Lidský genom

Z Multimediaexpo.cz

Lidský genom je souhrn veškeré genetické informace zapsané v DNA uvnitř lidských buněk. Současný člověk, Homo sapiens sapiens, je řazen mezi eukaryotické organizmy, a tak obsahuje DNA uvnitř buněčného jádra a dále ovšem i v mitochondriích (tzv. mitochondriální DNA). V jádře je však genetické informace nejvíce. V tělních buňkách se vyskytuje diploidní jaderný genom, což v praxi znamená, že každý gen je přítomen v buňce dvakrát (výjimkou jsou geny na pohlavních chromozomech u muže).

Obsah

Historie výzkumu

Logo projektu čtení lidského genomu (Human Genome Project)

DNA byla poprvé identifikována v roce 1869 švýcarským lékařem Friedrichem Miescherem, a to v hnisu izolovaném z lékařských bandáží.[1] O její funkci se toho však dlouho nic nevědělo. Pravou roli DNA jako nositelky genetické informace se podařilo s jistotou určit až v 50. letech 20. století.[2] Ačkoliv se v oblasti genetiky začalo intenzívně bádat, správný počet lidských chromozomů (46) byl zjištěn až v roce 1955.[3] Byla potvrzena role DNA ve vzniku některých onemocnění, takto byl například na chromozomu 4 v roce 1983 objeven gen, jenž může při svém poškození vyvolat Huntingtonovu chorobu.[4] V roce 1987 vznikla první genetická mapa lidského genomu, jež dělila lidskou jadernou DNA na velké množství definovaných úseků (sekvencí).[5] V roce 1990 byl spuštěn Human Genome Project, kladoucí si za cíl přečíst (osekvenovat) celou jadernou DNA člověka; tento projekt byl úspěšně završen v podstatě již v roce 2003.[6] Do současnosti však již bylo osekvenováno několik genomů různých lidí, včetně biochemika Jamese Watsona, ale i několika osob, jež si tuto nákladnou proceduru zaplatili.[7][8][9] Do dnešní doby byl přečten genom několika stovek osob.[10] Zatímco dříve byl počet lidských genů odhadován na 100 000, v současné době jsou kvalifikované odhady pětkrát nižší.[11]

Jaderná DNA

Lidská jaderná DNA se skládá v haploidním stavu z asi 3,1–3,2 miliardy párů bází (tedy 3,2 Gbp).[12] Kdyby se seřadila jednotlivá vlákna za sebe, byla by vzniklá řada dlouhá asi jeden metr.[13]

Geny

Lidská jaderná DNA obsahuje 20–25 tisíc genů, což je mimochodem počet genů srovnatelný například s hlísticí Caenorhabditis elegans.[14][15] Některé prameny udávají pouhých 18 000 genů.[16] Počet nefunkčních genů (pseudogenů) představuje však dalších asi 20 000.[17] Mimo to jsou navíc v lidském genomu roztroušeny poněkud záhadné geny kódující různé druhy malých RNA – např. bylo odhaleno 800 genů pro microRNA.[12] Poměrně nízký počet genů je na druhou stranu efektivně využíván díky tzv. alternativnímu sestřihu (proces, v němž se z jednoho genu může vytvářet několik různých mRNA produktů) – alternativní sestřih se týká asi 35%∼60% genů.[12] Je dále zajímavé, že nejmenší lidský gen má pouze 500 nukleotidů a kóduje jistý histon, největší gen má 2,5 milionu nukleotidů a kóduje bílkovinu dystrofin (nicméně 99% tohoto obřího genu tvoří introny).[18]

Chromozomy

Karyotyp tělní buňky muže, 23 chromozomových párů, z toho jeden XY

Jaderný genom je rozeset po 23 párech chromozomů, z toho jeden pár je představován pohlavními chromozomy X a Y. Samotné geny kódující bílkoviny však tvoří pouhých 1,5% genomu, zbytek představují buď geny kódující různé druhy RNA, nebo různé regulační sekvence, introny a tzv. junk DNA („odpadní“ DNA) bez známé funkce.[19] DNA pocházející z virů např. představuje kolem 9% lidské DNA, virům podobné retrotranspozony činí až 34% z celkové sekvence.[11]

Lidský karyotyp (tedy chromozomální výbava) se dá rozdělit do sedmi skupin podle tvaru a velikosti chromozomů. Speciální pozornost je věnována poloze centromery, na tomto základě se rozlišují u člověka metacentrické, submetacentrické a akrocentrické chromozomy (telocentrické se u člověka nevyskytují; viz také článek chromozom):[20][14]

  • A: chromozomy 1, 2, 3 – velké, metacentrické či nanejvýš mírně submetacentrické chromozomy;
  • B: chromozomy 4,5 – velké submetacentrické chromozomy ;
  • C: chromozomy 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, X – středně velké submetacentrické chromozomy;
  • D: chromozomy 13, 14, 15 – středně velké akrocentrické chromozomy, 13 a 14 na jednom konci chromatidy mají satelity;
  • E: chromozomy 16, 17, 18 – krátké metacentrické či submetacentrické chromozomy;
  • F: chromozomy 19, 20 – krátké metacentrické chromozomy;
  • G: chromozomy 21, 22, Y – krátké akrocentrické chromozomy obsahující satelity (Y je však neobsahuje).

Mitochondriální DNA

Lidská mitochondriální DNA (mtDNA) má velikost 16 569 párů bazí,[21] celkem obsahuje 37 genů, z toho 24 představují geny pro různou nekódující RNA (2 geny pro 16S a 23S rRNA a 22 genů pro tRNA). Zbývajících 13 genů kóduje vlastní mitochondriální polypeptidy podílející se na enzymatické výbavě mitochondrií.[22] Role mitochondriální DNA je pouze doplňková, ačkoliv i poškození některých mitochondriálních genů může způsobit vážná mitochondriální onemocnění.

Evoluce

Lidé (Homo) se od evoluční linie šimpanzů (Pan), svých nejbližších příbuzných, oddělili před 5 až 7 miliony lety.[23][24] Hlavní snadno viditelnou změnou je splynutí dvou chromozomů, čímž se počet chromozomů redukoval z 48 na 46, resp. v haploidním genomu z 24 na 23. Touto fúzí vznikl lidský chromozom 2.[25] Z genetického hlediska se však liší genom šimpanze a člověka jen velmi málo: udává se, že je genetická informace z 95–99% zcela identická.[26][24][27] Za některé rozdíly mezi genomem člověka a šimpanze jsou zodpovědné převážně genové duplikace a v menší míře i substituce v rámci jednoho nukleotidu (SNP). Proteiny kódované těmito geny se obvykle liší nanejvýš 1–2 aminokyselinami.[27] Přesto existují i výjimky – některé studie zveřejňují seznamy genů, které se na cestě mezi šimpanzem a člověkem zásadně změnily. Mezi ně patří například lidský gen FOXP2, který, pokud je u člověka zmutován, způsobuje vážné vady řeči. To by mohlo znamenat, že se tento gen účastnil vývoje mezilidské komunikace.[28][23] Do podobných souvislostí se dává i delece v genu MYH16, která způsobuje, že je u člověka jím kódovaný protein nefunkční, zatímco u ostatních primátů se tento protein možná podílí na vývoji kousacích svalů. Další pozměněné geny podle různých studií způsobují, že je člověk náchylnější či odolnější k různým nemocem.[24]

V posledních několika letech byla zveřejněna i část genomu neandertálce (Homo sapiens neanderthalensis), a proto je možno činit srovnání moderního člověka s jeho poměrně blízkým příbuzným. Genom neandertálce je totiž podobný genomu moderního člověka z 99,5%. K oddělení linie vedoucí k modernímu člověku od linie neandertálské došlo pravděpodobně před asi 500 000 lety. Výše zmíněný gen FOXP2 je u neandertálců stejný, jako u moderního člověka.[29] Zdá se také, že byli podobně jako cca. polovina současných lidí v dospělosti neschopní trávit laktózu.[30]

I současné lidstvo však není geneticky uniformní, naopak se dají vysledovat různé linie, označované v populační genetice jako haploskupiny.[31] Obvykle se z tohoto hlediska zkoumá chromozom Y (viz heslo Adam chromozomu Y), případně mitochondriální DNA (viz mitochondriální Eva). Byly vystopovány jednotlivé varianty těchto částí genomu. Například je známo, že Abraham Lincoln pocházel z haploskupiny R1b1c, byl tedy zřejmě příbuzný například irskému středověkému králi Niallovi Noigíallachovi (rovněž haploskupina R1b).[32]

Co se týká odlišnosti člověka od méně příbuzných druhů živočichů, i tam se dá najít značná podobnost. V lidském genomu bylo nalezeno několik stovek míst o délce více než 200 bp, které se na 100% shodují s genomem potkana a myši – tyto sekvence jsou zřejmě místa pro navázání speciálních transkripčních faktorů.[12]

Reference

  1. ↑ Dahm R. Discovering DNA: Friedrich Miescher and the early years of nucleic acid research. Hum. Genet., January 2008, roč. 122, čís. 6, s. 565–81. DOI:10.1007/s00439-007-0433-0. PMID 17901982.  
  2. ↑ Hershey A, Chase M. Independent functions of viral protein and nucleic acid in growth of bacteriophage. J Gen Physiol, 1952, roč. 36, čís. 1, s. 39–56. Dostupné online [PDF]. DOI:10.1085/jgp.36.1.39. PMID 12981234.  
  3. ↑ http://www.genome.gov/25520285
  4. ↑ http://www.genome.gov/25520322
  5. ↑ http://www.genome.gov/25520325
  6. ↑ http://www.genome.gov/25520492
  7. ↑ Updated Dec.5,2008 08:25 KST. Digital Chosunilbo (English Edition) : Daily News in English About Korea [online]. English.chosun.com, 2008-12-05, [cit. 2009-05-31]. Dostupné online.  
  8. ↑ Kbs World [online]. Rki.kbs.co.kr, 2008-12-11, [cit. 2009-05-31]. Dostupné online.  
  9. ↑ http://www.nytimes.com/2008/03/04/health/research/04geno.html
  10. ↑ PETR, Jaroslav. Deset let ode „dne G“ [online]. Osel.cz. Dostupné online.  
  11. ↑ 11,0 11,1 RYAN, Frank. I, virus: Why you're only half human [online]. New Scientist. Dostupné online.  
  12. ↑ Chybná citace Chyba v tagu <ref>; citaci označené little není určen žádný text
  13. ↑ PALEČEK, Jiří. Biologie buňky I. Základy mikroskopické cytologie. Praha : Karolinum, 1996.  
  14. ↑ Chybná citace Chyba v tagu <ref>; citaci označené genetics není určen žádný text
  15. ↑ http://www.wormbase.org/wiki/index.php/WS205
  16. ↑ Chybná citace Chyba v tagu <ref>; citaci označené piechart není určen žádný text
  17. ↑ RÉDEI, George P.. Encyclopedia of Genetics, Genomics, Proteomics, and Informatics. 3rd Edition. vyd. [s.l.] : Springer, 2008. ISBN 978-1-4020-6753-2.  
  18. ↑ TWYMAN, Richard. Gene structure [online]. Wellcome Trust. Dostupné online.  
  19. ↑ International Human Genome Sequencing Consortium. Initial sequencing and analysis of the human genome.. Nature, 2001, roč. 409, čís. 6822, s. 860–921. DOI:10.1038/35057062. PMID 11237011.   [1]
  20. ↑ http://homepages.uel.ac.uk/V.K.Sieber/human.htm
  21. ↑ Pavel Říha, GENOM MITOCHONDRIÍ, http://mujweb.atlas.cz/Veda/mitochondrie/7/7.htm
  22. ↑ The Report of the Committee on the Human Mitochondrial Genome, http://www.mitomap.org/report.html
  23. ↑ 23,0 23,1 DAWKINS, Richard. Příběh předka. [s.l.] : Academia, 2008.  
  24. ↑ 24,0 24,1 24,2 VARKI, Ajit, Tasha K Altheide Comparing the human and chimpanzee genomes: searching for needles in a haystack. Genome Research, 2005-12, roč. 15, čís. 12, s. 1746-1758. Dostupné online [cit. 2009-09-21]. ISSN 1088-9051. DOI:10.1101/gr.3737405.  
  25. ↑ De Grouchy J.. Chromosome phylogenies of man, great apes, and Old World monkeys.. Genetica. Dostupné online.   1987 Aug 31;73(1-2):37-52.
  26. ↑ http://insciences.org/article.php?article_id=6676
  27. ↑ 27,0 27,1 Chimpanzee Sequencing and Analysis Consortium. Initial sequence of the chimpanzee genome and comparison with the human genome. Nature, 2005, roč. 437, s. 69–87. Dostupné online [PDF]. DOI:10.1038/nature04072.  
  28. ↑ FISHER, Simon E, Constance Scharff FOXP2 as a molecular window into speech and language. Trends in Genetics: TIG, 2009-04, roč. 25, čís. 4, s. 166-177. Dostupné online [cit. 2009-09-21]. ISSN 0168-9525. DOI:10.1016/j.tig.2009.03.002.  
  29. ↑ TIMMER, John. Welcome to Neanderthal genomics [online]. .  
  30. ↑ INMAN, Mason. Neanderthal Genome "First Draft" Unveiled. National Geographic, 12 February 2009. Dostupné online.  
  31. ↑ The International Society of Genetic Genealogy see Haplogroup definition in DNA-NEWBIE GLOSSARY [2]
  32. ↑ http://www.isogg.org/famousdna.htm

Externí odkazy


Citováno z „http://ww.multimediaexpo.cz/mmecz/index.php/Lidsk%C3%BD_genom“