Постгеномная эра 1. Начало функциональной геномики – 2. Протеомика

Постгеномная эра
1. Начало функциональной геномики –
2. Протеомика
3. Медицинская геномика и молекулярная
медицина
4. Онкогеномика
5. Психогеномика
6. Геном и окружающая среда
7. Генная диагностика
8. Генная дактилоскопия
9. Геноинформатика
9. Генная терапия
10.Геронтология
11.Фармакогенетика
12.Геноинформатика
13.Сравнительная геномика
14.Происхождение человека
15.Этногеномика
16.Геногеография
17.Биокмпьютеры
18.Геном как объект искусственных манипуля
ций. Трансгенез и нутригеномика
19. Этические проблемы
Основа функциональной геномики – структурная
геномика
•Технология микрочипов- позволяет
автоматизировать поиск мутаций,
экспрессию генов в норме и при
заболеваниях, диагностировать
заболевания
•Моделирование – для изучения функции
генов. Трансгенные мыши с генами
человека. Нокаутные мыши
Прочтен текст с миниатюрного природного носителя
информации ДНК. 25 томов – 22 аутосомы,
Y- хромосома, Х-хромосома и mit- хромосома.
Главная задача функциональной геномики –
расшифровать, как работает геном
Протеомика
Разнообразие белков больше чем генов
У человека около 1 млн белков
Связь структуры белков с заболеваниями
В новейших технологиях – предсказание структуры
и функции белков
Прионовые заболевания – проблема изменения
конформации белка
Этногеномика
Человек существует на Земле 200 000 лет
В геноме человека нет генов, полученных им от
неандертальца
Генетическая Ева жила 200 000 лет назад в СевероВосточной Африке
В это же время жил человеческий Адам
– по Y-хромосоме
Палеогеномика
Сходство генома человека и шимпанзе на 99 %
Гаплоидный набор человека – 23 пары, обезьяны -24
2 хромосома человека произошла от слияния
двух хромосом обезьяны
Человек и обезьяна разошлись 30-100 тысяч лет назад
Геноинформатика дополняет эксперименты -in
silico
•Хранение огромного объема информации
Анализ информации – поиск белоккодирующих генов и
РНК-овых генов с помощью компьютерных алгоритмов
Создание книги «Функционирующий геном»
Хранение информации о белках в сверхкомпьютерах
Использование генетического программирования –
гены как аналоги компьютерных программ
Дизайн лекарственных препаратов
Компьютерное моделирование и создание модели
клетки
Нужны мощные компьютеры. Уже создан
компанией IBM компьютер с 7,5 триллионов
операций в секунду
Задача – использование генетического
программирования для создания компьютеров
и компьютерных программ
ДНК – компьютер- сверхбыстродействие,
миниатюрность
1 млн п.н. ДНК эквивалентен 1 мегабайту информации,
а вся ДНК в геноме человека – 3 гига-байта
В 1 кубическом см ДНК информации больше,
чем в 1 триллионе СD дисков
Обычный винчестер – 7 гигабайт на квадратный
дюйм
1 символ занимает 1,3 нанометра – в дюйме ДНК 18
мегабайтили 1 млн гигабайт на квадратный дюйм
Значит на единицу площади ДНК содержит
информации в 100 000 раз больше чем винчестер
Фармакогеномика
Персонификация лечения на основе знаний генома
Микрочипы для определения индивидуальной
реакции на лекарство
Дизайн лекарственных препаратов на основе
знаний о генах и мишенях препаратов
Пример – астматики используют албутерол.
Если в одном из генов последовательность
ТЦТЦЦ – хорошо. ТЦТЦГ – побочные эффекты,
ТЦТЦТ - токсично
Даже известные лекарства эффективны не у всех,
а только у 25%
Скорость выведения лекарства может различаться у
людей в 4-100 раз
У некоторых людей побочные реакции от применения
лекарств могут быть смертельными
Идеал – создание индивидуалной пилюли с
улучшенными свойствами
Открыты мутации принципиально
нового типа – экспансия
тринуклеотидных повторов, или
динамические мутации. Они ричина
синдрома Мартина-Белла, хореи
Геттингтона, миотиноческой
дистрофии. Если в норме повтор
составляет около 50, при увеличении
числа, возникает нестабильность
генного локуса
Геронтология
Поиск генов долголетия
Ген теломеразы
Ген Инди (I em not dead yet)
ген Клото
Ген геликазы связаны с синдромом Вернера
или прогерии
Ген харакири
Гены сторожа охраняют геном от повреждений
Гены апоптоза (клетка исповедует самурайский
кодекс- лучше умереть, чем ошибиться)
Суть не в том, сколько лет живет человек, а
как он живет Сенека
Не тот человек больше всех жил, кто может
насчитать больше лет, а тот, кто больше всего
чувствовал жизни.
Ж.Ж.Руссоо
Психогеномика
Связь генотипа с психическими особенностями и
заболеваниями
•В династии Кеннеди – ген лидерства
•У гомосексуалистов – определенный участок ДНК
на конце Х-хромосомы
•Ген самоубийства – мутации в гене серотонина и
его рецептора
•Тревожность – более удлиненный ген транспортера
серотонина
•Ген агрессивности – ген МАО
•Гены материнства, поиска новизны
Перспективы на 40 лет Френсиса Коллинза
2010 – генное тестирование, генная терапия,
профилактика, пренатальная диагностика
2020 – лекарства на основе генной информации,
терапия рака, лечение психических заболеваний,
генная терапия на уровне зародышевых клеток
2030 – геном отдельного человека, каталог генов
старения, увеличение продолжительности жизни,
эксперименты на компьютерных моделях
МЕТОД ФИНГЕРПРИНТ, ИЛИ ГЕННАЯ
ДАКТИЛОСКОПИЯ,
основан на полиморфизме длин рестрикционных
фрагментов
Позволяет исследовать полиморфизм множества
локусов повторяющихся последовательностей,
микросателлитов
В геноме млекопитающих более 30
высокополиморфных локусов, что достаточно для
идентификации особи
Оценка
полиморфизма
По длине
Рестрикционных
фрагментов
Онкогеномика
В США в 1999 г начат проект «геном рака»
Онкогены
Антионкогены
Гены предрасположенности
Эпигенетика рака
Постгеномная эра
Мол. Археология – в 1984 гвпервые
выделена ДНК вымершего животного квагги,
предка зебры, истребленного более 100 лет
назад. 1977 мамонтенок Дима. Его ДНК
клонирована.В 1985 г клонирована ДНК из
египетской мумии возрастом более 4400 лет
В 1988 г получены копии митох ДНК из
головного мозга человека, погибшего 7 тыс
лет назад,выделена ДНК из листа магнолии,
пролежавшего в иле 17 млн лет
ДНК из насекомых, попавших в янтарь
1991 идентифицирована ДНК останков
царской семьи
Фармакогеномика – индивидуальная
чувствительность к лекарствам
обеспечивается особенностями генов. Даже
известные лекарства эффективны не для
всех. Ожидаемый эффект наблюдается
менее чем у 25% людей
Поиск лекарств на основе знаний о геноме.
Поиск мишеней и лигандов.
Перевод лечения персонифицированный
принцип
Скорость выведения лекарст тоже завивит
от генов. Микрочипы для определения
персональной реакции на лекарство
Психогеномика – гены и поведение
Геном и окр среда – близнецовый метод дает
представление о роли генов и факторов среды
в заболеваниях и поведении, умственном
развитии
•Агрессивность
•Дислексия – неспособность к чтению у 84 %
одноз близнецов
•Гомосексуализм
•Лесбиянство.
•некоторые мировоззренческие установкиотношение к см казни, абортам
•Прочность брака\ощущение счастья
•Продолжительность жизни
Наследственные болезни связанные с
экспансией тринуклеотидных повторов
CGG – синдром ломкой Х-хромосомы, связан
с инактивацией гена FMR1белок которого
осуществляет транспорт мРНК к полисомам
CAG- полиглутаминовые заболевания. В белке
полиглутаминовые участки вызывают
самоагрегацию = нейродегенеративные
болезни
GAA в первом интроне гена фрактаксина.
Подавляется экспрессия гена и развитие
атаксии Фридрейха. Фрактаксин - митох белок
CTG – миотоническая дистрофия
В поколениях происходит экспансия
повторов при нарушении репликации в
отстающей цепт
Генная дактилоскопия – ДНК можно
разложить в виде спектра полос как
товарный чек. Два одинаковых кода
могут быть среди 40 млрд людей.
Метод применен для идентификации
останков семьи Николая II. Проведено
сравнение с ныне здравствующим
родственником Романовых мужем
королевы Англии принцем Филиппом (
внучатый племянник имератрицы
Александры Федоровны) В
захоронении не обнаружен сын и дочь
Анастасия
Молекулярная эпидемиология –
исследование маркеров повышенного риска
опухолей и др. заболеваний
Диета с повыш содержанием жира – рак
толстого кишечника
Почему только у одного из 10 курильщиков
- рак легкого
У черныз в 3 раза больше рака пищевода и
рака легкого\
У негритянок до 40 лет больше рака МЖ, а
после 40 лет ситуации меняется на
противоположную
Постгеномная эра
Мол. Археология – в 1984 гвпервые
выделена ДНК вымершего животного квагги,
предка зебры, истребленного более 100 лет
назад. 1977 мамонтенок Дима. Его ДНК
клонирована.В 1985 г клонирована ДНК из
египетской мумии возрастом более 4400 лет
В 1988 г получены копии митох ДНК из
головного мозга человека, погибшего 7 тыс
лет назад,выделена ДНК из листа магнолии,
пролежавшего в иле 17 млн лет
ДНК из насекомых, попавших в янтарь
1991 идентифицирована ДНК останков
царской семьи
Фармакогеномика – индивидуальная
чувствительность к лекарствам
обеспечивается особенностями генов. Даже
известные лекарства эффективны не для
всех. Ожидаемый эффект наблюдается
менее чем у 25% людей
Поиск лекарств на основе знаний о геноме.
Поиск мишеней и лигандов.
Перевод лечения персонифицированный
принцип
Скорость выведения лекарст тоже завивит
от генов. Микрочипы для определения
персональной реакции на лекарство
Психогеномика – гены и поведение
Геном и окр среда – близнецовый метод дает
представление о роли генов и факторов среды
в заболеваниях и поведении, умственном
развитии
•Агрессивность
•Дислексия – неспособность к чтению у 84 %
одноз близнецов
•Гомосексуализм
•Лесбиянство.
•некоторые мировоззренческие установкиотношение к см казни, абортам
•Прочность брака\ощущение счастья
•Продолжительность жизни
Наследственные болезни связанные с
экспансией тринуклеотидных повторов
CGG – синдром ломкой Х-хромосомы, связан
с инактивацией гена FMR1белок которого
осуществляет транспорт мРНК к полисомам
CAG- полиглутаминовые заболевания. В белке
полиглутаминовые участки вызывают
самоагрегацию = нейродегенеративные
болезни
GAA в первом интроне гена фрактаксина.
Подавляется экспрессия гена и развитие
атаксии Фридрейха. Фрактаксин - митох белок
CTG – миотоническая дистрофия
В поколениях происходит экспансия
повторов при нарушении репликации в
отстающей цепт
Генная дактилоскопия – ДНК можно
разложить в виде спектра полос как
товарный чек. Два одинаковых кода
могут быть среди 40 млрд людей.
Метод применен для идентификации
останков семьи Николая II. Проведено
сравнение с ныне здравствующим
родственником Романовых мужем
королевы Англии принцем Филиппом (
внучатый племянник имератрицы
Александры Федоровны) В
захоронении не обнаружен сын и дочь
Анастасия