• Прежде всего, центральные регионы каждой хромосомы, известные как центромеры, которые содержат большое количество повторяющихся последовательностей ДНК; их сложно секвенировать при помощи современных технологий. Центромеры имеют длину миллионы (возможно десятки миллионов) пар нуклеотидов, и, по большому счёту, остаются несеквенированными.
• Во-вторых, концы хромосом, называемые теломерами, также состоящие из повторяющихся последовательностей, и по этой причине в большинстве из 46 хромосом их расшифровка не завершена. Точно не известно, какая часть последовательности остаётся не расшифрованной до теломер, но как и с центромерами, существующие технологические ограничения препятствуют их секвенированию.
• В-третьих, в геноме каждого индивидуума есть несколько локусов, которые содержат членов мультигенных семейств, которые также сложно расшифровать с помощью основного на сегодняшний день метода фрагментирования ДНК (англ.). В частности, эти семейства кодируют белки, важные для иммунной системы.
• Кроме перечисленных регионов, остаётся ещё несколько брешей, разбросанных по всему геному, некоторые из которых довольно крупные, но есть надежда, что все они будут закрыты в ближайшие годы.

   Бо́льшая  часть остающейся ДНК сильно повторяющаяся, и маловероятно, что она содержит гены, однако это останется неизвестным, пока они не будут полностью секвенированы. Понимание функций всех генов  и их регуляции далека от завершения. Роль мусорной ДНК, эволюция генома, различия между индивидуумами, и многие другие вопросы по-прежнему являются предметом  интенсивных исследований в лабораториях всего мира.³¹

   the 1000 Genomes Project

   По  материалам «портаал MEMBRANA: люди, идеи, технологии» 
(http://www.membrana.ru)

   Национальный  исследовательский институт генома человека (National Human Genome Research Institute — NHGRI) в США, британский институт Сенгера (Wellcome Trust Sanger Institute) и Пекинский институт геномики в Шэньчжэне (Beijing Genomics Institute-Shenzhen) взялись за реализацию глобального  проекта расшифровки геномов 1000 человек со всего мира.

   На  данный момент установлена полная последовательность генов всего нескольких человек, (например доктора Ватсона). Чтобы создать общедоступную полную карту генома человека со всеми возможными вариациями, учёным понадобятся все доступные новые методы и около $30-50 миллионов (проведение всех операций устаревшими способами потребовало бы как минимум $500 млн).

   Проект  назван незамысловато — "1000 Genomes Project".

   За  первый год устроители надеются провести три первых пробных мероприятия (подробнее читайте в этом пресс-релизе), после которых они решат, как  максимально эффективно добиться результата и при этом потратить поменьше денег.

   Какова  же цель столь масштабного исследования?

   Все люди генетически схожи примерно на 99%. Однако тот самый один процент  различия генов определяет восприимчивость  того или иного человека к разным болезням, побочное действие лекарств и реакцию на условия окружающей среды, что весьма важно не только для учёных, но и для самих людей.

   Предыдущие  исследования обнаружили примерно 100 регионов мира, в которых наследственность определяла предрасположенность местного населения, например, к диабету или  раку молочной железы (а также к  заболеванию сердечной артерии, воспалению кишечника или суставному артриту и так далее).

   Сейчас  из-за недостатка информации учёным приходится проводить дорогостоящее исследование ДНК пациента, чтобы установить, какое именно "отклонение от нормы" в хромосомах вызвало болезнь. Исследователи  надеются, что по завершении прочтения  тысячи геномов такой анализ будет  более дешёвым, быстрым и эффективным  – помогут открытые закономерности. Кстати, все полученные данные будут  доступны любому пользователю Сети.

   Где же биологи возьмут столько образцов ДНК? Планируется, что донорами станут прежде всего люди, участвующие в  международном проекте HapMap(направлен на понимание индивидуальных вариаций геномов людей и их ассоциирование с риском развития разных заболеваний³²).

   Среди тех, чья ДНК будет расшифрована, уже точно присутствуют: африканец, говорящий на языке йоруба, из Ибадана  в Нигерии; японец из Токио; китаец из Пекина; постоянный житель штата Юта, чьи предки приехали в США из северной и Западной Европы; житель итальянской  Тосканы; индиец, говорящий на языке  гуджарати, из Хьюстона; китаец из Денвера; люди с мексиканскими корнями, проживающие  в Лос-Анджелесе, а также жители юго-запада США, чьи предки проживали  в Африке.

   Авторы 1000 Genomes Project пока не решили, насколько  тщательно биологи будут исследовать  каждую последовательность генов. Из-за этого одни учёные полагают, что  установленные временные и денежные рамки негативно скажутся на качестве результатов. Другие же считают результаты "нежизнеспособными" без дополнительных данных о доноре (например, истории  болезни и основных параметров, вроде  веса и роста).

   На  все эти "подозрения" организаторы проекта отвечают, что их целью  не является определение всех генетических корней тех или иных черт человека (это весьма усложнит исследования и, кроме того, может привести к  раскрытию личности доноров).

   "Исследование  даже тысячи людей не позволит  лучшим умам человечества установить  точную связь между генотипом  и фенотипом людей, — говорит  Фрэнсис Коллинз (Francis Collins), директор NHGRI, — оставим это открытие  будущим исследованиям".³³

Краткие итоги

   На  этом этапе были изучены взаимоотношения  между генами и ферментами, генами и структурой белка.

   В 1953 г. Ф. Крик и Дж. Уотсон, опираясь на результаты опытов генетиков и биохимиков и на данные рентгеноструктурного анализа, создали структурную модель ДНК  в форме двойной спирали. Предложенная ими модель ДНК хорошо согласуется  с биологической функцией этого  соединения: способностью к самоудвоению генетического материала и устойчивому  сохранению его в поколениях —  от клетки к клетке.

   Эти свойства молекул ДНК объяснили  и молекулярный механизм изменчивости: любые отклонения от исходной структуры  гена, ошибки самоудвоения генетического  материала ДНК, однажды возникнув, в дальнейшем точно и устойчиво  воспроизводятся в дочерних нитях  ДНК.

   В последующее десятилетие эти  положения были экспериментально подтверждены: уточнилось понятие гена, был расшифрован  генетический код и механизм его  действия в процессе синтеза белка  в клетке.

   Возникло новое направление в молекулярной генетике —генная инженерия — система приемов, позволяющих биологу конструировать искусственные генетические системы.

   Генная  инженерия основывается на универсальности  генетического кода: триплеты нуклеотидов  ДНК программируют включение  аминокислот в белковые молекулы всех организмов — человека, животных, растений, бактерий, вирусов.

   Благодаря этому можно синтезировать новый  ген или выделить его из одной  бактерии и ввести его в генетический аппарат другой бактерии, лишенной такого гена.

   Таким образом, третий, современный этап развития генетики открыл огромные перспективы  направленного вмешательства в  явления наследственности и селекции растительных и животных организмов, выявил важную роль генетики в медицине, в частности, в изучении закономерностей  наследственных болезней и физических аномалий человека.

 

Глава третья. Немного об особенностях развития генетики в России.

   Начало  развития генетики в нашей стране приходится на первые годы Советской  власти. В 1919 г. в Петроградском университете была создана кафедра генетики, которую  возглавил Юрий Александрович Филипченко. В 1930 г. открылась Лаборатория генетики Академии наук СССР под руководством Николая Ивановича Вавилова (с 1933 г. – Институт генетики).

   В 1920–1930-е гг. наша страна лидировала по всем разделам генетики

   Кольцов Николай Константинович – предсказал свойства носителей генетической информации; разрабатывал теорию гена; разрабатывал учение о социальной генетике (евгенике).

   Вавилов Николай Иванович – сформулировал  закон гомологических рядов, разработал учение о виде как системе.

   Мичурин Иван Владимирович – открыл возможность  управления доминированием.

   Серебровский  Александр Сергеевич – создал учение о генофонде и геногеографии: «Совокупность всех генов данного  вида я назвал генофондом, чтобы  подчеркнуть мысль о том, что  в лице генофонда мы имеем такие  же национальные богатства, как и  в лице наших запасов угля, скрытых  в наших недрах».

   Четвериков  Сергей Сергеевич – в работе «О некоторых моментах эволюционного  процесса с точки зрения современной  генетики» доказал генетическую неоднородность природных популяций.

   Дубинин Николай Петрович – доказал делимость  гена; независимо от западных исследователей установил, что важную роль в эволюции играют вероятностные, генетико-автоматические процессы.

   Шмальгаузен Иван Иванович – разработал теорию стабилизирующего отбора; открыл принцип  интеграции биологических систем.

   Николай Владимирович Тимофеев-Ресовский –  заложил основы современной генетики популяций.

   На  августовской (1948 г.) сессии ВАСХНИЛ  власть в науке захватил президент  ВАСХНИЛ академик Т.Д. Лысенко. Научной  генетике он противопоставил лжеучение  под названием «мичуринская биология». Многие ученые-генетики (Н. П. Дубинин, И. А. Рапопорт) были лишены возможности  заниматься наукой. Только в 1957 г. М.Е. Лобашев  возобновил преподавание генетики. В 1965 г. Т.Д. Лысенко под давлением прогрессивной  общественности (ученых-математиков, химиков, физиков) утратил монополию на научную истину. Был создан Институт общей генетики АН СССР, создано Общество генетиков и селекционеров им. Н. И. Вавилова. В конце 1960-ых гг. наша страна вновь обрела утраченные позиции в мировой науке.³⁴

   В Приложении 7 мной приведена статья из электронной версии газеты «Биология» (раздел «история науки»), в которой рассказано о состоянии российской генетики в так называемый период «лысенковщины».

 

Заключение

   В ходе работы мною были рассмотрены основные процессы в развитии генетики: доменделевские опыты, явившиеся предпосылками для её появления, опыты Менделя, переоткрытые лишь через 35 лет, зарождение хромосомной теории, эволюция представлений о гене, о структуре и функциях ДНК, формирование представлений о генетическом коде и его расшифровка и т.д.

   Наука  к настоящему моменту прошла в  своём развитии ряд этапов, условно  их можно выделить три:

• Первый этап – связан с открытиями Менделя;
• Второй этап – характеризуется переходом к изучению процессов наследственности на клеточном уровне. Установлена связь между менделеевскими законами и распределением хромосом в процессе деления клеток. Важную роль на этом этапе сыграли опыты Моргана на мушках дрозофилах.
• Третий, современный этап, в основном, связан с развитием представлений о ДНК и дальнейшем её изучении: механизмов реализации наследственной информации, генетического кода, функций генов и т.д.

   Путь  генетики был непростым, открытия учёных-генетиков  не всегда сразу признавались общественностью  вследствие её неготовности к таким, зачастую, сенсационным выводам. Однако это не помешало ей добиться наблюдаемых  сейчас довольно значительных результатов.

   Начиная с изучения растений и поисков  способов выведения новых, лучших сортов, генетика пришла к изучению человека и поискам борьбы с наследственными заболеваниями, старением и т.д. – прогресс налицо.

   Кто знает, может быть, наши внуки уже  будут застрахованы от многих заболеваний, передающихся по наследству. Возможно, они уже смогут жить дольше нас (а  то и вечно).

   А пока мы будем ждать. Ждать результатов  производящихся научных исследований, в том числе и the 1000 Genomes Project, ждать, какие ещё невероятные факты откроет нам генетика, и будут ли они нам полезны.

 

Список  источников

1. История биологии (с начала ХХ века до наших дней) /  Под ред. Л.Я. Бляхера. – М.: Наука, 1975. – 660 с.
2. Бочков Н.П. Гены и судьбы. - М.: Мол. Гвардия, 1990.- 255 с.
3. Афонин Алексей Алексеевич. «Общая и теоретическая биология» (http://afonin-59-bio.narod.ru)
4. Агамалян Е.Н, журнал "Научные среды" № 7,8 2005 года, статья «Пионеры генетики» (http://dbserv.pnpi.spb.ru/ioc/ioc/line0578/n4a.htm)
5. Электронная версия газеты «Биология» (http://bio.1september.ru)
6. Портал MEMBRANA: люди, идеи, технологии.