Геном — полный набор генетической информации¶

Геном — это полный набор генетической информации организма, заключённой в ДНК (или РНК у некоторых вирусов), включая все гены и межгенные участки. Термин предложил немецкий ботаник Ганс Винклер в 1920 году как сокращение от «ген» и «хромосома». Геном задаёт инструкции для развития, функционирования и размножения живого существа и хранится в виде последовательности нуклеотидов — буквенно-цифрового кода из четырёх символов: A (аденин), T (тимин), G (гуанин), C (цитозин).

¶Структура генома

Геном эукариотического организма состоит из нескольких уровней организации:

• Хромосомы — крупные молекулы ДНК, упакованные с белками-гистонами. У человека их 46 (23 пары), из них 22 пары аутосом и одна пара половых хромосом.
• Гены — участки ДНК, содержащие информацию о структуре белков или функциональных РНК. В геноме человека насчитывается около 20 000–25 000 белоккодирующих генов.
• Межгенные (некодирующие) участки — составляют основную часть генома. Долгое время считались «мусорной ДНК», однако исследования показали, что многие из них участвуют в регуляции экспрессии генов.
• Повторяющиеся последовательности — транспозоны, сателлитная ДНК, микро- и минисателлиты. Составляют значительную долю генома: у человека транспозоны занимают около 45 %.

¶Размеры геномов

Размер генома (так называемый «генный поток») сильно варьирует у разных организмов и не всегда коррелирует со сложностью существа:

¶Геном человека

Международный проект «Геном человека» стартовал в 1990 году и был официально завершен в 2003 году. Первый черновик последовательности опубликован в 2001 году одновременно консорциумом public-проекта и компанией Celera Genomics. В 2022 году консорциум T2T (Telomere-to-Telomere) объявил о завершении первой полностью непрерывной последовательности генома человека, включая ранее недоступные участки центромерных и теломерных областей.

Ключевые факты о геноме человека:

• Длина последовательности — около 3,1 млрд пар оснований.
• Генов — около 20 000–25 000 белоккодирующих.
• Группы крови, предрасположенность к заболеваниям, особенности метаболизма — всё это определяется вариантами генов.
• Геномы разных людей совпадают примерно на 99,9 %; оставшиеся 0,1 % составляют индивидуальные различия.

¶Проект «Геном человека» в России

Россия участвовала в международном проекте «Геном человека» с 1990-х годов. Институт молекулярной биологии РАН и другие научные центры внесли вклад в расшифровку отдельных участков. В 2019 году в России стартовал национальный проект «Геном человека» — программа геномных исследований, направленная на создание базы геномных данных россиян и внедрение результатов в здравоохранение. Проект координирует Минздрав и Минобрнауки, в его реализации участвуют ведущие научные центры страны.

¶Методы изучения генома

Секвенирование ДНК — определение порядка нуклеотидов — прошло несколько поколений технологий:

1. Дидезиновый метод (метод Сэнгера, 1977) — первое поколение, позволившее расшифровать геном человека в рамках проекта.
2. Пирросеквенирование — раннее поколение высокопроизводительного секвенирования.
3. Поколение 454 — первая массовая платформа нового поколения.
4. Illumina (секвенирование по синтезу) — доминирующая в 2010-е годы технология, обеспечивающая высокую точность при длине считываний 100–300 пар оснований.
5. Oxford Nanopore — считывание ДНК через нанопоры, позволяет получать сверхдлинные прочтения (сотни тысяч пар оснований) в реальном времени.

¶Применение знаний о геноме

• Медицина: фармакогенетика (подбор лекарств с учётом генотипа), диагностика наследственных заболеваний, генетическое консультирование.
• Онкология: идентификация мутаций, определяющих рост опухоли, и подбор таргетных препаратов.
• Геномика популяций: изучение миграций, родства, эволюционной истории человеческих групп.
• Сельское хозяйство: селекция с использованием геномных маркеров, создание геномно-модифицированных сортов.
• Криминалистика: ДНК-профилирование для идентификации личности.

¶Этические вопросы

Расшифровка генома порождает ряд этических проблем: возможность генетической дискриминации при трудоустройстве и страховании, вопрос о границах генетических вмешательств, проблема хранения геномных данных. В России генетическая информация отнесена законодательством к персональным данным особого вида, и её использование регулируется Федеральным законом «О персональных данных» и отдельными нормами биоэтики.

Источники:

• «Геном человека»: итоги международного проекта, Nature, 2001 и 2003.
• Nurk S. et al. «The complete sequence of a human genome», Science, 2022.
• National Human Genome Research Institute (NHGRI) — материалы по геномике.
• Лопатин А. С., Кульчицкий Б. Е. «Геном человека», М., 2009.
• Федеральный закон РФ «О персональных данных» №152-ФЗ.