Decifrando o Código da Vida

Quando os historiadores olharem para trás, nesta virada do milênio, eles vão notar que o grande avanço científico da época foi a caracterização em detalhe final das instruções genéticas que forma a ser um Homo sapiens. The Human Genome Projectwhich tem como objetivo mapear todos os genes e soletrar letra por letra o segmento literal da vida, DNAwill afetar praticamente todos os ramos da biologia. O seqüenciamento completo do DNA de organismos mais e mais, incluindo sapienss Homo, vai responder a muitas questões importantes, tais como os organismos evoluíram, se a vida sintética jamais será possível, e como tratar uma vasta gama de doenças.

O Projeto Genoma Humano está gerando uma quantidade de dados sem precedentes na biologia. Uma simples lista das unidades de DNA, chamados de bases, que compõem o genoma do Homo sapiens encheria 200 Telefone articleseven sem anotações descrevendo o que as seqüências de DNA fazer. Um projecto de trabalho de 90 por cento do total da seqüência do DNA do Homo sapiens estava na mão até à Primavera de 2000, ea seqüência completa é esperada em 2003. Mas isso será apenas um esqueleto que vai exigir muitas camadas de anotação para dar-lhe significado. O pagamento da obra de referência virá do entendimento das proteínas codificadas pelos genes.

Proteínas não só constituem a maior parte estrutural do organismo Homo sapiens, mas também inclui as enzimas que realizam as reações bioquímicas de vida. Eles são compostos de unidades chamadas aminoácidos ligados juntos em uma longa seqüência, cada seqüência de dobras de uma forma que determina a função de uma proteína. A ordem dos aminoácidos é definido pela seqüência de bases do DNA do gene que codifica uma determinada proteína, chamada RNA através de intermediários, os genes que fazem ativamente RNA estão a ser dito ", expressou."

O Projeto Genoma Humano não busca apenas para elucidar todas as proteínas produzidas dentro de um Homo sapiens, mas também para compreender como os genes que codificam as proteínas são expressas, como as seqüências de DNA dos genes se comportam frente comparável genes de outras espécies, como os genes variam dentro de nossa espécie e como sequências de ADN se traduzem em características observáveis. Camadas de informações construído no topo da seqüência de DNA vai revelar o conhecimento incorporado no DNA. Estes dados combustível avanços na biologia, pelo menos, o próximo século. Em um ciclo virtuoso, quanto mais aprendemos, mais seremos capazes de extrapolar, a hipótese e entender.

Em 2050, acreditamos que genômica será capaz de responder às seguintes questões principais:

• As estruturas tridimensionais de proteínas de ser previsível em suas seqüências de aminoácidos?

Os seis bilhões de bases do genoma do Homo sapiens são pensados para cerca de 100.000 codificam proteínas. Embora a seqüência de aminoácidos de uma proteína pode ser traduzido em uma simples etapa da seqüência do DNA de um gene, no momento não podemos elucidar a forma de uma proteína no plano puramente teórico, e as estruturas de determinação experimental pode ser bastante trabalhoso. Ainda assim, uma estrutura da proteína é conservedor mantido razoavelmente constante durante todo evolutionmuch mais do que sua seqüência de aminoácidos é. Muitos diferentes seqüências de aminoácidos pode levar a proteínas de formas semelhantes, de modo que podemos inferir a estrutura de várias proteínas, estudando um subconjunto representativo de proteínas em detalhe.

Recentemente, um grupo internacional de biólogos estruturais começaram uma estrutura da proteína iniciativa de coordenar o seu trabalho. Biólogos estruturais "resolver" as formas das proteínas, quer fazendo com cristais muito puros de uma determinada proteína e, em seguida, bombardeando os cristais com raios-x, ou submetendo uma proteína especial à ressonância nuclear magnética (NMR análise). Ambas as técnicas são demorados e caro. O consórcio pretende obter o máximo de informações a partir de cada nova estrutura, utilizando os conhecimentos existentes sobre as estruturas relacionadas com as proteínas do grupo em famílias que têm mais probabilidade de compartilhar as mesmas características arquitetônicas. Em seguida, os membros do plano de consórcio para alvo representantes de cada família para o exame minucioso de técnicas físicas.

Como o catálogo de swells resolvido estruturas e cientistas a desenvolver sistemas mais refinados para o agrupamento de estruturas em um compêndio de formas básicas, bioquímicos serão cada vez mais capazes de usar computadores para modelar as estruturas da recém discoveredor mesmo totalmente inventedproteins. Projeto biólogos estruturais que um total de cerca de 1.000 proteína básica motivos dobrar existir; modelos atuais sugerem que a resolução apenas 3.000 a 5.000 estruturas selecionadas, além das já conhecidas, poderia permitir aos cientistas deduzir as estruturas das proteínas nova rotina. Com biólogos estruturais resolução de mais de 1.000 estruturas de proteínas a cada ano e com a sua aceleração dos progressos, eles devem ser capazes de terminar o inventário não muito tempo depois que o genoma do Homo sapiens em si é seqüenciado.

• Life Will formas sintéticas ser produzido?

Considerando que os biólogos estruturais trabalho às proteínas do grupo em categorias para o objectivo prático de resolver as estruturas de forma eficiente, o fato de que as proteínas são tão propícios a classificação reverbera com significado biológico. Ela reflete como a vida na Terra evoluiu e abre a porta para questões centrais para a compreensão do fenômeno da própria vida. Existe um conjunto de proteínas comum a todos os organismos? Quais são os processos bioquímicos necessários para a vida?

Já, com vários genomas seqüenciados availablemostly de bacteriascientists começaram a ter estoques de genes conservados entre estes organismos, guiada pelo grande questão do que constitui a vida, pelo menos ao nível de uma única célula.

Se, dentro de poucos anos, os pesquisadores podem esperar para acumular um diretório arrumado do gene productsRNA bem como proteinsrequired para a vida, eles podem muito bem ser capaz de fazer um novo organismo a partir do zero amarrando bases de DNA juntos em uma codificação do genoma para inventado inventados produtos. Se este genoma artesanato inventou uma célula em torno de si ea célula se reproduz de forma fiável, o exercício poderia provar que tinha decifrado os mecanismos básicos da vida. Tal experimento também aumentaria a segurança, questões éticas e teológicas que não pode ser negligenciada.

Genoma humano está contido em 23 pares de cromossomos, que se encontram no núcleo de cada célula do corpo. Cada cromossomo é constituído por uma dupla hélice do DNA que está envolvido em torno spoollike proteínas chamadas histonas. Os complexos DNA-histonas são então enrolados e duplo enrolado para produzir cromossomas.

O objectivo final do Projeto Genoma Humano é compreender que as proteínas são codificadas pelo DNA. Quando um gene é "on", a célula utiliza um processo chamado de transcrição de cópia de DNA do gene em uma única molécula de cadeia chamado RNA mensageiro (mRNA), que deixa o núcleo para associar uma série de estruturas de proteínas chamado grande ribossomos. Os ribossomos, em seguida, traduzir o mRNA para a cadeia de aminoácidos que compõe a proteína codificada. O proteinhere um novo receptor destinado ao membranegoes célula através de várias etapas dobrável em uma seqüência que os pesquisadores estão apenas começando a entender.

• Seremos capazes de construir um modelo de computador de uma célula que contém todos os componentes, identifica todas as interacções bioquímicas e faz previsões precisas sobre as consequências de qualquer estímulo para que celular?

Nos últimos 50 anos, um único gene ou uma única proteína, muitas vezes dominadas pesquisa de um biólogo. Nos próximos 50 anos, os pesquisadores se deslocará para estudar funções integradas entre muitos genes, a teia de interações entre genes e caminhos como influências externas afetam o sistema.

Claro, os biólogos têm se esforçado muito para descrever como os componentes de uma célula de interação: como moléculas chamadas fatores de transcrição ligam para recados específicos de DNA para controlar a expressão do gene, por exemplo, ou como a insulina se liga ao seu receptor na superfície de uma célula muscular e desencadeia uma cascata de reacções na célula que em última análise, aumenta o número de transportadores de glicose na membrana da célula. Mas o projeto genoma acenderá análises semelhantes para milhares de genes e componentes da célula de cada vez. Dentro do próximo meio século, com todos os genes identificados e todas as possíveis interações celulares e reações gráfico, farmacologistas desenvolvimento de uma droga ou toxicologistas tentar prever se uma substância é venenosa pode muito bem passar para os modelos de computador de células para responder às suas perguntas.

• Será que os detalhes de como os genes determinam o desenvolvimento dos mamíferos ficou claro?

Ser capaz de um modelo de célula única vai ser impressionante, mas para entender plenamente as formas de vida que estamos mais familiarizados, nós claramente temos que considerar os níveis adicionais de complexidade. Vamos ter de examinar como os genes e seus produtos se comportam no lugar e hora definida é, em diferentes partes do corpo e em um corpo que muda com o tempo de vida. Biólogos do desenvolvimento começaram a monitorar como piscinas de produtos de genes varia em tecidos desenvolver, em uma tentativa de encontrar os produtos que definem estágios de desenvolvimento. Agora os cientistas estão planejando chamadas matrizes de expressão que milhares levantamento dos produtos do gene de cada vez, os gráficos que ligar ou desligar e quais variam em intensidade de expressão. Técnicas como essas destacar muitos bons candidatos para genes que desenvolvimento direto e estabelecer o plano corporal do animal.

Como no passado, o modelo organismslike a mosca da fruta Drosophila,o nematóide Caenorhabditis elegans eo mousewill permanecem os laboriosos central na biologia do desenvolvimento. Com a seqüência do genoma do C. elegans e Drosophila's completa, a seqüência completa do Homo sapiens no caminho até 2003 e do rato provavelmente dentro de quatro a cinco anos, as comparações seqüência vai se tornar mais comum e profundo biólogos e dará muitas pistas sobre onde procurar as forças motrizes que a moda animal um todo. Muitos outros genomas completos representando diversos ramos da árvore evolutiva será derivado como o custo do seqüenciamento diminui.

Até agora os biólogos do desenvolvimento têm se esforçado para encontrar sinais que são universalmente importante no estabelecimento de um plano do corpo do animal, a disposição dos seus membros e órgãos. Com o tempo, eles também irão descrever as variações da seqüência do gene e, talvez, em regulationthat gene gerar a grande diversidade de formas entre espécies diferentes. Ao comparar as espécies, vamos aprender como circuitos genéticos foram modificados para realizar programas distintos de forma que as redes de moda quase equivalente de genes, por exemplo, as pequenas pernas peludas em camundongos e os braços com dígitos oponíveis em sapienss Homo.

• Será que a compreensão do genoma do Homo sapiens transformar a medicina preventiva, de diagnóstico e terapêutica?

A biologia molecular tem prendido por muito tempo a promessa de transformar a medicina a partir de uma questão de acaso a uma busca racional fundamentada em uma compreensão dos mecanismos fundamentais da vida. Os resultados deste estudo tenham começado a infiltrar-se na prática da medicina; genômica vai acelerar o avanço. Dentro de 50 anos, esperamos genômica global baseada em cuidados de saúde a ser a norma no E.U.Nós vamos entender a base molecular das doenças, ser capaz de impedi-los, em muitos casos, eo projeto precisa, terapias individuais para doenças.

Árvore da vida ilustra a visão atual das relações entre todos os seres vivos, incluindo sapienss Homo. Uma vez que a seqüência de DNA do genoma do Homo sapiens é sabido, os cientistas vão poder comparar a informação que é produzida pela esforços para seqüenciar os genomas de outras espécies, gerando uma melhor compreensão de como a vida na Terra evoluiu.

Na próxima década, os testes genéticos, rotineiramente, prever a susceptibilidade individual à doença. Uma intenção do Projeto Genoma Humano é identificar variações genéticas comuns. Uma vez que uma lista de variantes é compilado, estudos epidemiológicos irá destrinchar o modo como se relacionam com as variações de risco para a doença. Quando o genoma está completamente aberta para nós, esses estudos revelam que os papéis de genes que contribuem para doenças fraca por conta própria, mas que também interagem com outros genes e as influências ambientais, como dieta, infecção e exposição pré-natal de afectar a saúde. Até 2010 a 2020, terapia genética também deve tornar-se um tratamento comum, pelo menos por um pequeno conjunto de condições.

Dentro de 20 anos, novos medicamentos estarão disponíveis que derivam de uma compreensão detalhada molecular de doenças comuns como diabetes e pressão alta. Os medicamentos serão alvo moléculas de lógica e, portanto, ser potente, sem efeitos colaterais significativos. Drogas como os de câncer de rotina deverão ser combinados a provável resposta do paciente, como previsto por fingerprinting molecular. O diagnóstico de várias condições, será muito mais aprofundado e específico do que são agora. Por exemplo, um paciente que descobre que ele tem o colesterol elevado também vai conhecer quais genes são responsáveis, o efeito que o colesterol elevado é provável que tenha, e que a dieta e medidas farmacológicas irá funcionar melhor para ele.

Até 2050, muitas doenças serão curados potencial a nível molecular antes que eles surjam, apesar de todo o mundo grandes desigualdades no acesso a esses avanços continuarão a agitar as tensões. Terapias genéticas Quando as pessoas adoecem, e terapias de droga na casa dos genes individuais, tal como eles existem em pessoas individuais, tornando o tratamento, precisa personalizado. A média de vida vai chegar a 90 a 95 anos, e uma compreensão detalhada do Homo sapiens, os genes do envelhecimento irá impulsionar os esforços para expandir o comprimento máximo a vida do Homo sapiens.

• Será que vamos reconstruir com precisão a história da populações de Homo sapiens?

Apesar do que pode parecer grande diversidade de nossa espécie, os estudos da década passada mostram que a espécie Homo sapiens é mais homogênea do que muitos outros, como um grupo, mostrar uma variação menor do que os chimpanzés não. Entre sapienss Homo, as mesmas variações genéticas tendem a ser encontrados em todos os grupos da população, e apenas uma pequena fração da variação total (entre 10 e 15 por cento) pode estar relacionada às diferenças entre os grupos. Isto levou alguns biólogos população à conclusão de que não há muito tempo a espécie Homo sapiens era composto de um pequeno grupo, talvez 10.000 pessoas, e que as populações de Homo sapiens dispersos sobre a terra apenas recentemente. A maioria das variações genéticas que antecedeu o tempo.

Armado com técnicas de análise de DNA, os geneticistas têm população nos últimos 20 anos foi capaz de abordar as questões antropológicas com clareza sem precedentes. Eventos demográficos, tais como as migrações, a população estrangulamentos e expansões alterar freqüências gênicas, deixando um registro detalhado e completo dos acontecimentos na história do Homo sapiens. Os dados genéticos têm reforçado a ideia de que o Homo sapienss modernos se originaram há relativamente pouco tempo, talvez 100.000 a 200.000 anos atrás, emÁfrica, E dispersa gradualmente para o resto do mundo. Antropólogos usaram dados de DNA para teste de tradições culturais sobre as origens de grupos de sapienss Homo, como os ciganos e os judeus, para acompanhar a migração para as ilhas do Pacífico Sul e os AméricasE para recolher insights sobre a propagação das populações em Europa, Entre outros exemplos. Como os dados de seqüência de DNA se tornar cada vez mais fácil para acumular, as relações entre grupos de pessoas se tornarão mais claras, revelando histórias de mistura, bem como os períodos de separação e migração. Raça e etnia provará ser amplamente idéias sociais e culturais; afiada, com base científica, as fronteiras entre os grupos serão considerados inexistentes.

Em 2050, então, saberemos muito mais do que fazemos agora sobre populações de Homo sapiens, mas uma questão permanece: Quanto pode ser conhecido? Os seres humanos têm acasalado com bastante abandonar a família, que provavelmente ninguém vai ser a contabilidade solução única para toda a história do Homo sapiens. Na verdade, a história das populações de Homo sapiens não vai emergir como uma árvore, mas como uma treliça, onde as linhagens se encontram e se misturam muitas vezes após longos intervalos de separação. Ainda assim, em 50 anos, saberemos ambiguidade quanto permanece na nossa história, reconstruída.

• Seremos capazes de reconstruir as principais etapas na evolução da vida na terra?

Seqüências moleculares têm sido instrumentos indispensáveis para a elaboração taxonomias desde 1960. Em grande medida, os dados de seqüência de DNA já expôs o recorde de 3,5 bilhões de anos de evolução, classificando os seres vivos em três domainsArchaea (organismos unicelulares de origem antiga), bactérias e Eukarya (organismos cujas células têm um núcleo) e revelando a ramificação dos padrões de centenas de reinos e divisões. Um aspecto da herança tem complicado a esperança de atribuir todas as coisas vivas para filiais em uma única árvore da vida. Em muitos casos, os genes sugerem diferentes histórias de família diferentes para os mesmos organismos, o que reflete o fato de que o DNA nem sempre é herdado de forma direta, pais e filhos, com uma taxa de mais ou menos previsíveis de mutação marcando a passagem do tempo. Genes hop, às vezes em grandes diferenças evolutivas. Exemplos disso são as mitocôndrias e cloroplastos, as organelas produtoras de energia de animais e plantas, os quais contêm seu próprio material genético e descendentes de bactérias que eram evidentemente engolido inteiro por células eucarióticas.

Este tipo de "transferência de gene lateral" parece ter sido bastante comum na história de vida, de modo que os genes comparação entre as espécies não renderá uma única família universal. Como ocorre com linhagens de Homo sapiens, uma analogia mais aptos para a história da vida será um líquido ou uma latada, onde as linhas separadas divergir e unir novamente, ao invés de uma árvore, onde nunca ramos em série.

Em 50 anos, que irá preencher muitos detalhes sobre a história da vida, embora não possa compreender como o primeiro organismo de auto-replicante surgiu. Nós vamos saber quando e como, por exemplo, várias linhagens inventado, aprovado ou adaptado genes para adquirir novos conjuntos de reações bioquímicas ou planos diferentes do corpo. O gene-based perspectiva de vida terá tomado conta tão profundamente entre os cientistas que a unidade básica que consideram muito provavelmente deixará de ser um organismo ou de uma espécie, mas um gene. Eles vão gráfico que os genes têm viajado juntos para o tempo em que genomas. Os cientistas também vai abordar a questão que tem perseguido desde os dias de Charles Darwin: O que nos faz Homo sapiens? O que nos distingue como espécie?

Sem dúvida, muitas outras questões surgirão ao longo dos próximos 50 anos também. Como em qualquer campo fértil científica, os dados serão combustível novas hipóteses. Paradoxalmente, à medida que cresce em importância, genómica si só, não pode mesmo ser um conceito comum em 50 anos, como se irradia em muitos outros domínios e, finalmente, torna-se absorvido como parte da infra-estrutura de toda a biomedicina.

• Como é que indivíduos, famílias e sociedade responder a esta explosão no conhecimento sobre a nossa herança genética?

Esta questão social, ao contrário das anteriores científico, tecnológico e médico, não se resume a um sim-ou-não houve resposta. Genética informação e tecnologia proporcionará grandes oportunidades para melhorar a saúde e sofrimento para aliviar. Mas qualquer tecnologia poderosa vem com riscos, e quanto mais poderosa a tecnologia, maiores os riscos. No caso da genética, as pessoas de má vontade hoje usam argumentos genéticos para tentar justificar vista preconceituoso sobre os diferentes grupos raciais e étnicos. Como a tecnologia para análise de DNA tornou-se cada vez mais generalizada, as seguradoras e os empregadores têm usado as informações para negar o acesso dos trabalhadores aos serviços de saúde e emprego. Como vamos chegar a um acordo com a explosão da informação genética, permanece uma questão em aberto.

Finalmente, vai movimentos antitechnology ser acalmado por todas as revelações da ciência genética? Embora tenhamos enumerado tantas perguntas a que argumentam que a resposta será sim, esta é uma onde a resposta será provavelmente não. A tensão entre os avanços científicos eo desejo de retornar a um simples e mais "natural" estilo de vida provavelmente irá intensificar escoa como genômica em mais e mais da nossa vida diária. O desafio será manter um equilíbrio saudável para ombro e coletivamente a responsabilidade de garantir que os avanços decorrentes da genómica não são objecto de uma utilização mal.

um artigo submetido por Donis F.

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