ΠΡΟΓΡΑΜΜΑ ΑΝΘΡΩΠΙΝΟΥ ΓΟΝΙΔΙΩΜΑΤΟΣ & ΕΞΕΛΙΞΗ Γιώργος Καραγιάννης Ιατρική Σχολή Πανεπιστημίου Ιωαννίνων Εαρινό εξάμηνο 2013

Τι είναι το πρόγραμμα του ανθρώπινου γονιδιώματος; ‘’The ultimate goal of this initiative is to understand the human genome’’ ‘’Κnowledge of the human is as necessary to the continuing progress of medicine and other health sciences as knowledge of human anatomy has been for the present state of medicine’’

Τι είναι το πρόγραμμα του ανθρώπινου γονιδιώματος; Το HGP υπήρξε ένα διεθνές ερευνητικό πρόγραμμα που ως σκόπο του έθεσε τη λειτουργική αλληλούχιση του ανθρώπινου γονιδιώματος. Το πρόγραμμα αποτέλεσε πεδίο συνεργασίας επιστημόνων ανά τον κόσμο και σε συνδυασμό με την αλματώδη ανάπτυξη της βιοπληροφορικής ολοκληρώθηκε νωρίτερα από τον προβλεπόμενο χρόνο.

Τι είναι το πρόγραμμα του ανθρώπινου γονιδιώματος; Το πρόγραμμα χρηματοδοτήθηκε αρχικά από το Υπουργείο Ενέργειας των ΗΠΑ με προϋπολογισμό 3δις. $ σε χρονικό ορίζοντα 15ετίας. Το πρόγραμμα επίσημα ξεκίνησε το 1990.

Τι είναι το πρόγραμμα του ανθρώπινου γονιδιώματος; Το Φεβρουάριο του 2001 το περιοδικό Nature δημοσίευσε την μέχρι τότε αποκωδικοποιημένη αλληλουχία (περίπου 90%)

Τι είναι το πρόγραμμα του ανθρώπινου γονιδιώματος; Τελικά το πρόγραμμα ολοκληρώθηκε τον Απρίλιο του 2003, 2 χρόνια νωρίτερα από το αναμενόμενο.

Ευρήματα Ο αριθμός των ανθρώπινων γονιδίων από 100.000 που είχε υπολογιστεί πριν το πρόγραμμα περιορίστηκε στις 20.000-25.000 Το ανθρώπινο γονιδίωμα περιέχει τους περισσότερους τμηματικούς διπλασιασμούς από τα αντίστοιχα των θηλαστικών. Μόνο το 2% του ανθρωπινου γονιδιώματος συνιστά κωδικοποιητική αλληλουχία.

ΕΞΕΛΙΞΗ & HPG

Τι ορίζουμε ως εξέλιξη; Ως εξέλιξη ορίζουμε τη διαδικασία διαδοχής γενεών με γενετικές τροποποιήσεις ή πιο ειδικά θα μπορούσαμε να την ορίσουμε ως τη μεταβολή της γενετικής σύστασης ενός πληθυσμού από τη μια γενιά στην επόμενη.

Αριστοτέλης

Κάρολος Δαρβίνος: ο ‘’πατέρας’’ της σύγχρονης εξελικτικής θεωρίας Η θεωρία του για τη φυσική επιλογή θα μπορούσε να συνοψιστεί αδρά σε 2 βασικά συμπεράσματα: Τα άτομα με αυξημένη πιθανότητα επιβίωσης και αναπαραγωγής σε δεδομένο περιβάλλον, λόγω των κληρονομικών γνωρσμάτων τους, τείνουν να αφήνουν περισσότερους απογόνους απ’ ότι άλλα άτομα. Ως εκ τούτου με την πάροδο των γενεών έχουμε συσσώρευση ευνοϊκών γνωρισμάτων στον πληθυσμό.

Κάρολος Δαρβίνος: ο ‘’πατέρας’’ της σύγχρονης εξελικτικής θεωρίας Η θεωρία του Δαρβίνου για την καταγωγή των ειδών παρουσιάστηκε στο ομώνυμο σύγγραμα του στις 24 Νοεμβρίου του 1859. Στ βιβλίο του αυτό ο Κάρολος Δαρβίνος επιστράτευσε μια πληθώρα στοιχείων για την απόδειξη της θεωρίας του. Σε πολλές περιπτώσεις όμως όπως και ο ίδιος παραδεχόταν η τεκμηρίωση ήταν ανεπαρκής

Τα εργαλεία της εξελικτικής βιολογίας πριν από το HGP Η μελέτη της εξέλιξης για το μεγαλύτερο χρονικό διάστημα βασίστηκε αποκλειστικά σε 2 κυρίως επιστημονικά πεδία: την παλαιοντολογία (paleontology) τη μελέτη των ανθρωποειδών πιθήκων (primatology) καθώς και άλλων ειδών

Παλαιοντολογία Η παλαιοντολογία αφορά στη μελέτη απολιθωμάτων δηλαδή στη μελέτη καταλοίπων από οργανισμούς του παρελθόντος.

Μελέτη ανθρωποειδών (primatology) Η μέθοδος αυτή βασίστηκε στη μελέτη ανθρωποποειδών πιθήκων τόσο όσον αφορά στη βιολογία τους όσο και στη συμπεριφορά τους, προσπαθώντας να αποκαλύψουν άγνωστες πτυχές της εξέλιξης.

DNA ή δεόξυ-ριβονουκλεϊκό οξύ

Τι άλλαξε; Με την ανακάλυψης της διπλής έλικας και την επανάσταση στον τομέα της μοριακής και κυτταρικής βιολογίας αποκαλύφθηκε πως το μυστήριο της ζωής βρίσκεται κωδικοποιημένο στο γενετικό υλικό των έμβιων όντων (DNA ή RNA).

Τι άλλαξε; Η θεώρηση επομένως του γενετικού υλικού ως ουσίας της ζωής και η συσχέτιση του γενετικού υλικού μεταξύ διαφορετικών ειδών υποδηλώνει σαφώς μια κοινή – ως ένα σημείο – εξελικτική πορεία, έναν κοινό πρόγονο.

Τι άλλαξε; Μετά την αλληλούχιση του ανθρώπινου γονιδιώματος ακολούθησε και η αλληλούχιση του γονιδιώματος άλλων θηλαστικών, πτηνών και μιας πληθώρας οργανισμών. Τα δεδομένα αυτά σε συνδυασμό με τεχνικές που αναπτύχθηκαν τόσο κατά τη διάρκεια όσο και μετά την ολοκλήρωση του HPG έδωσαν τη δυνατότητα στους επιστήμονες να μελετήσουν το φαινόμενο της εξέλιξης πιο επισταμένα.

Αλληλούχιση http://fora.tv/2009/10/03/Dr_Katherine_Pollard_What_Makes_Us_Human

Η γέννηση ενός νέου επιστημονικού πεδίου Η ραγδαία αυτή συσσώρευση πληροφοριών είχε ως αποτέλεσμα τη δημιουργία ενός νέου επιστημονικού πεδίου, των Comparative Genomics.

COMPARATIVE GENOMICS O σκοπός της σύγκρισης γενετικού υλικού αλλά και πρωτεϊνών για την αποκάλυψη ομολογίας είναι πολύ σημαντική όχι μόνο για τη συσχέτιση των ειδών αλλά και για την αποκάλυψη των εξελικτικών μηχανισμών της φύσης, με τη χρησιμοποίηση μαθηματικών μοντέλων και αλγορίθμων.

Πρόκειται για την ομοιότητα που οφείλεται στην κοινή καταγωγή Μια μικρή παρένθεση ΟΜΟΛΟΓΙΑ Πρόκειται για την ομοιότητα που οφείλεται στην κοινή καταγωγή

Multiple Sequence Alignment (MSA) Η αλληλούχιση του γονιδιώματος πολλών διαφορετικών ειδών μας έχει δώσει πλέον τη δυνατότητα να τα συσχετίσουμε και να ανακαλύψουμε πιθανή ομολογία. Με τη μέθοδο αυτή πραγματοποιούμε συγκρίσεις τόσο μεταξύ του DNA δυο ειδών όσο και μεταξύ των πρωτεϊνών και του RNA τους.

Αποτελέσματα http://fora.tv/2009/10/03/Dr_Katherine_Pollard_What_Makes_Us_Human

Αποτελέσματα http://fora.tv/2009/10/03/Dr_Katherine_Pollard_What_Makes_Us_Human

Πόσο διαφέρουμε τελικά;

Ένα HARακτηριστικό παράδειγμα HAR: Human Accelerated Regions Aποτελούν περιοχές του γονιδιώματος οι οποίες είναι διατηρημένες μεταξύ των σπονδυλωτών αλλά εμφανίζουν σαφείς διαφορές στον άνθρωπο. Σε αυτές θεωρείται πως οφείλεται κατά ένα μεγάλο ποσοστό το διαφορετικό μονοπάτι που ακολούθησε ο άνθρωπος, καθώς πολλά από αυτά σχετίζονται με την ανάπτυξη του εγκεφάλου.

(Α) cloverleaf model human HAR1 RNA (B) hairpin model chimp HAR1 RNA

ΕΥΧΑΡΙΣΤΩ ΠΟΛΥ