Определение генома и геномики Задачи и цели геномики Этапы развития геномики Разделы геномики Геномика её роль в медицине Геном и его роль в фармацевтической

Геном и его роль в фармацевтической промышленности

Медицинская геномика решает прикладные вопросы клинической и профилактической медицины на основе знания геномов человека и патогенных организмов (например, диагностика наследственных болезней, генотерапия. причины вирулентности болезнетворных микроорганизмов и т.д.).

Все шаги эволюции живой природы, несомненно, должны были закрепляться в информационной системе ДНК (а для некоторых существ — в РНК), а также в организации её в клетке для выполнения консервативной функции сохранения наследственности и противоположной функции — поддержания изменчивости. Такое представление о формировании генома каждого вида наиболее обоснованно.
Применительно к геному человека можно сказать, что эволюция человека — это эволюция генома. Такое представление подтверждается теперь многочисленными молекулярно-генетическими исследованиями, поскольку стало возможным сопоставление геномов разных видов млекопитающих, в том числе человекообразных обезьян, а также в пределах вида Homo sapiens геномов разных рас. этносов, популяций человека и отдельных индивидов.
Организация генома каждого эукариотического вида представляет собой последовательную иерархию элементов: нуклеотидов, кодонов, доменов, генов с межгенными участками, сложных генов, плеч хромосом, хромосом, гаплоидного набора вместе с внехромосомнои и внеядерной ДНК. В эволюционном преобразовании генома каждый из этих иерархических уровней мог вести себя совершенно дискретно (изменяясь, комбинируясь с другими и т.д.).
Наши представления о геноме человека — обширная область генетики человека, включающая по меньшей мере понятия «инвентаризации» генов, групп сцепления, картирования генов (локализация), секвенирования всей ДНК (генов, их мутаций и хромосом в целом), мейотических преобразовании, функционирования отдельных генов и их взаимодействии, интеграции структуры и функции генома в целом. На решении всех этих вопросов была сосредоточена обширная многолетняя международная программа «Геном человека» (с 1990 по 2000 г.). Главным направлением работ были последовательное секвениро- вание участков генома и их «состыковка». Ожидают, что в результате реализации этого грандиозного проекта ученые получат доступ к «книге жизни» — к точному биохимическому коду каждого из 80–100 тыс. генов, составляющих геном человека. Ожидают, что в результате реализации этого грандиозного проекта ученые получат доступ к «книге жизни» — к точному биохимическому коду каждого из 80–100 тыс. генов, составляющих геном человека.
Всего несколько лет назад появилась наука геномика, которая изучает весь генетический материал человека. Сегодня на базе геномики уже заложены основы новых дисциплин: геномной медицины, фармакогеномики, протеомики, микробной геномики и др.
Применение новых знаний в области генетики может кардинально изменить подходы к диагностике, лечению и профилактике сотен и даже тысяч не только наследственных генетических заболеваний (например, фенилкетонурии, муковисцидоза, талассемий), но и множества других широко распространенных болезней, в развитии которых участвуют как генетические факторы, так и факторы окружающей среды (например, болезни сердечно-сосудистой системы, сахарный диабет, некоторые формы злокачественных новообразований, психические и неврологические расстройства, инфекционные болезни, в том числе туберкулез и СПИД).
Кроме того, эти знания могут быть использованы для разработки новых источников энергии (биологического топлива), методов контроля за состоянием окружающей среды, современных способов безопасного и эффективного уничтожения токсических отходов. Потенциальные возможности в этой сфере очень велики, поскольку в настоящее время только 0,01% всех микроорганизмов культивированы и изучены. Поэтому с 1994 г. одновременно с программой изучения генома человека Министерство энергетики США осуществляет Программу изучения генома микроорганизмов (Microbal Genome Program).
Несмотря на огромную стоимость HGP — 3 млрд долларов США (в среднем около 200 млн в год), проект позволит сэкономить значительные средства за счет эффекта масштаба. Так, затраты на поиск одного гена, который обусловливает развитие наследственного заболевания (например, муковисцидоза), составляют около 100 млн долларов США. Поэтому расшифровка каждого гена в отдельности составила бы астрономическую сумму.
Подсчитано, что системный подход к изучению всего генома обойдется намного дешевле и средняя стоимость обнаружения одного гена составит не более 30 тыс. долларов США. Гены занимают только 3% генома и могут иметь от одной тысячи до нескольких миллионов оснований. Весь геном человека состоит из 3 млрд пар оснований.
В 1996 г. была достигнута одна из целей HGP — добиться определения последовательности оснований со скоростью 90 Mb в год (Megabase — 1х106 пар оснований) при стоимости определения последовательности 1 пары — 0,5 доллара США, а в соответствии с планами проекта до 2003 г. скорость определения последовательностей должна составить 500 Mb/год при стоимости 1 пары оснований 0,25 доллара. Учитывая общее количество оснований в геноме человека (3 Gb), снижение затрат на определение 1 пары оснований даже на 1 цент может принести экономию в 30 млн долларов. Снижению стоимости HGP и его более быстрой реализации способствовало совершенствование методов картирования ДНК и определения генетических последовательностей, а также применение активно развивающихся компьютерных технологий.
В 1995 г. впервые были полностью определены последовательности генома первого микроорганизма (Haemophilus influenzae), а в 1998 г. — первого животного организма (круглого червя Caenorhabditis elegans). Если геном H. influenzae насчитывает 1,9 Mb, то геном C. elegans — 97 Mb. К 1998 г. ученым удалось установить последовательности 7% человеческого генома.
В настоящее время полностью расшифрованы геномы 20 микроорганизмов (111 Mb), в том числе M. tuberculosis, E. coli, H. pylori. 1 декабря 1999 г. было сообщено о завершении «первой главы книги жизни» — полном определении последовательностей одной из хромосом человека (XXII). Впервые ученые получили возможность взглянуть на организацию всей хромосомы на уровне химических оснований.
Несмотря на то что полученная информация должна быть тщательно проанализирована, уже известно, что XXII хромосома может иметь отношение к функционированию иммунной системы, развитию врожденных заболеваний сердца, шизофрении, отставанию в умственном развитии, порокам физического развития, а также к некоторым злокачественным новообразованиям и лейкозам.
С учетом этих достижений в 1998 г. участники программы провели корректировку планов осуществления HGP. Решено, что проект будет завершен на 2 года раньше срока. Таким образом, полностью геном человека будет расшифрован не позже 2003 г., а предварительный проект генома будет представлен уже весной этого года. Под полной расшифровкой генома понимают точное определение расположения всех последовательностей ДНК, даже тех больших участков, которые не содержат генов (они составляют около 97% генома).
Однако над полной расшифровкой кода работают в основном государственные институты, а не частные компании. Например, специалисты компании «Genset» (Франция) в начале 2000 г. должны завершить составление карты только 60 тыс. наиболее важных участков и, сравнивая эти участки ДНК различных людей, выявить конкретные гены, которые действительно вызывают развитие определенного заболевания. Руководитель исследований по геномике компании «Genset» Д. Коуэн считает, что, например, из 100 тыс. генов только 200 могут иметь отношение к развитию 20 наиболее распространенных заболеваний, в 80% случаев являющихся причиной смерти людей, поэтому именно таким генам следует уделить особое внимание.
Картирование генов частными компаниями, безусловно, способствует выполнению проекта, однако часто компании пытаются запатентовать отдельные участки ДНК или генов. В настоящее время вопросы патентования генетического материала недостаточно разработаны и заинтересованные стороны интенсивно работают над совершенствованием законодательства.
Данные о геноме человека и других организмов уже используют в таких областях медицины и фармации, как генная инженерия, генная терапия, фармакогенетика, протеомика, а также в создании генных вакцин.