Termin „gen” został wprowadzony w 1909 r. przez Wilhelma Johannsena. Początkowo słowo gen oznaczało abstrakcyjny czynnik, który pozwala na dziedziczenie danej cechy.

Definicja genu zmieniała się wielokrotnie na przestrzeni lat, co wynikało z wielu odkryć w zakresie genetyki. Obecnie geny definiuje się jako fragmenty DNA (lub u wirusów RNA) odpowiadające za kodowanie danego RNA lub białka.

Terminu „genomgenomgenom” użyto po raz pierwszy już w 1920 r. na określenie wyodrębnionego z komórki eukariotycznej haploidalnego zespołu chromosomów. Obecnie nazwą „genom” określa się kompletną informację genetyczną organizmu. W przypadku organizmów eukariotycznych obejmuje ona DNA zarówno jądrowe, jak i organellarne.

Szybki rozwój nauki przyczynił się do powstania odrębnej dziedziny genetyki w 1987 r. – genomikigenomikagenomiki. To dział biologii molekularnej zajmujący się badaniem genomów.

Całość genomu człowieka poznano w 2003 r. Dziś wiadomo, że genom człowieka to nieco ponad 20 tys. genów, choć założenia z lat 90. XX w. szacowały tę liczbę na ok. 100 tys. Poznanie budowy i funkcji genów umożliwiło nam zrozumienie istoty wielu chorób genetycznych, co stanowi podstawę opracowania metod ich leczenia.

Więcej na temat genów w e‑materiale: Czym jest gen?

Sekwencjonowanie DNA jest jedną z podstawowych metod genetyki molekularnej, polegającą na odczytywaniu kolejności nukleotydów w nici DNA. Wprowadzenie sekwencjonowania metodą Sangera w połowie lat 70. XX w. było przełomowym wydarzeniem, które stanowiło podstawę do poznania genomu człowieka.

Pierwsze badania nad ludzkim genomem rozpoczęły się w latach 80. i 90. XX w.

W 1986 r. Renato Dulbecco zasugerował, że sekwencjonowanie genomu człowieka może pomóc lepiej zrozumieć proces nowotworzenia i tym samym skuteczniej leczyć choroby nowotworowe. Jedną z najważniejszych osób, które przyczyniły się do zainicjowania projektu sekwencjonowania genomu ludzkiego, był Charles DeLisi. To dzięki wizjom Dulbecca i DeLisiego, a także opracowaniu metody sekwencjonowania przez Fredericka Sangera możliwe było rozpoczęcie projektu.

R1BpCJU9gKKD0

Czarno - białe zdjęcie przedstawia Fredericka Sangera. To starszy mężczyzna. Ma krótkie włosy, wąskie oczy, spory nos i zaciśnięte usta oraz neutralny wyraz twarzy. Nosi okulary w grubych oprawach.

R1EmNJg1Vpau0

Zdjęcie przedstawia Renato Dulbecco. To starszy, ubrany w granatową marynarkę, jasnoniebieską koszulę i bordowy krawat mężczyzna. Jest łysy, jego głowę okalają siwe włosy. Uśmiecha się, widoczne są jego zęby. Nosi okulary w drucianej oprawie. W tle widać okno z połączonymi, geometrycznymi szybkami.

R1UNuQhHIMQIw

Zdjęcie przedstawia Charlesa DeLisi. To starszy mężczyzna. Ma ciemne włosy i zakola. Jego usta są delikatnie uchylone. Ma brązowe oczy. Ubrany jest w białą koszulę i złoty krawat, w tle widoczna jest biblioteczka z kolorowymi okładkami książek.

Projekt Poznania Ludzkiego Genomu (HGP, ang. Human Genome Project) oficjalnie został uruchomiony przez Departament Energii USA w 1987 r. W 1988 r. Narodowy Instytut Zdrowia (NIH) przejął ten projekt i w 1989 r. powołał Narodowy Instytut Badań Człowieka (NHGRI) w stanie Maryland.

W 1990 r. rozpoczęto Projekt Poznania Ludzkiego Genomu, jeden z najbardziej spektakularnych programów naukowych współczesnej biologii. Miał on na celu zsekwencjonowanie genomu człowieka i organizmów modelowych.

W 1998 r. biolog John Craig Venter założył spółkę Celera Genomics, która za cel obrała zsekwencjonowanie całego genomu człowieka, niezależnie od HGP, używając do tego metody shotgun. W metodzie tej pierwszym etapem jest klonowanie i sekwencjonowanie fragmentów DNA, które pochodzą z DNA pociętego w losowy sposób. Następnie uzyskane w ten sposób sekwencje są składane w ciągłą sekwencję przez programy komputerowe o dużej mocy.

Projekt Poznania Ludzkiego Genomu w założeniu miał trwać kilkanaście lat, lecz dzięki postępowi technik automatycznego sekwencjonowania DNA roboczy opis genomu opublikowano wcześniej.

W połowie lutego 2001 r. Projekt Poznania Ludzkiego Genomu i firma biotechnologiczna Celera Genomics ogłosili na łamach ,,Nature” i ,,Science” zsekwencjonowanie ludzkiego genomu. Przedstawiono w nim ok. 90% genomowych sekwencji człowieka. W ciągu 10 lat opracowano mapę 3 mld par zasad azotowych.

Projekt Poznania Ludzkiego Genomu zakończył się w 2003 r. W październiku 2004 r. opublikowano dokument opisujący „ostateczną” sekwencję genomu z trafnością 99,99%.

Uczeni rozszyfrowali ludzki genom na trzy główne sposoby:

• określili sekwencję wszystkich zasad azotowych w DNA genomu ludzkiego;

• stworzyli mapy przedstawiające lokalizacje danych genów dla głównych sekcji wszystkich chromosomów człowieka;

• stworzyli mapy powiązań, które pozwalają na śledzenie odziedziczonych cech związanych z chorobami genetycznymi na przestrzeni pokoleń.

Więcej informacji o sekwencjonowaniu Sangera w e‑materiale: Sekwencjonowanie DNA.

GenomgenomGenom można zdefiniować jako ogół materiału genetycznego (kwasu nukleinowego niosącego informację genetyczną) komórki lub organizmu.

Genom jądrowy człowieka znajduje się w jądrze komórkowym. Tworzy go 3,2 × 10 par zasad azotowych, rozłożonych na 23 zestawy chromosomów znajdujących się w jądrze komórkowym: 22 pary autosomów i 2 chromosomy płci: XY lub XX.

Około 30% genomu jądrowego to sekwencje ulegające transkrypcji i związane z genami: eksonyeksoneksony, intronyintronintrony, pseudogenypseudogenypseudogeny, sekwencje regulatorowe, sekwencje początkowe i końcowe genów. Jedynie niewielka część całkowitego DNA człowieka to geny. Za kodowanie białek odpowiada ok. 1,5% całości ludzkiego genomu. Pozostałe 70% stanowią sekwencje pozagenowego DNA: sekwencje unikatowe i sekwencje repetytywne (powtórzone). Sekwencje repetytywne to odcinki DNA, które zawierają powtarzające się sekwencje nukleotydów (od 1 do ok. 100). Ich funkcja jest obecnie badana.

Genom mitochondrialny człowieka znajduje się w macierzy mitochondrialnej. Zbudowany jest z dwuniciowej kolistej cząsteczki DNA, która zawiera 16 569 par zasad azotowych, co stanowi mniej niż 1% całkowitego DNA w komórce.

Genom mitochondrialny zawiera:

• 22 geny kodujące tRNA;

• 2 geny kodujące rRNA;

• 13 genów kodujących białka (cytochrom c, trzy podjednostki oksydazy cytochromowej, dwie podjednostki ATP‑azy i siedem podjednostek dehydrogenazy NADH).

Zsekwencjonowanie ludzkiego genomu zapoczątkowało drogę ku lepszemu zrozumieniu m.in. procesu starzenia się, chorób dziedzicznych oraz nowotworów.

Analiza genomów ludzkich pozwoliła na wskazanie mutacji odpowiedzialnych za choroby nowotworowe i schorzenia o podłożu genetycznym.

Wykorzystanie zebranych wyników przyczyniło się także do rozwoju kryminalistyki i ustalania pokrewieństwa.

Dane otrzymane dzięki projektowi HGP pozwoliły również na szczegółową analizę drzewa filogenetycznego człowieka i określenie gatunku najbliżej spokrewnionego z człowiekiem.

Badania prowadzone w ramach projektu HGP doprowadziły do rozwoju technik sekwencjonowania. Ogromna ilość pozyskiwanych danych spowodowała również konieczność powstania zaawansowanych programów komputerowych do analizy danych.

Słownik