Шпаргалка по "Геномике"

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

19. Генетическое  картирование. Цитогенетическое кар-тирование. Генетической картой хромосомы называют от-носительное положение генов, находящихся в одной группе сцепления. Первым шагом на пути построения генетических карт является формирование групп сцепления генов и ис-следование их взаимного расположения. Основным методом построения карт сцепления является классический генетиче-ский анализ, т.е. анализ наследования признаков в родо-словной, а также изучение частоты рекомбинации генных локусов в мейозе. Карты сцепления показывают порядок линейного расположения генов и маркеров на хромосоме и генетическое расстояние м/у  ними, выраженное в процентах рекомбинации - сантиморганах (сМ). СЕРН-коллекции родословных представляют собой идеальные системы для генетического анализа наследственных признаков. Эти кол-лекции были использованы исследователями во всем мире для локализации генов человека и различных типов марке-ров. В результате исследования этих клеточных линий опре-делены генотипы членов СЕРН-семей одновременно по ты-сячам полиморфных локусов и построены соответствующие генетические карты. Материал таких линий в виде клеточных клонов или образцов ДНК используется, в частности, для анализа сцепления сегрегирующих генов друг с другом или с вновь описанными полиморфными локусами. Цитоге-нетические карты показывают локализацию маркера с точ-ностью до определенной хромосомы, плеча или хромосом-ного сегмента. Этот тип карт показывает линейный порядок маркеров в хромосоме. По своей разрешающей способности они занимают промежуточное положение м/у  генетическими картами и собственно физическими картами (ряд авторов относит цитогенетическое картирование к методам физиче-ского картирования геномов). Цитогенетические карты ос-новываются на расположении генов без определения их ва-риабельности, тогда как возможность построения генетиче-ских карт зависит от наличия аллельного полиморфизма ло-кусов. Построение цитогенетической карты облегчает раз-витие других типов физических карт, а именно, дает "скелет", на котором помещаются маркеры или контиги пере-крывающихся клонов. Для построения цитогенетических карт млекопитающих в настоящее время используется ряд методов.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

20.   Функциональная  геномика и протеомика. Цель ге-номики — получение информации обо всех потенциальных свойствах клетки, которые не реализуются на данный момент, например, "молчащие гены", протеомика же дает воз-можность охарактеризовать клетку в данный момент, зафик-сировав все находящиеся в ней белки в своего рода "момен-тальной фотографии" функционального состояния клетки на уровне ее протеома, т.е. совокупности всех ферментных и структурных белков, которые "работают" в отличие от не-экспрессирующихся генов. При этом, если геномика появи-лась прежде всего в результате развития техники секвениро-вания, то для протеомики такую же основополагающую роль играет техника двухмерного электрофореза — разделения белков в одном направлении по молекулярной массе, а в другом — по изоэлектрической точке. Сам по себе этот метод не нов, однако он в значительной мере усовершенствован, что позволяет следить в динамике за сотнями белков одновременно. Протеомика позволяет следить за белковыми взаимодействиями. Это относится, например, к передаче сигналов от поверхности клетки к факторам избирательной транскрипции в ядре. С ее помощью может быть преобразо-вана, таким образом, не только технология скрининга имму-носупрессоров, но и ингибиторов сигнальной трансдукции в целом. Методы протеомики позволяют получить более пол-ную, всестороннюю картину взаимодействия с клеткой новых потенциальных антимикробных агентов. Работы по изучению динамики биосинтеза ферментов вторичного метаболизма у микроорганизмов при использовании протеомики могут быть переведены на новый, более высокий уровень. Возвращаясь к связи протеомики с геномикой, следует подчеркнуть, что протеомика может быть названа продолжением именно функциональной геномики. В отличие от геномики предметом изучения протеомики являются продукты, кодируемые генами, экспрессирующимися в данный момент. Функциональная геномика – опирается на подробное изучение функций генов, их влияние на активность и ре-гуляцию других генов.    

 

21.Молекулярные базы данных GeneBank, EMBL, DDJP, Swiss-Prot, PIR, Protein Data Bank. GenBank – база данных генетических последовательностей, поддерживается NIH (Национальный Институт Здоровья США), аннотированная база известных последовательностей ДНК, РНК и белков, с  литературными ссылками на первоисточники и информацией биологического характера. Обновляется каждые два месяца. Является частью International Nucleotide Sequence Database Collaboration, которая объединяет три крупнейшие коллекции нуклеотидных последовательностей: DDBJ (NIG), EMBL (EBI) и GenBank (NCBI). Структура: Описательная часть в документе GenBank’а нужна: чтобы пользователь банка мог найти интересующую его последовательность; для хранения дополнительной информации (откуда ДНК, кто проводил эксперимент по секвенированию, биологическая роль данной последовательности и т.д.)  Для удобства пользования описательная часть документа GenBank разбита на так называемые поля (“fields”). Для того, чтобы найти интересующую последовательность в GenBank’е: Су-ществуют специальные компьютерные программы (например, SRS или Entrez), предназначенные для поиска по ключевым словам в банках последовательностей. Пользователь указывает в программе, по каким полям нужно искать и

какое слово (или слова). Программа выдаёт список записей банка, в которых указанные слова встретились в указанных полях. Чтобы посмотреть, есть ли в соответствующем поле заданное слово необходимо заранее создать индексную таб-лицу каждого из полей и при каждом запросе обращаться к ней. EMBL. База данных нуклеотидных последовательностей Европейской Молекулярно-Биологической Лаборатории пополняется большей частью непосредственно авторами, определившими первичную структуру фрагмента ДНК или РНК и, кроме последовательности нуклеотидов, содержит разнообразную информацию о каждом фрагменте, включая литературные ссылки, перекрестные ссылки на документы других баз данных, таблицы особенностей и др.             Существует с 1982 года. База данных – продукт сотрудниче-ства EMBL (ФРГ), GenBank (США) и DDJP (Япония), каждая из этих трех групп собирает свою порцию информации из всех возможных мировых источников, ежедневно обме-ниваясь новыми и обновленными документами друг с дру-гом. Сегодня EMBL состоит из 18 разделов. Большая часть разделов соответствует отражает таксономию. EMBL пред-ставляет собой плоскую базу данных, состоящую из одной таблицы с множеством строк (= записям). Одна запись = по-следовательный участок ДНК или РНК. Одна запись состоит из двух частей:  1) аннотации 2) собственно последователь-ности. Swiss-Prot – одна из первых баз данных белковых последовательностей, “gold standard” белковой аннотации. Аннотация выполнена вручную группой профессиональных экспертов на основе экспериментальной информации, опи-санной в научных статьях.  Организована в 1986 году – SIB+EBI+PIR+GU = prof. Amos Bairoch На сегодняшний день – Release 57.8 - 509019 последовательностей PIR. База данных NBRF, с 1984 года коллекционирует данные о бел-ках. Эта база возникла на месте NBRF Protein Sequence Da-tabase, созданной M.O.Dayhoff и опубликованной впервые еще в 1965 году в виде атласа белковых последовательностей и структур (Atlas of Protein Sequence and Structure). Сейчас база PIR - продукт сотрудничества NBRF (США),

IPS (Германия) и JIPID (Japan International Protein Information Database). База данных PIR делится  на 4 раздела:

PIR1: содержит полностью  классифицированные и анноти-рованные записи;  PIR2: включает в себя предварительные записи, которые не были полностью рассмотрены и могут содержать избыточность;  PIR3: содержит непроверенные записи;  PIR4: записи - Концептуальное  создание искус-ственных фактических последовательностей нуклеотидов. Protein Data Bank - банк данных 3-D структур белков и нуклеиновых кислот. База данных Protein Data Bank обнов-ляется еженедельно. Преобладающая часть структур полу-чена при помощи метода диффракции рентгеновских лучей, около 15 % — при помощи ЯМР белков, и лишь малая часть - при помощи крио-электронной микроскопии. Каждая структура, опубликованная в PDB получает четырёхзначный идентификатор (комбинация цифр и букв латинского алфа-вита). Данный шифр не может служить идентификатором биомолекул, так как часто разные структуры одной и той же молекулы, например, в различной среде, могут иметь раз-личные PDB ID.

 

22 Геномные библиотеки, создание геномных библиотек Рестрикция геномной ДНК на фрагменты и клонирование фрагментов с помощью различных векторов создали основу формирования геномных библиотек.Для этого геномная ДНК разрезается определенной рестриктазой, а образующи-еся фрагменты клонируются с помощью различных векторов, для чего используют методы рекомбинантной ДНК. Геномная библиотека должна содержать не только гены, но и всю некодирующую ДНК, расположенную м/у  генами. Поскольку переваривание рестриктазой производят неполное так, что одни сайты, специфические для рестрик-тазы, разрезаются, а другие нет, то образуются фрагменты ДНК с частично перекрывающимися последовательностями нуклеотидов. Это облегчает последующее восстановление картины расположения фрагментов в нативной ДНК. Кро-ме геномных библиотек, существуют библиотеки кДНК. Библиотеки кДНК содержат только экзоны генов, посколь-ку получаются на основе зрелой мРНК с помощью фермента, называемого обратной транскриптазой. Обратная тран-скриптаза на матрице мРНК создает комплементарную нить ДНК, которая затем превращается в обычную двунитевую ДНК с помощью ДНК-полимеразы. Затем такие молекулы кДНК клонируются в бактериальных клетках точно так же, как и геномная ДНК. Еще один тип ДНК-библиотек -хромосомоспецифические библиотеки. Для их создания хромосомы разделяют с помощью проточной цитометрии, которая позволяет выделить отдельные хромосомы. ДНК, полученная после такой сортировки, будет преимущественно представлять определенную хромосому.Затем получают фрагменты ДНК отдельной хромосомы перевариванием с той или иной рестриктазой и клонируют их обычным пу-тем. Различные библиотеки ДНК широко используют при реализации программы «Геном человека», а также для других целей, например при поиске полиморфных ДНК-маркеров. Основная проблема, возникающая при создании банка генов - необходимость обеспечения его полноты. Она определяется вероятностью встречаемости (р) искомого гена в коллекции, состоящей из п клонов.

23 Вирусы. Строение, жизненный цикл вируса. Вирусы –  это субмикроскопические (20-300 нм)  ДНК-  или РНК-содержащие объекты,  репродуцирующиеся только в живых кл, заставляя их синтезировать вирионы,  кот. содержат геном вируса и способны перемещать его в другие клетки. Два главных качества: во-первых, наличие у вируса собственного ген. материала, кот  внутри клетки-хозяина ведет себя как часть клетки, во-вторых, существование внеклеточной ин-фекционной фазы, представленной специализированными частицами (вирионами), которые служат для введения генома вируса в др. кл. Вирусы явл. облигатными паразитами, т к не способны размножаться вне клетки. Вне клетки вирусные частицы не проявляют признаки живого. Капсид состоит из одинаковых по строению субъединиц – капсомеров. Капсомеры – это морфологические единицы капсида, сост. из одной или нескольких молекул белка. Комплекс капсида и вирусной НК обозначают термином нуклеокапсид. Вирионы простых вирусов представлены только капсидом. Вирионы сложных вирусов дополнительно имеют двухслойные липидные мембраны, в кот. включены белки. Жизненный цикл: 1) Присоединение к клеточной мем-бране (адсорбция). Для этого, кл к кот. он адсобируется должна иметь в составе своей ЦПМ белок- рецептор, специ-фичный для данного вируса. Наличие рецептора нередко определяет круг хозяев данного вируса, тканеспецифичность. 2) Проникновение в клетку. 3)Перепрограммирование клетки. При заражении вирусом в клетке активируются специальные мех-мы противовирусной защиты. Заражённые клетки начинают синтезировать сигнальные молекулы - интерфероны, переводящие окружающие здоровые клетки в противовирусное состояние и активирующие системы иммунитета. 4)Персистенция. Некоторые вирусы могут переходить в латентное состояние, слабо вмешиваясь в процессы, происходящие в клетке, и активироваться лишь при определённых условиях. 5)Создание новых вирусных компонентов. Размножение вирусов в самом общем случае предусматривает три процесса - 1) транскрипция вирусного генома - синтез вирусной мРНК, 2) её трансляция, то есть синтез вирусных белков и 3) репликация вирусного генома 6)Созревание вирионов и выход из клетки.

 

24 Геном вирусов. Наследственный материал вирусов.

Геном вирусов включает: 1) Структурные гены, кот. коди-руют белки. Занимают примерно 95 % вирусной хромосомы. Белки вирусов можно разделить на несколько групп: струк-турные, ферменты, регуляторы. 2) Регуляторные последова-тельности, которые не кодируют белки: промоторы, опера-торы и терминаторы. 3)Прочие некодирующие участки (сай-ты), в том числе: участок attP, обеспечивающий интеграцию вирусной хромосомы в хромосому клетки–хозяина; участки cos – липкие концевые участки линейных вирусных хромосом, обеспечивающие замыкание линейной хромосомы в кольцевую форму. М/у народным Комитетом по Так-сономии Вирусов в 1966 году была принята система клас-сификации вирусов, основанная на различии типа (РНК и ДНК). Система классификации представляет собой серию иерархичных таксонов: Отряд (-virales) Семейство (-viridae) Подсемейство (-virinae) Род (-virus) Вид (-virus). Классифи-кация вирусов по Балтимору семь основных групп: (I) Ви-русы, содержащие двуцепочечную ДНК и не имеющие РНК-стадии (например, герпесвирусы, поксвирусы, паповавирусы, мимивирус). (II) Вирусы, содержащие двуцепочечную РНК (например, ротавирусы). (III) Вирусы, содержащие од-ноцепочечную молекулу ДНК (например, парвовирусы). (IV) Вирусы, содержащие одноцепочечную молекулу РНК положительной полярности (например, пикорнавирусы, флавивирусы). (V) Вирусы, содержащие одноцепочечную молекулу РНК негативной или двойной полярности (напри-мер, ортомиксовирусы, филовирусы). (VI) Вирусы, содер-жащие одноцепочечную молекулу РНК и имеющие в своем жизненном цикле стадию синтеза ДНК на матрице РНК, ре-тровирусы (например, ВИЧ). (VII) Вирусы, содержащие двуцепочечную ДНК и имеющие в своём жизненном цикле стадию синтеза ДНК на матрице РНК, ретроидные вирусы (например, вирус гепатита B). В наст. время, для классифи-кации вирусов используются обе системы одновременно, как дополняющие друг друга. Дальнейшее деление производится на основе таких признаков как структура генома (наличие сегментов, кольцевая или линейная молекула), генетическое сходство с другими вирусами, наличие липидной оболочки, таксономическая принадлежность организма-хозяина и так далее.

 

 

 

25 Размножение  вирусов, обладающих двухцепочечной  геномной ДНК. Группа I. (Двухцепочечная ДНК).  Группу составляют вирусы инфицирующие:  бактерии  (Podoviridae,  фаги E. coli);  высших жив. (Pox-, Herpes-, Adeno-, Papovaviridae); насекомых (Baculo-, Irido- и Polydnaviridae); эукариотич. водоросли (Phycodnaviridae); грибы. Эти вирусы обладают: кольцевыми геномами  (Papova-,  Baculo-,  и Polydnaviridae);  линейными геномами  (Adeno- и Herpesviridae,  некоторые фаги);  циркулярно пер-мутированными линейными геномами  (фаги Т4, некот. представители сем.  Iridiviridae);  линейными геномами с ко-валентно замкнутыми концами (Pox-и Phycodnaviridae). Все вирусы,  кроме входящих в сем.  Polydnaviridae,  имеют однокомпонентные геномы; у представителей последнего семейства геном фрагментирован. Репликация геномов во всех случаях полуконсервативна. Вирусы эукариот размнож-ся в ядре, используя клеточные ферменты.  Однако,  репликация поксвирусов,  некоторых бакуловирусов и иридовтрусов имеет место в вируспецифических  «тельцах включения»  в цитоплазме. Эти вирусы имеют все необх. факторы для репликации и транскрипции и поэтому почти не зависят от клеточных ферментов. Транскрипция вирусного генома носит каскадный характер,  т.е. происходит в несколько последовательных раундов с образованием т.н. сверхранних, ранних и поздних белков.

 

 

 

26 Размножение  вирусов, обладающих одноцепочечной  геномной ДНК Группа II. (Одноцепочечная ДНК). Эта группа включает вирусы инфицирующие:  бактерии  (фаги сем.  Inoviridae и Microviridae); млекопитающих  (Circoviridae,  Papovaviridae);  птиц  (цирковирусподобные организмы); растения (Geminiviridae, Nonoviridae). Вирусы обладают:  линейным однокомпонентным геномом (Papovaviridae);  кольцевым однокомпонентным геномом  (Microvirida,Inoviridae Circoviridae,  некоторые представители сем.  Geminiviridae); кольцевым двухкомпонентным геномом  (некоторые представители сем. Geminiviridae); кольцевым многокомпонентным (>3) геномом (Nonoviridae). Репликация всех эти вирусов протекает  (рис. 3.7)  в ядре через образование т.н. «репликативной формы» - репликативного интермедиата, представляющего собой двухцепочечную ДНК,  которая образуется вскоре после начала инфекции при участии  (почти всегда)  клеточных ДНК-полимераз. 

 

 

 

27. Цикл размножения  вирусов, обладающих двухцепо-чечной  геномной РНК. Группа III. (Двухцепочечная РНК). Группа объединяет вирусы инфицирующие:  бактерии  (Cystoviridae);  животных,  растения,  насекомых, позвоноч-ных и беспозвоночных  (Birnaviridae); грибы (Partitiviridae, Totiviridae). Вирусы обладают геномами:  однокомпонент-ным  (Totiviridae); двухкомпонентным  (Birna-, Cripto-  и Partitiviridae);  трехкомпонентным(Cystoviridae); многоком-понентным (10-12 сегментов) (Reoviridae). Таким образом,  большинство вирусов этой группы имеют сегментированный геном. Все фрагменты генома находятся в составе одной вирусной частицы. Геномы вирусов этой группы репли-цируются  в цитоплазме клетки-хозяина по консервативному механизму с помощью вирионной РНК-зависимой РНК-полимеразы. При этом двухцепочечная РНК транскрибиру-ется в моноцистронные мРНК,  которые выполняют две функции.  Во-первых,  они транслируются,  обеспечивая синтез вирусных белков, и,  во-вторых,  они служат матри-цами для синтеза комплементарных дочерних цепей, что ве-дет к образованию двухцепочечных сегментов генома.