Алгоритмы в биоинформатике, осень 2015: История...

Алгоритмы в биоинформатике

Шпильман Алексей Александровичalexey@shpilman.comskype: alexey.shpilman

+79037320824

Грегор Иоганн Мендель

• В 1854 году стал преподавателем физики и естественной истории в Высшей Реальной Школе в Брюнне

• К 1856 году 3 раза провалил экзамен по биологии

• Стал аббатом АвгустинскогоМонастыря

• С 1856 по 1863 год проводил опыты на горохе в монастырском саду

Опыты над горохом

Опыты над горохом

Опыты над горохом

Опыты над горохом

Опыты над горохом

Опыты над горохом

Первое поколение гибридов

Второе поколение гибридов

Количественный анализ

5474 1850 2001 6022 705 204

882 229 428 152

651 207 787 227

Количественный анализ

2,96 1 1 3,01 3,15 1

2,95 1 2,82 1

3,14 1 2,84 1

Количественный анализ

315 108

102 32

Гены и Аллели

Гены и Аллели

Грегор Иоганн Мендель

8 марта 1865

«Растительные гибриды»

Труды Брюннского

Общества

Естествоиспытателей

Грегор Иоганн Мендель

Ápis melliféra

Hieracium pilosella

Иоганн Фридрих Мишер

• Швейцарский физиолог, гистолог и биолог, работал в лаборатории в университете города Тубинген в Германии

• В 1869 году начал работу с белыми кровяными клетками

Иоганн Фридрих Мишер

Лейкоциты

Лейкоциты

Соляной раствор

Лейкоциты

Раствор щелочи

Лейкоциты

Клеточные ядра

Нуклеин

• Были показаны кислотные свойства – нуклеиновая кислота

• Нуклеиновая кислота богата фосфором

• Первое предположение о функции – хранилище фосфора

Иоганн Фридрих Мишер

Переоткрытие законов Менделя

Хуго Де Фриз

«Мутация»

1900 год

Карл Эрих Корренс

Внеядерный геном –геном хлоропластов

Эрих Чермак-Зейзенегг

Устойчивые к болезням гибриды

Томас Хант Морган

• Открыл для науки один из первых модельных организмов –Drosophila Melanogaster в 1904 году

• Связал гены и хромосомы

• 22 книги и 370 статей

Хромосомы

Хромосомы

Первая найденная мутация

Второе поколение

Мутация на Х хромосоме

Мутация на Х хромосоме

«Библиотека с 80-ю мутациями

Кроссинговер и хромосомная карта

Альфред СтуртевантСтудент

1913

Франс Альфонс Янссенс«Хиазматип»

1909

Томас Хант Морган

1933 г. «За открытия, связанные с ролью хромосом в наследственности»

Герман Джозеф Мёллер

• Член-корреспондент АН СССР

• В январе 1949 года был лишен звания за протест против преследования генетики в СССР

• Звание восстановлено в 1990 году

• Вызывал мутации рентгеновскими лучами

Мутации очень редки

Первые искусственные мутации - летальные

Герман Джозеф Мёллер

1946 г. «за открытие появления мутаций под влиянием рентгеновского облучения»

Барбара Мак-Клинток

• Изучала цитогенетику кукурузы

• В 1940-50 занималась исследованием транспозиции и генетической регуляции

• Нашла физическое подтверждение кроссинговера

Узел на хромосоме

Видимый кроссинговер

24 из 253 образцов

Видимый кроссинговер

6 из 253 образцов

Прыгающие гены

Прыгающие гены

Барбара МакКлинток

1983 г. «за открытие транспозирующихгенетических систем»

Арчибальд Гаррод

• В 1910 предложил объяснение наследственных заболеваний

• Гены отвечают за биохимические пути

• Нарушения в генах – нарушения биохимических путей

Джордж Уэлс Бидл и Эдуард Тейтем

• Подтвердили теорию Гаррода о связи генов и ферментов

Neurospora crassa

Гипотеза «Ген – Фермент»

ГЕНЫ

ФЕРМЕНТЫ

Аминокислоты Витамины

O2 СОЛЬ

САХАР H2O Минимальнаясреда

Рост

Искусственные Мутации

Полная среда Минимальная Среда

Культура №299

Полнаясреда

Минимальнаясреда

Культура №299

Полнаясреда

Минимальнаясреда

Культура №299

Полнаясреда

Минимальнаясреда

B6

Джордж Уэлс Бидл и Эдуард Тейтем

1958 г. «за открытия, касающиеся роли генов в специфических биохимических процессах»

Освальд Эвери

• В 1944 совместно Колин Мак Леод и Маклин Мак Картипоказали, что ДНК является носителем генетической информации

• «Самый достойный ученый, не получивший Нобелевской премии» (с) Арне Тизелиус, нобелевский лауреат

Пневмония и мыши

S и R штаммы Pneumococcus

S R

Термическая обработка

S и R штаммы

Образовался S штамм

Образовался S штамм

Влияние ДНК на трансформацию

- Оболочка- Белки- РНК

Влияние ДНК на трансформацию

- Оболочка- Белки- РНК- ДНК

Альфред Дей Херши

• В 1940 наблюдал обмен генетической информацией между вирусами

• В 1952 совместно с Мартой Чейз был проделан знаменитый эксперимент Херши-Чейз

Бактериофаги

Белковая оболочка

ДНК

Белок и ДНК

Заражение вирусом

Заражение вирусом

Альфред Дей Херши

1969 г. «за открытия, касающиеся механизма репликации и генетической структуры вирусов»

Эрвин Чаргафф

• С 1950 по 1953 год занимался изучением азотистых оснований, входящих в состав нуклеиновых кислот

Азотистые основания в разных организмах

Источник ДНК

Аденин Тимин Гуанин Цитозин

Телячийтимус

1,7 1,6 1,2 1,0

Коровьяселезенка

1,6 1,5 1,3 1,0

Дрожжи 1,8 1,9 1,0 1,0

БактерияТуберкулеза

1,1 1,1 2,6 2,4

Розалинд Франклин

• С 1951 года занималась рентгенографией в Лондонском Королевском Колледже

• Получила очень четкие рентгенографии ДНК

Различные волокна ДНК

Различные волокна ДНК

Джеймс Дьюи Уотсон и Фрэнсис Крик

Джеймс Дьюи Уотсон и Фрэнсис Крик

• В 1952 году в Кембриджском университете начали работу над структурой ДНК

• Структура должна была согласовываться с результатами Франклин и Чаргаффа

Структура нуклеотида

Фосфат

Сахар

Тимин

Гуанин

Аденин

Цитозин

Различные волокна ДНК

Различные волокна ДНК

Рентгенография ДНК

Информация со снимка

Информация со снимка

Информация со снимка

10 нуклеотидов в одном обороте спирали

Информация со снимка

Тройная спираль Полинга

Тройная спираль Полинга

«Человек, написавший книгу о химических связях, ошибся!»

Спаривание нуклеотидов

Водородные связи

Двойная спираль

Статья о структуре нуклеиновых кислот

Джеймс Дьюи Уотсон и Фрэнсис Крик

1962 г. «за открытия в области молекулярной структуры нуклеиновых кислот и за определение их роли для передачи информации в живой материи»