Lidský genom

Z Wikipedie, otevřené encyklopedie
Skočit na: Navigace, Hledání
Lidský genom
Sky spectral karyotype.png
Základní údaje o lidském genomu
Velikost haploidního genomu 3,1[1] či 3,2[2] mld párů bází (3,1 Gbp); v diploidních buňkách dvojnásobek
Počet chromozomů v haploidních buňkách (gametách) 23, v diploidních (somatických) buňkách jich je 46
Počet genů Přibližně 18 000—25 000[3][4]
Obsah GC 41%[5]

Lidský genom je souhrn veškeré genetické informace zapsané v DNA uvnitř lidských buněk. Současný člověk, Homo sapiens sapiens, je řazen mezi eukaryotické organizmy, a tak obsahuje DNA uvnitř buněčného jádra a dále ovšem i v mitochondriích (tzv. mitochondriální DNA). V jádře je však genetické informace nejvíce. V tělních buňkách se vyskytuje diploidní jaderný genom, což v praxi znamená, že každý gen je přítomen v buňce dvakrát (výjimkou jsou geny na pohlavních chromozomech u muže).

Historie výzkumu[editovat | editovat zdroj]

Logo projektu čtení lidského genomu (Human Genome Project)

DNA byla poprvé identifikována v roce 1869 švýcarským lékařem Friedrichem Miescherem, a to v hnisu izolovaném z lékařských bandáží.[6] O její funkci se toho však dlouho nic nevědělo. Pravou roli DNA jako nositelky genetické informace se podařilo s jistotou určit až v 50. letech 20. století.[7] Ačkoliv se v oblasti genetiky začalo intenzívně bádat, správný počet lidských chromozomů (46) byl zjištěn až v roce 1955.[8] Byla potvrzena role DNA ve vzniku některých onemocnění, takto byl například na chromozomu 4 v roce 1983 objeven gen, jenž může při svém poškození vyvolat Huntingtonovu chorobu.[9] V roce 1987 vznikla první genetická mapa lidského genomu, jež dělila lidskou jadernou DNA na velké množství definovaných úseků (sekvencí).[10] V roce 1990 byl spuštěn Human Genome Project, kladoucí si za cíl přečíst (osekvenovat) celou jadernou DNA člověka; tento projekt byl úspěšně završen v podstatě již v roce 2003.[11] Do současnosti však již bylo osekvenováno několik genomů různých lidí, včetně biochemika Jamese Watsona, ale i několika osob, jež si tuto nákladnou proceduru zaplatili.[12][13][14] Moderní metody sekvenace ovšem cenu dramaticky snížily a v současnosti je známa sekvence více než tisíce lidských genomů.[15] Zatímco dříve byl počet lidských genů odhadován na 100 000, v současné době jsou kvalifikované odhady pětkrát nižší.[16]

Jaderná DNA[editovat | editovat zdroj]

Lidská jaderná DNA se skládá v haploidním stavu z asi 3,1–3,2 miliardy párů bází (tedy 3,2 Gbp).[1] Kdyby se seřadila jednotlivá vlákna za sebe, byla by vzniklá řada dlouhá asi jeden metr.[17]

Geny[editovat | editovat zdroj]

Lidská jaderná DNA obsahuje 20–25 tisíc genů, což je mimochodem počet genů srovnatelný například s hlísticí Caenorhabditis elegans.[2][18] Některé prameny udávají pouhých 18 000 genů.[4] Počet nefunkčních genů (pseudogenů) představuje však dalších asi 20 000.[19] Mimo to jsou navíc v lidském genomu roztroušeny poněkud záhadné geny kódující různé druhy malých RNA – např. bylo odhaleno 800 genů pro microRNA.[1] Poměrně nízký počet genů je na druhou stranu efektivně využíván díky tzv. alternativnímu sestřihu (proces, v němž se z jednoho genu může vytvářet několik různých mRNA produktů) – alternativní sestřih se týká asi 35%∼60% genů.[1] Je dále zajímavé, že nejmenší lidský gen má pouze 500 nukleotidů a kóduje jistý histon, největší gen má 2,5 milionu nukleotidů a kóduje bílkovinu dystrofin (nicméně 99% tohoto obřího genu tvoří introny).[20] Lidský genom také ze značné části obsahuje endogenní retroviry.[21]

Chromozomy[editovat | editovat zdroj]

Karyotyp tělní buňky muže, 23 chromozomových párů, z toho jeden XY

Jaderný genom je rozeset po 23 párech chromozomů, z toho jeden pár je představován pohlavními chromozomy X a Y. Samotné geny kódující bílkoviny však tvoří pouhých 1,5% genomu, zbytek představují buď geny kódující různé druhy RNA, nebo různé regulační sekvence, introny a tzv. junk DNA („odpadní“ DNA) bez známé funkce.[22] DNA pocházející z virů např. představuje kolem 9% lidské DNA, virům podobné retrotranspozony činí až 34% z celkové sekvence.[16]

Lidský karyotyp (tedy chromozomální výbava) se dá rozdělit do sedmi skupin podle tvaru a velikosti chromozomů. Speciální pozornost je věnována poloze centromery, na tomto základě se rozlišují u člověka metacentrické, submetacentrické a akrocentrické chromozomy (telocentrické se u člověka nevyskytují; viz také článek chromozom):[2][23]

  • A: chromozomy 1, 2, 3 – velké, metacentrické či nanejvýš mírně submetacentrické chromozomy;
  • B: chromozomy 4,5 – velké submetacentrické chromozomy ;
  • C: chromozomy 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, X – středně velké submetacentrické chromozomy;
  • D: chromozomy 13, 14, 15 – středně velké akrocentrické chromozomy, 13 a 14 na jednom konci chromatidy mají satelity;
  • E: chromozomy 16, 17, 18 – krátké metacentrické či submetacentrické chromozomy;
  • F: chromozomy 19, 20 – krátké metacentrické chromozomy;
  • G: chromozomy 21, 22, Y – krátké akrocentrické chromozomy obsahující satelity (Y je však neobsahuje).

Mitochondriální DNA[editovat | editovat zdroj]

Lidská mitochondriální DNA (mtDNA) má velikost 16 569 párů bází,[24] celkem obsahuje 37 genů, z toho 24 představují geny pro různou nekódující RNA (2 geny pro 16S a 23S rRNA a 22 genů pro tRNA). Zbývajících 13 genů kóduje vlastní mitochondriální polypeptidy podílející se na enzymatické výbavě mitochondrií.[25] Role mitochondriální DNA je pouze doplňková, ačkoliv i poškození některých mitochondriálních genů může způsobit vážná mitochondriální onemocnění.

Evoluce[editovat | editovat zdroj]

Lidé (Homo) se od evoluční linie šimpanzů (Pan), svých nejbližších příbuzných, oddělili před 5 až 7 miliony lety.[26][27] Hlavní snadno viditelnou změnou je splynutí dvou chromozomů, čímž se počet chromozomů redukoval z 48 na 46, resp. v haploidním genomu z 24 na 23. Touto fúzí vznikl lidský chromozom 2.[28] Z genetického hlediska se však liší genom šimpanze a člověka jen velmi málo: udává se, že je genetická informace z 95–99% zcela identická.[27][29][30] Za některé rozdíly mezi genomem člověka a šimpanze jsou zodpovědné převážně genové duplikace a v menší míře i substituce v rámci jednoho nukleotidu (SNP). Proteiny kódované těmito geny se obvykle liší nanejvýš 1–2 aminokyselinami.[30] Přesto existují i výjimky – některé studie zveřejňují seznamy genů, které se na cestě mezi šimpanzem a člověkem zásadně změnily. Mezi ně patří například lidský gen FOXP2, který, pokud je u člověka zmutován, způsobuje vážné vady řeči. To by mohlo znamenat, že se tento gen účastnil vývoje mezilidské komunikace.[26][31] Do podobných souvislostí se dává i delece v genu MYH16, která způsobuje, že je u člověka jím kódovaný protein nefunkční, zatímco u ostatních primátů se tento protein možná podílí na vývoji kousacích svalů. Další pozměněné geny podle různých studií způsobují, že je člověk náchylnější či odolnější k různým nemocem.[27]

V posledních několika letech byla zveřejněna i část genomu neandertálce (Homo sapiens neanderthalensis), a proto je možno činit srovnání moderního člověka s jeho poměrně blízkým příbuzným. Genom neandertálce je totiž podobný genomu moderního člověka z 99,5%. K oddělení linie vedoucí k modernímu člověku od linie neandertálské došlo pravděpodobně před asi 500 000 lety. Výše zmíněný gen FOXP2 je u neandertálců stejný, jako u moderního člověka.[32] Zdá se také, že byli podobně jako cca. polovina současných lidí v dospělosti neschopní trávit laktózu.[33]

I současné lidstvo však není geneticky uniformní, naopak se dají vysledovat různé linie, označované v populační genetice jako haploskupiny.[34] Obvykle se z tohoto hlediska zkoumá chromozom Y (viz heslo Adam chromozomu Y), případně mitochondriální DNA (viz mitochondriální Eva). Byly vystopovány jednotlivé varianty těchto částí genomu. Například je známo, že Abraham Lincoln pocházel z haploskupiny R1b1c, byl tedy zřejmě příbuzný například irskému středověkému králi Niallovi Noigíallachovi (rovněž haploskupina R1b).[35]

Co se týká odlišnosti člověka od méně příbuzných druhů živočichů, i tam se dá najít značná podobnost. V lidském genomu bylo nalezeno několik stovek míst o délce více než 200 bp, které se na 100% shodují s genomem potkana a myši – tyto sekvence jsou zřejmě místa pro navázání speciálních transkripčních faktorů.[1]

Odkazy[editovat | editovat zdroj]

Reference[editovat | editovat zdroj]

  1. a b c d e LITTLE, Peter F.R.. Structure and function of the human genome. Genome Research. 2005-12, roč. 15, čís. 12, s. 1759-1766. Dostupné online. DOI:10.1101/gr.4560905.  
  2. a b c ROBERT C. KING; WILLIAM D. STANSFIELD; PAMELA K. MULLIGAN. A Dictionary of Genetics, Seventh Edition. [s.l.] : Oxford University Press, 2006.  
  3. International Human Genome Sequencing Consortium. Finishing the euchromatic sequence of the human genome.. Nature. 2004, roč. 431, čís. 7011, s. 931–45. DOI:10.1038/nature03001. PMID 15496913.   [1]
  4. a b Pie chart human genome; http://www.pantherdb.org/chart/summary/pantherChart.jsp?filterLevel=1&chartType=1&listType=1&type=5&species=Homo%20sapiens
  5. GC content -Human Homo sapiens [online]. Bionumbers. Dostupné online.  
  6. Dahm R. Discovering DNA: Friedrich Miescher and the early years of nucleic acid research. Hum. Genet.. January 2008, roč. 122, čís. 6, s. 565–81. DOI:10.1007/s00439-007-0433-0. PMID 17901982.  
  7. Hershey A, Chase M. Independent functions of viral protein and nucleic acid in growth of bacteriophage. J Gen Physiol. 1952, roč. 36, čís. 1, s. 39–56. Dostupné online [PDF]. DOI:10.1085/jgp.36.1.39. PMID 12981234.  
  8. http://www.genome.gov/25520285
  9. http://www.genome.gov/25520322
  10. http://www.genome.gov/25520325
  11. http://www.genome.gov/25520492
  12. Updated Dec.5,2008 08:25 KST. Digital Chosunilbo (English Edition) : Daily News in English About Korea [online]. English.chosun.com, 2008-12-05, [cit. 2009-05-31]. Dostupné online.  
  13. Kbs World [online]. Rki.kbs.co.kr, 2008-12-11, [cit. 2009-05-31]. Dostupné online.  
  14. http://www.nytimes.com/2008/03/04/health/research/04geno.html
  15. MCVEAN, Gil A., 1000 Genomes Project Consortium An integrated map of genetic variation from 1,092 human genomes. Nature. 2012-10-31, roč. 491, čís. 7422, s. 56–65. DOI:10.1038/nature11632.  
  16. a b RYAN, Frank. I, virus: Why you're only half human [online]. New Scientist. Dostupné online.  
  17. PALEČEK, Jiří. Biologie buňky I. Základy mikroskopické cytologie. Praha : Karolinum, 1996.  
  18. http://www.wormbase.org/wiki/index.php/WS205
  19. RÉDEI, George P.. Encyclopedia of Genetics, Genomics, Proteomics, and Informatics. 3rd Edition. vyd. [s.l.] : Springer, 2008. ISBN 978-1-4020-6753-2.  
  20. TWYMAN, Richard. Gene structure [online]. Wellcome Trust. Dostupné online.  
  21. http://www.osel.cz/8768-nase-dna-je-prolezla-vice-starobylymi-viry-nez-jsme-si-mysleli.html - Naše DNA je prolezlá více starobylými viry, než jsme si mysleli
  22. International Human Genome Sequencing Consortium. Initial sequencing and analysis of the human genome.. Nature. 2001, roč. 409, čís. 6822, s. 860–921. DOI:10.1038/35057062. PMID 11237011.   [2]
  23. http://homepages.uel.ac.uk/V.K.Sieber/human.htm
  24. Pavel Říha, GENOM MITOCHONDRIÍ, http://mujweb.atlas.cz/Veda/mitochondrie/7/7.htm
  25. The Report of the Committee on the Human Mitochondrial Genome, http://www.mitomap.org/report.html
  26. a b DAWKINS, Richard. Příběh předka. [s.l.] : Academia, 2008.  
  27. a b c VARKI, Ajit, Tasha K Altheide Comparing the human and chimpanzee genomes: searching for needles in a haystack. Genome Research. 2005-12, roč. 15, čís. 12, s. 1746-1758. Dostupné online [cit. 2009-09-21]. ISSN 1088-9051. DOI:10.1101/gr.3737405.  
  28. De Grouchy J.. Chromosome phylogenies of man, great apes, and Old World monkeys.. Genetica. . Dostupné online.   1987 Aug 31;73(1-2):37-52.
  29. http://insciences.org/article.php?article_id=6676
  30. a b Chimpanzee Sequencing and Analysis Consortium. Initial sequence of the chimpanzee genome and comparison with the human genome. Nature. 2005, roč. 437, s. 69–87. Dostupné online [PDF]. DOI:10.1038/nature04072.  
  31. FISHER, Simon E, Constance Scharff FOXP2 as a molecular window into speech and language. Trends in Genetics: TIG. 2009-04, roč. 25, čís. 4, s. 166-177. Dostupné online [cit. 2009-09-21]. ISSN 0168-9525. DOI:10.1016/j.tig.2009.03.002.  
  32. TIMMER, John. Welcome to Neanderthal genomics [online]. .  
  33. INMAN, Mason. Neanderthal Genome "First Draft" Unveiled. National Geographic. National Geographic News, 12 February 2009. Dostupné online.  
  34. The International Society of Genetic Genealogy see Haplogroup definition in DNA-NEWBIE GLOSSARY [3]
  35. http://www.isogg.org/famousdna.htm

Externí odkazy[editovat | editovat zdroj]