Medisinsk genetikk. Dekoding av det menneskelige genomet Ved dechiffrering av Drosophila-genomet ble det funnet at
© M.D. Golubovsky
Ikke-kanoniske arvelige endringer
M.D. Golubovsky
Mikhail Davidovich Golubovsky, Doktor i biologiske vitenskaper, ledende forsker
St. Petersburg-avdelingen av Institutt for historie for naturvitenskap og teknologi ved det russiske vitenskapsakademiet.
Genetikk som vitenskap tok form for 100 år siden, etter den sekundære oppdagelsen av Mendels lover. Dens raske utvikling har blitt markert de siste årene av dekodingen av nukleotidsammensetningen til DNA-genomet til mange dusinvis av arter. Nye kunnskapsgrener har dukket opp - genomikk, molekylær paleogenetikk. I begynnelsen av 2001, som en del av et kostbart 10-årig internasjonalt program, ble en grunnleggende dekoding av det menneskelige genomet annonsert. Disse prestasjonene kan kanskje sammenlignes med menneskets romvandring og landing på månen.
Genteknologi og bioteknologi har i stor grad endret vitenskapens ansikt. Her er en interessant episode, allerede inkludert i den siste rapporten: "Etter 1998 begynte et enestående kappløp mellom de 1100 forskerne i det globale Human Genome Project-samfunnet og private equity-selskapet Celera Genomics.". Firmaet håpet å være det første til å nå målstreken og dra nytte av å patentere fragmenter av menneskelig DNA. Men så langt har prinsippet vunnet: "Det som er skapt av naturen og Gud kan ikke patenteres av mennesker."
Kunne Gregor Mendel forestille seg et så fantasmagorisk bilde mens han sakte utførte sine eksperimenter år etter år i stillheten i klosterhagen? I hvilken grad transformerer det vitenskapens naturlige selvutvikling? Fjerner en total DNA-analyse av genomer virkelig alle dekslene? Håpet om at Pinocchio allerede hadde funnet den dyrebare gyldne nøkkelen til den hemmelige døren kolliderte med uforutsett virkelighet og paradokser. Hos mennesker koder bare 3 % av genomets DNA for proteiner, og kanskje ytterligere 20-25 % er involvert i reguleringen av genvirkning. Hva er funksjonen, og har resten av DNA en? Gener i genomet blir noen ganger sammenlignet med små øyer i et hav av inaktive og muligens "søppel" sekvenser. DNA-raset ligner noen ganger ordtaket: "ta med dette, jeg vet ikke hva."
Skeptikernes innvendinger er på ingen måte eliminert. Faktisk, med total sekvensering, utføres nominasjonen (for å bruke en fasjonabel term) av et bestemt DNA-segment til "genrangering" bare på grunnlag av rent formelle kriterier (genetiske tegnsettingstegn som er nødvendige for transkripsjon). Rollen, tidspunktet og handlingsstedet til de fleste "nominerte gener" er fortsatt helt uklare.
Men det er et annet problem. Ved genomet må vi forstå hele arvesystemet, inkludert ikke bare strukturen til et visst sett med DNA-elementer, men også arten av forbindelsene mellom dem, som bestemmer forløpet av ontogenese under spesifikke miljøforhold. Det er en systemisk triade: elementer, forbindelser mellom dem og egenskaper av integritet. Dette leder til en viktig konklusjon: kunnskap om strukturen til gener på DNA-nivå er nødvendig, men slett ikke tilstrekkelig til å beskrive genomet. Vi er bare på terskelen til å forstå den dynamiske organisasjonsmetoden og ikke-kanoniske former for arv [,].
Uventet, på slutten av det tjuende århundre. spørsmålet om hva grensene og spekteret av arvelig variabilitet er, har gått utover rent akademiske diskusjoner. Først i England, og deretter i Tyskland, måtte storfe slaktes på grunn av en nevrodegenerativ anomali som kunne overføres til mennesker gjennom kjøttet fra syke dyr. Smittestoffet viste seg ikke å være DNA eller RNA, men proteiner kalt prioner (fra engelsk prioner - protein infectious particles - protein infectious particles).
Forskere møtte først deres uvanlige manifestasjon tilbake på 60-tallet. Men så prøvde de å tolke dette fenomenet innenfor rammen av klassiske konsepter, og trodde at dette var "langsomme virusinfeksjoner" av dyr eller en spesiell type suppressormutasjoner i gjær. Nå viser det seg "Prionfenomenet er ikke et eksotisk fenomen som er karakteristisk for pattedyr, men snarere et spesielt tilfelle av en generell biologisk mekanisme" dynamisk arv. Det er sannsynlig at det sentrale dogmet innen molekylær genetikk vil måtte suppleres for å ta hensyn til muligheten for intra- og interspecies overføring etter type infeksjon.
På begynnelsen av 80-tallet identifiserte klassikeren innen molekylærbiologi og genetikk R.B. Khesin tre former for ikke-kanonisk arvelig variasjon: ikke-tilfeldige ordnede endringer i loki og kromosomregioner bestående av DNA-repetisjoner; endring og arv av cytoplasmatiske egenskaper; epigenetisk arv av lokale og generelle endringer i kromatinemballasje. Deretter ble mobile gener lagt til, hvis oppførsel førte til problemet med genomets ustabilitet.
Hensikten med denne artikkelen er å vise at ulike former for ikke-mendelsk arv ikke er et unntak, men en konsekvens av mer generelle ideer om organiseringen av genomet. Arvelige endringer reduseres på ingen måte bare til mutasjoner.
Andre Lvov og rollen til hans oppdagelse
Ved en utrolig tilfeldighet, samme år i 1953, dukket det opp to artikler som bestemte ansiktet til moderne genetikk: oppdagelsen av den doble helixen av DNA av J. Watson og F. Crick og konseptet om profet og lysogeni av bakterier av A. Lvov (1902-1994), som etter min mening nå ikke er mindre viktig for biologi, medisin og genetikk enn den doble helixen av DNA.
Lvov slo fast at fagen kan integreres i kromosomet til en bakterie og overføres over mange generasjoner som et vanlig bakteriegen. I denne tilstanden fungerer bare repressorgenet i fagen, som blokkerer arbeidet til alle dens andre loci. En bakterie som har inkludert en fag i genomet kalles lysogen, og den integrerte fagen kalles en profag. En slik lysogen bakterie er beskyttet mot infeksjon av andre fager. Under påvirkning av ultrafiolett stråling eller endringer i cellens indre miljø, inaktiveres repressoren, blokkeringen fjernes, og fagen formerer seg, noe som forårsaker celledød. Nå er det til og med vanskelig å forestille seg hvor revolusjonerende denne oppdagelsen var.
Andre Lvov er innfødt i Russland, hans foreldre emigrerte til Frankrike på slutten av 1800-tallet. Bildet av vitenskapsmannens mor Maria Siminovich er for alltid fanget på lerretet til kunstneren V. Serov "Girl Illuminated by the Sun" (1888). Maria Yakovlevna Lvova-Siminovitsj ble 90 år gammel. Noen uker før andre verdenskrig donerte hun brev og tegninger fra V. Serov til Tretjakovgalleriet. Lvovs far kjente Mechnikov og tok sønnen med for å se ham på Pasteur Institute. Slik strekker kulturens tråder seg og fletter seg sammen på tvers av århundrer og land. I løpet av sitt lange liv jobbet A. Lvov suksessivt som protozoolog, bakteriolog, biokjemiker, genetiker og til slutt som virolog. Ved Pasteur-instituttet beskyttet han både J. Monod og F. Jacob, som delte Nobelprisen i 1965 med mesteren for oppdagelsen av operonen.
Allerede siden 20-tallet har det vært kjent bakteriestammer som angivelig bærer fager i latent tilstand og fra tid til annen forårsaker cellelyse. Imidlertid så oppdageren av bakteriofagi F.D. Herrel på fagen bare som et celledødelig middel, og tillot ikke tanken på dens latente tilstand hans kolleger i USA jobbet med såkalte T-fager, som ikke er i stand til å integreres i bakteriens kromosom. På grunn av "autoritetens demon" har lysogeni ikke blitt grundig studert siden 20-tallet. en briljant mikrobiolog fra Pasteur-instituttet, Eugene Wolman, ble tatt til fange av tyskerne som en jøde i Paris og døde.
Etter krigen gjenopptok Lvov forskning på latent fagtransport ved Pasteur Institute. I 1953 skapte han et sammenhengende konsept av profeten, og innså umiddelbart dens betydning for den virale teorien om kreft og en rekke virale patologier hos mennesker. Hans klare diagram av fenomenet lysogeni er fortsatt gitt i alle rapporter om molekylær genetikk.
I 1958 introduserte F. Jacob og Elias Wolman (sønn av Eugene Wolman) begrepet "episome" for elementer som kan eksistere enten i en fri tilstand eller integrert i vertsgenomet. De inkluderte tempererte fager, kjønnsfaktoren til bakterier og kolisinogenisitetsfaktorer, ved hjelp av hvilke noen bakteriestammer dreper andre bakterier, som episomer. I den bemerkelsesverdige boken "Sex and Genetics of Bacteria", skrevet i 1961 (og utgitt året etter gjennom innsatsen til den berømte genetikeren S.I. Alikhanyan i russisk oversettelse), forutså forfatterne eksistensen av episomlignende elementer i høyere organismer, skarpt. peker på "kontrollerende elementer", oppdaget av B. McClintock på begynnelsen av 50-tallet (Nobelprisen i fysiologi eller medisin 1983). Men på det tidspunktet skjønte de ikke hvor dyp denne analogien var. Etter oppdagelsen på begynnelsen av 70-tallet av insersjonsmutasjoner forårsaket av inkludering av viralt DNA i det cellulære genomet til bakterier, ble det mulig å bygge en evolusjonær serie med toveis overganger: innsettingssegmenter, transposoner, plasmider, fager.
Lignende serier av transformasjoner er funnet i eukaryoter. Hos Drosophila kan mobile elementer av sigøynerfamilien («sigøyner») eksistere i form av kopier innebygd i kromosomet; være i form av deres fulle eller reduserte sirkulære eller lineære plasmider i cytoplasmaet; til slutt, i tilfelle av individuelle "permissive" mutasjoner i vertens genom, er de i stand til å belegge seg med en konvolutt, bli ekte smittsomme retrovirus og infisere fremmede verter gjennom mat. Likheten til P-transposoner i Drosophila og det endogene retroviruset HIV hos mennesker (tabell) tillater oss å forutsi mulige evolusjonære genetiske hendelser i menneskelige populasjoner, skjebnen til uunngåelige nå og i fremtiden kontakter med fremmede genomer.
Prinsippet om fakultativitet og det generaliserte konseptet om genomet
Mange variasjonsfakta assosiert med transponerbare elementer passer ikke inn i begrepet mutasjoner som lokaliserte endringer i strukturen, antallet eller plasseringen av genloci. For å kombinere dataene fra klassisk og "mobil" genetikk, foreslo jeg i 1985 en naturlig klassifisering av genomelementer, inkludert to undersystemer: obligate (gener og deres regulatoriske regioner i kromosomer) og fakultative elementer (DNA- og RNA-bærere, antallet og topografi som varierer i forskjellige celler eller organismer av samme art).
Viktige konsekvenser følger av denne klassifiseringen, som gjør det mulig å forstå eller formulere mange uvanlige fakta innen arvelig variasjon. La oss nevne noen av dem:
- universalitet av valgmuligheter. Det finnes ingen artsgenomer som kun består av obligate elementer, akkurat som det ikke finnes levende organismer som kun består av et skjelettskjelett;
- genetisk ikke-identitet til datterceller. På grunn av tilfeldighet er de forskjellige i antall og sammensetning av cytoplasmatiske fakultative elementer. Forholdet mellom fraksjoner av obligatoriske og fakultative DNA-elementer er et relativt stabilt artstrekk. Ved å ha et lignende antall gen-loci, kan nært beslektede arter avvike i mengden av DNA med 2-5 eller flere ganger, øke blokker av repetisjoner og endre deres genomiske topografi. Ulike overganger observeres kontinuerlig mellom de obligate og fakultative delene av genomet. De mest åpenbare eksemplene er genmutasjoner på grunn av introduksjon (innsettinger) av transponerbare elementer eller multiplikasjon av antall (amplifikasjon) av kromosomsegmenter og deres overgang til forskjellige intra- og ekstrakromosomale tilstander;
- en karakteristisk type arvelig variasjon for hvert av de to genom-subsystemene. Morgan-mutasjoner er lett korrelert med den obligatoriske komponenten. Jeg foreslo å kalle forskjellige arvelige endringer i antall og topografi til valgfrie elementer "variasjoner" (som i musikk - variasjoner over et gitt tema). Mutasjoner, i henhold til klassiske konsepter, forekommer som regel tilfeldig, med lav frekvens hos individuelle individer. Arten av variasjonene er helt annerledes - massive, ordnede endringer er mulige her under påvirkning av en rekke faktorer, inkludert svake ikke-mutagene faktorer (temperatur, diett, etc.);
- to-trinns natur av de fleste naturlige arvelige endringer. For det første aktiveres fakultative elementer som de mest følsomme for miljøendringer. Deretter begynner gen-loci å bli indirekte påvirket. Vi kom til denne konklusjonen etter mange år med observasjon av utbrudd av mutasjoner i naturen. De fleste av dem viste seg å være ustabile og var forårsaket av innsettinger av transponerbare elementer som på mystisk vis aktiveres fra tid til annen i naturen. I Drosophila er omtrent 70 % av mutasjonene som oppstår spontant i naturen eller i laboratoriet assosiert med bevegelser av mobile elementer.
Den generaliserte ideen om genomet som et ensemble av obligatoriske og fakultative elementer utvider også konseptet "horisontal overføring", som ikke bare inkluderer integrering av fremmede gener i kjernefysiske kromosomer. Vi kan allerede snakke om horisontal overføring i tilfeller av å skape en stabil assosiasjon av to genetiske systemer, der nye egenskaper og egenskaper vises.
Funksjonell fakultativitet av genomet
Arvelige endringer oppstår som et resultat av feil i prosesser som opererer med arvematerialet til alle levende organismer - replikering, transkripsjon, oversettelse, samt reparasjon og rekombinasjon.
Fakultativ replikasjon betyr muligheten for relativt autonom hyper- eller hyporeplikasjon av individuelle DNA-seksjoner, uavhengig av planlagt regelmessig replikasjon av hele det genomiske DNA under celledeling. Kromosomseksjoner med repetisjoner, blokker av heterokromatin, har disse egenskapene. I dette tilfellet fører autonom replikering til en økning i antall individuelle segmenter og har som regel en adaptiv natur.
Transkripsjonsfakultativitet består i muligheten for opptreden av forskjellige mRNA-er fra samme mal på grunn av tilstedeværelsen av mer enn én promoter og alternativ spleising i et gitt locus. Denne situasjonen er normal for mange gener.
Tvetydighet (i terminologien til S.G. Inge-Vechtomov) av translasjon er manifestert i forskjellige varianter av gjenkjennelse av det samme kodonet, for eksempel et stoppkodon eller et kodon for å inkludere en viss aminosyre i det syntetiserte proteinet. Slik translasjon avhenger av de fysiologiske forholdene i cellen og av genotypen.
I følge teorien om mutasjonsprosessen av M.E. Lobashev, er forekomsten av mutasjon assosiert med cellens evne og dens arvelige strukturer til å reparere skader. Det følger at utseendet til en mutasjon innledes av en tilstand når skaden enten er fullstendig reversibel eller kan realiseres i form av en mutasjon, forstått som "ikke-identisk reparasjon." På begynnelsen av 70-tallet ble det klart at stabiliteten til DNA i en celle ikke er en immanent egenskap til selve DNA-molekylene - den opprettholdes av et spesielt enzymatisk system.
Siden midten av 70-tallet begynte den evolusjonære rollen til "rekombinasjonsfeil" som induserer av arvelige endringer, mye kraftigere enn DNA-replikasjonsfeil, å bli tydeligere.
På molekylært nivå skilles tre typer rekombinasjon ut: generell, stedsspesifikk og replikativ. For den første, generelle, regelmessige rekombinasjonen (kryssing), inkluderer reparasjon brudd i DNA-kjeden, deres tverrbinding og restaurering. Det krever lange regioner med DNA-homologi. Stedspesifikk rekombinasjon nøyer seg med korte, flere baser, homologiregioner, som for eksempel DNA til fag l og kromosomet til en bakterie. På samme måte forekommer inkludering av mobile elementer i genomet og somatisk lokal rekombinasjon i ontogenese mellom immunoglobulingener, noe som skaper deres fantastiske mangfold.
Feil i generell rekombinasjon kan betraktes som naturlige konsekvenser av den lineært utvidede strukturen til gener. Et dilemma oppstår, som Khesin skrev om: vi kan anta at mitotiske rekombinasjoner er en spesiell type mutagenese, eller tvert imot, noen typer mutasjoner (kromosomavvik) er et resultat av "feil" i mitotiske rekombinasjoner.
Hvis bevegelser av transponerbare elementer eller rekombinasjon av regioner er programmert i ontogenese, er det vanskelig å klassifisere slike arvelige endringer. Kjønnstransformasjon i gjær har lenge vært ansett som en mutasjonshendelse, men det viste seg at på et visst stadium av ascospore-utviklingen skjer det med stor sannsynlighet som følge av stedsspesifikk rekombinasjon.
Genomvariasjoner som svar på miljøutfordringer
I evolusjonsteorien og i genetikk har spørsmålet om sammenhengen mellom arvelige endringer og seleksjonsretningen alltid vært diskutert. I følge darwinistiske og post-darwinistiske ideer skjer arvelige endringer i forskjellige retninger og først da plukkes opp ved seleksjon. Kopimetoden, oppfunnet på begynnelsen av 50-tallet av ekteparet Lederberg, viste seg å være spesielt tydelig og overbevisende. Ved å bruke fløyelsmateriale fikk de eksakte kopier – fingeravtrykk – av den eksperimentelle såingen av bakterier på en petriskål. Deretter, på en av platene, ble det utført seleksjon for resistens mot fagen, og topografien til punktene for opptreden av resistente bakterier på platen med fagen og i kontrollen ble sammenlignet. Plasseringen av fag-resistente kolonier var identisk i de to replikaskålene. Det samme resultatet ble oppnådd ved analyse av positive mutasjoner i bakterier som var defekte i en hvilken som helst metabolitt.
Oppdagelser innen mobilgenetikk har vist at en celle som et integrert system adaptivt kan omorganisere genomet sitt under seleksjon. Hun er i stand til å svare på miljøets utfordring med et aktivt genetisk søk, og ikke passivt vente på den tilfeldige forekomsten av en mutasjon som lar henne overleve. Og i eksperimentene til Lederberg-ektefellene hadde ikke cellene noe valg: verken død eller adaptiv mutasjon.
I de tilfellene hvor seleksjonsfaktoren ikke er dødelig, er gradvise genomomorganiseringer mulig, direkte eller indirekte relatert til seleksjonsforholdene. Dette ble tydelig med oppdagelsen på slutten av 70-tallet av en gradvis økning i antall loci der gener for resistens mot et selektivt middel som blokkerer celledeling er lokalisert. Det er kjent at metotreksat, en hemmer av celledeling, er mye brukt i medisin for å stoppe veksten av ondartede celler. Denne cellegiften inaktiverer enzymet dihydrofolatreduktase (DHFR), hvis drift styres av et spesifikt gen.
Resistensen til Leishmania-celler mot den cytostatiske giften (metotreksat) økte trinnvis, og andelen amplifiserte segmenter med resistensgenet økte proporsjonalt. Ikke bare genet som ble valgt ble multiplisert, men også store deler av DNA ved siden av det, kalt amplikoner. Når Leishmania giftresistens økte 1000 ganger, utgjorde de forsterkede ekstrakromosomale segmentene opptil 10 % av DNAet i cellen! Vi kan si at en pool av fakultative elementer ble dannet fra ett obligat gen. En adaptiv restrukturering av genomet skjedde under seleksjon.
Hvis seleksjonen fortsatte lenge nok, ble noen av amplikonene integrert i det opprinnelige kromosomet, og etter at seleksjonen opphørte ble den økte motstanden vedvarende opprettholdt.
Med fjerningen av det selektive middelet fra miljøet, ble antallet amplikoner med resistensgenet gradvis redusert over en rekke generasjoner, og samtidig ble resistensen redusert. Dermed ble fenomenet langsiktige modifikasjoner modellert, når massive endringer forårsaket av miljøet er arvet, men gradvis forsvinner over en rekke generasjoner.
Ved gjentatt seleksjon sørget noen av amplikonene som var bevart i cytoplasmaet deres raske autonome replikasjon, og resistens oppsto mye raskere enn ved begynnelsen av forsøkene. Med andre ord ble det dannet et unikt cellulært amplikonminne fra tidligere utvalg på grunnlag av de bevarte amplikonene.
Hvis vi sammenligner replikametoden og seleksjonsforløpet for resistens i tilfelle amplifikasjon, viser det seg at det var kontakt med den selektive faktoren som forårsaket transformasjonen av genomet, hvis natur korrelerte med intensiteten og retningen av seleksjonen .
Diskusjon om adaptive mutasjoner
I 1988 dukket det opp en artikkel av J. Cairns og medforfattere i tidsskriftet Nature om forekomsten av seleksjonsavhengige «dirigerte mutasjoner» i bakterien E. coli. Vi tok bakterier som bar mutasjoner i lacZ-genet til laktoseoperonet, ute av stand til å bryte ned disakkaridet laktose. Men disse mutantene kunne dele seg på et medium med glukose, hvorfra de etter en eller to dagers vekst ble overført til et selektivt medium med laktose. Etter å ha valgt lac+-reverser, som, som forventet, oppsto under "glukose"-delingene, ble ikke-voksende celler etterlatt under forhold med karbohydratsult. Først døde mutantene. Men etter en uke eller mer ble ny vekst observert på grunn av et utbrudd av reversjoner spesifikt i lacZ-genet. Det var som om celler under forhold med alvorlig stress, uten å dele seg (!), utførte et genetisk søk og adaptivt endret genomet sitt.
B. Halls etterfølgende arbeid brukte bakteriemutant for tryptofanutnyttelsesgenet (trp). De ble plassert på et medium uten tryptofan, og hyppigheten av reverseringer til det normale ble vurdert, som økte presist under tryptofansult. Men årsaken til dette fenomenet var ikke sultforholdene i seg selv, for på mediet med cysteinsult skilte ikke frekvensen av reverseringer til trp+ seg fra normen.
I den neste serien med eksperimenter tok Hall doble tryptofan-mangelfulle mutanter, som bar begge mutasjoner i trpA- og trpB-genene, og plasserte igjen bakteriene på et medium uten tryptofan. Bare individer der reversjoner skjedde samtidig i to tryptofan-gener, kunne overleve. Hyppigheten av forekomsten av slike individer var 100 millioner ganger høyere enn forventet fra en enkel sannsynlighet for mutasjoner i to gener. Hall foretrakk å kalle dette fenomenet "adaptive mutasjoner" og viste i etterkant at de også forekommer i gjær, dvs. i eukaryoter.
Publikasjonene til Cairns og Hall utløste umiddelbart heftig debatt. Resultatet av den første runden var presentasjonen av en av de ledende forskerne innen mobilgenetikk, J. Shapiro. Han diskuterte kort to hovedideer. For det første inneholder cellen biokjemiske komplekser, eller "naturlig genteknologi"-systemer, som er i stand til å rekonstruere genomet. Aktiviteten til disse kompleksene, som enhver cellulær funksjon, kan endre seg dramatisk avhengig av cellens fysiologi. For det andre vurderes frekvensen av forekomst av arvelige endringer alltid ikke for én celle, men for en cellepopulasjon der celler kan utveksle arvelig informasjon med hverandre. I tillegg forbedres intercellulær horisontal overføring av virus eller overføring av DNA-segmenter under stressforhold. I følge Shapiro forklarer disse to mekanismene fenomenet adaptive mutasjoner og returnerer det til hovedstrømmen av konvensjonell molekylær genetikk. Hva er etter hans mening resultatet av diskusjonen? "Vi fant en geningeniør der med et imponerende utvalg av intrikate molekylære verktøy for å omorganisere DNA-molekylet." .
De siste tiårene har avslørt et uforutsett rike av kompleksitet og koordinering på cellenivå som er mer forenlig med datateknologi enn med den mekaniserte tilnærmingen som dominerte etableringen av den neo-darwinistiske moderne syntesen. Etter Shapiro er det minst fire grupper av funn som har endret forståelsen av cellulære biologiske prosesser.
Genom organisasjon. I eukaryoter er genetiske loki ordnet i henhold til et modulært prinsipp, som representerer strukturer av regulatoriske og kodende moduler som er felles for hele genomet. Dette sikrer rask montering av nye konstruksjoner og regulering av genensembler. Loci er organisert i hierarkiske nettverk, ledet av et stort byttegen (som i tilfellet med kjønnsregulering eller øyeutvikling). Dessuten er mange av de underordnede genene integrert i forskjellige nettverk: de fungerer i forskjellige utviklingsperioder og påvirker mange fenotypiske egenskaper.Under forhold med miljømessige utfordringer opptrer cellen målrettet, som en datamaskin, når den normale driften av hovedprogrammene kontrolleres trinn for trinn når den starter, og i tilfelle funksjonsfeil stopper datamaskinens drift. Generelt blir det åpenbart, allerede på cellenivå, at den ukonvensjonelle franske evolusjonszoologen Paul Grasse har rett: "Å leve betyr å reagere, og ikke å være et offer."Reparative evner til cellen. Celler er slett ikke passive ofre for tilfeldige fysisk-kjemiske påvirkninger, siden de har et reparasjonssystem på nivået av replikasjon, transkripsjon og translasjon.
Mobile genetiske elementer og naturlig genteknologi. Immunsystemets arbeid er basert på kontinuerlig konstruksjon av nye varianter av immunoglobulinmolekyler basert på virkningen av naturlige bioteknologiske systemer (enzymer: nukleaser, ligaser, revers transkriptaser, polymeraser, etc.). De samme systemene bruker mobile elementer for å skape nye arvelige strukturer. Samtidig kan genetiske endringer være massive og ordnede. Genomomorganisering er en av de grunnleggende biologiske prosessene. Naturlige genmanipulerte systemer er regulert av tilbakemeldingssystemer. Foreløpig forblir de i en inaktiv tilstand, men i nøkkelperioder eller under stress blir de satt til handling.
Cellulær informasjonsbehandling. Kanskje en av de viktigste oppdagelsene innen cellebiologi er at en celle kontinuerlig samler inn og analyserer informasjon om dens indre tilstand og ytre miljø for å ta beslutninger om vekst, bevegelse og differensiering. Spesielt veiledende er mekanismene for kontroll av celledeling som ligger til grunn for vekst og utvikling. Prosessen med mitose er universell i høyere organismer og inkluderer tre påfølgende stadier: forberedelse til deling, kromosomreplikasjon og fullføring av celledeling. Analyse av genkontrollen av disse fasene førte til oppdagelsen av spesielle punkter der cellen sjekker om reparasjonen av brudd i DNA-strukturen skjedde i forrige stadium eller ikke. Hvis feilene ikke blir rettet, starter ikke neste trinn. Når skaden ikke kan elimineres, lanseres et genetisk programmert system med celledød, eller apoptose.
Måter for forekomst av naturlige arvelige endringer i miljø-fakultative elementer-obligate element-systemet. Fakultative elementer er de første som oppfatter ikke-mutagene miljøfaktorer, og deretter forårsaker variasjonene som oppstår mutasjoner. Oppførselen til fakultative elementer påvirkes også av obligatoriske elementer.
Ikke-kanoniske arvelige endringer som oppstår under påvirkning av seleksjon for cytostatika og fører til genamplifikasjon.
Ervervede egenskaper går i arv
"Biologiens historie kjenner ikke til et mer uttrykksfullt eksempel på en flere hundre år gammel diskusjon om et problem enn diskusjonen om arv eller ikke-arving av ervervede egenskaper."- disse ordene vises i begynnelsen av boken av den berømte cytologen og biologihistorikeren L.Ya. I historien kan vi kanskje huske en lignende situasjon med forsøk på å transformere kjemiske elementer. Alkymister trodde på denne muligheten, men i kjemien ble postulatet om uforanderligheten til kjemiske elementer etablert. Men i dag i kjernefysikk og kjemi er forskning på transformasjon av elementer og analyse av deres evolusjon vanlig. Hvem viste seg å ha rett i en flere hundre år gammel strid? Vi kan si at på nivået av kjemiske molekylære interaksjoner er det ingen transformasjon av elementer, men på kjernefysisk nivå er det en regel.
En lignende analogi oppstår med spørsmålet om arven til egenskaper som dukket opp under ontogenesen. Hvis nye arvelige endringer bare reduseres til mutasjoner av gener og kromosomer, kan spørsmålet betraktes som lukket. Men hvis vi går ut fra det generaliserte konseptet om genomet, inkludert ideen om dynamisk arv [,], må problemet revideres. I tillegg til mutasjon er det variasjonelle og epigenetiske former for arvelig variasjon, assosiert ikke med endringer i DNA-teksten, men i tilstanden til genet. Slike effekter er reversible og arvelige.
Det er interessant at International Yearbook on Genetics, utgitt på slutten av 1991, åpner med en artikkel av O. Landman "Inheritance of acquisition characteristics." Forfatteren oppsummerer fakta innhentet i genetikk for lenge siden, og viser det "Arven av ervervede egenskaper er ganske forenlig med det moderne konseptet molekylær genetikk." Landman undersøker i detalj rundt ti eksperimentelle systemer der arven til ervervede egenskaper er etablert. Fire forskjellige mekanismer kan føre til det: endringer i strukturene til cellemembranen, eller cortex, studert av T. Sonneborn i ciliater; DNA-modifikasjoner, dvs. klonalt overførte endringer i naturen til lokal DNA-metylering (dette inkluderer fenomenet preging); epigenetiske endringer uten noen DNA-modifikasjoner; indusert tap eller anskaffelse av valgfrie elementer.
Landmans artikkel gjør oss så å si vitne til en kritisk periode med endring i et postulat innen genetikk som virket urokkelig som en stein. Forfatteren kombinerer rolig, uten spenning eller nye fantastiske fakta, gamle og nye data til et system, og gir dem en klar moderne tolkning. Et generelt prinsipp kan formuleres: arv av ervervede egenskaper er mulig i tilfeller der en viss fenotypisk karakter avhenger av antallet eller topografien til fakultative elementer.
Jeg vil gi to lærerike eksempler på Drosophila: det første er assosiert med oppførselen til sigma-viruset, det andre - med mobile elementer som er ansvarlige for hybridsteriliteten til kvinner og supermutabilitet.
Studiet av interaksjonen mellom sigma-viruset og Drosophila-genomet begynte for mer enn 60 år siden. Først i 1937 oppdaget den franske genetikeren F. Léritier skarpe arvelige forskjeller i ulike linjer av fluer i graden av følsomhet for karbondioksid (CO 2 ). Egenskapen ble arvet på en bisarr måte: gjennom cytoplasmaet, men ikke bare gjennom morslinjen, og noen ganger gjennom menn. Følsomhet kan også overføres ved å injisere hemolymfe i forskjellige typer Drosophila. I disse tilfellene ble ikke egenskapen overført stabilt, men som et resultat av seleksjon ble arven stabil.
Ikke-mendelsk arv av en egenskap i Drosophila som avhenger av en populasjon av fakultative genomiske elementer. Tegnet på følsomhet for CO 2 er forårsaket av tilstedeværelsen av rhabdovirus sigma i fluens cytoplasma. Som et resultat av et temperatursjokk på et tidlig stadium av Drosophila-utviklingen, blokkeres reproduksjonen av viruset, og de voksne individene får motstand mot det.Sensitivitet for CO 2 var assosiert med stabil reproduksjon i germinale og somatiske celler av det RNA-holdige kuleformede rhabdovirus sigma, som i en rekke egenskaper ligner rabiesviruset hos pattedyr. Oogonia (celler som egg dannes fra under meiose og modning) hos hunner av en stabilisert linje inneholder vanligvis 10-40 virale partikler, og oocytter (modne egg) - 1-10 millioner Sigmaviruset er et typisk fakultativt element. Mutasjoner i dets genom fører til komplekse former for systematferd. Det er funnet tilfeller av virusoverføring der Drosophila forblir resistente mot CO 2, men samtidig er immun mot infeksjon fra andre virusstammer. Situasjonen er ganske sammenlignbar med oppførselen til fagbakteriesystemet, som umiddelbart ble lagt merke til av F. Jacob og E. Wolman.
Forholdet mellom Drosophila-genomet og viruset som reproduserer seg i cytoplasmaet overholder reglene for intracellulær genetikk. Påvirkninger under ontogenese kan forårsake et skifte i antall og intercellulær topografi av partikler og som et resultat endre graden av følsomhet for karbondioksid. Dermed blokkerer forhøyet temperatur replikasjonen av virale partikler. Hvis hunner og hanner holdes ved en temperatur på 30°C i flere dager under gametogenese, vil avkommet til slike fluer være fri for viruset og resistente mot CO 2. Dette betyr at en egenskap tilegnet under individuell utvikling arves over en rekke generasjoner.
Situasjonen med sigma-viruset er ikke isolert. Franske genetikere studerte faktorene for kvinnelig sterilitet assosiert med oppførselen til type "I" mobile elementer. Arven til denne egenskapen bestemmes av komplekse nukleær-cytoplasmatiske interaksjoner. Hvis aktive I-elementer er lokalisert i paternale kromosomer, begynner de på bakgrunn av R-cytoplasma å bli aktivert, gjennomgår flere transposisjoner og forårsaker som et resultat alvorlige ontogenetiske forstyrrelser hos avkommet til kvinner med følsom cytoplasma. Slike hunner legger egg, men noen av embryoene dør i det tidlige spaltningsstadiet - selv før dannelsen av blastomeren. Linjer isolert fra naturlige populasjoner er forskjellige i styrken på virkningen av I-faktorer og graden av reaktivitet (eller følsomhet) til cytoplasma. Disse indikatorene kan endres ved ytre påvirkning. Alderen til de opprinnelige foreldrehunnene, samt eksponering for økt temperatur i den tidlige utviklingsperioden, påvirker ikke bare fruktbarheten til voksne hunner, men også fruktbarheten til deres avkom. Endringer i cytoplasmatisk reaktivitet forårsaket av miljøforhold opprettholdes over mange cellegenerasjoner. "Det mest bemerkelsesverdige er at disse endringene i reaktiviteten til cytoplasmaet under påvirkning av ikke-genetiske faktorer er arvet: arv av "ervervede" egenskaper observeres,"- bemerket R.B. Khesin.
Arv gjennom cytoplasma: fra bestemødre til barnebarn
I teorien om utvikling og fenogenetikk i det tjuende århundre. En viktig plass er okkupert av den dype og helt originale forskningen til embryologen P.G. Svetlov (1892-1972). La oss dvele ved teorien om kvantisering av ontogenese utviklet av ham (tilstedeværelsen av kritiske perioder i utviklingen, når bestemmelsen av morfogenetiske prosesser skjer og samtidig øker cellenes følsomhet for skadelige midler) og på ideen utviklet i forbindelse med dette at studiet av ontogenese ikke bør utføres fra øyeblikket av befruktning og dannelsen av zygoten, og også fra gametogenese, inkludert oogenese hos kvinner fra forrige generasjon - den proembryonale perioden.
Basert på disse postulatene utførte Svetlov enkle og klare eksperimenter på Drosophila og mus på 60-tallet. Han viste overbevisende at vedvarende ikke-mendelsk arv av cytoplasmatiske egenskaper er mulig, og modifikasjoner i uttrykket av mutante egenskaper som oppsto etter en kortvarig ytre påvirkning under en kritisk periode med organismeutvikling, overføres også over en rekke generasjoner.
I en av seriene med eksperimenter sammenlignet han graden av manifestasjon av mutanttrekket i avkommet til to linjer med mus heterozygote for den recessive mutasjonen av mikroftalmi (redusert størrelse på netthinnen og øynene fra fødselsøyeblikket): heterozygoter normale i fenotype, hvis mødre var mutante, og de med mutante fedre. Avkommet fra den mutante bestemoren ble preget av en sterkere manifestasjon av egenskapen. Svetlov forklarte dette merkelige faktum med det faktum at de kvinnelige kjønnscellene til heterozygote kvinner fortsatt var i kroppen til deres mutante mødre og ble påvirket av dem, noe som økte mutasjonene i barnebarna deres.
I hovedsak etablerte Svetlov et fenomen som senere ble kjent som "genomisk avtrykk" - forskjellen i uttrykket av et gen avhengig av om det kom til avkommet fra moren eller fra faren. Disse verkene forble dessverre undervurdert.
Det er interessant at tilbake på slutten av 80-tallet, var preging, som K. Sapienza, en forsker av dette fenomenet, vittig bemerket, "Det er generelt sett på som en genetisk kuriositet, og påvirker bare noen få egenskaper. Jeg har blitt spurt mer enn en gang hvorfor jeg rett og slett kaster bort tiden min på et så ubetydelig fenomen.». De fleste forskere aksepterte ubetinget en av Mendels hovedbestemmelser - "kimen", eller genet, kan ikke endre sin styrke avhengig av kjønn, som den ofte observerte 3:1-delingen er basert på. Men Sapienza bemerket ganske riktig at når de analyserer Mendelsk segregering, vurderer de vanligvis bare tilstedeværelsen eller fraværet av en egenskap, og hvis den er kvantitativ, så er grensen Ja eller nei satt i henhold til den aksepterte terskelen. Hvis vi bestemmer graden av manifestasjon av egenskapen, vil påvirkningen av genomisk imprinting bli avslørt.
Dette var nettopp Svetlovs tilnærming da han nøye studerte hvordan uttrykket av egenskaper hos avkom endres avhengig av mors genotype. Som embryolog så han fellesskapet med arvelige og spesielle ikke-arvelige endringer - fenokopier (simulerende mutasjoner), hvis det samme morfogenetiske apparatet som er ansvarlig for implementeringen av en gitt egenskap, er påvirket.
For første gang, ved å bruke forskjellige dyrearter (drosophila og mus), viste Svetlov muligheten for arv gjennom meiose av den endrede naturen til manifestasjonen av et mutant gen. Det er ikke for ingenting at Khesin kalte disse verkene fantastiske i sin oppsummering.
Kortvarig (20 min) oppvarming av kroppen til en åtte dager gammel hunnmus forårsaket vedvarende forandringer i oocytter, og svekket effekten av den skadelige mutasjonen hos barnebarn! "Overføringen av forbedring i øyeutvikling observert i eksperimenter med oppvarming kan bare forklares ved overføring av egenskaper ervervet ved arv i oocyttene til oppvarmede hunner.". Svetlov assosierte dette fenomenet med særegenhetene ved dannelsen og strukturen til egget hos dyr, fordi "i oocytten er det, som det var, en ramme som gjenspeiler de mest generelle egenskapene til arkitekturen til organismen under konstruksjon." For å forhindre utviklingsforstyrrelser hos mennesker underbygget han behovet for å studere de kritiske periodene med gametogenese, der følsomheten for skade øker. Kanskje, i patogenesen av utviklingsavvik hos mennesker, er stadiet for kjønnscelledannelse enda viktigere enn embryogenese.
Eksperimentskjema av P.G. Svetlov som demonstrerer overføring av mutasjonsmikroftalmi i en rekke generasjoner av mus. En enkelt 20-minutters eksponering for forhøyet temperatur på åtte dager gamle mutante mus fører til forbedret øyeutvikling hos deres avkom (F1 og F2). Denne egenskapen arves bare gjennom morslinjen og er assosiert med endringer i oocytter.I dag bekreftes denne konklusjonen av molekylærgenetiske studier fra det siste tiåret. Drosophila har tre systemer av maternelle gener som danner aksial og polar heterogenitet av cytoplasma og gradienter i distribusjonen av biologisk aktive genprodukter. Lenge før utbruddet av befruktning skjer molekylær bestemmelse (predestinasjon) av strukturplanen og innledende utviklingsstadier. Genproduktene til cellene i mors kropp spiller en viktig rolle i dannelsen av oocytten. På noen måter kan dette sammenlignes med en gruppe arbeiderbier som mater en dronning i en bikube.
Hos mennesker begynner primære kjønnsceller, som egg-gameter da oppstår fra, å separeres i et to-måneders embryo. I en alder av 2,5 måneder går de inn i meiose, men umiddelbart etter fødselen blokkeres denne delingen. Det gjenopptas etter 14-15 år med begynnelsen av puberteten, når egg frigjøres fra folliklene en gang i måneden. Men på slutten av den andre divisjonen stopper meiosen igjen og blokkeringen fjernes først når den møter sædceller. Dermed begynner kvinnelig meiose ved 2,5 måneder og slutter bare 20-30 år eller mer senere, umiddelbart etter befruktning.
Zygoten på to til åtte cellestadiet har svekket genomisk immunitet. Når vi studerte ustabile insersjonsmutasjoner i naturlige populasjoner av Drosophila, fant vi at aktivering av et transponerbart element, ledsaget av en mutasjonsovergang, ofte forekommer allerede i de første delingene av zygoten eller i de første delingene av primordiale kjønnsceller. Som et resultat fanger en mutanthendelse umiddelbart en klon av primære kjønnsceller, poolen av kjønnsceller blir mosaikk, og arvelige endringer i avkommet skjer i bunter eller klynger, som simulerer familiearv.
Disse eksperimentene er svært viktige for epidemiologi, når spørsmålet oppstår om graden av påvirkning av en bestemt viral epidemi på genpoolen til avkommet. Den banebrytende forskningen til S.M. Gershenzon og Yu.N., startet på begynnelsen av 60-tallet, førte til konklusjonen at DNA- og RNA-virus og deres nukleinsyrer er kraftige mutagene midler. Når de går inn i en celle, provoserer de genomisk stress, aktiverer vertens mobile elementsystem og forårsaker ustabile innsettingsmutasjoner i en gruppe utvalgte loci som er spesifikke for hver agent.
Tenk deg nå at vi ønsker å vurdere virkningen av en viral pandemi (for eksempel influensa) på menneskelig arvelig variasjon. Samtidig kan det forventes at frekvensen av ulike typer utviklingsavvik vil øke i første generasjon hos avkom født året eller et år etter epidemien. En vurdering av hyppigheten av mutasjons- og variasjonsendringer i kjønnsceller (gameter) bør utføres i barnebarnsgenerasjonen.
Opplegg for oogenese i tre påfølgende kvinnelige generasjoner. P - bestemor, F1 - mor, F2 - datter.
Den overordnede konklusjonen er at genetisk variasjon hos barnebarn kan være svært avhengig av forholdene som oogenese skjedde under hos deres bestemødre! La oss forestille oss en kvinne som var rundt 25 år gammel i 2000, og som vil bli mor i det tredje årtusenet. Det befruktede egget hun selv ble født av begynte å dannes mens moren fortsatt var et to måneders embryo, d.v.s. et sted på midten av 50-tallet av det tjuende århundre. Og hvis influensaen var utbredt i løpet av disse årene, bør konsekvensene merkes innen en generasjon. For å vurdere konsekvensene av en global epidemi på menneskehetens genpool, er det nødvendig å sammenligne barnebarna til tre grupper, eller kohorter - de hvis bestemødre var gravide i året da epidemien brøt ut, med de hvis bestemødre ble gravide før og etter pandemien (dette er to kontrollkohorter). Dessverre er slik epidemiologisk og genetisk informasjon viktig for helsevern ennå ikke tilgjengelig.
Om spøkelser og kjempe mot monstre
30 år har gått siden Svetlovs eksperimenter, som var enkle i teknikk, men originale i konsept og dype konklusjoner. På midten av 90-tallet skjedde et psykologisk vendepunkt: Antall verk innen arvelig variasjon, hvis tittel inneholder ordet "epigenetisk", økte kraftig.
Ulike typer epimutasjoner (arvelige variasjoner i arten av genaktivitet som ikke er assosiert med endringer i DNA-teksten og er massive, rettet og reversible) har gått fra kategorien marginale til et aktivt studert fenomen. Det har blitt åpenbart at levende systemer har operativt "minne", som er i kontinuerlig kontakt med miljøet og bruker midlene til naturlig embryogenetisk manipulering for en rask arvelig overgang fra en funksjonsmåte til en annen. Levende systemer er ikke passive ofre for naturlig utvalg, og alle evolusjonære livsformer er ikke "en flekk for en kort dag med forsvinning", som Mandelstam skrev i sitt berømte mesterverk «Lamarck».
Det viste seg at epimutasjoner ofte kan finnes i vanlige "klassiske gener" du trenger bare å velge et passende eksperimentelt system. Tilbake i 1906, fem år før Morgan begynte å jobbe med Drosophila, oppdaget den franske evolusjonsbiologen L. Cano den mendelske mutasjonen "corpus luteum" hos mus. Den hadde en fantastisk egenskap - dominans over normal farge (gråbrun) og dødelighet hos homozygote. Når heterozygote gule mus ble krysset med hverandre, på grunn av homozygotenes død, dukket det opp normale mus i avkommet i et forhold på ikke 3:1, men 2:1. Deretter viste det seg at mange dominerende mutasjoner oppfører seg slik i forskjellige organismer.
Det viste seg at i transkripsjonsregionen til en av allelene til "corpus luteum" -genet ble det introdusert et mobilt element som ligner et retrovirus i struktur og egenskaper. Som et resultat av denne innsettingen begynte genet å adlyde tegnsettingstegnene til inntrengeren og ble uforutsigbart aktivert "til feil tid og på feil sted." Mutanter med innsettinger utvikler flere defekter (gul pelsfarge, fedme, diabetes, etc.), og atferden blir ustabil. Unødvendig insersjonsaktivitet dempes i ulik grad i ulike vev ved reversibel modifikasjon eller metylering av DNA-baser. På det fenotypiske nivået varierer manifestasjonen av det dominerende allelet sterkt og er mosaikkartet. Australske genetikere oppdaget at gule hunner valgt fra en homogen linje hadde flere gule mus i avkommet, og fenotypen til faren, bæreren av mutasjonen, påvirker ikke fargeendringen i avkommet. Hunnene viste seg å være mer inerte, og de, valgt for DNA-modifikasjonsfenotypen, eller avtrykkene, ble bedre bevart i oogenese. Andre genetikere har også funnet en ren morspåvirkning som ligner på den som ble funnet i Svetlovs eksperimenter. Avhengig av dietten til gravide kvinner, endret alvorlighetsgraden av "corpus luteum"-mutasjonen seg på en bestemt måte i genotypen til heterozygoter. Denne endrede tilstanden er ustabil, men arves i avkommet. Graden av manifestasjon av egenskapen korrelerte med graden av metylering av DNA-baser i innskuddet.
Med henvisning til disse og andre lignende eksperimenter ga en vitenskapelig spaltist for magasinet Science artikkelen sin med tittelen «Hadde Lamarck fortsatt litt rett?» Slik takt er forståelig. For det første må det utvises forsiktighet når det gjelder å revidere noe som har vært ansett som solid etablert i flere tiår. For det andre er arven av ervervede egenskaper assosiert ikke bare med navnet til Lamarck, men også med spøkelsen til Lysenko (sistnevnte er nevnt av forfatteren av notatet). Faktisk, villig eller uvillig, dukker skyggen av "Michurin-biologi" opp når problemet med arv av ervervede egenskaper diskuteres. Og ikke bare i Russland, hvor minnet om tragedien i biologi knyttet til Lysenkos dominans fortsatt er så levende.
I dag har mange allment aksepterte bestemmelser om klassisk genetikk, som Lysenko avviste, ufrivillig, i strid med ham, blitt ansett som nesten absolutt sannhet. Og likevel, hvis denne eller den seriøse forsker oppdaget noe utad i tråd med Lysenkos synspunkter, var han redd for å offentliggjøre det, i frykt for utstøting fra det vitenskapelige miljøet. Og selv om verket ble publisert, ble det ledsaget av mange forbehold og forble i vitenskapens periferi.
Etter å ha blitt kjent med artiklene til A.A. Lyubishchev (Svetlovs nærmeste venn) på 60-tallet, prøvde jeg å forstå hvorfor, som en av de mest aktive samizdat-kritikerne av Lysenkoismen fra 1953 til 1965, hans artikler og brev ble samlet i en bok "I. Defense of Science" (L., 1990) - likevel anså han ikke spørsmålet om arv av ervervede egenskaper som endelig løst. Denne universelt anerkjente eksperten i evolusjonsbiologi påpekte ufullstendigheten av arvelighetsteorien og likheten mellom arvelig og modifikasjonsvariabilitet. Nå vet vi hvor vanskelig det i mange tilfeller er å trekke en grense mellom dem. Lyubishchev siterte fakta om massive, raske og ordnede transformasjoner av fenotypen i evolusjon, klart uforklarlige fra ståstedet til Morgans mutasjoner og darwinistisk utvalg. Lyubishchev hevet stemmen mot Lysenkos monopol og uttalte seg til forsvar for vitenskapen som sådan, mot Arakcheev-regimet som hadde etablert seg i det. På selve vitenskapsfeltet fulgte han det eldgamle prinsippet: "Platon er min venn, men sannheten er kjærere".
9. McClintock B.// Vitenskap. 1984. V.226. P.792-801.
10. Cairns J.//Natur. 1988. V.27. S.1-6.
11. Hall D.// Genetikk. 1990. V.126. S.5-16
12. Shapiro J.// Vitenskap. 1995. V.268. P.373-374.
12. Blyakher L. Ya. Problemet med arv av ervervede egenskaper. M., 1971.
13. Landmann O.//Ann. Rev. Genet. 1991. V.25. S.1-20.
14. Sokolova K.B. Utvikling av fenogenetikk i første halvdel av det tjuende århundre. M., 1998.
15. Sapienza K.// I vitenskapens verden. 1990. ?12. S.14-20.
16. Svetlov P.G.// Genetikk. 1966. ?5. S.66-82.
17. Korochkin L. I. Introduksjon til utviklingsgenetikk. M., 1999.
Den 05.09.2011 kl. 09:36 sa Limarev:
Limarev V.N.
Avkoding av det menneskelige genom.
Fragment fra boken til L.G. Puchko: "Radietetisk erkjennelse av mennesket"
For å løse problemet med å dechiffrere genomet, ble et internasjonalt prosjekt «menneskelig genom» organisert med et budsjett på milliarder av dollar.
I 2000 var det menneskelige genomet så godt som kartlagt. Genene ble talt, identifisert og registrert i databaser. Dette er enorme mengder informasjon.
Registrering av det menneskelige genomet i digitalisert form tar omtrent 300 terabyte dataminne, noe som tilsvarer 3 tusen harddisker med en kapasitet på 100 gigabyte.
Det viste seg. At en person ikke har hundretusener, som tidligere antatt, men i overkant av 30 tusen gener. Fluen har fruktfluer, det er bare halvparten så mange av dem - omtrent 13 tusen, og musen har nesten samme antall som en person. Det er bare omtrent 1% av gener som er unike for mennesker i det dechiffrerte genomet. Det meste av DNA-helixen, som det viste seg, er ikke okkupert av gener, men av såkalte "tomme seksjoner", der gener ganske enkelt ikke er kodet, samt doble fragmenter som gjentas etter hverandre, betydningen og betydningen av som er uklart.
Kort sagt, gener viste seg ikke engang å være livets byggesteiner, men bare elementer av planen som bygningen av kroppen er bygget i henhold til. Byggesteiner, som generelt ble antatt før fremveksten av genetikk, er proteiner.
Det har blitt helt åpenbart at 1% av gener som er unike for mennesker, ikke kan kode for en så enorm mengde informasjon som skiller en person fra en mus. Hvor er all informasjonen lagret? For mange forskere blir det faktum ubestridelig at uten det guddommelige prinsippet er det umulig å forklare menneskets natur. En rekke forskere antyder at det, innenfor rammen av eksisterende ideer om menneskekroppen, i prinsippet er umulig å tyde det menneskelige genomet.
Verden er ikke kjent - den er kjent (mine kommentarer til artikkelen).
1) Tenk på fragmentet: "Uten det guddommelige prinsippet er det umulig å forklare menneskets natur."
Informasjonen presentert ovenfor indikerer ikke på noen måte dette.
Genomet har faktisk en mer kompleks struktur enn tidligere antatt.
Men tross alt består datamaskinen som er nevnt i artikkelen ikke bare av minneceller.
En datamaskin har to minner: langsiktig og operativ, samt en prosessor der informasjon behandles. Det elektromagnetiske feltet er også involvert i informasjonsbehandling. For å dechiffrere genominformasjon er det nødvendig å forstå hvordan det oppstår, ikke bare lagring av informasjon, men også behandlingen av den. Jeg innrømmer også ideen om at noe av informasjonen lagres registrert gjennom et elektromagnetisk felt. Og også utenfor en person, som jeg allerede skrev, i spesielle informasjonssentre for Supreme Mind.
Bare forestill deg en kontinuerlig tekst kodet i binær kode 0 eller 1 i morsekode, mens du ikke vet hvilket språk den er skrevet på (engelsk eller fransk....) og du vet ikke at denne kontinuerlige teksten består av ord, setninger , avsnitt, kapitler, bind, hyller, skap osv.
Det er nesten det samme i biologi, bare alt her er kodet med en firesifret kode og vi har så langt dechiffrert rekkefølgen på elementære gener + - / *, men vi kan ikke språket og følgelig ord, setninger, avsnitt, kapitler, bind, hyller, skap osv. For oss er det dechiffrerte genomet fortsatt en solid tekst med 4-gradskode, og det er nesten umulig å studere det hele direkte.
Men det viser seg at i visse tidsperioder (både i individet og hans kohort av generasjoner og i arten, slekten) noen gener og deres komplekser (ansvarlig for ord, setninger, avsnitt, kapitler, bind, hyller, skap osv. .) er aktive , og i andre evolusjonsperioder er de passive, noe jeg indirekte bestemte av ulike polygene egenskaper (som vist i emnet Generell periodisk evolusjonslov).
Det er foreløpig bare to metoder for å studere gener, dette er en enkel laboratorieberegning av summen av gener (DNA) i en prøve og det er en enhet som teller mengden protein RNA som produseres sitter fast på den produserte elektroniske brikken spesifikt DNA, men siden en enorm mengde DNA til enhver tid er aktiv og følgelig et stort antall forskjellige proteiner produseres gjennom RNA, er det svært vanskelig å skille «disse nudlene med en skje, gaffel og japanske spisepinner» i denne suppen og finn det du leter etter - finn årsak-og-virkning-forhold mellom spesifikt DNA (som et DNA-kompleks) og dets innflytelse på en polygen egenskap.
Det ser ut til at jeg har funnet en enkel metode for å sortere ut hele denne suppa av DNA, RNA og deres proteiner som bestemmer graden av en polygen egenskap.
Som det viste seg, er hver polygen egenskap i utviklingsrekkefølgen til et individ (kohort av generasjoner, arter og slekter) periodisk, derfor må den være periodisk i aktiviteten til RNA og DNA, og derfor trenger du bare å finne (først gå inn på genetiske detaljer) korrelasjonen mellom den metriske endringen i den polygene egenskapen (i individ, kohort av generasjoner, arter, slekter...) og den tilsvarende aktiviteten til RNA, DNA, proporsjonal med disse periodene.
fullstendig definert. Derfor bør arbeidet med å dechiffrere nematode-genomet anses som svært vellykket.
Enda større suksess er forbundet med å dechiffrere Drosophila-genomet, bare i
2 ganger mindre i størrelse enn humant DNA og 20 ganger større enn nematode DNA. Til tross for den høye graden av genetisk kunnskap om Drosophila, var omtrent 10% av genene ukjente inntil dette øyeblikk. Men det mest paradoksale er at Drosophila, som er mye mer organisert sammenlignet med nematoden, har færre gener enn en mikroskopisk rundorm! Fra et moderne biologisk synspunkt er dette vanskelig å forklare. Flere gener enn Drosophila er også tilstede i det dechiffrerte genomet til en plante fra korsblomstfamilien - Arabidopsis, mye brukt av genetikere som et klassisk eksperimentelt objekt.
Utviklingen av genomiske prosjekter ble ledsaget av intensiv utvikling innen mange områder av vitenskap og teknologi. Dermed fikk bioinformatikk en kraftig drivkraft for utviklingen. Et nytt matematisk apparat ble laget for å lagre og behandle enorme mengder informasjon; superdatasystemer med enestående kraft er designet; Tusenvis av programmer er skrevet som gjør det mulig i løpet av få minutter å utføre en sammenlignende analyse av ulike blokker med informasjon, for å legge inn nye data i datadatabaser daglig,
innhentet i ulike laboratorier rundt om i verden, og tilpasse ny informasjon til det som ble akkumulert tidligere. Samtidig ble det utviklet systemer for effektiv isolering av ulike elementer i genomet og automatisk sekvensering, det vil si å bestemme nukleotidsekvensene til DNA. På dette grunnlaget ble det designet kraftige roboter som øker sekvenseringen betydelig og gjør den rimeligere.
Utviklingen av genomikk har på sin side ført til oppdagelsen av et stort antall nye fakta. Betydningen av mange av dem gjenstår å vurdere i
framtid. Men allerede nå er det åpenbart at disse oppdagelsene vil føre til en revurdering av mange teoretiske posisjoner angående fremveksten og utviklingen av ulike former for liv på jorden. De skal bidra til en bedre forståelse av de molekylære mekanismene som ligger til grunn for funksjonen til individuelle celler og deres interaksjoner; detaljert dekoding av mange fortsatt ukjente biokjemiske sykluser;
analyse av deres sammenheng med grunnleggende fysiologiske prosesser.
Dermed er det en overgang fra strukturell genomikk til
funksjonelle, som igjen skaper forutsetninger for
forskning på det molekylære grunnlaget for funksjonen til celler og organismen som helhet.
Informasjonen akkumulert nå vil bli gjenstand for analyse innen
de neste tiårene. Men hvert neste skritt inn
retning for å dechiffrere strukturen til genomer av forskjellige arter, gir opphav til nye teknologier som letter prosessen med å skaffe informasjon. Så,
bruk av data om strukturen og funksjonen til gener fra lavere organiserte arter av levende vesener kan fremskynde søket betydelig
erstatter ganske arbeidskrevende molekylære metoder for å søke etter gener.
Den viktigste konsekvensen av å dechiffrere genomstrukturen til en bestemt art er evnen til å identifisere alle dens gener og,
følgelig identifikasjon og bestemmelse av den molekylære naturen til transkriberte RNA-molekyler og alle dets proteiner. I analogi med genomet ble konseptene transkriptom, som forener en pool av RNA-molekyler dannet som et resultat av transkripsjon, og iproteom, som inkluderer mange proteiner kodet av gener, født. Dermed skaper genomikk grunnlaget for intensiv utvikling av nye vitenskaper – proteomikk og transkriptomikk. Proteomikk er studiet av strukturen og funksjonen til hvert protein; analyse av proteinsammensetningen til cellen; bestemmelse av det molekylære grunnlaget for funksjonen til en individuell celle, som er
resultatet av det koordinerte arbeidet til mange hundre proteiner, og
studie av dannelsen av et fenotypisk trekk ved en organisme,
som et resultat av det koordinerte arbeidet til milliarder av celler.
Svært viktige biologiske prosesser skjer også på RNA-nivå. Analysen deres er gjenstand for transkriptomikk.
Den største innsatsen til forskere fra mange land i verden som arbeider innen genomikk var rettet mot å løse det internasjonale prosjektet "Human Genome". Betydelig fremgang på dette området er knyttet til implementeringen av ideen,
foreslått av J. S. Venter, søk og analyser
uttrykte DNA-sekvenser, som senere kan brukes som en slags "tags" eller markører for visse områder av genomet. En annen uavhengig og ikke mindre fruktbar tilnærming ble brukt i arbeidet til gruppen ledet av Fr.
Collins. Den er basert på den primære identifiseringen av gener for arvelige sykdommer hos mennesker.
Avkoding av strukturen til det menneskelige genomet har ført til en oppsiktsvekkende oppdagelse. Det viste seg at det menneskelige genomet bare inneholder 32 000 gener, som er flere ganger mindre enn antallet proteiner. Samtidig er det bare 24 000 proteinkodende gener produktene til de resterende genene er RNA-molekyler.
Prosentandelen av likhet i DNA-nukleotidsekvenser mellom ulike individer, etniske grupper og raser er 99,9 %.
Denne likheten er det som gjør oss til mennesker – Homo sapiens! All vår variasjon på nukleotidnivå passer inn i et veldig beskjedent tall - 0,1%.
Genetikk gir derfor ikke rom for ideer om nasjonal eller rasemessig overlegenhet.
Men la oss se på hverandre – vi er alle forskjellige. Nasjonale, og enda mer, raseforskjeller er enda mer merkbare. Så hvor mange mutasjoner bestemmer menneskelig variasjon, ikke i prosent, men i absolutte termer? For å få dette anslaget må du huske størrelsen på genomet. Lengden på et menneskelig DNA-molekyl er
3,2x109 basepar. 0,1 % av dette er 3,2 millioner nukleotider. Men husk at den kodende delen av genomet opptar mindre enn 3% av den totale lengden av DNA-molekylet, og mutasjoner utenfor denne regionen har som oftest ingen effekt på fenotypisk variasjon. For å få et integrert estimat av antall mutasjoner som påvirker fenotypen, må vi ta 3% av 3,2 millioner nukleotider, noe som vil gi oss et tall i størrelsesorden 100 000, det vil si omtrent 100 tusen mutasjoner fra vår fenotypiske variasjon. Sammenligner vi dette tallet med det totale antallet gener, viser det seg at det i gjennomsnitt er 3-4 mutasjoner per gen.
Hva er disse mutasjonene? De aller fleste av dem (minst 70 %)
bestemmer vår individuelle ikke-patologiske variabilitet, hva som skiller oss, men gjør oss ikke dårligere i forhold til hverandre. Dette inkluderer egenskaper som øyenfarge, hår, hud, kroppstype, høyde, vekt,
en type atferd som også i stor grad er genetisk betinget, og mye mer. Omtrent 5 % av mutasjonene er assosiert med monogene sykdommer. Omtrent en fjerdedel av de gjenværende mutasjonene tilhører klassen funksjonelle polymorfismer. De er involvert i dannelsen av arvelig disposisjon for utbredt multifaktoriell patologi. Selvfølgelig er disse estimatene ganske grove,
men de gjør det mulig å bedømme strukturen til menneskelig arvelig variasjon.
Kapittel 1.16. Molekylærgenetisk grunnlag for evolusjon
Revolusjonen innen molekylærbiologi som skjedde ved årtusenskiftet, og kulminerte med dechiffreringen av strukturen til genomene til mange hundre arter av mikroorganismer, så vel som noen arter av protozoer,
gjær, planter, dyr og mennesker, endret mange tradisjonelle ideer om klassisk genetikk og brakte muligheten for å studere de molekylære mekanismene for evolusjon og artsdannelse veldig nært. En ny vitenskap ble født - komparativ genomikk,
gjør det mulig å registrere utseendet i forskjellige fylogenetiske linjer av evolusjonært signifikante hendelser som skjer på nivået til individuelle molekyler. Det viste seg at i det generelle tilfellet er evolusjonær fremgang ikke bare assosiert med, og ikke så mye med en økning i antall, omfang og til og med kompleksiteten til den strukturelle organiseringen av gener, men i mye større grad med en endring i reguleringen. av deres arbeid, som bestemmer koordineringen og vevsspesifisiteten til uttrykket av titusenvis av gener. Dette førte til slutt til at det i høyere organismer dukket opp mer komplekse, svært spesifikke, multifunksjonelle komplekser av interagerende proteiner som er i stand til å utføre fundamentalt nye oppgaver.
La oss vurdere arten av endringer som skjer i evolusjonsprosessen på tre informasjonsnivåer: DNA - RNA - protein eller genom - transkriptom - proteom. Generelt kan vi si at når kompleksiteten i organiseringen av livet øker, øker størrelsen på genomet. Dermed overstiger ikke DNA-størrelsen til prokaryoter 8x106 bp, den blir dobbelt så stor i gjær og protozoer, 10-15 ganger større hos insekter, og hos pattedyr når økningen 3 størrelsesordener, det vil si tusen ganger (103 ).
Denne avhengigheten er imidlertid ikke lineær. Innen pattedyr observerer vi derfor ikke lenger en signifikant økning i genomstørrelse. I tillegg er det ikke alltid mulig å observere forholdet mellom størrelsen på genomet og kompleksiteten i organiseringen av livet. I noen planter er genomstørrelsen således en størrelsesorden eller til og med to størrelsesordener større enn hos mennesker. La oss huske at økningen i genomstørrelsen til eukaryoter sammenlignet med prokaryoter skjer hovedsakelig på grunn av utseendet til ikke-kodende sekvenser, det vil si valgfrie elementer. Vi har allerede sagt at i det menneskelige genomet utgjør ikke eksoner mer enn 1-3%. Dette betyr at antallet gener i høyere organismer bare kan være flere ganger større enn i mikroorganismer.
Den økende kompleksiteten til eukaryotisk organisasjon forklares delvis av fremveksten av et ekstra reguleringssystem som er nødvendig for
sikre vevsspesifisitet for genuttrykk. En av konsekvensene av den diskontinuerlige organiseringen av gener som dukket opp i eukaryoter var den utbredte forekomsten av alternativ spleising og alternativ transkripsjon. Dette førte til fremveksten av en ny egenskap i et stort antall gener - evnen til å kode for flere funksjonelt forskjellige proteinisoformer. Dermed den totale mengden proteiner
det vil si at størrelsen på proteomene kan ha flere ganger så mange gener.
Hos prokaryoter er intraspesifikk variasjon i antall gener tillatt, og
lignende forskjeller mellom forskjellige stammer av mange mikroorganismer, i
inkludert sykdomsfremkallende, kan utgjøre titalls prosent. Dessuten korrelerer kompleksiteten til organiseringen av ulike typer mikroorganismer direkte med antall og lengde på kodende sekvenser.
Dermed er fenotypisk intra- og interspesifikk variasjon i streng assosiasjon med svært like transkriptom- og proteomstørrelser. Hos eukaryoter er antallet gener en strengt bestemt artskarakteristikk, og økningen i evolusjonær kompleksitet er basert på et annet prinsipp - den differensielle flernivåbruken av forskjellige komponenter i et begrenset og ganske stabilt proteom.
Sekvensering av genomene til nematoder og Drosophila viste at størrelsene på proteomene i disse svært forskjellige artene er svært like og bare dobbelt så store som størrelsene til gjær og noen typer bakterier. Dette mønsteret – en betydelig økning i kompleksiteten i organiseringen av ulike livsformer mens den opprettholdes eller en relativt liten økning i størrelsen på proteomet – er karakteristisk for all påfølgende evolusjon opp til mennesker. Så,
Proteomene til mennesker og mus skiller seg praktisk talt ikke fra hverandre og er mindre enn 2 ganger større i størrelse enn proteomene til den mikroskopiske nematode-rundormen eller fruktfluen Drosophila. Dessuten, identiteten til nukleotidsekvensene til humant DNA og
store aper er 98,5%, og i kodende regioner når 99%. Disse tallene avviker lite fra verdien på 99,9 %,
bestemme intraspesifikk likhet i DNA-nukleotidsekvenser mellom forskjellige individer, folk og raser som bor på planeten vår. Så hvilke endringer, som ikke utgjør mer enn 1,5% av hele genomet, er nøkkelen til dannelsen av en person? Svaret på dette spørsmålet bør tilsynelatende søkes ikke bare på genomiske og proteomiske nivåer.
Faktisk, sammen med den relative stabiliteten til proteomet, i
I evolusjonsprosessen er det en kraftig økning i størrelsen og kompleksiteten til organiseringen av det eukaryotiske transkriptomet på grunn av utseendet i genomet til et stort antall transkribert og ikke-kodende DNA, samt en betydelig utvidelse av klasse av RNA-kodende gener. RNA som ikke koder for proteiner, hvor hovedkilden er introner,
utgjør det store flertallet av transkriptomet til høyere organismer,
når 97-98 % av alle transkripsjonsenheter. Funksjonene til disse molekylene blir for tiden intensivt analysert.
Dermed skjer viktige evolusjonære endringer på bakgrunn av en økning i genomstørrelse, et ganske stabilt proteom og en kraftig økning i transkriptomstørrelse - Fig. 31.
Figur 31. Evolusjonære endringer som skjer i tre
informasjonsnivåer Samtidig er overgangen fra enkle livsformer til mer komplekse livsformer åpenbar
korrelerer med fremveksten og utbredt distribusjon i genomet av to grunnleggende og til en viss grad sammenhengende evolusjonære anskaffelser: ikke-kodende DNA og repeterende elementer. En direkte konsekvens av disse endringene som skjer på genomisk nivå er utseendet i prosessen med utvikling av et stort antall ikke-proteinkodende RNA-er.
Hva er det strukturelle grunnlaget for disse evolusjonære transformasjonene?
Alle store evolusjonære overganger: fra prokaryoter til eukaryoter, fra protozoer til metazoer, fra de første dyrene til bilaterianere, og fra primitive kordater til vertebrater, ble ledsaget av en kraftig økning i genomkompleksiteten. Tilsynelatende er slike sprang i evolusjon et resultat av sjeldne tilfeller av vellykket fusjon av hele genomer av forskjellige arter som tilhører systematiske klasser som har divergert en betydelig avstand fra hverandre. Dermed markerte symbiosen av Archaea og Bakterier begynnelsen på overgangen fra prokaryoter til eukaryoter. Det er åpenbart at mitokondrier, kloroplaster og noen andre celleorganeller også dukket opp som et resultat av endosymbiose. En grunnleggende egenskap ved høyere eukaryoter, diploidy, oppsto som et resultat av godt regulert genomisk duplisering som skjedde for rundt 500 millioner år siden.
Genomiske duplikasjoner innen en art forekom ganske ofte, og
eksempler på dette er mange tilfeller av polyploidi i planter,
sopp og til og med noen ganger hos dyr. Imidlertid potensielle mekanismer
som fører til fremveksten av fundamentalt nye livsformer i evolusjonsprosessen er ikke autopolyploidi, men hybridisering og horisontal overføring eller fusjon av genomer. Det er bemerkelsesverdig at de mest betydningsfulle evolusjonære transformasjonene, ledsaget av fusjon av hele genomer, skjer under ekstraordinære forhold, i perioder med store geologiske overganger, slik som endringer i konsentrasjonen av oksygen i atmosfæren, istid på jorden eller Kambrium Eksplosjon.
Under relativt rolige geologiske forhold viser dupliseringer av individuelle gener eller kromosomale segmenter seg med deres påfølgende divergens å være mer betydningsfulle for evolusjonen. En sammenligning av nukleotidsekvensene til sekvenserte genomer viser at frekvensen av genduplikasjoner er ganske høy og i gjennomsnitt er 0,01 per gen per million år. De aller fleste av dem manifesterer seg ikke i løpet av de neste flere millioner årene, og bare i sjeldne tilfeller
I tilfeller kan dupliserte gener få nye adaptive funksjoner. Imidlertid fungerer en stor klasse av "stille" genduplikasjoner som et slags reservefond for fødselen av nye gener og dannelsen av nye arter. Det menneskelige genomet inneholder fra 10 til 20 tusen kopier av bearbeidede gener som oppsto gjennom retroposisjonen av mRNA.
De fleste av dem tilhører klassen av pseudogener, det vil si at de ikke uttrykkes verken på grunn av tilstedeværelsen av mutasjoner eller på grunn av innsettinger i transkripsjonelt inaktive områder av genomet. Noen av disse genene er imidlertid aktive, og arten av deres uttrykk og til og med funksjoner kan være forskjellige,
enn de av grunnleggergenene.
De spiller en spesiell rolle i utviklingen av primater og mennesker. segmentelle duplikasjoner, som tilhører klassen av lav kopi repetisjoner (LCR) og
oppsto for mindre enn 35 millioner år siden. Disse sekvensene er svært identiske blokker av DNA, som varierer i størrelse fra én til flere hundre kilobaser. Oftest er segmentelle duplikasjoner lokalisert i de perisentromere eller telomere regionene til forskjellige kromosomer, og totalt opptar de omtrent 5% av det menneskelige genomet.
Ingen segmentelle duplikasjoner ble funnet i andre sekvenserte genomer.
Den minimale modulen for segmentell duplisering, kalt et duplicon, inneholder fragmenter av ubeslektede ubehandlede gener, og
dette skiller den fra andre kjente typer gjentatte sekvenser. Under visse forhold kan duplikoner tjene som kilder for å lage nye kimære transkriberte gener eller genfamilier fra forskjellige kombinasjoner av kodende eksoner som er tilstede i dem. Det er anslått at mellom 150 og 350 gener kan skille sjimpansen og menneskets genom.
Uten å redusere betydningen av utseendet til nye og forsvinningen av gamle kodende sekvenser for artsdannelse, bør vi understreke den reelle muligheten for eksistensen av andre mekanismer,
spiller en avgjørende rolle i utviklingen av eukaryoter.
En av drivmekanismene for evolusjonen er mobile elementer, funnet i alle arter som er studert i denne forbindelse.
Genomiske endringer som følger med spesifikasjonsprosessen kan omfatte omfattende karyotype-omorganiseringer, lokale kromosomale omorganiseringer, duplikasjoner av genfamilier, modifikasjoner av individuelle gener,
ledsaget av deres fødsel eller tap, så vel som forskjeller i genuttrykk, regulert både på transkripsjonsnivå og på nivåer av spleising eller translasjon. Mobile elementer er direkte relatert til alle disse prosessene.
I noen tilfeller bærer transponerbare elementer selv sekvenser som koder for enzymer hvis tilstedeværelse er nødvendig for DNA-transposisjon eller RNA-retroposisjon.
Lignende sekvenser er tilstede i genomet til retrovirus, LTR-
elementer og transposoner. Retrotransposoner inkluderer også den mest tallrike klassen av transponerbare elementer - Alu-repetisjoner. For første gang Alu-
repetisjoner dukker opp hos primater for rundt 50-60 millioner år siden fra et lite RNA-kodende gen. I prosessen med videre utvikling oppstår divergens og kraftig forsterkning av denne familien. Overgangen fra primater til mennesker er ledsaget av en eksplosiv økning i antallet
Alu gjentar, hvorav antallet kopier, ifølge noen estimater, når
1,1 millioner. Alu-repetisjoner opptar omtrent 10 % av det menneskelige genomet, men fordelingen er ujevn, siden de for det meste er assosiert med gener. Disse elementene er sjelden tilstede i kodende eksoner og finnes ganske ofte i introner og ikke-kodende områder av mRNA, noe som påvirker stabiliteten til disse molekylene og/eller translasjonseffektiviteten. Tilstedeværelsen av Alu-sekvenser i de introniske regionene til gener kan være ledsaget av en endring i preRNA-behandlingens natur, siden disse sekvensene inneholder regioner som er homologe med donor- og akseptorspleisesteder. Når Alu-elementer settes inn i de regulatoriske områdene av et gen, kan transkripsjonen bli forstyrret, noe som resulterer i
Hoppende gener
I midten av forrige århundre oppdaget den amerikanske forskeren Barbara McClintock fantastiske gener i mais som uavhengig kan endre deres posisjon på kromosomene. Nå kalles de "hoppende gener" eller transponerbare (mobile) elementer. Oppdagelsen ble ikke gjenkjent på lenge, og vurderte mobile elementer for å være et unikt fenomen som bare er karakteristisk for mais. Det var imidlertid for denne oppdagelsen at McClintock ble tildelt Nobelprisen i 1983 – i dag er det funnet hoppende gener i nesten alle studerte arter av dyr og planter.
Hvor kommer hoppgener fra, hva gjør de i en celle, er de nyttige? Hvorfor, med genetisk sunne foreldre, kan en Drosophila fruktfluefamilie, på grunn av hoppgener, produsere mutant avkom med høy frekvens eller til og med være barnløs? Hvilken rolle spiller hoppende gener i evolusjonen?
Det må sies at genene som sikrer cellefunksjonen er plassert på kromosomene i en viss rekkefølge. Takket være dette var det mulig å konstruere såkalte genetiske kart for mange arter av encellede og flercellede organismer. Imidlertid er det en størrelsesorden mer genetisk materiale mellom gener enn innenfor dem! Hvilken rolle denne "ballast"-delen av DNA spiller er ikke fullt ut fastslått, men det er her man oftest finner mobile elementer, som ikke bare beveger seg selv, men også kan ta med seg nabo-DNA-fragmenter.
Hvor kommer hoppgener fra? Det antas at i det minste noen av dem stammer fra virus, siden noen mobile elementer er i stand til å danne viruspartikler (for eksempel det mobile elementet sigøyner i fruktflua Drosophila melanogaster). Noen mobile elementer vises i genomet gjennom den såkalte horisontal overføring fra andre arter. For eksempel er det etablert at mobil uteligger-element (oversatt til russisk kalles det en tramp) Drosophila melanogaster gjentatte ganger gjeninnført i genomet til denne arten. Det er en versjon om at enkelte regulatoriske deler av DNA også kan ha autonomi og en tendens til "vagrancy".
Nyttig ballast
På den annen side oppfører de fleste hoppegenene seg, til tross for navnet, stille, selv om de utgjør en femtedel av det totale genetiske materialet Drosophila melanogaster eller nesten halvparten av det menneskelige genomet.
Redundansen til DNA, som ble nevnt ovenfor, har sin fordel: ballast-DNA (inkludert passive mobile elementer) tar støtet hvis fremmed DNA blir introdusert i genomet. Sannsynligheten for at et nytt element blir integrert i et nyttig gen og dermed forstyrrer dets drift reduseres hvis det er mye mer ballast-DNA enn signifikant DNA.
Noe overflødighet av DNA er nyttig på samme måte som "redundans" av bokstaver i ord: vi skriver "Maria Ivanovna", men sier "Marivan". Noen bokstaver går uunngåelig tapt, men meningen består. Det samme prinsippet fungerer på nivået av betydning for individuelle aminosyrer i et protein-enzymmolekyl: bare sekvensen av aminosyrer som danner det aktive senteret er strengt bevart. Dermed viser redundans seg på ulike nivåer å være en slags buffer som gir en reserve av systemstyrke. Slik viser det seg at mobile elementer som har mistet mobilitet, ikke er ubrukelige for genomet. Som de sier, "fra en tynn sau i det minste en dusk ull," selv om kanskje et annet ordtak ville være bedre egnet her - "hver bast i en linje."
Mobile elementer som har beholdt evnen til å hoppe beveger seg langs Drosophila-kromosomer med en frekvens på 10–2–10–5 per gen per generasjon, avhengig av type grunnstoff, genetisk bakgrunn og ytre forhold. Det betyr at ett av hundre hoppende gener i en celle kan endre posisjon etter neste celledeling. Som et resultat, etter flere generasjoner, kan fordelingen av mobile elementer langs kromosomet endre seg veldig betydelig.
Det er praktisk å studere denne fordelingen på polyten (flertrådede) kromosomer fra spyttkjertlene til Drosophila-larvene. Disse kromosomene er mange ganger tykkere enn vanlig, noe som i stor grad forenkler undersøkelsen deres under et mikroskop. Hvordan oppnås slike kromosomer? I cellene i spyttkjertlene multipliseres DNAet til hvert kromosom, som ved normal celledeling, men selve cellen deler seg ikke. Som et resultat endres ikke antall celler i kjertelen, men over 10-11 sykluser samler det seg flere tusen identiske DNA-tråder i hvert kromosom.
Det er delvis på grunn av polytenkromosomer at hoppgener i Drosophila er bedre studert enn i andre flercellede organismer. Som et resultat av disse studiene viste det seg at selv innenfor den samme Drosophila-populasjonen er det vanskelig å finne to individer som har kromosomer med samme fordeling av transponerbare elementer. Det er ingen tilfeldighet at det antas at de fleste av de spontane mutasjonene i Drosophila er forårsaket av bevegelsen til disse "hopperne".
Konsekvensene kan variere...
Basert på deres effekt på genomet, kan aktive mobile elementer deles inn i flere grupper. Noen av dem utfører funksjoner som er ekstremt viktige og nyttige for genomet. For eksempel, telomerisk DNAet som ligger i endene av kromosomene i Drosophila består av spesielle mobile elementer. Dette DNA er ekstremt viktig - tapet medfører tap av hele kromosomet under celledeling, noe som fører til celledød.
Andre mobile elementer er direkte "skadedyr". Det er i hvert fall det de anses å være for øyeblikket. For eksempel kan mobile elementer av R2-klassen spesifikt inkorporeres i leddyrgener som koder for et av de ribosomale proteinene, de cellulære "fabrikkene" for proteinsyntese. Personer med slike lidelser overlever bare fordi bare en del av de mange genene som koder for disse proteinene er skadet i genomet.
Det er også mobile elementer som bare beveger seg i reproduktive vev som produserer kjønnsceller. Dette forklares med det faktum at i forskjellige vev kan det samme mobile elementet produsere enzymproteinmolekyler som kreves for bevegelse som varierer i lengde og funksjon.
Et eksempel på sistnevnte er P-elementet Drosophila melanogaster, som kom inn i sine naturlige populasjoner gjennom horisontal overføring fra en annen art av Drosophila for ikke mer enn hundre år siden. Imidlertid er det knapt en befolkning på jorden nå Drosophila melanogaster, der P-elementet ikke ville bli funnet. Det skal bemerkes at de fleste av kopiene er defekte, dessuten ble den samme versjonen av defekten funnet nesten overalt. Sistnevntes rolle i genomet er unik: den er "intolerant" mot sine medmennesker og spiller rollen som en undertrykker, og blokkerer deres bevegelse. Så beskyttelsen av Drosophila-genomet fra hoppene til den "fremmede" kan delvis utføres av dets egne derivater.
Det viktigste er å velge de riktige foreldrene!
De fleste hoppene til mobile elementer påvirker ikke utseendet til Drosophila, fordi de forekommer på ballast-DNA, men det er andre situasjoner når aktiviteten deres øker kraftig.
Overraskende nok er den kraftigste faktoren som induserer bevegelsen av hoppende gener dårlig foreldrevalg. Hva skjer for eksempel hvis du krysser kvinner fra en laboratoriepopulasjon? Drosophila melanogaster, som ikke har P-elementet (fordi deres forfedre ble fanget fra naturen for rundt hundre år siden), med hanner som bærer P-elementet? I hybrider, på grunn av den raske bevegelsen av det mobile elementet, kan det oppstå et stort antall forskjellige genetiske lidelser. Dette fenomenet, kalt hybrid dysgenese, er forårsaket av det faktum at det ikke er noen repressor i mors cytoplasma som forbyr bevegelsen av det transponerbare elementet.
Så hvis brudgom fra populasjon A og bruder fra populasjon B kan skape store familier, er det ikke alltid det motsatte er sant. En familie med genetisk sunne foreldre kan produsere et stort antall mutante eller infertile avkom, eller til og med være barnløse hvis far og mor har et annet sett med mobile elementer i genomet. Spesielt mange brudd oppstår hvis eksperimentet utføres ved en temperatur på 29 ° C. Påvirkningen av eksterne faktorer, lagt på den genetiske bakgrunnen, forsterker effekten av genommismatch, selv om disse faktorene i seg selv (selv ioniserende stråling) alene ikke er i stand til å forårsake slike massive bevegelser av mobile elementer.
Lignende hendelser i Drosophila melanogaster kan forekomme med deltakelse av andre familier av mobile elementer.
"Mobil" evolusjon
Det cellulære genomet kan betraktes som et slags økosystem av permanente og midlertidige medlemmer, der naboer ikke bare sameksisterer, men også samhandler med hverandre. Samspillet mellom vertsgener og mobile elementer er fortsatt dårlig forstått, men mange resultater kan gis - fra organismens død i tilfelle skade på et viktig gen til gjenoppretting av tidligere skadede funksjoner.
Det hender at hoppgenene selv samhandler med hverandre. Dermed er et fenomen som ligner immunitet kjent, når et mobilt element ikke kan trenge inn i umiddelbar nærhet av et allerede eksisterende. Imidlertid er ikke alle mobile elementer så delikate: For eksempel kan P-elementer lett trenge inn i hverandre og ta medspillerne ut av spillet.
I tillegg er det en slags selvregulering i antall mobile elementer i genomet. Faktum er at mobile elementer kan utveksle homologe regioner med hverandre - denne prosessen kalles rekombinasjon. Som et resultat av slik interaksjon kan mobile elementer, avhengig av deres orientering, miste ( sletting) eller utvide ( inversjon) fragmenter av verts-DNA lokalisert mellom dem. Hvis en betydelig del av et kromosom går tapt, vil genomet dø. Ved en inversjon eller liten delesjon skapes kromosomdiversitet, som anses som en nødvendig betingelse for evolusjon.
Hvis det oppstår rekombinasjoner mellom mobile elementer lokalisert på forskjellige kromosomer, er resultatet dannelsen av kromosomale omorganiseringer, som under påfølgende celledelinger kan føre til genomubalanse. Og et ubalansert genom, akkurat som et ubalansert budsjett, er svært dårlig delt. Så døden til mislykkede genomer er en av grunnene til at aktive mobile elementer ikke fyller kromosomer på ubestemt tid.
Et naturlig spørsmål dukker opp: hvor viktig er bidraget fra mobile elementer til evolusjonen? For det første introduseres de fleste mobile elementene, grovt sett, uansett hvor de skal være, som et resultat av at de kan skade eller endre strukturen eller reguleringen av genet de introduseres i. Da avviser naturlig utvalg mislykkede alternativer, og vellykkede alternativer med adaptive egenskaper fikses.
Hvis konsekvensene av introduksjonen av et mobilt element viser seg å være nøytrale, kan denne varianten vedvare i befolkningen, og gi noe mangfold i genstrukturen. Dette kan komme godt med under ugunstige forhold. Teoretisk sett, med den massive bevegelsen av mobile elementer, kan mutasjoner vises i mange gener samtidig, noe som kan være svært nyttig i tilfelle en skarp endring i levekårene.
Så for å oppsummere: det er mange mobile elementer i genomet og de er forskjellige; de kan interagere både med hverandre og med vertsgener; kan skade og være uerstattelig. Genom-ustabilitet forårsaket av bevegelse av mobile elementer kan ende i tragedie for individet, men evnen til å endre seg raskt er en nødvendig betingelse for overlevelse av en populasjon eller art. Takket være dette skapes mangfold, som er grunnlaget for naturlig utvalg og påfølgende evolusjonære transformasjoner.
En analogi kan trekkes mellom hoppende gener og innvandrere: Noen innvandrere eller deres etterkommere blir likeverdige borgere, andre får oppholdstillatelse, og andre – de som ikke overholder lovene – blir deportert eller fengslet. Og massemigrasjoner av mennesker kan raskt endre selve staten.
Litteratur
Ratner V. A., Vasilyeva L. A. Induksjon av transposisjoner av mobile genetiske elementer ved stresspåvirkning. Russisk binding. 2000.
Gvozdev V. A. Mobile DNA of eukaryotes // Soros pedagogisk tidsskrift. 1998. Nr. 8.
Forlaget "BINOM. Knowledge Laboratory gir ut en bok med memoarer av genetikeren Craig Venter, Life Deciphered. Craig Venter er kjent for sitt arbeid med å lese og tyde det menneskelige genomet. I 1992 grunnla han Institute for Genome Research (TIGR). I 2010 skapte Venter verdens første kunstige organisme – den syntetiske bakterien Mycoplasma laboratorium. Vi inviterer deg til å lese et av kapitlene i boken, der Craig Venter snakker om arbeidet fra 1999–2000 med å sekvensere genomet til Drosophila-fluen.
Frem og bare fremover
De grunnleggende aspektene ved arv viste seg, til vår overraskelse, å være ganske enkle, og derfor var det håp om at naturen kanskje ikke er så ukjent, og at dens uforstålighet, gjentatte ganger forkynt av forskjellige mennesker, bare er en annen illusjon, frukten av vår uvitenhet. . Dette gjør oss optimistiske, for hvis verden var så kompleks som noen av våre venner hevder, ville biologien ikke ha noen sjanse til å bli en eksakt vitenskap.
Thomas Hunt Morgan. Fysisk arvegrunnlag
Mange mennesker har spurt meg hvorfor jeg, av alle levende skapninger på planeten vår, valgte fruktflua; andre lurte på hvorfor jeg ikke umiddelbart gikk videre til å tyde det menneskelige genomet. Poenget er at vi trengte et grunnlag for fremtidige eksperimenter, vi ønsket å være sikre på riktigheten av metoden vår før vi brukte nesten 100 millioner dollar på å sekvensere det menneskelige genomet.
Den lille fruktflua spilte en enorm rolle i utviklingen av biologi, spesielt genetikk. Slekten Drosophila inkluderer forskjellige fluer - eddik, vin, eple, druer og frukt - totalt rundt 26 hundre arter. Men si ordet "drosophila", og enhver vitenskapsmann vil umiddelbart tenke på en spesifikk art - Drosophilamelanogaster. Fordi den formerer seg raskt og enkelt, fungerer denne lille flua som en modellorganisme for evolusjonsbiologer. De bruker den til å kaste lys over skaperverkets mirakel – fra befruktningsøyeblikket til fremveksten av en voksen organisme. Takket være Drosophila har mange funn blitt gjort, inkludert oppdagelsen av homeobox-holdige gener som regulerer den generelle strukturen til alle levende organismer.
Hver student i genetikk er kjent med eksperimentene på Drosophila utført av Thomas Hunt Morgan, faren til amerikansk genetikk. I 1910 la han merke til mannlige mutanter med hvite øyne blant de vanlige rødøyde fluene. Han krysset en hvitøyet hann med en rødøyd hunn og fant ut at avkommet deres var rødøyde: hvitøydhet viste seg å være en recessiv egenskap, og vi vet nå at for at fluer skal ha hvite øyne, trenger du to kopier av hvitøyde-genet, en fra hver forelder. Morgan fortsatte å krysse mutanter, og oppdaget at bare hanner viste egenskapen til hvite øyne, og konkluderte med at denne egenskapen var assosiert med kjønnskromosomet (Y-kromosomet). Morgan og elevene hans studerte arvelige egenskaper hos tusenvis av fruktfluer. I dag utføres eksperimenter med Drosophila i molekylærbiologiske laboratorier rundt om i verden, hvor mer enn fem tusen mennesker studerer dette lille insektet.
Jeg lærte førstehånds betydningen av Drosophila da jeg brukte biblioteker av cDNA-genene for å studere adrenalinreseptorer og oppdaget deres ekvivalent i flue-oktopaminreseptorene. Denne oppdagelsen indikerte fellesheten til den evolusjonære arven til nervesystemet til fluen og mennesket. For å prøve å forstå cDNA-biblioteker i den menneskelige hjernen, fant jeg gener med lignende funksjoner ved å sammenligne menneskelige gener med Drosophila-gener på datamaskin.
Drosophila-gensekvenseringsprosjektet startet i 1991, da Jerry Rubin fra University of California, Berkeley, og Allen Spradling fra Carnegie Institution bestemte at det var på tide å ta på seg oppgaven. I mai 1998 var 25 % av sekvenseringen allerede fullført, og jeg kom med et forslag som Rubin sa var "for godt til å gå glipp av." Ideen min var ganske risikabel: tusenvis av fruktflueforskere fra forskjellige land måtte granske hver bokstav i koden vi fikk, sammenligne den med Jerrys egne referansedata av høy kvalitet, og deretter konkludere om egnetheten til metoden min. .
Den opprinnelige planen var å fullføre sekvenseringen av fluegenomet innen seks måneder innen april 1999, og deretter starte angrepet på det menneskelige genomet. Det virket for meg som om dette var den mest effektive og tydelige måten å demonstrere at vår nye metode fungerer. Og hvis vi ikke lykkes, tenkte jeg, ville det være bedre å raskt bekrefte dette ved å bruke eksemplet med Drosophila enn å jobbe med det menneskelige genomet. Men i sannhet ville fullstendig fiasko være den mest spektakulære fiaskoen i biologiens historie. Jerry satte også ryktet sitt på spill, så alle i Celera var fast bestemt på å støtte ham. Jeg spurte Mark Adams om å lede vår del av prosjektet, og siden Jerry også hadde et førsteklasses team på Berkeley, gikk samarbeidet vårt.
Først og fremst oppsto spørsmålet om renheten til DNAet som vi måtte sekvensere. Som mennesker varierer fluer genetisk. Hvis det er mer enn 2 % genetisk variasjon i en populasjon, og vi har 50 forskjellige individer i den utvalgte gruppen, så viser det seg å være svært vanskelig å avkode. Jerrys første skritt var å innavle fluene så mye som mulig for å gi oss en enhetlig DNA-variant. Men innavl var ikke nok til å sikre genetisk renhet: Ved utvinning av flue-DNA var det fare for kontaminering med genetisk materiale fra bakterieceller i fluens mat eller i tarmen. For å unngå disse problemene foretrakk Jerry å trekke ut DNA fra flueembryoer. Men selv fra embryonale celler måtte vi først isolere kjerner med DNAet vi trengte, for ikke å forurense det med ekstranukleært DNA fra mitokondrier - cellens "kraftverk". Som et resultat fikk vi et reagensrør med en uklar løsning av rent Drosophila DNA.
Sommeren 1998 begynte Hams team, som hadde så rent flue-DNA, å lage biblioteker med fragmentene. Ham selv likte best å kutte DNA og overlappe de resulterende fragmentene, og senke følsomheten til høreapparatet hans slik at ingen fremmede lyder ville distrahere ham fra arbeidet hans. Opprettelsen av biblioteker skulle være begynnelsen på storskala sekvensering, men foreløpig hørtes bare lyden av bor, hammere og sager overalt. En hel hær av byggherrer var konstant et øyesår i nærheten, og vi fortsatte å løse de viktigste problemene - feilsøking av driften av sekvensere, roboter og annet utstyr, og prøvde ikke i årevis, men i løpet av noen måneder å lage en ekte sekvenseringsfabrikk " fra bunnen av.
Den første Model 3700 DNA-sekvenseren ble levert til Celera 8. desember 1998 til stor begeistring og et kollektivt lettelsens sukk. Enheten ble fjernet fra en trekasse, plassert i et vinduløst rom i kjelleren - dets midlertidige hjem, og begynte umiddelbart å teste. Når det begynte å fungere, fikk vi resultater av svært høy kvalitet. Men disse tidlige sequencerne var ganske ustabile, og noen var defekte fra starten. Det var også konstante problemer med de som jobbet, noen ganger nesten daglig. For eksempel dukket det opp en alvorlig feil i robotmanipulatorens kontrollprogram - noen ganger strekker robotens mekaniske arm seg over enheten i høy hastighet og krasjet inn i veggen. Som et resultat stoppet sequenceren, og et reparasjonsteam måtte tilkalles for å fikse det. Noen sekvensere har sviktet på grunn av forvillede laserstråler. For å beskytte mot overoppheting ble det brukt folie og tape, siden de gulfargede Gs-fragmentene ved høye temperaturer fordampet fra sekvensene.
Selv om enhetene nå ble levert regelmessig, var omtrent 90 % av dem feil fra starten. Noen dager fungerte ikke sequencerne i det hele tatt. Jeg trodde fullt og fast på Mike Hunkapiller, men min tro ble sterkt rystet da han begynte å gi våre ansatte skylden for feilene våre, byggestøv, de minste temperatursvingninger, månens faser, og så videre. Noen av oss ble til og med grå av stress.
De døde 3700-tallet satt i kafeteriaen og ventet på å bli sendt tilbake til ABI, og til slutt kom det til et punkt hvor vi måtte spise lunsj praktisk talt i likhuset til sequencerne. Jeg var fortvilet - jeg trengte tross alt et visst antall fungerende enheter hver dag, nemlig 230! For rundt 70 millioner dollar lovet ABI å gi oss enten 230 perfekt funksjonelle enheter som ville fungere hele dagen uten avbrudd, eller 460 som ville fungere i minst en halv dag. I tillegg burde Mike ha doblet antallet kvalifiserte teknisk personell for umiddelbart å reparere sequencere etter feil.
Men hva er interessen i å gjøre alt dette for de samme pengene! I tillegg har Mike nå en annen klient - et statlig genomisk prosjekt, hvis ledere allerede har begynt å kjøpe hundrevis av enheter uten noen testing. Fremtiden til Celera var avhengig av disse sekvenserne, men Mike skjønte tilsynelatende ikke at fremtiden til ABI også var avhengig av dem. Konflikt var uunngåelig, som ble tydelig under et viktig møte mellom ABI-ingeniører og teamet mitt på Celera.
Etter at vi rapporterte om det enorme antallet defekte instrumenter og hvor lang tid det tok å fikse sequencerfeil, prøvde Mike igjen å legge all skylden på mine ansatte, men til og med hans egne ingeniører var uenige med ham. Tony White grep til slutt inn. "Jeg bryr meg ikke om hvor mye det koster eller hvem som må drepes for det," sa han. Så for første og siste gang tok han virkelig mitt parti. Han beordret Mike å sikre levering av de nye sequencerne så raskt som mulig, selv på bekostning av andre kunder og selv om det ennå ikke var kjent hvor mye det ville koste.
Tony beordret også Mike til å ansette ytterligere tjue teknikere for raskt å reparere og finne årsaken til alle problemer. I virkeligheten var dette lettere sagt enn gjort fordi det var mangel på erfarne arbeidere. Til å begynne med posjerte Eric Lander to av de mest kvalifiserte ingeniørene, og etter Mikes mening hadde vi også skylden. Da han vendte seg mot Mark Adams, sa Mike: "Du burde ha ansatt dem før noen andre gjorde det." Etter en slik uttalelse mistet jeg fullstendig all respekt for ham. Tross alt, i henhold til avtalen vår, kunne jeg ikke ansette ABI-ansatte, mens Lander og andre ledere av regjeringens genomprosjekt hadde rett til å gjøre det, så veldig snart begynte de beste ABI-ingeniørene å jobbe for våre konkurrenter. Ved slutten av møtet skjønte jeg at problemene gjensto, men et lys av håp om bedring hadde begynt.
Og slik skjedde det, om enn ikke umiddelbart. Vårt arsenal av sequencere økte fra 230 til 300 enheter, og hvis 20-25 % av dem mislyktes, hadde vi fortsatt rundt 200 fungerende sequencere og taklet på en eller annen måte oppgavene. Det tekniske personalet jobbet heroisk og økte jevnlig tempoet i reparasjonsarbeidet, noe som reduserte nedetiden. Hele denne tiden tenkte jeg på én ting: det vi gjør er gjennomførbart. Feil oppstod av tusen årsaker, men feil var ikke en del av planene mine.
Vi begynte å sekvensere Drosophila-genomet for alvor 8. april, omtrent på det tidspunktet vi skulle ha fullført dette arbeidet. Jeg forsto selvfølgelig at White ønsket å bli kvitt meg, men jeg gjorde alt i min makt for å fullføre hovedoppgaven. Spenning og angst hjemsøkte meg hjemme, men jeg kunne ikke diskutere disse problemene med min "fortrolige". Claire viste sin forakt da hun så hvor opptatt jeg var av Celeras saker. Hun følte at jeg gjentok de samme feilene jeg gjorde mens jeg jobbet på TIGR/HGS. Innen 1. juli følte jeg meg dypt deprimert, akkurat som i Vietnam.
Siden transportørmetoden ennå ikke hadde fungert for oss, måtte vi gjøre hardt, utmattende arbeid - for å "lime" genomfragmentene sammen igjen. For å oppdage treff uten å bli distrahert av repetisjoner, foreslo Gene Myers en algoritme basert på nøkkelprinsippet i min versjon av haglemetoden: sekvenser begge ender av alle resulterende kloner. Fordi Ham fikk kloner av tre nøyaktig kjente størrelser, visste vi at de to terminale sekvensene var i en strengt definert avstand fra hverandre. Som før vil denne metoden for "matching" gi oss en utmerket mulighet til å sette sammen genomet på nytt.
Men siden hver ende av sekvensen ble sekvensert separat, for at denne monteringsmetoden skulle fungere nøyaktig, var det nødvendig å føre nøye journaler - for å være helt sikre på at vi var i stand til å koble alle par av endesekvenser riktig: tross alt, hvis i det minste ett av hundre forsøk fører til en feil og ingen matchende er funnet et par for konsistens, alt vil gå i vasken og metoden vil ikke fungere. En måte å unngå dette på er å bruke strekkoder og sensorer for å spore hvert trinn i prosessen. Men i begynnelsen av arbeidet hadde ikke laboratorieteknikere nødvendig programvare og utstyr for sekvensering, så de måtte gjøre alt manuelt. På Celera behandlet et lite team på mindre enn tjue personer rekordhøye 200 000 kloner hver dag. Vi kunne forutse noen feil, for eksempel feillesing av data fra 384 brønner, og deretter bruke datamaskinen til å finne den klart feilaktige operasjonen og rette opp situasjonen. Selvfølgelig var det fortsatt noen mangler, men dette bekreftet bare lagets dyktighet og tillit til at vi kunne eliminere feil.
Til tross for alle vanskelighetene klarte vi å lese 3156 millioner sekvenser på fire måneder, totalt ca. 1,76 milliarder nukleotidpar inneholdt mellom endene av 1,51 millioner DNA-kloner. Nå var det Gene Myers, teamet hans og datamaskinens tur – det var nødvendig å sette alle seksjonene sammen til Drosophila-kromosomer. Jo lengre seksjonene ble, jo mindre nøyaktig ble sekvenseringen. Når det gjelder Drosophila, var sekvensene i gjennomsnitt 551 basepar og gjennomsnittlig nøyaktighet var 99,5 %. Gitt 500-bokstavssekvenser, kan nesten hvem som helst finne treffene ved å flytte en sekvens langs en annen til en treff blir funnet.
For å sekvensere Haemophilus influenzae hadde vi 26 tusen sekvenser. Å sammenligne hver av dem med alle de andre ville kreve 26 tusen sammenligninger i kvadrat, eller 676 millioner. Drosophila-genomet, med sine 3,156 millioner avlesninger, ville kreve omtrent 9,9 billioner sammenligninger. Når det gjelder mennesker og mus, hvor vi produserte 26 millioner sekvensavlesninger, var det nødvendig med omtrent 680 billioner sammenligninger. Det er derfor ikke overraskende at de fleste forskere var veldig skeptiske til den mulige suksessen til denne metoden.
Selv om Myers lovet å fikse alt, var han stadig i tvil. Nå jobbet han dager og netter, så utmattet ut og ble på en måte grå. I tillegg hadde han problemer i familien, og han begynte å bruke mesteparten av fritiden sin med journalisten James Shreve, som skrev om prosjektet vårt og som en skygge fulgte forskningens fremdrift. For å prøve å distrahere Gene på en eller annen måte, tok jeg ham med meg til Karibia for å slappe av og seile på yachten min. Men selv der satt han i timevis, bøyd over den bærbare datamaskinen, rynket de svarte øyenbrynene og myste de svarte øynene fra den skarpe solen. Og til tross for utrolige vanskeligheter, klarte Gene og teamet hans å generere mer enn en halv million linjer med datakode for den nye assembleren på seks måneder.
Hvis sekvenseringsresultatene var 100 % nøyaktige, uten duplikat-DNA, ville genomsamling være en relativt enkel oppgave. Men i virkeligheten inneholder genomer et stort antall gjentatte DNA av forskjellige typer, lengder og frekvenser. Korte repetisjoner på mindre enn fem hundre basepar er relativt enkle å håndtere; lengre repetisjoner er vanskeligere. For å løse dette problemet brukte vi en "pair-finding"-metode, det vil si at vi sekvenserte begge endene av hver klon og fikk kloner med forskjellig lengde for å sikre maksimalt antall treff.
Algoritmene, kodet i Jins teams halv million linjer med datakode, foreslo et trinn-for-trinn-scenario - fra de mest "ufarlige" handlingene, for eksempel å overlappe to sekvenser, til mer komplekse, som å bruke oppdagede par til slå sammen øyer med overlappende sekvenser. Det var som å sette sammen et puslespill, hvor små øyer av sammensatte seksjoner settes sammen for å danne større øyer, og så gjentas hele prosessen igjen. Bare puslespillet vårt hadde 27 millioner brikker. Og det var veldig viktig at delene ble hentet fra en sekvens av høykvalitetsmontering: forestill deg hva som ville skje hvis du setter sammen et puslespill, og fargene eller bildene av elementene er uklare og uklare. For lang rekkefølge av genomsekvensen, må en betydelig andel av avlesningene være i form av matchende par. Gitt at resultatene fortsatt ble sporet manuelt, var vi lettet over å finne at 70 % av sekvensene vi hadde var nøyaktig slik. Datamodellere forklarte at med en lavere prosentandel ville det vært umulig å sette sammen «Humpty Dumpty».
Og nå var vi i stand til å bruke Celera assembler til å sekvensere sekvensen: i det første trinnet ble resultatene justert for å oppnå den høyeste nøyaktigheten; i det andre trinnet fjernet Screener-programmet kontaminerende sekvenser fra plasmidet eller E. coli DNA. Monteringsprosessen kan forstyrres av så lite som 10 basepar av den "fremmede" sekvensen. I det tredje trinnet sjekket Screener-programmet hvert fragment for samsvar med kjente repeterende sekvenser i fruktfluegenomet - data fra Jerry Rubin, som "vennligst" ga dem til oss. Plasseringene av gjentakelser med delvis overlappende områder ble registrert. I det fjerde trinnet oppdaget et annet program (Overlapper) de overlappende områdene ved å sammenligne hvert fragment med alle de andre - et kolossalt eksperiment med å behandle en enorm mengde numeriske data. Vi sammenlignet 32 millioner fragmenter hvert sekund, med mål om å finne minst 40 overlappende basepar med mindre enn 6 % forskjeller. Da vi oppdaget to overlappende områder, kombinerte vi dem til et større fragment, det såkalte "contig" - et sett med overlappende fragmenter.
Ideelt sett ville dette være nok til å sette sammen genomet. Men vi måtte kjempe med stamming og repetisjoner i DNA-koden, noe som betydde at ett stykke DNA kunne overlappe med flere forskjellige regioner, og skape falske forbindelser. For å forenkle oppgaven, la vi bare unikt tilkoblede fragmenter, de såkalte "unitigs". Programmet vi brukte til å utføre denne operasjonen (Unitigger) fjernet i hovedsak all DNA-sekvensen som vi ikke kunne identifisere med sikkerhet, og etterlot bare disse enhetene. Dette trinnet ga oss ikke bare muligheten til å vurdere andre alternativer for å sette sammen fragmentene, men forenklet også oppgaven betydelig. Etter reduksjon ble antallet overlappende fragmenter redusert fra 212 millioner til 3,1 millioner, og problemet ble forenklet med 68 ganger. Bitene i puslespillet falt gradvis, men jevnt og trutt på plass.
Og så kunne vi bruke informasjon om måten sekvensene til den samme klonen ble paret ved å bruke en "skjelett"-algoritme. Alle mulige enheter med gjensidig overlappende basepar ble kombinert til spesielle rammer. For å beskrive dette stadiet i forelesningene mine, trekker jeg en analogi med byggesettet Tinkertoys for barn. Den består av pinner av forskjellige lengder, som kan settes inn i hull plassert på nøkkeldeler av tre (kuler og disker), og dermed skape en tredimensjonal struktur. I vårt tilfelle er nøkkeldelene enheter. Når du vet at sammenkoblede sekvenser er lokalisert i endene av kloner som er 2 tusen, 10 tusen eller 50 tusen basepar lange - det vil si at de ser ut til å være i en avstand på et visst antall hull fra hverandre - kan de settes på linje.
Testing av denne teknikken på Jerry Rubins sekvens, som var omtrent en femtedel av fruktfluegenomet, resulterte i bare 500 hull. Ved å teste på våre egne data i august endte vi opp med mer enn 800 000 små fragmenter. En betydelig større mengde data til behandling viste at teknikken fungerte dårlig – resultatet ble det motsatte av det som var forventet. I løpet av de neste dagene vokste panikken og listen over mulige feil ble lengre. Fra toppetasjen i bygning nr. 2 sivet et adrenalinkick inn i rommet spøkefullt kalt «Rolige kamre». Det var imidlertid ingen følelse av fred eller ro der, spesielt i minst et par uker, da ansatte bokstavelig talt vandret rundt i sirkler og lette etter en vei ut av situasjonen.
Problemet ble til slutt løst av Arthur Delcher, som jobbet med Overlapper-programmet. Han la merke til noe merkelig på linje 678 av de 150 000 kodelinjene, der et mindre avvik gjorde at en viktig del av kampen ikke ble registrert. Feilen ble rettet, og 7. september hadde vi 134 cellestillaser som dekket det faktiske (eukromatiske) fruktfluegenomet. Vi var henrykte og pustet lettet ut. Tiden er inne for å kunngjøre vår suksess for hele verden.
Genome Sequencing Conference, som jeg begynte å arrangere for flere år siden, ga en utmerket mulighet for dette. Jeg var sikker på at det ville være et stort antall mennesker som var ivrige etter å finne ut om vi hadde holdt løftet. Jeg bestemte meg for at Mark Adams, Gene Myers og Jerry Rubin skulle snakke om prestasjonene våre, og fremfor alt om sekvenseringsprosessen, genomsamlingen og betydningen av dette for vitenskapen. På grunn av tilstrømningen av folk som ønsket å komme til konferansen, måtte jeg flytte den fra Hilton Head til det større Fontainebleau Hotel i Miami. På konferansen deltok representanter for store farmasøytiske og bioteknologiske selskaper, spesialister på genomforskning fra hele verden, ganske mange spaltister, reportere og representanter for investeringsselskaper – alle var der. Våre konkurrenter fra Incyte brukte mye penger på å organisere en mottakelse etter konferansen, filming av bedriftsvideoer osv. - de gjorde alt for å overbevise publikum om at de tilbød «den mest detaljerte informasjonen om det menneskelige genomet».
Vi samlet oss i et stort konferanserom. Innredet i nøytrale farger, dekorert med vegglamper, var den designet for to tusen mennesker, men folk fortsatte å komme, og snart ble hallen fylt til siste plass. Konferansen åpnet 17. september 1999, med presentasjoner fra Jerry, Mark og Gene på den første sesjonen. Etter en kort introduksjon kunngjorde Jerry Rubin at publikum var i ferd med å høre om det beste fellesprosjektet til kjente selskaper han noen gang hadde vært involvert i. Atmosfæren ble varmet opp. Publikum skjønte at han ikke ville ha snakket så pompøst hvis vi ikke hadde forberedt noe virkelig oppsiktsvekkende.
I den påfølgende stillheten begynte Mark Adams å beskrive i detalj arbeidet til vår "fabrikerte butikk" på Celera og våre nye genomsekvenseringsmetoder. Han sa imidlertid ikke et ord om det sammensatte genomet, som om han ertet publikum. Så kom Gene ut og snakket om prinsippene for haglemetoden, om sekvensering av Haemophilus og om hovedstadiene til assembleren. Ved hjelp av dataanimasjon demonstrerte han hele prosessen med omvendt genomsamling. Tiden som var avsatt til presentasjoner var i ferd med å renne ut, og mange hadde allerede bestemt seg for at alt skulle begrenses til en elementær presentasjon ved bruk av PowerPoint, uten å presentere konkrete resultater. Men så bemerket Gene med et ondsinnet smil at publikum sannsynligvis fortsatt ville se reelle resultater og ikke ville være fornøyd med en imitasjon.
Det var umulig å presentere resultatene våre tydeligere og mer uttrykksfullt enn Gene Myers gjorde. Han innså at sekvenseringsresultatene alene ikke ville gjøre det riktige inntrykket, så for å gjøre det mer overbevisende sammenlignet han dem med resultatene av Jerrys møysommelige forskning ved å bruke den tradisjonelle metoden. De viste seg å være identiske! Dermed sammenlignet Jin resultatene av genomsamlingen vår med alle kjente markører kartlagt til fruktfluegenomet for flere tiår siden. Av tusenvis av markører var det bare seks som ikke stemte overens med resultatene fra samlingen vår. Etter å ha undersøkt alle seks nøye, var vi overbevist om at Celeras sekvensering var riktig og at det var feil i arbeid utført i andre laboratorier med gamle metoder. Til slutt sa Gene at vi nettopp hadde begynt å sekvensere menneskelig DNA, og gjentakelsene ville sannsynligvis være et mindre problem enn med Drosophila.
Høy og langvarig applaus fulgte. Brølet som ikke stoppet i pausen gjorde at vi hadde nådd målet vårt. En av journalistene la merke til at en deltaker i regjeringsgenomprosjektet ristet trist på hodet: "Det ser ut til at disse skurkene virkelig kommer til å gjøre alt." Vi forlot konferansen med en ny ladning av energi.
Det var to viktige problemer igjen å løse, som begge var kjent for oss. Den første er hvordan du publiserer resultatene. Til tross for et memorandum of understanding vi hadde signert med Jerry Rubin, var forretningsteamet vårt ikke komfortabelt med ideen om å overføre verdifulle Drosophila-sekvenseringsresultater til GenBank. De foreslo å plassere fi en egen database ved Nasjonalt senter for bioteknologiinformasjon, der alle kunne bruke dem under én betingelse – ikke til kommersielle formål. Den hissige, kjederøykende Michael Ashburner fra European Bioinformatics Institute var ekstremt misfornøyd med dette. Han mente at Celera hadde "lurt alle" 2. (Han skrev til Rubin: «Hva i helvete skjer på Celera?» 3) Collins var også ulykkelig, men enda viktigere, det var Jerry Rubin også. Til slutt sendte jeg resultatene våre til GenBank.
Det andre problemet gjaldt Drosophila - vi hadde resultatene av å sekvensere genomet, men vi forsto ikke i det hele tatt hva de mente. Vi måtte analysere dem hvis vi ville skrive en oppgave, akkurat som vi gjorde for fire år siden med Haemophilus. Å analysere og karakterisere fluens genom kunne ta mer enn ett år – og den tiden hadde jeg ikke, for nå måtte jeg fokusere på det menneskelige genomet. Etter å ha diskutert dette med Jerry og Mark, bestemte vi oss for å involvere det vitenskapelige miljøet i arbeidet med Drosophila, gjøre det til et spennende vitenskapelig problem, og dermed raskt flytte saken videre, og gjøre en morsom ferie ut av den kjedelige prosessen med genombeskrivelse - som en internasjonal speiderjamboree. Vi kalte det Genomic Jamboree og inviterte ledende forskere fra hele verden til å komme til Rockville i omtrent en uke eller ti dager for å analysere fluens genom. Basert på de oppnådde resultatene planla vi å skrive en serie artikler.
Alle likte ideen. Jerry begynte å sende ut invitasjoner til arrangementet vårt til grupper av ledende forskere, og Celera bioinformatikkspesialister bestemte hvilke datamaskiner og programmer som skulle trenges for å gjøre forskernes arbeid så effektivt som mulig. Vi ble enige om at Celera skulle betale reise- og oppholdsutgifter. Blant de inviterte var mine hardeste kritikere, men vi håpet at deres politiske ambisjoner ikke ville påvirke suksessen til satsingen vår.
I november kom rundt 40 Drosophila-spesialister til oss, og selv for våre fiender var tilbudet for attraktivt til å avslå. Først, da deltakerne innså at de måtte analysere mer enn hundre millioner basepar med genetisk kode i løpet av få dager, var situasjonen ganske spent. Mens de nyankomne forskerne sov, jobbet de ansatte døgnet rundt og utviklet programmer for å løse uforutsette problemer. På slutten av den tredje dagen, da det viste seg at nye programvareverktøy lar forskere, som en av gjestene våre sa, "gjøre fantastiske funn på noen få timer som tidligere tok nesten hele livet," roet situasjonen seg. Hver dag midt på dagen, på signal fra kinesisk gong, samlet alle seg for å diskutere de siste resultatene, løse aktuelle problemer og utarbeide en arbeidsplan for neste runde.
For hver dag ble diskusjonene mer og mer interessante. Takket være Celera fikk gjestene våre muligheten til å være de første til å se inn i en ny verden, og det som ble avslørt overgikk forventningene. Det viste seg fort at vi ikke hadde nok tid til å diskutere alt vi ønsket og forstå hva det hele innebar. Mark holdt en festmiddag, som ikke varte lenge da alle raskt skyndte seg tilbake til laboratoriene. Snart ble lunsjer og middager inntatt rett foran dataskjermer med data om Drosophila-genomet vist på dem. For første gang ble etterlengtede familier av reseptorgener oppdaget, sammen med et overraskende antall fruktfluegener som ligner på menneskelige sykdomsgener. Hver oppdagelse ble ledsaget av gledelige skrik, fløyter og vennlige klapp på skulderen. Overraskende nok, midt i vår vitenskapelige fest, fant ett par tid til å forlove seg.
Det var imidlertid en viss bekymring: under arbeidet oppdaget forskere bare rundt 13 tusen gener i stedet for de forventede 20 tusen. Siden den "ydmyge" ormen C. elegans har rundt 20 tusen gener, trodde mange at fruktflua må ha flere av dem, siden den har 10 ganger flere celler og til og med har et nervesystem. Det var én enkel måte å sikre at det ikke var noen feil i beregningene: ta de 2500 kjente genene til fluen og se hvor mange av dem vi kunne finne i sekvensen vår. Etter nøye analyse rapporterte Michael Cherry fra Stanford University at han hadde funnet alle unntatt seks gener. Etter diskusjon ble disse seks genene klassifisert som artefakter. Det at genene ble identifisert uten feil inspirerte oss og ga oss selvtillit. Et fellesskap av tusenvis av forskere dedikert til Drosophila-forskning hadde brukt tiår på å spore disse 2500 genene, og nå var så mange som 13 600 foran dem på dataskjermen.
Under den uunngåelige fotoseansen på slutten av jobben kom et uforglemmelig øyeblikk: etter det tradisjonelle klappet på skulderen og vennlige håndtrykk gikk Mike Ashburner ned på alle fire slik at jeg kunne forevige meg selv på bildet med foten på ryggen. . Så han ønsket – til tross for all hans tvil og skepsis – å gi æren for våre prestasjoner. En berømt genetiker og Drosophila-forsker, han kom til og med opp med en passende bildetekst for bildet: "Stå på skuldrene til en gigant." (Han hadde en ganske skrøpelig figur.) "La oss gi æren til de som fortjener det," skrev han senere 4 . Våre motstandere prøvde å presentere forsinkelsene i overføringen av sekvenseringsresultater til en offentlig database som en avvik fra våre løfter, men også de ble tvunget til å innrømme at møtet ga "et ekstremt verdifullt bidrag til global fruktflueforskning" 5 . Etter å ha opplevd hva ekte "vitenskapelig nirvana" er, skiltes alle som venner.
Vi bestemte oss for å publisere tre store artikler: en om helgenomsekvensering med Mike som førsteforfatter, en om genomsammenstilling med Gene som førsteforfatter, og en tredje om sammenlignende genomikk av ormen, gjæren og menneskets genom med Jerry som den første. forfatter. Papirene ble sendt til Science i februar 2000 og publisert i en spesialutgave 24. mars 2000, mindre enn ett år etter min samtale med Jerry Rubin i Cold Spring Harbor. 6 Før publisering arrangerte Jerry at jeg skulle tale på den årlige Drosophila Research Conference i Pittsburgh, som ble deltatt av hundrevis av de mest eminente personene på området. På hver stol i rommet plasserte personalet mitt en CD som inneholdt hele Drosophila-genomet, samt opptrykk av våre artikler publisert i Science. Jerry introduserte meg veldig varmt, og forsikret publikum om at jeg hadde oppfylt alle mine forpliktelser og at vi hadde jobbet godt sammen. Foredraget mitt ble avsluttet med en rapport om noe av forskningen som ble gjort under møtet og en kort kommentar til dataene på CDen. Applausen etter talen min var like overraskende og hyggelig som for fem år siden da Ham og jeg for første gang presenterte Haemophilus-genomet på et mikrobiologistevne. Deretter ble artikler om Drosophila-genomet de mest siterte artikler i vitenskapens historie.
Selv om tusenvis av fruktflueforskere over hele verden var fornøyde med resultatene, gikk kritikerne raskt til offensiven. John Sulston kalte forsøket på å sekvensere fluens genom en feil, selv om sekvensen vi fikk var mer fullstendig og mer nøyaktig enn resultatet av hans møysommelige ti år lange innsats for å sekvensere genomet til ormen, som tok ytterligere fire år å fullføre. etter å ha publisert utkastet i Science. Sulstons kollega Maynard Olson kalte Drosophila-genomsekvensen en "skam" som regjeringens Human Genome Project måtte ordne opp, "ved nåde" til Celera. Faktisk klarte teamet til Jerry Rubin raskt å lukke de gjenværende hullene i sekvensen ved å publisere og sammenligne det allerede sekvenserte genomet på mindre enn to år. Disse dataene bekreftet at vi hadde 1–2 feil per 10 kb i hele genomet og mindre enn 1 feil per 50 kb i det fungerende (eukromatiske) genomet.
Men til tross for den generelle anerkjennelsen av Drosophila-prosjektet, nådde spenningen i forholdet mitt til Tony White et febernivå sommeren 1999. White kunne ikke forsone seg med oppmerksomheten som pressen ga min person. Hver gang han kom til Celera, gikk han forbi kopier av artikler om prestasjonene våre som hang på veggene i gangen ved siden av kontoret mitt. Og her har vi forstørret en av dem - forsiden av søndagsbilaget til avisen USA Today. På den, under overskriften "Vil denne ADVENTURISTEN gjøre vår tids største vitenskapelige oppdagelse?" 7 viste meg, i en blårutete skjorte, kryssende bena, og rundt meg fløt Copernicus, Galileo, Newton og Einstein i luften – og ingen tegn til White.
Hver dag ringte pressesekretæren hans for å høre om Tony kunne ta del i den tilsynelatende endeløse strømmen av intervjuer som fant sted på Celera. Han roet seg litt ned – og selv da bare kort, da hun neste år klarte å få fotografiet hans plassert på forsiden av magasinet Forbes som mannen som var i stand til å øke kapitaliseringen til PerkinElmer fra 1,5 milliarder dollar til 24 milliarder dollar 8 . ("Tony White gjorde stakkars PerkinElmer til en høyteknologisk genfanger.") Tony ble også hjemsøkt av mine sosiale aktiviteter.
Jeg holdt et foredrag om en gang i uken, og takket ja til en liten brøkdel av det enorme antallet invitasjoner jeg stadig fikk fordi verden ønsket å vite om arbeidet vårt. Tony klaget til og med til styret i PerkinElmer, som da ble omdøpt til PE Corporation, at mine reiser og opptredener brøt med selskapets regler. I løpet av en to-ukers ferie (for egen regning) hjemme hos meg på Cape Cod, fløy Tony til Celera med finansdirektør Dennis Winger og Appleras generalrådgiver William Sauch for å intervjue mine toppansatte om «Venters ledelseseffektivitet». De håpet å samle nok skitt til å rettferdiggjøre min oppsigelse. White ble sjokkert da alle sa at hvis jeg sluttet, ville de også slutte. Dette førte til mye spenning i teamet vårt, men det førte oss også nærmere hverandre enn noen gang. Vi var klare til å feire hver seier som om det var vår siste.
Etter publiseringen av fluens genomsekvens – da den største sekvensen i historien – skålte Gene, Ham, Mark og jeg over å ha stått Tony White lenge nok til å få anerkjent suksessen vår. Vi har bevist at metoden vår også vil fungere ved sekvensering av det menneskelige genomet. Selv om Tony White sluttet å finansiere neste dag, visste vi at hovedprestasjonen vår ville forbli hos oss. Mer enn noe annet ønsket jeg å forlate Celera og slippe å forholde meg til Tony White, men siden jeg ønsket å sekvensere genomet til Homo sapiens enda mer, måtte jeg inngå et kompromiss. Jeg prøvde så godt jeg kunne å glede White, bare for å fortsette arbeidet og fullføre planen min.
Notater
1. Shreeve J. The Genome War: How Craig Venter Tried to Capture the Code of Life and Save the World (New York: Ballantine, 2005), s. 285.
2. Ashburner M. Won for All: How the Drosophila Genome Was Sequenced (Cold Spring Harbor Laboratory Press, 2006), s. 45.
3. Shreeve J. Genomkrigen, s. 300.
4. Ashburner M. Vant for alle, s. 55.
5. Sulston J., Ferry G. The Common Thread (London: Corgi, 2003), s. 232.
6. Adams M.D., Celniker S.E. et al. "The Genome Sequence of Drosophila Melanogaster", Science, nr. 287, 2185–95, 24. mars 2000.
7. Gillis J. «Vil denne MAVERICK låse opp for den største vitenskapelige oppdagelsen i hans tidsalder? Copernicus, Newton, Einstein og VENTER?”, USA Weekend, 29.–31. januar 1999.
8. Ross P. E. "Gene Machine", Forbes, 21. februar 2000.
Craig Venter
