Міжнародний проект "Геном людини"
"... Але перш забереш в кімнатах, вимий вікна, натри підлогу, вибілили кухню, виконан грядки, посади під вікнами сім трояндових кущів, розбери сім мішків квасолі: білу відбери від коричневої, пізнай саму себе ... "
Е.Л. Шварц. "Попелюшка"
Напевно, самим важким для Попелюшки в завданнях злий і підступної мачухи було: "Пізнай саме себе! "Все інше важко, але зрозуміло - дії звичні, вигадувати нічого не треба, тільки встигай ... А що значить: "Пізнай самого себе"? Дізнатися, як ти рухаєшся, думаєш чи дихаєш, коли перебираєш квасоля? А може бути, перший крок до справжнього розуміння людини - дізнатися, як він відтворює собі подібних?
Коли кілька американських учених в 1986-1987 роках заходилися нечувано зухвало умовляти керівників Міністерства енергетики США виділити кілька мільярдів доларів на фантастичний проект: дізнатися будова всіх генів людини - це був правильний крок до пізнання самих себе. Дізнавшись будова генів, можна було зазіхнути і на те, щоб вторгнутися реально в розуміння процесів мислення та реагування на стимули, що приходять з навколишнього середовища і т.д. Як тільки проект, названий "Геном людини", був оголошений, почалися нові муки: безліч людей у ​​всьому світі, причому не просто обивателі, а професора і керівники інститутів, стали його різко критикувати, називаючи його "Завіральнимі", нереальним і просто дурним. Вкладених коштів він не виправдає, зусиль зажадає стільки, що всі вчені, закинувши решта справ, впоратися з ним не зможуть і т.п. Гроші затія поглине, а толку все одно не буде. Зарано ще до цього приступати, твердили ці знавці, наука не дозріла для вирішення таких завдань, технічних можливостей не створено, краще припинити з самого початку безглузду вигадку, а гроші пустити на дійсно реальні проекти. Якби на цьому наполягали фахівці з ядерної фізики або фізичної хімії, було б зрозуміло, адже через "Генома людини" призупинили інші дорогі проекти, насамперед у галузі фізики. Але в хорі протестів виділялися і голоси біологів, особливо із Західної Європи та СРСР. Правда, в СРСР були й інші вчені, зокрема академік А.А. Баєв, які відразу ж постаралися включитися в міжнародний проект і винести з нього максимальну користь.
І ось пройшло 10 років з моменту офіційного старту проекту. Чого ж вдалося досягти? До кінця 1999 розшифровано понад два десятки геномів. Але наскільки близькі ми до розумінню будови всіх генів людини? І що ці дані можуть дати самому людині?
СКІЛЬКИ ГЕНІВ У ЛЮДСЬКОМУ ОРГАНІЗМІ?
У будь соматичній клітині людини 23 пари хромосом. У кожній з них по одній молекулі ДНК. Довжина всіх 46 молекул майже 2 м.
У дорослої людини приблизно 5х10 ^ 13 клітин, так що загальна довжина молекул ДНК в організмі 1011 км (майже в тисячу разів більше відстані від Землі до Сонця). У молекулах ДНК однієї клітини людини 3200000000 пар нуклеотидів. Кожен нуклеотид складається з вуглеводу, фосфату і азотистого підстави. Вуглеводи й фосфати однакові у всіх нуклеотидах, а азотистих основ - чотири. Таким чином, мова генетичних записів чотирибуквений, і якщо підстава - його "літера", то "Слова" - це порядок амінокислот в кодованих генами білках. Крім складу білків в геномі (сукупності генів в одинарному наборі хромосом) записані і інші цікаві відомості. Можна сказати, що Природа (в результаті еволюції або Божого промислу) закодувала в ДНК інструкції про те, як клітинам виживати, реагувати на зовнішні впливи, запобігати "поломки", іншими словами, - як розвиватися і старіти організму.
Будь-яке порушення цих інструкцій веде до мутацій, і якщо вони трапляються в статевих клітинах (Сперматозоїдах або яйцеклітинах), мутації передаються наступним поколінням, загрожуючи існуванню даного виду.
Як представити собі 3 млрд підстав зримо? Щоб відтворити інформацію, що міститься в ДНК єдиної клітини, навіть найдрібнішим шрифтом (як в телефонних довідниках), знадобиться тисячу 1000-сторінкових книг!
Скільки ж всього генів, тобто послідовностей нуклеотидів, що кодують білки, в ДНК людини? Роки три тому вважали, що близько 100 тис., потім вирішили, що не більше 80 тис. В кінці 1998 р. прийшли до висновку, що в геномі людини 50-60 тис. генів. На їх частку припадає лише 3% загальної довжини ДНК. Роль інших 97% поки не ясна.
ЩО ТАКЕ "Геном людини"?
Мета проекту - з'ясувати послідовності азотистих основ і положення генів (Картування) в кожній молекулі ДНК кожної клітини людини, що відкрило б причини спадкових захворювань і шляхи до їх лікування. У проекті зайняті тисячі фахівців з усього світу: біологів, хіміків, математиків, фізиків і техніків. Це один з найдорожчих наукових проектів в історії. У 1990 р. на нього витрачено 60 млн дол, в 1991 р. - 135 млн, в 1992-1995 рр.. - Від 165 до 187 млн в рік, а в 1996-1998 рр.. тільки США витратили 200, 225 і 253 млн
Інтерес до вже отриманими результатами величезний: самі цитовані у 1998 р. автори (не тільки в генетиці чи біології, але у всіх галузях науки) Марк Адамс і Крейг Вентер з Інституту досліджень геному в штаті Меріленд (США) - приватної компанії, займається тільки складанням "генних карт".
ВІХИ ПРОЕКТУ
Проект складається з п'яти основних етапів:
В· складання карти, на якій позначені гени, віддалені один від одного не більше, ніж на 2 млн підстав, на мові фахівців, з роздільною здатністю 2 Мб (Мегабаза - від англійського слова "Base" - основа);
В· завершення фізичних карт кожної хромосоми з дозволом 0,1 Мб;
В· отримання карти всього геному у вигляді набору описаних окремо клонів (0,005 Мб);
В· до 2004 р. повне секвенування ДНК (Дозвіл 1 підставу);
В· нанесення на карту з дозволом в 1 підставу всіх генів людини (до 2005 р.). Коли ці етапи будуть завершені, дослідники визначать всі функції генів, а також біологічні та медичні застосування результатів.
ТРИ КАРТИ
В ході проекту створюють три типи карт хромосом: генетичні, фізичні та секвенсовие (від англ. sequence - послідовність). Виявити всі гени, присутні в геномі, і встановити відстані між ними - значить локалізувати кожен ген у хромосомах. Такі генетичні карти крім інвентаризації генів і визначення їх положень відповідять на винятково важливе питання про те, як гени визначають ті або інші ознаки організму. Адже багато ознак залежать від декількох генів, часто розташованих у різних хромосомах, і знання положення кожного з них дозволить зрозуміти, як відбувається диференціювання (спеціалізація) клітин, органів і тканин, а також як успішніше лікувати генетичні захворювання. У 20-ті та 30-ті роки, коли створювалася хромосомна теорія спадковості, з'ясування положення кожного гена призвело до того, що на генетичних картах спочатку дрозофіли, а потім кукурудзи і ряду інших видів вдалося відзначити особливі точки, як тоді говорили, "генетичні маркери" хромосом. Аналіз їх положення в хромосомах допоміг забезпечити генетичні карти хромосом людини новими відомостями. Перші дані про становище окремих генів з'явилися ще в 60-і роки. З тих пір вони множилися лавиноподібно, і в даний час відомо положення вже десятків тисяч генів. Три роки тому дозвіл генетичної карти становило 10 Мб (для деяких ділянок - навіть 5 Мб).
Інша напрям досліджень - складання фізичних карт хромосом. Ще в 60-ті роки цитогенетики стали офарблювати хромосоми, щоб виявити на них особливі поперечні смуги. Після фарбування смуги було видно в мікроскоп. Між смугами і генами вдалося встановити відповідність, що дозволило вивчати хромосоми по-новому. Пізніше навчилися "мітити" молекули ДНК (Радіоактивними чи флуоресцентними мітками) і стежити за приєднанням цих міток до хромосомам, значно підвищило дозвіл їх структури: до 2 Мб, а потім і до 0,1 Мб (при діленні клітин). У 70-ті роки навчилися "Розрізати" ДНК на ділянки...
