Pull to refresh

Comments 46

Спасибо! Буквально на днях с коллегами эту тему обсуждали.

Интересно было бы почитать, как ДНК из молекулы попадает в базу данных исследователей. Вроде очень большой прогресс наметился в этой области.
На самом деле прогресс наметился уже пару лет как. Есть несколько технологий. Мне больше всего импонирует Oxford Nanopore Technologies. Они с каждым годом все лучше и лучше. Если в вкратце, то есть пора, через которую протягивается цепь ДНК. При этом меряется изменение ток, проходящий через пору. В зависимости от того, какой нуклеотид занимает в данный момент отверстие поры мы будем регистрировать разное значение силы тока. (Большой нуклеотид закрывает больше и ток будет меньше). И, собственно, считываем дальше.
Если интересно, можете разобраться глубже
По сути еще 10 лет назад мы могли читать лишь маленькие кусочки по 500-1000 нуклеотидов. Сейчас длинна прочтений потенциально больше на порядок. Значит собирать геном можно точнее и проще.
Не был уверен, что стоило объяснять разницу между лишней OH и ее вклад в стабилизацию структуры, поэтому опустил. Хотя, пожалуй поясню. Спасибо

Глупый вопрос который у меня постоянно возникает — так каждая хромосома содержит одну и ту же молекулу ДНК, только упакованную в разных конфигурациях, или какую то часть всего генома (кстати — чести перекрывающиеся или неперекрывающиеся?). Если второй вариант правильный, то следующий вопрос — в какой либо из фаз клеточного цикла днк существует в виде одной молекулы, содержащей полную последовательность, или так и болтается в ядре по частям?

Не бывает глупых вопросов. Каждая хромосома содержит только часть генома. При этом у многих организмов каждая хромосома имеет более одной копии (например у млекопитающих чаще всего их две, по одной от одного родителя). То есть у человека 23 хромосомы, каждая в двух копиях (в итоге получаем 46). Они называются гомологичными. И вот у гомологичных хромосом последовательности почти идентичны (отличия есть, но зачастую это небольшие замены относительно коротких участков). При этом разные хромосомы могут тоже нести перекрывающиеся участки. Например у X и Y хромосом есть перекрывающиеся участки, но они составляют лишь пару % от их длинны.
Нет, она не существует в виде единой молекулы ни в какой из фаз цикла (только если это не организм с одной хромосомой). Не совсем болтается, хромосомы имеют свои «территории» в ядре. То есть их расположение подчинено определенным правилам.
Что значит перекрывающиеся участки? Одинаковая достаточно длинная последовательность нуклеотидов в разных хромосомах?
Да. Перекрывающиеся означает, что последовательность нуклеотидов на одной хромосоме дублирует последовательность на другой (не буквально перекрывается). Последовательности чаще всего не полностью идентичны, хоть и содержат одни и те же гены (возможны мутации, поэтому какие-то отличия будут. Например замена пары нуклеотидов, или какие-то ее фрагменты могут отсутствовать, или дублироваться. Но в целом это будет та же последовательность).
Вопрос все-равно много.
В каждой клетке содержится одинаковый набор хромосом (с поправкой на повреждения), но с разными раскрученными частями?
Как и кто и зачем получает доступ к разным частям хромосом?
Да, одинаковый набор (за редким исключением) и по-разному раскрученная ДНК. Доступ получают ферменты, считывающие информацию с ДНК. Почти всего эта информация будет «трансформирована» в белок.
Почти все наши клетки высокоспециализированы. То есть перед каждой группой клеток стоит своя, конкретная задача. Например есть мышечные клетки. У них одна задача — сокращаться. Есть жировые — они хранят жир, есть железистые — они что-то выделяют. ДНК во всех одинаковая. Но для выполнения своих задач разным клеткам нужны разные инструменты (железистым нужно синтезировать что-то и выделять; клеткам соединительной ткани — синтезировать фибрилярные белки… тот же коллаген). Для осуществления этих задач нужна информация с разных частей ДНК. Грубо говоря, в мышечной ткани та часть ДНК, которая кодирует белки, участвующие в сокращениях будет максимально развернута и поэтому с нее будет идти активное считывание, а вот часть, кодирующая секреторные белки будет максимально упакована. Ведь они не нужны мышечной клетке.
Если очень грубо, то упаковка осуществляется отчасти за счет модификаций ДНК и белков, ее связывающих.
А в чем смысл каждой клетке хранить всю ДНК, а не только ту часть, которая ей нужна для работы. Энергетически выглядит ведь не очень эффективно
ДНК — это не кислота, а соль. Цитирую книгу «Самая главная молекула» Максима Франк-Каменецкого:
… заряду фосфатной группы… положительный заряд катиона. Обычно это ион натрия, а вовсе не водорода… буква К в знаменитом сокращении «ДНК» — плод чистейшего недоразумения. Ведь никто не называет поваренную соль кислотой!
После того как написал, осознал, что что-то в книге было написано ошибочно. В ДНК нет натрия…
В тему об ионах, там много Mg. Он стабилизирует структуру ДНК.
А насчёт натрия? Мне просто непонятно, почему знатный учёный в своей книге заявляет, что ДНК — соль. Не смог найти ничего в интернете по теме. По идее соль (NaCl) может содержаться в цитоплазме, раз уж в крови есть, но тут знаний не хватает, чтобы делать какие-либо выводы.

Соль это не только натрий-хлор.
Соль — это вид соединения, а не конкретное вещество.

Я про ионы натрия говорил.

Если вкратце, то идея такая, в кислоте — положительный ион водорода. А у соли — положительный ион металла.

При растворении кислоты с солью в воде в воде будут и ионы натрия, и ионы водорода. Это я только про положительные ионы. И вот из курса химии я не помню, как будут взаимодействовать друг с другом положительные и отрицательные ионы. Но вряд ли там образуется HCl.
Как клетка определяет, для решения какой задачи в какой позиции читать? Предположим, вокруг нейрона слишком много дофамина, и ему нужно увеличить количество рецепторов на тушке клетки. Каждый рецептор это несколько белков. Как клетка найдет нужные участки в 46 хромосомах, каждая из которых длиной в десятки миллионов пар и скручена в тысячу раз?
У бактерий весьма интересно регулируется — гены ферментов одной метаболической цепи часто организованы в последовательную цепочку (опейрон) и их экспрессия может регулироваться субстратом.
Почитайте про лактозный опейрон — он очень хорошо исследован и не сложен для понимания.
У эукариот насколько помню, такой четкой регуляции субстратом нет, там ферменты постоянно присутствуют в клетке, в том числе «про запас».
А так, экспрессия определенного фрагмента должна регулироваться определенным активатором, присоединяющимся к ДНК в нужном месте и запускающим ее подготовку к экспрессии.
А как выбирается с которой из пары одинаковых хромосом читать?
Как выбирается не отвечу. Думаю читаться будет с обеих сразу.
Точно знаю, что генетические мутации приводящие к неспособности синтеза какого-нибудь белка проявляются как правило только при дефекте в обеих хромосомах, то есть когда геном становится гомозиготным по этому рецессивному признаку. Если дефектна только одна копия, то за счет второй проблема не проявляется.
Да, но если речь о половых хромосомах, то все несколько иначе. Одна из X хромосом рандомно инактивируется, формируя тельце Барра. То есть, если X хромосомы несут разную форму одного и того же гена — может проявляться мозаичность. В каких-то клетках инактивируется одна X хромосома, в каких-то другая. Часть клеток будет с одним признаком, часть с другим. Классический пример — черепаховые кошки.

Касательно мутаций не совсем верно. Есть еще аутосомно-доминантное наследование. То есть, если одна из копий гена не в норме — развивается болезнь. Например болезнь Гентингтона. Одна из копий гена изменена. С нее считывается мутанта форма белка, оказывающая токсическое действие. От того, что вторая копия гена в норме особо легче не становится.
Если же ген кодирует какой-то важный фермент, то при повреждении одной из аллеей этого гена упадет и синтез этого фермента. Зачастую не смертельно. Но жизнеспособность организма понижается.

"активатором, присоединяющимся к ДНК в нужном месте и запускающим ее подготовку к экспрессии" — то есть на чистой химии активатор присоединится к нужному участку среди сотен миллионов таких же? Никакой дополнительной машинерии?

Често, я не очень хорошо помню детали этой темы.
Но вот относительно «сотен миллионов таких же» не соглашусь. Дело в том, что в биологии активация работает на не совсем чистой химии, а на концепции «индуцированного соответствия», то есть там трехмерные сложные конфигурации для узнавания, достаточно уникальные.
Модель индуцированного соответствия
В 1958 г. Дениел Кошланд предложил модификацию модели «рука-перчатка»[20]. Ферменты, в основном, — не жесткие, а гибкие молекулы. Активный центр фермента может изменить конформацию после связывания субстрата. Боковые группы аминокислот активного центра принимают такое положение, которое позволяет ферменту выполнить свою каталитическую функцию. В некоторых случаях молекула субстрата также меняет конформацию после связывания в активном центре. В отличие от модели «ключ-замок», модель индуцированного соответствия объясняет не только специфичность ферментов, но и стабилизацию переходного состояния. Эта модель получила название «рука-перчатка».

Это правда про ферменты описано, но концепция достаточно универсальна в молекулярной биологии.
В обычном состоянии хромосомы развёрнуты и участки ДНК доступны для считывания. Это перед делением они упаковываются

С ДНК делаются «временные копии» матричной РНК, и для работы используются они, а не сама ДНК. Они намного короче, т.к. содержат только малую часть всего генома.

Ленты матричной РНК плавают в плотном «супе» из кучи разных регуляторных белков, АТФ, транспортных РНК, аминокислот и проч., и постоянно увешаны рибосомами («считывающими головками») в самых разных позициях, и всё это находится в постоянном броуновском движении, так что ни о каком точном позиционировании речи не идёт — все процессы статистические. Вероятность того, что рибосома, сидящая в данный момент на участке Х в позиции i, продвинется на следующий шаг, прочитает следующий триплет и добавит к стоящейся полипептидной цепи ещё один аминокислотный остаток (равно как и вероятность обратного процесса) определяется взаимными концентрациями во всём этом супе. Точно так же вероятности производства самих матричных РНК зависят от концентраций разных веществ. И каждый новый синтезированный белок чуть-чуть изменяет все эти вероятности для всех рибосом, так что получается сложная сеть обратных связей, и из всего этого броуновского хаоса слегка вырисовывается подобие порядка. Но мы этого хаоса не видим, а видим только верхушку айсберга, шаткий порядок. К сожалению, картинки из учебников и учебные видео наличие броуновкого супа часто опускают, и может создаться ложное впечатление, что все компоненты летают почти в вакууме и каким-то чудесным образом друг находят, причём с высокой точностью — рибосомы с первого раза безошибочно садятся прямо в начало участка, всегда движутся строго вперёд, на участке всегда одна рибосома, а не гроздь, белки сворачиваются всегда одинаково как по заказу, и прочие механистические упрощения.
Воу, лучшее объяснение, что я видел за последние 10 лет, респект! CRISPR, тем не менее, умудряется в этом супе находить нужные точки. Или он тоже статистически работает?
Да, на этом уровне вообще всё происходит статистически и дифференциально — любой процесс или хим реакция имеет отличную от нуля вероятность пройти как в одну сторону, так и в противоположную, или в боковую, и эти вероятности зависят от формы реагентов (т.е. геометрии молекул, распределения зарядов, силы связей, наличия катализаторов, мембран, степеней свободы и т.п.) а так же от температуры, pH и проч. И если концентрация какого-то вещества стабильна, значит вероятность его создания равна вероятности его разрушения, оба процесса происходят одновременно и с одинаковой скоростью.

CRISPR не исключение — комплексы с Cas+crRNA (Cascade) постоянно образуются с некоторой скоростью, компенсирующей убыль, после чего болтаются там-сям, пока удачно не наткнутся на цель в нужной ориентации и соединятся с ней; или же никогда не наткнутся, деградируют, после чего будут разобраны и утилизированы; или таки наткнутся, но не соединятся; или соединятся, но отцепятся раньше, чем начнут работу; или не отцепятся, но цель окажется неправильной, просто сигнатура почти совпала — и для каждого из этих событий есть своя вероятность и, соответственно, скорость.

Клетка — это невъ… нно сложная система дифференциальных уравнений, где все его параметры — это случайные значения с плавающими распределениями.
Скажите, вот у вас из десяти цветных иллюстраций в посте только две сопровождаются указанием копирайта: вы остальные восемь сами нарисовали или просто постеснялись указать первоисточник?
UFO landed and left these words here
Я не вполне понимаю, что мешает подписать иллюстрацию, которая не нарисована самостоятельно, указанием, что картинка взята оттуда-то, автор такой-то. Это вряд ли затруднит появление новых материалов. А так получается украденное авторство. Заметьте, я говорю даже не о копирайте в строгом смысле, который можно передавать, а всего лишь об авторстве, которое неотчуждаемое.
UFO landed and left these words here
Его, кстати, часто юзают как фичу при обучении различного рода классификаторов
Это же статья, вроде бы, а не конспект разговора двух студентов?
Почему важно, что ДНК двухцепочечная? На основе одной цепи можно восстановить другую. Если в одной цепи поврежден кусок напротив последовательности Аденин-Аденин-Цитозин, то мы точно знаем, что до повреждения там был Тимин-Тимин-Гуанин.

А откуда известно на какой стороне повреждение? Можно точно так же «восстановить» неправильную инфу по ошибочной стороне.
При повреждении не может измениться нуклеотид, он может видоизмениться. Например, ультрафиолетовый свет воздействует на пиримидин (тимин или цитозин), рядом с которым есть ещё один пиримидин, но вызывает не тепловую реакцию, а химическую. Образуется фотодимер. УФ-эндонуклеаза рвёт в этом месте цепь, а эндонуклеаза вырезает чуть больший кусок. Но это только одна из комплементарных цепей. А по сохранившейся цепи ДНК-полимераза I достраивает разорванную комплементарную цепь заново. Другое дело, если в это время повредится и другая цепь. Это будет концом жизни клетки, либо вызовет мутацию.

Похожий принцип используется в ПЦР. ДНК в спецаильном «бульоне» из нуклеотидов и праймеров размножается удвоением с помощью ДНК-полимеразы I.
Зависит от типа повреждения. Большинство ошибок возникает при копировании ДНК. То есть, есть одна цепь новая и одна старая, с которой и копировали. Старые цепь модифицируются. Новая только синтезировалась, на ней еще нет модификаций. Исправления вносятся на немодифицированном участке. Про исправление ошибок постараюсь написать отдельно.
Сори, возможно тупой вопрос. Где можно взять такие наборы данных в свободном доступе?
Зачем перепечатывать школьный учебник по биологии? Все, описанное автором, это 9-10 классы средней школы (это даже не углубленная программа).
Кстати, как там Демидчик поживает, не продал кафедру еще с потрахами, ОБЭП не заезжал к нему в гости?
Ну не 9-10. Если вы конечно из нашей вселенной. Здесь я занимаюсь ликбезом. И стараюсь писать максимально простыми словами для тех, кто далек от биологии. Полагаю, люди, серьезно работающие в определенной области обычно черпают свои знания из статьей, а не научпопа (по крайней мере те, кого я знаю).
Да, извините, в 9 классе преподают анатомию. Программа за 10 класс:
«Нуклеиновые кислоты. Строение и функции ДНК. Строение, виды и функции РНК. Правила Чаргаффа.

Ядро, строение и функции. Ядерная оболочка, ядерный матрикс, хроматин, ядрышки. Хромосомы, их структурная организация. Понятие о гаплоидном и диплоидном наборах хромосом, кариотипе.»
Обязательно напиши про дублирование информации — копии генов, целых участков кодирующих последовательностей и их строгой численности. Они могут быть инвертированы, т.е. вставлены задом на перед, по отношению к оригиналу, но при трансляции все равно все будет правильно. Читал, что количество дублей (утроений и тд) одно и то же у определенного вида. И уменьшение/увеличение этих дублирующих участков гораздо критичнее, чем количество полиморфизмов или даже мутаций.

Сам работаю в области генетики врожденных дефектов иммунитета, поэтому интересуюсь, выяснили что-то конкретное о роли этих дублей, или как обычно только предположения.

А когда речь дойдёт до клиники, сам могу многим поделиться. Даж не знал, что на хабре этим интересуются ))

В частности о том, как по разному дефект одного и того же гена может в реальности отразиться на фенотипе конкретного человека или членах одной семьи. Одна и та же мутация, к сожалению, не ведет к одному и тому же проявлению. Иначе диагностировать было бы просто. Чем больше сопоставляем генотип с фенотипом, тем больше идёт речь о взаимовлиянии разных генов в рамках одного генома. Или просто разнообразия проявлений — у кого то компенсируется, а у кого-то клиника утяжеляется… Ну и длина мутации конечно имеет значение. Классика ген-белок-проявление сегодня расширена до ген-море-разных-взаимодействующих-белков-очередное проявление в базу OMIM.
Я недавно наткнулся на информативную книгу по части врождённых генетических заболеваний в гугл-книгах: Brendan Lee MD PhD, Fernando Scaglia MD. Inborn Errors of Metabolism: From Neonatal Screening to Metabolic Pathways

Может пригодится. Там указываются болезни и гены им соответствующие. Кстати, неплохой материал для статьи был бы. Или даже нескольких.
На английском их более чем (собственно, почти все на английском). Выше указанная книга это только по болезням обмена. Ещё рассматривают отдельно наследственные соединительно-тканные дисплазии, нервно-мышечные заболевания, нейродегенеративные и эпилепсии, и море всего другого. И как апофеоз врожденные болезни иммунной системы, в которые входят синдромы карликовости, частых переломов, хронических лихорадок, дерматозов, аутоиммунных, аутовоспалительных и прочих, включая многое из гематологии. И все это должны бы знать врачи хотя бы экскурсно, тогда как… в общем, век живи, век учись, дураком помрёшь
Сейчас даже платные врачи с хорошей з/п не всё знают. Водил к ЛОРу ребёнка с ОРВИ с симптомами в виде аденоидита, лёгкого отита и кишечного расстройства. Врач сказал, что при ОРВИ не может быть кишечного расстройства и что это не по его части. Хотя есть же аденовирус, тоже ОРВИ, все симптомы идеально под него подходили.

Вообще, я считаю, медицину можно было бы без проблем улучшить на государственном уровне. Понятно, что врачи не все хотят заниматься саморазвитием, им лишь бы аттестацию пройти очередную. Можно просто профинансировать общедоступную БД, систему публично рецензируемых методических указаний, а задоно обучить на неё нейронку на БД. По финансированию это будет не так уж и много, если кадры нанимать на достойную з/п (иначе по времени уйдёт в бесконечность, либо кадров потом придётся нанимать на ту же сумму для поддержки всего накиданного).
Only those users with full accounts are able to leave comments. Log in, please.