Понятие о фенотипе и генотипе: Основные понятия генетики — урок. Биология, 9 класс.

Понятие о генотипе и фенотипе.

Генотип— вся совокупность имеющихся у организма генов.

Фенотип— совокупность реализованных (т.е. внешних) генетически детерминированных признаков, т.е. индивидуальное (в определенных условиях внешней среды) проявление генотипа. При изменении условий существования фенотип бактерий изменяется при сохранении генотипа.

Изменчивость у бактерий может быть ненаследуемой (модификационной) и генотипической (мутации, рекомбинации).

Временные, наследственно не закрепленные изменения, возникающие как адаптивные реакции бактерий на изменения окружающей среды, называются модификациями (чаще — морфологические и биохимические модификации). После устранения причины бактерии реверсируют к исходному фенотипу.

Стандартное проявление модификации — распределение однородной популяции на две или более двух типов- диссоциация. Пример- характер роста на питательных средах: S- (гладкие) колонии, R- (шероховатые) колонии, M- (мукоидные, слизистые) колонии, D- (карликовые) колонии.

Диссоциация протекает обычно в направлении S-R. Диссоциация сопровождается изменениями биохимических, морфологических, антигенных и вирулентных свойств возбудителей.

Мутации — скачкообразные изменения наследственного признака. Могут быть спонтанные и индуцированные, генные (изменения одного гена) и хромосомные (изменения двух или более двух участков хромосомы).

Одновременно у бактерий имеются различные механизмы репарации мутаций, в том числе с использованием ферментов — эндонуклеаз, лигаз, ДНК- полимеразы.

Генетические рекомбинации — изменчивость, связанная с обменом генетической информации. Генетические рекомбинации могут осуществляться путем трансформации, трансдукции, конъюгации, слияния протопластов.

1.Трансформация — захват и поглощение фрагментов чужой ДНК и образование на этой основе рекомбинанта.

2.Трансдукция — перенос генетического материала фагами (умеренными фагами — специфическая трансдукция).

3.Конъюгация — при непосредственном контакте клеток. Контролируется tra (transfer) опероном. Главную роль играют конъюгативные F- плазмиды.

Схема бактериальной трансформации и трансдукции

Трансформация — перенос генетического материала, заключающийся в том, что бактерия-реципиент захватывает (поглощает) из внешней среды фрагменты чужеродной ДНК.

Трансдукция — перенос генетического

материала от клетки-донора клетке-реципиенту

с помощью бактериофагов.

Схема бактериальной конъюгации

1. клетка-донор образует F-пили.

2. 2— F-пили прикрепляются к клетке-реципиенту.

3. 3— Мобильная плазмида разрывается и одна цепь ДНК перемещается в клетку-реципиент.

4. 4— В обеих клетках синтезируется вторая цепь ДНК и образуются F-пили. Обе клетки могут быть донорами.

Геном вирусов содержит или РНК, или ДНК (РНК- и ДНК- вирусы соответственно). Выделяют позитивную (+) РНК, обладающую матричной активностью и соответственно- инфекционными свойствами, и негативную ( — ) РНК, не проявляющую инфекционные свойства, которая для воспроизводства должна транскрибироваться (превращаться) в + РНК. Механизмы репродукции различных вирусов очень сложные и существенно отличаются. Основные их схематические варианты представлены ниже:

1. вирионная (матричная) +РНК комплементарная -РНК (в рибосомах) вирионная +РНК.

2. — РНК вирусная (информационная) +РНК — РНК (формируется на геноме зараженной клетки).

3. однонитевая ДНК: +ДНК +ДНК -ДНК +ДНК -ДНК +ДНК +ДНК.

4. ретровирусная однонитевая РНК: РНК ДНК (провирус) РНК.

5. двунитевая ДНК: разделение нитей ДНК и формирование на каждой комплементарной нити ДНК.

Генофонд вирусов создается и пополняется из четырех основных источников:

двух внутренних (мутации, рекомбинации) и двух внешних (включение в геном генетического материала клетки хозяина, поток генов из других вирусных популяций).

Комплементация — функциональное взаимодействие двух дефектных вирусов, способствующее их репликации и горизонтальной передаче.

Фенотипическое смешивание — при заражении клетки близкородственными вирусами с образованием вирионов с гибридными капсидами, кодируемыми геномами двух вирусов.

Популяционная изменчивость вирусов связана с двумя разнонаправленными процессами — мутациями и селекцией, связанными с внешней средой как индуктором мутаций и фактором стабилизирующего отбора. Гетерогенность вирусных популяций — адаптационный генетический механизм, способствующий пластичности (устойчивости, приспособляемости) популяций, фактор эволюции и сохранения видов во внешней среде.

Генофонд вирусных популяций сохраняется за счет нескольких механизмов:

— восстановления изменчивости за счет мутаций;

— резервирующих механизмов (возможность перехода любых, даже негативных мутаций в следующую генерацию)- комплементация, рекомбинация;

— буферных механизмов (образование дефектных вирусных частиц, иммунных комплексов и др.), способствующие сохранению вируса в изменяющихся внешних условиях.

Гены: словарь терминов

Подтверждаю Подробнее

• ИНВИТРО
• Библиотека
• org/ListItem»>Полезные статьи
• Гены: словарь терминов

1799 07 Ноября

Аллели – (от греч. allelon друг друга, взаимно) различные формы одного и того же гена, расположенные в одинаковых участках (локусах) гомологичных (парных) хромосом, контролирующие один и тот же белок. Все гены соматических клеток, за исключением генов, расположенных в половых хромосомах, представлены двумя аллелями, один из которых унаследован от отца, а другой – от матери. Различия между аллелями обусловлены мутациями.

Аутосомно-доминантный тип наследования – мутантный аллель (вариант) доминирует над нормальным аллелем (вариантом), т.е. проявляется как в гомозиготном, так и в гетерозиготном состоянии; патологическая наследственность прослеживается в родословной «по вертикали»; по крайней мере, один из родителей имеет проявление данной мутации.

При этом мутантный ген расположен в аутосоме (неполовой хромосоме) и наследование не сцеплено с полом.

Аутосомно-рецессивный тип наследования – нормальный аллель (вариант) подавляет проявление мутантного аллеля (варианта), т.е. мутация может проявиться, только находясь в гомозиготном состоянии. При этом мутантный ген расположен в аутосоме (неполовой хромосоме) и наследование не сцеплено с полом.

Ген – элементарная единица наследственности, наименьший неделимый элемент наследственного материала, который может быть передан от родителей потомству как целое и который определяет признаки, свойства или физиологическую функцию организма. На молекулярном уровне — это участок молекулы ДНК, кодирующий первичную структуру белков и РНК.

Генетический вариант полиморфизма – в широком смысле аналогичен понятию аллеля; здесь, в узком смысле – одна из двух разновидностей гена, различающихся по одному генетическому полиморфизму. Генетические варианты полиморфизма обычно отличаются аминокислотной последовательностью белкового продукта гена или уровнем экспрессии гена.

Генный полиморфизм, полиморфизм (здесь, в узком смысле) – структурное различие альтернативных вариантов гена (обычно нормального и мутантного). Возникновение вариантов гена обусловлено мутациями. Применительно к понятию «генный полиморфизм» обычно рассматриваются нейтральные мутации, не приводящие к заметным нарушениям функции гена, тогда как «мутациями» обычно называют изменения в гене, приводящие к выраженному нарушению работы гена.

Генотип – (здесь, в узком смысле) сочетание генетических вариантов (аллелей), расположенных на гомологичных хромосомах.

Гетерозиготный – содержащий разные аллели (генетические варианты) в соответствующих локусах гомологичных хромосом.

Гомозиготный – содержащий одинаковые аллели (генетические варианты) в соответствующих локусах гомологичных хромосом.

Гомологичные хромосомы – парные хромосомы из диплоидного набора, одинаковые по форме, размерам и набору генов.

Делеция – утрата в результате мутации сегмента ДНК размером от одного нуклеотида до субхромосомного фрагмента, включающего несколько генов. В случае генных полиморфизмов рассматриваются делеции, ограниченные одним геном.

Диплоидный набор – набор хромосом в соматических клетках организма, который содержит два гомологичных набора хромосом, из которых один передается от одного родителя, а второй — от другого.

Доминантный аллель – аллель, проявляющийся в фенотипе гетерозиготных особей.

Инсерция – вставка сегмента ДНК размерами от одного нуклеотида до субхромосомного фрагмента, включающего несколько генов. В случае генных полиморфизмов рассматриваются инсерции, ограниченные одним геном.

Интрон – область гена, разделяющая экзоны и не несущая информации об аминокислотной последовательности белкового продукта.

Миссенс-мутация — мутация, приводящая к подстановке несоответствующей аминокислоты в полипептидную цепь.

Мультифакториальные заболевания – заболевания, вызываемые взаимодействием множества наследственных и внешних факторов, например, ишемическая болезнь сердца, инфаркт миокарда (ИМ), инсульт, некоторые формы рака, психические заболевания и др.

Мутантный вариант полиморфизма – вариант полиморфизма, возникший вследствие мутации из своего предшественника – нормального варианта.

Мутация – изменение нуклеотидной последовательности ДНК. Чаще всего мутации представляют собой однонуклеотидные замены – миссенс-мутации. Влияние мутации на функцию гена может варьировать от ее полного нарушения до незначительного влияния или отсутствия влияния.

Нормальный вариант полиморфизма – наиболее распространенный в популяции вариант полиморфизма, который является предшественником других вариантов, возникающих вследствие мутаций.

Нуклеотид – структурная единица нуклеиновых кислот. В состав ДНК входят 4 нуклеотида: аденин – А, тимин – Т, гуанин – G, цитозин – С.

Пенетрантность – количественный показатель фенотипической изменчивости проявления гена. Измеряется (обычно в %) отношением числа особей, у которых данный ген проявился в фенотипе, к общему числу особей, в генотипе которых этот ген присутствует в необходимом для его проявления состоянии (гомозиготном – в случае рецессивных генов или гетерозиготном – в случае доминантных генов). Проявление гена у 100% особей с соответствующим генотипом называется полной пенетрантностью, в остальных случаях – неполной пенетрантностью. Неполная пенетрантность свойственна проявлению генов, связанных с мультифакториальными заболеваниями: болезнь развивается только у части лиц, в генотипе которых присутствует аномальный ген; у остальных же наследственное предрасположение к болезни остаётся нереализованным.

Полиморфизм гена – многообразие нуклеотидных последовательностей гена, в том числе его аллельных форм.

Прогностический – понятие, характеризующее заключение о предстоящем развитии и исходе, основанное на специальном исследовании.

Промотор – участок молекулы ДНК, к которому присоединяются молекулы РНК-полимеразы, что сопровождается инициацией транскрипции соответствующих генов; как правило, промотор расположен на операторном конце оперона; каждый ген (или оперон) имеет свой промотор, контролирующий его транскрипцию.

Рецессивный аллель – аллель, не проявляющийся в фенотипе гетерозиготных особей.

Фенотип – особенности строения и жизнедеятельности организма, обусловленные взаимодействием его генотипа с условиями среды.

Хромосома – составной элемент клеточного ядра, являющийся носителем генов. В основе хромосомы лежит линейная молекула ДНК

Экзон – фрагмент гена, кодирующий аминокислотную последовательность белкового продукта данного гена.

Экспрессия гена – перенос генетической информации от ДНК через РНК к полипептидам и белкам в определенных типах клеток организма.

ВАЖНО!

Информацию из данного раздела нельзя использовать для самодиагностики и самолечения. В случае боли или иного обострения заболевания диагностические исследования должен назначать только лечащий врач. Для постановки диагноза и правильного назначения лечения следует обращаться к Вашему лечащему врачу.
Для корректной оценки результатов ваших анализов в динамике предпочтительно делать исследования в одной и той же лаборатории, так как в разных лабораториях для выполнения одноименных анализов могут применяться разные методы исследования и единицы измерения.

Рекомендации

• Томас Хант Морган, нобелевская премия 1933 года

  6 27 Января

• Шарль Николь, премия 1928 года

  25 20 Января

• Алексис Каррель, премия 1912 года

  247 12 Января

Показать еще

Эксперты нашли способ избавить ребёнка от колик

Исследователи советуют будущим матерям есть побольше яиц, мяса и блюд из курицы в первые три месяца беременности. Весь секрет кроется в витамине В12. Известно, что он помогает в развитии мозга и нервной системы у ещё не родившихся детей…

Подробнее

Инъекции восстановят мышцы, кожу и жировую прослойку

Исследователи из США разработали специальный гель для инъекций, армированный нановолокном, который может восстанавливать недостающие мышцы и соединительные ткани, выступая в качестве каркаса и «привлекая к месту происшествия» специальные клетки организма, специализирующиеся на заживлении ран.

Подробнее

Разработан безопасный метод определения пола плода на первых неделях беременности

Пол ребенка определяется по образцам крови отца и матери уже на пятой неделе беременности

Подробнее

Накожный пластырь может следить за состоянием ран в реальном времени

Ученые из Бинхэмптонского университета утверждают, что пытаются создать платформу следующего поколения, которую можно будет интегрировать в биологические ткани (кожу, нервную ткань или сердечную мышцу).

Подробнее

На мобильном количество бактерий в 5 раз выше, чем на сиденье унитаза или на подошве обуви

Корпуса мобильных телефонов оказались усеяны плотным слоем бактерий, среди которых присутствовал даже золотистый стафилококк, который переносят на себе до 20% населения Земли. Но если одним люди его могут не бояться, то у граждан, например, с ослабленным иммунитетом он может вызвать всё что угодно — от лёгкого кожного заболевания до менингита…

Подробнее

Подпишитесь на наши рассылки

Введите e-mail

Даю согласие на обработку персональных данных

Подписаться

Генотип и фенотип: определение и пример

На этой планете есть только один из вас – ваша ДНК не похожа ни на одну другую; это уникально. Даже генетически идентичные близнецы отличаются по внешнему виду и поведению. Многие вещи влияют на нас как на людей, включая наши генотипы и фенотипы. Но что это такое и как они влияют на нас?

• Во-первых, мы поймем определение психологии генотипа и фенотипа.

• Затем мы исследуем разницу между психологией генотипа и фенотипа.

• Мы также рассмотрим связь между генотипом и фенотипом.

• Затем мы рассмотрим однояйцевых близнецов и то, как на них могут влиять генотипы и фенотипы.

• Наконец, мы рассмотрим примеры генотипа и фенотипа.

Определение генотипа: Психология

Во-первых, генотип во многом связан с нашей ДНК и генами, которые создают нашу индивидуальную и уникальную ДНК. Точнее, генотип 9.0031 химический состав или состав нашей ДНК. Генотип определяет тип аллелей, связанных с признаком или многими признаками (например, цветом глаз), и фиксируется с момента зачатия.

Рис. 1 Есть ли у вас веснушки из-за одного из ваших родителей?

Аллели описывают вариантов гена. Люди наследуют по одному аллелю каждого гена от каждого родителя, и мы склонны объединять аллели в категории. Например, ген цвета глаз имеет аллель голубого цвета глаз и аллель коричневого цвета глаз, в зависимости от того, что есть у ваших родителей.

Фенотип Определение: Психология

Фенотип описывает ваши физические характеристики, такие как цвет глаз или рост, определяемые генами и окружающей средой. Влияние фенотипа не ограничивается видимыми характеристиками; это также может повлиять на историю вашего здоровья, поведение и общее настроение.

В психологии примером фенотипа может быть то, как факторы окружающей среды, такие как домашняя жизнь в детстве, могут влиять на то, как люди развиваются и ведут себя во взрослой жизни.

Каспи и др. (2002) обнаружили, что участники, которые демонстрировали более агрессивное поведение, имели дисфункциональный ген MAOA и пережили жестокое детство. Таким образом, генотип дисфункционального гена МАОА мог быть не единственной причиной агрессивного поведения, а скорее экспрессией этого гена при воздействии агрессивных ситуаций.

Различия между генотипом и фенотипом

Генотип является генетической основой организма. Он состоит из всей генетической информации, определяющей характеристики организмов. Фенотип — это наблюдаемая экспрессия этих генов, на которую также влияет окружающая среда.

Генотипы основаны на генетическом составе, а это означает, что наши генотипы уже заранее выбраны для нас. Ваши родители, бабушки и дедушки, прабабушки и дедушки и так далее — вот почему у вас есть генотипы, с которыми вы родились. Но как это влияет на фенотипы и чем они отличаются?

Фенотипы , а не являются прямым результатом наших заранее выбранных генотипов. Вместо этого фенотипы являются кульминацией наших и генотипов и обстоятельств нашей жизни, которые уникальны для нас. Вы можете знать это как спор о природе и воспитании, где наши генотипы являются аспектом природы, а окружающая среда и обстоятельства нашей жизни — аспектом воспитания.

Генотип — группа крови, рост или заболевание. Фенотип — вес.

Обычно это сочетание генетических факторов (генотип) и факторов окружающей среды, влияющих на экспрессию этих генов (фенотип), что приводит к изменению поведения.

Понимание различий между генотипом и фенотипом может также помочь нам понять унаследованных признаков .

Семья может иметь генетическую предрасположенность к развитию депрессии или другой проблемы с психическим здоровьем, но они могут избежать развития симптомов с помощью лечения или избегая потенциальных триггеров.

Необходимо различать генотип и фенотип:

• Некоторые люди рождаются с генетической предрасположенностью к развитию проблем с психическим здоровьем.

• Некоторые развивают их как продукт своего окружения.

• Комбинация обоих.

Их лечение может быть адаптировано к их обстоятельствам.

Различие между генотипом и фенотипом может помочь врачам более эффективно использовать свои ресурсы, когда речь идет о психическом здоровье. Пациент с семейной историей проблем с психическим здоровьем может с большей вероятностью страдать от химического дисбаланса в головном мозге, который лучше поддается медикаментозному лечению, чем терапии.

И наоборот, пациент с неизвестным семейным анамнезом проблем с психическим здоровьем, чьи проблемы с психическим здоровьем являются результатом их окружения, может помочь врачам определить, какие элементы их окружения повлияли на них и как.

Связь между генотипом и фенотипом

Если генотипы и фенотипы не совпадают, могут ли они влиять друг на друга?

Как люди, мы сталкиваемся с различными условиями окружающей среды. Наши физиологические и поведенческие реакции на эти условия зависят от нашей генетической структуры. Генотипы обычно остаются постоянными от одной среды к другой.

Но когда один и тот же генотип обрабатывается в разных условиях, он может давать ряд фенотипов. Эти вариации фенотипа возникают благодаря влиянию окружающей среды на выражение и функцию генотипов, влияющих на признак.

Эти изменения экспрессии генотипов в различных средах называются взаимодействием генотип-среда (GEI).

Генотип и фенотип: Однояйцевые близнецы

Имеют ли близнецы одинаковый фенотип и генотип? Как обсуждалось ранее, генотипы — это наша генетическая структура, и поэтому они уже предопределены. В случае близнецов генотипы часто невероятно похожи и считаются даже полной репликацией друг друга в случае однояйцевых близнецов (т.е. монозиготных близнецов).

Для разнояйцевых близнецов (дизиготных близнецов) генетический состав может иметь сходство (поскольку они братья и сестры, в конце концов), но не идентичны.

Однояйцевые близнецы имеют одинаковые генотипы, а разнояйцевые близнецы имеют половину генома, как и любые другие братья и сестры. Хотя геномы близнецов Mz идентичны, они никогда не имеют одного и того же фенотипа, несмотря на то, что их фенотипы похожи. Это проявляется в том факте, что близкие родственники всегда могут отличить их друг от друга, даже если другие могут не видеть тонких различий.

Исследования близнецов позволяют определить, насколько генотип влияет на поведение человека. В этих исследованиях рассматриваются группы близнецов и их поведение. Поскольку близнецы очень похожи генетически (100% генетическое совпадение для монозиготных близнецов и 50% для дизиготных близнецов), результаты этих исследований позволяют нам измерять и оценивать генетическую основу поведения.

Coccaro (1997) является примером таких исследований близнецов. Коккаро исследовал преступность групп монозиготных близнецов и некоторых дизиготных близнецов. У близнецов Mz конкордантность была около 50%, тогда как у близнецов Dz примерно 19%.% показатель. Открытие предполагает генетический компонент поведения.

Примеры генотипов и фенотипов

Существует так много примеров генотипов, но одним из наиболее распространенных является цвет глаз.

• Ген кодирует цвет наших глаз.

• В этом случае аллель либо коричневого, либо синего цвета (один унаследован от матери, а другой от отца).

• Коричневый аллель доминирует над (B), а синий аллель рецессивный (б). Если ребенок унаследует два разных аллеля (гетерозигота), то у него будут карие глаза. Чтобы у ребенка были голубые глаза, он должен быть гомозиготным по аллелю голубых глаз.

Рис. 2 Генотип – это цвет наших глаз.

Влияние на фенотипы может включать питание, температура, влажность и стресс. Мы можем легко увидеть это в животном мире. Подумайте о фламинго. Какого цвета фламинго? Я готов предположить, что вы видите розового фламинго в своем воображении. Но их натуральный цвет белый! Розовый цвет вызван пигментами в рационе организма, а не генетической предрасположенностью.

Генотип и фенотип – ключевые выводы

• Генотип – это химический состав нашей ДНК. Из всего ДНК.
• Фенотип представляет собой наблюдаемую экспрессию этих генов.
• Фенотипы , а не являются прямым результатом наших заранее выбранных генотипов. Вместо этого фенотипы являются кульминацией наших генотипов и обстоятельств, которые уникальны для нас как личностей.
• Однояйцевые близнецы имеют одинаковые генотипы и половину генома, как и любые другие братья и сестры. Поскольку их геномы идентичны, они никогда не имеют одного и того же фенотипа, несмотря на то, что их фенотипы схожи.
• Генетический состав разнояйцевых близнецов может иметь сходство (поскольку они, в конце концов, братья и сестры), но не идентичные.

---

Ссылки

1. Punnett homobrown x homoblue, Purpy Pupple, wikimediacommons.org, CC-BY-SA-3.0

От фенотипа к генотипу — PMC

• Список журналов
• Джей Дент Рез
• PMC4293721

Дж Дент Рез. 2014 июль; 93 (7 Дополнение): 3S–6S.

doi: 10.1177/0022034514533569

Геномика и трансформация первичной медико-санитарной помощи во всем мире

Информация об авторе Информация об авторских правах и лицензиях Отказ от ответственности

За последние 50 лет прогресс в описании, измерениях и анализе фенотипов был значительным. Биомаркеры (белки, углеводы, липиды, гормоны, различные РНК и кДНК, микрочипы) были обнаружены и коррелированы с заболеваниями и расстройствами, а также с физиологическими реакциями на болезни, травмы, стрессы в крови, моче и слюне. Трехмерное цифровое изображение улучшило то, как мы «видим» и используем фенотипы для диагностики, лечения и прогноза. В каждом примере научное открытие привело к информированию клинического здравоохранения. В тандеме генетика развилась от менделевского наследования (мутации одного гена) до комплексных заболеваний человека (множественных взаимодействий ген-ген и ген-окружающая среда). Кроме того, эпигенетика расцвела новым пониманием генных модификаторов (например, метилирование гистонов и негистоновых хромосомных белков, ацетилирование, сульфатирование, фосфорилирование). Сейчас мы находимся в начале новой эры использования полногеномного секвенирования человека и микробов для принятия важных медицинских решений в отношении риска, стратификации пациентов, диагностики, лечения и результатов. Готовы ли мы как клиницисты, ученые и преподаватели к расширению сферы нашей практики, базы знаний, интеграции в первичную медико-санитарную помощь (медицина, фармацевтика, сестринское дело и смежные медицинские науки) и клинические подходы к черепно-лицевой, ротовой и стоматологической помощи? ? Время настало.

Ключевые слова: персонализированная медицина и стоматология, полногеномное секвенирование, биоинформатика, эпигенетика, черепно-лицевые и рото-стоматологические заболевания и расстройства, феномика

Шестьдесят один год назад Уотсон и Крик опубликовали свою одностраничную статью о структуре ДНК (дезоксирибонуклеиновая кислота) с возможными биологическими последствиями (Watson and Crick, 1953). Препарат ДНК, который Розалинд Франклин использовала для своих исследований с помощью рентгеновской кристаллографии, был приготовлен молодым дантистом по имени Норман Симмонс. Тридцать девять лет назад я посетил семинар по рекомбинантной ДНК (19 лет).75) в Асиломаре, Калифорния, когда международное сообщество разработало, рекомендовало и приняло практические принципы. Двадцать шесть лет назад Джеймс Уотсон был назначен руководителем финансируемого из федерального бюджета проекта «Геном человека» (HGP). Год спустя его заменил Фрэнсис Коллинз, который довел HGP до завершения. В 2000 году президент Билл Клинтон просигнализировал о почти завершении HGP (Lander et al. ., 2001; Venter et al. ., 2001). В 2004 г. HGP был завершен в рамках бюджета и в срок; на это ушло 13 лет и 2,7 миллиарда долларов (Collins, 2010; Feero 9).0031 и др. ., 2010).

В первые годы существования HGP (1988–2004 гг.) требовалось много месяцев или даже лет, чтобы завершить создание одного генома человека, что стоило миллионы долларов. Тем временем федеральные инвестиции вкладывались в биоинформатику, приборы и оборудование для высокопроизводительного секвенирования нуклеиновых кислот, чтобы ускорить и снизить стоимость секвенирования всего генома. В 2007 г. отдельные последовательности генома с аннотациями были завершены для Дж. Крейга Вентера и Джеймса Уотсона (Venter, 2007; Watson, 2009).). Это ознаменовало начало буквально персонализированного здравоохранения. В 2010 году Кевин Дэвис спроектировал индивидуальный геном стоимостью 1000 долларов и представил революцию в секвенировании ДНК и новую эру персонализированной медицины (и стоматологии) (Davies, 2010). Год назад Управление по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов (FDA) утвердило первую методологию и оборудование, способные завершить расшифровку генома человека в течение 24 часов при стоимости менее 5000 долларов США (Collins and Hamburg, 2013).

Теперь мы знаем, что количество генетических вариаций между любыми двумя неродственными людьми составляет одно основание или нуклеотид (А, аденозин, Т, тимидин, С, цитозин и G, гуанозин) на тыс. оснований, или 0,1%. Каждый человек обладает вариациями примерно в 3 миллионах оснований из общего числа 3 миллиардов оснований, составляющих геном человека. Информация о каждой из последовательностей нашего генома, такая как однонуклеотидные полиморфизмы (SNP), теперь используется для понимания того, как вариации ДНК в нашем геноме могут влиять на наше здоровье (Kornman and Duff, 2012). Еще одно ключевое соображение для объяснения геномной изменчивости называется вариантами числа копий (CNV). Существует по меньшей мере 1500 CNV — сегментов хромосом, дублированных или утраченных у разных людей, — и они разбросаны по всему человеческому геному. Сейчас мы находимся в начале новой эры использования геномной информации для принятия важных медицинских решений для персонализированной стоматологии и медицины (Collins, 2010; Feero 9).0031 и др. ., 2010).

Исторически сложилось так, что генетика изучает наследственность, процесс, при котором родитель передает определенные гены своим детям. Внешний вид или фенотип человека — рост, цвет волос, цвет кожи и цвет глаз — определяется генами (генотипами). Дополнительные характеристики или фенотипы, на которые влияет наследственность или спонтанные генетические мутации, включают метаболизм, умственные способности, природные таланты и восприимчивость или устойчивость к определенным заболеваниям или расстройствам.

После завершения HGP в 2004 году появилось гораздо более четкое понимание генома человека. Взрослые люди имеют десять триллионов соматических клеток, каждая из которых содержит 46 хромосом [2 половые хромосомы и 22 пары аутосомных хромосом (названные в соответствии с их размером, 1 самая большая и 22 самые маленькие)]. В геноме человека в ядре каждой соматической клетки тела содержится 21 000 функциональных генов и 19 000 псевдогенов. Незначительные вариации встречаются менее чем в 1% последовательности ДНК, что приводит к вариантам определенного гена, называемого аллелями (Feero 9).0031 и др. ., 2010). Гены представляют собой участки ДНК, а расположение гена называется локусом гена. Большинство функциональных генов кодируют информацию в экзонах, разделенных интронами, для создания белков. Каждый ген имеет расположенные выше последовательности энхансера и промотора, а также концевую стоп-последовательность. Каждый ген может производить более одного белка посредством процесса, называемого альтернативным сплайсингом. Кроме того, митохондрии внутриклеточных органелл также содержат ДНК (митДНК), унаследованную исключительно от наших матерей.

Несовершенный амелогенез, несовершенный дентиногенез, семейная агенезия зубов, синдром Папийона-Лефевра и серповидноклеточная анемия — вот лишь несколько примеров из 10 000 заболеваний и нарушений, которые наследуются от мутаций одного гена через Менделевское наследование. Известно более 60 наследственных заболеваний, возникающих в результате изменений (мутаций) митДНК, ассоциированных с рядом фенотипов, таких как слепота, тугоухость, низкорослость, метаболические нарушения. Подавляющее большинство заболеваний и расстройств человека являются полигенными и отражают множество взаимодействий ген-ген и ген-окружающая среда в сочетании с эпигенетическими модификаторами генов.

Любопытно, но мы знаем, что монозиготные близнецы имеют общий генотип. Имеют ли они общий фенотип? Недавно в нескольких исследованиях было установлено, что у монозиготных близнецов наблюдается фенотипическое несоответствие, такое как различия в восприимчивости к болезням, а также широкий спектр антропоморфных особенностей. В то время как монозиготные близнецы эпигенетически неразличимы в первые годы жизни, у старших близнецов обнаруживаются значительные различия в распределении 5-метилцитозиновой ДНК и ацетилировании гистонов, что влияет на портрет экспрессии их генов. Короче говоря, многие новые исследования в настоящее время предоставляют доказательства того, что эпигенетика помогает понять различные фенотипы, которые могут происходить от одного и того же генотипа.

Еще одним измерением геномики являются унаследованные, а также приобретенные мутации, например, обнаруживаемые при различных видах рака. Множественная эндокринная неоплазия 2 типа (МЭН 2) является примером аутосомно-доминантного наследственного ракового синдрома, вызванного миссенс-мутациями с усилением функции протоонкогена RET, и демонстрирует сильные корреляции генотип-фенотип (Франк-Рауэ и Франк-Рауэ). , 2010). Повреждение окружающей среды канцерогенами или мутагенами, такими как обнаруженные в табачных изделиях и бензоле, являются примерами приобретенных мутаций в течение жизни, которые вызывают неоплазию, представленную при раке полости рта и глотки. Несколько различных генных мутаций, связанных с регуляцией клеточного цикла и внутриклеточных сигнальных сетей, вызывают различные виды рака. Полногеномное секвенирование образцов ДНК из биопсии очага поражения пациента может быстро помочь в диагностике онкологических заболеваний и стратегиях химиотерапии (McDermott 9).0031 и др. ., 2011).

Три примера выбраны, чтобы подчеркнуть внедрение персонализированной медицины и стоматологии. Спустя более полувека после открытия молекулярной основы серповидно-клеточной анемии причины или объяснения фенотипической гетерогенности заболевания только проясняются. Серповидноклеточная анемия — это генетическое заболевание, при котором бета-цепь гена человеческого гемоглобина (Hb) мутирует, что приводит к аномальному гемоглобину. Эта мутация приводит к тому, что эритроциты (эритроциты) приобретают серповидную форму в условиях гипоксии, что приводит к целому ряду фенотипов, таких как анемия, клеточная адгезия, вазоокклюзия, сильная боль, инсульт и недостаточность органов. Генетическая мутация вызвана заменой одной аминокислоты глутаминовой кислоты на валин в шестом положении цепи бета-глобина. Это связано с заменой одного нуклеотида GAG → GTG в кодоне 6 гена бета-глобина, расположенного на хромосоме 11p15.5. Недавние исследования с использованием генотипирования SNP у пациентов с различными фенотипами выявили значительное участие SNP различных генов, отличных от бета-глобиновой цепи (Driss 9).0031 и др. ., 2009). SNP в генах, участвующих в путях трансформирующего фактора роста-бета/костного морфогенетического белка (TGF-бета/BMP), связаны с рядом фенотипических особенностей подмножеств у пациентов с серповидно-клеточной анемией (Driss et al. ., 2009).

Диабет – это хроническое заболевание, определяемое гипергликемией. Различная степень резистентности к инсулину и/или дисфункция инсулин-продуцирующих бета-клеток поджелудочной железы вызывают диабет. Фенотип заболевания гетерогенен и может быть разделен на подтипы в зависимости от основной генетической причины (причин). Распространенные формы диабета — диабет 1-го типа (TIDM) и диабет 2-го типа (T2DM) — имеют значительную генетическую основу, но не имеют четкой модели наследования (Hornstein and Shuldiner, 2004). Фенотипы болезни возникают в результате взаимодействия нескольких вариантов генов с факторами окружающей среды. Следовательно, проведение генетических исследований в нескольких популяциях людей может выявить аллели риска заболевания, которые распространены в одной популяции, но чрезвычайно редки в других. Этот подход может пролить свет на патофизиологию, различия в состоянии здоровья и популяционно-генетическое происхождение аллелей болезней. Недавнее исследование показало, что варианты последовательности аллеля SLC16A11 являются частыми факторами риска развития диабета 2 типа в Мексике, но чрезвычайно редки в популяциях Европы и Африки (Williams 9).0031 и др. ., 2013). Продукты гена SLC16A11 изменяют метаболизм липидов и вызывают внутриклеточное увеличение метаболизма триацилглицеринов (Williams et al. ., 2013). Любопытно, что пациенты с плохо контролируемым диабетом (, т.е. , люди с риском развития ретинопатии, невропатии и макрососудистых заболеваний) будут предрасположены или подвержены риску пародонтита с прогрессирующей потерей соединительной ткани и альвеолярной кости (Pihlstrom et al ., 2005). ).

Заболевания пародонта широко распространены и поражают более 70% населения мира. Это заболевание приводит к значительной потере соединительной ткани и потере костной массы, связанной с потерей зубов у взрослых. В дополнение к различным микроорганизмам, образующим биопленку, этому заболеванию способствуют генетические факторы и факторы окружающей среды, особенно употребление табака. Генетические, дерматологические, гематологические, гранулематозные, иммунодепрессивные и опухолевые заболевания связаны с пародонтальными проявлениями (Pihlstrom 9).0031 и др. ., 2005). Дополнительные сведения получены в результате открытия того, что четыре различные мутации в экзонах гена катепсина С, обнаруженные на хромосоме 11q14, ответственны за синдром Папийона-Лефевра (Hart et al. ., 1999). Другие генетические нарушения с проявлениями заболеваний пародонта включают семейную и циклическую нейтропению, болезнь клеток Лангерганса, синдромы Чедиака-Хигаси, Элерса-Данлоса, Марфана, Дауна и Киндлера.

Полногеномный скрининг может позволить специалистам в области черепно-лицевого, орального и стоматологического здоровья выявлять и стратифицировать пациентов с высоким риском заболеваний пародонта (Giannobile et al ., 2013a,b) и многие другие черепно-лицевые-орально-стоматологические заболевания и расстройства ( например ., черепно-лицевые синдромы, травмы головы и шеи, кариес зубов, рак головы и шеи, аутоиммунные заболевания, такие как как синдром Шегрена, остеопороз, височно-нижнечелюстные дисфункции, хроническая лицевая боль, остеопороз и др.). Существует значительная возможность использовать международное сотрудничество по теме взаимодействия генотип-фенотип. Такие усилия могут способствовать открытию специфических генов и сложных генных сетей, которые идентифицируют генотипы субпопуляций, подверженных риску, совершенствуют точную диагностику и разрабатывают терапевтические средства, нацеленные на конкретные генотипы пациентов (Slavkin, 2014; Slavkin and Santa Fe Group, 2014).

Ближайшее будущее сферы ухода за полостью рта в Соединенных Штатах и ​​странах по всему миру является неопределенным (DePaola and Slavkin, 2004; Glick, 2009; Frenk et al. ., 2010). Мы все больше осознаем, что реформы здравоохранения с различными вариантами возникали и возникают в разных штатах США и за их пределами (Glick, 2009; Frenk et al ., 2010). Несколько исследований рекомендовали пересмотреть традиционные кадры первичной медико-санитарной помощи, чтобы лучше справляться с болезнями и расстройствами в обществе (Frenk и др. ., 2010). Несколько известных групп выступили за то, чтобы геномика, фармакогеномика и иммуногеномика, а также микробиом, связанный с состоянием человека, стали частью образования и компетенций специалистов по гигиене полости рта (Collins and Tabak, 2004; Johnson et al. ., 2008; Глик, 2009; Славкин, 2012в).

С конца 1930-х годов многие специалисты в области гигиены полости рта начали заниматься генетикой человека и рекомендовали включить ее в качестве обязательной компетенции в стоматологическое образование, а также создать и поддерживать мультидисциплинарные команды, такие как черепно-лицевые группы, для удовлетворения особых потребностей головных врачей. врожденные дефекты шеи и шеи, травмы и рак (Купер, 19 лет).42, 1953; Славкин, 2012а,б; Фокс и Стоун, 2013 г.; Славкин и др. , в печати). Говоря современной терминологией, такие межпрофессиональные группы по образованию и здравоохранению (IPE) могут значительно улучшить глубину, широту и качество комплексной и скоординированной медицинской помощи на протяжении всей жизни.

Клиницисты и ученые-члены Международной ассоциации стоматологических исследований (IADR), Американской ассоциации стоматологических исследований (AADR), Национальных институтов здравоохранения (NIH) и многих других биомедицинских исследовательских организаций по всему миру участвуют в открытии фундаментальные знания о природе и поведении живых людей и систем и применять эти знания для улучшения условий жизни человека. Наука и научные открытия меняют жизнь каждого из нас. Научные открытия информируют клиническое здравоохранение! Мы должны инвестировать в геномику для улучшения клинической гигиены полости рта в 21 веке для всех людей (Славкин, 2012a,b,c)!

Автор хотел бы отметить новаторские и доблестные усилия доктора. Герберту Куперу, Саю Крешоверу, Сэму Прузански, Карлу Уиткопу, Бобу Горлину, Рэю Стюарту, Майклу Коэну-младшему, Тому Харту, Бобу Дженко, Чаку Шулеру и Ларри Табаку за продвижение генетики в рамках образования и клинической практики специалистов по гигиене полости рта.

Автор не получал финансовой поддержки и заявляет об отсутствии потенциального конфликта интересов в отношении авторства и/или публикации данной статьи.

• Коллинз ФС. (2010). Язык жизни: ДНК и революция в персонализированной медицине. Нью-Йорк, штат Нью-Йорк: Издательство Harper. [Академия Google]
• Коллинз Ф.С., Гамбург, Массачусетс. (2013). Первая авторизация FDA для секвенатора следующего поколения. N Engl J Med 369:2369-2371. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]
• Коллинз Ф.С., Табак Л.А. (2004). Призыв к расширению образования в области генетики для специалистов в области стоматологии. Джей Дент Эдук 68:807-808. [PubMed] [Академия Google]
• Купер ХК. (1942). Дети-калеки? Am J Orthod Oral Surg 28:35-40. [Академия Google]
• Купер ХК. (1953). Интеграция услуг в лечении расщелины губы и неба. J Am Dent Assoc. 47:27-35. [PubMed] [Академия Google]
• Дэвис К. (2010). Геном за 1000 долларов: революция в секвенировании ДНК и новая эра персонализированной медицины. Нью-Йорк, штат Нью-Йорк: Свободная пресса. [Академия Google]
• ДеПаола Д, Славкин ХК. (2004). Реформирование образования в области стоматологического здоровья: информационный документ. Джей Дент Эдук 48:1139-1350. [PubMed] [Академия Google]
• Дрисс А., Асаре К.О., Хибберт Дж.М., Джи Б.Е., Адамкевич Т.В., Стайлз Дж.К. (2009). Серповидноклеточная анемия в постгеномную эру: моногенное заболевание с полигенным фенотипом. Геномные идеи 2:23-48. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]
• Feero WG, Guttmacher AE, Collins FS. (2010)Геномная медицина — обновленный учебник для начинающих. New Engl J Med. 362:2001-2011. [PubMed] [Академия Google]
• Фокс Л. М., Стоун П.А. (2013). Изучение командного процесса: разработка и поддержание эффективной черепно-лицевой помощи в команде. В: Расщелина губы и неба: диагностика и лечение. Берковиц С., редактор. Берлин, Германия: Springer-Verlag. [Академия Google]
• Франк-Рауэ К., Франк-Рауэ Р.С. (2010). Молекулярная генетика и феномика мутаций RET: влияние на прогноз МРЩЖ. Мол Селл Эндокринол 322:2-7. [PubMed] [Академия Google]
• Френк Дж., Чен Л., Бхутта З.А., Коэн Дж., Крисп Н., Эванс Т. и др. (2010). Медицинские работники для нового века: преобразование образования для укрепления систем здравоохранения во взаимозависимом мире. Ланцет 376:1923-1958. [PubMed] [Академия Google]
• Giannobile WV, Braun TM, Caplis AK, Doucette-Stamm L, Duff GW, Kornman KS. (2013а). Стратификация пациентов для профилактической помощи в стоматологии. Джей Дент Рез 92:694-701. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]
• Джаннобиле В.В., Корнман К.С., Уильямс Р.С. (2013б). Персонализированная медицина входит в стоматологию: что это может означать для клинической практики? J Am Dent Assoc 144:874-876. [PubMed] [Академия Google]
• Глик М. (2009). Расширение роли стоматолога в оказании медицинской помощи: не пора ли отказаться от прокрустово ложа? J Am Dent Assoc 140:1340-1342. [PubMed] [Академия Google]
• Hart TC, Hart PS, Bowden DW, Michalec MD, Callison SA, Walker SJ, et al. (1999). Мутации гена катепсина С ответственны за синдром Папийона-Лефевра. Джей Мед Жене 36:881-887. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]
• Хорнштейн РБ, Шульдинер АР. (2004). Генетика диабета. Rev Endocr Metab Disord 5:25-36. [PubMed] [Академия Google]
• Джонсон Л., Дженко Р.Дж., Дамский С., Хейден Н.К., Харт С., Харт Т.С. и др. (2008). Генетика и ее значение для клинической стоматологической практики и образования: отчет группы 3 исследования Macy. Джей Дент Эдук 72 (2 Доп): 86-94. [PubMed] [Google Scholar]
• Корнман К.С., Дафф Г.В. (2012). Персонализированная медицина: оседлает ли стоматология волну или понаблюдает с пляжа? Джей Дент Рез 91(7 Дополнение):8S-11S. [PubMed] [Академия Google]
• Ландер Э.С., Линтон Л.М., Биррен Б., Нусбаум С., Зоди М.С., Болдуин Дж. Международный консорциум по секвенированию генома человека и др. (2001). Первоначальное секвенирование генома человека. Природа 409:860-921. [PubMed] [Академия Google]
• Макдермотт У., Даунинг Дж. Р., Стрэттон М. Р. (2011). Геномика и континуум лечения рака. N Engl J Med 364:340-350. [PubMed] [Академия Google]
• Пихлстром Б.Л., Михалович Б.С., Джонсон Н.В. (2005). Заболевания пародонта. Ланцет 366:1809-1820. [PubMed] [Академия Google]
• Славкин ХК. (2012а). Рождение дисциплины: черепно-лицевая биология. Ньютаун, Пенсильвания: Aegis Communications. [Академия Google]
• Славкин ХК. (2012б). Ответ кроется в геноме. Глобальная связь здравоохранения 14:6-15. [Академия Google]
• Славкин ХК. (2012с). Эволюция научной основы стоматологии: с 1936 г. по настоящее время и ее влияние на стоматологическое образование. Джей Дент Эдук 76:28-35. [PubMed] [Академия Google]
• Славкин ХК. (2014). Будущее исследований в области черепно-лицевой биологии и что это будет означать для профессионального образования и клинической практики в области гигиены полости рта. Ост Дент Дж. 59(1 доп): 1С-5С. [PubMed] [Академия Google]
• Славкин ХК, Группа Санта-Фе (2014). Пересмотр сферы деятельности специалистов по гигиене полости рта. J Am Dent Assoc 145:228-230. [PubMed] [Академия Google]
• Славкин Х.К., Санчес-Лара П., Чай Ю., Урата М. (2014). Модель межпрофессиональной медицинской помощи: уроки, извлеченные из черепно-лицевых команд. J Calif Dent Assoc (в печати). [PubMed] [Академия Google]
• Вентер Дж. (2007). Расшифрованная жизнь: мой геном. Нью-Йорк, штат Нью-Йорк: Penguin Books. [Академия Google]
• Venter JC, Adams MD, Myers EW, Li PW, Mural RJ, Sutton GG, et al. (2001). Последовательность генома человека. Наука 291:1304-1351. [PubMed] [Академия Google]
• Уотсон Дж. (2009). Живу со своим личным геномом. Персонализированная медицина 6:607-610.