Когда генетика сформировалась как наука: Недопустимое название — Викиучебник

“5P-медицина” будущего. Откуда взялась пятая “P”

Что такое медицина «5 P»
Стремительный темп жизни и современные научные открытия ставят перед медициной сложные задачи. Лечение пациентов стандартизированными методами на основе шаблонных программы сегодня теряет актуальность. На первый план выходит новейшая медицина будущего, стоящая на пяти китах, которые формируют ее основную идеологию. Из-за этого она получила название «5 P – медицина».
Новая 5 P – медицина основана, в первую очередь, на глубоком индивидуализированном подходе к пациенту и стремлении профилактировать заболевания, не доводя до необходимости их лечить. Такой подход способен существенно повысить качество и эффективность медицинского обслуживания.
Эта концепция сегодня обсуждается не только в научных кругах, но и получила подтверждение на государственном уровне. Внедрение персонализированной медицины было обозначено как ближайшая стратегическая задача в медицине на 2013-2020 гг.

в Распоряжении Правительства РФ № 2237-р от 03.12.2012 г. Также новая 5 P – медицина активно развивается и в других странах, например в Европе и США.

Социально-экономические выгоды
Концепция 5 P-медицины имеет преимущества и с социально – экономической точки зрения. Для государства это следующие выгоды: снижение затрат на борьбу с заболеваниями, уменьшение количества инвалидностей, продление трудовой активности граждан.
Преимущества для человека: увеличение продолжительности жизни, снижение рисков нетрудоспособности, улучшение качества жизни, сокращение затрат на медикаменты.
В совокупности, можно сделать вывод о достоинствах концепции со всех позиций. 

До недавнего времени речь шла про развитие 4 P-медицины, в основе которой лежали следующие характеристики.

Предиктивная (предсказательная) медицина. Благодаря масштабным открытиям в области генетики и расшифровке генома человека, сегодня у медицины имеется механизм анализа ДНК человека. В генах содержится секретная информация о здоровье пациента, которая открывает перед врачом полную картинку рисков, предрасположенностей и «слабых мест» организма. Таким образом, появляется возможность «предсказывать» патологии и болезни, которые, с большой вероятностью, возникнут у пациента в будущем.

Предупредительная (профилактическая) медицина. На базе развития генетики сформировалась новая наука – эпигенетика. Ее суть заключается в возможности корректировать работу генов человека образом жизни, питанием и профилактикой. Это означает, что, открыв тайны организма пациента по средствам предыдущего механизма, врач сосредотачивает усилия на профилактике вероятных заболеваний и патологий пациента взамен традиционному лечению уже существующих болезней. Это позволяет сохранять здоровье пациента на долгие годы и отодвигать процессы старения клеток.
Партисипативная медицина (пациент – активный участник процесса, его обучают и ему помогают). Для медиков уже давно не секрет, что очень большое влияние на здоровье человека оказывают питание и образ жизни. Поэтому, для того чтобы на самом деле запустить механизм 5 P-медицины в действие и практиковать успешную профилактику, врач должен донести до пациента его важную роль в сохранении его собственного здоровья. Полноценная и эффективная профилактика – это огромная работа, которую на основе рекомендаций врача должен ежедневно проделывать сам пациент. Поэтому, он должен понимать свои риски и слабые стороны и четко знать механизм действий по минимизации шансов развития патологий. И это не ограничивается на привычном нашим пациентам совете: «принимайте таблетку после еды».
Персонализированная (претизионная) медицина. Все люди являются обладателями уникальной ДНК, а значит и личного набора предрасположенностей и рисков. На основе этих данных становится очевидно, что лечить всех по одно схеме – малоэффективно. Таким образом, медицина будущего строится на основе подбора индивидуальных процедур, программ, препаратов и доз медикаментов, которые будут эффективны для конкретного пациента.

В 2015 году была высказана инициатива о присоединении еще одного вида –

Позитивная медицина. Настрой пациента оказывает очень большое влияние на положительный эффект от лечения и профилактики. Всем знаком эффект «плацебо», когда, принимая аскорбиновую кислоту под видом мощного лекарства люди излечивались от серьезных заболеваний. И наоборот, эффект ноцебо, когда высокоэффективные средства не помогали пациенту-скептику. Негативные мысли ведут к выработке холицистокинина, а также гормонов стресса – кортизола и адреналина. Поэтому, для достижения хорошего результата очень важно внушить пациенту положительный настрой относительно разработанной программы профилактики и лечения.

Таким образом, в совокупности эти пять направлений сегодня формируют

5 P-медицину будущего, которую мы стремимся развивать по средствам внедрения генетических анализов в повсеместную практику врачей.
Мы считаем, что важной основой развития 5 P-медицины является диагностика. Генетическое исследование – это инновационный вид диагностики, открывающий для врача возможность проанализировать личные особенности пациента, которые ранее невозможно было узнать другим путем. Таким образом, врач получает комплексный механизм для работы в направлении 5P-медицины.

Ученые “расшифровали” раковые клетки и обещают революцию в лечении. Суть открытия в 100 и 500 словах

• Николай Воронин
• Корреспондент по вопросам науки

7 февраля 2020

Автор фото, Science Photo Library

Международная команда ученых впервые полностью расшифровала генетическую информацию 38 видов раковых клеток, составив исчерпывающий каталог мутаций ДНК, приводящих к развитию онкологических заболеваний.

Беспрецедентное по масштабу исследование “Анализ полного генома всех видов рака” (PCAWG) заняло более 10 лет. В работе приняли участие около 1300 генетиков из 37 стран, а ее результаты были опубликованы в четверг сразу в двух десятках научных журналов.

По словам самих ученых, причины возникновения рака можно сравнить с пазлом, состоящим из 100 тысяч кусочков. До сегодняшнего дня мы пытались собрать общую картину, имея на руках лишь каждый сотый фрагмент, и лишь теперь можем взглянуть на нее целиком.

“С помощью собранной информации о происхождении и развитии опухолей мы можем разработать новые способы ранней диагностики рака, более направленные методы терапии – и лечить пациентов с большим успехом”, – заявил член координационного комитета PCAWG Линкольн Стайн.

Русская служба Би-би-си коротко (в 100 словах) и чуть подробнее (в 500 словах) объясняет, в чем суть этой беспрецедентной работы и как она может произвести революцию в онкологии.

Причина любого рака – мутации в ДНК. Однако ученым мало известно о том, где именно и почему происходит поломка генетического кода, ведущая к возникновению раковой опухоли.

Участники проекта PCAWG полностью расшифровали генетическую информацию раковых клеток почти 2800 пациентов, страдающих от 38 разных видов онкологических заболеваний.

Автор фото, Getty Images

В результате было сделано несколько десятков открытий – от количества и точного расположения так называемых драйверных мутаций (то есть ведущих к развитию опухоли) до неожиданных генетических совпадений у раковых клеток различных тканей.

В том числе выяснилось, что предрасположенность к некоторым видам рака может сформироваться за несколько десятилетий до постановки диагноза – иногда в детском возрасте.

Рак – это не одно заболевание, возникающее в разных органах, а общее название для двух сотен различных болезней, протекающих по одной и той же схеме. Одна из клеток ткани мутирует – и начинает быстро и бесконтрольно делиться, формируя опухоль.

Поломка происходит на генном уровне, но до сегодняшнего дня, пытаясь понять ее возможные причины, ученые в основном анализировали лишь “полезную ДНК” – ту часть генома, в которой закодированы белки и которая составляет лишь около 2% всей наследственной информации.

Оставшаяся часть генетического кода, известная как “мусорная ДНК”, не вызывала особого интереса, поскольку заключенная в ней информация не отвечает за производство белков – строительных материалов клетки – и вообще долгое время считалась рудиментарной (то есть накопившейся в процессе эволюции, но утратившей полезные функции).

Термин “мусорная ДНК” был введен около 50 лет назад и позже признан не вполне корректным, когда обнаружилось, что некоторые фрагменты “бесполезного” генома выполняют другие важнейшие функции для поддержания жизни клетки.

Было решено расшифровать генетическую информацию раковых клеток целиком, чтобы отследить и изменения в некодирующих генах.

Автор фото, Getty Images

В результате ученые обнаружили тысячи генетических мутаций и описали более 80 процессов, ведущих к поломке генетического кода. Одни из них вызваны возрастными изменениями, другие передаются по наследству, третьи могут быть связаны с вредными привычками или диетой.

Одно из главных открытий состоит в том, что один и тот же вид рака могут вызывать абсолютно разные наборы мутаций. В клетках рака легких было обнаружено до 100 тысяч мутировавших генов, а в некоторых образцах детского рака мутации можно было пересчитать по пальцам.

“Самое удивительное открытие – это то, насколько сильно раковый геном одного пациента отличается от генома раковых клеток другого”, – заявил член координационного комитета PCAWG Питер Кэмпбелл.

Однако были выявлены и неожиданные совпадения – например, одна и та же драйверная мутация может привести к развитию рака груди у женщин или рака простаты у мужчин. А значит, методы лечения, разработанные для рака груди, могут оказаться эффективными и в лечении рака простаты.

Некоторые сделанные открытия дают возможность значительно более ранней диагностики заболевания – в частности, выяснилось, что некоторые виды рака начинают формироваться на генетическом уровне задолго до развития опухоли, иногда за несколько лет или даже десятилетий.

“Это показывает, что у нас есть намного больше возможностей раннего вмешательства [в ситуацию], чем мы думали раньше”, – уверяет Кэмпбелл.

Кроме того, составленный по итогам исследования каталог мутаций поможет избежать постановки неверного диагноза, что иногда случается из-за совпадения симптомов разных видов заболевания.

Однако в 5% образцов раковых клеток вообще не было выявлено драйверных мутаций – а это значит, что точное место критической поломки генетического кода еще предстоит установить.

“Если мы поймем, что происходит с нашими здоровыми органами по мере старения, что заставляет мутации накапливаться, почему некоторые клоны бесконечно размножаются, а некоторые угасают, как на этот баланс влияет образ жизни – тогда мы сможем придумать способы раннего вмешательства, чтобы предотвратить или замедлить развитие неизлечимых видов рака”, – заключает профессор Кэмпбелл.

«Мы созрели до мирового уровня благодаря терпению археологов»

Весной 2017 года у сибирских ученых вышло две статьи по генетике древних кочевников.

Текст о скифском мире напечатал Nature Communications, а журнал Archaeological and Anthropological Sciences опубликовал более узкое исследование о генофонде знаменитого своей воинственностью племени хунну. Для одной из публикаций сибирские палеогенетики выполняли часть работы, а для второй — всю. Подробнее о работах группы рассказал руководитель межинститутского сектора молекулярной палеогенетики Института цитологии и генетики СО РАН и Института археологии и этнографии СО РАН АЛЕКСАНДР ПИЛИПЕНКО.

— В статье “Происхождение, демография и генетическое наследие кочевников евразийских степей периода раннего железного века” (“Ancestry and demography and descedants of Iron Age of the Eurasian Steppe”), которая вышла в Nature

Communications, сделана попытка широкомасштабного исследования генофонда представителей скифского мира с разных участков евразийского степного пояса. Протяженность территорий, которые населяли исследуемые популяции кочевников скифской эпохи (~1 тыс. до н. э. ), составила более 3,5 тыс. километров — от Тувы, Горного Алтая и Минусинской котловины (алды-бельская, пазырыкская и тагарская культуры) до Северного Причерноморья (классические скифы). Ученые из Института археологии и этнографии СО РАН предоставили более трети всех исследованных в работе образцов (пазырыкская культура), а также данные об их археологическом и антропологическом контексте.

— 3,5 тыс. километров в течение 1000 лет. Реально ли проанализировать такую массу материала в одной научной работе?

— В евразийском степном поясе в течение 1000 лет до рубежа эр существовало великое множество различных популяций, и далеко не все из них вошли в проведенное исследование. Эта работа, безусловно, не дает исчерпывающих ответов на вопросы о генофонде кочевников раннего железного века, а даже, наоборот, ставит новые вопросы. Бывают разные типы исследований. Можно выполнить масштабную, но грубую реконструкцию, а можно детально изучать более узкие темы. Такие журналы, как Nature, предпочитают первый тип работ.

Получается масштабное полотно: генетическая картина древности крупными мазками. При детальном изучении, а следовательно, значительном увеличении количества образцов каждой исследуемой группы людей генетическая картина будет неизбежно меняться.

— То есть в исследование вошли почти все кочевники первого тысячелетия до нашей эры, которых историки и археологи считают скифами?

— Лучше сказать, что они имели отношение к скифскому миру или были носителями скифской культуры, поскольку само понятие “скиф” скорее культурное, чем генетическое. Всем известна так называемая скифская триада — характерные для скифской культуры предметы: оружие (меч акинак), конское снаряжение и звериный стиль орнаментов. Классическими скифами принято считать причерноморских, поскольку долгое время они считались самыми ранними. Позже в Туве были найдены более древние памятники раннего скифского времени, включая знаменитые Аржан-1 и Аржан-2.

Итак, из восточных носителей для генетического анализа были взяты образцы материалов с Аржана-2, а также представителей тагарской культуры. С запада — причерноморских скифов и сарматов, а с юга Сибири (Алтай) — образцы от представителей пазырыкской культуры. Главный вопрос, долгое время волновавший всех историков и просто образованных людей,— как связаны между собой кочевники скифской эпохи из западной и восточной Евразии, в культуре которых прослеживается множество общих черт? Было ли это одно и то же население, которое разбрелось по всему степному поясу Евразии, или за счет кочевого образа жизни и культурного обмена происходил также и обмен генетическим материалом между разными древними популяциями?

— Вы ведь анализируете не только древнюю ДНК от разных культур, но и сравниваете ее с генофондом современных жителей тех же регионов? Зачем это нужно? Разве можно проследить связи какого-то современного народа с древним?

— Прямых связей в большинстве случаев не может быть. Но какие-то отдельные компоненты, маркирующие участие древних предков в формировании современных популяций, обнаружить реально. А бывает, что и компонентов нет, но схожим образом выглядит сам механизм формирования генетики древних и современных популяций. Например, древние тюрки сформировались при взаимодействии популяций из восточной и западной Евразии. Поэтому у всех тюркских народов очень разнообразный, “контрастный” генофонд. У восточных скифов (пазырыкцев) картина очень похожая. Попытка найти в этой гремучей смеси какие-то конкретные предковые группы — очень сложная задача.

— Тем не менее в работе есть вывод о связи скифов с современными тюркскими народами.

— Связь не в прямом смысле. Существует стандартная методика, когда берутся разные контрастные популяции со всей Евразии и оценивается степень их сходства с исследуемой древней популяцией. Из всех современных народов евразийских степей относительно близки по составу генофонда к скифам оказались только тюркоязычные. Не простое отношение типа “предки — потомки”, а сходство механизмов формирования и участвующих в нем генетических компонентов породило эту связь. Тюрки сформировались благодаря взаимодействию древнетюркских племен, мигрировавших с Алтая и восточных территорий, со степным населением. Они оседали, смешивались с местными группами. Так образовались различные тюркские народы, сформировалась их специфика в разных регионах. Подобным образом формировались и скифские популяции — при участии различных генетически отличающихся групп. Баязит Юнусбаев, сотрудник Эстонского биоцентра, недавно опубликовал статью, в которой указал на сохранившийся в ядерном геноме у всех древних тюрок общий компонент, который доказывает общий источник их расселения. Но этот исходный компонент минимальный, а основное приобретено за тысячелетия кочевничества и взаимодействия с окружающими популяциями. Разумеется, мигрируя по всей евразийской степи, тюрки включили в себя и скифский генофонд. Но это не значит, что скифы — прямые предки тюрок.

Нужно пояснить, как вообще формировались народы в степной зоне Евразии. Пришли скифы — оставили свой пласт генетики у местного населения. Потом тюрки — свой. Во времена монгольской империи мощный отпечаток наложили монголы. Все перемешалось, и получилось современное население, для которого бессмысленно искать единственных или основных прямых предков. Но для научного понимания исторической картины и взаимодействия разных популяций генетические компоненты вычленять необходимо.

— Вы выделяете в своей работе западные и восточные группы скифов…

— Западные и восточные генетические компоненты в разных пропорциях вошли в основу всех популяций, проанализированных в нашей работе. Они вполне логично распределились практически по географическому признаку — чем восточнее, тем больше восточных компонентов, чем западнее — тем больше западных. Но сформировались эти скифские группы независимо из разных генетических источников, а не из какой-то одной популяции. Просто за 1000 лет кочевничества по евразийским степям они активно обменивались генами, сохраняя при этом исходные различия.

— Под западными и восточными компонентами, видимо, имеются в виду монголоидный и европеоидный антропологические типы?

— Если бы я был антропологом, я бы ответил утвердительно, поскольку в их науке эти слова являются терминами, которые описывают особенности внешних признаков человека. В палеогенетике принята своя терминология и международная социальная этика. Мы, генетики, употребляем термины восточноевразийский и западноевразийский, под которыми понимается соответствующее исходное географическое происхождение генетических компонентов. Или, например, в нашей работе по генетике хунну мы говорим о генетическом составе, типичном для центральноазиатского населения.

Кто такие хунну

Археологи изучают культуру хунну уже более 100 лет, но материалы раскопок по-прежнему слабо соотносятся с данными китайских хроник — единственным письменным источником об этой культуре.

— В археологических данных о хунну есть то, о чем молчат китайские летописи,— поясняет соавтор работы, главный научный сотрудник Института археологии и этнографии СО РАН Наталья Полосьмак, руководитель многолетних работ на памятнике Ноин-Ула в Северной Монголии.— После изучения курганов хуннской элиты мы выяснили, что влияние культуры Китая на кочевников было довольно значительным. Основная часть предметов, обнаруженных в могилах хуннской знати, производилась в Китае или китайскими мастерами и лишь изредка была западным импортом.

К началу нашей эры хунну удалось подчинить своему влиянию весь Западный край и практически отрезать китайцев от прямых торговых путей в западные страны. Поэтому можно предполагать, что у хунну были тесные культурные связи и с западными цивилизациями, а в общество хунну входили не только ханьцы и представители степных племен, но и выходцы из городских цивилизаций Запада. В погребениях хуннской знати, кроме китайских вещей, обнаружены шерстяные ткани, вышитые пологи, великолепные серебряные украшения и другие изделия, изготовленные далеко к западу от монгольских степей.

Из древних китайских летописей известно, что держава хунну в период расцвета была связана с империей Хань договором “мира и родства”, а их правители называли друг друга братьями. Это означало, что китайских принцесс выдавали замуж за шаньюев.

Женами шаньюев стали четыре ханьские принцессы. На двух из них женился сам основатель империи хунну Модэ, а на двух других — его сын и внук. Хотя последний такой брак был заключен в 135  году до н.  э., в 33 году до н. э. Юань-ди, 11-й император династии Хань, пожаловал правителю хуннов пять красавиц из своего гарема. Одна из наложниц стала любимой женой шаньюя и родила ему сыновей. Эти факты позволяют допустить, что у элиты хунну могла быть и толика китайской крови.

Родственные связи с иноплеменниками могли быть характерны не только для элиты, но и для всего хуннского общества. Кочевников всегда было меньше, чем земледельцев, а постоянное участие хунну в военных действиях сокращало и без того немногочисленное население степи. Собственно, и сейчас территория Монголии — одна из самых малозаселенных в мире. Возможно, хунну должны были пополнять свои быстро редеющие семьи включением в состав родов и племен пленных и перебежчиков: китайцев, усуней, жителей Западного края (современного Синьцзяна), ухуаней… Известные российские антропологи В.П. Алексеев и И.И. Гофман приводят результаты исследований двух хуннских могильников Монголии: “Материал из одного могильника отличается резко выраженными монголоидными особенностями, а из второго — европеоидными”.

Женский генофонд хунну сохранился в Забайкалье

Основная часть археологических и исторических данных о хунну касается не антропологии, а их материальной, духовной культуры и социального устройства. Но культурные процессы ничего не говорят нам о генетических изменениях и не всегда идут параллельно с ними. В этом заключается одна из основных сложностей интерпретации археологического материала. Французские ученые первыми опубликовали генетические данные о рядовых хунну, живших на территории Северной Монголии. Сибирские исследователи использовали их в своей работе как сравнительный материал.

— Для исследований использовались фрагменты костей из археологических памятников Забайкалья. Мы обнаружили относительное единообразие генетического состава — преобладание типичных для восточной части евразийских степей генетических компонентов,— сообщил ученый.— Сравнение митохондриальной ДНК забайкальских и монгольских хунну показало, что при похожей общей структуре их генофонды отличаются.

У забайкальских хунну, в отличие от монгольских, ученые не обнаружили компоненты западноевразийского происхождения, а также выявили несколько восточноевразийских вариантов митохондриальной ДНК, которых у монгольских не оказалось.

Локальная вариабельность генофонда хунну, уверен Александр Пилипенко, имеет историческое объяснение. Ко времени, когда хунну появились в Забайкалье и Монголии (II век до н. э.), они уже представляли собой союз многих племен — подчиненных, завоеванных и объединенных. Такая многокомпонентность объясняет генетические различия между отдельными группами хунну.

Сравнительный анализ полученных данных о древних племенах и данных о современном населении Центральной Азии и других регионов Евразии показал, что, несмотря на “этнический калейдоскоп” в степях Евразии в гунно-сарматское время и последующие периоды, (за две тысячи лет!) структура женского генофонда населения забайкальских степей изменилась слабо, сохранив многие генетические черты хунну.

Это уникальное обстоятельство представляет большую ценность для всех специалистов, изучающих хунну: генетиков, археологов, историков и этнографов. Ведь на соседних территориях наблюдается совершенно иная генетическая картина: в Синьцзяне и особенно в Алтае-Саянском регионе разные племена и народы стремительно сменяли друг друга на протяжении последних тысячелетий.

Здесь работают с древней ДНК

Первые исследования древней ДНК в новосибирском Академгородке были проведены в 1990-х годах по инициативе Института археологии и этнографии СО РАН, поскольку археологам хотелось получить как можно больше информации о найденных ими алтайских мумиях. Академгородок — самая подходящая среда для междисциплинарных работ. Химики взялись анализировать пигменты, которыми были окрашены одежды мумий, физики провели томографическое исследование, а генетики решили попробовать выяснить происхождение пазырыкских мумий.

— Эти анализы производили специалисты по генетике современных людей, поскольку для работы с древней ДНК не было ни условий, ни обученных узких специалистов. Своими первыми результатами, которые удалось тогда получить, генетики были обязаны великолепной сохранности мумий. Из-за вечной мерзлоты, в которой они пролежали более 2 тыс. лет, их ДНК была по сохранности почти как современная. Но это уникальная, совершено нетипичная ситуация. Основной объем древнего антропологического материала — это кости скелета. Но для проведения их генетического исследования необходимо создать отдельное междисциплинарное направление работ и оборудовать специальные лаборатории.

Основная проблема палеогенетики — это плохая сохранность древней ДНК, следовательно, высокий риск ее загрязнения современной ДНК. Со всех живых людей, включая генетиков, постоянно “сыплется ДНК”. Вот для чего им необходима спецодежда — маски, очки, специальные костюмы, напоминающие скафандры, перчатки и прочие меры защиты костного материала. Параллельно с новосибирцами в 1990-е годы пытались заниматься анализом древней человеческой ДНК и другие российские лаборатории. Но попытки вести эти исследования одновременно с обычными генетическими анализами не увенчались успехом. Мировой опыт показал, что в этом вопросе нужна специализация.

— Я был еще аспирантом, когда стал официально руководить дипломными работами по палеогенетике у студентов НГУ: для создания отдельного направления работ нужны были люди, хорошо владеющие методиками. Большой коллектив был не нужен, нас и сегодня всего шестеро. Создать в наше время принципиально новую лабораторию, у которой на начальном этапе долгие годы не будет окончательных результатов, очень непросто. Мы появились, выжили и созрели до мирового уровня работ благодаря терпению археологов, их пониманию важности происходящего и вере в наш успех. Почти все зарубежные публикации по палеогенетике человека с участием российских ученых до недавнего времени ограничивались передачей иностранным коллегам костных материалов и включением в соавторство. Собственно эксперименты с древней ДНК проводились в зарубежных лабораториях. Ситуация изменилась. В России появилась палеогенетика человека.

Аржан-1

Погребально-поминальный комплекс Аржан-1, один из самых ранних курганов скифо-сибирского мира, был раскопан М. П. Грязновым и М.Х. Маннай-оолом в 1971-1974  годах.

По хронологической системе, предложенной Л.С. Марсадоловым, курган датируется приблизительно 800 годом до н. э. (820-740). Другие же исследователи, прежде всего Н.Л. Членова, омолаживают курган, перенося дату его сооружения в VII век до н. э. Исследования древесных спилов позволили установить, что курган был сооружен единовременно осенью, в сентябре.

Само название “Аржан” переводится с тувинского как “источник”: в углублении на поверхности кургана долгое время находился родник, считавшийся у тувинцев священным. Таким образом, ближайший поселок получил свое название по кургану, а не наоборот, как обычно бывает в археологической практике. Первоначальный диаметр курганной насыпи — 120 м, высота 3-4 м. В 20-е годы XX века родник иссяк, затем насыпь была разобрана на строительные нужды. Первоначальный диаметр курганной насыпи — 120 м, высота 3-4 м. Аржан-1 — самый большой по диаметру среди тувинских курганов.

Несмотря на то что курган был разграблен в древности, в нем удалось найти оружие и великолепные предметы прикладного искусства.

Аржан-2

Погребально-поминальный комплекс был раскопан Центральноазиатской экспедицией Государственного Эрмитажа под руководством К.В. Чугунова, Г. Парцингера и А. Наглера в 2000-2004 годах в рамках совместного проекта с Германским археологическим институтом.

Этот курган был возведен примерно на 150 лет позже Аржана-1 в 9 км от него. Он меньшего размера, диаметр насыпи — 80 м, высота — 2 м. Помимо самого кургана, комплекс включал кольцевые каменные оградки, внутри которых обнаружены пережженные кости животных, и каменные башни (высотой до 1 м), рядом с которыми найдены кости лошадей.

Пазырыкская культура

Ареал ее распространения — Горный Алтай, причем большинство памятников расположены в пределах российского Алтая. С севера ограничивается степными районами, на юге в монгольском Алтае вдоль южных склонов Салюгемского хребта, на западе по границе с Тувой, на востоке — восточные склоны Алтая. Первые раскопки пазырыкских памятников Берель и Катанда проведены в 1865 году академиком В. В. Радловым.

Особую известность пазырыкская культура получила благодаря раскопкам Пазырыкского могильника (первый курган исследован М.П. Грязновым в 1929 году, четыре остальных — С.И. Руденко в 1950-е годы). Курганы содержали линзы мерзлоты в погребальных камерах, благодаря которым сохранились высокохудожественные предметы из дерева, кожи, меха, войлока. Как археологическая культура выделена В.Н. Чернецовым. Культура относится к скифскому времени (VI-III века до н. э.).

Генная инженерия: что это, методы, примеры, достижения

Современная генная инженерия позволяет «включать» и «выключать» отдельные гены, программируя новый генотип, в том числе, и человеческий. Это вызывает немало опасений, хотя многие открытия уже принесли человечеству пользу

Генная инженерия — это современное направление биотехнологии, объединяющее знания, приемы и методики из целого блока смежных наук — генетики, биологии, химии, вирусологии и так далее — чтобы получить новые наследственные свойства организмов.

Перестройка генотипов происходит путем внесения изменений в ДНК (макромолекулу, обеспечивающую хранение, передачу из поколения в поколение и реализацию генетической программы развития и функционирования живых организмов) и РНК (одну из трех основных макромолекул, содержащихся в клетках всех живых организмов).

Если внести в растение, микроорганизм, организм животного или даже человека новые гены, можно наделить его новой желательной характеристикой, которой до этого он никогда не обладал. С этой целью сегодня генная инженерия используется во многих сферах. Например, на ее основе сформировалась отдельная отрасль фармацевтической промышленности, представляющая собой одну из современных ветвей биотехнологии.

История развития

Истоки

Основы классической генетики были заложены в середине XIX века благодаря экспериментам чешского-австрийского биолога Грегора Менделя. Открытые им на примере растений принципы передачи наследственных признаков от родительских организмов к их потомкам в 1865 году, к сожалению, не получили должного внимания у современников, и только в 1900 году Хуго де Фриз и другие европейские ученые независимо друг от друга «переоткрыли» законы наследственности.

Параллельно с этим шел процесс формирования знаний о ДНК. Так, в 1869 году швейцарский биолог Фридрих Мишер открыл факт существования макромолекулы, а в 1910 году американский биолог Томас Хант Морган обнаружил на основе характера наследования мутаций у дрозофил, что гены расположены линейно на хромосомах и образуют группы сцепления. В 1953 году было сделано важнейшее открытие — американец Джон Уотсон и британец Фрэнсис Крик установили молекулярную структуру ДНК.

На подъеме

К концу 1960-х годов генетика активно развивалась, а ее важными объектами стали вирусы и плазмиды. Были разработаны методы выделения высокоочищенных препаратов неповрежденных молекул ДНК, плазмид и вирусов, а в 1970-х годах был открыт ряд ферментов, катализирующих реакции превращения ДНК.

Генная инженерия как отдельное направление исследовательской работы зародилась в США в 1972 году, когда в Стэнфордском университете ученые Пол Берг, Стэнли Норман Коэн, Герберт Бойер и их научная группа внедрили новый ген в бактерию кишечной палочки (E. coli), то есть создали первую рекомбинантную ДНК.

Техника ПЦР была впервые разработана в 1980-х годах американским биохимиком Кэри Маллисом. Будущий лауреат Нобелевской премии по химии (1993 года), обнаружил в специфический фермент — ДНК-полимеразу, который участвует в репликации ДНК. Этот фермент буквально считывает отрезки цепи нуклеотидов молекулы и использует их в качестве шаблона для последующего копирования генетической информации.

Новая эра

В 1996 году методом пересадки ядра соматической клетки в цитоплазму яйцеклетки на свет появилось первое клонированное млекопитающее — овца Долли. Это событие стало революционным в истории развития генной инженерии, потому что впервые стало возможным серьезно говорить о создании клонов и выращивании живых организмов на основе молекул.

Технологии генной инженерии

Генная инженерия за короткий срок оказала огромное влияние на развитие различных молекулярно-генетических методов и позволила существенно продвинуться на пути познания генетического аппарата.

Так, появилась технология CRISPR — инструмент редактирования генома. В 2014 году MIT Technology Review назвал его «самым большим биотехнологическим открытием века». Он основан на защитной системе бактерий, которые производят специальные ферменты, позволяющие им защищаться от вирусов.

«Каждый раз, когда бактерия убивает вирус, она разрезает остатки его генома, будь то ДНК или РНК, и сохраняет их внутри последовательности CRISPR, как в архив. Как только вирус атакует снова, бактерия использует информацию из «архива» и быстро производит защитные белки Cas9, в которых заключены фрагменты генома вируса. Если вдруг эти фрагменты совпадают с генетическим материалом нынешнего атакующего вируса, Cas9 как ножницами разрезает захватчика, и бактерия снова в безопасности», — поясняет Алевтина Федина, медицинский директор Checkme.

Уникальное открытие состоялось в 2011 году, когда биологи Дженнифер Дудна и Эммануэль Шарпантье обнаружили, что белок Cas9 можно обмануть. Если дать ему искусственную РНК, синтезированную в лаборатории, то он, найдя в «архиве» соответствие, нападет на нее. Таким образом, с помощью этого белка можно резать геном в нужном месте — и не просто резать, а еще и заменять другими генами.

Теоретически, технология CRISPR может позволить редактировать любую генетическую мутацию и излечивать заболевание, которое она вызывает. Но практические разработки CRISPR в качестве терапии еще только в начальной стадии, и многое еще непонятно.

Есть и другие методы генной инженерии, например, ZFN и TALEN.

• ZFN разрезает ДНК и вставляет туда заготовленный заранее новый фрагмент с помощью белков с ионами цинка (отсюда название — Zinc Finger Nuclease).
• TALEN делает то же самое, только используя TAL-белки. Для обеих технологий приходится создавать отдельные белки, а это очень долгая работа, поэтому пока два этих метода особого применения не нашли.

Где и как применяется генная инженерия

Медицина

Уже сейчас активно применяется инсулин человека (хумулин), полученный посредством рекомбинантных ДНК. Клонированные гены человеческого инсулина были введены в бактериальную клетку, где начался синтез гормона, который природные микробные штаммы никогда не синтезировали. С 1982 года компании США, Японии, Великобритании и других стран производят генно-инженерный инсулин.

Кроме того, несколько сотен новых диагностических препаратов уже введены в медицинскую практику. Среди лекарств, находящихся в стадии клинического изучения, препараты, потенциально лечащие артрозы, сердечно-сосудистые заболевания, онкологию и СПИД. Среди нескольких сотен генно-инженерных компаний 60% заняты именно разработкой и производством лекарственных и диагностических средств.

«В медицине среди достижений генной инженерии сегодня можно выделить терапию рака, а также другие фармакологические новинки — исследования стволовых клеток, новые антибиотики, прицельно бьющие по бактериям, лечение сахарного диабета. Правда, пока все это на стадии исследований, но результаты многообещающие», — говорит Алевтина Федина.

Сельское хозяйство

В сельском хозяйстве одна из важнейших задач генной инженерии — получение растений и животных, устойчивых к вирусам. В настоящее время уже есть виды, способные противостоять воздействию более десятка различных вирусных инфекций.

Еще одна задача связана с защитой растений от насекомых-вредителей. Путем генетической модификации растений можно уменьшить интенсивность обработки полей пестицидами. Например, трансгенные растения картофеля и томатов стали устойчивы к колорадскому жуку, растения хлопчатника — к разным насекомым, в том числе и к хлопковой совке.

Использование генной инженерии позволило сократить применение инсектицидов (препаратов для уничтожения насекомых) на 40–60%.

Благодаря генной инженерии зерновые культуры стали более устойчивы к климатическим условиям, кроме того появилась возможность увеличить количество витаминов и полезных веществ в продукте. Например, можно обогатить рис витамином «А» и выращивать его в тех регионах, где люди имеют массовую нехватку этого элемента.

С помощью генной инженерии пытаются решить и экологические проблемы. Так, уже созданы особые сорта растений с функцией очистки почвы. Они поглощают цинк, никель, кобальт и иные опасные вещества из загрязненных промышленными отходами почв.

Скотоводство

В Кемеровской области работа генетиков позволила получить устойчивое к вирусу лейкоза племенное поголовье высокопродуктивных животных. Для проведения эксперимента кузбасские ученые отобрали здоровых коров черно-пестрой породы массой до 500 кг. Животным трансплантировали модифицированные эмбрионы, устойчивые к вирусу лейкоза. В середине сентября 2020 года родилось 19 телят с измененными генами.

«В месячном возрасте была проведена оценка, которая показала, что телята отличаются от своих сверстников только устойчивостью к вирусу. Пять особей отобрали для дальнейшей селекционной работы. Это позволит закрепить наследственные признаки устойчивости к вирусу лейкоза у последующих поколений», — пояснила руководитель проекта, доктор биологических наук, профессор кафедры зоотехнии Кузбасской ГСХА Татьяна Зубова.

По словам Зубовой, лейкоз крупного рогатого скота — вирусная хронически неизлечимая болезнь, при которой возникают поражение кроветворной системы и новообразования. Данное заболевание наносит значительный ущерб генофонду пород и мясной промышленности в целом, потому что мясо зараженных животных запрещено употреблять в пищу. Единственным доступным методом борьбы с лейкозом ранее было только уничтожение зараженного скота.

Этот успех позволяет говорить о том, что в дальнейшем будет возможно редактировать гены крупного рогатого скота и от других болезней.

С прицелом на человека

В 2009 году группа ученых под руководством молодого исследователя Джея Нейтца из Вашингтонского университета сумели с помощью генной терапии вернуть обезьянам способность различать оттенки зеленого и красного, которой они были лишены от рождения.

В область сетчатки глаза двух подопытных обезьян был введен безвредный вирус, несущий недостающий ген фоточувствительного рецептора. Вскоре после процедуры обе обезьяны начали различать оттенки красного и зеленого на сером фоне. Два года наблюдения не выявили у них каких-либо нарушений, поэтому ученые не исключают, что данную методику уже вскоре можно будет применять у людей, страдающих дальтонизмом.

Ученые шагнули еще дальше и уже пробуют выращивать в теле животных органы для трансплантации людям. Для минимизации риска отторжения тканей животным вводят специальные гены. Этими опытами занимается научная лаборатория Рослинского института в Великобритании, которая представила миру овцу Долли.

В 2019 году британские ученые вывели кур, яйца которых содержат два вида человеческих белков, способных противодействовать артриту и некоторым видам онкологических заболеваний. В яйцах содержится человеческий белок под названием IFNalpha2a, обладающий мощными противовирусными и противораковыми свойствами, а также человеческий и свиной вариант белка под названием макрофаг-CSF, который планируют использовать для создания препарата, стимулирующего самостоятельное заживление поврежденных тканей.

Изменение ДНК человека

Первые клинические испытания методов генной терапии были предприняты 22 мая 1989 года с целью генетического маркирования опухоль-инфильтрующих лимфоцитов в случае прогрессирующей меланомы.

14 сентября 1990 года в Бетесде (США) четырехлетней девочке, страдающей наследственным иммунодефицитом, обусловленным мутацией в гене аденозиндезаминазы (АDA), были пересажены ее собственные лимфоциты.

Работающая копия гена ADA была введена в клетки крови с помощью модифицированного вируса, в результате чего клетки получили возможность самостоятельно производить необходимый белок. Через шесть месяцев количество белых клеток в организме девочки поднялось до нормального уровня.

После этого область генной терапии получила толчок к дальнейшему развитию. С 1990-х годов сотни лабораторий ведут исследования по использованию генной терапии для лечения различных заболеваний. Уже сегодня с помощью генной терапии можно лечить диабет, анемию и некоторые виды онкологии.

Генная терапия

Генная терапия — введение, удаление или изменение генетического материала, в частности ДНК или РНК, в клетке пациента для лечения определенного заболевания.

Существует три основных стратегии использования генной терапии:

1. Замена мутировавшего гена, вызывающего заболевание, здоровой копией.
2. Инактивация или «выбивание» мутировавших генов, которые функционируют неправильно.
3. Введение нового гена в организм, помогающего бороться с болезнью.

Наиболее часто применяемый метод включает вставку «терапевтического» гена для замены «ненормального» или «вызывающего болезнь».

В 2015 году впервые была проведена процедура изменения ДНК человека с целью продления молодости клеток, когда американке Элизабет Пэрриш 44 лет ввели в организм препарат, влияющий на ДНК, а в 2018 году китайский ученый Хэ Цзянькуй заявил, что с его помощью у двух детей-близнецов якобы изменены гены для выработки у них иммунитета к вирусу ВИЧ, носителем которого являлся их отец.

Все это, с одной стороны, выглядит грандиозно и обнадеживает, но с другой, — вызывает опасения, ведь генетические манипуляции, теоретически, возможно использовать не только в благих и мирных целях.

После эксперимента с ДНК близнецов в Китае, ЮНЕСКО выступила с инициативой о запрете изменения генов у новорожденных до того момента, пока достоверно не будет доказана безопасность таких манипуляций.

Этическая сторона вопроса

В 1997 году ЮНЕСКО выпустила Всеобщую декларацию о геноме человека и его правах, рекомендовав мораторий на генетическое вмешательство в зародышевую линию человека, а в декабре 2015 года на международном саммите по геномному редактированию человека изменение гаметоцитов и эмбрионов для генерации наследственных изменений у людей было объявлено безответственным.

Российское сообщество генетиков в большинстве своем считает, что такие эксперименты на данный момент преждевременны и требуют более глубокого исследования и обсуждений.

«Вопрос клонирования уже давно стоит на горизонте. Этично ли выращивать клонов, чтобы потом забирать их органы для трансплантации человеку… Большой вопрос. Само собой, это абсолютно нормально, что нет единой точки зрения, ведь смысл подобных дискуссий как раз в том, чтобы найти правильные формулировки и отрегулировать потенциально спасительное, но при этом очень опасное знание», — говорит Алевтина Федина.

Страх неизвестности

Вариантов развития событий в области генной инженерии существует множество, и далеко не все они изучены и, в принципе, известны. Поэтому они должны быть последовательно зафиксированы и регламентированы.

Естественно, больше всего опасений вызывают плохие сценарии развития событий. Как правило, все начинается с помощи людям и изобретения новых лекарств. Но потом человек может прийти к желанию сделать своего ребенка светловолосым и зеленоглазым или создать армию универсальных солдат, не боящихся боли и не ведающих страха.

Олег Долгицкий, социальный философ, отмечает, что современное общество настолько неоднородно в культурном и экономическом плане, что любые методы, способные существенно изменить геном, могут создать условия не только для классового, но и видового расслоения, где представители «первого мира» смогут существенно продлевать свою жизнь и не бояться никаких болезней, в отличие от менее богатых людей. Это является серьезнейшей почвой для конфликтов и столкновений.

Эксперты убеждены, что генная инженерия — это будущее медицины. Возможность избавить младенца от пожизненного гнета заболевания, излечить людей от рака, найти лекарство против ВИЧ — за всем этим будет стоять генная инженерия. При этом желание человека изменить, например, цвет глаз или предотвратить наследственное заболевание, несмотря на все риски, будет только расти. И похоже, что остановить этот процесс уже не представляется возможным.

МАТЕРИАЛЫ ПО ДИФФЕРЕНЦИРОВАННОМУ ЗАЧЕТУ ПО ДИСЦИПЛИНЕ БИОЛОГИЯ

Департамент образования и науки Кемеровской области

Государственное профессиональное образовательное учреждение

«Яшкинский техникум технологий и механизации»

Рассмотрено:

на заседании методической комиссии

Протокол № __ от «__» _______2016 г.

ПМК __________________________

УТВЕРЖДАЮ:

Заместитель директора по УР

_______________Л. П. Агеева

«___»______________ 2016 г.

Дифференцированный зачет

БИОЛОГИЯ

для специальности: 35.02.07 Механизация сельского хозяйства

Яшкино

2016

Критерии оценки ответов обучающихся

Ответ оценивается отметкой «5» если обучающихся:

Полно раскрыл содержание материала в объеме, предусмотренном программой и учебником;

Изложил материал грамотным языком в определенной логической последовательности, точно используя терминологию и символику;

Правильно выполнил опыты, чертежи, графики, сопутствующие ответу. Показал умение иллюстрировать теоретические положения конкретными примерами, применять их в новой ситуации при выполнении практического задания.

Продемонстрировал знание раннее изученных сопутствующих вопросов, сформированность и устойчивость используемых при ответе умений и навыков.

Отвечает самостоятельно без наводящих вопросов учителя;

Возможны одна две недостачи при освещении второстепенных вопросов или в выкладках, который ученик легко исправил по замечанию учителя.

Ответ оценивается отметкой «4» если обучающихся удовлетворяет в основном требованиям на оценку «5», но при этом имеет один из недостатков:

В изложении допущены небольшие пробелы, не исказившие содержание ответа;

Допущены 1-2 недочета при освещении основного содержания ответа исправление по замечанию учителя;

Допущены ошибки или более двух недочетов при освещении второстепенных вопросов или в выкладках, легко исправимые по замечанию учителя;

Отметка «3» ставится в следующих случаях:

Не полно или непоследовательно раскрыто содержание материала, но показано общее понимание вопроса и продемонстрированы умения, достаточные для дальнейшего усвоения программного материала.

Имелись затруднения или допущены ошибки в определении понятия, терминологии, исправление после нескольких наводящих вопросов учителя;

Ученик не справился с применением теории при выполнении практического задания, но выполнил задания обязательного уровня сложности по данной теме;

При знании теоретического материала выявлена недостаточная сформированность основных умений и навыков.

Вопросу к дифференцированному зачету

Теоретическая часть:

1. Что изучает наука биология?

2. Каковы признаки живых организмов?

3. Какие науки входят в комплексную науку биологию?

4. Какое значение имеет биология?

5. Какие химические элементы входят в состав клетки?

6. Какие неорганические вещества входят в состав клетки?

7. В чем заключается значение воды в жизнедеятельности клетки?

8. Какие органические вещества входят в состав клетки?

9. Назовите функции белков?

10. Чем отличается строение ДНК и РНК?

11. На чем основано современное деление клеточной организации на два уровня?

12. Каковы строение и функции эндоплазматической сети?

13. Каковы строение и функции митохондрий?

14. Дайте определение термину «Вирус»? В чем проявляется действие вирусов на клетку?

15. Что такое митоз? В чем его биологический смысл?

16. Изложите основные положения клеточной теории?

17. Бесполое размножение, его многообразие и практическое использование?

18. Половое размножение организмов и его биологическое размножение?

19. Каковы различия в строении женских и мужских половых клеток?

20. Какой вред развивающемуся организму наносят курение, употребление алкоголя и наркотиков?

21. Что изучает генетика? Когда генетика сформировалась как наука?

22. С каким растением проводил опыты Г. Мендель? Что вы можете сказать о Менделе как об экспериментаторе?

23. Что такое фенотип и генотип? Существует ли между ними связь?

24. На каких объектах проводил исследования Т. Морган? Какие гены называются сцепленные?

25. Что вызывает болезнь Дауна?

26. Почему нежелательны браки между близкими родственниками?

27. Что изучает селекция? Что такое порода и сорт?

28. Приведите примеры основных домашних животных? Какие животные были их дикими предками?

29. Назовите центры происхождения пшеницы, картофеля, кофе, капусты, риса и винограда?

30. В чем отличие искусственного отбора от естественного?

31. Расскажите о вкладе И.В. Мичурина в селекцию плодово-ягодных культур?

32. Что такое экстерьер и интерьер? Насколько эти признаки важны в селекции животных?

33. Когда и кем были открыты микроорганизмы? В отраслях какого хозяйства используют микроорганизмы?

34. Какие ученые внесли значительный вклад в изучение биологии?

35. Какова роль Аристотеля в развитии биологии?

36. Укажите заслуги Ж. Б. Ламарка в развитии эволюционных идей?

37. Каковы основные положения теории Ч. Дарвина?

38. Дайте определение микроэволюции?

39. Дайте характеристику явлений наследственности и изменчивости?

40. Приведите примеры общих и частых адаптаций?

41. Какие органы называются гомологичными, какие –аналогичными?

42. Приведите примеры главнейших ароморфозов?

43. В чем заключается основное различие межу прокариотами и эукариотами?

44. Чем доказывает место человека в классе млекопитающих?

45. Какими чертами отличаются человеческие расы?

46. Что изучает экология? Охарактеризуйте главные направления современной экологии?

47. Что относится к абиотическим и биотическим факторам среды?

48. Что такое цепь питания и что лежит в ее основе?

49. Дайте определение понятия «Ноосфера». Какие ученые развивали ученье о ноосфере?

50. Что такое бионика и почему возникло это научное направление?

Практическая часть:

Задача 1. У человека ген полидактилии (многопалости) доминирует над нормальным строением кисти. У жены кисть нормальная, муж гетерозиготен по гену полидактилии. Определите вероятность рождения в этой семье многопалого ребенка.

Задача 2. У норок коричневая окраска меха доминирует над голубой. Скрестили коричневую самку с самцом голубой окраски. Среди потомства два щенка коричневых и один голубой. Чистопородна ли самка?

Задача 3.

1. Какая окраска шерсти у кроликов доминирует?

2. Каковы генотипы родителей и гибридов первого поколения по признаку окраски шерсти?

3. Какие генетические закономерности проявляются при такой гибридизации?

Задача 4. Ген черной масти у крупнорогатого скота доминирует над геном красной масти. Какое потомство F₁ получится от скрещивания чистопородного черного быка с красными коровами? Какое потомство F₂ получится от скрещивания между собой гибридов?

Задача 5

Одна из форм шизофрении наследуется как рецессивный признак. Определить вероятность рождения ребенка с шизофренией от здоровых родителей, если известно, что бабушка со стороны отца и дед со стороны матери страдали этими заболеваниями.

Задача 6

От скрещивания комолого (безрогого) быка с рогатыми коровами получились комолые и рогатые телята. У коров комолых животных в родословной не было. Какой признак доминирует? Каков генотип родителей и потомства?

Задача 7

У Пети и Саши карие глаза, а у их сестры Маши – голубые. Мама этих детей голубоглазая, хотя ее родители имели карие глаза. Какой признак доминирует? Какой цвет глаз у папы? Напишите генотипы всех перечисленных лиц.

Задача 8

В одном из зоопарков Индии у пары тигров с нормальной окраской родился тигр-альбинос. Тигры-альбиносы встречаются крайне редко. Какие действия должны провести селекционеры, чтобы как можно быстрее получить максимальное количество тигрят с данным признаком?

Задача 9. Черный цвет щетины у свиней доминирует над рыжим. Какое потомство следует ожидать от скрещивания черной свиньи с генотипом FF и черного хряка с генотипом Ff?

Объект: свинья.

Признак: цвет щетины

Задача 10. 

Нормальный слух у человека обусловлен доминантным геном S, а наследственная глухонемота определяется рецессивным геном s. От брака глухонемой женщины с нормальным мужчиной родился глухонемой ребенок. Определите генотипы родителей.

Объект: человек.

Признак: слух

Задача 11.

У тыквы дисковидная форма плода доминирует над шаровидной. Гомозиготную шаровидную тыкву опылили пыльцой такой же тыквы. Какими будут гибриды первого поколения?

Задача 12.

У морских свинок черная окраска шерсти доминирует над белой. Скрестили двух гетерозиготных самца и самку. Какими будут гибриды первого поколения?

Задача 13.

У томатов красная окраска плода доминирует над желтой. Переопылили два растения с красной окраской плодов: одно было гомозиготным, другое гетерозиготным. Растения с какими плодами вырастут в первом поколении?

Задача 14.

У кроликов серая окраска шерсти доминирует над черной. Гомозиготную серую крольчиху  скрестили с черным кроликом. Какими будут крольчата?

Задача 15.

Какие пары наиболее выгодно скрещивать для получения платиновых лисиц, если платиновость доминирует над серебристостью, но в гомозиготном состоянии ген платиновости вызывает гибель зародыша?

Задача 16.

Способность владеть правой рукой у человека доминирует над леворукостью. В браке двух правшей родился ребёнок левша. Каковы генотипы у родителей?

Задача 17.

У собак жесткая шерсть доминантна, мягкая – рецессивна. Два жесткошерстных родителя дают жесткошерстного щенка. С особью, какой масти его нужно скрестить, чтобы выявить, имеет ли он в генотипе аллель мягкошерстности.

Задача 18. 

У человека близорукость доминирует над нормальным зрением, а карий цвет глаз над голубым. Единственный ребенок близоруких кареглазых родителей имеет голубые глаза и нормальное зрение. Установить генотипы всех членов семьи.

Задача 19. Составьте схему цепи питания:

Божья коровка, сосна, кукушка, тля, ястреб

Задача 20. Составьте схему цепи питания:

Паук, сова, растительный материал (например, нектар), муха, землеройка.

Задача 21. Составьте схему цепи питания:

Тля, паук, сок розового куста, насекомоядная птица, божья коровка, хищная птица 

Задача 22. Составьте схему цепи питания:

Ястреб-перепелятник, Дождевой червь, Листовая подстилка, Черный дрозд 

Задача 23. Составьте схему цепи питания:

Гадюка, Лиса, Ёж, Гусеница, Мышь

Задача 24. Составьте схему цепи питания:

Бабочка, перепел, лиса, нектар цветов,ястреб

Задача 25. Составьте схему цепи питания:

Опад листьев, дрозд, ястреб, волк, дождевой черв

Эталон ответов обучающихся

Теоретическая часть:

1. Что изучает наука биология?

Биоло́гия (греч. βιολογία; от др. -греч. βίος — жизнь + λόγος — учение, наука^[1]) — система наук, объектами изучения которой являются живые существа и их взаимодействие с окружающей средой. Биология изучает все аспекты жизни, в частности, структуру, функционирование, рост, происхождение, эволюцию и распределение живых организмов на Земле. Классифицирует и описывает живые существа, происхождение их видов, взаимодействие между собой и с окружающей средой.

2. Каковы признаки живых организмов?

1. Живой организм представляет собой единое образование, обладающее сложным строением, тело его составляет множество сложных взаимодействующих молекул, образующих упорядоченные структуры.

2. Каждая часть организма обладает особое строение и выполняет определенную функцию.

3. Живые организмы способны извлекать, преобразовывать и использовать вещества и энергию окружающей среды.

4. Организмы могут реагировать на изменения окружающей среды, на внешние раздражения и отвечать на них. Большинство биологических процессов имеют цикличность: суточную, сезонную, годовую и многолетнюю.

5. Строение, физиологией, биологией, поведением живые организмы приспособлены к среде обитания и соответствуют своему образу жизни.

6. Живые организмы способны в самовоспроизведению (размножению).

7. Организмы способны к росту и индивидуальному развитию от рождения до смерти.

8. Организмы способны к историческому развитию, к изменению от простого к сложному.

3. Какие науки входят в комплексную науку биологию?

1. Зоология изучает животных.

2. Ботаника-растения.

3. Микробиология-микроорганизмы.

4. Какое значение имеет биология?

Биология изучает все аспекты жизни, в частности, структуру, функционирование, рост, происхождение, эволюцию и распределение живых организмов на Земле. Классифицирует и описывает живые существа, происхождение их видов, взаимодействие между собой и с окружающей средой. Так оно играет большое значение в жизни человека.

5. Какие химические элементы входят в состав клетки?

Химические элементы в зависимости от содержания их в живом организме подразделяют на макроэлементы и микроэлементы. Поскольку кислород, углерод, водород, азот, магний, натрий, кальций, железо, калий, сера, фосфор и хлор встречаются в большом количестве их назвали макроэлементами. К микроэлементам относят элементы, которых в живой клетке очень мало, но они и они совершенно необходимы для ее нормального функционирования.

6. Какие неорганические вещества входят в состав клетки?

Неорганические вещества существуют и в неживой природе, в то время как органические соединения характерны только для живых организмов и продуктов их жизнедеятельности. В этом заключается главное различие между живой и неживой природой.

7. В чем заключается значение воды в жизнедеятельности клетки?

Вода выполняет различные функции: сохранение объема, упругости клетки, растворение различных веществ. Кроме того, в живых системах большая часть химических реакций протекает в водных растворах. Вода обладает рядом свойств, имеющих исключительно важное значение для живых организмов.

8. Какие органические вещества входят в состав клетки?

Органическими вещества называют углеродсодержащие соединения, за исключением карбидов, карбонатов, оксидов углерода, цианидов. Органические вещества, входящие в состав клетки, – это белки, углеводы, липиды, нуклеиновые кислоты (ДНК и РНК) и другие соединения, которых нет в неживой природе.

9. Назовите функции белков?

Белки выполняют в клетке чрезвычайно разнообразные функции. Важнейшие из них – каталитическая, структурная, двигательная, транспортная, защитная, энергетическая.

10. Чем отличается строение ДНК и РНК?

В состав ДНК входят дезоксирибонуклеотиды, в состав РНК – рибонуклеотиды.

Азотистые основания в молекуле ДНК – тимин, аденин, цитозин, гуанин; в РНК вместо тимина участвует урацил.

ДНК является матрицей для транскрипции, она хранит генетическую информацию. РНК участвует в синтезе белка.

У ДНК двойная цепь, закрученная по спирали; у РНК – одинарная.

ДНК есть в ядре, пластидах, митохондриях; РНК – образуется в цитоплазме, в рибосомах, в ядре, собственная РНК есть в пластидах и митохондрияодро

11. На чем основано современное деление клеточной организации на два уровня?

В настоящее время выделяют два уровня клеточной организации: Прокариотический (бактерии) и эукариотический (животная клетка).

12. Каковы строение и функции эндоплазматической сети?

Эндоплазматическая сеть — это обязательная органелла эукариотической клетки. Она обнаружена в клетках растений, животных и человека. Функции этой составляющей части клетки разнообразны и связаны в основном с синтезом, модификацией и транспортом органических соединений.

Впервые эндоплазматическая сеть была обнаружена в 1945 году. Американский ученый К. Портер разглядел ее с помощью одного из первых электрических микроскопов. С этого времени началось ее активное исследование.

В клетке есть две разновидности этой органеллы:

• Гранулярная, или шероховатая эндоплазматическая сеть (покрыта множеством рибосом).

• Агранулярная, или гладкая эндоплазматическая сеть.

13. Каковы строение и функции митохондрий?

Митохондрии – это органоиды клетки, тельца различной формы. Имеет мембранное строение. Внутренняя мембрана состоит из гребневидных крист. Основная функция митохондрий состоит в синтезе источника энергии АТФ. Благодаря прохождению протонов через  молекулы АТФ – синтазы и происходит синтез АТФ.

14. Дайте определение термину «Вирус»? В чем проявляется действие вирусов на клетку?

Вирусы — это неклеточная форма жизни. Они имеют очень простое строение. Каждый вирус состоит из нуклеиновой кислоты (РНК или ДНК) и белка. Нуклеиновая кислота представляет собой генетический материал вируса; она окружена защитной оболочкой — капсидом. Капсид состоит из белковых молекул и обладает высокой степенью симметрии, имея, как правило, спиральную или многогранную форму. Кроме нуклеиновой кислоты внутри капсида могут находиться собственные ферменты вируса. Некоторые вирусы (например, вирус гриппа и ВИЧ) имеют дополнительную оболочку, образованную из клеточной мембраны хозяина.

Генетический материал вируса взаимодействует с ДНК хозяина таким образом, что клетка сама начинает синтезировать необходимые вирусу белки. Одновременно происходит копирование нуклеиновых кислот паразита. Через некоторое время в цитоплазме хозяина начинается самосборка новых вирусных частиц. Эти частицы покидают клетку постепенно, не вызывая ее гибели, но изменяя работоспособность, либо выходят одновременно в большом количестве, что приводит к разрушению клетки.

15. Что такое митоз? В чем его биологический смысл?

Митоз-наиболее широко распространенная форма воспроизведения клеток.

При котором генетический материал точно распределяется между дочерними клетками. Биологический смысл митоза состоит в том, что он обеспечивает образование генетически равноценных клеток и сохраняет преемственность в ряду клеточных поколений.

16. Изложите основные положения клеточной теории?

Клеточная теория сформулирована и опубликована немецким зоологом Т.Шванном в 1839 голу и в дальнейшем развита многими учеными.

Современная клеточная теория включает в себя следующие основные положения: клетка – основная сруктурно-функциональная единица всех живых организмов; клетки у всех организмов имеют мембранное строение; ядро-главная составная часть клетки; клетки размножаются только делением; Клеточное строение живых организмов – свидетельство единства их происхождения.

17. Бесполое размножение, его многообразие и практическое использование?

Размножение, происходящее без участия половых клеток, называется бесполым.

Существует несколько видов бесполого размножения:

1. простое деление

2. спорообразование

3. вегетативное размножение

4. почкование.

18. Половое размножение организмов и его биологическое размножение?

Размножение – это воспроизведение организмом себе подобных организмов. Благодаря ему обеспечивается непрерывность жизни. Женские и мужские организмы производят половые клетки-гаметы. В результате слияния гамет образуется оплодотворенная яйцеклетка – зигота. У высших животных женские гаметы (яйцеклетки) образуются в яичниках, мужские (сперматозоиды)- в семенниках.

19. Каковы различия в строении женских и мужских половых клеток?

Главной и, пожалуй, единственной функцией сперматозоидов, является репродуктивная. Спермии, сливаясь с яйцеклеткой, представляют им свой гаплоидный набор хромосом, который необходим для развития зародыша. По сравнению с мужской половой клеткой, функции которой заключаются лишь в оплодотворении яйцеклетки и предоставлении ей генетического материала, женские половые клетки играют большую роль при зачатии.

20. Какой вред развивающемуся организму наносят курение, употребление алкоголя и наркотиков?

1. Курение несет вред в первую очередь легким и сердцу человека.

2. Так же курение как и алкоголь  вредно и для эмбриона. 

3. Алкоголь может вызвать инсульт,  так как алкоголь в крови сворачивается и образует тромбы.

4. Наркотики являются одурманивающими веществами и их употребление в любом возрасте и в любом количестве может появится зависимость и наркотик постепенно уничтожает человека изнутри.

21. Что изучает генетика? Когда генетика сформировалась как наука?

Название науки «генетика» предложил в 1906 году английский биолог У. Бэтсон.

Генетика – наука о наследственности и изменчивости живых организмов. Как наука генетика существует с 1900 г., когда несколько ученых независимо друг от друга открыли закономерности наследования родительских признаков, которые экспериментально установил чешский естествоиспытатель Г. Мендель.

22. С каким растением проводил опыты Г. Мендель? Что вы можете сказать о Менделе как об экспериментаторе?

Грегор Иоганн Мендель – аббат монастыря в Чехии по праву считается основателем генетики. В результате опытов над горохом он сформулировал законы наследственности, разработал концепцию доминантных и рецессивным генов.

23. Что такое фенотип и генотип? Существует ли между ними связь?

Генотип — это совокупность всех генов организма, являющихся его наследственной основой. Фенотип — совокупность всех признаков и свойств организма, которые выявляются в процессе индивидуального развития в данных условиях и являются результатом взаимодействия генотипа с комплексом факторов внутренней и внешней среды.

24. На каких объектах проводил исследования Т. Морган? Какие гены называются сцепленные?

Закономерности сцепленного наследования были установлены американским биологом Томасом Морганом (1866-1945). В качестве объекта он использовал плодовую муху дрозофилу. У дрозофилы окраску тела и длину крыльев определяют следующие пары аллелей: А – серое тело, а – черное тело, В – длинные крылья, b – зачаточные крылья. Гены, отвечающие за окраску тела и длину крыльев, находятся в одной паре гомологичных хромосом и наследуются сцепленно.

25. Что вызывает болезнь Дауна?

Синдром Дауна – самая распространенная хромосомная патология. Она возникает, когда в результате случайной мутации в 21-й паре появляется еще одна хромосома. Поэтому эту болезнь еще называют трисомия по 21-й хромосоме.

Факторы и патологии, которые могут привести к синдрому Дауна:

1. Браки между близкими родственниками.

2. Ранние беременности младше 18 лет.

3. Возраст матери старше 35 лет.

26. Почему нежелательны браки между близкими родственниками?

Вероятность передачи и проявления наследственных заболеваний при браках между близкими родственниками резко повышается.

27. Что изучает селекция? Что такое порода и сорт?

Селекция – это наука о методах создания сортов, гибридов культурных растений и пород домашних животных, штаммов микроорганизмов с нужными человеку признаками.

Породой и сортом называют популяцию растений или животных, созданную человеком для удовлетворения своих потребностей.

28. Приведите примеры основных домашних животных? Какие животные были их дикими предками?

Собака-Волк

Кошка-Ливийская кошка

Овца-Азиатский муфлон

Свинья-Кабан

Коза-Безоаровый козел

Корова Тур

Лошадь-Тарпан

Кролик-Дикий кролик

Куры-Дикие куры

Цесарка-Дикая цесарка

Индюк-Дикий индюк

Гусь-Серый гусь

Утка-Кряква

Пчелы-Дикие пчелы

29. Назовите центры происхождения пшеницы, картофеля, кофе, капусты, риса и винограда?

Пшеница-Переднеазиатский центр

Картофель-Андйский центр

Кофе-Эфиопский центр

Капуста-Средиемноморский центр

Рис-Китайско-Япоский центр

Виноград-Среднеазиатский центр

30. В чем отличие искусственного отбора от естественного?

Естественный отбор – это появление новых видов, сортов и штаммов в процессе эволюции с повышенной приспособленностью и изменением наследственной информации.

Искусственный отбор – это искусственное выведение новых видов, сортов и штаммов. Искусственный отбор отличается от естественного тем, что искусственный отбор совершается человеком, а естественный отбор в человеке не нуждается.

31. Расскажите о вкладе И.В. Мичурина в селекцию плодово-ягодных культур?

Благодаря работам И.В.Мичурина многие южные сорта плодовых растений стали выращивать в средней полосе России. Например, яблоня Славянка была выведена в результате гибридизации Антоновки с южным сортом Ранет ананасный.

32. Что такое экстерьер и интерьер? Насколько эти признаки важны в селекции животных?

Экстерьер – внешние формы телосложения животного.

Интерьер – внутреннее строение органов и тканей, биохимические и физиологические особенности организма животного.

33. Когда и кем были открыты микроорганизмы? В отраслях какого хозяйства используют микроорганизмы?

Микроорганизмы были открыты в 17 в. Голландским натуралистов Антони ванн Левенгуком. Микроорганизмы используются в разных областях промышленности, медицины и сельского хозяйства.

34. Какие ученые внесли значительный вклад в изучение биологии?

Томас Морган, А. Левенгук, Г. Мендель, И. Мичурин и тд.

35. Какова роль Аристотеля в развитии биологии?

Аристотель много лет занимался сравнением органов животных и человека, изучал их развитие.Заслуга Аристотеля в том, что он впервые ввел термин зоология, выработал принципы, на которых должна была строиться эта наука. То есть занимался он в общем-то лишь теорией, т.к. в Греции в то время жили конечно же не все животные в мире, и изучать ему мало чего приходилось.

36. Укажите заслуги Ж.Б. Ламарка в развитии эволюционных идей?

Он впервые вел термин “биология”, который впоследствии использовался повсеместно. Развил идею эволюции органического мира и пытался ее доказать. Совершенствовал уже существовавшую в то время классификацию животных. Пытался определить основные причины эволюционного процесса. Высказывал идею о развитии и происхождении человека от обезьяноподобных предков. Многие идеи Ламарка носили ярко выраженный эволюционный характер. При этом он допускал, что природа создана творцом, однако все ее дальнейшее развитие, по мнению Ламарка, осуществляется под действием естественных закономерностей. Основные эволюционные взгляды Ламарка можно выразить следующим образом. Понятие “биологический вид” – это чистая условность. Видов не существует – есть только непрерывный процесс исторического развития. 

37. Каковы основные положения теории Ч. Дарвина?

1. Все виды живых существ, населяющих Землю, никогда не были кем-то созданы.

2. Возникнув естественным путем, органические формы медленно и постепенно преобразовывались и совершенствовались в соответствии с окружающими условиями.

3. В основе преобразования видов в природе лежат такие свойства организмов, как наследственность и изменчивость, а также постоянно происходящий в природе естественный отбор. Естественный отбор осуществляется через сложное взаимодействие организмов друг с другом и с факторами неживой природы; эти взаимоотношения Дарвин назвал борьбой за существование.

4. Результатом эволюции является приспособленность организмов к условиям их обитания и многообразие видов в природе.

38. Дайте определение микроэволюции?

Микроэволюция — это распространение в популяции малых изменений в частотах аллелей на протяжении нескольких поколений; эволюционные изменения на внутривидовом уровне. Такие изменения происходят из-за следующих процессов: мутации, естественный отбор, искусственный отбор, перенос генов и дрейф генов. Эти изменения приводят к дивергенции популяций внутри вида, и, в конечном итоге, к видообразованию. ^.

39. Дайте характеристику явлений наследственности и изменчивости?

Генетика изучает закономерности наследственности и изменчивости. Наследственность и изменчивость относятся к основным свойствам живой материи. Наследственностью называется свойство организмов повторять в ряде поколений сходные признаки и обеспечивать специфический характер индивидуального развития в определенных условиях среды. Благодаря наследственности родители и потомки имеют сходный тип биосинтеза, определяющий сходство в химическом составе тканей, характере обмена веществ, физиологических отправлениях, морфологических признаках и других особенностях. Вследствие этого каждый вид организма воспроизводит себя из поколения в поколение. Изменчивость – это явление, противоположное наследственности. Изменчивость заключается в изменении наследственных задатков, а также в вариабельности их проявлений в процессе развития организмов при взаимодействии с внешней средой. Наследственность и изменчивость тесно связаны с эволюцией. В процессе филогенеза органического мира эти два противоположных свойства находятся в неразрывном диалектическом единстве. Новые свойства организма появляются только благодаря изменчивости, но она лишь тогда может играть роль в эволюции, когда появившиеся изменения сохраняются в последующих поколениях, то есть наследуются.

40. Приведите примеры общих и частых адаптаций?

Общие адаптации-приспособления к жизни в обширной зоне условий среды. К адаптациям общего плана относят приспособленность конечностей позвоночных к наземной среде, плаванию, полету.

Частные адаптации-специализации к определенному образу жизни. К таким адаптациям относят, приспособленность конечностей позвоночных к бегу, роющему образу жизни, лазанию по деревьям, различным типам полета и плавания.

41. Какие органы называются гомологичными, какие – аналогичными?

В зависимости от формы и происхождения отдельных органов (или их частей) различают органы аналогичные и гомологичные. Аналогичными органами называются такие, которые выполняют одинаковую функцию, имеют одинаковый внешний вид, но различны по своему происхождению. Примером аналогичных органов могут служить колючки, о которых говорилось выше; все они выполняют одинаковую функцию, имеют одинаковый внешний вид, а происхождение разное: у кактуса — листовое, у боярышника они произошли из побегов, у акации белой — из прилистников. Гомологичными органами называются такие, которые имеют одинаковое происхождение, но разную форму и выполняют различные функции. Например, лист растения, усик гороха, лепестки цветка произошли из листа, а внешнее строение и функции их.

42. Приведите примеры главнейших ароморфозов?

Ароморфоз — возникновение в ходе эволюции признаков, которые существенно повышают уровень органигации живых организмов. Ароморфозы дают большие преимущества в борьбе за существование, открывают возможности освоения новой, прежде недоступной среды обитания. В эволюции млекопитающих можно выделить несколько крупных ароморфозов: возникновение шерстного покрова, живорождение, вскармливание детенышей молоком, приобретение постоянной температуры тела, прогрессивное развитие легких, кровеносной системы и головного мозга. Высокий общий уровень организации млекопитающих, достигнутый благодаря перечисленным ароморфозным изменениям, позволил им освоить все возможные среды обитания и привел в итоге к появлению высших организмов.

43. В чем заключается основное различие межу прокариотами и эукариотами?

Эуариоты – это клетки, содержащие ядро, а у прокариотов оно отсутствует. Эукариот ограничен от цитоплазмы ядерной мембраной, прокариот не имеет мембраны ограничивающей его от цитоплазмы. Эукариот располагается в митохондриях, прокариот в плазмидах. У эукариота имеются вторичные мембранные образования (аппарат Гольджи, митохондрии и др.), у прокариотов их нет. 

44. Чем доказывает место человека в классе млекопитающих?

Млекопитающие: Вскармливание потомства молоком, 4-х камерное сердце.

45. Какими чертами отличаются человеческие расы?

Расы – это большие группы людей, отличающиеся физическими признаками: пропорциями тела, чертами лица, формой носа, цветом кожи, формой и цветом волос, определенным соотношением групп крови.

46. Что изучает экология? Охарактеризуйте главные направления современной экологии?

Экология – одна из самых быстро развивающихся наук, имеющих важное практическое значение.

Главные направления современной экологии распределяются по 4 основны блокам:

1. Биоэкология.

2. Геоэкология.

3. Экология человека

4. Прикладная экология.

47. Что относится к абиотическим и биотическим факторам среды?

Абиотические факторы включают компоненты и явления неживой природы, прямо и косвенно воздействующие на живые организмы.

Биотические факторы – это внутривидовые и межвидовые взаимоотношения организмов.

48. Что такое цепь питания и что лежит в ее основе?

Цепь питания – цепь взаимосвязанных видов, последовательно извлекающих органическое вещество и энергию из исходного пищевого вещества. Каждое предыдущее звено цепи питания является пищей для следующего звена. Пищевые сети служат основой для построения экологических пирамид. Не более 6 звеньев т.к каждое последующее звено получает лишь 10 % от предыдущего звена

49. Дайте определение понятия «Ноосфера». Какие ученые развивали ученье о ноосфере?

Ноосфера – новое эволюционное состояние биосферы, при котором разумная деятельность человека становится решающим фактором ее развития. Понятие ноосферы введено французскими учеными Э. Леруа и П. Тейяром де Шарденом, В. И. Вернадский развил представление о ноосфере как качественно новой форме организованности, возникающей при взаимодействии природы и общества, в результате преобразующей мир творческой деятельности человека, опирающейся на научную мысль.

50. Что такое бионика и почему возникло это научное направление?

Бионика (англоязычные названия «биомиметика» – многообещающее научно-технологическое направление по заимствованию у природы ценных идей и реализации их в виде конструкторских и дизайнерских решений, а также новых информационных технологий. Само понятие бионика появилось в начале двадцатого века. В учебниках по архитектуре вы бы прочитали, что Бионика (от греч. bion – элемент жизни, буквально – живущий) – это наука, пограничная между биологией и техникой, решающая инженерные задачи на основе анализа структуры и жизнедеятельности организмов.

Практическая часть:

Задача 1. У человека ген полидактилии (многопалости) доминирует над нормальным строением кисти. У жены кисть нормальная, муж гетерозиготен по гену полидактилии. Определите вероятность рождения в этой семье многопалого ребенка.

Решение.

Р:        аа х Аа

гаметы: (а) (А) (а)

F₁: Аа, аа, где: А – ген полидактилии, а – нормальный ген.

Ответ: вероятность рождения многопалого ребенка составляет примерно 50%.

Задача 2. У норок коричневая окраска меха доминирует над голубой. Скрестили коричневую самку с самцом голубой окраски. Среди потомства два щенка коричневых и один голубой. Чистопородна ли самка?

Решение.

Р:         Aa х aa

гаметы: (А)   (а)     (а)

F₁:1 Aa : 1 aa Где: А – ген коричневой окраски меха, а – ген голубой окраски меха.

Ответ: генотип самки – Аа, то есть она нечистопородна.

Задача 3.

1. Какая окраска шерсти у кроликов доминирует?

2. Каковы генотипы родителей и гибридов первого поколения по признаку окраски шерсти?

3. Какие генетические закономерности проявляются при такой гибридизации?

Ответы:

1. Доминирует темная окраска шерсти.

2. Р: АА х аа; 

F₁ : Aa.

3. Мы наблюдаем проявления правил доминирования признаков и единообразия первого поколения.

Задача 4. Ген черной масти у крупнорогатого скота доминирует над геном красной масти. Какое потомство F₁ получится от скрещивания чистопородного черного быка с красными коровами? Какое потомство F₂ получится от скрещивания между собой гибридов?

Решение

А – ген черной масти,
а – ген красной масти.

Ответ

При скрещивании чистопородного черного быка с красными коровами все потомство будет черного цвета. При скрещивании между собой гибридов F₁ в их потомстве (F₂) будет наблюдаться расщепление: 3/4 особей будет черного цвета, 1/4 – красного.

Задача 5

Одна из форм шизофрении наследуется как рецессивный признак. Определить вероятность рождения ребенка с шизофренией от здоровых родителей, если известно, что бабушка со стороны отца и дед со стороны матери страдали этими заболеваниями.

Схема брака

Ответ: Вероятность рождения ребенка, больного шизофренией, равна 25% (1/4).

Задача 6

От скрещивания комолого (безрогого) быка с рогатыми коровами получились комолые и рогатые телята. У коров комолых животных в родословной не было. Какой признак доминирует? Каков генотип родителей и потомства?

А – комолость,

а – рогатость.

Ответ: Доминантным является признак комолости. Генотип быка – Аа, коров – аа, телят – Аа и аа.

Задача 7

У Пети и Саши карие глаза, а у их сестры Маши – голубые. Мама этих детей голубоглазая, хотя ее родители имели карие глаза. Какой признак доминирует? Какой цвет глаз у папы? Напишите генотипы всех перечисленных лиц.

Схема брака

Ответ: Генотип дедушки и бабушки со стороны матери – Аа, матери и дочери – аа, отца и сыновей – Аа. Доминирующим является признак карего цвета глаз.

Задача 8

В одном из зоопарков Индии у пары тигров с нормальной окраской родился тигр-альбинос. Тигры-альбиносы встречаются крайне редко. Какие действия должны провести селекционеры, чтобы как можно быстрее получить максимальное количество тигрят с данным признаком?

Ответ: Такое скрещивание и было проведено селекционерами.

Задача 9. Черный цвет щетины у свиней доминирует над рыжим. Какое потомство следует ожидать от скрещивания черной свиньи с генотипом FF и черного хряка с генотипом Ff?

Объект: свинья.
Признак: цвет щетины

F – черный
f – рыжий

Решение:

Ответ: все потомство имеет черный цвет щетины.

Задача 10. 

Нормальный слух у человека обусловлен доминантным геном S, а наследственная глухонемота определяется рецессивным геном s. От брака глухонемой женщины с нормальным мужчиной родился глухонемой ребенок. Определите генотипы родителей.

Объект: человек.
Признак: слух

S – норма
s – глухонемота наследственная

Решение:

Р    глухонемая х  норма
F₁ глухонемой

Ответ: генотипы родителей  ss и  Ss.

Задача 11.

У тыквы дисковидная форма плода доминирует над шаровидной. Гомозиготную шаровидную тыкву опылили пыльцой такой же тыквы. Какими будут гибриды первого поколения?

Дано:

А – дисков.

а –  шаров.

Р:  ♀ аа +♂ аа

       Решение:

Р:   ♀ аа   х   ♂ аа

G:       а              а

F_1:   аа

Ответ:  все гибриды первого поколения будут шаровидными.

Задача 12.

У морских свинок черная окраска шерсти доминирует над белой. Скрестили двух гетерозиготных самца и самку. Какими будут гибриды первого поколения?

Дано:

А – черн.

а – белая+♂ Аа

         Решение:

Р:   ♀ Аа   х   ♂ Аа

G:       А              А

           а               а

F₁:   АА,   Аа,   Аа,   аа

ч       ч       ч      б

Ответ: ¾ гибридов первого поколения будут черными,¼ – белыми.

Задача 13.

У томатов красная окраска плода доминирует над желтой. Переопылили два растения с красной окраской плодов: одно было гомозиготным, другое гетерозиготным. Растения с какими плодами вырастут в первом поколении?

Дано:

А – красн.

а –  желт.

Р:  ♀ АА + ♂ Аа

Решение:

Р:     ♀ АА   х   ♂ Аа

G:          А              А а

F₁:   АА,   Аа

к       к

Ответ: все растения в первом поколении будут с красными плодами.

Задача 14.

У кроликов серая окраска шерсти доминирует над черной. Гомозиготную серую крольчиху  скрестили с черным кроликом. Какими будут крольчата?

Дано:

А – серая 

а –  черная

Р:  ♀ АА

     ♂  аа

       Решение:

Р:  ♀ АА   х    ♂  аа

G:       А                а

           

F₁:  Аа

Ответ: все крольчата буду серыми.

Задача 15.

Какие пары наиболее выгодно скрещивать для получения платиновых лисиц, если платиновость доминирует над серебристостью, но в гомозиготном состоянии ген платиновости вызывает гибель зародыша?

Дано:

А – платин.

а –  серебр.

АА – гибель

F₁  –  платин.

Решение:

1)  Р:   ♀ Аа   х   ♂ Аа

     G:       А              А

                 а               а

     F₁:    АА,      Аа,      Аа,     аа

гибель    пл.      пл.     сер.

Ответ – 1: платиновых будет – 50%,

25%  зародышей погибнут.

2)  Р:   ♀ Аа   х   ♂ аа

G:       А  а            а

F₁:    Аа,      аа

Ответ – 2: платиновых будет – 50%,гибели зародышей не будет.

Ответ: наиболее выгодно скрещивать серебристых и платиновых гетерозиготных лисиц.

Задача 16.

Способность владеть правой рукой у человека доминирует над леворукостью. В браке двух правшей родился ребёнок левша. Каковы генотипы у родителей?

Признак

Ген

Генотип

Решение:

P: ♀ Aa x ♂ Aa

F₁: AA, 2Aa, aa

Ответ: генотип родителей – Аа.

Правша

А

АА,Аа

Левша

а

аа

P: ♀ A_ x ♂ A_ F₁ – аа Р – ?

Задача 17.

У собак жесткая шерсть доминантна, мягкая – рецессивна. Два жесткошерстных родителя дают жесткошерстного щенка. С особью, какой масти его нужно скрестить, чтобы выявить, имеет ли он в генотипе аллель мягкошерстности.

Признак

Ген

Генотип

Решение: Необходимо провести анализирующее скрещивание.

P: ♀ A_ x ♂ аa

Если F₁: Aa – значит щенок имеет генотип АА.

Если F₁: Aa, аа – значит щенок имеет генотип Аа

Жесткая шерсть

А

АА,Аа

Мягкая

а

аа

P: ♀ A_ x ♂ A_ F₁ – А_

Задача 18. У человека близорукость доминирует над нормальным зрением, а карий цвет глаз над голубым. Единственный ребенок близоруких кареглазых родителей имеет голубые глаза и нормальное зрение. Установить генотипы всех членов семьи.

Признак

Ген

Генотип

Р: ♀ АаВв х ♂ АаВв

Расщепление по фенотипическому радикалу

F₁: 9А- В- 3А-вв 3аа В- 1аавв  

Близорукость Норма Карие глаза Голубые

А а В в

А_ аа В_ вв

Задача 19. Составьте схему цепи питания:

Божья коровка,  сосна, кукушка, тля, ястреб

Ответ: Сосна  →  тля  →  божья коровка  →  паук-крестовик  →  кукушка  →  ястреб

Задача 20. Составьте схему цепи питания:

Паук, сова, растительный материал (например, нектар), муха, землеройка.

Ответ: Растительный материал (например, нектар) → муха → паук → землеройка → сова

 

Задача 21. Составьте схему цепи питания:

Тля, паук, сок розового куста, насекомоядная птица, божья коровка, хищная птица

Ответ: Сок розового куста → тля → божья коровка → паук → насекомоядная птица → хищная птица

 

Задача 22. Составьте схему цепи питания:

Ястреб-перепелятник, Дождевой червь, Листовая подстилка, Черный дрозд

Ответ: Листовая подстилка → Дождевой червь → Черный дрозд → Ястреб-перепелятник

 

Задача 23. Составьте схему цепи питания:

Гадюка, Лиса, Ёж, Гусеница, Мышь

Ответ: Гусеница→Мышь→Гадюка→Ёж→Лиса

Задача 24. Составьте схему цепи питания:

Бабочка, перепел, лиса, нектар цветов, ястреб

Ответ: Нектар цветов→бабочка→перепел→ястреб→лиса

Задача 25. Составьте схему цепи питания:

Опад листьев, дрозд, ястреб, волк, дождевой черв

Ответ: Опад листьев→ дождевой черв→ дрозд→ ястреб→волк

Билеты к дифференцированному зачету

ГПОУ «Яшкинский техникум технологий и механизации»

Рассмотрено методической комиссией

Протокол №__

«___»_______ 20__ г.

Билет №1

по дисциплине Биология

35.02.07 Механизация сельского хозяйства

Утверждаю:

Зам. директора по УР

____________ Л.П. Агеева

«___»______ 20____ г.

1. Что изучает наука биология?

2. Что такое бионика и почему возникло это научное направление?

3. У человека ген полидактилии (многопалости) доминирует над нормальным строением кисти. У жены кисть нормальная, муж гетерозиготен по гену полидактилии. Определите вероятность рождения в этой семье многопалого ребенка.

Преподаватель _______________ А.И. Алексеева

ГПОУ «Яшкинский техникум технологий и механизации»

Рассмотрено методической комиссией

Протокол №__

«___»_______ 20__ г.

Билет №2

по дисциплине Биология

35.02.07 Механизация сельского хозяйства

Утверждаю:

Зам. директора по УР

____________ Л.П. Агеева

«___»______ 20____ г.

1. Каковы признаки живых организмов?

2. Дайте определение понятия «Ноосфера». Какие ученые развивали ученье о ноосфере?

3. У норок коричневая окраска меха доминирует над голубой. Скрестили коричневую самку с самцом голубой окраски. Среди потомства два щенка коричневых и один голубой. Чистопородна ли самка?

Преподаватель _______________ А.И. Алексеева

ГПОУ «Яшкинский техникум технологий и механизации»

Рассмотрено методической комиссией

Протокол №__

«___»_______ 20__ г.

Билет №3

по дисциплине Биология

35.02.07 Механизация сельского хозяйства

Утверждаю:

Зам. директора по УР

____________ Л.П. Агеева

«___»______ 20____ г.

1. Какие науки входят в комплексную науку биологию?

2. Что такое цепь питания и что лежит в ее основе?

1. Какая окраска шерсти у кроликов доминирует?

2. Каковы генотипы родителей и гибридов первого поколения по признаку окраски шерсти?

3. Какие генетические закономерности проявляются при такой гибридизации?

Преподаватель _______________ А.И. Алексеева

ГПОУ «Яшкинский техникум технологий и механизации»

Рассмотрено методической комиссией

Протокол №__

«___»_______ 20__ г.

Билет №4

по дисциплине Биология

35.02.07 Механизация сельского хозяйства)

Утверждаю:

Зам. директора по УР

____________ Л.П. Агеева

«___»______ 20____ г.

1. Какое значение имеет биология?

2. Что относится к абиотическим и биотическим факторам среды?

3. Ген черной масти у крупнорогатого скота доминирует над геном красной масти. Какое потомство F₁ получится от скрещивания чистопородного черного быка с красными коровами? Какое потомство F₂ получится от скрещивания между собой гибридов?

Преподаватель _______________ А.И. Алексеева

ГПОУ «Яшкинский техникум технологий и механизации»

Рассмотрено методической комиссией

Протокол №__

«___»_______ 20__ г.

Билет №5

по дисциплине Биология

35.02.07 Механизация сельского хозяйства

Утверждаю:

Зам. директора по УР

____________ Л.П. Агеева

«___»______ 20____ г.

1. Какие химические элементы входят в состав клетки?

2. Что изучает экология? Охарактеризуйте главные направления современной экологии?

3. Одна из форм шизофрении наследуется как рецессивный признак. Определить вероятность рождения ребенка с шизофренией от здоровых родителей, если известно, что бабушка со стороны отца и дед со стороны матери страдали этими заболеваниями.

Преподаватель _______________ А.И. Алексеева

ГПОУ «Яшкинский техникум технологий и механизации»

Рассмотрено методической комиссией

Протокол №__

«___»_______ 20__ г.

Билет №6

по дисциплине Биология

35.02.07 Механизация сельского хозяйства

Утверждаю:

Зам. директора по УР

____________ Л.П. Агеева

«___»______ 20____ г.

1. Какие неорганические вещества входят в состав клетки?

2. Что изучает генетика? Когда генетика сформировалась как наука?

3. От скрещивания комолого (безрогого) быка с рогатыми коровами получились комолые и рогатые телята. У коров комолых животных в родословной не было. Какой признак доминирует? Каков генотип родителей и потомства?

Преподаватель _______________ А.И. Алексеева

ГПОУ «Яшкинский техникум технологий и механизации»

Рассмотрено методической комиссией

Протокол №__

«___»_______ 20__ г.

Билет №7

по дисциплине Биология

35.02.07 Механизация сельского хозяйства

Утверждаю:

Зам. директора по УР

____________ Л.П. Агеева

«___»______ 20____ г.

1. Назовите функции белков?

2. Какие органы называются гомологичными, какие – аналогичными?

3. У Петра и Александра карие глаза, а у их сестры Марии – голубые. Мать этих подростков голубоглазая, хотя ее родители имели карие глаза. Какой признак доминирует? Какой цвет глаз у отца? Напишите генотипы всех перечисленных лиц.

Преподаватель _______________ А.И. Алексеева

ГПОУ «Яшкинский техникум технологий и механизации»

Рассмотрено методической комиссией

Протокол №__

«___»_______ 20__ г.

Билет №8

по дисциплине Биология

35.02.07 Механизация сельского хозяйства

Утверждаю:

Зам. директора по УР

____________ Л.П. Агеева

«___»______ 20____ г.

1. Какова роль Аристотеля в развитии биологии?

2. Изложите основные положения клеточной теории?

3. В одном из зоопарков Индии у пары тигров с нормальной окраской родился тигр-альбинос. Тигры-альбиносы встречаются крайне редко. Какие действия должны провести селекционеры, чтобы как можно быстрее получить максимальное количество тигрят с данным признаком?

Преподаватель _______________ А.И. Алексеева

ГПОУ «Яшкинский техникум технологий и механизации»

Рассмотрено методической комиссией

Протокол №__

«___»_______ 20__ г.

Билет №9

по дисциплине Биология

35.02.07 Механизация сельского хозяйства

Утверждаю:

Зам. директора по УР

____________ Л.П. Агеева

«___»______ 20____ г.

1. Дайте определение термину «Вирус»? В чем проявляется действие вирусов на клетку?

2. Какими чертами отличаются человеческие расы?

3. Черный цвет щетины у свиней доминирует над рыжим. Какое потомство следует ожидать от скрещивания черной свиньи с генотипом FF и черного хряка с генотипом Ff?

Преподаватель _______________ А.И. Алексеева

ГПОУ «Яшкинский техникум технологий и механизации»

Рассмотрено методической комиссией

Протокол №__

«___»_______ 20__ г.

Билет №10

по дисциплине Биология

35.02.07 Механизация сельского хозяйства

Утверждаю:

Зам. директора по УР

____________ Л.П. Агеева

«___»______ 20____ г.

1. Какой вред развивающемуся организму наносят курение, употребление алкоголя и наркотиков?

2. Что вызывает болезнь Дауна?

3. Нормальный слух у человека обусловлен доминантным геном S, а наследственная глухонемота определяется рецессивным геном s. От брака глухонемой женщины с нормальным мужчиной родился глухонемой ребенок. Определите генотипы родителей.

Преподаватель _______________ А.И. Алексеева

ГПОУ «Яшкинский техникум технологий и механизации»

Рассмотрено методической комиссией

Протокол №__

«___»_______ 20__ г.

Билет №11

по дисциплине Биология

35.02.07 Механизация сельского хозяйства

Утверждаю:

Зам. директора по УР

____________ Л.П. Агеева

«___»______ 20____ г.

1. На каких объектах проводил исследования Т. Морган? Какие гены называются сцепленные?

2. Приведите примеры общих и частых адаптаций?

3. У тыквы дисковидная форма плода доминирует над шаровидной. Гомозиготную шаровидную тыкву опылили пыльцой такой же тыквы. Какими будут гибриды первого поколения?

Преподаватель _______________ А.И. Алексеева

ГПОУ «Яшкинский техникум технологий и механизации»

Рассмотрено методической комиссией

Протокол №__

«___»_______ 20__ г.

Билет №12

по дисциплине Биология

35.02.07 Механизация сельского хозяйства

Утверждаю:

Зам. директора по УР

____________ Л.П. Агеева

«___»______ 20____ г.

1. В чем заключается основное различие межу прокариотами и эукариотами?

2. Чем доказывает место человека в классе млекопитающих?

3. У морских свинок черная окраска шерсти доминирует над белой. Скрестили двух гетерозиготных самца и самку. Какими будут гибриды первого поколения?

Преподаватель _______________ А. И. Алексеева

ГПОУ «Яшкинский техникум технологий и механизации»

Рассмотрено методической комиссией

Протокол №__

«___»_______ 20__ г.

Билет №13

по дисциплине Биология

35.02.07 Механизация сельского хозяйства

Утверждаю:

Зам. директора по УР

____________ Л.П. Агеева

«___»______ 20____ г.

1. Назовите центры происхождения пшеницы, картофеля, кофе, капусты, риса и винограда?

2. Укажите заслуги Ж.Б. Ламарка в развитии эволюционных идей?

3. У томатов красная окраска плода доминирует над желтой. Переопылили два растения с красной окраской плодов: одно было гомозиготным, другое гетерозиготным. Растения с какими плодами вырастут в первом поколении?

Преподаватель _______________ А. И. Алексеева

ГПОУ «Яшкинский техникум технологий и механизации»

Рассмотрено методической комиссией

Протокол №__

«___»_______ 20__ г.

Билет №14

по дисциплине Биология

35.02.07 Механизация сельского хозяйства

Утверждаю:

Зам. директора по УР

____________ Л.П. Агеева

«___»______ 20____ г.

1. Чем отличается строение ДНК и РНК?

2. Когда и кем были открыты микроорганизмы? В отраслях какого хозяйства используют микроорганизмы?

3. У кроликов серая окраска шерсти доминирует над черной. Гомозиготную серую крольчиху  скрестили с черным кроликом. Какими будут крольчата?

Преподаватель _______________ А.И. Алексеева

ГПОУ «Яшкинский техникум технологий и механизации»

Рассмотрено методической комиссией

Протокол №__

«___»_______ 20__ г.

Билет №15

по дисциплине Биология

35.02.07 Механизация сельского хозяйства

Утверждаю:

Зам. директора по УР

____________ Л.П. Агеева

«___»______ 20____ г.

1. Что такое фенотип и генотип? Существует ли между ними связь?

2. Приведите примеры главнейших ароморфозов?

3. Какие пары наиболее выгодно скрещивать для получения платиновых лисиц, если платиновость доминирует над серебристостью, но в гомозиготном состоянии ген платиновости вызывает гибель зародыша?

Преподаватель _______________ А.И. Алексеева

ГПОУ «Яшкинский техникум технологий и механизации»

Рассмотрено методической комиссией

Протокол №__

«___»_______ 20__ г.

Билет №16

по дисциплине Биология

35. 02.07 Механизация сельского хозяйства

Утверждаю:

Зам. директора по УР

____________ Л.П. Агеева

«___»______ 20____ г.

1. Каковы строение и функции митохондрий?

2. Что такое экстерьер и интерьер? Насколько эти признаки важны в селекции животных?

3. Способность владеть правой рукой у человека доминирует над леворукостью. В браке двух правшей родился ребёнок левша. Каковы генотипы у родителей?

Преподаватель _______________ А.И. Алексеева

ГПОУ «Яшкинский техникум технологий и механизации»

Рассмотрено методической комиссией

Протокол №__

«___»_______ 20__ г.

Билет №17

по дисциплине Биология

35.02.07 Механизация сельского хозяйства

Утверждаю:

Зам. директора по УР

____________ Л.П. Агеева

«___»______ 20____ г.

1. Что такое митоз? В чем его биологический смысл?

2. Какие органические вещества входят в состав клетки?

3. У собак жесткая шерсть доминантна, мягкая – рецессивна. Два жесткошерстных родителя дают жесткошерстного щенка. С особью, какой масти его нужно скрестить, чтобы выявить, имеет ли он в генотипе аллель мягкошерстности.

Преподаватель _______________ А.И. Алексеева

ГПОУ «Яшкинский техникум технологий и механизации»

Рассмотрено методической комиссией

Протокол №__

«___»_______ 20__ г.

Билет №18

по дисциплине Биология

35.02.07 Механизация сельского хозяйства

Утверждаю:

Зам. директора по УР

____________ Л.П. Агеева

«___»______ 20____ г.

1. Каковы строение и функции эндоплазматической сети?

2. Дайте характеристику явлений наследственности и изменчивости?

3. У человека близорукость доминирует над нормальным зрением, а карий цвет глаз над голубым. Единственный ребенок близоруких кареглазых родителей имеет голубые глаза и нормальное зрение. Установить генотипы всех членов семьи.

Преподаватель _______________ А.И. Алексеева

ГПОУ «Яшкинский техникум технологий и механизации»

Рассмотрено методической комиссией

Протокол №__

«___»_______ 20__ г.

Билет №19

по дисциплине Биология

35.02.07 Механизация сельского хозяйства

Утверждаю:

Зам. директора по УР

____________ Л.П. Агеева

«___»______ 20____ г.

1. С каким растением проводил опыты Г. Мендель? Что вы можете сказать о Менделе как об экспериментаторе?

2. Каковы основные положения теории Ч. Дарвина?

3. Составьте схему цепи питания:

Божья коровка, сосна, кукушка, тля, ястреб

Преподаватель _______________ А.И. Алексеева

ГПОУ «Яшкинский техникум технологий и механизации»

Рассмотрено методической комиссией

Протокол №__

«___»_______ 20__ г.

Билет №20

по дисциплине Биология

35.02.07 Механизация сельского хозяйства

Утверждаю:

Зам. директора по УР

____________ Л.П. Агеева

«___»______ 20____ г.

1. В чем заключается значение воды в жизнедеятельности клетки?

2. Дайте определение микроэволюции?

3. Составьте схему цепи питания:

Паук, сова, растительный материал (например, нектар), муха, землеройка.

Преподаватель _______________ А.И. Алексеева

ГПОУ «Яшкинский техникум технологий и механизации»

Рассмотрено методической комиссией

Протокол №__

«___»_______ 20__ г.

Билет №21

по дисциплине Биология

35.02.07 Механизация сельского хозяйства

Утверждаю:

Зам. директора по УР

____________ Л.П. Агеева

«___»______ 20____ г.

1. Что изучает селекция? Что такое порода и сорт?

2. Какие ученые внесли значительный вклад в изучение биологии?

3. Составьте схему цепи питания:

Тля, паук, сок розового куста, насекомоядная птица, божья коровка, хищная птица 

Преподаватель _______________ А. И. Алексеева

ГПОУ «Яшкинский техникум технологий и механизации»

Рассмотрено методической комиссией

Протокол №__

«___»_______ 20__ г.

Билет №22

по дисциплине Биология

35.02.07 Механизация сельского хозяйства

Утверждаю:

Зам. директора по УР

____________ Л.П. Агеева

«___»______ 20____ г.

1. Каковы различия в строении женских и мужских половых клеток?

2. Почему нежелательны браки между близкими родственниками?

3. Составьте схему цепи питания:

Ястреб-перепелятник, Дождевой червь, Листовая подстилка, Черный дрозд 

Преподаватель _______________ А.И. Алексеева

ГПОУ «Яшкинский техникум технологий и механизации»

Рассмотрено методической комиссией

Протокол №__

«___»_______ 20__ г.

Билет №23

по дисциплине Биология

35.02.07 Механизация сельского хозяйства

Утверждаю:

Зам. директора по УР

____________ Л.П. Агеева

«___»______ 20____ г.

1. Половое размножение организмов и его биологическое размножение?

2. Приведите примеры основных домашних животных? Какие животные были их дикими предками?

3. Составьте схему цепи питания:

Гадюка, Лиса, Ёж, Гусеница, Мышь

Преподаватель _______________ А.И. Алексеева

ГПОУ «Яшкинский техникум технологий и механизации»

Рассмотрено методической комиссией

Протокол №__

«___»_______ 20__ г.

Билет №24

по дисциплине Биология

35. 02.07 Механизация сельского хозяйства

Утверждаю:

Зам. директора по УР

____________ Л.П. Агеева

«___»______ 20____ г.

1. Бесполое размножение, его многообразие и практическое использование?

2. В чем отличие искусственного отбора от естественного?

3. Составьте схему цепи питания:

Бабочка, перепел, лиса, нектар цветов, ястреб

Преподаватель _______________ А.И. Алексеева

ГПОУ «Яшкинский техникум технологий и механизации»

Рассмотрено методической комиссией

Протокол №__

«___»_______ 20__ г.

Билет №25

по дисциплине Биология

35.02.07 Механизация сельского хозяйства

Утверждаю:

Зам. директора по УР

____________ Л.П. Агеева

«___»______ 20____ г.

1. На чем основано современное деление клеточной организации на два уровня?

2. Расскажите о вкладе И.В. Мичурина в селекцию плодово-ягодных культур?

3. Составьте схему цепи питания:

Опад листьев, дрозд, ястреб, волк, дождевой черв

Преподаватель _______________ А.И. Алексеева

Наша наука оказалась востребована мировым сообществом. Россия играет значимую роль в мегапроектах | Статьи

6 июля в Дубне состоится заседание правительственной комиссии по высоким технологиям и инновациям под председательством премьера Путина. Предстоит принять  решения о строительстве в России уникальных объектов. Директор Национального исследовательского центра «Курчатовский институт», ученый секретарь Совета при президенте РФ по науке, технологиям и образованию Михаил Ковальчук перед заседанием ответил на вопросы «Известий».

Даже далекий от науки человек привык к стонам об утечки умов. Не прекраснодушие ли теперь говорить о меганауке, требующей капитального строительства, дорогих установок, больших коллективов? 

Утечка умов — неоднозначное явление. В тяжелые времена на Запад уехало, нельзя отрицать, много хороших ученых. Но в итоге произошла интеграция российской и мировой науки, сформировалась общая ткань, которой практически не было в советские времена. Наша наука оказалась востребована мировым сообществом. Стартовали четыре крупных международных проекта — Большой адронный коллайдер в ЦЕРНе, термоядерный реактор ИТЭР, который строится во Франции, Европейский лазер на свободных электронах XFEL в Гамбурге, ускоритель тяжелых ионов FAIR в Дармштадте. Эти проекты стали возможны в значительной мере благодаря фундаментальным идеям наших ученых. Сегодня Россия играет значимую, в том числе финансовую роль в мировых научных мегапроектах.

Мегаустановки являются свидетельством научно-технологического потенциала страны, поэтому ими обзаводятся многие страны, даже не обладая научными школами. Но лишь немногие умеют строить мегаустановки. Россия — в этом узком кругу. Наступает новый этап — Россия возобновляет строительство мегаустановок на своей территории. При отборе проектов обязательным условием, помимо прочих, было международное участие.

 Мегапроекты, о которых вы говорите, — это физика. Но куда пропали биология и генетика, где революционные открытия идут пулеметными очередями?

Прогресс в биологии обязан рентгеновской дифракции. Молекулярная биология стала серьезной наукой только благодаря синхротронным источникам. Ядерная медицина и материаловедение вышли из физики. Происходит конвергенция, слияние физики, биологии и информатики. Новые источники синхротронного излучения позволят увидеть жизнь молекулы в режиме реального времени. Это такая революция, которой мир еще не знал.

В 1990-х годах в Протвине был заморожен наш последний мегапроект — подземный Ускорительно-накопительный комплекс, который сделал бы ненужным Большой адронный коллайдер. Хватит ли России знаний, чтобы вернуться к мегапроектам?

У России сохранился высокий научный потенциал. На совещании в Дубне будут обсуждаться мегапроекты, на которые до 2020 года выделяется около $10 млрд. Проекты отобраны из нескольких десятков с участием зарубежных экспертов. Один из проектов — центр термоядерных исследований на базе токамака с сильным полем в Курчатовском институте и ТРИНИТИ. Второй проект — центр нейтронных исследований на базе реактора ПИК в Ленинградской области, где будет создан научный центр балтийского региона. Третий проект — синхротронный источник 4-го поколения, таких в мире нет, лишь три лаборатории достигли 3-го поколения. Еще коллайдер-ускоритель в Дубне. Интересные идеи предложены в Нижнем Новгороде, Новосибирске, Шатуре, Протвине. Слухи о гибели российской науки сильно преувеличены.

Способны ли мегапроекты, которые, очевидно, нужны ученым, изменить реальную жизнь далеких и безразличных к науке граждан?

В нашей стране уже были успешные мегапроекты — атомный и космический. Страна построила прочный оборонный щит. Из этих мегапроектов выросли промышленность и технологии, которые позволяют России оставаться среди мировых лидеров. Это атомные станции, подводные лодки и ледоколы, космонавтика и спутники, компьютеры и ускорители, сверхпроводимость и материаловедение. Новые мегапроекты дадут России новый мощный кумулятивный импульс.

Ученые выяснили генетические особенности холодоустойчивых пород скота

 

Новое исследование ФИЦ «Институт цитологии и генетики СО РАН» раскрывает механизмы общих генетических адаптаций у сельскохозяйственных и диких животных в ответ на экстремальные климатические условия. Работа ИЦиГ и Королевского ветеринарного колледжа (Лондон, Великобритания) посвящена генетике адаптации к экстремальным холодным температурам, позволившим самой северной популяции крупного рогатого скота — якутской корове — выживать в суровых условиях обитания в Сибири (Якутия). Статья об этом опубликована в журнале Molecular Biology and Evolution и рассказывает о том, как сельскохозяйственные и дикие животные эволюционируют схожим образом, чтобы адаптироваться к экстремальным условиям окружающей среды.

 

Якутский скот, полная история происхождения которого до сих пор неизвестна, обитает в северных широтах, в том числе и за Полярным кругом. Он способен переносить температуры окружающей среды ниже -70 ^оС. Результаты исследования показывают, что он имеет уникальный генофонд и не скрещивался с другими популяциями крупного рогатого скота, яков, бизонов и других близких видов.

 

Он отделился от общего предка европейских пород КРС примерно 5 000 лет назад. Это позволило ученым сделать вывод, что адаптация к обитанию в экстремально холодных условиях Крайнего Севера сформировалась за счет собственного генофонда якутского скота. Тем не менее, было обнаружено, что вДенис Ларкин его геноме присутствует большое количество генетических вариантов, которые есть и в геномах пород из Африки и Азии, но отсутствуют у европейских пород КРС.

 

Исследование под руководством профессора Дениса Ларкина из Королевского ветеринарного колледжа также показало, что эти генетические варианты скорее всего представляют собой предковые варианты генов, которые были утеряны у европейских пород из-за селекции человеком, направленной на интенсивное производство молока и мяса. Однако сохранение именно этих вариантов позволило якутскому скоту адаптироваться к изменяющимся условиям среды и экстремальному холоду. Кроме того, эти же генетические варианты могли помочь породам в Азии и Африке адаптироваться и к экстремально жарким условиям обитания.

 

В дополнение к общей генетике с азиатскими и африканскими породами одно эволюционное событие оказалось уникальным только для якутского скота — присутствие у каждого животного кодирующей нуклеотидной замены, которая оказала большой эффект на свойства соответствующего белка. Эта замена отсутствовала у других пород КРС. Зато точно такая же мутация, вероятно, позволила ряду других видов млекопитающих приобрести способность к гибернации, впадать в оцепенение на холоде, быть холодостойкими и/или глубоко-ныряющими.

 

Сама по себе конвергентная (независимая) эволюция в одной и той же нуклеотидной позиции гена — чрезвычайно редкое явление и до этого исследования была описана только для разных групп животных. Например, у летучих мышей и дельфинов сформировалась одинаковая замена в гене, связанном со способностью к эхолокации. 

 

«Прорывное значение этой работы в том, что теперь мы знаем: конвергентная эволюция на нуклеотидном уровне происходит и у пород животных, созданных человеком. Это означает, что индивидуальные породы могут приобретать новые свойства не характерные для их вида в целом», — прокомментировал Денис Ларкин.

 

С учетом большого количества погодных аномалий в связи с изменением климата, это исследование является важным шагом на пути смягчения влияния экстремальных температур на сельское хозяйство.

 

«В России огромные территории имеют низкую среднегодовую температуру. Производство мяса и молока в таких условиях требует выведения местных холодоустойчивых пород. Открытая нами мутация в гене NRAP позволяет сделать первые практические шаги в этом направлении», — отметил ведущий научный сотрудник ИЦиГ СО РАН кандидат биологических наук Николай Серафимович Юдин.

 

Интересно, что исследования на человеке и мышах показывают вовлеченность мутаций в гене NRAP в ряд кардиомиопатий, заболеваний при которых меняется способность сердца перекачивать кровь. Денис Ларкин и младший научный сотрудник ИЦиГ СО РАН кандидат биологических наук Андрей Александрович Юрченко выдвинули гипотезу, что схожий механизм помогает сердцу холодостойких и глубоко ныряющих видов животных, позволяя им продолжать эффективно перекачивать кровь и во время холода и на глубине.

 

Пресс-служба ФИЦ ИЦиГ СО РАН

 

Хронология: Генетика | Новый ученый

Джон Пикрелл

Первооткрыватели структуры ДНК. Джеймс Уотсон (1928 г. р.) (слева) и Фрэнсис Крик (1916–2004 гг.) со своей моделью части молекулы ДНК в 1953 г.

(Изображение: A Barrington Brown / SPL)

5000 г. до н.э.

Демонстрируя некоторое понимание наследственности, люди во всем мире начинают выборочно разводить более полезные сорта скота и сельскохозяйственных культур, включая пшеницу, кукурузу, рис и финики

400 г.

до н.э.

Греческие философы размышляют о механизмах наследственности человека.Аристотель считает, что черты, приобретенные в течение жизни, например травмы, могут передаваться потомству. Он также развивает теорию «пангенеза», которая пытается объяснить, как эти черты передаются через частицы, называемые «гемулами», репродуктивным клеткам

.

1859

Чарльз Дарвин, сам сторонник пангенезиса, публикует «Происхождение видов » — свое объяснение эволюции путем естественного отбора. Дарвин приводит множество свидетельств того, как ценные признаки становятся более распространенными в популяции, но не дает никакого объяснения механизма передачи этих признаков

1866

Монах-августинец Грегор Мендель публикует свою работу о закономерностях наследования растений гороха.Его тщательные исследования знаменуют собой рождение современной генетики. Выводы Менделя остаются незамеченными другими исследователями более трех десятилетий

.

1882

Хромосомы открыты немецким биологом Вальтером Флемингом и названы греческой приставкой, означающей «цвет», потому что они окрашиваются при окрашивании клеток

1902

Исследования Менделя вновь открыты ботаниками в 1900 году. Затем американские и немецкие клеточные биологи независимо друг от друга отмечают связь между «единицами наследственности» Менделя и хромосомами.Они заключают, что наследственная информация содержится в хромосомах

.

1905

Термин «генетика» ввел британский биолог Уильям Бейтсон. Термины «ген» и «генотип» появились в 1909 году.

Половые хромосомы обнаружены после изучения бабочек и жуков

1910

Американский ученый Томас Хант Морган первым обнаружил сцепленный с полом признак при изучении плодовой мушки Drosophila . Признак цвета глаз на Х-хромосоме также является первым геном, который прослеживается до конкретной хромосомы

.

1925

Исследования показывают, что рентгеновские лучи могут вызывать мутации в генетическом материале

1944

Трое американских генетиков пересматривают работу 1920-х годов и доказывают, что у бактерий наследственным материалом является ДНК, а не белок, как предполагалось ранее

1951

Четкие рентгеновские дифракционные изображения ДНК впервые получены британским исследователем Розалинд Франклин

1953

Основываясь на работе Франклина, биохимик Джеймс Уотсон и биофизик Фрэнсис Крик из Кембриджского университета, Великобритания, определили известную ныне структуру двойной спирали ДНК. За свои усилия они были удостоены Нобелевской премии в 1962 году.

1961

Крик и южноафриканский генетик Сидней Бреннер сообщают, что три основания ДНК, называемые нуклеотидами, содержат инструкции для одной из 20 аминокислот, которые объединяются в белки

1973

Исследователь из США Херб Бойер использует ферменты для разрезания ДНК и сращивания ее с бактериальными плазмидами, которые затем реплицируются, производя множество копий вставленного гена. Это предвещает рассвет генной инженерии

1978

Генетически модифицированные бактерии производят гормон инсулин

1983

Ген наследственного заболевания (болезнь Гентингтона) впервые картирован в хромосоме

1986

Кэри Маллис в США разрабатывает полимеразную цепную реакцию (ПЦР), которая позволяет исследователям производить многие миллионы копий молекул ДНК всего за несколько часов

1990

Начинается международный проект «Геном человека» с целью секвенирования всего генетического кода человека

Впервые успешно применена генная терапия для лечения четырехлетней девочки с редким наследственным иммунным заболеванием, дефицитом аденозиндезаминазы

1994

Помидоры FlavrSavr, генетически модифицированные для длительного хранения, являются первым генетически модифицированным продуктом, поступившим в продажу в США. ГМ томатное пюре поступило в продажу в Великобритании в 1996 году

1996

Пекарские дрожжи являются первым (не вирусным) геномом, который был завершен, за ними последовал червь Caenorhabditis elegans в 1998 году, а затем растение Arabidopsis и плодовая муха Drosophila в 2000 году

2000

Совместно с американской фирмой Celera Genomics и Human Genome Project (международным общественным консорциумом) объявлено о завершении проекта генома человека. Полная последовательность, включающая от 30 000 до 40 000 генов, завершена в 2003 г.

2003

Тропическая рыба, светящаяся ярко-красным светом, стала первым генетически модифицированным домашним животным, поступившим в продажу в США

Дополнительные сведения по этим темам:

Прошлое, настоящее и будущее — Научный журнал для студентов Дартмутского университета

Часть первой распечатки генома человека, которая будет представлена ​​в виде серии книг, выставленных в зале «Медицина сейчас» в Wellcome Collection, Лондон. 3,4 миллиарда единиц кода ДНК записаны в более чем сотне томов, каждый из которых содержит тысячу страниц, а шрифт настолько мелкий, что его едва можно разобрать.

Введение

Генетика — это наука о наследственности и вариациях унаследованных элементов, известных как гены. Хотя ученым давно известно, что черты потомства передаются его родителям, открытия Дарвина и Менделя действительно позволили ученым начать понимать, как и почему возникают генетические вариации.Благодаря достижениям в области научных исследований и информатики генетика стала играть все более важную роль в выявлении причин болезней и различий между людьми и видами.

 Прошлое

На протяжении веков западная религия способствовала широкому распространению теории «креационизма», которая относится к буквальному толкованию Библии, согласно которой Бог создал Землю и все современные неизменные виды около 4000 г. до н. э. Достижения в геологии и наблюдения за постепенными изменениями видов в летописи окаменелостей с течением времени привели к скептицизму, который в конечном итоге привел к развитию теорий, составляющих основу теории отбора.

Первую крупную теорию генетики выдвинул Гиппократ в пятом веке до н. э. Теория Гиппократа известна как теория генетики «кирпич и раствор» и утверждает, что таксономический материал состоит из физических субстанций, происходящих из каждой части тела, и концентрируется в мужской сперме, которая развивается в человека в утробе матери. Кроме того, он считал, что физические характеристики «приобретаются». Например, тяжелоатлет-чемпион, который развивает большие бицепсы в результате тренировок, имеет части «больших бицепсов», которые передаются потомству тяжелоатлета через его сперму и приводят к рождению ребенка с большими бицепсами (1).

Спустя десятилетия после утверждения Гиппократа Аристотель оспорил его идеи, отметив, что у инвалидов с отсутствующими конечностями могут родиться дети с нормальными конечностями. Кроме того, он раскритиковал теорию кирпичей и раствора, объяснив, что люди могут передавать черты, которые проявляются позже с возрастом. Например, мужчина с густой шевелюрой может зачать ребенка, а спустя годы облысеть. Таким образом, «части волос» передавались по наследству, а «лысины» появлялись позже с возрастом, что противоречит Гиппократу (1).

До эры современной генетики Карл фон Линней, более известный как Линней, разработал современную систему научного наименования, состоящую из двух частей (1). Позже, в конце 18 века, французский натуралист Жан-Батист Ламарк предложил первую всеобъемлющую теорию эволюции. Хотя Линней придерживался традиционного мнения о том, что виды были созданы с определенными чертами, которые никогда не изменялись, Ламарк противоречил креационистскому убеждению, что виды неизменны; он утверждал, что виды меняются в зависимости от окружающей среды, наследуя характеристики, которые их родители приобретают в течение жизни.Например, чтобы жираф дотянулся до листьев, чтобы поесть с высокого дерева, ему пришлось бы вытянуть шею. Поскольку жирафам нужно есть листья, жирафы, которые приобрели более длинные шеи в результате растяжения, смогут передать свою измененную длину шеи своим потомкам и в конечном итоге внести свой вклад в новую характеристику всего вида жирафов (1). Вслед за Ламарком геолог Чарльз Лайель опроверг библейское утверждение о том, что Земле около 5000 лет, предположив, что современные географические образования, такие как горы и пустыни, были сформированы естественными физическими процессами, которые происходили в течение миллионов лет.Эти открытия подкрепили аргумент о том, что изменения с течением времени являются результатом естественного, а не божественного вмешательства.

Будучи студентом, Чарльз Дарвин был выбран в качестве «натуралиста» на борту корабля HMS Beagle во время путешествия по составлению карты вод вдоль побережья Южной Америки (1). Записав обширные наблюдения, Дарвин разработал свою теорию естественного отбора, главного механизма эволюции. Естественный отбор утверждает, что генетические различия могут сделать людей более или менее подходящими для окружающей среды.Те, кто лучше приспособлен к выживанию, продолжают производить потомство, со временем приобретая благоприятные черты, характерные для популяции; тем видам с менее благоприятными чертами грозит исчезновение. Вернувшись из своей экспедиции, Дарвин потратил более двадцати лет на сбор данных и написание своих теорий для публикации своих теорий в своей книге «Происхождение видов » в 1859 году. смешанные» как в научных, так и в религиозных сообществах, поскольку эволюция противоречила общепринятым принципам креационизма (1).Продолжая свои исследования, Дарвин попытался объяснить механизм естественного отбора в 1868 году, предложив свою теорию «пангенезиса» — обновленную версию подхода Гиппократа из кирпича и раствора. Пангенезис диктует, что и мать, и отец выделяют «геммулы», которые скапливаются в репродуктивных органах и объединяются, образуя эмбрион. Однако неудача пангенезиса заключалась в том, что после смешения поколений внутри популяции члены будут генетически идентичными, лишенными вариаций и препятствующими естественному отбору.Например, если у маленького ребенка есть акварельный набор с несколькими различными цветами, и он многократно смешивает цвета вместе, в конечном итоге каждая часть неба будет иметь однородный коричневатый оттенок (1).

Механизм естественного отбора был проиллюстрирован исследованием австрийского монаха Грегора Менделя в 1864 году. Изучая растения гороха, он предположил, что наследование происходит путем передачи дискретных единиц, известных как «аллели», а не путем смешения. Он сказал, что при размножении и мать, и отец вносят единицу своих собственных признаков, и потомство наследует одно из них совершенно неповрежденным и свободным от влияния другого.Хотя Мендель опубликовал свои работы в 1864 г., научное сообщество в значительной степени проигнорировало его исследования, и значение его работы не осознавалось до 1900 г., когда несколько ученых обнаружили, что их собственные выводы полностью совпадают с выводами Менделя (2).

Повторное открытие работы Менделя привело к прогрессу в генетических исследованиях двадцатого века. В начале двадцатого века Уолтер Саттон и Теодор Бовери расширили принципы Менделя своей «Хромосомной теорией наследственности», в которой утверждается, что наследственный материал организма находится в его хромосомах (3). К середине двадцатого века было доказано, что ДНК является генетическим материалом, из которого состоят хромосомы, а Уотсон и Крик открыли структуру «двойной спирали» ДНК, заложив основу для достижений современной молекулярной генетики (3). В 1953 году был сформулирован «Современный синтез генетики», связывающий менделевскую генетику с дарвиновской теорией эволюции и подтверждающий, что менделевская теория наследования дискретных единиц является основой естественного отбора (3). Позже, в двадцатом и начале 21 века, достижения в области генетики были ориентированы на молекулярный уровень, а на заре информационной эры появилась современная наука о геномике, какой она известна сегодня.Область генной инженерии, или модификации ДНК организмов, возникла в 1972 году, когда была сконструирована первая измененная молекула ДНК как «рекомбинантная ДНК». В следующем году с использованием такой рекомбинантной ДНК была получена функционирующая клетка бактериофага E.coli (3). В 1977 году группа Сэнгера разработала методы секвенирования или декодирования ДНК и успешно использовала свои методы для публикации полного генетического кода конкретной нити E. coli. В сочетании с технологическими достижениями той эпохи был разработан биомедицинский метод полимеразной цепной реакции (ПЦР), который значительно ускорил процесс секвенирования ДНК и привел к разработке автоматических секвенаторов ДНК в 1986 году.

Развитие технологии секвенирования ДНК привело к запуску проекта «Геном человека» в 1990 году. Эта работа, финансируемая правительством США, была результатом сотрудничества Национального института здравоохранения (NIH), Министерства энергетики и международных партнеров, направленных на секвенировать все три миллиарда букв человеческого генома или генетического кода. По данным NIH, «Цель проекта «Геном человека» состояла в том, чтобы предоставить исследователям мощные инструменты для понимания генетических факторов болезней человека, проложив путь к новым стратегиям их диагностики, лечения и профилактики» (4).В преддверии их публикации в 2001 году были секвенированы первые геномы бактерий, дрожжей и цветковых растений (3). В рамках проекта «Геном человека» было выполнено картирование и секвенирование пяти организмов-прототипов, призванных служить основой для интерпретации человеческого кода, подобно тому, как Розеттский камень позволил интерпретировать несколько языков (5).

После завершения все сгенерированные данные проекта «Геном человека» были доступны в Интернете для ускорения глобальных медицинских открытий.По словам доктора Фрэнсиса Коллинза, директора Национального института здравоохранения и главы HGP, доступность этой «книги инструкций для человека» «отметила отправную точку геномной эры в биологии и медицине» (5).

Настоящее

Из-за обширности генетических знаний, приобретенных с течением времени, теперь признано, что адаптация генетического кода к окружающей среде является движущей силой эволюции. Однако эти изменения происходят постепенно в течение многих поколений. Следовательно, каждый человек несет в себе несколько потенциально вредных генов, связанных с его этническим происхождением и родовой средой (6).По данным Медицинского центра Королевы, «каждое заболевание имеет, помимо влияния окружающей среды, генетические компоненты, которые в совокупности определяют вероятность конкретного заболевания, возраст начала и тяжесть» (6). Благодаря достижениям в области генетики и технологий ученые теперь имеют возможность идентифицировать некоторые из этих изменений и узнают больше о том, как гены взаимодействуют с другими генами и окружающей средой, вызывая болезни или другие последствия для здоровья. Например, проект «Геном человека» уже способствовал открытию более 1800 генов болезней.Кроме того, исследователи могут найти ген, предположительно вызывающий заболевание, за считанные дни — процесс, на который ушли годы до HGP, — и в настоящее время существует более 2000 генетических тестов, доступных для состояний человека (4). Эти инструменты позволяют врачам оценивать риски пациентов для приобретения заболеваний и диагностировать генетические состояния.

Поскольку генетика позволяет специалистам выявлять различия в генах и их аддитивное влияние на здоровье пациентов, медицинские процедуры теперь могут быть адаптированы для более эффективного дополнения уникального генетического кода человека.Сочетая генетические знания с вычислительными технологиями, современная область биоинформатики позволяет специалистам обрабатывать большие объемы данных, что делает возможным такой анализ геномов отдельных пациентов. Рассмотрим область фармакогеномики: область, изучающую, как генетические вариации влияют на реакцию человека на лекарство. По данным NIH, фармакогеномные тесты уже могут определить, будет ли пациентка с раком молочной железы реагировать на препарат Герцептин, следует ли пациенту со СПИДом принимать препарат Абакавир или какой должна быть правильная доза разжижающего кровь варфарина». 4).Целенаправленное развитие этих технологий в биоинформатике резко снижает стоимость секвенирования генома, примерно со 100 миллионов долларов в 2001 году до чуть более 1000 долларов сегодня (7).

Как заявили в Национальном институте здоровья: «Наличие полной последовательности генома человека похоже на наличие всех страниц руководства, необходимого для создания человеческого тела. Теперь задача состоит в том, чтобы определить, как читать содержимое этих страниц и понимать, как все эти многочисленные сложные части взаимодействуют друг с другом в отношении здоровья и болезней человека» (4).Одной из иллюстраций этой попытки понимания является запуск в 2005 году проекта HapMap, международного сотрудничества, направленного на документирование общих генетических вариаций или «гаплотипов» в геноме человека. Эти гаплотипы интересуют исследователей-генетиков, потому что они имеют тенденцию быть похожими в различных популяциях мира. Таким образом, сравнение гаплотипов, представляющих собой фрагменты генетической информации, а не отдельных букв в последовательностях ДНК, ускоряет поиск генов, связанных с распространенными заболеваниями человека.В 2010 году была опубликована третья фаза этого проекта с информацией об 11 из этих популяций, что сделало его крупнейшим проведенным исследованием генетической изменчивости. Проект HapMap уже дал результаты по поиску генетических факторов в различных состояниях — от возрастной слепоты до ожирения (4).

Современные знания в области генетики позволяют применять новые виды медицинской помощи, связанные с генной инженерией или изменением генетического материала. Поскольку генные инженеры могут вставлять и удалять части ДНК в организмах с помощью ферментов и передовых технологий, создаются новые типы более эффективных растений и животных, а химические вещества, такие как инсулин, гормон роста человека и интерферон, в настоящее время производятся для генов человека в бактерии для здоровья.Вещества, произведенные из генетически модифицированных организмов таким образом, снизили затраты и побочные эффекты, связанные с заменой отсутствующих химических веществ в организме человека (8). Методы генной терапии, замены или удаления дефектных генов для исправления ошибок, вызывающих генетические заболевания, также находятся в стадии разработки в надежде обеспечить более целенаправленный, эффективный и действенный подход к лечению генетических заболеваний (9).

Будущее

Как заявили генетики Вольф, Линделл и Бэкстром, «лишь недавно мы вступили в эру, когда расшифровка молекулярной основы видообразования вполне достижима» (10).Достижения в области биоинформатики сделали сравнение геномов разных видов эффективным, приблизив к реальности возможность всеобъемлющей модели эволюционной истории жизни.

Помимо понимания видообразования, грядущие десятилетия обещают более глубокое понимание генетических основ, лежащих в основе болезней. Несмотря на многие важные генетические открытия, генетика сложных заболеваний, таких как болезнь сердца, остается «далеко неясной» (4). С прогрессивным пониманием молекулярных и геномных факторов, играющих роль в заболеваниях, ученые ожидают более эффективных медицинских методов лечения с меньшим количеством побочных эффектов в будущем.Для достижения более глубокого понимания было запущено несколько новых инициатив:

1. Атлас генома рака направлен на выявление всех генетических аномалий, наблюдаемых при 50 основных типах рака (11).

2. Публичная библиотека малых молекул Национального института исследования генома человека (NHGRI) предоставляет академическим исследователям базу данных для картирования биологических путей, которые впоследствии можно использовать для моделирования генома в экспериментах и ​​служить отправной точкой для разработки лекарств.(11).

3. Программа «Геномы жизни» Министерства энергетики фокусируется на геномных исследованиях одноклеточных организмов в надежде, что, как только исследователи поймут, как жизнь функционирует на микробном уровне, они смогут «использовать возможности этих организмов для удовлетворения многих наших национальных потребностей». проблемы в области энергетики и окружающей среды» (11).

4. Консорциум структурной геномики — это международная организация, изучающая структуру белков, кодируемых геномами организмов, предложенная британским фондом Wellcome Trust и фармацевтическими компаниями.Эти трехмерные структуры имеют решающее значение для разработки лекарств, диагностики и лечения заболеваний, а также для понимания биологии. Информация будет опубликована в общедоступной базе данных (11).

Кроме того, NIH концентрирует усилия на том, чтобы сделать секвенирование генома более доступным и, следовательно, более доступным для общественности, что упрощает диагностику, ведение и лечение заболеваний (4). Лидеры в этой области прогнозируют, что индивидуальный анализ отдельных геномов приведет к появлению новой формы профилактической и персонализированной медицины в здравоохранении в ближайшие десятилетия.Интерпретация медицинским работником последовательности ДНК пациента позволит спланировать выбор превентивного образа жизни и разработать лечение заболевания, направленное на проблемные области в конкретном геноме пациента. Биоинформатика позволит генетически грамотным специалистам в области здравоохранения определять, будет ли лекарство оказывать неблагоприятное воздействие на пациента, оптимизировать методы лечения, которые, вероятно, будут наиболее успешными для пациента с конкретным заболеванием, а также определять заболевания с высоким и низким риском для пациента. пациент (6).Кроме того, ученые утверждают, что «к 2020 году генные дизайнерские лекарства, вероятно, будут доступны для таких состояний, как диабет, болезнь Альцгеймера, гипертония и многие другие расстройства. Лечение рака будет точно нацелено на молекулярные отпечатки конкретных опухолей, генетическая информация будет регулярно использоваться для назначения пациентам более подходящей лекарственной терапии, а диагностика и лечение психических заболеваний будут преобразованы» (5).

Проект «Геном человека» также вызвал дискуссии об этических, правовых и социальных последствиях будущего генетики.В настоящее время директивные органы рассматривают вопрос о том, как регулировать использование геномной информации в медицинских учреждениях и за их пределами, чтобы обеспечить безопасность и конфиденциальность отдельных лиц, а также устранить различия в состоянии здоровья среди населения (12). Наряду с пониманием медицинских состояний исследователи-генетики получают все больше возможностей связывать вариации ДНК с такими состояниями, как интеллект и личностные качества, что делает этические, юридические и социальные последствия генетических исследований более значительными (4).Необходимо обсудить влияние геномики на такие понятия, как раса, этническая принадлежность, родство, индивидуальная и групповая идентичность, здоровье, болезнь и «нормальность» черт и поведения (5). Спорные практики, включая клонирование человека, евгенику и медицинскую дискриминацию, — это лишь некоторые из возможностей, которые приходят с ожидаемыми путями генетического прогресса (8).

Свяжитесь с Маккензи Фоули по телефону

.

[email protected]

 

Каталожные номера

1.Г. Кэри, История генетики (2010). Доступно по адресу http://psych.colorado.edu/~carey/hgss2/pdfiles/Ch%2001%20History%20of%20Genetics.pdf (25 марта 2013 г.)

.

2. Стертевант А.Х. История генетики. Нью-Йорк: CSHL Press, 2001.

3. Мандал А. История генетики. Доступно на http://www.news-medical.net/health/History-of-Genetics.aspx (25 марта 2013 г.)

.

4. Национальный институт здравоохранения, проект «Геном человека» (2010 г.). Доступно на http://report.nih.gov/NIHfactsheets/ViewFactSheet.aspx?csid=45&key=H#H (25 марта 2013 г.)

5. Ф. Коллинз, Свидетельские показания перед Подкомитетом по здравоохранению Комитета по энергетике и торговле Палаты представителей США, 22 мая 2003 г.

6. Донлон С., MS, Генетика: будущее медицины. Доступно на http://www.queensmedicalcenter.net/services/90-genetics-the-future-of-medicine (25 марта 2013 г.)

.

7. Программа секвенирования генома NHGRI, Стоимость секвенирования ДНК (2013 г.). Доступно на http://www.genome.gov/sequencingcosts/ (25 марта 2013 г.)

.

8.Подготовка Регентов школьного округа города Освего, генная инженерия (2011). Доступно по адресу http://regentsprep.org/regents/biology/2011%20Web%20Pages/Genetics-%20Genetic%20Engineering%20page.htm (25 марта 2013 г.)

.

9. Ф. Коллинз, Язык жизни: ДНК и революция в персонализированной медицине (HarperCollins, New York, NY, 2010), стр. 253-5.

10. JBW Wolf, J. Lindell, N. Backström, Phil. Транс. Р. Соц . В 365, 1717-27 (2010).

11. Национальный исследовательский институт генома человека, что дальше? Превращение концепции геномики в реальность (2006 г.).Доступно на http://www.genome.gov/11006944 (25 марта 2013 г.)

.

12. М. Э. Френч, Дж. Б. Мур. Использование генетики для предотвращения болезней и укрепления здоровья: руководство по государственной политике. Вашингтон, округ Колумбия: Партнерство в целях профилактики; 2003.

Век Гена. Молекулярная биология и генетика

Двадцатый век был веком, когда человеческое общество массово использовало технологический прогресс. На протяжении большей части этого столетия наибольший технологический вклад был сделан из физических наук: автомобили, телефон, самолеты, пластмассы, компьютеры и так далее.Внедрение этих факторов изменило общество и человеческое поведение больше, чем даже политические и социальные события.

Однако во второй половине ХХ века и особенно в последние два десятилетия появились биологические технологии с огромным медицинским и социальным потенциалом. Эта технология предлагает новый взгляд на эволюцию жизни на нашей планете, и ей суждено революционизировать саму структуру человеческого общества.

Возможно, Сидни Бреннер наиболее осознанно погрузился в эти идеи.Один из самых блестящих ученых двадцатого века, он останется в истории науки за его огромный вклад в молекулярную биологию, науку, в создании которой он принимал непосредственное участие. Бреннер говорит, что новая биология предлагает нам лучшее понимание самих себя и новое понимание людей как организмов: «…впервые мы можем поставить фундаментальную проблему человека и начать понимать нашу эволюцию, нашу историю, нашу культуру и нашу жизнь». биология в целом».

В настоящем тексте я расскажу об истории тех научных событий, которые привели к этой ситуации, и кратко выскажусь о последствиях этих новых открытий для будущего общества и даже для нашего собственного понимания человеческой природы.

Поворотные точки в биологических знаниях

На протяжении своей истории биология претерпела три крупные революции. И здесь мы используем термин «революция» для обозначения появления открытия, которое важно само по себе, но также ведет к радикальному изменению общего подхода, характерного для этой дисциплины до того времени.

Первая революция произошла в 1860 году с эволюционистскими теориями Дарвина и Уоллеса, которые отстаивали универсальность происхождения всех живых существ.Второй революцией стало открытие универсальности механизма биологической информации, предложенного Уотсоном и Криком в 1953 г. Третьей революцией стало открытие универсальности дизайна животных и основных процессов, регулирующих биологические функции. Эта последняя революция произошла в двадцатом веке, между 1985 и 2000 годами. В отличие от предыдущих, она является результатом вклада относительно большого числа исследователей. Эти три события привели к новому пониманию эволюции и биологии самих людей.

Эволюционный факт

Идея о том, что виды изменяются с течением времени, очень старая и определенно более ранняя, чем предположение Дарвина. В 520 г. до н.э. в трактате «О природе» Анаксимандр Милетский ввел идею эволюции, утверждая, что жизнь зародилась в океанах. В своей книге Historia Plantarum, опубликованной в 1686 году, Джон Рэй каталогизирует 18 600 видов растений и предлагает первое определение видов, основанное на общем происхождении. А собственный дедушка Дарвина, Эразм Дарвин, прямо предположил, что виды животных со временем меняются.

Что отличает Дарвина и Уоллеса от их предшественников, так это то, что они предложили правдоподобный механизм эволюции, основанный на идее естественного отбора. Дарвин, в частности, предположил, что сила естественного отбора заключается в выживании наиболее приспособленных, поскольку их большая способность к выживанию также обеспечивала им большую способность передавать свои характеристики потомству. Благодаря этому процессу характеристики популяций каждого конкретного вида постепенно изменялись в течение последующих поколений.

Дарвин также имел доступ к информации, неизвестной его предшественникам, и эта информация в значительной степени способствовала его пониманию эволюционного феномена. Было известно, например, что Земля намного старше, чем считалось ранее, что давало гораздо больше времени для постепенного изменения, предсказанного теорией естественного отбора. Ко времени Дарвина также имелся очень хорошо каталогизированный список окаменелостей, что позволило убедиться в существовании постепенных изменений во многих линиях животных и растений.Это явно поддерживало предложение Дарвина. Было также известно, что искусственный отбор способен вызвать очень глубокие морфологические изменения за очень короткий промежуток времени. Это становится ясным, если мы рассмотрим, например, огромное разнообразие пород собак, существующих в настоящее время. Все они произошли от волка, но в течение пяти-десяти тысяч лет искусственной, а не естественной эволюции, человеку удалось создать огромное разнообразие собачьих пород. Это указывает на степень универсальности биологического материала при отборе.

Если бы нам нужно было обобщить следствия эволюционной теории, мы бы сосредоточились на трех пунктах: 1) все живые существа имеют общее происхождение; 2) в течение многих миллионов лет происходил процесс постепенных изменений, который привел ко всему биологическому разнообразию на этой планете; и, наконец, 3) человеческий вид — это просто еще один из сотен тысяч существующих или существовавших видов. Предложение Дарвина отражает коперниканский подход к положению человеческого рода как биологической сущности.Человек больше не является центром творения. Вместо этого он просто еще один вид среди миллионов созданных эволюцией. Неудивительно, что во времена Дарвина на это была бурная социальная реакция. Даже сейчас эволюцию принимают не все члены общества. По данным Института Гэллапа, в 2004 году более половины жителей Соединенных Штатов считали, что человек был буквально сотворен, как и сказано в Библии, около 10 000 лет назад.

Генетика и эволюция: рабочее определение гена

Дарвин предложил описательное объяснение биологического разнообразия, которое было правдоподобным, но не механическим.Возникает вопрос: если все живые организмы имеют общее происхождение, какая биологическая функция является общей для всех них, передается от родителей потомству и может быть изменена для создания биологического разнообразия? В свое время Дарвин не смог ответить на эти вопросы. Именно постановка таких вопросов привела к генетике — дисциплине, изучающей, как передается и видоизменяется биологическая информация. Первым доказательством существования наследуемой генетической информации мы обязаны Грегору Менделю, монаху-августинцу, который продемонстрировал, что форма или цвет горошин верно передается от одного поколения к другому.

Но прогресс генетики в двадцатом веке во многом обязан плодовой мушке Drosophila melanogaster, организму, который стал классическим объектом изучения для генетических исследований, потому что он легко размножается в лабораторных условиях, имеет очень короткий биологический цикл (то есть очень полезен при изучении передачи различных признаков от одного поколения к другому) и совершенно безвреден для человека. Исследования дрозофилы выявили множество конкретных наследуемых признаков (генов), продемонстрировав, что они локализованы и выровнены в клеточных ядрах — в органах, называемых хромосомами, — и что каждый ген расположен в определенном положении в хромосоме.

Они также показали, что наследуемые вариации (мутации) естественным образом появляются в генах и что эти мутации являются источником биологических вариаций, необходимых для эволюционного процесса. Эти мутации также могут быть вызваны искусственно с помощью радиации или химических соединений. Таким образом, генетика дрозофилы открыла, что настоящей движущей силой эволюции являются гены, которые составляют наследуемую генетическую информацию и могут быть изменены.

После более чем столетия исследований этой мухи знания о ее генетике являются наиболее полными из всего царства животных, и был разработан ряд концепций и технологий для проведения экспериментов, которые невозможны ни с какими другими видами.

Природа генетической информации

Проблема, возникшая после этого, примерно в 1940-х годах, заключалась в том, чтобы раскрыть физическую природу гена. Каков был его химический состав? Решение этой проблемы привело к тому, что я называю второй революцией в биологии: объяснению Уотсоном и Криком природы и структуры генетической информации в виде ДНК. Знаменитая статья, опубликованная в журнале Nature в 1953 году, стала началом биологической революции, которой суждено было изменить сам ход развития человечества.ДНК представляет собой молекулу с двойной спиралью, состоящую из двух больших цепочек молекул сахара (дезокси-рибозы), связанных фосфатами. Соединяют две цепи, как ступеньки лестницы, другие молекулы, называемые азотсодержащими основаниями, которые поддерживают стабильность структуры. Уотсон и Крик сразу заметили, что структура самой молекулы объясняет механизм репликации, приводящий к идентичным молекулам и, таким образом, обеспечивающий достоверную передачу биологической информации из поколения в поколение.

Кроме того, структура ДНК указывает на то, что биологическая информация заключена в последовательности четырех азотистых оснований, пронизывающих всю молекулу. Эти основания называются тимином (Т), гуанином (G), аденином (А) и цитозином (С). То, что организм наследует от своих предков и что определяет его биологические характеристики, — это просто последовательность, записанная на языке из четырех букв.

Открытие структуры и функции ДНК изменило экспериментальную направленность биологии: все организмы закодированы на языке из четырех букв: A, T, C и G.С тех пор биология сосредоточилась на изучении свойств и структуры ДНК. Первая полная последовательность ДНК, полученная для организма, бактериофага ØX174, содержит 5000 букв (называемых основаниями). Для сравнения, последовательность ДНК червя-нематоды состоит из 90 миллионов пар оснований, а последовательность плодовой мушки дрозофилы содержит 120 миллионов пар оснований, тогда как последовательность человека содержит не менее 3300 миллионов пар оснований. Каждая из этих последовательностей представляет своего рода формулу построения рассматриваемого вида.

Универсальный генетический код

Проблема в том, что жизненные процессы катализируются не ДНК, а белками. ДНК — это просто рецепт, который нужно преобразовать во все разнообразие белков — около 3000 основных, — которые контролируют жизненные процессы, включая репликацию и экспрессию самой ДНК.

Белки состоят из комбинаций 20 аминокислот, поэтому каждый белок отличается от других, поскольку состоит из определенной последовательности аминокислот.Следовательно, последовательность из 4 оснований, унаследованная от предшественников, должна быть переведена в последовательность из 20 аминокислот, чтобы получить белки, поддерживающие биологические функции. Расшифровка кода трансляции, генетического кода, была одним из первых больших успехов молекулярной биологии. Лаборатории Очоа, Нюрнберга и Бреннера сыграли решающую роль в расшифровке механизма перевода. Эти исследователи продемонстрировали, что каждая аминокислота кодируется определенной последовательностью трех оснований (триплетом), что обеспечивает трансляцию каждого гена, представляющего собой определенную последовательность полной ДНК, в определенный белок.Триплет AAG кодирует аминокислоту лизин, тогда как GCA кодирует аланин, а AGA кодирует аргинин. Таким образом, последовательность ДНК AAGGCAAGA будет транслироваться в аминокислотную последовательность лизин-аланин-аргинин (см. фиг.1).

Рис. 1. Перевод генетического текста.

Генетический код интересен тем, что он универсален для всех организмов. Универсальность этого кода сама по себе является доказательством эволюции. Все организмы имеют одинаковый генетический код просто потому, что мы унаследовали его от предков.В этом контексте ген — это просто конкретная последовательность ДНК, закодированная для определенного белка, который выполняет конкретную функцию, например, гемоглобина, необходимого для дыхания, или миозина для мышц.

Развитие молекулярной биологии

Открытие того, что ДНК является инструкцией по созданию живых существ, и расшифровка основных механизмов генетических функций — генетического кода и производства белков — положило начало молекулярной биологии. Начиная с 1970-х годов изучение ДНК, ее структуры и свойств стало основным направлением этой дисциплины.Такая концентрация усилий привела к чрезвычайно мощным концепциям, позволяющим с большой эффективностью манипулировать ДНК. Это методы, которые позволяют клонировать гены, создавать трансгенных животных и растений, возможности генной терапии и проекты «Геном». Появление трансгенных организмов — тех, в которые были вставлены гены другого вида, — происходит из-за того, что вся ДНК, независимо от ее происхождения, химически идентична, а ген — это просто фрагмент ДНК.Это позволяет использовать химические методы для смешивания фрагментов ДНК (генов) различного происхождения. Как только были разработаны методы введения этих фрагментов в принимающий организм, этот организм мог иметь ген другого происхождения. Ярким примером этого являются штаммы дрожжей, в которые был вставлен человеческий ген, кодирующий инсулин. В результате этой процедуры были созданы трансгенные дрожжи, производящие человеческий инсулин.

Большое развитие этих процедур в последние годы позволило получить трансгенные растения (пшеница, соя, рис и другие, уже имеющиеся на рынке) и животных многих видов, включая крыс, мышей, свиней, мух и т. д. .Важно отметить, что методы, используемые для разных видов животных, очень похожи и составляют основу их терапевтического применения у людей. Цель состоит в том, чтобы использовать генную терапию для лечения генетических заболеваний. В 2000 году журнал Science опубликовал первое испытание генной терапии, в ходе которого несколько детей были излечены от тяжелого иммунодефицита. К сожалению, эти испытания пришлось прервать из-за вредных побочных эффектов. Трое из вылеченных детей позже заболели раком. Этот пример одновременно показывает как потенциал таких новых методов, так и тот факт, что они находятся на очень ранней стадии развития.Учитывая скорость, с которой они развиваются, следует надеяться, что они будут доступны в не столь отдаленном будущем.

Генетический дизайн тел животных

Одной из областей, в которых молекулярная биология значительно продвинулась вперед и нашла широкое применение в биологии человека, является область генетического конструирования тел животных. Первоначально в экспериментах по молекулярной биологии использовались одноклеточные организмы, бактерии или вирусы для изучения свойств и функций ДНК.Эти исследования дали очень важные результаты, как описано выше, но по самой своей природе они не позволяли делать выводы о генетическом контроле развития сложных организмов, таких как муха или мышь, в которых ассоциации клеток должны быть сгруппированы в собственно мода как часть трехмерной структуры.

Рассмотрим, например, бабочку (рис. 2). Каждая отдельная клетка должна выполнять основные биологические функции — синтез белка, репликацию ДНК и т. д., — но она также должна быть способна образовывать группы с другими клетками и дифференцироваться, чтобы создавать определенные органы, такие как глаза, крылья и т. ноги и так далее.Эти органы должны быть собраны с другими органами, чтобы каждый из них появился в нужном месте. Дизайн животных требует, чтобы различные части тела были правильно расположены в трех пространственных измерениях: передне-задняя, ​​спинно-вентральная и проксимально-дистальная оси. Эта проблема устройства тела была одной из самых больших проблем генетики высших организмов: как гены определяют информацию о положении для различных частей тела, чтобы клетки, которые собираются сделать глаз, знали, что они должны сделать это в верхней части тела. часть тела, а те, что составляют ноги, должны быть в брюшной части.Другими словами, каково генетическое описание трехмерного организма? У насекомого, подобного бабочке, мы можем морфологически различить головную часть, грудную часть и брюшную часть, но нет никакой гарантии, что это описание соответствует истинному генетическому описанию организма.

За последние тридцать лет в вопросе генетического описания животных достигнут заметный прогресс. Ключи к его генетическому дизайну находятся в так называемых гомеотических генах, которые теперь называются Hox.Они составляют генетические механизмы, которые были детально изучены на плодовой мушке дрозофилы. Что характерно для этих генов, так это то, что их мутации превращают одни части тела в другие (рис. 3). Мутация, такая как Antennapedia (Antp), например, превращает антенну в ногу, в то время как мутация, такая как Ultrabithorax (Ubx), превращает недоуздок в крыло, создавая муху с четырьмя крыльями. Что интересно в этих преобразованиях, так это то, что, несмотря на то, что общее построение тела ошибочно, морфология частей нормальная: ножка, появляющаяся в антенне Antp, нормальная, только расположение ее аномальное.Точно так же трансформированные крылья, которые появляются у мух Ubx, имеют нормальный размер и форму крыльев. Единственная ненормальность заключается в том, где они появляются. Смысл этих фенотипов заключается в том, что гены Hox контролируют не морфологию структур, а скорее общий дизайн тела, информацию о положении, о которой я упоминал выше, которая гарантирует, что каждый орган появляется на своем надлежащем месте.

Гомеотические гены, таким образом, являются генами-регуляторами высокого уровня, определяющими тип развития различных частей тела дрозофилы.В 1980-х годах возник очень важный вопрос: сколько существует гомеозисных генов? Была надежда, что идентификация всех их позволит прояснить генетическую логику, лежащую в основе конструкции тела. Исследования, проведенные в США и Испании, показали, что число Hox-генов на удивление мало. Таких генов всего девять у дрозофилы, где они устанавливают пространственные координаты передне-задней оси, распознают позиционное значение по каждой оси и определяют приобретение правильной программы развития для образования каждой части тела.Эти результаты были, безусловно, интересными, но они относились к плодовой мушке. Сначала мы не подозревали, что они могут иметь общее значение для объяснения строения тела других животных, включая человека.

Тем не менее, прогресс молекулярной биологии в 1970-х и 80-х годах позволил провести молекулярное выделение (клонирование) и секвенирование Hox-генов дрозофилы. К концу 1985 года все эти гены уже были клонированы и секвенированы. При сравнении их последовательностей было сделано чрезвычайно важное открытие: все они имели одну общую последовательность, названную гомеобоксом.Открытие последовательности гомеобокса имело очень важные последствия: 1) эта последовательность кодирует мотив соединения с ДНК, указывая на то, что гомеозисные белки функционируют как факторы транскрипции и регулируют активность других дочерних генов; 2) наличие одинаковой последовательности во всех Hox-генах указывает на то, что эти гены имеют общее происхождение; 3) гомеобоксная последовательность является молекулярным маркером Нох-генов, позволяющим идентифицировать эти гены в организмах (например, в человеческом виде), в которых их невозможно обнаружить с помощью обычных генетических процедур.Как мы увидим ниже, этот последний аспект оказался очень важным.

Универсальный генетический дизайн

Тот факт, что гомеобокс является молекулярным маркером в генах Hox, позволил идентифицировать комплекс Hox во многих группах животного мира, что сделало эти гены основным предметом биологических исследований в 1980-х и начале 90-х годов. Общий результат состоит в том, что комплекс Нох был обнаружен во всех группах животных, в которых его искали. Таким образом, это универсальная характеристика генома всех животных, включая человека.У людей есть Hox-комплекс, который очень похож на комплекс дрозофилы, за исключением того, что вместо одной копии в каждом геноме у нас их четыре.

Исследования на дрозофилах ранее установили, что функция этих генов заключается в определении развития различных частей тела, но не было доказательств их функции у других организмов. Трудность изучения этого аспекта состоит в том, что генетические анализы, проводимые на дрозофиле, невозможны

.

у многих позвоночных и совершенно невозможно у человека.Поэтому пришлось использовать другие методы.

Молекулярные технологии, разработанные в 1980-х и 90-х годах, позволили создать особей — в данном случае плодовых мушек-дрозофил, — которым можно было вставить ген другого вида, чтобы изучить его функцию в этой чужеродной системе. Различные эксперименты такого рода позволили заключить, что Hox-гены человека и других позвоночных работают идентичным или сходным образом с таковыми у дрозофилы. Консервация функций такова, что гены человека или мыши способны заменять свои аналоги у дрозофилы.Это случай мышиного гена Hoxd13. Вставленный в муху, он так же способен программировать развитие задней части дрозофилы, как и собственный ген мухи. Другими очень яркими примерами являются, например, гены бескрылых и безглазых дрозофил, которые имеют известные аналоги у человека. Apterous необходим для образования крыльев, а его мутации производят особей без крыльев. Eyeless нужен для программирования развития глаза, а особи, у которых этот ген мутировал, глаз не имеют.

Когда мутантная бескрылая муха получает человеческий ген, она способна формировать крылья мухи. Таким образом, хотя у человека нет маховых крыльев, у нас есть ген, способный заменить ген дрозофилы, который программирует формирование маховых крыльев благодаря механизму функциональной консервации. В том же смысле мышиный ген, гомологичный гену безглазых, называемый small eye, способен индуцировать появление глаз у мух (рис. 4). Подобные эксперименты с генами других организмов привели к выводу, что генетический дизайн глаз одинаков у всех животных, будь то мухи, осьминоги или люди.Эволюционное изобретение светоприемного органа, связанного с мозгом, произошло около 540 миллионов лет назад и было унаследовано всеми многоклеточными организмами. Эти эксперименты иллюстрируют общий принцип феномена эволюции: когда появляется адекватно работающий механизм, генетическое программирование этого механизма остается фиксированным в геноме и с тех пор остается неизменным или с небольшими изменениями.

Общий вывод из всего вышеизложенного состоит в том, что общий механизм генетического дизайна животных, основанный на Hox-генах и их производных, является общим для всего царства животных.

Взрыв в кембрийскую эру, то есть внезапное появление билатералей с органами, расположенными по всем трем пространственным осям, почти наверняка является результатом появления Нох-комплекса и его производных в нижнем кембрии. Сходство последовательностей среди этих генов указывает на то, что они происходят от предкового гена, который подвергался различным дупликациям в тандеме, таким образом создавая набор связанных генов, составляющих этот комплекс. Таким образом, мы можем утверждать, что все живые существа обладают одними и теми же основными биологическими функциями.В совокупности эти исследования породили объединяющий взгляд на биологические процессы, основанный, в конечном счете, на эволюционном процессе. Как предположили Дарвин и Уоллес, организмы имеют общее происхождение, общий механизм хранения и высвобождения генетической информации, основанный на универсальности функций ДНК, РНК и механизма генетического кода. Наконец, все представители животного мира разделяют один и тот же генетический процесс строения тела.

Важным следствием этих наблюдений является то, что многие аспекты устройства человеческого тела можно изучать на модельных организмах, таких как мухи, черви или мыши.Понятно, что генетическая/молекулярная основа этих процессов является общей для всех видов, и, следовательно, многие из задействованных процессов будут такими же. Типичный пример такого подхода можно найти в исследованиях регенерации, проводимых на амфибиях и курах. Давно известно, что амфибии и рептилии способны регенерировать конечности, а птицы и млекопитающие — нет. Проводимые исследования позволяют идентифицировать гены, связанные с регенеративным процессом, некоторые из которых также присутствуют у видов, которые не регенерируют.Похоже, что способность регенерировать орган зависит не столько от наличия или отсутствия одного или нескольких генов, сколько от механизма, который регулирует общие гены. Регенерирующие виды способны активировать эти гены после физической травмы, а нерегенерирующие – нет. Хорошо обоснованным предположением является то, что когда процесс, который регулирует эти гены, будет понят, можно будет вмешиваться в контроль его функционирования, чтобы искусственно вызвать регенеративный процесс у видов, подобных человеческому, который не может делать это естественным образом.

Геномные проекты

То, что было изложено выше, само по себе является доказательством всего феномена эволюции, так как ясно показывает функциональную универсальность биологических явлений. Более того, новая молекулярная технология предложила нам более прямую демонстрацию этой универсальности. В последние годы завершены полные последовательности ДНК (геномные проекты) для многих видов животных и растений, что позволяет напрямую сравнивать степени сходства или различия в биологической информации разных видов.

Особое значение в этом контексте имеют геномы нематоды Caenorabditis elegans, содержащие ДНК с 90 миллионами пар оснований; мухи дрозофилы со 120 миллионами пар оснований; и человеческого вида с 3 300 миллионами пар оснований. В проекте «Геном человека» (рис. 5) использовалась ДНК пяти человек (трех женщин и двух мужчин) из четырех разных этнических групп (латиноамериканцев, азиатов, афроамериканцев и европеоидов). Интересно отметить, что существенных различий между ними выявлено не было.Этим проектам удалось идентифицировать все гены у каждого вида, определить их последовательность и накопить эту информацию в базах данных. Наряду с разработкой очень сложного программного обеспечения и мощных компьютеров это позволило сравнивать важные последовательности. Это сравнение дало много интересных результатов, одним из наиболее важных из которых (рис. 6) является открытие того, что человеческий вид имеет примерно 50% общих генов с генами нематоды Caenorabditis elegans и около 60% с плодовой мухой Drosophila.Это наблюдение является полезным напоминанием о нашем биологическом происхождении, которое мы разделяем с остальными животными. Естественно, это отражено в ДНК, которая является общей эволюционной записью, связывающей всех нас.

Рисунок 6 . Сравнение некоторых важных геномов.

Изучение болезней человека на модельных организмах

Высокая степень генетического сходства между упомянутыми видами и фактически во всем царстве животных не только подтверждает существование явления эволюции; это также имеет большое значение для изучения биологии и патологии человека.Поскольку у нас так много общих генов с такими организмами, как дрозофила, многие аспекты биологии и болезней человека можно изучать на мухах без экспериментальных и этических ограничений, накладываемых человеческим материалом. Философия, лежащая в основе этого, заключается в том, что большая часть знаний, полученных при работе с дрозофилой, также применима к нам. Как мы видели выше, изучение Hox-генов мух проливает очень важный свет на функцию тех же самых генов у нашего собственного вида.

Что касается патологических процессов, последние оценки показывают, что 75 процентов генов, связанных с болезнями человека, присутствуют у дрозофилы.Это делает его чрезвычайно важным источником информации для базовых знаний о болезнях человека. В настоящее время многочисленные лаборатории по всему миру используют дрозофилу как организм для изучения таких патологий, как рак, болезнь Альцгеймера, атаксия и так далее. Одним из примеров такого подхода являются эксперименты, направленные на индукцию молекулярного синдрома Альцгеймера у дрозофилы. Отложения белка, амилоида (Aß), в нейронах характерны для этого заболевания. Патологическая форма содержит 42 аминокислоты вместо 40 и образует агрегаты, называемые амилоидными бляшками.Технология дрозофилы позволяет вызывать это заболевание в глазах и мозге мухи и изучать его эволюцию. Можно произвести сотни особей и протестировать большое количество возможных лекарств или соединений, препятствующих развитию болезни. Эти опыты позволили идентифицировать препарат (конго красный), который значительно смягчает действие этой болезни у мух. Хотя препарат токсичен для человека и не может быть использован для лечения болезни, он ясно указывает на потенциал этого типа технологий.Эксперименты такого рода уже выявили различные препараты, направленные на лечение рака и других дегенеративных процессов.

Можно ли изменить продолжительность человеческой жизни?

Чрезвычайно высокая степень сохранности фундаментальных биологических явлений во всем животном мире позволяет нам размышлять о возможности манипулирования процессами, еще совсем недавно считавшимися недоступными для человеческого вмешательства. Одной из фундаментальных парадигм человеческого общества и культуры является представление о том, что старение и смерть являются неизбежными биологическими процессами.Предполагается, что существует внутреннее программирование, устанавливающее максимальную продолжительность жизни представителей каждого вида в относительно узком диапазоне.

В двадцатом веке средняя продолжительность жизни человека значительно увеличилась, главным образом, благодаря улучшению условий жизни, гигиены и прогресса медицины. Тем не менее, предполагаемая максимальная продолжительность жизни составляет около 120-125 лет. Можно ли превысить этот предел? Этому вопросу уделялось значительное внимание в международных научных журналах (Nature 458, 2008, 1065-1071), главным образом из-за недавних открытий, непосредственно связанных с генетическим программированием продолжительности жизни.

Фундаментальным фактом является то, что как у червя-нематоды Caenorhabditis elegans, так и у мухи Drosophila были идентифицированы различные гены, функция которых непосредственно связана с программой старения этих видов. Учитывая легкость, с которой этими организмами можно генетически манипулировать, стало возможным существенно продлить жизнь особей этих видов. В случае с нематодами продолжительность жизни удалось увеличить в шесть или даже в семь раз. Если бы это было экстраполировано на человеческий вид, то средняя продолжительность жизни человека составила бы около 350 лет, а некоторые люди прожили бы более полутысячелетия.

Что важно в этих открытиях, так это то, что гены старения, идентифицированные у червя-нематоды и у дрозофилы, также присутствуют у человека. Наиболее изученный из этих генов, названный DAF-16 у червей и FOXO у дрозофилы и человека, связан с инсулиновым путем, и некоторые из вариантных форм FOXO, по-видимому, особенно часто встречаются у людей старше ста лет. Мутации человеческого вида, влияющие на активность инсулинового пути, также были обнаружены у лиц старше ста лет.Был клонирован DAF-16/FOXO, и были созданы генетически модифицированные черви, у которых изменения уровней функций этого гена приводят к изменениям, которые удваивают продолжительность жизни этих червей. Тот факт, что такие результаты могут быть получены путем изменения всего одного гена, иллюстрирует потенциал таких методов. Как мы упоминали выше, этот ген присутствует у нашего собственного вида, что предполагает возможность того, что его манипуляции могут быть использованы для изменения продолжительности жизни людей.

Будущая эволюция человеческого вида: технологический человек

В заключение я хотел бы кратко остановиться на эволюции жизни на нашей планете и жизни человечества.Жизнь на нашей планете зародилась примерно от 2000 до 3000 миллионов лет назад. Двулатеральные животные, животные, которые существуют сегодня, появились около 540 миллионов лет назад. Примерно от 100 000 до 200 000 лет назад дарвиновский отбор привел к тому, что человеческий вид, наряду со многими миллионами других, выжил или вымер. Однако интеллектуальное и технологическое развитие нашего вида сделало его особенно невосприимчивым к процессу естественного отбора. В результате обычные законы эволюции практически не влияют на нас в наши дни.

Человеческая цивилизация зародилась около 10 000 лет назад, а технологическое развитие около 200 лет назад. Технологии ДНК около 25 лет. Эта технология развивалась чрезвычайно быстро, что привело к очень мощным методам манипуляции. Короче говоря, проводник эволюции, ДНК, модифицируется непосредственно человеческим вмешательством. Эти методы, хотя и очень грубые, используются на экспериментальных животных — мухах, мышах, червях и т. д. — большое генетическое сходство которых с нами указывает на то, что недалек тот день, когда их можно будет применить к человеческому роду.Эти методы обладают огромным потенциалом, особенно если учесть, что они появились всего двадцать пять лет назад. Невозможно представить, чего они смогут добиться еще через пятьдесят лет, не говоря уже о 500 или 5000. Человеческий вид сможет генетически модифицировать себя контролируемым образом. Эта перспектива предлагает огромные возможности для определения нашего собственного биологического будущего и эволюции. Технология ДНК предлагает новую социальную парадигму и сможет полностью изменить саму сущность человека.

Значение проекта генома человека для медицинской науки | Генетика и геномика | ДЖАМА

2000 год ознаменовал начало нового тысячелетия и объявление что большая часть человеческого генома была секвенирована. Осталось много работы понять, как эта «инструкция по биологии человека» выполняет свою множество функций. Но последствия для медицинской практики скорее всего будут глубокими.Генетическое прогнозирование индивидуальных рисков заболеваний и восприимчивость к лекарствам станет мейнстримом медицины в следующем десятилетие или около того. Разработка дизайнерских лекарств на основе геномного подхода к нацеливанию на молекулярные пути, которые нарушены при болезни, последует вскоре после. Потенциальное неправомерное использование генетической информации, такое как дискриминация при получении медицинской страховки и на рабочем месте необходимо будет иметь дело с быстро и эффективно. Геномная медицина сулит большие надежды произвел революцию в диагностике и лечении многих болезней.

До недавнего времени многие врачи и другие медицинские работники считал медицинскую генетику прерогативой специалистов третичного уровня медицинских центров, которые тратили свое время на оценку необычных случаев менделевской заболевания, синдромы врожденных дефектов или хромосомные аномалии. спросил ли генетика была частью их повседневной практики, большинство практикующих врачей сказал бы нет. Это все скоро изменится.

Безусловно, у детей встречается множество заболеваний. и взрослые, которые имеют сильную, даже преобладающую, генетическую основу.постоянно в обновленном онлайн-менделевском наследовании у человека (OMIM) перечислены многие тысячи такие условия, ¹ , но предлагает слишком узкий Взгляд на вклад генетики в медицину. За исключением некоторых случаев травмы, справедливо будет сказать, что практически каждая человеческая болезнь имеет наследственную компонент. ² В то время как распространенные заболевания, такие как сахарный диабет, болезни сердца, рак и основные психические заболевания, не следуют менделевским моделям наследования, имеется достаточно доказательств исследования близнецов и родословных на протяжении многих десятилетий показывают, что все эти расстройства имеют важные наследственные влияния.В самом деле, для многих распространенных заболеваний В развитых странах самым сильным предиктором риска является семейный анамнез.

Роль наследственности в большинстве болезней, таким образом, сама по себе не является новым открытием. Но в прошлом считалось маловероятным, что с этим можно что-то сделать. информацию, кроме как для руководства медицинским наблюдением, основанным на тщательном семейном сбор истории. Сейчас происходят кардинальные изменения, и вполне вероятно, что молекулярная Вскоре будет раскрыта основа этих наследственных влияний на распространенные болезни.Хотя в среднем количественный вклад наследственности в этиологический характеристики таких заболеваний, как сахарный диабет или гипертония, могут быть скромный, раскрытие путей, участвующих в патогенезе болезни, будет иметь широкие последствия, указывающие также на возможные экологические триггеры. Последствия для диагностики, профилактической медицины и терапии будут быть глубоким.

Генетика в 20 веке

Весной 1900 г. 3 разных исследователя заново открыли менделевскую законы. ³ С признанием Гарродом их применения к врожденным ошибкам метаболизма человека, наука о генетике человека приобрела фундамент. Но спустя полвека Уотсону и Крику оставалось раскрыть химическую основу наследственности, выяснив их двойную спиральная структура ДНК. ⁴ Роль РНК как мессенджер и генетический код, который позволяет транслировать РНК в белок возникли в течение следующих 15 лет. За этим последовало появление рекомбинантных Технология ДНК в 1970-х годах, позволяющая получать чистые препараты. определенного сегмента ДНК.Однако секвенирование ДНК было затруднено до тех пор, пока Сэнгер и Гилберт независимо разработали методы секвенирования ДНК в 1977 году. ^{5 ,6} дидезокси-метод для секвенирования ДНК остается основной технологией, на которой Генетическая революция строится, хотя и с большими достижениями в области автоматизации. анализа, проведенного за последние 15 лет.)

Использование вариабельных ДНК-маркеров для анализа сцепления заболеваний человека была сформулирована в 1980 г. ⁷ Картирование заболеваний связи ранее были строго ограничены относительно небольшим числом используемых белковых маркеров, таких как группы крови. Представление о том, что любой менделевец расстройство может быть нанесено на карту участка хромосомы, поразившего воображение генетики. Ранний и ошеломляющий успех этого подхода — картирование ген болезни Гентингтона в 4-ю хромосому в 1983 году придал уверенности к этому авантюрному новому подходу. ⁸ Но доказана трудность перехода от сцепленного маркера к реальному очагу болезни. глубоко трудно.Потребовались годы работы, чтобы нанести на карту регион-кандидат и поиск потенциальных генов-кандидатов, и многие исследователи в 1980-х гг. стремился к более систематическому подходу к геному.

В то же время потенциальные достижения в технологии картирования и секвенирования руководил некоторыми научными руководителями, особенно в Министерстве энергетики США, предложить возможность организованных усилий по секвенированию всего человеческого геном. В конце 1980-х годов по поводу таких предложений разгорелось много споров. многие в научном сообществе глубоко обеспокоены тем, что это технологически невозможно и, вероятно, поглотит огромное количество средств, которые могут быть взяты вдали от других более продуктивных исследований, основанных на гипотезах.Но с сильным поддержка коллегии Национальной академии наук, ⁹ и энтузиазм нескольких лидеров в Конгрессе США, Проект генома человека (HGP) была инициирована в Соединенных Штатах Национальным институтом здравоохранения. и Министерство энергетики в 1990 г. ¹⁰

С самого начала было понятно, что подробный набор планов и этапов было бы необходимо для проекта такого масштаба.Технология переноски фактическое крупномасштабное секвенирование не продвинулось до такой степени, чтобы можно было чтобы разобраться с 3 миллиардами пар оснований человеческого генома в 1990 г. необходимые карты генома в наличии, чтобы обеспечить основу для этих усилий.

Под руководством Джеймса Уотсона было принято решение сосредоточить первую 5 лет ГГП на разработку генетической и физической карт геном человека, который сам по себе представляет большую ценность для ученых, занимающихся поиском для генов болезней.HGP также занималась картированием и определением последовательности более простых модельные организмы, такие как бактерии, дрожжи, аскариды и плодовые мушки. ^{9 -12} Значительная были вложены средства в совершенствование техники. Пожалуй, самая необычная особенность для предприятия фундаментальной науки от 3% до 5% бюджета было выделено на начало исследования этических, правовых и социальных последствий это ожидаемое ускорение в получении генетической информации о нашем виде. ¹⁰ В прошлом этический, правовой и социальный анализ последствий научной революции часто относили к другим группы вне научного мейнстрима или бездействовали до тех пор, пока не развился кризис. На этот раз целью было вдохновить когорту специалистов по этике, социологов, ученых-правоведов, теологов и других для решения грядущих дилемм, связанных с расширенными знаниями о геноме, от социальной и правовой дискриминации на основе генетики к более философским вопросам, таким как генетический детерминизм.

HGP с самого начала была международной. Хотя Соединенные Государства сделали крупнейшие инвестиции, был сделан важный вклад многими странами, включая Великобританию, Францию, Германию, Японию, Китай и Канаду. Первоначальный план ⁹ предусматривал завершение последовательность генома человека к 2005 году, хотя было ограничено уверенность в том, что эта цель может быть достигнута. Но один за другим промежуточный вехи были достигнуты.HGP с самого начала согласилась выпустить все карту и данные о последовательности в общественное достояние. Наличие генетических и физические карты привели к значительному ускорению успешной идентификации генов, участвующих в нарушениях одного гена; в то время как менее 10 таких генов были идентифицированы позиционным клонированием в 1990 году, это число выросло до более более 100 к 1997 г. ¹³

К 1996 году было проведено полное секвенирование нескольких видов бактерий и дрожжей. привели к выводу, что пришло время попытаться секвенировать ДНК человека на пилотный масштаб.Внедрение инструментов для капиллярного секвенирования и создание компании в частном секторе, обещающей секвенировать человеческий геном в прибыльных целях придал дополнительный импульс усилиям. К 1999 г. уверенность собралась, что получение большей части последовательности Можно попытаться исследовать 3 миллиарда пар оснований генома человека. В июне 2000 г. как частная компания, так и международный общественный консорциум по секвенированию объявила о завершении «рабочих проектов» последовательности генома человека.

Хотя рабочий проект человеческой последовательности представляет собой важную веху, предстоит проделать огромный объем дополнительной работы, чтобы понять его функции.

Необходимо завершить анализ последовательности, закрыв пробелы и разрешение неясностей. Этот процесс отделки уже завершен для хромосом 21 ¹⁴ и 22 ¹⁵ и будет проводиться для остатка генома в течение следующих 2 годы.

Геномы других организмов также должны быть секвенированы. Наверное самый мощный инструмент для идентификации кодирующих экзонов, а также регуляторных областей, представляет собой сравнение последовательности в разных геномах. Для этого С этой целью уже проведено полномасштабное секвенирование генома лабораторной мыши. было начато, и секвенирование геномов крыс и рыбок данио не будет быть далеко позади. Как в государственном, так и в частном секторах серьезное внимание отдается секвенированию геномов других крупных позвоночных, в том числе свинья, собака, корова и шимпанзе.

Предпринимаются интенсивные усилия по составлению каталога человеческих вариаций. В то время как последовательности ДНК человека идентичны друг другу на 99,9%, 0,1% вариации Ожидается, что это даст много ключей к разгадке генетического риска распространенных заболеваний. ¹⁶ Создано государственно-частное партнерство для строительства этот каталог вариантов как можно быстрее и выявил более 2 миллиона таких однонуклеотидных полиморфизмов. Особый интерес являются те общие варианты, которые влияют на функцию гена.

Разрабатывается мощный набор технологий для изучения экспрессии генов. разработаны и исследованы. ¹⁷ Эти методики, которые позволяют анализировать транскрипцию до 10 000 генов в одном эксперименте позволяют исследовать различия, возникающие между различными типами тканей и изучить изменения в этом выражении картина во время болезни. Такие анализы уже доказали свою способность выявление подтипов некоторых злокачественных новообразований, идентичных по всем остальным критерии. ¹⁸

Те же стратегии крупномасштабного анализа, которые применялись так эффективно к ДНК и РНК также применяются к белкам, чтобы охарактеризовать их структуру, количество, расположение в клетке, посттрансляционные модификации и взаимодействие партнеры. ¹⁹

С появлением этих очень больших баз данных информации о последовательности, изменчивость и выражение, область вычислительной биологии появляется как критически важные для будущего.Эффективные методы сортировки и анализа данные потребуются для извлечения биологически значимой информации из множество данных.

Программа исследования этических, правовых и социальных последствий уже способствовало осознанию необходимости вмешательства, особенно в областях неприкосновенность частной жизни, генетическая дискриминация, руководящие принципы для исследований и образования, а также теперь фокусируется на социальных последствиях увеличения объема информации о людях. вариации как в медицинских, так и в немедицинских ситуациях.(Рисунок А)

21 век: важнейшие элементы программы медицинских исследований

Получение последовательности генома человека – это конец начала. Как сказал Кнопперс, «по мере увеличения радиуса знания окружность неизвестного увеличивается еще больше» (Барта Кнопперс, личное сообщение).Чтобы в полной мере влияние достижений генетики ощущалось на практике медицине необходимо решить серьезные проблемы.

Информация о последовательности генома человека и его вариантах должна быть применяется для выявления конкретных генов, которые играют важную роль в наследственный вклад в общее заболевание. Это будет непростой задачей. Для такого заболевания, как сахарный диабет, задействовано от 5 до 10 (а может и больше) генов. вовлечены, каждый из которых таит в себе вариант, придающий умеренную степень повышенного риск.Эти варианты взаимодействуют друг с другом и с окружающей средой в сложных способами, что делает их идентификацию на порядки более сложной, чем для дефектов одного гена. Тем не менее, при сочетании тщательного фенотипирования (чтобы различные расстройства не были непреднамеренно свалены в одну кучу) и отбор проб генетические варианты с высокой плотностью по всему геному, должно быть возможно определить ассоциации генов болезней для многих распространенных заболеваний в следующем от 5 до 7 лет. ^{2 ,16} Не следует недооценивать, однако, степень сложности клинического исследования что будет необходимо или необходимость разработки более эффективного генотипирования технологий, таких как использование ДНК-чипов или масс-спектрометрии, чтобы сделать это своего рода полногеномное исследование стало реальностью.

Понимание основных путей, участвующих в нормальном гомеостазе человеческого организма должны развиваться вместе с тем, как эти пути ненормальный в болезни.Идентификация каждого гена, который таит в себе высокий риск вариант укажет на критический путь для этой болезни. Многие из тех станет неожиданностью, поскольку нынешнее молекулярное понимание большинства распространенные заболевания довольно ограничены.

Потребуется разработка и применение эффективных, крупномасштабных методов к разработке низкомолекулярных препаратов для модуляции путей, связанных с заболеванием в желаемом направлении. Фармацевтическая промышленность набирает обороты за эту возможность, и большинство компаний теперь ожидают, что большинство будущих разработка лекарств будет исходить из области геномики.С приложением методов, которые систематически комбинируют химические компоненты в лекарства и анализов больших объемов на эффективность, ожидается, что соединения могут быть эффективно определили, что блокируют или стимулируют определенный путь. Отрадное недавнее Примером может служить разработка препарата СТИ-571, который был предназначен для блокирования киназная активность киназы bcr-abl. ²⁰ Этот белок образуется в результате транслокации между хромосомами. 9 и 22, хромосомная перестройка, характерная для центрального к этиологии хронического миелогенного лейкоза.STI-571 блокирует способность киназы bcr-abl фосфорилировать ее неизвестный субстрат и демонстрирует резкое результаты ранних клинических испытаний на пациентах с далеко зашедшим хроническим миелогенным лейкемия.

Наряду с разработкой новых лекарств геномика также предоставит возможности для прогнозирования реакции на медикаментозное вмешательство, поскольку вариации в этих Ответы часто объясняются генетическими особенностями человека. Были идентифицированы примеры, когда распространенные варианты в генах, участвующих в метаболизм или действие лекарств связаны с вероятностью хорошего или плохой ответ.Ожидается, что такие корреляции будут найдены для многие лекарства в течение следующих 10 лет, в том числе агенты, которые уже находятся на рынок. Эта область фармакогеномики обещает индивидуализировать назначение лекарств. практики. ²¹

Область генной терапии, пережившая серию разочарований за последние несколько лет, особенно со смертью добровольца в гене испытания терапии осенью 1999 года, вернулся к борьбе с основными научные вопросы поиска оптимальных методов доставки генов. ²² В то время как оптимизм начала 1990-х годов относительно быстрого решения длинный список медицинских проблем, вероятно, никогда не был полностью оправдан, вероятно, что разработка более безопасных и эффективных переносчиков обеспечит значительное Роль генной терапии в лечении некоторых заболеваний. Там уже есть были многообещающие сообщения о применении генной терапии для гемофилии B ²³ и тяжелого комбинированного иммунодефицита. ²⁴

Генетика в мейнстриме медицины

Возможности молекулярно-генетического подхода для ответа на вопросы в исследовательской лаборатории будет катализировать аналогичную трансформацию клинических медицины, хотя это будет происходить постепенно в течение следующих 25 лет. годы (Рисунок 1).

Ожидается, что к 2010 году прогностические генетические тесты быть доступным для целых дюжины общих условий, что позволяет людям которые хотят знать эту информацию, чтобы узнать их индивидуальную восприимчивость и предпринять шаги для снижения тех рисков, для которых вмешательства являются или будут быть доступным. Такие вмешательства могут принимать форму медицинского наблюдения, изменение образа жизни, диета или лекарственная терапия. Идентификация лиц с самым высоким риском рака толстой кишки, например, может привести к целенаправленным усилиям для проведения колоноскопического скрининга этим лицам, с вероятностью предотвращения многих преждевременных смертей.

Прогностические генетические тесты станут применяться в первую очередь в ситуациях когда у людей есть сильный семейный анамнез определенного состояния; действительно, такое тестирование уже доступно для нескольких условий, таких как рак молочной железы и толстой кишки. Но с увеличением генетической информации об общих заболеваний, этот вид оценки риска станет более доступным, и многие клиницисты первичной медико-санитарной помощи станут практиками геномной медицины, необходимость объяснять сложную статистическую информацию о риске здоровым людям которые стремятся повысить свои шансы на выздоровление.Это потребует значительный прогресс в понимании генетики широким кругом клиницистов. ²⁵ Национальная коалиция профессионального образования в области здравоохранения в генетике, зонтичная группа врачей, медсестер и других клиницистов, организовал, чтобы помочь подготовиться к этой грядущей эре.

Еще одним важным шагом является принятие действующего федерального законодательства запретить использование прогностической генетической информации на рабочем месте и в получение медицинской страховки. ^{26 ,27} Многочисленные опросы показали, что общественность глубоко обеспокоена потенциал для дискриминации, и некоторые люди отказались от приобретения генетическую информацию о себе, так как гарантии в настоящее время не могут быть предоставлено о дискриминационном неправомерном использовании информации. Хотя более чем 2 десятка штатов приняли какие-то меры по этому поводу, лоскутное одеяло разных уровень защиты в Соединенных Штатах не является удовлетворительным, и это Острая проблема должна эффективно решаться на федеральном уровне.

К 2020 году влияние генетики на медицину станет еще более распространенным. Фармакогеномный подход к прогнозированию лекарственной чувствительности будет стандартным. Практика для целого ряда заболеваний и наркотиков. Новый генный «конструктор» препараты» будут выведены на рынок от сахарного диабета, гипертонии, психические заболевания и многие другие состояния. Улучшенная диагностика и лечение рака, вероятно, будет наиболее выраженным клиническим последствием генетики, поскольку уже собрано огромное количество молекулярной информации. о генетической основе малигнизации.К 2020 году, вероятно, каждая опухоль будут определены точные молекулярные отпечатки пальцев, каталогизированные гены которые пошли наперекосяк, и терапия будет индивидуально нацелена на этот отпечаток пальца.

Несмотря на эти захватывающие прогнозы, также будет существовать определенная напряженность. Доступ к медицинскому обслуживанию, который уже является серьезной проблемой в Соединенных Штатах, усложнить эти новые достижения, если только наши системы медицинского обслуживания существенно не изменятся. способы. Антитехнологические движения, уже активные в Соединенных Штатах и ​​других странах, вероятно, будут набирать обороты по мере того, как фокус генетики будет смещаться еще интенсивнее. на себя.Хотя преимущества генетической медицины будут значительными, будут те, кто считает это продвижение неестественным и опасным. Усилия в государственном образовании необходимо начать сейчас, чтобы объяснить потенциальные выгоды и быть честным о рисках.

В заключение, это время кардинальных изменений в медицине. Как мы переступить порог нового тысячелетия, мы одновременно перешагнем порог в эпоху, когда последовательность генома человека в значительной степени известна.Мы должны совершить себя изучить применение этих мощных инструментов для облегчения человеческих страданий, мандат, который лежит в основе всей медицины. В то же время, мы должны помнить о большой возможности непонимания в этом быстро развивающаяся область и убедитесь, что продвижение социального повестка дня генетики не менее энергична, чем повестка медицины.

2.Коллинз Ф.С. Лекция Шаттака: медицинские и социальные последствия генома человека Проект. N Engl J Med. 1999;341:28-37.Google Scholar3.

Хениг RM. Монах в саду . Нью-Йорк, штат Нью-Йорк: Хоутон Миффлин; 2000.

4.Watson JD, Crick FHC. Молекулярная структура нуклеиновых кислот.  Природа. 1953;171:737-738.Google Scholar5.Sanger F, Nicklen S, Coulson AR. Секвенирование ДНК с помощью ингибиторов обрыва цепи.  Proc Natl Acad Sci U S A. 1977;74:5463-5467.Google Scholar6.Maxam AM, Gilbert W. Новый метод секвенирования ДНК. Proc Natl Acad Sci U S A. 1977;74:560-564.Google Scholar7.Ботштейн Д., Уайт Р.Л., Сколник М., Дэвис Р.В. Построение карты генетического сцепления у человека с использованием фрагмента рестрикции полиморфизм длины.  Am J Hum Genet. 1980;32:314-331.Google Scholar8.Gusella JF, Wexler NS, Conneally PM. и другие. Полиморфный маркер ДНК, генетически связанный с болезнью Гентингтона.  Природа. 1983;306:234-238.Google Scholar9.

Национальный исследовательский совет, Комитет по картированию и секвенированию Человеческий геном. Картирование и секвенирование генома человека . Вашингтон, округ Колумбия: Издательство Национальной академии; 2000.

10.

Министерство здравоохранения и социальных служб США и Министерство энергетики. Понимание нашего генетического наследия. США Человек Геномный проект: первые пять лет.  Вашингтон, округ Колумбия: Министерство здравоохранения и социальных служб США; 1990.

11. Коллинз Ф.С., Галас Д. Новый пятилетний план американского проекта по изучению генома человека.  Наука. 1993;262:43-46.Google Scholar12.Коллинз Ф.С., Патринос А., Джордан Э., Чакраварти А., Гестеланд Р., Уолтерс Л.Р. Новые цели американского проекта генома человека: 1998–2003 гг.  Наука. 1998;282:682-689.Google Scholar13.Collins FS. Позиционное клонирование переходит от пердиционального к традиционному. Нат Жене. 1995;9:347-350.Google Scholar14.Хаттори М., Фудзияма А., Тейлор ТД. и другие. Последовательность ДНК хромосомы 21 человека. Природа. 2000;405:311-319.Google Scholar15.Dunham I, Shimizu N, Roe BA. и другие. Последовательность ДНК 22 хромосомы человека.  Природа. 1999;402:489-495.Google Scholar16.Коллинз Ф.С., Гайер М.С., Чакраварти А. Вариации на тему: каталогизация вариаций последовательности ДНК человека.  Наука. 1997;278:1580-1581.Google Scholar17.Lockhart DJ, Winzeler EA. Геномика, экспрессия генов и массивы ДНК.  Природа. 2000;405:827-836.Google Scholar18.Биттнер М., Мельцер П., Чен Ю. и другие. Молекулярная классификация злокачественной меланомы кожи по экспрессии генов профилирование.  Природа. 2000;406:536-540.Google Scholar19. Пандей А., Манн М. Протеомика для изучения генов и геномов.  Природа. 2000;405:837-846.Google Scholar20.Druker BJ, Lydon NB. Уроки, извлеченные из разработки ингибитора abl тирозинкиназы при хроническом миелогенном лейкозе. J Clin Invest. 2000;105:3-7.Google Scholar21.Roses AD. Фармакогенетика и практика медицины.  Природа. 2000;405:857-865.Google Scholar23.Kay MA, Manno CS, Ragni MV. и другие. Доказательства переноса генов и экспрессии фактора IX при гемофилии B пациентов, получавших лечение вектором AAV. Нат Жене. 2000;24:257-261.Google Scholar24.Cavazzana-Calvo M, Hacein-Bey S, de Saint Basile G. и другие. Генная терапия тяжелого комбинированного иммунодефицита человека (SCID)-X1.  Наука. 2000;288:669-672.Google Scholar25.Collins FS. Подготовка медицинских работников к генетической революции. ЯМА. 1997;278:1285-1286.Google Scholar26.Hudson KL, Rothenberg KH, Andrews LB, Kahn MJE, Collins FS. Генетическая дискриминация и медицинское страхование: настоятельная необходимость реформ. Наука. 1995;270:391-393.Google Scholar27.Ротенберг К., Фуллер Б., Ротштейн М. и другие. Генетическая информация и рабочее место: законодательные подходы и политика проблемы.  Наука. 1997; 275:1755-1757.Google Scholar

Нерассказанная история «круга доверия», стоящего за первыми в мире младенцами с отредактированными генами | Наука

Этот рассказ, один из серии, был поддержан Пулитцеровским центром.

10 июня 2017 года, в солнечную и жаркую субботу в Шэньчжэне, Китай, две пары пришли в Южный университет науки и технологий (SUSTech), чтобы обсудить, будут ли они участвовать в медицинском эксперименте, который ни один исследователь никогда не осмеливался проводить.Китайские пары, у которых были проблемы с фертильностью, собрались вокруг стола для переговоров, чтобы встретиться с Хэ Цзянькуй, биофизиком SUSTech. Тогда 33-летний Хэ (произносится как «ХЭ») пользовался растущей репутацией в Китае как ученый-предприниматель, но был мало известен за пределами страны. «Мы хотим сказать вам несколько серьезных вещей, которые могут напугать», — сказал Хе, подтянутый за годы игры в футбол и одетый в серую рубашку с воротником и небрежно расстегнутыми манжетами.

Он просто имел в виду стандартные процедуры экстракорпорального оплодотворения (ЭКО).Но по мере того, как обсуждение продолжалось, Хе и его постдоктор проводили пары через формы информированного согласия, в которых описывалось то, что многие специалисты по этике и ученые считают гораздо более пугающим предложением. Семнадцать месяцев спустя эксперимент вызвал международную полемику, и мировое научное сообщество отвергло его. Скандал стоил ему должности в университете и руководства основанной им биотехнологической компанией. В комментариях Хэ, который также известен под прозвищем JK, назван «жуликом», «китайским Франкенштейном» и «невероятно аморальным».”

Но в тот день в конференц-зале его репутация осталась незапятнанной. Пока пары слушали и пролистывали формы, время от времени задавая вопросы, двое свидетелей — один американец, другой китаец — наблюдали. Другой член лаборатории снял часть 50-минутной встречи на видео, которое видел Science . Он набрал эти пары, потому что их мужья жили с ВИЧ-инфекцией, контролируемой противовирусными препаратами. Процедура ЭКО будет использовать надежный процесс, называемый промывкой спермы, для удаления вируса перед осеменением, поэтому передача вируса от отца к ребенку не вызывает беспокойства.Скорее, Он искал пары, которые пережили стигматизацию и дискриминацию, связанные с ВИЧ, и хотели избавить своих детей от этой участи, резко снизив риск заражения.

Он, который на протяжении большей части своей короткой карьеры специализировался на секвенировании ДНК, предложил потенциальное решение: CRISPR, инструмент редактирования генома, который произвел революцию в биологии, мог изменить ген в эмбрионах ЭКО, чтобы парализовать выработку поверхностного белка иммунной клетки, CCR5, который ВИЧ использует для установления инфекции.«Этот метод может быть в состоянии произвести ребенка ЭКО, естественно иммунизированного против СПИДа», — говорится в одной из форм согласия.

Дети супружеских пар также могут передать защитную мутацию будущим поколениям. Перспектива этого необратимого генетического изменения является причиной того, что с момента появления CRISPR в качестве редактора генома 5 лет назад редактирование человеческих эмбрионов, яйцеклеток или сперматозоидов вызывает горячие споры. Основной вопрос заключается в том, не переступит ли такое редактирование зародышевой линии этическую красную черту, потому что оно может в конечном итоге изменить наш вид.Правила, некоторые с мягким языком, возможно, запрещали это во многих странах, включая Китай.

Однако оппозиция не была единодушной. За несколько месяцев до того, как он встретил пары, комитет, созванный Национальной академией наук, инженерии и медицины США (NASEM), в широко разрекламированном отчете пришел к выводу, что испытания редактирования зародышевой линии на людях «могут быть разрешены», если будут соблюдены строгие критерии. . Группа ученых, юристов, специалистов по биоэтике и защитников прав пациентов изложила нормативно-правовую базу, но предупредила, что «эти критерии обязательно расплывчаты», потому что разные общества, лица, осуществляющие уход, и пациенты будут относиться к ним по-разному.В частности, комитет не призывал к международному запрету, вместо этого приводя доводы в пользу государственного регулирования, которое каждая страна считает целесообразным, и «добровольного саморегулирования в соответствии с профессиональными принципами».

Вернувшись в Шэньчжэнь, обе пары согласились стать волонтерами. Его исследование было начато, и в него должны были быть включены еще шесть пар. Это продолжалось тихо, пока в конце ноября 2018 года, за несколько дней до второго международного саммита по редактированию генома в Гонконге, Китай, не появилась новость о том, что пара, участвовавшая в испытании, родила девочек-близнецов, которые были отредактированы в эмбрионах.Ученые и специалисты по этике подвергли Хе медицинскому обоснованию эксперимента критику и опасались, что он излишне подвергает девочек риску. И люди в этой области столкнулись с неприятной правдой: правила и попытки научного сообщества контролировать возможности CRISPR потерпели неудачу.

Ученый-изгой?

Не потому ли, что Он скрывал свои планы и обманывал коллег и начальство, как утверждают многие? Предварительное расследование в Китае показало, что Он подделывал документы, «уклонялся от надзора» и искажал анализы крови, хотя никаких доказательств этих обвинений не было обнародовано, посторонние лица не участвовали в расследовании, и Он публично не признавал никаких нарушений.(Ученые CRISPR в Китае говорят, что последствия Хе повлияли на их исследования.) Многие ученые за пределами Китая также изображали Хе как мошенника. «Я думаю, что научное сообщество потерпело неудачу в саморегулировании из-за отсутствия прозрачности», — вирусолог Дэвид Балтимор, лауреат Нобелевской премии, исследователь Калифорнийского технологического института (Калифорнийский технологический институт) в Пасадене и сопредседатель Гонконгский саммит, прогремел в Хэ после единственного публичного выступления биофизика об эксперименте.

Лауреат Нобелевской премии Дэвид Балтимор (в центре справа) резко осудил эксперимент Хэ Цзянькуя на саммите по редактированию генома в Гонконге, Китай.

ISAAC LAWRENCE/AFP/Getty Images

Поскольку китайское правительство мало что рассказало, а Он не говорит, трудно ответить на ключевые вопросы о его действиях. Многие из его коллег и доверенных лиц также проигнорировали просьбы Science об интервью. Но Райан Феррелл, нанятый Им специалист по связям с общественностью, составил список пяти десятков человек, которые не участвовали в исследовании, но знали или подозревали, что Он делает, до того, как это стало достоянием общественности. Феррелл называет это кругом доверия.

В этот круг входили ведущие ученые — в том числе лауреат Нобелевской премии — в Китае и США, руководители предприятий, предприниматель, связанный с венчурными капиталистами, авторы отчета NASEM, неоднозначный представитель У.С. специалист по ЭКО, который обсуждал с Хе открытие клиники редактирования генов, и по крайней мере один китайский политик. «У него было ужасно много людей, которых можно было назвать «мошенником», — говорит генетик Джордж Черч, пионер CRISPR в Гарвардском университете, который не входил в круг доверия и является одним из немногих ученых, защищающих по крайней мере некоторые аспекты Он эксперимент.

Некоторые люди резко критиковали Его, когда Он приводил их в круг; другие, кажется, приветствовали его планы или ничего не сделали. Некоторые изо всех сил старались дистанцироваться от Хе после того, как разразился фурор.Например, двумя зрителями на этой встрече по информированному согласию были Майкл Дим, доктор философии. советник Университета Райса в Хьюстоне, штат Техас, и Ю Цзюнь, член Китайской академии наук (CAS) и соучредитель Пекинского института геномики, знаменитой компании по секвенированию ДНК в Шэньчжэне. Дим остается под следствием Райс за его роль в эксперименте и не будет разговаривать с Science . В тщательно сформулированном заявлении адвокаты Дима позже заявили, что он «не встречался с родителями детей, о которых сообщалось, что CCR5 -отредактированы, или с кем-либо еще, чьи эмбрионы были отредактированы.Но ранее Дим сотрудничал с Associated Press (AP) для его эксклюзивной истории, раскрывающей рождение младенцев, в которой сообщалось, что Дим «присутствовал в Китае, когда потенциальные участники дали свое согласие, и что он «абсолютно» считает, что они были в состоянии понимать риски.”

Ю, который работает в Пекинском институте геномики CAS, признает, что присутствовал на встрече с Димом по информированному согласию, но он сказал Science , что не знал, что планировал имплантировать эмбрионы с отредактированными генами.«Мы с Димом болтали о другом», — говорит Ю, секвенировавший геномы человека, риса, шелковичных червей и финиковых пальм. «То, что происходило в комнате, не было моим делом, и это моя личность: если это не мое дело, я обращаю очень мало внимания».

Скриншот из видео, снятого на первой встрече информированного согласия для испытания Хэ Цзянькуя по редактированию эмбрионов, показывает Ю Цзюня (слева) и Майкла Дима, которые сидели за столом напротив Хэ и потенциальных участников.

Некоторые люди, которые знают Его и разговаривали с Наукой , утверждают, что пришло время для более открытого обсуждения того, как биофизик формировал свой круг доверенных лиц и как разрушился более широкий круг доверия — круг доверия между научным сообществом и общественностью. вниз.Биоэтик Уильям Херлбут из Стэнфордского университета в Пало-Альто, Калифорния, который знал, что Хе хочет провести эксперимент по редактированию эмбрионов, и пытался отговорить его, говорит, что многие люди, которые когда-то поддерживали его, «бросили его под автобус». «Все побежали к выходу, как в США, так и в Китае. Я думаю, что всем было бы лучше, если бы они просто открыто признали, что они знали и что они сделали, а затем коллективно сказали: «Ну, люди не знали, что делать». Мы все должны признать, что это незнакомая местность.”

Павлин возвращается домой

Он родился в 1984 году, вырос в деревне в Синьхуа, уезд в провинции Хунань. Согласно сообщениям китайских СМИ, в старших классах его фермерская семья была настолько ограничена в деньгах, что Он неоднократно посещал местный книжный магазин, чтобы прочитать учебник, который он не мог позволить себе купить. «Он все еще показывает много тех корней», — говорит Феррелл. «Его не очень заботят атрибуты богатства. Я не думаю, что это было чем-то, что мотивировало его, кроме того, что деньги могли быть способом добиться перемен.Но к тому времени, как он стал предметом международных новостей, его предпринимательская смекалка, отточенная в Соединенных Штатах, принесла ему богатство — и связи с выдающимися учеными.

Стипендии

помогли ему получить степень бакалавра по физике в Университете науки и технологии Китая в Хэфэе, который явно был создан по образцу Калифорнийского технологического института. В 2007 году, как и многие первоклассные китайские аспиранты, Хе уехал в Соединенные Штаты, присоединившись к лаборатории Дима, чтобы работать над докторской диссертацией. в биофизике. В 2010 году они совместно опубликовали математическую модель в Physical Review Letters , в которой исследовались эволюционные свойства бактериальной иммунной системы CRISPR, которая, по их словам, «начала привлекать большое внимание.В других их работах анализируется мировая торговая сеть, эволюция строения тела животных и генетические последовательности гриппа.

Дим познакомил своего студента со Стивеном Квейком, гуру секвенирования в Стэнфорде, куда он перешел на должность постдока в 2011 году. город Шэньчжэнь. В школе был президент-реформатор, химик Чжу Цинши, глава школы бакалавриата Хэ, который хотел сделать упор на высококачественные исследования, творчество и предпринимательство.Чжу встретился с Хэ во время рекрутингового тура по США. В конце 2011 года в блоге, который он начал на веб-сайте китайских ученых, молодой исследователь объявил, что он, SUSTech и Дим создадут совместную лабораторию для поиска генов, специфичных для болезней, которые контролируют иммунные реакции.

ANASTASIIA SAPON/ THE NEW YORK TIMES /REDUX

При финансовой поддержке Шэньчжэньской программы Peacock Plan, одной из нескольких китайских программ по возвращению исследователей в страну, в 2012 году он открыл магазин в SUSTech.«Щедрость Шэньчжэня в поощрении стартапов, особенно венчурных капиталистов, — что сравнимо с Силиконовой долиной — является главной причиной, которая привлекла меня», — сказал он позже Beijing Review . «Я не профессор в традиционном смысле. Я предпочитаю быть предпринимателем исследовательского типа».

Прибыв в Шэньчжэнь, получив 6 миллионов долларов финансирования стартапа от Peacock Plan, он запустил Direct Genomics, которая лицензировала технологию, изобретенную Quake для секвенирования отдельных молекул ДНК.Фирма Helicos Biosciences, соучредителем которой был Quake для его коммерциализации, в том же году обанкротилась; теперь Он хотел возродить эту технологию с относительно недорогой машиной в качестве инструмента диагностики рака или генетических аномалий в эмбрионах.

Его новая компания заложит основу его круга доверия.

Билл Эфкавич, в то время руководитель отдела исследований и разработок в Helicos, вспоминает энтузиазм Quake по поводу планов He по Direct Genomics. «Билл, у этого есть шанс возродить феникса из пепла», — вспоминает он слова Quake.Эфкавичу, ныне главному научному сотруднику Molecular Assemblies в Сан-Диего, Калифорния, сразу же понравился Хе, которого он описывает как энергичного, чрезвычайно умного, красноречивого и забавного человека. «Он вернул Китаю лучший предпринимательский дух, который есть в США», — говорит Эфкавич. «Я не думал, что [план его компании] был удачным, но у него была страсть к этому».

Эфкавич и Дим присоединились к научному консультативному совету Direct Genomics, как и Ю, китайский ученый-геномист, на совещании по согласию.Согласно релизу компании, Quake тоже. Квейк, который сделал бы только заявление Наука , отрицает свое участие в доске.

JK не собирался смешивать свой интерес к редактированию эмбрионов с Direct Genomics, говорит Феррелл, который тогда работал в HDMZ, пиар-фирме, которую ученый нанял в 2015 году. «Он думал, что это на самом деле нанесет вред бизнесу», — говорит Феррелл. который сам не входил в круг доверия до тех пор, пока не наступила беременность двойней. Но он поделился своими планами со многими учеными, с которыми познакомился благодаря Direct Genomics.

Эфкавич был одним из первых доверенных лиц. Хотя Эфкавич подчеркивает, что он не врач, он сомневается, что любая беременность будет жизнеспособной. Эфкавич также считал, что эксперимент может навредить репутации Хе. «Я спросил его: «Почему вы считаете, что вам нужно идти на такой риск в своей личной карьере?» Quake также знал о планах редактирования эмбрионов на раннем этапе. В своем заявлении Science и в эксклюзивном интервью The New York Times этой весной Квейк сказал, что отговаривает JK от продолжения эксперимента и, когда он увидел, что его бывший постдок игнорирует его совет, предупредил его, чтобы он убедился, что он прошли надлежащие этические и нормативные процессы.«Я определенно не одобряю то, что сделал JK», — сказал в своем заявлении Квейк, который является сопрезидентом Chan Zuckerberg Biohub стоимостью 600 миллионов долларов.

Один из коллег Хэ Цзянькуя работает с человеческим эмбрионом.

MARK SCHIEFELBEIN/AP PHOTO

В апреле 2018 года он сообщил Quake, Efcavitch и нескольким другим лицам, связанным с Direct Genomics, что женщина беременна эмбрионами, отредактированными с помощью CRISPR. «Я втайне надеялся, что лучший результат будет, если он потерпит неудачу», — говорит Эфкавич. «Я думал, что вероятность того, что его демонизируют, намного выше, чем вероятность того, что его прославят.” Землетрясение, The New York Times впервые сообщила и Science подтвердила, отправила ему электронное письмо: “Вау, это настоящее достижение! Надеюсь, она дотянет до срока…»

Другой член научно-консультативного совета компании, лауреат Нобелевской премии Крейг Мелло из Медицинской школы Массачусетского университета в Вустере отреагировал иначе. Мелло рассказал Science , что его попросил проконсультировать для Direct Genomics один из ее основных инвесторов, Ли Вейбо, филантроп из Шэньчжэня, который финансировал институт редких заболеваний и предоставил кафедру в школе Мелло.Когда он прислал новость о беременности по электронной почте, Мелло ответил: «Я рад за вас, но я не хотел бы быть в курсе этого».

Мелло, один из открывших процесс подавления генов, называемый РНК-интерференцией, считал, что модификация CCR5 не отвечает «настоящей неудовлетворенной медицинской потребности», и предупредил Хэ, что эксперимент «рискует здоровье ребенка, которого вы редактируете». .” Мелло также отметил, что это может подорвать заявленную цель Хе. «На самом деле само лечение подпитывает страх перед ВИЧ и стигматизацию, не основанную ни на каких медицинских фактах», — написал Мелло.«Я просто не понимаю, почему ты это делаешь».

Стив Ломбарди, бывший генеральный директор Helicos, отреагировал гораздо более снисходительно. Ломбарди, который ведет консалтинговый бизнес в Бриджуотере, штат Коннектикут, говорит, что Quake познакомил его с Хе, чтобы помочь найти инвесторов для Direct Genomics. «Он ваш классический, невероятно умный, наивный предприниматель — я постоянно сталкиваюсь с ними», — говорит Ломбарди. «У него было правильное чутье на то, что делать в Китае, и он просто не знал, как это сделать. Поэтому я представил его как можно большему количеству людей.Ломбарди говорит, что он рассказал ему о своих амбициях по редактированию эмбрионов в августе 2017 года, спросив, сможет ли Ломбарди найти инвесторов для новой компании, которая занимается «генетическим медицинским туризмом» и базируется в Китае или, из-за потенциально более благоприятного нормативно-правового климата, в Таиланде. “Я все время говорил ему: “Знаешь, ты должен разобраться с этикой этого и быть уверенным, что знаешь, что делаешь””.

В то время Ломбарди считал технологию CRISPR слишком грубой для безопасного редактирования эмбрионов, но он также считал, что такие манипуляции с зародышевой линией неизбежны.И он был заинтригован видением Дж. К. сначала показать, что это работает в CCR5 , а затем перейти к генам, связанным с сердечно-сосудистыми заболеваниями и другими состояниями. Ломбарди поговорил с несколькими потенциальными инвесторами, заинтересованными в предложении JK. «Я бы с удовольствием обратился в эти полдюжины венчурных и частных инвестиционных групп, — говорит Ломбарди. Но в январе 2018 года он отказался от встречи, которую устраивал Ломбарди. «Я просто подумал: «Хорошо, наверное, еще рано, и он, вероятно, хочет произвести фурор», — говорит Ломбарди.«Это был неправильный всплеск, но он его сделал».

В апреле 2018 года он попросил Феррелла полностью посвятить себя работе со СМИ. Феррелл хорошо подходил — у него была степень бакалавра в области неврологии, он провел год в Пекине, изучая китайский язык, и помогал другой компании, используя редактор генома до CRISPR. Феррелл говорит, что теперь, когда женщина, участвовавшая в суде, забеременела, он «осознал серьезность того, что он сделал». У Феррелла были опасения по поводу эксперимента, но он ушел из HDMZ и в августе того же года переехал в Шэньчжэнь.Поскольку беременность уже наступила, Феррелл рассуждал: «Это должно было стать самой большой научной историей за эту неделю или дольше, независимо от того, что я делал».

Хэ Цзянькуй в июле 2017 года в Direct Genomics, компании в Шэньчжэне, Китай, которую он основал после возвращения в страну 5 лет назад.

VCG/Getty Images

Связь с Дудной

Утром 26 ноября 2018 года в Шэньчжэне, за день до начала саммита по редактированию генома в Гонконге, «я был просто в ужасе, ошеломлен», — говорит Феррелл, назвавший эту дату черным понедельником.Младенцы родились за месяц до этого, и Феррелл помог ему составить план обнародования информации через месяц или два после саммита, синхронизировав опубликованную статью с эксклюзивной информацией, предоставленной репортеру AP, с которым Феррелл работал в прошлом. Но схема раскрылась: «Это все было не по плану».

MIT Technology Review рано утром по китайскому времени опубликовал статью, в которой говорилось, что человеческие эмбрионы редактировались и имплантировались после того, как репортер Антонио Регаладо обнаружил описания проекта, которые он разместил в Интернете без ведома Феррелла в ходе официального китайского клинического испытания. реестр.Теперь Он дал AP зеленый свет, чтобы опубликовать подробный отчет, который показал, что родились девочки-близнецы, которых Он, чтобы защитить их имена, назвал Лулу и Нана. Феррелл и Хе также разместили на YouTube пять незаконченных видеороликов, объясняющих и оправдывающих беспрецедентный эксперимент.

«Он боялся, что не сможет общаться с прессой и о нападении так, как это было бы ему под силу, — говорит Феррелл. Одно видео пыталось предотвратить обвинения в евгенике, когда он отвергал такие цели, как повышение интеллекта, изменение цвета кожи и повышение спортивных результатов, как «не любовь».Тем не менее, группа знала, что потеряла контроль над новостями.

Во время 90-минутной поездки из Шэньчжэня в Гонконг Он отчаянно искал совета у еще одного члена своего круга доверия: Дженнифер Дудна, Калифорнийского университета в Беркли, исследователя, чья лаборатория в июне 2012 года опубликовала первую статью, показывающую, как CRISPR из бактерий может стать универсальным редактором генома.

«В ту наносекунду, когда я приземлился в аэропорту, я получил просто тонну электронных писем от JK, в отчаянии: я должен поговорить с вами прямо сейчас, ситуация действительно вышла из-под контроля», — вспоминает Дудна, который играл центральную, если невольную роль в повышении статуса Хэ в исследовательском сообществе CRISPR и был членом организационного комитета саммита.Она пошла в отель «Ле Меридиен», где Он также остановился, и зарегистрировалась, не ответив сразу. «Он на самом деле заставил кого-то прийти и постучать в дверь моего отеля».

Хотя Дудна знала Хе более 2 лет, она узнала о его эксперименте только в начале той недели, когда он отправил ей электронное письмо с объявлением о рождении с прикрепленной рукописью. «Честно говоря, я подумала: «Это фейк, да? Это шутка», — вспоминает она. «Дети родились». Кто помещает это в строку темы электронного письма такого рода?Это просто казалось шокирующим, сумасшедшим, почти комедийным.”

Дудна познакомился с Хе в августе 2016 года на ежегодном собрании CRISPR, проходившем в лаборатории Колд-Спринг-Харбор (CSHL) в Нью-Йорке. Он сделал селфи двух из них и разместил его в своем блоге. В январе 2017 года Хэ, который в том же месяце получил профессиональный рост, когда стал участником престижной программы правительства Китая «Тысяча талантов», написал Дудне по электронной почте и спросил, могут ли они встретиться во время его предстоящего визита в район залива Сан-Франциско. «Я работаю над технологией повышения эффективности и безопасности редактирования генома человеческих эмбрионов в Китае», — написал он.

Так совпало, что Дудна и Херлбат организовали небольшую встречу примерно во время предполагаемого визита Хэ, чтобы обсудить «этические и социальные аспекты редактирования генов». На собрании, финансируемом Фондом Джона Темплтона, соберутся ученые и клиницисты. «Мы были бы рады вашему участию», — написала она.

Хотя участники согласились не раскрывать, кто присутствовал на встрече, он написал об этом в блоге. Он написал, что Черч был там, как и «наш знаменитый исследователь стволовых клеток» Пей Дуанцин, который руководит Гуанчжоуским институтом биомедицины и здравоохранения, филиалом CAS, и был автором отчета NASEM о редактировании генов человека, который выйдет позже. несколько недель спустя.«Было очень много острых вопросов, вызывающих острые споры, и в воздухе пахло порохом», — писал он о презентациях.

В своем собственном выступлении «Безопасность редактирования эмбрионов человека» он обсуждал свою работу CCR5 на мышах, обезьянах и нежизнеспособных человеческих эмбрионах, выброшенных из ЭКО. Он подчеркнул, что с CRISPR существует много проблем, в том числе потенциально опасные разрезы ДНК, непреднамеренно сделанные в неправильном месте генома. «Пока не будут решены эти важные вопросы безопасности, любое редактирование репродуктивных клеток или создание людей с отредактированными генами было бы крайне безответственным поведением», — заключил он.

ISAAC LAWRENCE/AFP/GETTY IMAGES

Для Дудны речь JK была чем-то вроде пожимания плечами, особенно потому, что несколько групп в Китае уже сообщили о редактировании нежизнеспособных человеческих эмбрионов, включая группу, которая опубликовала исследование, описывающее редактирование CCR5 с помощью CRISPR. . «Я и не подозревала, что он планирует использовать [CRISPR] в клинических целях», — говорит она. «Это был не тот человек, который много публиковался или даже что-либо в этой области в рецензируемых журналах».

Встречаясь с лидерами мира CRISPR, Он быстро продвигался вперед в эксперименте, которого многие из них боялись.7 марта 2017 года, через 5 недель после собрания в Калифорнии, он подал заявление об утверждении медицинской этики в Шэньчжэньскую женскую и детскую больницу HarMoniCare, в котором излагалось запланированное CCR5 редактирование человеческих эмбрионов. Младенцы, как утверждалось, будут устойчивы к ВИЧ, а также к оспе и холере. (Естественная мутация CCR5 могла быть выбрана потому, что она помогает носителям пережить оспу и чуму, как предполагают некоторые исследования, но они не упоминают холеру.) «Это будет большое достижение науки и медицины со времен ЭКО. технологии, которая была удостоена Нобелевской премии в 2010 году, а также принесет надежду многочисленным пациентам с генетическими заболеваниями», — говорится в заявке.Семь человек в комитете по этике под председательством Линь Чжитонга — бывшего директора Direct Genomics и администратора HarMoniCare — подписали заявку, указав, что они ее одобрили.

В том же месяце он начал работать с Baihualin, пекинской группой по защите интересов СПИДа, чтобы набирать потенциальных участников. Три месяца спустя он встретился с Херлбатом в Стэнфорде, но не сказал ему тогда, что исследование идет полным ходом. Херлбат, врач и нейробиолог, входивший в президентский совет по биоэтике с 2002 по 2009 год, считал Хе «хорошим человеком», нуждающимся в руководстве.«Мы обучаем этих людей, особенно иностранных постдоков, и все же мы не предоставляем никакого реального контекста и обучения этическим применениям того, над чем они работают», — говорит теперь Херлбут.

Вернувшись в Шэньчжэнь, он провел первую встречу по информированному согласию через 5 дней после визита в Стэнфорд.

На ежегодном собрании CRISPR CSHL в следующем месяце он рассказал о своем редактировании CCR5 , закончив слайдом статьи журнала New York Times Magazine 1999 года «Биотехнологическая смерть Джесси Гелсингера», в которой рассказывается об известном гене терапевтическая трагедия.«Редактирование генов зародышевой линии человека произойдет в ближайшем будущем, поэтому я хочу напомнить всем, что мы должны делать это медленно и с осторожностью, потому что один случай неудачи может убить всю область», — сказал он. Опять же, он не упомянул уже идущее судебное разбирательство.

На слайде подтверждения он перечислил Херлбута. «В какой-то момент у него состоялся один глубокий разговор со мной, — говорит Херлбут. «Возможно, он просто связался с людьми, чтобы завоевать доверие, которое приходит с общением».

В январе 2018 года, после первой неудачной попытки переноса отредактированного эмбриона, он в сопровождении сотрудника лаборатории вернулся в Стэнфорд и встретился с Мэтью Портеусом, детским онкологом, который присутствовал на собрании в Темплтоне и помог написать NASEM 2017 года. отчет о редактировании генома.Когда Он сказал Портеусу, что комиссия по этике одобрила его планы по редактированию зародышевой линии, Портеус разозлился. «Я провел следующие полчаса, 45 минут, рассказывая им обо всех причинах того, что это было неправильно, что не было никакого медицинского обоснования; он не обращался к неудовлетворенной медицинской потребности, о которой, вы знаете, он не говорил об этом публично».

«На этом я и остановился, полагая, что разубедил его», — добавляет Портей. JK сидел молча, его лицо раскраснелось. «[Он] был явно расстроен, и я полагаю, оглядываясь назад, вероятно, несколько удивлен тем, что кто-то дал ему такую ​​сильную негативную обратную связь.”

Херлбат «действительно увещевал его» во время того же визита, но не рассердился, несмотря на опасения по поводу уничтожения эмбрионов в исследованиях, не говоря уже о редактировании зародышевой линии. У Херлбата возникла сильная личная забота о JK. «Мне казалось, что я строю отношения, которые могут предвосхитить глупое поведение», — говорит Херлбат. «Я намеренно пытался замедлить его и повлиять на его мышление».

Ни Херлбат, ни Портей не осознавали, что Он искал совета постфактум.Суд шел полным ходом, и Он думал о том, чтобы развить свой подвиг.

Смешанная мудрость

В прошлом году совместное предприятие в Нью-Йорке между Mixed Wisdom и New Hope Fertility Center запустило масштабную кампанию по привлечению китайских пар, ищущих ЭКО, которым нужны новейшие репродуктивные технологии. «Будущее нации в ее молодости. Оно начинается с генов. Чтобы каждый ребенок, рожденный в мире, был ангелом без сожаления», — говорится в рекламном ролике предприятия, которое может похвастаться «одним из самых загруженных центров лечения бесплодия в Соединенные Штаты.”

Центр возглавляет Джон Чжан, получивший медицинское образование в Китае и докторскую степень. по репродуктивной биологии в Кембриджском университете в Соединенном Королевстве. Чжан сам попал в заголовки международных газет в сентябре 2016 года, когда New Scientist сообщил, что он создал первого в мире «ребенка от трех родителей», используя митохондриальную ДНК из донорской яйцеклетки, чтобы оживить яйцеклетку женщины с бесплодием, а затем осеменив ее. получившееся яйцо. «Эта технология возлагает большие надежды на то, что женщины старшего материнского возраста будут иметь собственных детей от собственных яйцеклеток», — объясняет Чжан в рекламном ролике центра, который чередуется между китайским и английским языками.В нем не упоминается, что Чжан провела эксперимент ЭКО в Мексике, потому что сейчас это запрещено в Соединенных Штатах.

Джон Чжан, показанный здесь в своей эмбриологической лаборатории в Центре фертильности New Hope в Нью-Йорке в декабре 2017 года, обсуждал открытие клиники с Хэ Цзянькуй в Китае.

Кэролайн Ван Хаутен/ The Washington Post /Getty Images

Центр Чжана также специализируется на предимплантационном генетическом тестировании, которое проверяет эмбрионы ЭКО на наличие известных мутаций ДНК, связанных с болезнью, чтобы имплантировать можно было только самые здоровые.«Больше людей хотят увидеть, как наши люди действительно используют гены, чтобы сделать страну сильной», — завершается видео. Чжан выступает за дальнейшее расширение границ репродуктивной медицины. Во время интервью для статьи The Washington Post в мае 2018 года он, как сообщается, в отчаянии ударил по столу разногласиями вокруг митохондриальной заместительной терапии и дизайнерских детей в целом, отметив, что люди «морально и этически» принимают изменение своего физического будущего с помощью пластика. операция.«Чжан утверждал, что однажды редактирование генов младенцев станет таким же безопасным и распространенным явлением, как мобильные телефоны», — говорится в статье.

В августе 2018 года Хэ и Чжан встретились в центре Чжана в Нью-Йорке, чтобы обсудить совместное открытие клиники в Китае. По словам источника, Чжан позже встречался с Хэ в нескольких китайских городах, в том числе в октябре во время поездки на Хайнань, где они обсуждали свое видение с провинциальными чиновниками. Этот тропический остров на юге страны, согласно государственной газете China Daily , планирует стать «центром медицинского туризма мирового класса».”

Когда Наука связался с Чжаном, врач сначала сказал, что едва знает Хэ: «Я знаю его так же, как многие люди знают его на академическом собрании».

После того, как ему представили подробности об их взаимодействиях, Чжан подтвердил, что они провели «научный мозговой штурм, чтобы увидеть, какую технику можно разработать в будущем». Он описал это как «скорее чисто академическое обсуждение», чтобы увидеть, как они могут «продвинуться в этой области». Чжан подчеркнул, что не имеет никакого отношения к детям с отредактированными генами и считает, что CRISPR все еще слишком ненадежен для такой работы.«Это больше о том, как найти новый способ сделать процедуру более эффективной, о методах, которые можно будет применять в будущем в клинической практике», — сказал он. Чжан признал, что пара обсуждала «потенциал» совместного открытия клиники. Но теперь, сказал Чжан, «после того, как все это произошло, конечно, у нас не будет дальнейшего сотрудничества».

Вершина

Когда Дудна наконец села с Хэ в вестибюле отеля утром 26 ноября, через несколько часов после того, как стало известно о младенцах, китайский биолог, казалось, был удивлен немедленным, интенсивным потоком внимания и растущей критикой, вспоминает она.Он даже спросил ее, следует ли ему обсуждать в своем выступлении младенцев с отредактированными генами. «Это было странно, — говорит она. «Он казался таким наивным».

В течение нескольких недель до того, как новости стали известны, Он боролся с тем, что и когда раскрыть. В текстовом сообщении, полученном Science , он сказал, что обсудил сроки со своей женой и с Чжаном, сотрудником лаборатории, и «мэром Се», который, по его словам, является Се Бинвэнь, заместителем мэра и директором по науке. и технологии в районе Наньшань в Шэньчжэне. (Се не ответила на несколько электронных писем или звонков с просьбой прокомментировать.) «Я решил установить дату объявления о рождении примерно на 20 ноября», — написал он. Это встревожило Феррелла и лабораторию, и по их просьбе вмешался Квейк, как он объяснил The New York Times , пытаясь убедить Хе подождать, пока он не опубликует статью.

Позже, 26 ноября, на ужине с Хэ Дудна и другие организаторы саммита лоббировали полное раскрытие информации. Он согласился подробно описать свою работу на своем выступлении 2 дня спустя, хотя и сказал, что получал текстовые сообщения с угрозами и в целях безопасности сменил отель.Альта Чаро, специалист по биоэтике юридического факультета Университета Висконсина в Мэдисоне, спросила Хе, понимает ли он важность принципов, изложенных в двух основных документах, которые дали редактированию зародышевой линии своего рода желтый свет: в отчете NASEM за 2017 год и аналогичном июльском отчете. Отчет Совета Наффилда по биоэтике в Соединенном Королевстве за 2018 г.

“Я абсолютно уверен, что выполнил все критерии”, сказал Он.

«Меня это потрясло, — говорит Чаро.

Гул прессы на саммите по редактированию генома наделал столько шума, что председатель заседания Хэ Цзянькуй пригрозил отменить его, если они не угомонятся.

НАЦИОНАЛЬНЫЕ АКАДЕМИИ/FLICKR (CC BY-NC-SA 2.0)

К концу ужина Дудна говорит: «Он казался расстроенным. Если он и пошатнулся от этого обсуждения, то это ничто по сравнению с публичной поркой, которую Он получил перед своим выступлением. SUSTech выступил с заявлением, в котором говорилось, что он «не знал об исследовательском проекте и его характере», а комитет отдела биологии пришел к выводу, что он «серьезно нарушил академическую этику и кодексы поведения». HarMoniCare заявила, что ее больница «никогда не участвовала ни в какой клинической операции, связанной с инцидентом с младенцами с «отредактированными генами», младенцы там не родились, никакого «соответствующего заседания Комитета по медицинской этике больницы на самом деле не проводилось» и подписи на утверждении «подозреваются в подделке.«Более 100 китайских ученых подписали онлайн-декларацию, назвав исследование «сумасшедшим».

Ко дню запланированного выступления Хэ организаторы все еще беспокоились, что он может не появиться, и напряжение наполнило Большой зал Университета Гонконга в ожидании его выступления. «Я имею право просто отменить сессию, если будет слишком много шума и помех», — заявил председатель сессии Робин Ловелл-Бэдж из Института Фрэнсиса Крика в Лондоне.

Когда Он вышел на сцену, Ловелл-Бэдж был вынужден сделать резкий выговор шумной прессе, делавшей снимки.Комната успокоилась, и Он произнес спокойную 20-минутную речь, за которой последовал 40-минутный период вопросов и ответов под руководством Ловелл-Бэджа и Портеуса. Ученые в аудитории — и более 1 миллиона человек, наблюдающих за прямой веб-трансляцией, — напряглись, чтобы проанализировать слайды с данными Хэ, показывающие, что редактирование генов произошло у одного ребенка и достигло цели. Он отметил, что у другой девочки не было изменений в обоих родительских генах, и поэтому она не была защищена от ВИЧ. Его самым поразительным открытием было то, что другая женщина была беременна ребенком, отредактированным с помощью CRISPR.

После разговора он сразу же поехал обратно в Шэньчжэнь, и круг его доверия начал распадаться. С тех пор он не говорил публично. «Я не думаю, что он сможет выздороветь с помощью пиара», — говорит Феррелл, который больше не работает на Хи, но недавно начал подрабатывать на его жену. «Он должен сделать другое служение миру».

Хэ Цзянькуй в сопровождении Робина Ловелл-Бэджа (слева) и Мэтью Портеуса ответил на вопросы аудитории на саммите по редактированию генома в Гонконге, Китай.

AP Photo/Kin Cheung

Указание пальцем, поиск души

После возвращения Хэ в Шэньчжэнь в сообщениях говорилось, что он «пропал без вести», находится под домашним арестом или ему грозит смертная казнь.В январе он заверил Херлбата в телефонных разговорах, что ему не угрожает непосредственная опасность и, хотя у его университетской квартиры есть охрана, он может свободно передвигаться по кампусу. Электронное письмо к Херлбату также ясно дало понять, что он провел душевный поиск. «Я признаю, что слишком поторопился с первым в своем роде клиническим исследованием без необходимого открытого диалога с регулирующими органами, научным сообществом и общественностью», — написал он.

Институциональная реакция в Китае была слабой. Центральному правительству или другим органам еще предстоит провести прозрачное расследование, которого хотели многие.SUSTech заявила в своем единственном заявлении по этому поводу, что хочет, чтобы «международные эксперты сформировали независимый комитет для расследования этого инцидента и обнародовали результаты». Но такого расследования не было.

Единственным обнародованным расследованием было расследование, объявленное государственным информационным агентством Синьхуа в провинции Гуандун, где расположен SUSTech. В отчете не было представлено никаких документов и не были названы имена следователей. «Хе Цзянькуй бросил вызов правительственным запретам и провел исследование в погоне за личной славой и выгодой», — говорится в статье.Наказание будет соответствовать неуказанным «законам и правилам», и любой, «подозреваемый в совершении преступлений, будет передан в отдел общественной безопасности».

Среди тех, кто общался с Science в кругу Хэ, никто не сообщил, что общался с ним напрямую после истории Синьхуа. Никакой информации о здоровье близнецов не поступало, а судьба третьего малыша не разглашалась.

АНАСТАСИЯ САПОН/ THE NEW YORK TIMES

Призывы к введению моратория на редактирование зародышевой линии человека участились, хотя в конце саммита в Гонконге оргкомитет отказался от консенсуса по призыву к запрету.Китай ужесточил свои правила работы с человеческими эмбрионами, и китайские биоэтики в редакционной статье Nature об инциденте призвали страну противостоять «евгеническому мышлению, которое сохранилось среди небольшой части китайских ученых».

Черч, который много раз сотрудничал с CRISPR в Китае, считает невероятным, что его работа удивила китайское правительство. По его словам, в Китае «лучшая система наблюдения в мире». «Я пришел к выводу, что они были полностью осведомлены о том, что он делал на каждом этапе пути, особенно потому, что он не особо скрывал это.”

Некоторые сторонники Хэ в Китае отказались от него или замолчали. Чжу, бывший президент SUSTech, нанявший Хэ, но ушедший на пенсию в 2014 году, сказал, что поначалу работа была «очень значимой», согласно новостям Sina, но позже он отказался, объяснив, что генетическое редактирование не его область. Наука не смогла до него добраться.

Пей — специалист по стволовым клеткам, с которым он познакомился на собрании в Темплтоне, который был одним из организаторов саммита в Гонконге и соавтором отчета NASEM, — тоже запутался в секрете.Согласно двум источникам, пожелавшим остаться неизвестными, Хе сказал, что за несколько месяцев до саммита проинформировал Пэя об имплантированных отредактированных эмбрионах, которые Пей подверг резкой критике. Пей отказался обсуждать этот вопрос, заявив, что действия Хэ являются предметом продолжающегося расследования.

Нынешний президент SUSTech, сменивший Чжу, попытался переложить вину в письмах в Стэнфорд, заявив, что Quake «предоставил инструкции по подготовке и проведению эксперимента, публикации статей, продвижению и выпуску новостей, а также стратегии реагирования после выпуск новостей.После проведения «обзора» взаимодействия Хэ с Квейком, Херлбатом и Портеусом Стэнфорд реабилитировал всех троих исследователей, не раскрывая никаких подробностей своего расследования.

Бенджамин Херлбат, сын Уильяма и историк биомедицины из Аризонского государственного университета в Темпе, говорит, что руководители научного сообщества также должны внимательно следить за своими действиями. Он считает, что отчет NASEM за 2017 год помог породить He, следуя хорошо зарекомендовавшему себя подходу к руководству наукой: назначение элитной группы для принятия решения о том, как следует регулировать деятельность ученых.Бенджамин Херлбут, чья книга « Эксперименты в демократии » исследует управление исследованиями эмбрионов и биоэтикой, задается вопросом, почему небольшие группы под руководством ученых — а-ля тотемическая конференция в Асиломаре, состоявшаяся в 1975 году для обсуждения будущего исследований рекомбинантной ДНК — рассматриваются как лучший способ сформировать представление о новых технологиях. Херлбат призвал к созданию «глобальной обсерватории по редактированию генов» для проведения встреч с различными точками зрения.

Преобладающее представление о том, что научное сообщество просто «не смогло увидеть мошенника среди ответственных», говорит Херлбат, является удобным нарративом для этих научных лидеров и препятствует их способности учиться на таких ошибках.«Это ставит их на правильную сторону истории», — говорит он. Херлбут утверждает, что им не удалось провести достаточно яркую красную линию. «Они не на правильной стороне истории, потому что они способствовали этому».

Несколько авторов отчета NASEM отвергают это обвинение, подчеркивая, что Он проигнорировал их строгие критерии и что они призывали к государственному регулированию редактирования зародышевой линии человека в дополнение к саморегулированию со стороны научного сообщества. «Утверждение о том, что что-то в отчете давало какую-либо лицензию JK, — это искажение фактов», — говорит один из авторов, Ричард Хайнс из Массачусетского технологического института в Кембридже.«Итак, сработало ли саморегулирование? Не в этом случае. Это не означает, что саморегулирование неуместно или не нужно. На самом деле, оно должно быть важным дополнением к государственному регулированию».

«Можно ли действительно поверить, что Хэ Цзянькуй решил не продолжать, просто потому, что наш комитет выступал за мораторий или другой вид запрета?» — спрашивает Чаро. Два международных комитета, в том числе один при Всемирной организации здравоохранения, сформировались для обсуждения создания более прочной основы для управления и регулирования редактирования зародышевой линии.

Дудна предполагает, что редактирование зародышевой линии стало неизбежным в 2015 году, еще до того, как Он начал свои эксперименты. «Это решение было принято, когда первый человек начал работать с человеческими эмбрионами с помощью CRISPR», — говорит Дудна. «Для меня сейчас вопрос в том, как это произойдет? Как мы будем контролировать или даже можем контролировать это в каком-либо разумном смысле этого слова? И какое влияние это окажет на общество в будущем?»

*Уточнение, 1 августа, 13:05: Эта история была обновлена, чтобы отметить, что Райан Феррелл в настоящее время работает неполный рабочий день с женой Хэ Цзянькуй.

*Исправление, 2 августа, 11:15: Эта история была обновлена, чтобы отразить, что Ю Цзюнь был соучредителем Пекинского института геномики, а не BGI Genomics.

Связанная история

Длинная тень скандала с CRISPR

Джон Коэн Когда Хэ Цзянькуй поднялся на подиум на прошлогоднем саммите по редактированию генома человека в Гонконге, Китай, более 1 миллиона человек смотрели онлайн. Китайские исследователи, использующие редактор генома CRISPR, испытывали смущение, возмущение и страх перед необоснованным вниманием и критикой их собственной работы.Некоторые считают Его никем в сообществе CRISPR страны, запятнавшим все их поле деятельности. «Многие китайские ученые разозлились на [Хе]», — говорит Дэн Хункуй, исследователь стволовых клеток из Пекинского университета в Пекине. «Многие из нас прошли обучение в западных странах, и мы знаем международные стандарты».

Острую озабоченность вызывает то, что скандал запятнает многочисленные исследования в Китае медицинских методов лечения CRISPR, которые включают изменение ДНК взрослых соматических клеток, таких как кожа, нейроны и мышцы.Изменения в этих клетках, в отличие от клеток зародышевой линии в экспериментах Хе с эмбрионами, не передаются будущим поколениям. Многие люди, говорит Дэн, не понимают разницы между работой зародышевой линии и соматических клеток. «Они просто слышат «редактирование генома», — говорит Дэн. Он использовал CRISPR, чтобы сделать кроветворные стволовые клетки устойчивыми к ВИЧ, а затем дал их ВИЧ-инфицированному пациенту, который также болел лейкемией и нуждался в трансплантации для борьбы с этой болезнью.

Ван Хаойи, биолог-эволюционист из Института зоологии в Пекине, филиала Китайской академии наук (CAS), возмущается тем, что китайские исследования воспринимаются им как Дикий Запад.«Все новости заключаются в том, что это сделали китайские ученые, а не в том, что это сделал один человек — это как будто они сумасшедшие», — говорит Ван, который провел новаторские исследования CRISPR на мышах в американской лаборатории.

Ян Хуэй, который сотрудничал с Ваном в этих исследованиях на мышах и сейчас работает в Институте неврологии CAS в Шанхае, говорит, что на следующий день после того, как появились новости о детях с отредактированными генами, он предпринял необычный шаг, опубликовав рецензируемую статью на сайте Наука . Это показало, что вариант CRISPR, называемый базовым редактором, имел существенные неожиданные нецелевые эффекты.«Мы хотим, чтобы иностранцы знали, что китайские ученые тоже делают хорошие вещи», — говорит Ян. «Мы хотим сделать инструменты для редактирования генов более безопасными для пациентов».

«Инцидент» с Хэ заставил китайских исследователей дважды подумать о будущих проектах. «Люди не осмеливаются делать что-то с CRISPR, потому что не хотят, чтобы их критиковали», — говорит Чен Цзя, изучающий восстановление ДНК в Шанхайском техническом университете. Чен, предоставивший инструмент CRISPR, используемый в исследовании человеческих эмбрионов, которые никогда не предназначались для имплантации — это одно из девяти опубликованных исследований, проведенных в Китае на сегодняшний день, — говорит, что сегодня он не решился бы присоединиться к подобному проекту.Несмотря на то, что Чен предоставил только инструмент для редактирования генов, последствия Хэ «меняют положение дел».

Молекулярная генетика и геномика человека — важные достижения и захватывающие возможности

Захватывающий дух прогресс в области молекулярной генетики, произошедший за последние пять десятилетий, и переход к геномной медицине было трудно представить в 1970 году, когда Институт медицины (IOM) ), ныне Национальная медицинская академия (НАМ). Термин «геномика» еще не был придуман, инструменты и технологии, лежащие в основе современной биотехнологии, находились в зачаточном состоянии, а методы секвенирования даже нескольких нуклеотидов едва ли могли работать. ¹

Основные моменты молекулярной генетики и геномики человека.

Cas9 обозначает CRISPR-ассоциированный белок 9, короткие палиндромные повторы с регулярно расположенными кластерами CRISPR, HGP Human Genome Project и NIH National Institutes of Health.

Первые годы существования IOM совпали с открытиями, изменившими парадигму, связанными с ДНК, поскольку биологические исследования быстро включали рекомбинантный метод Бойера и Коэна, работу Сэнгера по секвенированию ДНК и введение Муллисом технологии полимеразной цепной реакции (ПЦР) (см. хронологию).Но даже на этом фоне идея «большой науки» о секвенировании человеческого генома казалась радикальной.

В 1987 году журнал New York Times Magazine охарактеризовал проект «Геном человека» как «крупнейший, самый дорогостоящий и самый провокационный биомедицинский исследовательский проект в истории». ² Но за годы между запуском проекта в 1990 г. и его завершением в 2003 г. геномные технологии значительно продвинулись вперед. Производительность секвенирования ДНК увеличилась с 1000 пар оснований в день до более чем 1000 пар оснований в секунду, что открыло двери для недорогих методов секвенирования, позволяющих внедрять достижения в области геномики в рутинную медицинскую помощь.Геномные исследования эволюционировали от стремления понять основы генетического кода человека к изучению того, как этот код варьируется у разных людей, а затем к применению этих знаний для вмешательств, специально предназначенных для точного воздействия на основные причины болезней.

Разработка геномных инструментов и наборов данных изменила характер медицинских открытий, позволив ученым проводить всесторонние и мощные исследования, а не ограничиваться проверкой гипотез, сосредоточенных на потенциальных путях.С созданием первой эталонной последовательности генома человека ³ внимание переключилось с поиска генов на выявление их функций. Систематическое генетическое картирование в семьях и популяциях помогло ученым определить генетические варианты, которые способствуют развитию болезней человека.

Эффекты были глубокими. Открытие генов, ответственных за более чем 5000 редких менделевских заболеваний, облегчило генетическую диагностику многих пациентов, консультирование по вопросам беременности, новые лекарственные препараты, а в некоторых случаях и генную терапию.Открытие более 100 000 надежных ассоциаций между геномными областями и распространенными заболеваниями указало на новые биологические механизмы, такие как роль микроглии при болезни Альцгеймера, аутофагия при воспалительных заболеваниях кишечника и сокращение синапсов при шизофрении. Это также позволило разработать шкалы полигенного риска для выявления пациентов с повышенным риском сердечно-сосудистых заболеваний, рака молочной железы и других состояний, хотя требуется дополнительное тщательное тестирование таких шкал, включая оценку клинических исходов.Исследования геномов рака выявили сотни генов, в которых соматические мутации способствуют возникновению и росту опухоли, и эта информация послужила толчком для разработки новых лекарств. Геномный анализ также помогает объяснить, почему некоторые люди реагируют на определенные виды терапии или выживают при определенных инфекциях, а другие нет.

В последнее время фокус исследований в области геномики сместился от анализа вариаций ДНК к изучению паттернов экспрессии генов в отдельных клетках, что стало возможным благодаря новым методам секвенирования одноклеточной РНК и анализа хроматина.К настоящему времени были охарактеризованы десятки миллионов клеток на пути к полному клеточному атласу человеческого тела. Эти усилия раскрывают сотни новых типов клеток и характеризуют способы, которыми типы клеток различаются между здоровыми людьми и людьми с различными заболеваниями.

Поскольку стоимость секвенирования полного генома снизилась с 3 миллиардов долларов во время проекта «Геном человека» до 600 долларов сегодня, растут усилия по созданию крупномасштабных биобанков полных последовательностей генома и информации о фенотипах сотен тысяч людей.Примеры включают Биобанк Великобритании (https://www.ukbiobank.ac.uk/) и исследовательскую программу США «Все мы» (https://allofus.nih.gov/). Конечной целью систем здравоохранения является объединение геномной информации с медицинскими записями.

Предстоит проделать большую работу для улучшения изучения генетической изменчивости человека. Несмотря на то, что изучение людей разного происхождения обещает понимание различий в биологии и здоровье, как исследователи, так и участники, участвующие в геномных исследованиях, в основном имеют европейское происхождение.Это отсутствие разнообразия препятствует нашему пониманию биологии, усугубляет и без того неприемлемые различия в состоянии здоровья и поднимает вопрос о том, будут ли полигенные показатели риска, диагностика и терапия, полученные в результате геномных исследований, одинаково полезны для всех групп населения.

Исследования людей с разным происхождением выявили, каким образом геномная изменчивость способствует различиям на уровне популяции в восприимчивости к болезням, реакции на лекарства и диагностической точности клинических подходов, основанных на геномных исследованиях. ⁴ Одним из результатов таких исследований стала идентификация специфичных для африканского происхождения вариантов APOL1 , которые защищают от африканской сонной болезни, но повышают риск почечной недостаточности; на эти варианты приходится около 70% случаев недиабетической почечной недостаточности у людей африканского происхождения в США. Кроме того, гаплотип риска диабета 2 типа в SLC16A11 , который присутствует примерно у половины коренных народов Америки и редко встречается у народов европейского или африканского происхождения, объясняет около 20% повышенной распространенности диабета 2 типа среди американцев мексиканского происхождения. по сравнению с европейскими американцами.Геномные исследования также показали, что мутации потери функции PCSK9 чаще встречаются у людей африканского происхождения, чем в других популяциях; такие мутации снижают уровень холестерина и риск сердечных заболеваний и открывают новые возможности для разработки лекарств.

В настоящее время осуществляется несколько инициатив, направленных на расширение участия исследователей и участников исследований из ранее недостаточно представленных групп населения. Инициатива «Наследственность и здоровье человека в Африке» (h4Africa) (https://h4africa.org/), например, создал панафриканский консорциум лабораторий, который обеспечил доступ к геномным технологиям для более чем 500 африканских ученых, зарегистрировал более 60 000 участников исследований и создал сеть биоинформатики и три региональных биорепозитория. Ожидается, что преимущества точной медицины будут распределяться более справедливо, когда будут предприняты давно назревшие шаги по устранению пробелов в участии в геномных исследованиях.

Диагностика генетических заболеваний быстро развивалась благодаря технологии секвенирования генома.Но разработка и проверка методов лечения оказалась более сложной задачей. Для некоторых менделевских расстройств были разработаны молекулярные таргетные препараты с использованием детального понимания патофизиологии. Например, благодаря работе, основанной на открытии в 1989 году гена CFTR , безопасные и эффективные молекулярно-направленные препараты могут быть предложены 90% людей с муковисцидозом. Но этот подход может занять десятилетия и не подходит для тысяч генетических нарушений, для которых известна точная молекулярная причина.Стратегия, обеспечивающая эффективное лечение, направленное непосредственно на ген, будет иметь важные преимущества. После многих лет взлетов и падений появляются некоторые впечатляющие успехи генной терапии, например, при спинальной мышечной атрофии и гемофилии. Темпы этого исследования могут резко возрасти в будущем; точно нацеленные технологии редактирования генома теперь открывают новые возможности для терапии.

За последние 8 лет технологии CRISPR (кластеризованные регулярно расположенные короткие палиндромные повторы) и Cas9 (CRISPR-ассоциированный белок 9) стали доступными и адаптируемыми инструментами для изучения и изменения геномов. ⁵ CRISPR-Cas9 можно использовать для внесения изменений в геном путем создания целевых разрывов ДНК, запускающих репарацию ДНК в конкретном месте. В форматах следующего поколения он также может контролировать транскрипционный выход генов или изменять последовательности генома, используя процесс редактирования нуклеотидных оснований, который не требует восстановления разрывов ДНК. По мере того, как эти технологии продолжают развиваться, становится все более возможным эффективно и точно изменять клеточные геномы.

Наступая на пятки сконструированным нуклеазам, инструменты CRISPR-Cas9 ускорили темпы геномных исследований, позволив высокоэффективно отключать или редактировать практически любой ген в клетках или модельных организмах.Многочисленные клинические испытания на основе CRISPR-Cas9 продолжаются или должны начаться в ближайшее время. Хотя клетки, сконструированные с помощью Cas9, еще не продемонстрировали эффективность в больших масштабах, результаты первых испытаний показывают, что такие клетки стабильны и не вызывают острых побочных реакций у людей. Долгосрочная безопасность еще не определена. Текущие приложения в основном сосредоточены на нарушениях одного гена, для которых редактирование генов может быть выполнено ex vivo на соответствующих клетках, таких как гемопоэтические стволовые клетки костного мозга в случае серповидноклеточной анемии.В настоящее время ведутся исследования по разработке систем доставки, которые могут нацеливать аппарат для редактирования генов на соответствующую ткань in vivo.

Достижения в области геномных технологий продолжат активно продвигать фундаментальную науку вперед, и не все из них можно предвидеть. Нынешние стажеры уже не могут представить себе, как исследования в области биологии человека когда-либо проводились без немедленного и бесплатного доступа к огромному количеству данных о геномах, транскриптомах и хроматиновых метках — и все чаще эти данные доступны для отдельных клеток.Такие наборы данных предоставят возможности для биологических открытий, требующих сложного вычислительного анализа, к которому должны быть готовы все биологи.

Понимание генетической изменчивости человека и ее биологических последствий также будет улучшаться, что послужит основой для концепции Международного альянса по общим болезням Maps to Mechanisms to Medicine (https://www.icda.bio/). Увеличение возможностей нацеливания на генетические мутации in vivo с помощью олигонуклеотидов или редактирования генов должно сделать многие менделевские расстройства доступными для терапии — и, возможно, излечения.

Однако остается много неопределенностей, и не на все важные вопросы может ответить только наука. Например, как обеспечить равноправный и всеобъемлющий доступ к исследовательским возможностям и преимуществам терапии, порожденной геномной революцией? Как нам сбалансировать научный прогресс с возникающими этическими проблемами, такими как вопросы, касающиеся использования технологий редактирования генома для наследуемых генетических изменений? И как мы поддерживаем идею обмена данными, которая подпитывает геномную науку, а также защищаем конфиденциальность участников и соблюдая культурные нормы? Такие вопросы подчеркивают, почему в следующие 50 лет ДН будет как никогда востребован.

Проект “Геном человека”: большая наука трансформирует биологию и медицину | Геномная медицина

1.

Худ Л.: Примечания к получению премии Фрица Дж. и Делорес Х. Расс. Мост. 2011, 41: 46-49.

Google Scholar

2.

Коллинз Ф.С., МакКьюсик В.А.: Значение проекта «Геном человека» для медицинской науки. ДЖАМА. 2001, 285: 540-544. 10.1001/джама.285.5.540.

КАС Статья пабмед Google Scholar

3.

Зеленый ED, Гайер MS, Национальный исследовательский институт генома человека: Контуры курс для геномной медицины от основания к постели больного. Природа. 2011, 470: 204-213. 10,1038 / nature09764.

КАС Статья пабмед Google Scholar

4.

Дульбекко R: Поворотный пункт в исследовании рака: секвенирование генома человека. Наука. 1984 231: 1055-1056.

Артикул Google Scholar

5.

Зиншаймер Р.Л.: Семинар в Санта-Крус – май 1985 г. Геномика. 1989, 5: 954-956. 10.1016/0888-7543(89)

-0.

КАС Статья пабмед Google Scholar

6.

Кук-Деган Р.М.: Генные войны: наука, политика и геном человека. 1994, Нью-Йорк: WW Norton

Google Scholar

7.

Отчет об инициативе по изучению генома человека для Управления исследований в области здравоохранения и окружающей среды.http://www.ornl.gov/sci/techresources/Human_Genome/project/herac2.shtml,

8.

Национальная академия наук: отчет Комитета по картированию и секвенированию генома человека. 1988, Вашингтон, округ Колумбия: National Academy Press

Google Scholar

9.

Консорциум секвенирования генома человека: завершение эухроматической последовательности генома человека. Природа. 2004, 431: 931-945. 10.1038/природа03001.

Артикул Google Scholar

10.

Понимание нашего генетического наследия. Проект генома человека в США, первые пять лет: финансовые годы. 1991, http://www.genome.gov/10001477, –1995,

11.

Коллинз Ф.С., Галас Д.: Новый пятилетний план программы США по изучению генома человека. Наука. 1993, 262: 43-46. 10.1126/научн.8211127.

КАС Статья пабмед Google Scholar

12.

Smith LM, Sanders JZ, Kaiser RJ, Hughes P, Dodd C, Connell CR, Heiner C, Kent SBH, Hood LE: Обнаружение флуоресценции в автоматизированном анализе последовательности ДНК.Природа. 1986, 321: 674-679. 10.1038/321674а0.

КАС Статья пабмед Google Scholar

13.

Черч Г., Киффер-Хиггинс С.: Мультиплексное секвенирование ДНК. Наука. 1988, 240: 185-188. 10.1126/научн.3353714.

КАС Статья пабмед Google Scholar

14.

Стрезоска З., Паунеску Т., Радосавлевич Д., Лабат И., Дрманац Р., Црквеняков Р.: Секвенирование ДНК путем гибридизации: 100 оснований считываются негелевым методом.Proc Natl Acad Sci USA. 1991, 88: 10089-10093. 10.1073/пнас.88.22.10089.

Центральный пабмед КАС Статья пабмед Google Scholar

15.

Venter JC, Adams MD, Sutton GG, Kerlavage AR, Smith HO, Hunkapiller M: Shotgun секвенирование генома человека. Наука. 1998, 280: 1540-1542. 10.1126/наука.280.5369.1540.

КАС Статья пабмед Google Scholar

16.

Международный консорциум по секвенированию генома человека: первоначальное секвенирование и анализ генома человека. Природа. 2001, 409: 860-921. 10.1038/35057062.

Артикул Google Scholar

17.

Venter JC, Adams MD, Myers EW, Li PW, Mural RJ, Sutton GG, Smith HO, Yandell M, Evans CA, Holt RA, Gocayne JD, Amanatides P, Ballew RM, Huson DH, Wortman JR , Zhang Q, Kodira CD, Zheng XH, Chen L, Skupski M, Subramanian G, Thomas PD, Zhang J, Miklos GLG, Nelson C, Broder S, Clark AG, Nadeau J, McKusick VA, Zinder N, и др.: последовательность генома человека.Наука. 2001, 291: 1304-1351. 10.1126/науч.1058040.

КАС Статья пабмед Google Scholar

18.

Международный консорциум по секвенированию генома человека. http://www.genome.gov/11006939,

19.

Shendure J, Aiden ER: Расширяющиеся возможности секвенирования ДНК. Нац биотехнолог. 2012, 30: 1084-1094. 10.1038/нбт.2421.

Центральный пабмед КАС Статья пабмед Google Scholar

20.

Hood L: Личное познавательное путешествие: развитие технологий и изменение биологии. Annu Rev Anal Chem. 2008, 1: 1-43. 10.1146/аннурев.анчем.1.031207.113113.

КАС Статья Google Scholar

21.

Комитет по новой биологии для 21-го века: Новая биология для 21-го века. 2009, Вашингтон, округ Колумбия: The National Academys Press

Google Scholar

22.

Ideker Т, Т Галицкий, Капот Л: Новый подход к декодированию жизни: биологии систем. Annu Rev Genomics Hum Genet. 2001, 2: 343-372. 10,1146 / annurev.genom.2.1.343.

КАС Статья пабмед Google Scholar

23. Энциклопедия элементов ДНК. http://encodeproject.org/ENCODE/,

24.

Консорциум проекта КОДИРОВАНИЯ: интегрированный энциклопедию элементов ДНК в геноме человека. Природа. 2012, 489: 57-74.10.1038/природа11247.

Артикул Google Scholar

25.

От редакции: Форма и функция. Природа. 2013, 495: 141-142.

26.

Консорциум проекта ENCODE: Руководство пользователя к Энциклопедии элементов ДНК (ENCODE). PLoS биол. 2011, 9: e1001046-10.1371/journal.pbio.1001046.

Артикул Google Scholar

27.

Эберсолд Р., Манн М.: Протеомика на основе масс-спектрометрии.Природа. 2003, 422: 198-207. 10.1038/природа01511.

КАС Статья пабмед Google Scholar

28.

Пикотти П., Эберсолд Р. Избранная протеомика на основе мониторинга реакций: рабочие процессы, потенциал, подводные камни и будущие направления. Нат Методы. 2012, 9: 555-566. 10.1038/нмет.2015.

КАС Статья пабмед Google Scholar

29.

Desiere F, Deutsch EW, King NL, Несвижский AI, Mallick P, Eng J, Chen S, Eddes J, Loevenich SN, Aebersold R: The PeptideAtlas Project.Нуклеиновые Кислоты Res. 2006, 34: Д655-Д658. 10.1093/нар/gkj040.

Центральный пабмед КАС Статья пабмед Google Scholar

30.

Deutsch ED, Mendoza L, Shteynberg D, Farrah T, Lam H, Tasman N, Sun Z, Nilsson E, Pratt B, Prazen B, Eng JK, Martin DB, Nesvizhskiy A, Aebersold R: тур по Транспротеомному трубопроводу. Протеомика. 2010, 10: 1150-1159. 10.1002/pmic.2005.

Центральный пабмед КАС Статья пабмед Google Scholar

31.

База данных геномов онлайн: полные проекты генома. http://www.genomesonline.org/cgi-bin/GOLD/index.cgi?page_requested=Complete+Genome+Projects,

32.

Теобальд Д.Л.: Формальная проверка теории универсального общего происхождения. Природа. 2010, 465: 219-222. 10.1038/природа09014.

КАС Статья пабмед Google Scholar

33.

Wolfe KE, Li WH: Молекулярная эволюция встречается с эволюцией геномики. Нат Жене.2003, Приложение 33: 255-265.

Артикул Google Scholar

34.

Маркес-Боне Т., Райдер О.А., Эйхлер Э.Э.: Секвенирование геномов приматов: чему мы научились?. Annu Rev Genomics Hum Genet. 2009, 10: 355-386. 10.1146/аннурев.геном.9.081307.164420.

КАС Статья пабмед Google Scholar

35.

Noonan JP: Геномика неандертальца и эволюция современного человека.Геном Res. 2010, 20: 547-553. 10.1101/гр.076000.108.

Центральный пабмед КАС Статья пабмед Google Scholar

36.

Stoneking M, Krause J: Изучение истории человеческой популяции на основе древних и современных геномов. Нат Рев Жене. 2011, 12: 603-614.

КАС Статья пабмед Google Scholar

37.

Санкарараман С., Паттерсон Н., Ли Х., Паабо С., Райх Д.: Дата скрещивания между неандертальцами и современными людьми.Генетика PLoS. 2012, 8: e1002947-10.1371/journal.pgen.1002947.

Центральный пабмед КАС Статья пабмед Google Scholar

38.

Schatz MC: Вычислительное мышление в эпоху биологии больших данных. Геном биол. 2012, 13: 177-10.1186/gb-2012-13-11-177.

Центральный пабмед Статья пабмед Google Scholar

39.

Мизрахи I: GenBank: база данных нуклеотидных последовательностей.Справочник NCBI. Под редакцией: McEntyre J, Ostell J. 2002, Bethesda: Национальный центр биотехнологической информации

Google Scholar

40.

Kent WJ, Sugnet CW, Furey TS, Roskin KM, Pringle TH, Zahler AM, Haussler D: Браузер генома человека в UCSC. Геном Res. 2002, 12: 996-1006.

Центральный пабмед КАС Статья пабмед Google Scholar

41.

SourceForge.http://sourceforge.net/,

42.

Bioconductor: программное обеспечение с открытым исходным кодом для биоинформатики. http://www.bioconductor.org/,

43.

Field D, Sansone SA, Collina A, Booth T, Dukes P, Gregurick SK, Kennedy K, Kolar P, Kolker E, Maxon M, Millard S, Мугабушака М., Перрин Н., Ремакл Дж. Э., Ремингтон К., Рокка-Серра П., Тейлор С. Ф., Торли М., Тивари Б., Уилбэнкс Дж.: Обмен данными Omics. Наука. 2009, 326: 234-236. 10.1126/научн.1180598.

Центральный пабмед КАС Статья пабмед Google Scholar

44.

Нопперс Б.М., Харрис Дж.Р., Тассе А.М., Будин-Льосне И., Кайе Дж., Дешенес М., Завати М.: На пути к Кодексу поведения по обмену данными для международных геномных исследований. Геном Мед. 2011, 3: 46-10.1186/gm262.

Центральный пабмед Статья пабмед Google Scholar

45.

Худ Л.: Биологическая сложность под ударом: личный взгляд на системную биологию и приход «большой науки». Новости биотехнологии Genet Eng. 2011, 31: 17-

Статья Google Scholar

46.

Трипп С., Грюбер М.: Экономические последствия проекта «Геном человека». 2011, Колумбус: Мемориальный институт Баттель

Google Scholar

47.

Международный консорциум HapMap: Карта гаплотипов генома человека. Природа. 2005, 437: 1299-1320. 10.1038/природа04226.

Артикул Google Scholar

48.

Международный консорциум HapMap3: объединение общих и редких генетических вариаций в различных популяциях человека.Природа. 2010, 467: 52-58. 10.1038/природа09298.

Артикул Google Scholar

49.

Abbott A: Неврология: исследование мозга. Природа. 2013, 499: 272-274. 10.1038/499272а.

КАС Статья пабмед Google Scholar

50.

Консорциум проекта 1000 геномов: интегрированная карта генетических вариаций из 1092 геномов человека. Природа. 2012, 491: 56-65.10.1038/природа11632.

Центральный пабмед Статья Google Scholar

51.

Каталог опубликованных полногеномных ассоциативных исследований. http://www.genome.gov/gwastudies/,

52.

Roach JC, Glusman G, Smit AF, Huff CD, Hubley R, Shannon PT, Rowen L, Pant KP, Goodman N, Bamshad M, Shendure J, Drmanac R, Jorde LB, Hood L, Galas DJ: Анализ генетического наследования в семейном квартете с помощью полногеномного секвенирования.Наука. 2010, 328: 636-639. 10.1126/научн.1186802.

Центральный пабмед КАС Статья пабмед Google Scholar

53.

Леви С., Саттон Г., Нг П.С., Феук Л., Халперн А.Л., Валенц Б.П., Аксельрод Н., Хуанг Дж., Киркнесс Э.Ф., Денисов Г., Лин И, Макдональд Дж.Р., Панг А.В., Шаго М., Стоквелл Т.Б. , Циамури А., Бафна В., Бансал В., Кравиц С.А., Бусам Д.А., Бисон К.И., Макинтош Т.К., Ремингтон К.А., Абрил Дж.Ф., Гилл Дж., Борман Дж., Роджерс Ю.Х., Фрейзер М.Е., Шерер С.В., Штраусберг Р.Л. и др.: диплоидная последовательность генома отдельного человека.PLoS биол. 2007, 5: e254-10.1371/journal.pbio.0050254.

Центральный пабмед Статья пабмед Google Scholar

54.

Уилер Д.А., Шринивасян М., Эгхольм М., Шен Ю., Чен Л., Макгуайр А., Хе В., Чен Ю.Дж., Махиджани В., Рот Г.Т., Гомес Х., Тартаро К., Ниязи Ф., Туркотт К.Л., Ирзык Г.П. , Lupski JR, Chinault C, Song X, Liu Y, Yuan Y, Nazareth L, Qin X, Muzny DM, Margulies M, Weinstock GM, Gibbs RA, Rothberg JM: Полный геном человека с помощью массивно-параллельного секвенирования ДНК.Природа. 2008, 452: 872-876. 10.1038/природа06884.

КАС Статья пабмед Google Scholar

55.

Международный консорциум генома рака. http://icgc.org/,

56.

Атлас генома рака. http://cancergenome.nih.gov/,

57.

Pandey A: Подготовка к пациенту 21 ^st века. ДЖАМА. 2013, 309: 1471-1472. 10.1001/jama.2012.116971.

КАС Статья пабмед Google Scholar

58.

Худ Л., Флорес М.: Личный взгляд на системную медицину и появление проактивной медицины P4: прогностической, превентивной, персонализированной и совместной. Нац биотехнолог. 2012, 29: 613-624.

КАС Google Scholar

59.

Прайс Н.Д., Эдельман Л.Б., Ли И., Ю Х., Хван Д., Карлсон Г., Галас Д.Дж., Хит Дж.Р., Худ Л.: Системная биология и появление системной медицины. Геномная и персонализированная медицина: от принципов к практике.Том 1. Под редакцией: Гинзбург Г., Уиллард Х. 2009 г., Филадельфия: Elsevier, 131–141.

Google Scholar

60.

Грин Р.С., Берг Дж.С., Гроди В.В., Калия С.С., Корф Б.Р., Мартин С.Л., Макгуайр А., Нуссбаум Р.Л., О’Дэниел Дж.М., Ормонд К.Е., Рем Х.Л., Уотсон М.С., Уильямс М.С., Бизекер Л.Г.: Рекомендации ACMG по сообщению о случайных находках при секвенировании клинического экзома и генома. 2013, Bethesda: Американский колледж медицинской генетики и геномики

Google Scholar

61.

Мейерсон М., Габриэль С., Гетц Г.: Достижения в понимании геномов рака посредством секвенирования второго поколения. Нат Рев Жене. 2010, 11: 685-696. 10.1038/nrg2841.

КАС Статья пабмед Google Scholar

62.

Qin S, Zhou Y, Lok AS, Tsodikov A, Yan X, Gray L, Yuan M, Moritz RL, Galas D, Omenn GS, Hood L: Целевая протеомика SRM в поисках биомаркеров HCV-индуцированного прогрессирование фиброза в цирроз у пациентов с HALT-C.Протеомика. 2012, 12: 1244-1252. 10.1002/пмик.201100601.

Центральный пабмед КАС Статья пабмед Google Scholar

63.

Li XJ, Hayward C, Fong PY, Dominguez M, Hunsucker SW, Lee LW, McClean M, Law S, Butler H, Schirm M, Gingras O, Lamontague J, Allard R, Chelsky D, Price ND , Lam S, Massion PP, Pass H, Rom WN, Vachani A, Fang KC, Hood L, Kearney P: Протеомный классификатор на основе крови для молекулярной характеристики легочных узлов.Sci Transl Med. в печати

64.

Нопперс Б.М., Торогуд А., Чедвик Р.: Организация генома человека: к этике следующего поколения. Геном Мед. 2013, 5: 38-10.1186/gm442.

Центральный пабмед Статья пабмед Google Scholar

65.

Худ Л.: Кто мы: книга жизни. Начальный адрес. Журнал колледжа Уитмена. 2002, 4-7.

Google Scholar

66.

Фостер М.В., Шарп Р.Р.: За пределами расы: к полногеномному взгляду на человеческие популяции и генетические вариации. Нат Рев Жене. 2004, 5: 790-796. 10.1038/nrg1452.

КАС Статья пабмед Google Scholar

67.

Royal CDM, Dunston GM: Изменение парадигмы с «расы» на генетические вариации человека. Нат Жене. 2004, 36: С5-С7. 10.1038/нг1454.

КАС Статья пабмед Google Scholar

68.

Уизерспун Д.Дж., Вудинг С., Роджерс А.Р., Марчани Э.Е., Уоткинс В.С., Батцер М.А., Джорд Л.Б.: Генетическое сходство внутри и между популяциями. Генетика. 2007, 176: 351-359. 10.1534/генетика.106.067355.

Центральный пабмед КАС Статья пабмед Google Scholar

69.

Genovese G, Handsaker RE, Li H, Altemose N, Lindgren AM, Chambert K, Pasaniuk B, Price AL, Reich D, Morton CC, Pollak MR, Wilson JG, McCarroll SA: Использование смешения населения для помощи полные карты генома человека.Нат Жене. 2013, 45: 406-414. 10.1038/нг.2565.

Центральный пабмед КАС Статья пабмед Google Scholar

70.

Fernandez-Suarez XM, Galperin MY: The, Nucleic Acids Research выпуск базы данных и онлайновая коллекция базы данных молекулярной биологии. Нуклеиновые Кислоты Res. 2013, 2013: Д1-Д7.

Артикул Google Scholar

71.

Проект «Протеом человека».http://www.hupo.org/research/hpp/,

72.

Hood LE, Omenn GS, Moritz RL, Aebersold R, Yamamoto KR, Amos M, Hunter-Cevera J, Locascio L, Участники семинара: Новые и улучшенные технологии протеомики для понимания сложных биологических систем: решение большой проблемы в науках о жизни. Протеомика. 2012, 12: 2773-2783. 10.1002/пмик.201270086.

Центральный пабмед КАС Статья пабмед Google Scholar

73.

От редакции: Зов человеческого протеома. Нат Методы. 2010, 7: 661-

74.

Schadt E, Turner S, Kasarskis A: Окно в секвенирование третьего поколения. Хум Мол Жене. 2010, 19: Р227-Р240. 10.1093/hmg/ddq416.

КАС Статья пабмед Google Scholar

75.

Ким Дж.К., Самаранаяке М., Прадхан С.: Эпигенетические механизмы у млекопитающих. Cell Mol Life Sci. 2009, 66: 596-612. 10.1007/s00018-008-8432-4.

Центральный пабмед КАС Статья пабмед Google Scholar

76.

Hon G, Ren B, Wang W: ChromaSig: вероятностный подход к поиску общих сигнатур хроматина в геноме человека. PLoS Comput Biol. 2008, 4: e1000201-10.1371/journal.pcbi.1000201.

Центральный пабмед Статья пабмед Google Scholar

77.