Genoma humano

El genoma humano  es la totalidad del material hereditario contenido en una célula humana [1] . Según esta definición, el genoma humano consta de 23 pares de cromosomas ubicados en el núcleo , así como muchas copias de ADN mitocondrial . Existe otra definición de genoma, en la que genoma significa la totalidad del material genético del conjunto haploide de cromosomas [2] [3] . Cuando hablan del tamaño del genoma humano, se refieren a esta versión de la definición del genoma. Entonces, veintidós autosomas , dos cromosomas sexuales X e Y, así como el ADN mitocondrial humano contienen juntos 3,099,734,149 pares de bases [4] . En 2003, se había secuenciado el 85 % del genoma humano, y la secuenciación completa del genoma humano se completó recién en 2022 [5] .

Durante la implementación del Proyecto Genoma Humano, se determinó la secuencia de ADN de todos los cromosomas y el ADN mitocondrial . Actualmente, estos datos se utilizan activamente en todo el mundo en la investigación biomédica . La secuenciación completa reveló que el genoma humano contiene 19.969 genes activos , que es solo una parte muy pequeña del genoma, solo el 1,5% del material genético total codifica proteínas o ARN funcional . [4] Hay un total de 63 494 genes, la mayoría de los cuales son genes de ARN no codificantes, a menudo denominados ADN basura [6], pero que se ha descubierto que desempeñan un papel importante en la regulación de la actividad de los genes [7] [ 8] .

La parte principal del genoma (92%) fue descifrada en 2003 como parte del Proyecto Genoma Humano. En abril de 2022, se informó que un equipo internacional de investigadores había secuenciado el último 8 % del genoma humano [9] .

Características

Cromosomas

Hay 23 pares de cromosomas en el genoma : 22 pares de cromosomas autosómicos, así como un par de cromosomas sexuales X e Y. En los humanos, el sexo masculino es heterogamético y está determinado por la presencia de un cromosoma Y. Las células somáticas diploides normales tienen 46 cromosomas [10] [11] .

Genes

Las estimaciones preliminares sugirieron la presencia de más de 100.000 genes en el genoma humano. Según los resultados del Proyecto Genoma Humano, el número de genes, o más bien marcos de lectura abiertos , era de unos 23.000 genes. En relación con la mejora de los métodos para buscar (predecir) genes, se espera una disminución adicional en el número de genes.

El número de genes en los seres humanos es sólo ligeramente mayor que en organismos más simples , como el gusano redondo Caenorhabditis elegans o la mosca Drosophila melanogaster . Esto se debe al hecho de que el empalme alternativo está ampliamente representado en el genoma humano . El empalme alternativo le permite obtener varias cadenas de proteínas diferentes de un gen. Como resultado, el proteoma humano es mucho más grande que el proteoma de los organismos considerados. La mayoría de los genes humanos tienen múltiples exones , y los intrones suelen ser significativamente más largos que los exones del borde de un gen.

Los genes están distribuidos de manera desigual en los cromosomas. Cada cromosoma contiene regiones ricas y pobres en genes. Estas regiones se correlacionan con bandas cromosómicas (bandas a lo largo del cromosoma que son visibles bajo un microscopio) y con regiones ricas en CG . Por el momento, la importancia de esta distribución desigual de genes no se comprende completamente.

Además de los genes que codifican proteínas, el genoma humano contiene miles de genes de ARN que codifican ARN de transferencia (ARNt), ARN ribosomal , microARN y otros ARN que no codifican proteínas.

Secuencias normativas

Se han encontrado muchas secuencias diferentes en el genoma humano que son responsables de la regulación génica . La regulación se refiere al control de la expresión génica (el proceso de construcción de ARN mensajero a lo largo de una sección de una molécula de ADN). Suelen ser secuencias cortas que están adyacentes al gen o dentro del gen. A veces se encuentran a una distancia considerable del gen ( potenciadores ). La sistematización de estas secuencias, la comprensión de los mecanismos de trabajo, así como los problemas de regulación mutua de un grupo de genes por un grupo de enzimas correspondientes se encuentran actualmente solo en la etapa inicial de estudio. La regulación mutua de grupos de genes se describe en términos de redes de regulación de genes . El estudio de estos temas se encuentra en la intersección de varias disciplinas: matemáticas aplicadas , computación de alto rendimiento y biología molecular . El conocimiento proviene de las comparaciones de los genomas de diferentes organismos y de los avances en la transcripción artificial de genes en el laboratorio.

La identificación de secuencias reguladoras en el genoma humano se ha realizado en parte sobre la base del conservadurismo evolutivo (la propiedad de retener fragmentos importantes de una secuencia cromosómica que cumplen aproximadamente la misma función). Según los datos del reloj molecular , las líneas evolutivas de humanos y ratones se separaron hace unos 100 millones de años [12] . Para dos genomas, los métodos informáticos revelaron secuencias conservativas (secuencias que son idénticas o muy ligeramente diferentes en los genomas comparados) en la parte no codificante, y resultó que están activamente involucradas en los mecanismos de regulación génica en ambos organismos [13] .

Otro enfoque para obtener secuencias reguladoras se basa en la comparación de genes humanos y de peces globo . Las secuencias de genes y secuencias reguladoras en humanos y peces globo son significativamente similares, sin embargo, el genoma del pez globo contiene 8 veces menos cantidad de "ADN basura" . Esta “compacidad” del genoma de los peces facilita mucho la búsqueda de secuencias reguladoras de genes [14] .

Otros objetos en el genoma

Las secuencias de codificación de proteínas (las numerosas secuencias que componen los exones ) constituyen menos del 1,5 % del genoma [6] . Dejando de lado las secuencias reguladoras conocidas, el genoma humano contiene una gran cantidad de objetos que parecen algo importante, pero cuya función, si es que tiene alguna, aún no se ha dilucidado. Estos objetos ocupan hasta el 97% del volumen total del genoma humano. Estos objetos incluyen:

• repite
  • repeticiones en tándem
    • ADN satelital
    • minisatélites
    • microsatélites
  • repeticiones dispersas
    • SINE (elementos nucleares intercalados cortos)
    • LÍNEAS (elementos nucleares intercalados largos)
• transposones
  • retrotransposones
    • LTR -s (repetición terminal larga)
      • Ty1-copia
      • Ty3-gitana
    • No LTR
  • transposones de ADN
• pseudogenes

Las secuencias correspondientes son probablemente un artefacto evolutivo. En la versión moderna del genoma, su función está desactivada y mucha gente llama a estas partes del genoma ADN basura. Sin embargo, hay mucha evidencia de que estos objetos tienen alguna función que aún no está clara.

Pseudogenes

Los experimentos con micromatrices de ADN han demostrado que muchas regiones no genéticas del genoma están involucradas en el proceso de transcripción [15] .

Virus

Alrededor del 1% del genoma humano está ocupado por genes de retrovirus incorporados ( retrovirus endógenos ). Estos genes normalmente no benefician al huésped, pero hay excepciones. Entonces, hace unos 43 millones de años, los genes retrovirales que servían para construir la envoltura del virus entraron en el genoma de los ancestros de los monos y los humanos. En humanos y monos, estos genes están involucrados en el trabajo de la placenta [16] . La mayoría de los retrovirus se integraron en el genoma de los ancestros humanos hace más de 25 millones de años. Entre los retrovirus endógenos humanos más jóvenes, todavía no se han encontrado otros útiles [17] [18] .

Contenido informativo del genoma humano

Las bases nitrogenadas en el ADN ( adenina , timina , guanina , citosina ) corresponden a 4 estados lógicos diferentes, lo que equivale a 2 bits de información [19] . Así, el genoma humano contiene más de 6 gigabits de información en cada cadena, lo que equivale a 800 megabytes y es comparable a la cantidad de información de un CD [20] . La lógica de almacenamiento de datos en bases emparejadas es similar al sistema de replicación (duplicación) de datos RAID 1 .

Notas

1. ↑ Glosario parlante de términos genéticos : genoma  . Instituto Nacional de Investigaciones del Genoma Humano. Consultado el 1 de noviembre de 2012. Archivado desde el original el 4 de noviembre de 2012.
2. ↑ Diccionario de genética  / R. C. King, W. D. Stansfield, P. K. Mulligan. — 7mo. - Oxford University Press , 2006. - ISBN 13978-0-19-530762-7.
3. ↑ Genética: diccionario enciclopédico / Kartel N. A., Makeeva E. N., Mezenko A. M .. - Minsk: Technology, 1999. - 448 p.
4. ↑ 12GRCh38.p14._ _ _ _ ncbi _ Consorcio de referencia del genoma (3 de febrero de 2022). Consultado el 1 de abril de 2022. Archivado desde el original el 1 de abril de 2022. (indefinido)
5. ↑ Fundador: Asociación sin fines de lucro "Asociación internacional para la difusión del conocimiento científico" Dirección: 119234, Moscú, GSP-1, Leninsky Gory, Universidad Estatal de Moscú, D. 1. Los científicos han descifrado completamente el genoma humano . "Rusia científica" - una revista electrónica . Fecha de acceso: 29 de octubre de 2022. (Ruso)
6. ^ 1 2 Consorcio internacional de secuenciación del genoma humano. Secuenciación inicial y análisis del genoma humano. (Inglés)  // Naturaleza. - 2001. - vol. 409 , núm. 6822 . - Pág. 860-921 . -doi : 10.1038/ 35057062 . —PMID 11237011 .
7. ↑ El ADN "basura" ayuda a activar los genes . Consultado el 24 de noviembre de 2018. Archivado desde el original el 24 de noviembre de 2018. (indefinido)
8. ↑ El ADN "basura" juega un papel fundamental en el mantenimiento de la integridad del genoma . Consultado el 24 de noviembre de 2018. Archivado desde el original el 25 de noviembre de 2018. (indefinido)
9. ↑ Matveeva, T. Los científicos han descifrado completamente el genoma humano . Rusia científica (1 de abril de 2022). Consultado el 5 de abril de 2022. Archivado desde el original el 13 de mayo de 2022. (indefinido)
10. ↑ Tjio JH, Levan A.  El número de cromosomas del hombre  // Hereditas. - 1956. - vol. 42 . - P. 1-6 . -doi : 10.1111/ j.1601-5223.1956.tb03010.x . —PMID 345813 . Los primeros trabajan con un número de cromosomas establecido con precisión en humanos.
11. ↑ Número de cromosomas humanos Archivado el 3 de noviembre de 2020 en Wayback Machine . Esta es la historia del conteo de cromosomas humanos.
12. ↑ Nei M., Xu P., Glazko G. Estimación de tiempos de divergencia de secuencias multiproteicas para algunas especies de mamíferos y varios organismos relacionados de forma distante. (Inglés)  // Actas de la Academia Nacional de Ciencias de los Estados Unidos de América . - 2001. - vol. 98 , núm. 5 . - Pág. 2497-2502 . -doi : 10.1073/ pnas.051611498 . — PMID 11226267 .  
13. ↑ Loots G., Locksley R., Blankespoor C., Wang Z., Miller W., Rubin E., Frazer K. Identificación de un regulador de coordenadas de las interleucinas 4, 13 y 5 mediante comparaciones de secuencias entre especies. (Inglés)  // Ciencia. - 2000. - vol. 288 , núm. 5463 . - P. 136-140 . -doi : 10.1126 / ciencia.288.5463.136 . —PMID 10753117 . Resumen Archivado el 6 de noviembre de 2009 en Wayback Machine .
14. ↑ Meunier, Monique Genoscope y Whitehead anuncian una cobertura de alta secuencia del genoma de Tetraodon nigroviridis ( enlace inaccesible) . Genoscopio. Consultado el 12 de septiembre de 2006. Archivado desde el original el 20 de agosto de 2002.   
15. ↑ Claverie J. Menos genes, más ARN no codificante. (Inglés)  // Ciencia. - 2005. - vol. 309 , núm. 5740 . - P. 1529-1530 . -doi : 10.1126 / ciencia.1116800 . —PMID 16141064 .
16. ↑ Los antepasados ​​humanos tomaron prestados genes útiles de virus . Consultado el 19 de septiembre de 2017. Archivado desde el original el 20 de septiembre de 2017. (indefinido)
17. ↑ Eugenio D. Sverdlov. Retrovirus y evolución de primates // BioEssays. — vol. 22, núm. 2 . - Pág. 161-171. - doi : 10.1002/(SICI)1521-1878(200002)22:2<161::AID-BIES7>3.0.CO;2-X . —PMID 10655035 .
18. ↑ Anders L Kjeldbjerg, Palle Villesen, Lars Aagaard, Finn Skou Pedersen. Conversión de genes y selección purificadora de un gen de envoltura ERV-V específico de la placenta durante la evolución de los simios // BMC Evolutionary Biology. - 2008. - Vol. 8. - Pág. 266. - doi : 10.1186/1471-2148-8-266 . —PMID 18826608 .
19. ↑ Dengub V. M., Smirnov V. G. Unidades de cantidades. Referencia del diccionario. - M. : Editorial de Normas, 1990. - S. 25. - 240 p. — ISBN 5-7050-0118-5 .
20. ↑ ¿Cuánta información almacena el ADN humano? - Quora

Literatura

• Tarantul VZ Genoma humano. Una enciclopedia escrita en cuatro letras. - Idiomas de la cultura eslava, 2003. - 396 p. — ISBN 5-94457-108-X .
• Ridley Matt. El genoma: una autobiografía de una especie en 23 capítulos. — M.: Eksmo, 2008. — 432 p. — ISBN 5-699-30682-4
• Mirolyubova S.Yu. PASAPORTE GENÉTICO, PERFIL GENÉTICO DE LA POBLACIÓN Y EL PISCINA GENÉTICA DE LOS PUEBLOS EN EL ÁMBITO DE GARANTIZAR LA SEGURIDAD NACIONAL DE LA FEDERACIÓN DE RUSIA // Boletín de la Universidad Estatal de Surgut . 2022-07-07. tema 2 (36). págs. 70–80. ISSN 2312-3419. doi : 10.34822/2312-3419-2022-2-70-80

Enlaces

• Declaración Universal de la UNESCO sobre el Genoma Humano y los Derechos Humanos , 1997
• Lindblad-Toh K. et al. Secuencia del genoma, análisis comparativo y estructura haplotípica del perro doméstico. (Inglés)  // Naturaleza. - 2005. - vol. 438 , núm. 7069 . - Pág. 803-819 . -doi : 10.1038/ naturaleza04338 . —PMID 16341006 .
•  La Oficina Nacional de Genómica en Salud Pública

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