформившиеся в ходе эволюции генома эукариот, допускают широкие структурные изменения и обеспечивают не только адаптивную (приспособительную), но и прогрессивную эволюцию.

2. Роль и мобильных генетических элементов горизонтального переноса генов в эволюции генома

Мобильные генетические элементы (МГЭ, подвижные элементы, транспозируемые элементы, транспозоны и т.д.) Будучи нестабильными по своей локализации в геномах, они создают мощный источник изменчивости генов, систем их управления и геномов. Поэтому МГЭ выступают и как факторы эволюции содержащих их геномов, и как эволюционирущие объекты.

 

Ортологи — последовательности, возникшие из одного общего предшественника в процессе видообразования. Ортологи, как правило, имеют одну и ту же функцию

Паралоги — последовательности, возникшие из одного общего предшественника в результате дупликации одного гена в одном организме. Паралоги, как правило, имеют разные функции.

Поделиться:





Воспользуйтесь поиском по сайту:



©2015 - 2024 megalektsii.ru Все авторские права принадлежат авторам лекционных материалов. Обратная связь с нами...