Нов начин за дешифриране на генома обяснява парадокса на Hox гените. Медицинска генетика

напълно дефинирани. Следователно работата по дешифрирането на генома на нематода трябва да се счита за много успешна.

Още по-голям успех е свързан с дешифрирането на генома на дрозофила, само в

2 пъти по-малък от човешката ДНК и 20 пъти по-голям от нематодната ДНК. Въпреки високата степен на генетични познания на Drosophila, около 10% от нейните гени са били неизвестни до този момент. Но най-парадоксалното е, че в дрозофила, която е много по-високо организирана в сравнение с нематода, броят на гените се оказа по-малък, отколкото в микроскопични кръгъл червей! От съвременна биологична гледна точка това е трудно обяснимо. Повече гени, отколкото при дрозофилата, има и в дешифрирания геном на растение от семейство Кръстоцветни - Arabidopsis, широко използвано от генетиците като класически експериментален обект.

Развитието на геномните проекти беше придружено от интензивно развитие в много области на науката и технологиите. Така биоинформатиката получи мощен тласък за своето развитие. Създаден е нов математически апарат за съхранение и обработка на огромни количества информация; проектирани са суперкомпютърни системи с безпрецедентна мощност; Написани са хиляди програми, които ви позволяват да извършвате бенчмаркингразлични блокове информация, въвеждани ежедневно компютърни бази даннинови данни,

получени в различни лаборатории по света, и адаптират новата информация към тази, която е натрупана по-рано. В същото време бяха разработени системи за ефективно изолиране на различни елементи от генома и автоматично секвениране, тоест определяне на нуклеотидните последователности на ДНК. На тази база са проектирани мощни роботи, които значително ускоряват секвенирането и го правят по-евтино.

Развитието на геномиката от своя страна доведе до откриването на огромен брой нови факти. Значението на много от тях предстои да бъде оценено в

бъдеще. Но дори и сега е очевидно, че тези открития ще доведат до преосмисляне на много теоретични позиции по отношение на появата и еволюцията различни формиживота на Земята. Те ще допринесат за по-доброто разбиране молекулярни механизми, стоящи в основата на работата на отделните клетки и техните взаимодействия; подробно декодиране на много все още неизвестни биохимични цикли;

анализ на връзката им с основните физиологични процеси.

По този начин има преход от структурна геномика към

функционални, което от своя страна създава предпоставки за

изследване на молекулярните основи на функционирането на клетките и на организма като цяло.

Натрупаната сега информация ще бъде обект на анализ в рамките

следващите няколко десетилетия. Но всяка следваща стъпка

посока на дешифриране на структурата на геномите на различни видове, поражда нови технологии, които улесняват процеса на получаване на информация. така че

използването на данни за структурата и функцията на гените на по-ниско организирани видове живи същества може значително да ускори търсенето

заменят доста трудоемките молекулярни методи за търсене на гени.

Най-важната последица от декодирането на структурата на генома определен типе възможността за идентифициране на всички негови гени и,

съответно, идентифициране и определяне на молекулярната природа на транскрибираните РНК молекули и всички нейни протеини. По аналогия с генома се раждат концепциите за транскриптом, който обединява набор от РНК молекули, образувани в резултат на транскрипция, и ипротеом, който включва много протеини, кодирани от гени. Така геномиката създава основата за интензивното развитие на нови науки - протеомика и транскриптомика. Протеомиката е изследване на структурата и функцията на всеки протеин; анализ на протеиновия състав на клетката; определяне на молекулярната основа на функционирането на отделна клетка, която е

резултат от координираната работа на много стотици протеини, и

изследване на формирането на фенотипна черта на организма,

резултат от координираната работа на милиарди клетки.

Много важни биологични процеси протичат и на ниво РНК. Техният анализ е обект на транскриптомика.

Най-големите усилия на учени от много страни по света, работещи в областта на геномиката, бяха насочени към решаването на международния проект „Човешки геном“. Значителният напредък в тази област е свързан с реализацията на идеята,

предложен от J. S. Venter, търсете и анализирайте

експресирани ДНК последователности, които по-късно могат да бъдат използвани като вид „тагове“ или маркери на определени региони на генома. Друг самостоятелен и не по-малко плодотворен подход е използван в работата на групата, ръководена от о.

Колинс. Основава се на първичната идентификация на гени за наследствени човешки заболявания.

Декодирането на структурата на човешкия геном доведе до сензационно откритие. Оказа се, че човешкият геном съдържа само 32 000 гена, което е няколко пъти по-малко от броя на протеините. В същото време има само 24 000 гена, кодиращи протеини; продуктите на останалите гени са РНК молекули.

Процентът на сходство в ДНК нуклеотидните последователности между различни индивиди, етнически групи и раси е 99,9%.

Тази прилика ни прави хора – Хомо сапиенс! Цялата ни променливост на нуклеотидно ниво се вписва в много скромна цифра - 0,1%.

Така генетиката не оставя място за идеи за национално или расово превъзходство.

Но нека се погледнем - всички сме различни. Националните и още повече расовите различия са още по-забележими. И така, какъв брой мутации определя човешката променливост, не в проценти, а в в абсолютно изражение? За да получите тази оценка, трябва да запомните какъв е размерът на генома. Дължината на една човешка ДНК молекула е

3.2x109 базови двойки. 0,1% от това са 3,2 милиона нуклеотида. Но не забравяйте, че кодиращата част на генома заема по-малко от 3% от общата дължина на ДНК молекулата и мутациите извън този регион най-често нямат никакъв ефект върху фенотипната вариабилност. По този начин, за да получим интегрална оценка на броя на мутациите, които влияят на фенотипа, трябва да вземем 3% от 3,2 милиона нуклеотида, което ще ни даде цифра от порядъка на 100 000, тоест около 100 хиляди мутации формират нашия фенотип променливост. Ако сравним тази цифра с общия брой гени, се оказва, че има средно 3-4 мутации на ген.

Какви са тези мутации? По-голямата част от тях (поне 70%)

определя нашата индивидуална непатологична променливост, това, което ни отличава, но не ни прави по-лоши един спрямо друг. Това включва характеристики като цвят на очите, коса, кожа, тип тяло, височина, тегло,

тип поведение, което също е до голяма степен генетично обусловено и много повече. Около 5% от мутациите са свързани с моногенни заболявания. Около една четвърт от останалите мутации принадлежат към класа на функционалните полиморфизми. Те участват във формирането на наследствена предразположеност към широко разпространена мултифакторна патология. Разбира се, тези оценки са доста груби,

но те дават възможност да се съди за структурата на наследствената изменчивост на човека.

Глава 1.16. Молекулярна генетична основаеволюция

Революцията в областта на молекулярната биология, настъпила в началото на хилядолетието, завършила с дешифрирането на структурата на геномите на много стотици видове микроорганизми, както и някои видове протозои,

дрожди, растения, животни и хора, обърна много традиционни идеи на класическата генетика и доближи възможността за изучаване на молекулярните механизми на еволюцията и видообразуването. Роди се нова наука - сравнителната геномика,

което дава възможност да се регистрира появата в различни филогенетични линии на еволюционно значими събития, случващи се на ниво отделни молекули. Оказа се, че в общия случай еволюционният прогрес е свързан не само и не толкова с увеличаване на броя, степента и дори сложността на структурна организациягени, но в много по-голяма степен с промени в регулацията на тяхната работа, което определя координацията и тъканната специфичност на експресията на десетки хиляди гени. Това в крайна сметка доведе до появата във висшите организми на по-сложни, високоспецифични, многофункционални комплекси от взаимодействащи протеини, способни да изпълняват фундаментално нови задачи.

Нека разгледаме природата на промените, които се случват в процеса на еволюцията на три информационни нива: ДНК - РНК - протеин или геном - транскриптом - протеом. Като цяло можем да кажем, че с нарастването на сложността на организацията на живота се увеличава и размерът на генома. Така размерът на ДНК на прокариотите не надвишава 8x106 bp, той става два пъти по-голям при дрожди и протозои, 10-15 пъти по-голям при насекоми, а при бозайниците увеличението достига 3 порядъка, тоест хиляда пъти (103 ).

Тази зависимост обаче не е линейна. По този начин при бозайниците вече не наблюдаваме значително увеличение на размера на генома. Освен това не винаги е възможно да се наблюдава връзката между размера на генома и сложността на организацията на живота. Така при някои растения размерът на генома е с един порядък или дори с два порядъка по-голям от този на хората. Нека припомним, че увеличаването на размера на генома на еукариотите в сравнение с прокариотите се дължи главно на появата на некодиращи последователности, тоест незадължителни елементи. Вече казахме, че екзоните в човешкия геном са не повече от 1-3%. Това означава, че броят на гените във висшите организми може да бъде само няколко пъти по-голям, отколкото в микроорганизмите.

Нарастващата сложност на еукариотната организация отчасти се обяснява с появата на допълнителна регулаторна система, необходима за

осигуряване на тъканна специфичност на генната експресия. Една от последиците от прекъснатата организация на гените, появила се в еукариотите, е широко разпространената поява на алтернативно снаждане и алтернативна транскрипция. Това доведе до появата на нов имот огромен бройгени - способността да кодират множество функционално различни протеинови изоформи. Така общото количество протеини

тоест размерът на протеома, при по-високите може да бъде няколко пъти повече количествогени.

При прокариотите е допустима вътревидова променливост в броя на гените и

подобни разлики между различни щамове на много микроорганизми, в

включително патогенни, могат да възлизат на десетки проценти. Освен това, сложността на организацията на различни видове микроорганизми пряко корелира с броя и дължината на кодиращите последователности.

По този начин фенотипната интра- и междуспецифична вариабилност е в тясна връзка с много сходни размери на транскриптоми и протеоми. При еукариотите броят на гените е строго определена видова характеристика, а нарастването на еволюционната сложност се основава на друг принцип - диференцираното многостепенно използване на различни компоненти на ограничен и сравнително стабилен протеом.

Секвенирането на геномите на нематоди и Drosophila показа, че размерите на протеомите в тези много различни видове са много сходни и само два пъти по-големи от тези на дрождите и някои видове бактерии. Този модел - значително увеличаване на сложността на организацията на различни форми на живот при запазване или относително малко увеличение на размера на протеома - е характерен за цялата последваща еволюция до хората. така че

Протеомите на хората и мишките практически не се различават един от друг и са по-малко от 2 пъти по-големи от протеомите на микроскопичния нематоден кръгъл червей или плодовата муха Drosophila. Освен това, идентичността на нуклеотидните последователности на човешката ДНК и

човекоподобните маймуни е 98,5%, а в кодиращите региони достига 99%. Тези цифри се различават малко от стойността от 99,9%,

определяне на вътревидово сходство в нуклеотидните последователности на ДНК между различни индивиди, народи и раси, населяващи нашата планета. И така, какви промени, съставляващи не повече от 1,5% от целия геном, са ключови за формирането на човек? Отговорът на този въпрос, очевидно, трябва да се търси не само на геномно и протеомно ниво.

Всъщност, заедно с относителната стабилност на протеома, в

В процеса на еволюцията се наблюдава рязко увеличаване на размера и сложността на организацията на еукариотния транскриптом поради появата в генома на огромен брой транскрибирана и некодираща ДНК, както и значително разширяване на клас РНК-кодиращи гени. РНК, които не кодират протеини, чийто основен източник са интроните,

съставляват по-голямата част от транскриптома на висшите организми,

достигайки 97-98% от всички транскрипционни единици. Функциите на тези молекули в момента се анализират интензивно.

По този начин ключовите еволюционни промени се случват на фона на увеличаване на размера на генома, сравнително стабилен протеом и рязко увеличаване на размера на транскриптома - Фиг. 31.

Фигура 31. Еволюционни промени, настъпващи в три

информационни нива В същото време преходът от прости форми на живот към по-сложни е очевиден

корелира с появата и широкото разпространение в генома на две фундаментални и до известна степен взаимосвързани еволюционни придобивания: некодираща ДНК и повтарящи се елементи. Пряко следствие от тези промени, настъпващи на геномно ниво, е появата в процеса на еволюция на огромен брой некодиращи протеини РНК.

Каква е структурната основа на тези еволюционни трансформации?

Всички основни еволюционни преходи: от прокариоти към еукариоти, от протозои към метазои, от първите животни към двустранни животни и от примитивни хордови към гръбначни животни, бяха придружени от рязко увеличаване на сложността на генома. Очевидно подобни скокове в еволюцията са резултат от редки случаи на успешно сливане на цели геноми на различни видове, принадлежащи към систематични класове, които са се отдалечили на значително разстояние един от друг. Така симбиозата на археите и бактериите бележи началото на прехода от прокариоти към еукариоти. Очевидно е, че митохондриите, хлоропластите и някои други клетъчни органели също са се появили в резултат на ендосимбиоза. Основно свойство на висшите еукариоти, диплоидията, възниква в резултат на добре регулирано геномно дублиране, настъпило преди около 500 милиона години.

Геномни дупликации в рамките на един вид се случват доста често и

примери за това са множество случаи на полиплоидия при растенията,

гъби и дори понякога при животни. Въпреки това потенциални механизми

водещи до появата на принципно нови форми на живот в процеса на еволюцията не са автополиплоидията, а хибридизацията и хоризонталният трансфер или сливането на геноми. Трябва да се отбележи, че най-значимите еволюционни трансформации, придружени от сливането на цели геноми, се случват при извънредни условия, по време на периоди на големи геоложки преходи, като промени в концентрацията на кислород в атмосферата, заледяване на Земята или камбрий експлозия.

В относително спокойни геоложки условия дублирането на отделни гени или хромозомни сегменти с последващата им дивергенция се оказва по-значимо за еволюцията. Сравнението на нуклеотидните последователности на секвенираните геноми показва, че честотата на генни дупликации е доста висока и средно е 0,01 на ген на милион години. По-голямата част от тях не се проявяват през следващите няколко милиона години и то само в редки случаи

В случаите дублираните гени могат да придобият нови адаптивни функции. Въпреки това, голям клас „тихи“ генни дублирания служи като вид резервен фонд за раждането на нови гени и формирането на нови видове. Човешкият геном съдържа от 10 до 20 хиляди копия на обработени гени, възникнали чрез ретропозиция на иРНК.

Повечето от тях принадлежат към класа на псевдогените, тоест не се експресират поради наличието на мутации или поради вмъквания в транскрипционно неактивни области на генома. Въпреки това, някои от тези гени са активни и естеството на тяхната експресия и дори функции може да са различни,

отколкото тези на гените-основатели.

Те играят специална роля в еволюцията на приматите и хората. сегментни дупликации, принадлежащи към класа на повторенията с ниско копие (LCR) и

възникнали преди по-малко от 35 милиона години. Тези последователности са силно идентични блокове от ДНК, вариращи по размер от една до няколкостотин килобази. Най-често сегментните дупликации са локализирани в перицентромерните или теломерните области на различни хромозоми и общо заемат около 5% от човешкия геном.

Не са открити сегментни дублирания в други секвенирани геноми.

Минималният модул на сегментно дублиране, наречен дупликон, съдържа фрагменти от несвързани необработени гени и

това го отличава от други известни типове повтарящи се последователности. При определени условия дупликоните могат да служат като източници за създаването на нови химерни транскрибирани гени или генни семейства от различни комбинации от кодиращи екзони, присъстващи в тях. Изчислено е, че между 150 и 350 гена могат да разграничат генома на шимпанзето и на човека.

Без да намаляваме значението на появата на нови и изчезването на стари кодиращи последователности за видообразуването, трябва да подчертаем реалната възможност за съществуването на други механизми,

играе решаваща роля в еволюцията на еукариотите.

Един от движещите механизми на еволюцията са подвижните елементи, открити във всички видове, изследвани в това отношение.

Промените в генома, придружаващи процеса на видообразуване, могат да включват обширни кариотипни реорганизации, локални хромозомни пренареждания, дублиране на генни семейства, модификации на отделни гени,

придружени от тяхното раждане или загуба, както и разлики в генната експресия, регулирани както на ниво транскрипция, така и на нива на сплайсинг или транслация. Мобилните елементи са пряко свързани с всички тези процеси.

В някои случаи самите преносими елементи носят последователности, кодиращи ензими, чието присъствие е необходимо за ДНК транспониране или РНК ретропозиция.

Подобни последователности присъстват в генома на ретровируси, LTR-

елементи и транспозони. Ретротранспозоните също включват най-многобройния клас преносими елементи - Alu повторения. За първи път Алу-

повторенията се появяват при примати преди около 50-60 милиона години от малък РНК-кодиращ ген. В процеса на по-нататъшна еволюция настъпва дивергенция и мощно разрастване на това семейство. Преходът от примати към човек е съпроводен с експлозивно нарастване на броя

Алу повтаря, чийто брой копия, според някои оценки, достига

1,1 милиона. Alu повторите заемат около 10% от човешкия геном, но тяхното разпределение е неравномерно, тъй като те са свързани предимно с гени. Тези елементи рядко присъстват в кодиращи екзони и доста често се намират в интрони и некодиращи области на иРНК, влияейки върху стабилността на тези молекули и/или ефективността на транслацията. Наличието на Alu последователности в интроничните региони на гените може да бъде придружено от промяна в естеството на преРНК обработката, тъй като тези последователности съдържат региони, хомоложни на донорни и акцепторни места на снаждане. Когато Alu елементите се вмъкнат в регулаторните региони на ген, транскрипцията може да бъде нарушена, което води до

Човекът отдавна е преследван от въпроса „Кой съм аз?“ и в търсене на отговор на него, за всеки случай, той побърза да се усъвършенства с приложна генетика: древните гърци убиваха нездрави деца, за да „пречистят“ население. Оказа се, че е абсолютно напразно. Генетичните дефекти не се виждат външно и някой спартански задник, ако не беше счупен вратът, можеше да роди олимпийски шампиони. Бързо напред до 2016 г. На вашето здраво едногодишно бебе се съставя генетичен паспорт, който показва, че има 3 „болни“ гена, показващи предразположеност към сърдечно-съдови заболявания. За него се подбира индивидуална медикаментозна програма и диета и той живее комфортно в 22 век благодарение на откритията, направени в рамките на проекта за човешкия геном. фантастика? Не, геномика.

Началото на 21 век е белязано от сериозни биологични сътресения. През юни 2000 г. на церемония в Белия дом президентът Клинтън тържествено помири две враждуващи групи - компанията Celera, ръководена от Крейг Вентър, и междуправителствения проект HUGO, ръководен от директора на Националния геномен институт Франсис Колинс, и обяви, че, след дълги години работа и двамата, независимо един от друг, се доближиха до дешифрирането на човешкия геном, тоест съставянето на пълната последователност на всички човешки дезоксирибонуклеинови киселини (ДНК).

Основната работна единица на всяка жива система е клетката. Цялата информация, необходима за функционирането на клетката, се съхранява в ДНК. Геномът е пълният набор от ДНК на един организъм. В човешкия геном ДНК се съдържа в 23 хромозомни двойки. Хромозомите са отделни молекули с дължина от 50 милиона до 250 милиона ДНК базови двойки. Всяка хромозома носи различни гени, които са специфични последователности от ДНК базови двойки с кодирана информация за реда на възпроизвеждане на протеини. Ако информацията е грешна, нормалните биологични функции ще бъдат нарушени и ще се появи заболяване.

През 1986 г. Американското министерство на енергетиката (а в САЩ, по нареждане на Конгреса, се занимава с широк спектър от технологии и например стои в началото на създаването ядрена бомба) в партньорство с Националните здравни институти обяви старта на амбициозния проект за човешкия геном, в който бяха поканени да участват редица научни институции в Япония, Англия, Франция, Германия и Китай. Целта на проекта беше да се създаде база данни, съдържаща последователността на всички базови двойки ДНК и да се идентифицират всички човешки гени. По пътя проектът подобри изчислителните механизми в подкрепа на бъдещи изследвания в биогенетиката, определи търговските перспективи на изследванията и послужи като добра школа за следващото поколение генетични учени. През 1990 г. Конгресът на САЩ започва финансирането на проекта за 15 години.

Имаше много скептици, които поставиха под съмнение изпълнението на такъв грандиозен проект и неговата осъществимост. Първите няколко години бяха прекарани в разработване на методи и създаване на технологии, които биха ни позволили да броим и обработваме такова огромно количество данни. Първоначално идентифицирането на една базова двойка струваше 10 долара, а висококвалифициран специалист можеше да сканира до 10 000 базови двойки на ден. По времето, когато проектът беше завършен, се появиха роботи, които можеха да обработват 10 000 чифта в секунда, намалявайки цената на идентификацията до 5 цента.

Работата по проекта започна да кипи много по-енергично, когато през 1999 г. биологичният концерн Celera Genomics обяви намерението си сам да изолира всички човешки ДНК и да започне да продава информация за тях на фармацевтични компании. Въоръжен с разработките на групата Колинс, които бяха оповестени по това време, Селера щеше да завърши цялата работа за 3 години и да избърше носовете на държавните бюрократи. Потенциалният срам предизвика засилено вливане на пари на данъкоплатците (проектът по това време „изяждаше“ 1 милион долара на ден) и нелицеприятни критики към Селера, която се стремеше към свръхпечалби чрез търговия със собствеността на цялото човечество. Проектът за човешкия геном се разви толкова бързо, че груб портрет на човешка ДНК беше публикуван 2 години по-рано. Учените от Селера веднага откриха много недостатъци в него. Намесата на президентската администрация сложи край на тези вражди и през 2000 г. Клинтън се обедини с Вентър и Колинс, заявявайки, че публичният и частният сектор са стигнали до подобни заключения по различни начини, че успехът на втория няма да има е възможно без разработките на първия и че благодарение на участието на Selera резултатите от изследванията бързо се превръщат в конкретни ползи за потребителите.

През април 2003 г. проектът, който струва на американската хазна 2,7 милиарда долара, беше официално завършен 2 години предсрочно. Президентите на всички страни, участващи в проекта, поздравиха генетиците за победата. Учените от цял ​​свят сега имат на свое разположение източник на информация с безпрецедентен обем, предопределящ хода на по-нататъшните изследвания за много години напред. Паралелно с човешкия са дешифрирани нуклеотидните последователности на много други организми, което дава тласък на развитието на сравнителната генетика. Бързо бяха идентифицирани десетки хиляди гени за вродена глухота и слепота, бъбречни заболявания, рак на гърдата, костни заболявания, инсулт, диабет и други заболявания. Докато преди на учените бяха необходими 9 години работа, за да открият гена, който причинява фиброкистозна дегенерация, тогава, въз основа на опита, натрупан от изследването на генома, генът беше открит само за 9 дни.

Вярно, когато всички изтрезняха от пиенето на шампанско по случая, се оказа, че около 1% от генома не може да бъде дешифриран, че вероятността от грешки, макар и намалена 10 пъти, спря на ниво една на 100 000 ДНК база двойки и че все още има пропуски в последователността се среща на всеки 27 милиона базови двойки. Все още остава открит въпросът колко гена правят човека човек. В момента прогнозният брой се движи около 30 хиляди. Очаква се с течение на времето да нарасне до 40 000, но със сигурност не до 100 хил., както предполагаха мнозина. Така човек има само 3 пъти повече гени от муха Drosophila и само няколкостотин повече от мишка.

Учените също установиха, че:

• В човешкия геном има 3 милиарда нуклеотидни базови двойки.
• Нашият ген се състои средно от 3 хиляди базови двойки; най-големият ген, дистрофинът, се състои от 2,4 милиона двойки.
• Хората са много сходни - последователността на ДНК е 99,9% еднаква при всички.
• Най-голямата човешка хромозома има най-много гени (2968) - 1, най-малко (231) има в най-малката хромозома - Y.
• Около 2% от генома съдържа информация за протеиновия синтез.
• Протеините, а не гените, са отговорни за изпълнението на жизнените функции.
• В генома има 30 хиляди гена и 400 хиляди протеина.

Последното наблюдение предполага, че протеиновото разнообразие не се обяснява с резултатите от генетични изследвания. Докато геномът остава относително непроменен, протеомът е в постоянен поток в зависимост от сигналите, идващи отвън и вътре в клетката. Поведението на всеки отделен протеин се определя не само от последователността на гените, но и от взаимодействието му с други протеини на клетката. Но ние знаем много малко за това и протеомиката (изследването на протеиновата структура) изглежда е по-твърд орех от геномиката (изследването на генната структура).

Въоръжени с цитата на Шекспир, „че миналото е само пролог”, ръководителите на проекта започнаха да говорят за следващия, приложен етап на изследване. Генетичното тестване беше едно от първите търговски приложения на генетичните открития. След като получиха достъп до нуклеотидната последователност, лекарите успяха да предскажат предразположението към конкретно заболяване и неговите етапи, да поставят правилната диагноза с най-ефективния курс на лечение и минимални странични ефекти и да разработят нови лекарства на молекулярно ниво не толкова за лечение като профилактика на заболявания.

Естествено, по-лесно е да се лекуват доста редки заболявания, свързани с увреждане на един ген, а не на много. Но се оказа, че генната терапия като цяло изостава от научните открития и не всички постижения могат да бъдат успешно приложени. Например, когато беше изолиран генът за мускулна дистрофия на Дюшен (фатално заболяване, при което клетките не произвеждат дистрофин, без който мускулите не се съкращават), стана очевидно, че не ефективни начинидоставка на здрав ген до всички клетки и няма механизъм, който да предотврати отхвърлянето му от клетките.

Обществото се оказа неподготвено и за етичните и психологическите последици от информационния взрив. Когато стана известно, че учените планират да изследват гените, които определят етническата принадлежност, черти на личносттаи форми на поведение, присъщи на конкретен индивид, и други политически натоварени въпроси, възникнаха страхове, че генетичната информация може да попадне в „грешните“ ръце, че застрахователни компаниище го използва за дискриминационни цели и че хората не са готови да научат цялата генетична истина за себе си. Последва дебат за това доколко гените определят нашето поведение и можем ли да променим себе си, като ги променим. Старата хидра на евгениката издигна нова глава и генетичният детерминизъм се събуди.

Както често се случва с важни открития, освобождаването на ДНК последователността повдигна почти повече въпроси, отколкото отговори. В крайна сметка, ако имаме само 3 пъти повече гени от плодовата мушица, тогава какво означава да си човек? Ще чакаме с трепет момента, когато нуклеотидната последователност на шимпанзетата бъде декодирана, защото е вероятно хората да имат пълно съвпадение с тях. Какво тогава да кажем за гения на Леонардо, Шопен и Достоевски? Наистина ли човек е просто сбор от гени? Не е ли твърде просто?

„Няма причина за безпокойство“, казват в един глас бившите съперници Вентър и Колинс, „няма нужда да стигаме до крайности.“ Човешкият геном е бил „човешки“ само 10 милиона от 3 милиарда години еволюция. Следователно 10% от нашите гени са много древни и ние ги споделяме с всеки жив организъм, живеещ под слънцето. Имаме още повече общи гени с гръбначните, бозайниците имат още повече прилики с хората и сме почти идентични с шимпанзетата. Ако проектът беше изолирал гените на шимпанзетата, резултатите щяха да бъдат почти същите: докато слязохме от дърветата, всичките ни гени вече бяха на мястото си.

Това, което ни се случи тогава, не беше някаква „генетична революция“, защото нашият геном не носи никакви следи от нея. През палеолита човешкият мозък еволюира и възниква човешкото съзнание, без което са невъзможни чисто човешки навици като любов, духовност и способност за умножение 2 по 2. Но ако съзнанието дойде тихо и без генетични промени при нас късен етап от еволюцията, тогава какво е причинило появата му? Какъвто и да е механизмът, а за него има много дебати, може да се предположи, че нашите умове са се развили чрез сложно взаимодействие между гените и околната среда. Гените начертаха план, а нашите родители, съплеменници и придобития опит му придадоха плът. Следователно да търсиш гените на разума или интелигентността е същото като да търсиш втория концерт на Рахманинов сред струните на пианото.

И в какво разстройство природата съдържа нашия геном? Сравнявайки нашите хромозоми с хромозомите на други живи същества, забелязваме, че природата не само е добавила нови гени, но е пренаредила, удвоила или дори просто изхвърлила големи сегменти от хромозоми, извършвайки нещо като основно почистване на всеки милион години. Дарвин в „Произходът на видовете“ пише за величието на въплъщението на живота. Според резултатите от изследване на човешкия геном, това въплъщение е от доста произволен характер: природата разбира генетичната конструкция по свой начин, но кой пръв ще хвърли камък по нея, казвайки, че крайният продукт не отговарят на първоначалния план?

Учени от Съединените щати са създали алгоритъм, който може да предвиди от генома как транскрипционните фактори - протеини, които контролират синтеза на други протеини - работят в живия организъм. Изследването е публикувано в PNAS.

Въпреки че ДНК последователностите на много организми вече са разчетени, учените все още не разбират напълно как работят. Една от тези мистерии дълго време остават Hox гените, които контролират растежа на тялото и развитието на неговите части на правилните места. Именно те „поръчват“ главата на ларвата на дрозофила да расте отпред и определят къде и в какво количество ще се появят крила и крака. Тази група гени съществува и при бозайниците.

Hox гените кодират не прости протеини, а специални, наречени транскрипционни фактори. Тези протеини действат като "превключватели" за много други гени, прикрепени към специални участъци от ДНК, за да подобрят или инхибират четенето на последователност. Това позволява на Hox гените да „насочват“ развитието на ембриона. Учените обаче забелязаха странна особеност: въпреки че всеки Hox ген е отговорен за растежа и развитието на различни части на тялото, всички те се свързват силно с едни и същи ДНК последователности.

През 2015 г. генетици от Колумбийския университет откриха, че тези транскрипционни фактори също се свързват с много други региони на ДНК, но много по-слабо. Учените осъзнаха, че тези слаби връзки са ключът към разбирането как работят Hox гените. Намирането на всички в генома обаче не беше лесно. За тази цел генетиците създадоха нов методсеквениране (четене на ДНК последователности), което се нарича SELEX-seq. Този подход изисква секвениране на един и същ регион много пъти подред, но не предоставя информация за важни региони със слабо свързване. „Беше като да пускате един и същ параграф през Google Translate отново и отново, само за да се окажете само с 10% от думите, преведени точно“, коментира Ричард Ман, един от авторите на технологията и Хигинс професор по биохимия и молекулярна Биофизика в Колумбийския университет.

Изследователите създадоха нов алгоритъм, за да разберат защо ДНК последователностите се държаха така, както в този експеримент. Алгоритъмът беше наречен No Read Left Behind, или NRLB (буквално „не остана четене“). Този алгоритъм е първият количествен метод, способен да оцени силата на свързване на ДНК региони с транскрипционни фактори. В допълнение, той успя да предскаже точно ефекта на определени мутации върху нивата на генна експресия в ембрионите на Drosophila, дори за слабо свързващи региони.

В генома има около 10% от транскрипционните фактори и тяхната сила на свързване с различни последователности може да варира хиляди пъти. Следователно работата е важна не само в контекста на изучаването на Hox гените, но и за нашето разбиране за това как функционира геномът.

Хареса ли ви материала? в „Моите източници“ на Yandex.News и ни четете по-често.

Преди няколко години в научните среди се носеше история, че Господ, създавайки човека, действал като истински програмист. Програмата, като правило, заема много по-малко място от коментарите към нея. Оказа се, че в генома е буквално същото: само десетилетие след разчитането на човешката ДНК „заклинание по буква“ учените започват да разбират „коментарите“ към нея. Те откриха милиони генни регулатори в генома и дори, съдейки по получените резултати, разбраха как действат. Така беше възможно да се получи много информация за генетичните заболявания.

В началото на септември се случи сензация в научния свят. Почти едновременно бяха публикувани повече от 30 статии с резултатите от един от проектите, наречен ENCODE. От тях шест статии се появяват в Nature, две в Science и 24 в Genome Research and Genome Biology.

Такъв скок в молекулярно-генетичните публикации не се е случвал отдавна. Същността на проекта ENCODE е, че учените са изследвали тази част от ДНК, която често се нарича „нежелана ДНК“. Защо "боклук"? Факт е, че не съдържа гени, което означава, че не кодира протеини. И беше напълно неясно защо е необходимо.

Но „боклукът“ се оказа наистина златен. Сега, казва д-р Юън Бърни от Европейския институт по биоинформатика в Хюстън, Обединеното кралство, координатор за анализ на данни за проекта, е време да изхвърлим термина „нежелана ДНК“ в кошчето.

ДНК структура

ДНК (дезоксирибонуклеинова киселина) е дълга полимерна молекула, състояща се от повтарящи се блокове, нуклеотиди. Всеки нуклеотид се състои от азотна основа, захар (дезоксирибоза) и фосфатна група. Самата молекула има формата на спирала от две вериги, ориентирани с азотни бази една към друга. В ДНК има четири вида азотни бази (аденин, гуанин, тимин и цитозин), те са свързани по двойки помежду си чрез водородни връзки според принципа на комплементарност (аденин е свързан с тимин, гуанин с цитозин).

Прочетено не означава дешифрирано

През 2000 г. светът научи, че учените са разчели човешкия геном. По-точно, в този момент те получават само „чернова“, а пълният прочит е обявен през 2003 г. Медиите използваха фразата „декодиране на генома“ за тази работа, въпреки че тя не описва съвсем правилно резултата от многогодишна работа на международен консорциум.

Това, което получихме, не е дешифриране, а истинско криптиране. Изследователите са секвенирали човешка ДНК, тоест са разпознали последователност от 3 милиарда букви (A, C, T, G), обозначаващи съставните „градивни елементи“ на ДНК - нуклеотиди. Двойната спирала на молекулата, в която е кодирана наследствената информация на човека, се превърна в много дълга телетайпна лента с букви, а някои от тях се оформиха в „думи“ - гени.

Но имаше сравнително малко „думи“! Учените оценяват общия брой гени в човешкия геном само на 20-25 хиляди. Тази цифра изобщо не е удивителна, когато се сравнява например с мухата Drosophila, която има 14 хиляди гена. А малкият сладководен ракообразен Daphnia има повече от 30 хиляди гена - днес той остава шампион в тази категория. Но ние сме по-сложни от дафнията; един човешки мозък си заслужава. Стана ясно, че особеността на човешката генетична структура не е в количеството, а в качеството. По този начин кучето е заровено не в самия набор от гени, а във фината и сложна регулация на тяхната работа.

лекар биологични науки, биоинформатикът Михаил Гелфанд веднъж отбеляза в разговора ни с него, че секвенираният геном е просто намерен папирус, върху който се вижда неразбираем текст. Но ние не знаем какво пише на него, не можем да го преведем на нашия език. Тоест, ние не разбираме как работи геномът: защо някои гени са включени в едни клетки, а други в други клетки (и благодарение на това клетките на нашето тяло са различни), защо някои гени работят само в ембриона , и когато човек се развива, те започват да работят вместо други и т.н. Самите гени, както се оказа, заемат само 1–2% от дължината на ДНК молекулата. Нека си припомним, че генът съдържа информация за структурата на протеин (или няколко протеина), тоест гените кодират протеини. Но 98–99% от ДНК не кодира протеини. Разбира се, учените се досещат, че не всичко е толкова просто, природата не може да бъде толкова разточителна и „боклукът“ ДНК е много необходим за нещо. Но за да се покаже това, беше необходима много усърдна работа, която само голям международен консорциум можеше да свърши. Подобен мащабен план в крайна сметка се превърна в цел на проекта ENCODE (Енциклопедия на ДНК елементите), в който участват повече от 400 изследователи, членове на 32 научни групи.

ДНК енциклопедия

Работата започва през 2003 г. Той е финансиран от Националния институт за изследване на човешкия геном. Проектът му струва 185 милиона долара. На първия етап, когато се разработваха методите, учените анализираха само 1% от некодиращата част на ДНК. През 2007 г. започва вторият етап, резултатите от който са публикувани едновременно в Nature, Science и други научни списания. Но колко голяма е получената енциклопедия? Според редактора на Nature Брендън Махер, ако всички геномни данни, събрани от проекта, бъдат отпечатани в продължение на пет години, при плътност от 1000 базови двойки на квадратен сантиметър, разпечатката ще бъде дълга 30 км и висока 16 м. Той съдържа 15 трилиона байта информация.

Програмата за човешкия геном е създала „работещ план“ на генома, каза Майер. Но този чертеж не идва с "ръководство за потребителя" и затова не знаем как да го четем. За да разберат това (т.е. да получат такова ръководство), участниците в ENCODE започнаха интензивно да изучават празните пространства между гените, предполагайки, че инструкциите за генома могат да бъдат написани там.

За пет години те успяха да изровят с лопата около 80% от тази пустиня и картографираха различните регулаторни зони, намерени в „боклука“. И колкото по-внимателно изследваха ДНК-то, толкова по-сложно се оказваше - с всяка крачка напред планините ставаха все по-високи.

Транскрипционни фактори

Протеини, които контролират процеса на синтез на РНК върху ДНК шаблон (транскрипция) чрез свързване към специфични участъци от ДНК. По този начин те осигуряват укрепване или отслабване на гена.

Геномна "тъмна материя"

Как генетиците са изследвали ДНК, която не прави протеини? Първо, те бяха убедени, че РНК също се образува от некодиращи области на генома. Групата от лабораторията Cold Spring Harbor, ръководена от професор Томас Джингерас, изигра основна роля в тази работа.

Именно този екип от учени доказа, че три четвърти от човешката ДНК образува РНК, въпреки че по-голямата част от тази РНК не носи информация за синтеза на клетъчни протеини. Д-р Гингерас и колегите му успяха да характеризират хиляди неизвестни досега РНК, които медиират генната регулация.

Второ, те маркираха ДНК със специален ензим (DNaseI), който се прикрепя към определени места в молекулата. Това се оказаха регулаторни области, които се свързват с протеини - транскрипционни фактори - и чрез тях влияят върху функционирането на гените. Някои от тях са разположени непосредствено до гените, други са много далеч от тях. Доктор на биологичните науки Юрий Лебедев, ръководител на лабораторията по сравнителна функционална геномика, Институт по биоорганична химия на името на. Шемякин и Овчинников RAS, обяснява, че задачата на проекта ENCODE може да бъде представена като „разбиване на непрекъсната поредица от букви на ДНК нуклеотидната последователност на отделни думи и смислени изречения“. За да решат този проблем, изследователите са използвали не „виртуална“ биоинформатика, а директни експериментални методи, например различни видове биологични чипове. „Чипът може да се разглежда като вид „четка“, всеки „косъм“ от която е късо парче ДНК с точно известна позиция в генома“, обяснява ученият. Този метод идентифицира позицията на ДНК регионите, които се свързват с транскрипционния фактор. Когато разтворът на сондата се приложи върху чипа, върху някои власинки се появява флуоресцентен сигнал.

„Ако да подготвим сонда, от която вземаме ДНК различни видовеклетки, можете да видите разликата в набора от флуоресцентни сигнали“, продължава Лебедев. - Например в ДНК от левкоцити този протеин ще се свърже с определени зони, но в ДНК от чернодробни или мозъчни клетки спектърът на тези зони ще бъде различен. По подобен начин се определят профилите на метилиране на геномна ДНК, един от повсеместните клетъчни механизми, които регулират генната активност. За да се намерят метилирани региони на ДНК, се използва група от специални метил-свързващи протеини. Това създава подробна функционална карта на генома за различни типове клетки.

ДНК метилиране

Химическа модификация на ДНК молекула без промяна на състава на нуклеотидната последователност. Изразява се в добавянето на метилова група (CH3--) към цитозина. Нивото на генна експресия зависи от степента на метилиране. Това е един от механизмите за регулиране на генната функция.

Диригенти на оркестъра на ген

И така, за 25 хиляди гена в ДНК бяха открити около 4 милиона регулаторни места. Всеки ген взаимодейства с множество регулатори. „Повечето хора смятат генома за линеен – 3 милиарда нуклеотиди, разтегнати в една линия“, казва Марк Герщайн, професор по биоинформатика в катедрата по молекулярна биофизика и биохимия в Йейлския университет (САЩ). „Но геномът е триизмерен обект.“ По думите му: „Сякаш отворихме отсека за окабеляване и видяхме заплетена плетеница от жици. И сега се опитваме да разплетем тази плетеница и да разберем накъде водят жиците. В статия в Nature Марк Герщайн и колегите му пишат за сложна пространствена мрежа, която комбинира транскрипционни фактори, които регулират функционирането на гени на различни нива: сред тях има върхови регулатори, регулатори на средно и ниско ниво.

Учените са работили с голямо разнообразие от клетки - общо те са изследвали 147 вида клетки, взети от много тъкани на различни етапитяхното развитие. Оказва се, че екипът от регулатори, които ръководят генния оркестър, се променя с типа клетка и с течение на времето. За различни клеткиизследователите създадоха карти на активни регулаторни обекти. Това е ключът към разбирането, че клетките се развиват и диференцират от стволови клетки до специализирани, а нервните клетки в крайна сметка не изглеждат като мускулни клетки. „Получените геномни карти на различни клетки могат да бъдат сравнени с картите, които Google Maps ни предоставя“, обяснява Ерик Ландър, президент на Broad Institute (общ институт, който включва Масачузетския технологичен институт, Харвардския университет и Института Уайтхед). - За сравнение, резултатите от предишния проект за човешкия геном ни дадоха поглед върху Земята от космоса. Тези изображения не могат да ви кажат къде са магистралите, какъв е трафикът по тях в даден момент от деня и няма да ви насочат към най-добрите ресторанти в района или болниците в този крайречен град.“ Сега, продължаваме сравнението, стана възможно да „обикаляме генома с навигатор“.

Диференциация

Процесът на клетъчна специализация - развитие от стадий на стволова клетка до специализирана клетка на тъкан.

Единичен нуклеотиден полиморфизъм (SNP)

Точковите мутации представляват замяната на един нуклеотид с друг. Един от най-често срещаните варианти на генетично разнообразие.

Болестите често са срив не на гени, а на регулатори

През последното десетилетие учените активно изследват генетичната природа на различни заболявания. Това се подпомага от геномно широко генотипизиране - GWAS (геномно широко асоциативно изследване). В групата на пациентите и в групата здрави хорасравнете генетичната вариабилност или единичен нуклеотиден полиморфизъм (SNP) - точкови мутации, изразени в заместването на един нуклеотид с друг. По този начин се идентифицират асоциациите на мутациите с болестта. Понякога е възможно заболяването да се свърже с определени гени.

Трудността е, че само 15% от тези вредни мутации се срещат в гените и тогава е възможно да се разбере какво точно е нарушено в тялото. И 85% от мутациите изобщо не попадат в гените, а в тази много интергенна „тъмна материя“, за която учените не знаеха почти нищо доскоро. „Повечето от промените, които са свързани с болестта, не са в самите гени, а в превключвателите“, обяснява Майкъл Снайдер, микробиолог изследовател в Станфордския университет в САЩ. Следователно работата по дешифрирането на генома досега е имала много малък ефект за диагностика и лечение.

„Много изследователи са открили области от човешкия геном, в които мутациите причиняват определени заболявания“, обяснява Джоб Декер, професор в катедрата по биохимия и молекулярна фармакология в Медицинския факултет на Масачузетския университет (САЩ). „В много случаи, както разбираме, тези области изобщо не съдържат гени и тогава е трудно да се обясни причината за патологията. Данните от ENCODE показват, че много от тези мутации засягат генните регулаторни елементи и в някои случаи можем да открием кои гени се регулират от тези елементи. По този начин можем да разберем много по-добре генетичната основа на болестта."

Разбирайки кои регулатори се разграждат и кои гени нарушават, генетиците успяха да открият неочаквани връзки между болести, които изглеждаха много далечни по природа, пишат авторите на статията в Nature. Например, една мутация в регулаторна област променя функционирането на няколко гена, което в крайна сметка може да доведе до множествена склероза, лупус, ревматоиден артрит, болест на Crohn и целиакия.

„Най-важният резултат от проекта е да предостави огромно количество данни за сравнителен анализфункционални карти, казва Юрий Лебедев. - Извършването на такъв анализ е изключително важно за развитието на медицината, тъй като резултатите от него могат да отговорят на въпроса какво ще се промени в генома на болните клетки спрямо генома на здравите. Ако вземем, да речем, ДНК от два вида клетки, като ракови клетки на белия дроб и непокътнати белодробни клетки (повърхностния епител на алвеолите), техният профил на метилиране или връзка с транскрипционни фактори може да се сравни и профилите ще бъдат различни. Ако този резултат се получи не при един пациент, а при много, това може да се превърне в диагностичен признак.“

По този начин вече е възможно да се намерят мутации, които са свързани с развитието на рак - огромният брой мутации в раковите клетки се появяват отново не в гените, а в зоната на „тъмната материя“. Това твърди д-р Марк Рубин, генетик за рак на простатата в Медицинския колеж Weill Cornell в Ню Йорк. Неговият екип открива мутации в ключови гени, свързани с рака на простатата, които не могат да бъдат компенсирани от лекарства. Вече е ясно кои области на "тъмната материя" нарушават функционирането на тези гени - появиха се нови цели за лекарствена терапия.

Марк Герщайн вярва, че резултатите от проекта ENCODE един ден ще намерят приложение в областта на личната геномика: „В бъдеще всеки човек ще има свой собствен секвениран геном и ще може да използва тази информация, за да получи персонализирана медицинска помощ. Индивидуалните генетични карти ще се използват за оценка на индивидуалния риск от развитие на определени заболявания и за разработване на индивидуален режим на лечение.“

Размер: px

Започнете да показвате от страницата:

Препис

1 ВСЕРУСКА ТЕСТОВА РАБОТА ПО БИОЛОГИЯ КЛАС 11 Вариант 7 Инструкции за попълване на работата Тестовата работа включва 16 задачи. За завършване на работата по биология се отделя 1 час и 30 минути (90 минути). Запишете отговорите на задачите в предвиденото за това място във вашата работа. Ако запишете грешен отговор, задраскайте го и напишете нов до него. Имате право да използвате калкулатор, когато вършите работа. Когато изпълнявате задачи, можете да използвате чернова. Записите в чернова няма да бъдат преглеждани или оценявани. Съветваме ви да изпълнявате задачите в реда, в който са дадени. За да спестите време, пропуснете задача, която не можете да изпълните веднага, и преминете към следващата. Ако ви остане време след приключване на цялата работа, можете да се върнете към пропуснатите задачи. Точките, които получавате за изпълнени задачи се сумират. Опитайте се да изпълните възможно най-много задачи и да спечелите най-много точки. Желаем Ви успех! 2017 Федерална служба за надзор в образованието и науката на Руската федерация 1

2 1 Изберете от дадения списък със систематични таксони три таксона, които са често срещани при описанието на изобразените организми. Обикновен ечемик Обикновено просо Обикновен овес Списък на таксоните: 1) царство Прокариоти 2) царство Растения 3) клас Двусемеделни 4) отдел Цъфтеж 5) империя Неклетъчни 6) семейство Зърнени Запишете номерата на избраните таксони Федерална служба за надзор в образованието и науката на Руската федерация 2

3 2 Правилото на Алън гласи, че сред сродните форми на топлокръвни животни, водещи подобен начин на живот, тези, които живеят в по-студен климат, имат по-малки изпъкнали части на тялото (уши, крака, опашки и т.н.). Разгледайте снимките, показващи представители на три близкородствени вида бозайници. Подредете тези животни в последователността, в която техните естествени местообитания са разположени на повърхността на Земята от север на юг. 1. Запишете в таблицата съответната последователност от числа, които обозначават снимките, като използвате знанията за терморегулацията на топлокръвните животни, обяснете защо животните, живеещи на юг, имат по-дълги крака от тези, живеещи в по-северните ширини на позицията им в хранителната верига. Във всяка клетка напишете името на един от предложените организми. Списък на организми: риби, водорасли, пингвини, косатки. Хранителна верига 2. Правилото гласи: „Не повече от 10% от енергията идва от всяка предишна трофично нивокъм следващия." Използвайки това правило, изчислете количеството енергия (в kJ), което отива на нивото на потребителите от трети ред с нетното годишно първично производство на екосистемата kJ Федерална служба за надзор на образованието и науката на Руската федерация 3

4 4 Вижте снимката. Какъв еволюционен процес е довел до такова разнообразие от изобразени организми? 5 Разгледайте графиката на растежа на насекомото спрямо времето (времето (дни) е на оста x, а дължината на насекомото (в cm) е на оста y). y 4,5 Възрастно насекомо 4,0 3,5 3,0 Етапи на ларви 2,5 2,0 1, Какво се случва с размера на ларвата в интервала от 6-ия до 14-ия ден? x 2017 Федерална служба за надзор в образованието и науката на Руската федерация 4

5 6 Попълнете празните клетки в таблицата, като използвате списъка с липсващи елементи по-долу: за всяка празнина, обозначена с буква, изберете и запишете номера на необходимия елемент в таблицата. Ниво на организация Наука, изучаваща това ниво Пример Молекулярна генетика (A) (B) (C) (D) Пустиня (E) Морфология (E) Липсващи елементи: 1) организмов 2) биогеография 3) биохимия 4) топ 5) захароза 6 ) biocenotic Значението на витамин С за здравето е толкова голямо, че дори лекият му дефицит причинява неразположение. За да няма проблеми, възрастен трябва да приема около 90 mg от този витамин с храна на ден. 7 Продукти Съдържание, mg/100 g продукт Съдържание на продукти, mg/100 g продукт Моркови 5 Домати 25 Ябълки 10 Касис 200 Картофи 20 Портокал 60 Карфиол 50 Зеленчукова салата Използвайки данните от таблицата, изчислете количеството витамин С, което човек приема през деня, ако диетата му включва: 80 г моркови, 250 г ябълки, 100 г картофи и 80 г домати. 2. До какви последствия може да доведе липсата на витамин С? 2017 Федерална служба за надзор в образованието и науката на Руската федерация 5

6 8 Александър премина медицински преглед и му бяха назначени изследвания. Един от тях показа, че броят на тромбоцитите е /l, когато е нормален /l. Какъв анализ разкри това, какви са възможни последствия? Изберете отговорите от следния списък и запишете номерата им в таблицата. Списък с отговори: 1) рентгенография на гръдния кош 2) нарушение на кръвосъсирването 3) кръвен тест 4) намален имунитет 5) тест на изпражненията Анализ Диагноза 9 Определете произхода на заболяванията, посочени в списъка. Запишете номера на всяка болест от списъка в съответната клетка на таблицата. В клетките на таблицата могат да бъдат записани няколко числа. Списък на човешките заболявания: 1) хемофилия 2) скорбут 3) инфаркт на миокарда 4) малария 5) СПИН Наследствено придобито заболяване заболяване (генетично) Инфекциозно Неинфекциозно 2017 Федерална служба за надзор на образованието и науката на Руската федерация 6

7 10 Генеалогичният метод се използва широко в медицинската генетика. Тя се основава на съставяне на родословие на човек и изучаване на наследството на определена черта. В такива изследвания се използват определени обозначения. Разгледайте фрагмент от родословното дърво на едно семейство, в което някои членове имат хемофилия. Фрагмент от семейното родословно дърво Използвайки предложената диаграма, определете: 1) тази черта е доминираща или рецесивна; 2) тази черта е свързана или не е свързана с полови хромозоми. 1) 2) 11 Лариса винаги е искала да има прав нос, като майка си (доминантната черта (A) не е свързана с пола). Но носът на Лариса беше крив, като този на баща й. Определете генотипа на членовете на семейството въз основа на формата на носа. Въведете вашите отговори в таблицата. Майка Баща Дъщеря 2017 Федерална служба за надзор в образованието и науката на Руската федерация 7

8 12 В съда е разгледан иск за установяване на бащинство на дете. Направена е кръвна проба на детето и майка му. При детето се оказа II(A), а при майката IV(AB). Анализирайте данните от таблицата и изпълнете задачите. Кръвна група на бащата II(A) IV(AB) II(A) II(A) Кръвна група на майката II(A) II(A) II(A) Всякаква Всякаква II(A), IV(AB) II(A), IV(AB) II(A), II(A), II(A), II(A) IV(AB) IV(AB) IV(AB) IV(AB) 1. Жена твърди, че бащата на нейното дете е мъж с кръвна група. Възможно ли е той да е бащата на това дете? Кръвната група на детето е 2. Въз основа на правилата за кръвопреливане решете дали детето може да дари кръв на майка си. Правила за кръвопреливане 2017 Федерална служба за надзор в образованието и науката на Руската федерация 8

9 3. Като използвате данните от таблицата „Кръвни групи по системата АВ0“, обяснете своето решение. *Забележка. Кръвни групи Антигени Червени кръвни телца Плазмени антитела I α, β II A β III B α IV A, B Антиген е всяко вещество, което тялото счита за чуждо или потенциално опасно и срещу което обикновено започва да произвежда свои собствени антитела. Антителата са протеини на кръвната плазма, образувани в отговор на въвеждането на бактерии, вируси, протеинови токсини и други антигени в човешкото тяло. При дешифрирането на генома на Drosophila беше установено, че във фрагмент от ДНК молекула делът на гуанин е 30%. Използвайки правилото на Chargaff, което описва количествените връзки между различните видове азотни бази в ДНК (G + T = A + C), изчислете броя (в%) на нуклеотидите с аденин в тази проба Федерална служба за надзор в образованието и науката на Руската федерация 9

10 14 1. Погледнете изображението на органела на еукариотна клетка. Колко мембрани има? 2. Какви метаболитни продукти, отделени в околната среда, се образуват в тази органела? 2017 Федерална служба за надзор в образованието и науката на Руската федерация 10

11 15 Генетичният код е метод за кодиране на последователността от аминокиселини в протеините с помощта на последователността от нуклеотиди в състава, характерен за всички живи организми нуклеинова киселина. Проучете таблицата с генетичен код, която показва съответствието на аминокиселините със състава на триплетите. Като използвате примера на аминокиселината пролин (про), обяснете следното свойство на генетичния код: кодът е изроден (излишен). Таблица с генетични кодове 2017 Федерална служба за надзор в образованието и науката на Руската федерация 11

12 16 Картината показва бронирана риба, изчезнало животно, живяло преди милиони години. Използвайки фрагмент от геохронологична таблица, установете епохата и периодите, в които е живял този организъм, а също така установете група животни, свързани с него, сред живеещите днес. ЕРА Име и продължителност (в милиони години) Кайнозой, 67 Мезозой, 163 Геохронологична таблица Период и продължителност (в милиони години) Начало Животински и растителен свят (преди милиони години) 67 Антропоцен, 1.5 Появата и развитието на човека. Образуване на съществуващи растителни съобщества. 230 Приет животински свят модерен видНеоген, 23.5 Доминиране на бозайници и птици Палеоген, 42 Поява на опашати лемури, по-късно Parapithecus, Dryopithecus. Бързо размножаване на насекоми. Изчезването на големи влечуги продължава. Много групи главоноги изчезват. Доминирането на покритосеменните Тебешир, 70 Появата на висши бозайници и истински птици, въпреки че птиците със зъби са все още често срещани. Преобладават костните риби. Намалява разнообразието на папрати и голосеменни. Появата и разпространението на покритосеменните растения в Юра, 58 Появата на първите птици, примитивни бозайници, появата на динозаврите. Доминирането на голосеменните. Разцвет на главоногите Триас, 35 Началото на разцвета на влечугите. Външен вид на костни риби 2017 Федерална служба за надзор в образованието и науката на Руската федерация 12

13 Палеозой, 295 Няма точни данни Перм, 55 Изчезване на трилобити. Появата на влечуги с животински зъби. Изчезване на карбонови гори Карбон, 63 Появата на земноводните. Появата на първите влечуги. Характерно е разнообразието от насекоми. Цъфтежът на гигантски хвощ, клубни мъхове, дървесни папрати Девън, 60 Бърза еволюция на рибите. В късния девон много групи древни риби са изчезнали. Земята беше нападната от много членестоноги. Появиха се първите земноводни. Появиха се спороносни хвощове и клубни мъхове, 25 Извършва се активно изграждане на рифове. Раковите скорпиони са често срещани. Растенията обитават бреговете на резервоари Ордовик, 42 Камбрий, 56 Много безчелюстни риби. Появяват се различни видове водорасли. Накрая се появяват първите сухоземни растения В грандиозна еволюционна експлозия възникват повечето съвременни видове животни. В океаните и моретата има разнообразие от водорасли Ера: Периоди: Най-близки роднини сред съвременните животни: 2017 г. Федерална служба за надзор в образованието и науката на Руската федерация 13

ВСИЧКОРУСКА ТЕСТОВА РАБОТА ПО БИОЛОГИЯ КЛАС 11 Вариант 11 Инструкции за попълване на работата Тестовата работа включва 16 задачи. 1 час и 30 минути (90

ВСИЧКОРУСКА ТЕСТОВА РАБОТА ПО БИОЛОГИЯ КЛАС 11 Вариант 16 Инструкции за попълване на работата Тестовата работа включва 16 задачи. 1 час и 30 минути (90

ВСИЧКОРУСКА ТЕСТОВА РАБОТА ПО БИОЛОГИЯ КЛАС 11 Вариант 15 Инструкции за попълване на работата Тестовата работа включва 16 задачи. 1 час и 30 минути (90

ВСИЧКОРУСКА ТЕСТОВА РАБОТА ПО БИОЛОГИЯ КЛАС 11 Вариант 12 Инструкции за попълване на работата Тестовата работа включва 16 задачи. 1 час и 30 минути (90

ВСЯ РУСКА ТЕСТОВА РАБОТА ПО БИОЛОГИЯ КЛАС 11 Вариант 6 Инструкции за попълване на работата Тестовата работа включва 16 задачи. 1 час и 30 минути (90

ВСИЧКОРУСКА ТЕСТОВА РАБОТА ПО БИОЛОГИЯ КЛАС 11 Вариант 8 Инструкции за попълване на работата Тестовата работа включва 16 задачи. 1 час и 30 минути (90

ВСЯ РУСКА ТЕСТОВА РАБОТА ПО БИОЛОГИЯ КЛАС 11 Вариант 6 Инструкции за попълване на работата Тестовата работа включва 16 задачи. 1 час и 30 минути (90

ВСИЧКОРУСКА ТЕСТОВА РАБОТА ПО БИОЛОГИЯ КЛАС 11 Вариант 5 Инструкции за попълване на работата Тестовата работа включва 16 задачи. 1 час и 30 минути (90

ВСЯ РУСКА ТЕСТОВА РАБОТА ПО БИОЛОГИЯ КЛАС 11 Обяснения към образеца на общоруската тестова работа Когато се запознавате с примерната тестова работа, трябва да имате предвид, че включените в извадката задачи са

ПРОЕКТ ВСИЧКОРУСКА ТЕСТОВА РАБОТА БИОЛОГИЯ, КЛАС 11 Обяснения към образеца на общоруската тестова работа Когато се запознавате с примерната тестова работа, трябва да имате предвид, че включените задачи

Общоруска тестова работа по БИОЛОГИЯ ПРОЕКТ ОПИСАНИЕ НА ОБЩОРУСКАТА тестова работа по БИОЛОГИЯ 11 клас, изготвена от Федералната държавна бюджетна научна институция "ФЕДЕРАЛЕН ИНСТИТУТ

МБОУ „Средно училище 1 им. герой съветски съюзКаманина Н.П.” Меленки Учител по биология: Бушуева Е.С. Изследвайте развитието на живота на Земята в различни епохи и периоди Учените разделят историята на Земята на дълги периоди

Какво е еволюция? Еволюцията е процес на историческо развитие на живия свят, насочен към по-голяма адаптивност към условията на живот. Основните положения на еволюционното учение на Чарлз Дарвин Същност

Еволюция на живите системи. Микро- и макроеволюция. Етапи от еволюцията на живота на Земята. 1. Еволюция на прокариотите. 2. Еволюция на едноклетъчните еукариоти. 3. Преходът към многоклетъчност и еволюцията на многоклетъчните организми.

Министерство на общото и професионалното образование Свердловска областДържавно автономно учебно заведениедопълнително професионално образование на Свердловска област „Институт

Билет 6 1. Характеристики на пластичния метаболизъм в растенията. фотосинтеза. Структурата на хлоропластите и тяхната роля в този процес. 2. Понятието за органите на растенията. Функции на корена. Видове корени и видове коренови системи. Модификации

12 клас. Тест по темата “Микроеволюция” За оценка “3” 1. Еволюцията е: А) идеята за промяна и Б) необратимата и до известна степен насочена трансформация на формите на организмите, историческото развитие на живите неща

Развитие на флората на земята. Въпроси: 1. Какво е еволюция? 2. Каква роля играе учението на Чарлз Дарвин в развитието на растителния свят? 3. Могат ли ерите да се нарекат етапи на развитие на растителния свят?

Окончателно тестпо биология. Инструкции за 9 клас: За изпълнение на работата по биология се дават 45 минути. Работата се състои от 2 части и включва 20 задачи (А1-А15). За всяка задача има 4 варианта

Контролна работа по БИОЛОГИЯ 6. КЛАС Примерни указания за изпълнение на работата За изпълнение на работата по биология се отделят 45 минути. Работата включва 10 задачи. Напишете отговорите на задачите в полетата

Основните етапи на еволюцията на животните Попълнено от Sotnikova E. A. студент гр. F-112 От едноклетъчни животни към многоклетъчни. Несъмнено първите на Земята са древните протозои. От тях дойде модерното

Тестове входен контролпо биология Вариант 1 А1. Коя наука изучава въздействието на замърсяването върху околната среда? 1) анатомия 2) генетика 3) ботаника 4) екология A2. Каква е клетъчната структура въз основа на нейната функция?

Министерство на образованието на град Москва Държавна бюджетна образователна институция за средно професионално образование Педагогически колеж 18 "Митино" Методическа разработкаинтегриран

1 РАБОТНА ПРОГРАМА ПО БИОЛОГИЯ 5 КЛАС Планирани резултати от изучаването на предмета Резултати от предмета: Определяне на ролята в природата на различни групи организми; Обяснете ролята на живите организми в цикъла

Биология 9 клас. Демо версия 4 (45 минути) 1 Диагностична тематична работа 4 в подготовка за OGE-9 по БИОЛОГИЯ по темите „Общи закономерности на живота“, „Растения. Бактерии. гъби. лишеи",

Най-древните фосилни останки от живи организми са на възраст 3,5-3,8 милиарда години. Това са микроскопични едноклетъчни прокариотни организми, подобни по структура на съвременните бактерии. Камбрий

Развитие на органичния свят Хронология най-важните етапиеволюция на живота на Земята Криптозой (eon) продължителност 3,4 милиарда години. Включва епохи: Архей (древност - преди 3,3 милиарда години, продължение преди 900 милиона години)

Междинна атестация по биология 9 клас вариант 1. Кои молекули са мономери? органична материяса аминокиселини 1) протеини 2) въглехидрати 3) ДНК 4) липиди 2. Какво ниво на организация на живите същества

Част C. Вариант 45 C1 В древна Индия на човек, заподозрян в престъпление, е предложено да погълне шепа сух ориз. Ако не успееше, вината се считаше за доказана. Дайте физиологична информация за това

Тематично планиране по биология Обяснителна бележка Календарно-тематичното планиране е съставено в съответствие с Федералния държавен стандарт, основната учебна програма от 2004 г., програмата

„Разнообразие на живите организми” 7 клас (VII тип) Дата Съдържание Домашна работа „Организация на живата природа” - 6 часа 1. Организъм. Страници 8-9 2. Преглед. стр. 10-11 3. Природна общност стр. 12-13 4. Разнообразие

Дати на уроците http://www.spheres.ru/biology/method/tp.php Тематично и урочно планиране „Биология. Разнообразие от живи организми. 7 клас“ Планирането е по програмата

Изисквания към степента на подготовка на ученика (7. клас) В резултат на изучаването на биология ученикът трябва: да знае/разбира: - признаци на биологични обекти: живи организми; клетки и организми на растения, животни,

HSC анализ Предмет Биология. Паралелни 5 клас Контролна тема: „Микроскоп” 5A/1 21 5 6 5 5 76% 52% 3.5 5B/1 24 24 8 13 3 0 100% 88% 4.2 5B/1 28 24 5 12 3 4 83 % 71% 3.8 Общо 52 69 18 31 11 9 87% 71% 3,8

Обяснителна бележка. Тази програма е съставена от учителя по биология Е. В. Деревянко в пълно съответствие с федералния компонент на държавния стандарт за средно (пълно) общо образование за

Съдържание на работната програма „Кандидат” Курсът е предназначен за 84 часа. По време на занятията курсистите решават генетични задачи по-високо нивотрудности, цитологични задачи, практически умения

Индивидуални задачи за учениците по резултатите от теста в 9 клас. Повторете темите, по които са допуснати грешки, направете кратко обобщение. Швачкин 1. Гъби 2. Голосеменни 3. Семейства покритосеменни 4.

2 фрази, цяло число, поредица от цифри или комбинация от букви и цифри. 6. Броят на задачите в един вариант на теста е 50. Част А 38 задачи. Част Б 12 задачи. 7. Структура на теста Раздел 1.

Биология 10 клас. Демо версия 2 (45 минути) 1 Диагностична тематична работа 2 за подготовка за Единния държавен изпит по БИОЛОГИЯ по темата „Обща биология“ Инструкции за изпълнение на работата За извършване на диагностиката