что такое днк простыми словами расшифруйте для неграмотного человека

Что такое ДНК, или почему каждый из нас наполовину банан

Эту аббревиатуру мы слышим довольно часто, но мало кто пытается вникнуть и понять, что же такое ДНК. ДНК расшифровывается как дезоксирибонуклеиновая кислота, но понимания это особо не прибавляет. Будем разбираться дальше.

ДНК – это полимерная молекула. С точки зрения химии – это двойная спираль, которая складывается из нескольких блоков нуклеотидов, повторяющихся много-много раз. А две спирали связаны между собой водородными связями. На самом деле ДНК отнесли к разряду молекул только лишь для удобства, поскольку она во много раз больше стандартных молекул.

Существует всего 4 вида нуклеотидов: аденин, тимин, гуанин, цитозин. И именно в их последовательности и зашифрована генетическая «инструкция» для развития живого организма, то есть вся генетическая информация. Именно молекула ДНК сообщает каждой клетке нашего организма, какие белки и в каком количестве необходимо производить.

Цепочки ДНК закручиваются в спирали тоже неспроста. Это помогает уменьшить длину спирали в 5-6 раз, чтобы более компактно «упаковать» всю генетическую информацию. Ученые подсчитали, что если раскрутить спирали ДНК, то они растянутся на 16 млрд километров (это расстояние от Земли до Плутона и обратно). А если кто-то захочет напечатать геном человека, то на это уйдет 50 лет, если непрерывно набирать текст на компьютере по 8 часов каждый день.

В 99.9% ДНК всех людей на планете одинаковы, а наши различия обусловлены только 0,1%! Удивительно, не так ли? На этом примере очень хорошо понятно, какое огромное количество информации заложено в ДНК, если даже 0,1% отвечает за такое огромное количество различий между всеми людьми на планете. Да что там с людьми. Это покажется комичным, но 50% человеческого ДНК полностью схожа с ДНК банана, а число генов у человека ненамного больше генов у круглого червя.

Разумеется, одна, пусть даже очень большая двойная спираль, не может вместить в себя всю генетическую информацию о человеческом организме. Именно поэтому цепочки составляют пару, которая внешне напоминает букву «Х». Уникальная последовательность из нуклеотидов в одной из двух спиралей ДНК называется геном. Если даже незначительно изменить последовательность в нем, то ген будет поврежден или разрушен, в результате у человека может возникнуть генетическое заболевание.

Источник

Анализ ДНК

Термин «анализ ДНК» подразумевает анализ генетических последовательностей. Данный метод был изобретен в 1980-х годах английским генетиком. Анализ ДНК используется для самых разных целей — позволяет осуществлять внутривидовую идентификацию, например — человек, животное, а также применяется для дифференцировки индивидуумов в пределах одного вида. Если возникла необходимость в проведении генетического исследования, обратитесь в «ДНКОМ». Наша компания является одним из лидер ов рынка лабораторной диагностики и специализируется на проведении генетического тестирования. Мы можем предложить приемлемые цены, высокую точность, оперативность и конфиденциальность. Услуги предоставляются в Москве, Туле, Курске, Краснодаре и других городах.

Для чего проводят ДНК-тесты

Анализ ДНК используется для решения большого числа задач, которые связаны не только с идентификацией личности. Ниже приведены наиболее распространенные виды генетического тестирования, которые основываются на анализе ДНК.

2) Диагностическое тестирование. Исследования этого рода позволяют идентифицировать болезнь с 100% точностью. Тестирование ДНК проводится в том случае, когда выставлен предварительный диагноз на основании признаков и симптомов. Анализ ДНК лишь подтверждает генетическую природу заболевания.

4) Генетическое тестирование для людей, у которых уже есть семейная история наследственного заболевания или принадлежащих к определенным этническим группам. Особую значимость предиктивные генетические тесты имеют в группах людей с семейной историей заболевания. Люди, которые «несут» изменения в генах, связанных с болезнью, могут не проявлять признаков заболевания, однако способны передать генное изменение своим детям. ДНК тесты рекомендованы всем людям, у которых один или несколько родственников ближайшей линии родства страдали состоянием, для которого четко доказана связь генетики.

5) Прегравидарная подготовка или планирование беременности. Прегравидарную подготовку могут пройти все пары, планирующие беременность. Порой такой тип анализа ДНК помогает выявить носительство мутаций, которые могут быть переданы будущему поколению. Родителям, которые оба являются носителями мутантных генов, необходимо проходить медико-генетическое консультирование на предмет здоровья будущих детей и выполнять преимплантационное тестирование.

6) Преимплантационное тестирование. Это метод ПГД (преимплантационная генетическая диагностика). Используется для обнаружения генетических изменений эмбрионов, которые были созданы с использованием методов вспомогательных репродуктивных технологий.

7) Пренатальное тестирование. Демонстрирует изменения в генах или хромосомах плода до рождения. Этот тип тестов ДНК выполняется во время беременности, если существует повышенный риск генетического или хромосомного расстройства. Анализ ДНК выполняется либо по крови матери, что является более безопасным вариантом для матери и плода, другие ДНК тесты требуют забора пуповинной крови, околоплодных вод или ткани плаценты. Результат пренатального тестирования помогает уменьшить волнение пары и позволяет принять решение о текущей беременности. Данный анализ на ДНК не способен идентифицировать все возможные наследственные нарушения и врожденные дефекты, только лишь наиболее часто встречающиеся.

Существует несколько смежных с медициной областей, где анализ ДНК нашел свое применение:

Физические способности человека заложены на уровне ДНК. На основании анализа можно выявить предрасположенность к определенным видам спорта и определить оптимальную нагрузку без вреда для здоровья. Анализ, в частности, позволяет родителям сделать выбор в пользу той или иной секции для ребенка.

Как выполняют тест на ДНК

Процесс анализа ДНК начинается с выделения и очистки ДНК из биологического образца. ДНК может быть идентифицирована в нескольких типах образцов и извлечена с использованием ряда методов. Выбранный метод часто зависит от матрицы образца, количества ДНК, и целей тестирования.

Общий алгоритм тестирования ДНК:

1) Сбор генетического материала

В качестве образца для генетических тестов чаще всего используется образец крови. Пренатальные тесты ДНК подразумевают исследование и забор более сложного биологического материала, который осуществляет врач. При проведении тестов по определению биологического родства используются клетки буккального эпителия, которые получают путем соскоба со слизистой оболочки щеки. Процедура довольно проста, безопасна и не занимает много времени. Материалом для анализа ДНК также могут служить образцы слюны, волос, ногтей, эякулята и т.д.

Непосредственно в лаборатории регистратор вносит в базу данных информацию об образце и типе заказанного теста. После чего генетический материал отправляется в отдел лаборатории, где будет проводиться подготовка ДНК и далее анализ. Затем начинается сам процесс выделения ДНК, который сопровождается обработкой реактивами, температурным и механическим воздействиям. В ходе выделения ДНК очищается от примесей и теперь готова для непосредственного анализа.

Подготовленный образец ДНК помещают в генетический анализатор для выявления уникальных участков ДНК-маркеров. «Прочитать» результаты такого анализа и в дальнейшем сделать выводы могут только врачи-генетики.

4) Выдача результата

Данные анализа ДНК представляются в удобной для восприятия форме – графики, диаграммы и таблицы. Заключение, оформленное печатью лаборатории и подписью генетика, может быть выдано на руки или направлено в электронном виде.

Источник

Как понять результаты анализа ДНК

Статья опубликована: 2018-06-21

Рейтинг: 5 из 5

Проведение генетической экспертизы на сегодняшний день является самым востребованным видом современных исследований, который обеспечивает максимальную точность результата. Так, в лаборатории ДНК тестов ДТЛ исследования проводятся с наивысшей вероятностью результата – 99,999999%. Процентное значение указывается в экспертном заключении. При этом клиентов часто интересует — как понять анализ ДНК, что он означает? Здесь все зависит от особенностей его проведения, поскольку тестирование проводят для установления:

Как расшифровать ДНК анализ

Несмотря на то, что генетические исследования в Москве стали доступны, а их результаты широко используются в медицине, юридической сфере и криминалистике, они представляют собой достаточно сложную технологию. Проводится расшифровка анализа ДНК путем секвенирования. Эта процедура представляет собой установление последовательности микроструктур, которые представляют собой множественные буквенные значения.

Чтобы изучить молекулу, ее выделяют из образца биоматериала, после этого делают многочисленные копии, которые распределяют на фрагменты для проведения исследования. Азотистые соединения, которые составляют генетическую формулу, обрабатывают флуоресцентной краской. В процессе лазерного воздействия эти участки станут заметны.

На сегодняшний день применяется усовершенствованные методики анализа, которые позволили удешевить и ускорить процедуру. Самые популярные виды секвенирования — терминации цепи, лигирование, анализ одиночных молекул.

После проведения тестирования заказчик получает заключение с процентным выражением результата. Например, при ДНК на установление отцовства положительный ответ дается с наивысшим показателем 99,999999%. В данном случае 0,01% остается на тот случай, что у каждого человека теоретически может быть близнец, который имеет аналогичный хромосомный набор. Если факт отцовства не подтверждается, то результат указывается со 100%-ой вероятностью.

Анализ ДНК: как расшифровать и понять

Если Вы хотите понять анализ ДНК, можете обратиться за бесплатной консультацией к нашим специалистам по телефону или задать свой вопрос на сайте. Вы получите понятный, развернутый ответ в самое ближайшее время.

Источник

Сколько у нас генов?

Сколько у нас генов?

Найти ответ на этот вопрос оказалось куда сложнее, чем кто-либо предполагал

Автор

Редактор

Статья на конкурс «био/мол/текст»: Это интересный вопрос, ответ на который должен был дать проект «Геном человека», завершившийся в 2003 году. После того как ученые получили основную информацию о геноме человека, они попытались определить число генов, но эта задача оказалось не такой простой. Цель настоящей статьи — суммировать и проанализировать научные данные по составлению каталога генов у человека.

Конкурс «био/мол/текст»-2018

Эта работа опубликована в номинации «Свободная тема» конкурса «био/мол/текст»-2018.

Генеральный спонсор конкурса — компания «Диаэм»: крупнейший поставщик оборудования, реагентов и расходных материалов для биологических исследований и производств.

Спонсором приза зрительских симпатий выступил медико-генетический центр Genotek.

Как же мало известно о генах! Первый раз я остро ощутила это, находясь на практике в лаборатории медицинской генетики Харбинского медицинского университета. Исследовательская группа, где я проходила стажировку, занималась изучением онкогена Sei-1, который индуцирует образование двухминутных хромосом (DM), что способствует развитию онкогенеза. Однако механизм образования онкогена Sei-1 остается неизвестным до сих пор. А ведь различные мутации генов являются причиной возникновения и других опасных заболеваний человека, помимо рака. Итак, в данной статье мы изложим некоторые соображения о том, почему мы все еще многое не знаем о генах, а также сформулируем наше мнение о том, сколько генов у человека.

В 1977 году Фредерик Сэнгер впервые разработал метод секвенирования ДНК [1], основанный на терминации ДНК-полимеразной реакции с помощью дидезоксинуклеотидов, за что в 1980 году был удостоен Нобелевской премии в области химии. В этом же году Нобелевскую премию получили Максам и Гилберт, которые предложили метод секвенирования ДНК путем химической деградации. В 1985 году была выявлена первая полная последовательность ДНК бактерии (Haemophilus influenzae), в 1996 году получен первый геном эукариотической клетки (дрожжи Saccharomyces ceravisiae), а в 1998 году расшифрован геном дождевого червя (Caenorhabditis elegans). Завершение в 2003 году проекта «Геном человека» привело к публикации полной последовательности человеческого генома. Но «полной» ее можно назвать весьма условно, учитывая, что около 8% не секвенировано и по сей день [2].

Проект «Геном человека» и полный список генов

Выявление полного списка генов необходимо для выяснения молекулярных механизмов возникновения и развития рака, шизофрении [3], деменции, а также многих других заболеваний человека. Секвенирование ДНК, выделенной из тканей больных, позволяет выявлять такие мутации, как нуклеотидные замены, делеции и вставки, ответственные за возникновение этих заболеваний.

Рисунок 1. Арт-проект на выставке «Геном — расшифровка кода жизни» в Национальном музее естественной истории в Вашингтоне

Собственно, ради этого и затевался проект «Геном человека» (Human genome project, HGP), который продолжался с 1990 по 2003 год. Его основной задачей было определение нуклеотидной последовательности ДНК человека и локализации 100 000 человеческих генов (как тогда полагали) [4]. Параллельно с этим планировалось изучить ДНК набора модельных организмов, чтобы получить сравнительную информацию, необходимую для понимания функционирования генома человека. Предполагалось, что информация, полученная в результате HGP, станет настольной книгой для биомедицинской науки в XXI веке [5]. Целями данных исследований являлось получение информации о причинах ряда болезней [6] и, в конечном итоге, разработка способов лечения более чем 4000 генетических заболеваний, которые затрагивают человечество, включая многофакторные, в которых генетическая предрасположенность играет важную роль. Считалось, что результаты секвенирования генома позволят определить локализацию каждого гена и их общее количество. Однако последовавшие за этим события доказали обратное: сегодня существует несколько баз данных генов, которые существенно отличаются друг от друга. Причем число белок-кодирующих генов совпадает, а число генов других типов расходится.

Проект «Протеом человека»

В 2010 году по инициативе Организации по изучению протеома человека (Human proteome organization, HUPO) был начат проект «Протеом человека» (HPP), целью которого является создание полного списка белков вида Homo sapiens [7]. Для этого, во-первых, предполагается идентифицировать и охарактеризовать, по крайней мере, по одному белковому продукту белок-кодирующих генов, их однонуклеотидные полиморфизмы и варианты сплайсинга, а также виды посттрансляционной модификации белков [8]. Во-вторых, данные протеомики, полученные в результате реализации HPP, способствуют, в дополнение к геномным данным, решению различных биомедицинских задач и созданию новых аннотированных баз знаний, таких как neXtProt [9].

В настоящее время neXtProt содержит информацию о 17 487 белках, существование которых экспериментально подтверждено, 1728 белках, подтвержденных на уровне транскриптов, 515-и, определенных на основании гомологии, 76-и предсказанных и 571-м неизвестной природы. Особый интерес вызывают белки, существование которых экспериментально не доказано, хотя данные о том, что они кодируются геномом, существуют. Это так называемые «потерянные» белки, которые составляют примерно 18% всех кодируемых белков. Для выявления и характеристики таких белков создан ресурс MissingProteinPedia [7].

«Протеом человека» является продолжением проекта «Геном человека». Предполагается, что благодаря проекту по изучению протеома мы узнаем точное количество белок-кодирующих генов, что впоследствии позволит понять, сколько всего генов у человека.

Немного о РНК

Проект «Геном человека» показал, что молекулы РНК также важны для жизни, как и ДНК. Внутри клеток существует множество РНК (рис. 2). Изначально РНК подразделяются на некодирующие РНК (нкРНК), которые не транслируются в белки, и кодирующие РНК (мРНК), служащие матрицей для синтеза полипептидных цепей белка. Некодирующие РНК имеют более сложную классификацию. Они бывают инфраструктурными и регуляторными. Инфраструктурные РНК представлены рибосомными РНК (рРНК) и транспортными РНК (тРНК). Молекулы рРНК синтезируются в ядрышке и составляют основу рибосомы, а также кодируют белки субъединиц рибосомы. После того, как рРНК полностью собраны, они переходят в цитоплазму, где в качестве ключевых регуляторов трансляции, участвуют в чтении кода мРНК. Последовательность из трех азотистых оснований в мРНК указывает на включение определенной аминокислоты в последовательность белка. Молекулы тРНК, приносят указанные аминокислоты на рибосомы, где синтезируется белок.

Рисунок 2. Виды РНК

рисунок автора статьи

Регуляторные нкРНК очень широко представлены в организме, классифицируются в зависимости от размера и выполняют ряд важных функций (табл. 1).

Проблема терминологии

Прежде чем ответить на вопрос: «Сколько у нас генов?», нужно понять, что же такое ген?

Основное внимание HGP было направлено на белок-кодирующие гены [15]. Однако, как было указано в первоначальном докладе HGP в 2001 году, «тысячи генов человека продуцируют некодирующие РНК (нкРНК), являющиеся их конечным продуктом», хотя на тот момент было известно около 706 генов нкРНК [2]. В своей недавней статье, опубликованной в журнале BMC Biology Стивен Зальцберг (Steven L. Salzberg) дает следующее определение гена [16]:

Ген любой участок хромосомной ДНК, который транскрибируется в функциональную молекулу РНК или сначала транскрибируется в РНК, а затем транслируется в функциональный белок.

Это определение включает как гены некодирующих РНК, так и белок-кодирующие гены, и позволяет определять все варианты альтернативного сплайсинга в одном локусе как варианты одного и того же гена. Это позволяет исключить псевдогены – нефункциональные остатки структурных генов, утратившие способность кодировать белок.

Результаты двух первых исследований свидетельствовали о наличии у человека 31 000 [2] и 26 588 белок-кодирующих генов [17], а в 2004 появилась полная последовательность генома человека [4], и авторы подсчитали, что полный каталог насчитывает 24 000 белок-кодирующих генов. Каталог человеческих генов Ensembl включает 22 287 белок-кодирующих генов и 34 214 транскриптов [18].

Секвенирование нового поколения (NGS)

Появление высокопроизводительных методов параллельного секвенирования (в ходе такого секвенирования миллионы фрагментов ДНК из одного образца секвенируются одновременно) или секвенирования нового (следующего) поколения (next-generation sequencing, NGS) [1] позволило значительно ускорить поиск функциональных участков генома [4]. Биотехнологические компании разработали и коммерциализировали различные платформы для NG-секвенирования, позволяющие секвенировать от 1 млн до десятков млрд коротких последовательностей (ридов, reads) длиной 50–600 нуклеотидов каждая. К наиболее популярным платформам относятся такие, как Illumina и IonTorrent, использующие амплификацию ДНК с помощью ПЦР [19], а также платформы одномолекулярного секвенирования, такие как Helicos Biosciences HeliScope, Pacific Biosciences SMRT (single molecule real-time sequencing), и нанопорового секвенирования Oxford Nanopore, осуществляющие секвенирование в реальном времени и позволяющие прочитывать значительно более длинные риды — до 10–60 тыс. нуклеотидов. Кроме того, изобретение секвенирования РНК (RNA-seq) в 2008 году, которое создавалось для количественного определения экспрессии генов, также способствовало обнаружению транскрибируемых последовательностей, как кодирующих, так и некодирующих РНК [20].

Благодаря NGS, базы данных днкРНК и других генов РНК (таких как микро-РНК) резко выросли за десятилетие, и текущие каталоги генов человека теперь содержат больше генов, кодирующих РНК, чем белки (табл. 2).

Рисунок 3. Последовательность ДНК, получаемая после секвенирования человеческого генома

В ходе секвенирования РНК обнаружилось, что альтернативный сплайсинг, альтернативное инициирование транскрипции и альтернативное прерывание транскрипции проиcходят гораздо чаще, чем полагали, затрагивая до 95% человеческих генов. Следовательно, даже если известно местоположение всех генов, сначала нужно выявить все изоформы этих генов, а также определить, выполняют ли эти изоформы какие-либо функции или они просто представляют собой ошибки сплайсинга.

Базы данных генов человека

Задача по составлению каталога всех генов по-прежнему не решена. Проблема заключается в том, что за последние 15 лет только две исследовательские группы составили список доминантных генов: RefSeq, которая поддерживается Национальным центром биотехнологической информации (NCBI) при Национальных институтах здоровья (NIH), и Ensembl/Gencode, которая поддерживается Европейской молекулярно-биологической лабораторией (EMBL). Однако, несмотря на большой прогресс, сейчас в каталогах различается количество белок-колирующих генов, генов длинных некодирующих РНК, псевдогенов, а также варьирует количество антисмысловых РНК и других некодирующих РНК (табл. 2). Каталоги еще дорабатываются: например, в прошлом году сотни генов, кодирующих белок, были добавлены или удалены из списка Gencode. Эти разногласия объясняют проблему создания полного каталога человеческих генов.

В 2017 году была создана новая база данных генов человека — CHESS. Примечательно, что она включает все белок-кодирующие гены как Gencode, так и RefSeq, так что пользователям CHESS не нужно решать, какую базу данных они предпочитают. Бóльшее количество генов может вызывать больше ошибок, но создатели считают, что бóльший набор окажется полезным при исследовании болезней человека, которые еще не отнесены к генетическим. Набор генов CHESS в настоящее время в версии 2.0 еще не окончательный, и, безусловно, создатели работают над его усовершенствованием.

Таким образом, все еще неизвестно, сколько всего генов у человека. Существует ряд проблем, затрудняющих эту задачу. Например, многие гены (особенно, гены днкРНК), видимо, имеют высокую тканеспецифичность. Из этого следует, что пока ученые подробно не исследуют все типы клеток человека, они не могут быть уверены, что обнаружили все человеческие гены и транскрипты. Безусловно, сегодня знания о человеческих генах стали значительно обширнее, чем в начале проекта «Геном человека», а технологии совершеннее. Это дает надежду на то, что в скором времени мы узнаем точный ответ на поставленный вопрос.

Источник