Геном человека-настоящее и будущее

 

"Наука в Сибири", N 2 (2488) 21 января 2005 г.

ГЕНОМ ЧЕЛОВЕКА: НАСТОЯЩЕЕ И БУДУЩЕЕ

Владимир Трифонов, научный сотрудник Института цитологии и генетики СО РАН, удостоен в 2004 году премии администрации Новосибирской области в конкурсе молодых ученых за цикл работ «Использование район- и хромосомоспецифичных библиотек ДНК для исследования эволюции и структуры кариотипа млекопитающих».

Сегодня он рассказывает о своих взглядах на проблему «геном человека» и своей работе в этом направлении.

Иллюстрация

Начало XXI века ознаменовано небывалым прорывом в области молекулярной генетики человека и, прежде всего, связано с завершением программы «Геном человека». Что это за программа, и какую пользу она принесла человечеству?

В конце 80-х — начале 90-х годов прошлого века в США стартовала крупная и весьма амбициозная кампания по расшифровке генома человека. Как известно из школьного курса биологии, наследственная информация человека, как и всех других живых существ на Земле, записана в виде чередования четырех нуклеотидов в длинных последовательностях ДНК, отдельные нити которых собраны в структуры, называемые хромосомами. Отдельные участки нити (гены) кодируют все белки организма, т.е. контролируют развитие, внешний вид и все биологические процессы, происходящие на клеточном и организменном уровнях. Конечно, сама молекула жизни и записанная в ней информация являются объектами исследователей всех стран. Изучены последовательности нуклеотидов (так называемая, первичная структура) множества важнейших генов человека, многих сельскохозяйственных и лабораторных животных. Программа «Геном человека» взялась изучить расположение всех нуклеотидов в геноме человека, т.е. 3,3 миллиарда! Поэтому на данный проект в США были выделены огромные средства и, кроме того, создана крупная международная программа с участием ведущих научных учреждений Великобритании, Франции, Германии, Японии, Швеции, Канады, Австралии и России. В результате уже в 2000 году частная фирма «Celetra Genomics» (США) и Международная программа «Геном человека» представили данные первичного варианта расшифровки генома.

В настоящее время идентифицировано более 25 тысяч генов человека, и большинству из них приписана точная хромосомная локализация, т.е. установлено, в каком месте какой хромосомы они находятся. Причем, среди изученных генов конечно есть и ответственные за наследственные заболевания человека.

Наша лаборатория цитогенетики человека и животных входила в состав российской программы «Геном человека», и в 90-е годы мы активно участвовали в физическом картировании различных генов и последовательностей ДНК на хромосомах человека.

После предоставления первичной структуры программа не остановила свое течение, а скорее перешла в новое русло. Теперь важно понять, какую роль играют определенные гены и их мутации в развитии наследственных и приобретенных заболеваний, какой существует полиморфизм в популяции человека по различным вариантам (аллелям) тех или иных генов и некодирующих последовательностей, что будет определять склонность индивидуума к тем или иным болезням. Кроме того, не совсем понятно, какую роль в составе ДНК играет огромное количество некодирующих и нерегуляторных последовательностей. Программа сиквенса (определения первичной структуры) всего генома так и не дала ответа на эти вопросы, но она подготовила хороший фундамент для дальнейшего изучения генома.

В настоящий момент также широко развернулись программы по секвенированию геномов других организмов, и кроме небольших геномов вирусов и бактерий уже определена первичная структура геномов дрожжей, плодовой мушки дрозофиллы, домовой мыши и крысы. На очереди — геномы шимпанзе и собаки.

Изучение геномов новых видов млекопитающих позволяет пролить свет на различные аспекты биохимии и эволюции, изучение таких лабораторных объектов, как мышь и крыса. даст возможность более детально изучать линии, используемые для анализа болезней, общих с человеком.

В настоящее время в лаборатории цитогенетики человека и животных мы занимаемся филогеномикой — составляем карты хромосомных гомологий (т.е. генетической идентичности отдельных участков) у целого ряда млекопитающих — от слона и носорога — до хомяков и землероек. Детально секвенировать и картировать подобные объекты — занятие весьма дорогое, а мы используем новейшие технологии для составления карт сходства не отдельных генов, а более крупных участков генома — отдельных хромосомных кусков. В некоторых случаях этого достаточно, чтобы переносить генетическую информацию с более генетически исследованных видов (тот же человек) на менее исследованные.

Мы анализируем также и филогенетические связи, устанавливая, какие виды животных ближе друг к другу генетически, какие дальше, выстраивая таким способом филогенетические деревья родства между отдельными видами. На таких деревьях особенно хорошо видно, что, например, корова и кит гораздо более близкие родственники, чем корова и лошадь.

Развитие новых методов анализа хромосомных перестроек человека — также актуальное направление работ. Ведь хромосомы человека способны перестраиваться, приобретать аномальную структуру, и в этих случаях могут наблюдаться как наследственные расстройства, так и расположенность к раку, неконтролируемому делению клеток. Своевременным определением хромосомных аномалий у эмбрионов на разных стадиях и у родителей занимаются врачи в генетической консультации. Наша задача — развитие новых методов, современных молекулярных технологий, которые позволяют провести анализ хромосом очень точно. В данном направлении в сотрудничестве с учеными из Германии, нами предложен подход многоцветного бэндинга, раскрашивание отдельных районов хромосом на множество разноцветных полосок, что позволяет максимально точно определять точки разрыва, т.е. мест, где произошла аномалия.

Конечно, современные исследования очень часто немыслимы без сотрудничества с иностранными партнерами. География наших контактов обширна. Кроме уже упомянутого института в Германии мы активно сотрудничаем и публикуем совместные работы с китайскими, английскими, французскими, американскими, японскими и даже южноафриканскими коллегами. Ведь особенно интересными и многонаправленными получаются работы, когда можно использовать опыт и экспериментальную базу сразу нескольких рабочих групп, не говоря о том, что в Южной Африке гораздо легче добыть материал зебры, носорога и слона, чем сделать это в Новосибирске.

В настоящее время мы делаем интересную и полезную работу на высоком уровне, соответствующем международным стандартам. Очень хотелось бы, чтобы никакие политические переделки и перестановки не помешали нашему дальнейшему прогрессу.

В. Трифонов, н.с. лаборатории
цитогенетики человека и животных
ИЦиГ СО РАН.