Genomul uman

Genomul uman cuprinde informația genetică din cromozomii nucleari și din mitocondrii. Într-o celulă somatică obișnuită, cei 46 de cromozomi nucleari sunt organizați în 22 de perechi de autozomi și o pereche de heterozomi: XX sau XY în modelul cromozomial obișnuit. Reprezentarea lor ordonată se numește cariotip. Secvența ADN conține gene, regiuni care le reglează activitatea și multe alte secvențe. O mare parte din ADN nu codifică direct proteine. Aceasta nu înseamnă că fiecare nucleotidă necodificatoare are o funcție cunoscută, dar nici că tot ADN-ul din afara genelor este lipsit de rol.

Genomurile a două persoane sunt foarte asemănătoare, dar conțin și variante. Unele variante influențează trăsături sau riscuri de boală, altele au efect mic ori necunoscut. Secvențierea unui genom poate identifica diferențe, însă interpretarea cere comparație cu date clinice și cu cercetări solide. Niciun genom nu oferă o biografie completă sau un destin medical sigur. Când citești un rezultat genetic, întreabă ce regiune a fost analizată, ce variantă s-a găsit și cât de sigur este efectul atribuit ei. Lecțiile Genomica, Diversitatea genetică umană și ADN necodificator și secvențe repetitive dezvoltă analiza, variația și regiunile care nu codifică proteine.

Genomul nuclear haploid are aproximativ trei miliarde de perechi de baze, cu variații între indivizi; genomul mitocondrial este mult mai mic și circular. Exomul cuprinde exonii codificatori, o mică fracțiune din genom. Variantele punctiforme, inserțiile, delețiile și variațiile numărului de copii pot fi detectate prin metode diferite. Ansamblarea și adnotarea unei secvențe nu echivalează cu identificarea tuturor funcțiilor biologice.

Harta genetică localizează gene și markeri pe cromozomi. Proiectul Genomului Uman a produs o secvență de referință și hărți care au ajutat identificarea unor gene implicate în boli; secvența de referință nu descrie fiecare variantă prezentă la oameni. Complementul cromozomial obișnuit al celulelor somatice umane este de 46 de cromozomi, notat $46,XX$ sau $46,XY$. În cariotip, cromozomii sunt grupați după mărime și poziția centromerului: A: 1–3, B: 4–5, C: 6–12 și X, D: 13–15, E: 16–18, F: 19–20, G: 21–22 și Y. Această grupare morfologică nu schimbă faptul că primele 22 de perechi sunt autozomi.

Cromozomul 1 este cel mai mare, cu aproximativ 248 de milioane de perechi de baze, iar cromozomul 21 este cel mai mic dintre autozomi, cu aproximativ 47 de milioane. Densitatea genelor variază: cromozomul 19 este bogat în gene, iar cromozomul 13 este sărac. Secvența completă, fără goluri, a genomului uman (proiectul T2T, 2022) a adăugat regiunile repetitive din centromeri și brațele scurte ale cromozomilor acrocentrici, care lipseau din secvența anterioară. Harta genetică (de legare) exprimă distanța dintre markeri prin frecvența recombinării, în centimorgani (cM), iar harta fizică exprimă distanța în perechi de baze; în medie, 1 cM corespunde la aproximativ 1 milion de perechi de baze, dar raportul variază în funcție de regiune. Markerii folosiți sunt microsateliții și polimorfismele unui singur nucleotid.

Exemplu rezolvat 1: distanța fizică dintre doi markeri. Doi markeri sunt la 5 cM unul de altul.

1. În medie, 1 cM corespunde la aproximativ 1 milion de perechi de baze: $5\text{cM}\approx 5\text{milioane}$ de perechi de baze.
2. Probabilitatea ca ei să fie separați prin crossing-over într-o meioză este de aproximativ 5%.
3. Concluzie: estimarea este valabilă în medie; în regiunile cu recombinare intensă aceeași distanță genetică corespunde unui segment fizic mai mic.

Exemplu rezolvat 2: clasificarea unui cromozom după poziția centromerului. Se măsoară brațul scurt ($p$) și brațul lung ($q$) ale unui cromozom: $p=3\mu \text{m}$, $q=6\mu \text{m}$.

1. Raportul brațelor: $r=\frac{q}{p}=\frac{6}{3}=2$.
2. Clasificarea: pentru $r$ între 1 și 1,7 cromozomul este metacentric, între 1,7 și 3 submetacentric, între 3 și 7 acrocentric (în clasificările detaliate, subtelocentric), iar peste 7 telocentric.
3. Cu $r=2$ cromozomul este submetacentric. La om, cromozomii 13, 14, 15, 21 și 22 sunt acrocentrici.

Greșeli frecvente

• Greșit: Genomul uman cuprinde numai gene codificatoare de proteine.
  Corect: Genomul include și regiuni necodificatoare.
• Greșit: ADN-ul mitocondrial este un cromozom nuclear.
  Corect: ADN-ul mitocondrial se află în mitocondrii și este distinct de cromozomii nucleari.
• Greșit: Distanța de 1 cM înseamnă întotdeauna exact 1 milion de perechi de baze.
  Corect: Valoarea este o medie; raportul dintre distanța genetică și cea fizică variază în funcție de regiunea cromozomului.

Înainte și după