Genetica și Genomica | Limbajul Vieții, Tehnologiile Viitorului și Rolul Uman în Descifrarea ADN-ului (Partea I)

genetica și genomica | limbajul vieții
Ared
Distribuie:

Ce este genetica?

Genetica este ca o carte de rețete pentru viață, scrisă într-un limbaj codat numit ADN. Indiferent dacă ești om, pisică, copac sau virus, această carte conține instrucțiuni precise – ca niște rețete – care spun fiecărei celule ce ingrediente să folosească și cum să le combine pentru a crește, a funcționa și a se reproduce. Așa cum din aceleași ingrediente pot ieși preparate foarte diferite, la fel și din același cod genetic pot apărea variații uimitoare ale vieții cu implicații directe pentru sănătatea acelui organism.

În acest context, putem spune ca geneticienii sunt niște bucătari curioși care studiază, decodează și chiar modifică aceste rețete pentru a face viața mai gustoasă, adică pentru a înțelege mai bine mecanismele biologice ale vieții, a preveni și trata boli.

Și acum trebuie să vă spun cine sunt bioinformaticienii – eu fiind una dintre ei. Bioinformaticienii pot fi comparați cu cei care creează și folosesc ustensilele inteligente din bucătăria științei. Lăsând gluma la o parte, aceștia sunt experți care îmbină biologia, matematica, statistica și informatica pentru a analiza și interpreta volume uriașe de date genetice și genomice. Practic, bioinformaticienii transformă informațiile brute în modele matematice simplificate, în grafice, tabele și concluzii clare, indispensabile pentru geneticieni, medici și cercetători din diverse domenii.


Ce este gena? Câte gene sunt în genomul uman?

O genă reprezintă o secțiune bine definită a lanțului de ADN, care conține instrucțiunile necesare pentru formarea unei molecule funcționale, cum ar fi ARN-ul mesager (ARNm), utilizat ulterior pentru producerea unei proteine. Unele gene sunt formate din doar câteva sute de nucleotide, în timp ce altele pot avea milioane, organizate în unități numite codoni (o secvență de trei nucleotide din mARN care codifică un aminoacid). În genomul uman există aproximativ 20.000 de gene care codifică proteine [1], distribuite de-a lungul celor 23 de perechi de cromozomi, iar acestea reprezintă doar aproximativ 2% din întregul ADN. Restul de 98% este alcătuit din regiuni care nu codifică proteine, dar care au roluri esențiale: unele generează molecule de ARN funcțional (precum tRNA, rRNA sau microARN), altele reglează activitatea genelor prin elemente precum promotorii și enhancerii (secvențe scurte de ADN care inițiază sau cresc probabilitatea transcrierii genelor), iar altele contribuie la structura genomului sau constau în secvențe repetitive și elemente mobile, paraziți genetici, ce au capacitatea de a se muta dintr-un loc în altul în genom (transpozoni și retrotranspozoni alcătuiesc aproximativ 46% din genomul uman [2]). Deși nu produc proteine, aceste regiuni care nu codifică proteine sunt indispensabile pentru organizarea, controlul și stabilitatea materialului genetic.

Ca o curiozitate, multe dintre diferențele dintre oameni și alte specii se găsesc nu în genele în sine, ci în aceste regiuni de reglare care determină cum, când și unde sunt activate genele. De exemplu, porumbul (Zea mays) are aproximativ 40.000 gene[3]. Sau o specie de pește cu plămâni (Lepidosiren paradoxa) descoperită în America de Sud a revendicat titlul de animal cu cel mai mare genom secvențiat până în prezent. ADN-ul aceste specii de pește conține 91 de miliarde de nucleotide, de 30 de ori mai multe decât genomul uman. Totuși, și acest pește are în jur de 20.000, restul restul fiind alcătuit din ADN care nu codifică. [4]


Ce este ARN-ul?

Am explicat deja că ADN-ul se află în nucleul celular și are rolul de a păstra informația genetică. ARN-ul, în special ARN-ul mesager, este o copie a unui fragment din ADN și funcționează ca un curier, transportând mesajul din nucleu în citoplasmă, unde acest mesaj este folosit pentru a fabrica proteinele esențiale. Aceste proteine sunt vitale pentru construirea, repararea și funcționarea tuturor structurilor din corp – de la enzime și hormoni, până la mușchi, piele și organe. Mai mult decât atât, ARN-ul nu doar că indică „ce” proteină trebuie produsă, ci și „când” și „în ce cantitate”. Astfel, producția de proteine este strict reglată, răspunzând în timp real nevoilor celulei.

Altfel spus, deși ADN-ul conține informația genetică necesară pentru construirea și funcționarea organismelor, această informație nu este activă sau funcțională în sine. ADN-ul devine „activ” și înțeles doar prin intermediul ARN-ului, care preia instrucțiunile din ADN și le transformă în proteine — moleculele care îndeplinesc funcții în celulă.


Ce înseamnă „genă exprimată” și în ce context medical este importantă?

O „genă exprimată” este o genă activă – adică una care este „citită” de celulă și transformată mai întâi în ARN mesager, iar apoi într-o proteină. Această proteină îndeplinește o funcție specifică în organism, de la reglarea proceselor metabolice până la construirea și repararea structurilor celulare. În contrast, o genă inactivă „tăcută” (sau „silenced”) este o genă care, deși prezentă în genom, nu este exprimată – adică nu produce ARN mesager sau proteine. „Tăcerea” genelor poate fi cauzată de diferite mecanisme, cel mai important fiind inactivarea epigenetică, care reglează expresia genelor fără a modifica secvența ADN-ului.

In context medical, în cancer, de exemplu, oncogenele pot deveni supraexprimate (proteinele produse de acele gene sunt în cantități mai mari decât normal), în timp ce genele care suprimă tumorile sunt „tăcute” prin mecanisme epigenetice, favorizând dezvoltarea tumorilor.

Și în cazul bolilor autoimune, supraexprimarea genelor implicate în răspunsul imun determină atacul organismului asupra propriilor țesuturi.

Dar în cazul fibrozei chistice, mutațiile nu influențează neapărat cantitatea de proteine produse de gena CFTR, ci determină producerea unor proteine defectuoase.

În boala Alzheimer, genele care produc proteinele APP și tau sunt supraexprimate, formând plăci amiloide și încrengături toxice în creier, în timp ce genele pentru protecția neuronilor și eliminarea deșeurilor sunt subexprimate.

În bolile cu etiologie complexă – fie ele neurologice (Alzheimer, autism), cardiovasculare (ateroscleroză), autoimune (lupus, diabet tip 1) sau oncologice (cancer) – apar dereglări în expresia multor gene care perturbă funcționarea normală a celulelor și țesuturilor afectate.


Ce este epigenetica?

Însă modul în care genele sunt exprimate nu depinde doar de secvența ADN-ului, ci un rol crucial îl joacă epigenetica.

Epigenetica influențează modul în care informația din ADN este „citită” și transformată în ARN – adică, influențează ce gene sunt active și ce gene sunt inactive. Chiar dacă celula cere o anumită proteină, nu poate fi produsă decât dacă ADN-ul este accesibil. Epigenetica e ca un „panou de comandă” care decide ce gene sunt active și ce gene rămân inactive, în funcție de nevoile celulei. Ceea ce este fascinant pentru noi toți este că factori externi precum alimentația, stresul, somnul, poluarea sau stilul de viață pot influența epigenetica. Mai mult, unele modificări epigenetice pot fi chiar moștenite de la părinți, explicând de ce anumite predispoziții la boli apar în familii fără a avea neapărat o cauză genetică directă.


Genetică vs genomică:

Genetica este ramura biologiei care studiază genele. De exemplu, dacă cercetătorii studiază o mutație din gena BRCA1 care crește riscul de cancer de sân, atunci aceștia fac un studiu genetic.

Genomica, pe de altă parte, se refera la studiul întregului genom – totalitatea materialului genetic al unui organism. Genomica analizează toate genele împreună, precum și interacțiunile dintre ele și factorii de mediu. De exemplu, când cercetătorii cartografiază întregul genom uman, identificând toate cele 20.000 de gene, ei fac un studiu genomic.


Ce este genomul de referință? Ce este T2T și importanța sa?

Secvențierea ADN-ului presupune citirea secvenței de nucleotide din molecula de ADN. Tehnologiile actuale, cum ar fi secvențierea de tip short-read, nu pot citi molecule întregi de ADN dintr-o dată, ci o fragmentează în bucăți mici, de aproximativ 150 de nucleotide. Aceste fragmente sunt apoi secvențiere individual, iar pentru a reconstitui întregul genom, ele trebuie aliniate cu un genom de referință – o versiune model, standard a genomului uman (sau al altor organisme).

Totuși, această metodă poate avea limite: în regiunile complexe sau repetitive ale genomului (centromere și telomere), fragmentele scurte sunt greu de plasat cu precizie, ceea ce duce la imposibilitatea de a reconstrui secvențe complete de ADN.

Aici intervine importanța secvențierii cu fragmente lungi (long-read sequencing), care poate citi segmente de zeci sau sute de mii de nucleotide dintr-o singură bucată. Această abordare permite asamblarea mai completă și mai precisă a genomului, inclusiv în regiunile dificile.

Genomul T2T reprezintă o versiune completă și continuă a genomului uman, fără lacune (gaps). Este prima secvențiere a întregului genom uman care include toate regiunile ADN-ului, chiar și secvențele complexe care au fost omise în proiectele anterioare. Genomul T2T a fost posibil datorită tehnologiilor noi de secvențiere, cum ar fi Pacific Biosciences (PacBio) și Oxford Nanopore, care permit citirea fragmentelor foarte lungi de ADN.[5] Această realizare reprezintă un pas uriaș în înțelegerea completă a genomului uman și deschide noi posibilități în cercetarea genetică și medicina personalizată.

Am dorit să evidențiez importanța proiectului T2T și să prezint tehnologia PacBio, deoarece mă aflu într-un moment de tranziție semnificativă în cariera mea, după 25 de ani petrecuți în mediul academic. Începând cu 1 iulie a acestui an, voi face parte din echipa Pacific Biosciences, în calitate de Genomic Sales Specialist II, responsabil pentru regiunea Germania de Vest și Benelux.


[1] https://doi.org/10.1093/nar/gkae1078

[2] https://www.science.org/doi/10.1126/science.abj6987

[3] https://plants.ensembl.org/Zea_mays/Info/Annotation/

[4] https://doi.org/10.1038/s41586-024-07830-1

[5] https://www.science.org/doi/10.1126/science.abj6987


Acest material a fost publicat de autoare și pe contributors.ro


  • Despre Ligia Monica Mateiu AICI

 

Categorie: Științe
Etichete: ADN
Distribuie:
Articolul anterior
Misterul mumiei austriece a fost elucidat: un preot din secolul al XVIII-lea a fost îmbălsămat pe cale rectală
Articolul următor
Despre vaccinuri

Lasă un răspuns

Adresa ta de email nu va fi publicată. Câmpurile obligatorii sunt marcate cu *

Fill out this field
Fill out this field
Te rog să introduci o adresă de email validă.

UAV
ULTIMELE ȘTIRI

Tarife mai mari pentru permise și înmatriculări auto din 15 septembrie 2026

0
Direcția Generală Permise de Conducere și Înmatriculări anunță că începând cu data de 15.09.2026, se vor aplica tarifele actualizate pentru emiterea permisului de conducere, a certificatului de înmatriculare și a autorizației de circulație provizorie. Acestea vor fi următoarele: permis de conducere – 139 lei; certificat de înmatriculare – 76 lei; autorizație de circulație provizorie – 25 lei. Tarifele aferente documentelor de mai sus, precum și cele aferente plăcilor cu număr de înmatriculare, pot fi achitate inclusiv prin intermediul stațiilor de plată SelfPay sau prin intermediul platformei ghiseul.ro. În ceea ce privește plățile efectuate anterior datei de 15.09.2026, se vor avea…

Alarmă publică, miercuri, în municipiu | NU VĂ PANICAȚI! Este vorba de un exercițiu la un adăpost de protecție civilă

0
Miercuri, 02 septembrie 2026, începând cu ora 11:00, va avea loc un exercițiu de adăpostire la adăpostul de protecție civilă situat pe strada Clujului nr. 84, din municipiul Arad. ISU Arad transmite populației să nu se panicheze, în cadrul exercițiului va fi pus în funcțiune sistemul de alarmare publică, motiv pentru care în zonă va fi auzit semnalul acustic specific. „Precizăm că activarea sistemului de alarmare publică face parte din scenariul exercițiului și nu este determinată de producerea unei situații reale de urgență.” – transmite ISU. Sistemul național de adăpostire Adăpostirea este una dintre măsurile specifice de protecție a populației,…

Odată cu implementarea programului „1 leu pe zi” a crescut aproape de trei ori numărul biletelor de tramvai cumpărate

0
La o lună de la lansarea programului „1 leu pe zi”, datele înregistrate în transportul public din municipiul Arad indică o creștere semnificativă a utilizării transportului public de la o lună la alta – informează Primăria Arad. Cea mai importantă evoluție se înregistrează în cazul biletelor, al căror număr a crescut semnificativ în luna august față de iulie. Dacă în iulie au fost vândute 36.072 de bilete, în august numărul acestora a ajuns la 80.556, ceea ce reprezintă o creștere de aproape trei ori. Și în cazul abonamentelor se înregistrează o creștere importantă. Numărul acestora a crescut de la 3.207…

Proba practică pentru obținerea permisului categoria B va putea fi susținută în ziua de sâmbătă, 19 septembrie 2026

0
În scopul reducerii timpului de programare la proba practică a examenului pentru obținerea permisului de conducere, Serviciul Public Comunitar Regim Permise de Conducere și Înmatriculare a Vehiculelor Arad va asigura examinarea candidaților pentru proba practică a examenului pentru obținerea permisului de conducere categoria B și în ziua de sâmbătă, 19 septembrie 2026. Astfel, începând cu data de 03.09.2026, ora 09:00, candidații declarați „admis” la proba teoretică se vor putea programa la ghișeu, în limita locurilor disponibile, pentru examinarea la proba practică pentru obținerea permisului de conducere, la categoria B,. Programarea se va putea efectua și de către școlile de conducători…

Județul Arad, sub Cod Galben de temperaturi deosebit de ridicate și local caniculă

0
Administrația Națională de Meteorologie a emis o atenționare meteorologică privind canicula și disconfortul termic deosebit de accentuat ce vizează, luni, un număr de 13 județe. Astfel, luni, 31 august, în intervalul orar 10:00 – 21:00, județul Arad și alte 12 județe se va afla sub Cod galben de temperaturi deosebit de ridicate și local caniculă. Temperaturile maxime vor fi cuprinse între 35 și 37 de grade, iar indicele temperatură-umezeală (ITU) va atinge pragul critic de 80 de unități. Protejați-vă de efectele temperaturilor extreme! • Nu lăsați niciodată copiii sau animalele de companie singuri în autoturisme, nici măcar pentru câteva minute; • Programați…

VIDEO Căpâlnaș | 20 de hectare afectate de un incendiu la vegetație uscată

0
Un incendiu masiv de vegetație uscată a izbucnit duminică seara, în jurul orei 22.00, în apropierea localității Căpâlnaș, afectând o suprafață de aproximativ 20 de hectare. https://www.criticarad.ro/wp-content/uploads/2026/08/capalnas_incendiu.mp4 (Sursa video – ISU Arad) Pompierii militari din cadrul Gărzii de Intervenție Birchiș au intervenit de urgență la fața locului cu o autospecială de stingere și o ambulanță SMURD. În sprijinul echipajelor operative au venit și pompierii voluntari din cadrul Serviciului Voluntar pentru Situații de Urgență (SVSU) Birchiș. Datorită intervenției rapide a forțelor de salvare, flăcările au fost localizate la timp și s-a împiedicat extinderea acestora. Incendiul a fost lichidat complet în jurul…
unfollow society
DE LA ACELAȘI AUTOR

Tehnologia PacBio

0
Povestea PacBio începe la Cornell University, unde Jonas Korlach și Stephen Turner au pornit de la o întrebare ambițioasă: cum ar putea fi observată, în timp real, activitatea unei singure molecule de ADN polimerază, enzima care copiază ADN-ul? Din această idee s-a născut tehnologia zero-mode waveguide, sau ZM, un godeu microscopic atât de mic încât lumina este limitată la un volum extrem de redus, de ordinul zeptolitrilor (10 la puterea -21). În acest spațiu minuscul, sistemul poate urmări activitatea unei singure molecule de ADN polimerază, fără ca restul moleculelor fluorescente din soluție să fie luminate și să producă un semnal…

Despre vaccinuri

0
De la descoperirea vaccinurilor în 1798 de către un medic englez (Edward Jenner) cu ocazia unei epidemii de variolă, s-au salvat multe milioane de vieți. O sută de ani mai târziu, Louis Pasteur a descoperit vaccinurile împotriva holerei, antraxului și rabiei, stabilind principiile cheie ale vaccinării: slăbirea virulenței agenților patogeni și folosirea lor pentru a stimula sistemul imunitar al unui organismului neinfectat, fără a declanșa boala. Tot pe atunci au apărut și vaccinurile împotriva ciumei, holerei și febrei tifoide.
GLR Car Wash
Articolul următor Gabriela Moldovan semnează expoziția „Our Digital Anthology” — o incursiune curatorială despre intimitate, memorie și prezență corporală Apasă aici pentru a citi
Secret Link