A DNS ötven éve
- DNS felépítés - replikáció mikroszkóposan - a replikáció molekuláris biológiája - a DNS 50 éve -




1953. április 2-án jelent meg a Nature folyóiratban az az egy oldalas cikk, amely feloldotta az ellentétet a DNS monoton, "négybetűs" szerkezete és feltételezett információtároló képessége között. Alig 50 év kellett ahhoz, hogy előttünk álljon a humán genom és számos, genetikailag már jól ismert élőlény genomjának teljes bázissorrendje. A 20. század második fele és a kezdődő 21. század valóban a biológia meghatározó fejlődését hozta és hozza el számunkra. Az alábbi válogatás e fél évszázados fejlődésre emlékeztet és összefoglalja mai tudásunkat a DNS világáról.

Magyarul elérhetõ néhány ismeretterjesztõ irodalom

James D. Watson: A kettõs spirál, Gondolat Kiadó, Budapest, 1970.
Gordon R. Taylor: Biológiai pokolgép, Medicina Könyvkiadó, Budapest, 1970.
Sain Béla, Erdei Sára: Génsebészet, Gondolat Kiadó, Budapest, 1985.
Venetianer Pál: A DNS szép új világa, Kulturtrade Kiadó, Budapest, 1998.

Angol tudományos cikkek és összefoglalók
(A bemutatott ábrák a cikkekben is megtalálhatók, de letöltésüket segítendõ elhelyeztük kicsinyített képüket is.)

A Stucture for Deoxiribose Nucleic Acid
Watson és Crick eredeti cikke (1953),

Discovering genes are made of DNA
Maclyn MacCarty, Avery munkatársának visszaemlékezése,

DNA replication and recombination - Bruce Alberts, össsszefoglaló cikk




DNA damage and repear - Errol C. Friedberg, összefoglaló cikk,







Controlling the double helix
Gary Felsenfeld és Mark Groudine

Összefoglaló a kromatin szerkezetéről,





The digital code of DNA
Leroy Hood és David Galas
Összefoglaló








The double helix and immunology - Gustav J.V. Nossal - Összefoglaló,



A genom projektek közül számunkra természetesen nagy jelentőségű és egészségügyi szempontból felbecsülhetetlen jovőbeni előnyökkel jár a Human Genom Project. A teljes humán genom bázissorrendjét nagyjából 2001-re határozták meg. Ez mintegy 3 gigabázisnyi ( 3 Gb = 3x 10 9 bp) betüt és körülbelül 30 ezer gént jelent (lásd később).

A National Center for Biotechnology Information ( NCBI ) honlapján rengeteg információ található erről a témáról

a http://www.ncbi.nlm.nih.gov/genome/guide/human/

és a
http://www.ncbi.nlm.nih.gov/Tour/

címek alatt.



A humán genom szekvenálása

A humán genom szekvenciájának első változata az International Human Genome Sequencing Consortium (IHGSC) és a Celera biotechnológiai társaság munkájának eredményeként került nyilvánosságra, 2001-ben.

A munka során különböző megközelítéseket alkalmaztak, de mindkét esetben a random, ún. shotgun klónozás módszerét használták. E módszernél a szekvenálni kívánt genomot kisebb méretű, átfedő fragmentekre tördelik fel, majd ezeket klónozzák. A klónok által hordozott DNS szakaszok mindkét végén körülbelül 500 bázispár (bp) hoszúságban meghatározzák a  szekvenciát. A genom minden egyes részletét hatszor-tízszer "olvassák el", hogy a meghatározás pontosságát növeljék. A DNS szekvencia meghatározásnál a bázissorrendet számítógép regisztrálja és illeszti be az addig kész szekvenciába.

Az IHGSC által használt módszer szerint a humán DNS-t 200,000 bp hosszúságú fragmentekre hasították és a 24 kromoszómát lefedő fizikai térképet készítettek. Az így rendezett DNS fragmenteket azután egyenként shotgun módszerrel klónozták és szekvenálták.

Ezzel szemben a Celera kutatói az egész genomot random fragmentekre vágták, háromféle méretben (2,000, 10,000 és 200,000 bp) és a fragmentek végeinek szekvenciáját határozták meg. Ezek után csak számítógép segítségével állították össze a teljes szekvenciát, mert fizikaitérkép nem segítette a munkát.


Nature 409: 6822 (2001)

A Celera 1998-ban jelentette be, hogy három éven belül meg kívánja határozni a teljes humán genom szekvenciáját, amit akkor meglehetős szkepticizmussal fogadtak. Végül is mindkét kutatócsoport erőfeszítéseit siker koronázta és a munka meghatározó részét előbb fejezték be, mint bárki remélte volna.

A két szekvencia, a kisebb eltérésektől eltekintve, az általános következtetéseket, a gének számát, az ismétlődő szekvenciákat és a kromoszómák szerveződését illetően nagyon hasonló. A génjeink száma a szekvencia alapján 30 - 35 ezerre becsülhető, ami sokkal kisebb szám a korábban feltételezett 100 ezernél.

Az alábbi PDF fájlokban részletesebb információ található  angolul a szekvenálás eredményeiről és a humán örökletes betegségekről. A Nature folyóirat fenti címlapjára kattintva elérhető és letölthető a lapban akkor megjelent többi cikk is.

Initial sequencing and analysis of the human genome

Human disease genes

Human disease genes database



Genom szótár

Raw sequence / nyers szekvencia - egy adott klón segítségével egyetlen szekvencia meghatározás eredménye (nagyjából 500 bázis hosszú).

Paired-end sequence / párosított végszekvenciák - egy klón két végének szekvencia meghatározásából származó nyers szekvencia pár, mely nem csak két részszekvenciát jelent. Általuk meghatározható, hogy a klónban lévő DNS szakasz a szekvenciában mekkora helyet foglal el, illetve a szekvencia meghatározás folymatában fontos információt ad arról, hogy mely klón alkalmas egy még ismeretlen ("át nem szekvenált") régió szekvenciájának a meghatározására. A párosított végszekvencia tartozhat bármilyen vektor inszertjéhez, legyen az plazmid, fág vagy akár BAC (bacterial artificial chromosome) vektor.

Finished sequence / kész szekvencia - bármely, több nyers szekvencia eredőjeként összeállított szekvencia, mely legalább 99.99% pontossággal a klón, kromoszóma vagy akár teljes genom valós szekvenciájának felel meg.

Coverage (or depth) / lefedettség - Egy adott szekvencia részletre vagy akár egyetlen bázisra megadja, hogy hány nyers szekvencia segítségével alakult ki a végső eredmény. Általában egy régió szekvenciája 6-10 független szekvenálás eredményéből már biztonságosan meghatározható.

BAC clone / BAC klón - A BAC (Bacterial artificial chromosome) olyan F-plazmid eredetű vektor, mely tipikusan egy 100–200 kb nagyságú DNS szakaszt (inszertet) képes hordozni.

Finished clone / befejezett klón - az a klón, mely szekvenciája teljes egészében megtalálható a már elkészült szekvenciában.

Contig / kontig - egy egybefüggő DNS szekvencia, mely összeállítható a nyers szekvenciák segítségével. Ez lehet néhány ezer bázispár, de akár egy egész kromoszóma is. Nem feltétlenül jelent kész szekvenciát!

STS - Sequence tagged site - egy rövid egyedi genomikus szekvencia (általában 500 bp)

EST - Expressed sequence tag - egy cDNS klón segítségével meghatározott részszekvencia (nyers szekvencia, mely egyszeri szekvenálási reakció eredménye). Egy adott mRNS jelenlétéről, egy gén működéséről, egy fehérjekódoló DNS szakaszról ad információt.

SSR - Simple sequence repeat - ismétlődő szekvencia, mely rövid, néhány bázispárnyi alapegységekből épül fel (például : (CA)15). Számos SSR szekvencia polimorfikus lehet, kisebb eltéréseket tartalmazhat, így géntérképezésnél felhasználható.

SNP - Single nucleotide polymorphism - egyedi nukleotid polimorfizmus, egyedi nukletid eltérés a szekvencia egy adott pontján, melyre több variáció is létezik egy adott populációban.

Genetic map / genetikai térkép - A genetikai térképen az egyes mutációk vagy polimorfizmusok egymáshoz viszonyított helyzetét a köztük lévő rekombinációs események gyakoriságának alapján határozzák meg. A genetikai térkép mértékegysége a centimorgan (cM), mely 1% rekombináns megjelenését tükrözi.

Szekvencia adatok és egyéb információk a humán genomról

http://genome.ucsc.edu/

University of California at Santa Cruz
A humán genom szekvenciáját tar.talmazza

http://genome.wustl.edu/gsc/human/Mapping/

Washington University
A szekvenálás alapját jelentő klónokról és a szekvencia összeállításáról tartalmaz információt.

http://www.ensembl.org/

EBI/Sanger Centre - DNS és fehérjeszekvenciák keresése, lekérése.

http://www.ncbi.nlm.nih.gov/genome/guide/

NCBI (National Center for Biotechnology Information)
A kromoszómáktól a génekig - keresőrendszer.

http://compbio.ornl.gov/channel/index.html

Oak Ridge National Laboratory

http://hgrep.ims.u-tokyo.ac.jp/

RIKEN and the University of Tokyo - Összefoglaló a humán genom szerkezetéről

http://snp.cshl.org/

The SNP Consortium - single nucleotide polymorphism

http://www.ncbi.nlm.nih.gov/Omim/

Online Mendelian Inheritance in Man
Humán gének és betegségek

http://www.nhgri.nih.gov/ELSI/ and http://www.ornl.gov/hgmis/elsi/elsi.html

NHGRI and DOE
Információk, linkek, cikkek a genomprojekt szociális és etikai vonatkozásaival kapcsolatban.



- DNS felépítés - replikáció mikroszkóposan - a replikáció molekuláris biológiája - a DNS 50 éve -