Физическое картирование ДНК. Карта человеческого генома, проект генома человека, результаты и значимость.
Gene mappingdescribes the methods used to identify the locus of a gene and the distances between genes. The essence of all genome mapping is to place a collection of molecular markers onto their respective positions on the genome. Molecular markers come in all forms. Genes can be viewed as one special type of genetic markers in the construction of genome maps, and mapped the same way as any other markers. Physical mapping
Since actual base-pair distances are generally hard or impossible to directly measure, physical maps are actually constructed by first shattering the genome into hierarchically smaller pieces. By characterizing each single piece and assembling back together, the overlapping path or "tiling path" of these small fragments would allow researchers to infer physical distances between genomic features. The fragmentation of the genome can be achieved by restriction enzyme cutting or by physically shattering the genome by processes like sonication. Once cut, the DNA fragments are separated by electrophoresis. The resulting pattern of DNA migration (i.e. its genetic fingerprint) is used to identify what stretch of DNA is in the clone. By analyzing the fingerprints, contigs are assembled by automated (FPC) or manual means (pathfinders) into overlapping DNA stretches. Now a good choice of clones can be made to efficiently sequence the clones to determine the DNA sequence of the organism under study. In physical mapping, there are no direct ways of marking up a specific gene since the mapping does not include any information that concerns traits and functions. Genetic markers can be linked to a physical map by processes like in situ hybridization. By this approach, physical map contigs can be "anchored" onto a genetic map. The clones used in the physical map contigs can then be sequenced on a local scale to help new genetic marker design and identification of the causative loci. Macrorestriction is a type of physical mapping wherein the high molecular weight DNA is digested with a restriction enzyme having a low number of restriction sites.There are alternative ways to determine how DNA in a group of clones overlaps without completely sequencing the clones. Once the map is determined, the clones can be used as a resource to efficiently contain large stretches of the genome. This type of mapping is more accurate than genetic maps. The Human Genome Project (HGP) was an international scientific research project with the goal of determining the sequence of nucleotide base pairs that make up human DNA, and of identifying and mapping all of the genes of the human genome from both a physical and a functional standpoint.[1] It remains the world's largest collaborative biological project.[2] After the idea was picked up in 1984 by the US government when the planning started, the project formally launched in 1990 and was declared complete in 2003. Funding came from the US government through the National Institutes of Health (NIH) as well as numerous other groups from around the world. A parallel project was conducted outside of government by the Celera Corporation, or Celera Genomics, which was formally launched in 1998. Most of the government-sponsored sequencing was performed in twenty universities and research centers in the United States, the United Kingdom, Japan, France, Germany, Canada, and China.
The Human Genome Project originally aimed to map the nucleotides contained in a human haploid reference genome (more than three billion). The "genome" of any given individual is unique; mapping the "human genome" involved sequencing a small number of individuals and then assembling these together to get a complete sequence for each chromosome. The finished human genome is thus a mosaic, not representing any one individual. A genome is an organism's complete set of deoxyribonucleic acid (DNA), a chemical compound that contains the genetic instructions needed to develop and direct the activities of every organism. DNA molecules are made of two twisting, paired strands. Each strand is made of four chemical units, called nucleotide bases. The bases are adenine (A), thymine (T), guanine (G) and cytosine (C). Bases on opposite strands pair specifically; an A always pairs with a T, and a C always with a G.
The human genome contains approximately 3 billion of these base pairs, which reside in the 23 pairs of chromosomes within the nucleus of all our cells. Each chromosome contains hundreds to thousands of genes, which carry the instructions for making proteins. Each of the estimated 30,000 genes in the human genome makes an average of three proteins.
Human Genome Project, an international collaboration that successfully determined, stored, and rendered publicly available the sequences of almost all the genetic content of the chromosomes of the human organism, otherwise known as the human genome.
The human genome is made up of approximately three billion base pairs of deoxyribonucleic acid (DNA). The bases of DNA are adenine (A), thymine (T), guanine (G), and cytosine (C).
The human genome is made up of approximately three billion base pairs of deoxyribonucleic acid.
The Human Genome Project (HGP), which operated from 1990 to 2003, provided researchers with basic information about the sequences of the three billion chemical base pairs (i.e., adenine [A], thymine [T], guanine [G], and cytosine [C]) that make up human genomic DNA (deoxyribonucleic acid). The Human Genome Project was further intended to improve the technologies needed to interpret and analyze genomic sequences, to identify all the genes encoded in human DNA, and to address the ethical, legal, and social implications that might arise from defining the entire human genomic sequence.
Timeline Of The Human Genome Project
Prior to the Human Genome Project, the base sequences of numerous human genes had been determined through contributions made by many individual scientists. However, the vast majority of the human genome remained unexplored, and researchers, having recognized the necessity and value of having at hand the basic information of the human genomic sequence, were beginning to search for ways to uncover this information more quickly. Because the Human Genome Project required billions of dollars that would inevitably be taken away from traditional biomedical research, many scientists, politicians, and ethicists became involved in vigorous debates over the merits, risks, and relative costs of sequencing the entire human genome in one concerted undertaking. Despite the controversy, the Human Genome Project was initiated in 1990 under the leadership of American geneticist Francis Collins, with support from the U.S. Department of Energy and the National Institutes of Health (NIH). The effort was soon joined by scientists from around the world. Moreover, a series of technical advances in the sequencing process itself and in the computer hardware and software used to track and analyze the resulting data enabled rapid progress of the project.
Animated structure of a DNA molecule, showing the deoxyribose sugar molecules (green) and phosphate molecules (yellow crosses) that form the basic outer framework of the DNA double helix. Pairs of nitrogenous bases (adenine bound to thymine and guanine bound to cytosine), which form bonds that look like the rungs of a ladder, connect the outer strands of the DNA molecule.
Перевод
Картирование генов описывает методы, используемые для идентификации локуса гена и расстояния между генами. Суть всех картирование генома состоит в том, чтобы поместить коллекцию молекулярных маркеров на их соответствующие позиции в геноме. Молекулярные маркеры бывают разных форм. Гены можно рассматривать как один особый тип генетических маркеров при построении карт генома и отображаться так же, как и любые другие маркеры. Физическое отображение [edit]
Так как фактические расстояния базовой пары, как правило, трудно или невозможно измерить напрямую, физические карты фактически строятся, сначала разбивая геном на иерархически меньшие части. Характеризуя каждую отдельную фигуру и собирая ее вместе, пересекающийся путь или «черепичный путь» этих маленьких фрагментов позволил бы исследователям вывести физические расстояния между геномными особенностями. Фрагментация генома может быть достигнута путем рестрикции ферментами или физическим разрушением генома такими процессами, как обработка ультразвуком. После среза фрагменты ДНК разделяют с помощью электрофореза. Полученная картина миграции ДНК (то есть ее генетический отпечаток) используется для определения того, какое растяжение ДНК находится в клоне. Анализируя отпечатки пальцев, концы собираются автоматизированными (FPC) или ручными средствами (pathfinders) в перекрывающиеся участки ДНК. Теперь хороший выбор клонов может быть сделан для эффективной последовательности клонов для определения последовательности ДНК исследуемого организма. В физическом картировании нет прямых способов маркировки определенного гена, так как отображение не включает никакой информации, касающейся признаков и функций. Генетические маркеры могут быть связаны с физической картой посредством процессов, подобных гибридизации на месте . Благодаря такому подходу, континенты физических карт могут быть «привязаны» к генетической карте. Клоны, используемые в физических контигиях карты, затем могут быть секвенированы в локальном масштабе, чтобы помочь в разработке нового генетического маркера и идентификации причинных локусов.
Ограничение макросов - это тип физического отображения, в котором высокомолекулярная ДНК расщепляется рестрикционным ферментом, имеющим небольшое количество сайтов рестрикции. Существуют альтернативные способы определения того, как ДНК в группе клонов перекрывается без полного секвенирования клонов. Как только карта определена, клоны могут использоваться как ресурс, чтобы эффективно содержать большие участки генома. Этот тип сопоставления более точен, чем генетические карты. Проект генома человека (HGP) был международным научно-исследовательским проектом с целью определения последовательности пар оснований нуклеотидов, составляющих человеческую ДНК, а также идентификации и картирования всех генов человеческого генома как из физического, так и из функционального точка зрения. [1] Он остается крупнейшим совместным биологическим проектом в мире [2]. После того как идея была поднята в 1984 году правительством США, когда началось планирование, проект официально был запущен в 1990 году и был объявлен завершенным в 2003 году. Финансирование поступило от правительства США через Национальный институт здравоохранения (NIH), а также множество других Групп со всего мира. Параллельный проект был проведен вне правительства правительством Celera Corporation или Celera Genomics, которое было официально запущено в 1998 году. Большая часть спонсируемой правительством последовательности была выполнена в двадцати университетах и исследовательских центрах в Соединенных Штатах, Великобритании, Японии, Франции, Германии, Канаде и Китае [3].
Первоначально проект генома человека был нацелен на отображение нуклеотидов, содержащихся в человеческом гаплоидном справочном геноме (более трех миллиардов). «Геном» любого данного индивидуума уникален; Картирование «генома человека» включало секвенирование небольшого количества индивидуумов, а затем их объединение для получения полной последовательности для каждой хромосомы. Законченный человеческий геном - это, таким образом, мозаика, не представляющая ни одного человека. Геном - это полный набор дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК) организма, химического соединения, которая содержит генетические инструкции, необходимые для разработки и направления деятельности каждого организма. Молекулы ДНК состоят из двух скрученных парных нитей. Каждая прядь состоит из четырех химических единиц, называемых нуклеотидными основаниями. Основаниями являются аденин (A), тимин (T), гуанин (G) и цитозин (C). Базы на противоположных цепях пары специфически; A A всегда пары с T, а C всегда с G.
Геном человека содержит приблизительно 3 миллиарда этих пар оснований, которые находятся в 23 парах хромосом внутри ядра всех наших клеток. Каждая хромосома содержит от сотен до тысяч генов, которые содержат инструкции по созданию белков. Каждый из 30 000 генов в геноме человека составляет в среднем три белка.
Проект генома человека , международное сотрудничество, которое успешно определило, хранило и предоставило общедоступные последовательности почти всего генетического содержимого хромосом человеческого организма, иначе известного как человеческий геном.
Геном человека состоит примерно из трех миллиардов пар оснований дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК). Основаниями ДНК являются аденин (A), тимин (T), гуанин (G) и цитозин (C).
Геном человека состоит примерно из трех миллиардов базовых пар дезоксирибонуклеиновой кислоты .Проект генома человека (HGP), который работал с 1990 по 2003 год, предоставил исследователям основную информацию о последовательностях трех миллиардов химических пар оснований (т.е. аденин [A], тимин [T], гуанин [G] и цитозин [C]), которые составляют геномную ДНК человека (дезоксирибонуклеиновая кислота). Проект генома человека был также призван улучшить технологии, необходимые для интерпретации и анализа геномных последовательностей, идентификации всех генов, закодированных в ДНК человека, и решения этических, юридических и социальных последствий, которые могут возникнуть в результате определения всей человеческой геномной последовательности ,
Хронология проекта генома человека
До проекта генома человека базовые последовательности многочисленных человеческих генов определялись с помощью вклада многих отдельных ученых. Тем не менее, подавляющее большинство генома человека осталось неисследованным, и исследователи, признав необходимость и ценность наличия под рукой основной информации о геномной последовательности человека, начали искать способы более быстрого раскрытия этой информации. Поскольку для Проекта человеческого генома потребовались миллиарды долларов, которые неизбежно будут убраны из традиционных биомедицинских исследований, многие ученые, политики и этики стали участвовать в энергичных дебатах по существу, рискам и относительным затратам на секвенирование всего генома человека в одном согласованном затея. Несмотря на противоречия, проект генома человека был начат в 1990 году под руководством американского генетика Френсиса Коллинза при поддержке Министерства энергетики США и Национальных институтов здравоохранения (NIH). Вскоре к ним присоединились ученые со всего мира. Кроме того, ряд технических достижений в самом процессе упорядочивания, а также в компьютерном оборудовании и программном обеспечении, используемых для отслеживания и анализа полученных данных, обеспечили быстрый прогресс проекта. Анимированная структура молекулы ДНК, показывающая молекулы сахара дезоксирибозы (зеленая) и молекулы фосфата (желтые кресты), которые формируют основной внешний каркас двойной спирали ДНК. Пары азотистых оснований (аденин, связанный с тимином и гуанином, связанным с цитозином), которые образуют связи, похожие на ступеньки лестницы, соединяют внешние цепи молекулы ДНК.