VETERINAARGENEETIKAviltrop/vgeneet.pdf · 2005. 9. 7. · 2 1. SISSEJUHATUS 1.1. Veterinaargeneetika määratlus ja uurimisobjekt Veterinaargeneetika (VG) on teadus, mis hõlmab geneetika

Eesti Põllumajandusülikool

VETERINAARGENEETIKA

(loengukonspekt)

Tartu 2005

Koostajad: Arvo Viltrop Ülo Pavel Haldja Viinalass

1

SISUKORD

1. Sissejuhatus 2 2. Geneetika pōhimōisted ja -kontseptsioonid 4 3. Molekulaarbioloogia ja rekombinant-DNA tehnoloogia 20 4. Geneetilised anomaaliad 33 5. Üksiku geeni defektist tingitud ainevahetushaigused 50 6. Multifaktoriaalsed polügeensed pärilikud haigused. Haiguse pärilik eelsoodumus 58 7. Pärilike haiguste geneetiline ja väline kontroll 71 8. Ontogeneetika veterinaargeneetilised aspektid ja onkogeneetika 97 9. Farmakogeneetika 108 10. Immunogeneetika 114 11. Loomade karvavärvuse geneetika 120 12. Mikroobigeneetika alused 124 13. Peremehed, parasiidid ja patogeenid 141

2

1. SISSEJUHATUS

1.1. Veterinaargeneetika määratlus ja uurimisobjekt

Veterinaargeneetika (VG) on teadus, mis hõlmab geneetika neid aspekte, mis on seotud loomade haiguste, toodangu- ja eluvõimega (Nicholas, 1988). VG uurimisobjektideks on koduloomad ja ulukid ning nendel haigusi tekitavad mikroorganismid ja parasiidid (Pavel et al., 1988). VG uurib loomade pärilikke anomaaliaid, päriliku eelsoodumusega haigusi ja sellega seoses ka päriliku eelsoodumuse rolli erinevate haiguste etioloogias. Sellest aspektist lähtuvalt võib VG-t käsitleda kui patogeneetikat e. pärilikkuse patoloogiat (Wiesner ja Willer, 1974) VG objektiks on ka: (1) loomade haigus-resistentsus ja immuunsuse geneetika, (2) loomade veterinaarne selektsioon, (3) mikroobigeneetika veterinaarsed aspektid (4) farmakogeneetika veterinaarsed aspektid (5) jne. Valdkonnad veterinaarias, kus geneetika kui teadus leiab (võib leida) rakendust: (1) Kliiniline veterinaarmeditsiin:

− anomaaliate (loe haiguste) päritavuse selgitamine ja pärilikke anomaaliaid põhjustavate geenide ja lookuste selgitamine,

− “kahjulike” geenide leviku uurimine ja nende elimineerimine populatsioonidest, − pärilike eelsoodumuste avastamine ja eelsoodumuste päritavuse uurimine, − genoteraapia- geenide siirdamine

(2) Veterinaar-mikrobioloogia: − mikroobide patogeensuse ja virulentsuse geneetilise määratuse ja selle muutlikkuse selgitamine, − ravimresistentsete mikroobi- ja nugiliste tüvede kujunemise ja resistentsuse mehhanismide

selgitamine, − mikroobide genotüüpimine, molekulaar-epidemioloogia, − mikroobide geneetiline modifitseerimine (insenergeneetikal baseeruvate vaktsiinide ja

diagnostikumide loomine);

3

(3) Veterinaar-immunoloogia − loomade immuunsuse ja resistentsuse geneetika uurimine; − resistentsete liinide ja tõugude kujundamine e. veterinaarselektsioon,

(4) Veterinaar-farmakoloogia − farmakokineetiliste protsesside geneetilise determineerituse selgitamine, − ravimitele reageerimise geneetilise varieeruvuse sedastamine loomapopulatsioonides, − genotüübi ja indiviidi spetsiifiliste ravimite loomine

(5) Ennetav (peventiiv-) e. populatsiooni-veterinaarmeditsiin − pärilike anomaaliate vältimise meetodite rakendamine (geneetiline hügieen selektsioonis) − produktiivloomade populatsioonide resistentsuse tõstmisele infektsioonide suhtes selektsiooni

abil (tervisearetus- health breeding). Kasutatud kirjandus F. W. Nicholas, Veterinary Genetics. Clarendon Press, Oxford, 1988, 2000 Kontrollküsimused I ptk kohta 1. Veterinaargeneetika määrang, 2. Patogeneetika määrang. 3. Geneetika rakendusvaldkonnad kliinilises veterinaarmeditsiinis 4. Geneetika rakendusvaldkonnad veterinaar mikrobioloogias 5. Geneetika rakendusvaldkonnad veterinaar immunoloogias 6. Geneetika rakendusvaldkonnad veterinaar farmakoloogias 7. Veterinaargeneetika roll ennetavas veterinaarmeditsiinis.

4

2. GENEETIKA PÕHIMÕISTED JA -KONTSEPTSIOONID

2.1. Kromosoomid

... on pärilikkuse informatsiooni kandvat ainet – DNA-d sisaldavad struktuurid rakus. Elusorganismid Maal jaotatakse sõltuvalt sellest, kas kromosoom(id) paikneb(vad) rakus "vabalt" või membraaniga piiratud rakutuumas- prokarüootideks ja eukarüootideks. Näiteks bakteritel on tavaliselt ainult üks kromosoom, mis paikneb bakteriraku keskosas ja kujutab endast rõngakujulist DNA molekuli. Kõikidel hulkraksetel on aga kromosoome palju ja need asuvad raku tuumas. Eukarüootide kromosoomid erinevalt bakterikromosoomist on keeruka ehitusega ning neis sisalduv DNA on seotud proteiinidega (aluseline histoon ja happeline nn. jääkvalk). Üks kromosoom sisaldab ühte ülisuurt DNA molekuli. Interfaasse e. mittepaljuneva raku tuumas moodustavad kromosoomid pikki ja peeni niite, mida valgusmikroskoobis pole võimalik näha. Kromosoomid muutuvad valgusmikroskoobis nähtavaks paljunevates rakkudes, kuna sel puhul niitjad kromosoomid keerduvad ja omandavad suhteliselt kindla kuju. Kromosoomide kuju, suurust ja arvu hinnatakse mitoosi metafaasis (vt. joonis 2.1). Raku kromosoomide komplekti nimetatakse raku karüotüübiks. Karüotüübi kohta on kasulik meeles pidada järgmist: 1) Organismi kõik keharakud on ühesuguse karüotüübiga st. sisaldavad võrdsel hulgal ja ühesugust geneetilist informatsiooni. 2) Karüotüüp on liigispetsiifiline. Erinevate liikide karüotüübid erinevad kromosoomide arvu, kuju ja suuruse poolest. 3) Karüotüüp on liigi piires soospetsiifiline. Sama liigi eri sugu isendid erinevad ühe kromosoomipaari poolest. Imetajatel: emastel XX kromosoomipaar, isastel XY kromosoomipaar. Neid kromosoome nimetatakse sugukromosoomideks e. gonosoomideks. Kõiki ülejäänud kromosoome nimetatakse autosoomideks. Ühe liigi piires on nii emastel kui isastel ühesugune autosoomide komplekt. Organismi geneetilise informatsiooni kogumit, mis on “salvestatud” kromosoomides nimetatakse ka genoomiks. Kõrgemate organismide kromosoomistik on diploidne, st. igat kromosoomi on tuumas kaks – üks kummaltki vanemalt. Kromosoomipaari moodustavaid kromosoome nimetatakse homoloogseteks kromosoomideks.

5

Joonis 2.1. Inimese kromosoomid mitoosi metafaasis Sugurakkudes on igast homoloogsete kromosoomide paarist üks kromosoom ja sellist ühekordset kromosoomiarvu nimetatakse haploidseks. Sugurakkude haploidne karüotüüp moodustub meioosis, mis on ainult sugurakkudele omane paljunemisprotsess. Vt joonis 2.3. ja 2.4.

6

2.2. Pärilikkuse biokeemia

DNA molekul kromosoomis kujutab endast ülipikka nukleotiidide topeltahelat. Nukleotiidid koosnevad suhkrumolekulist (pentoos- desoksüriboos), fosforhappe jäägist ja lämmastikalusest. Lämmastikaluseid on nelja liiki: adeniin (A) guaniin (G) tsütosiin (C) tümiin (T). Sellest tulenevalt on ka nukleotiide nelja liiki. Seega erinevad nukleotiidid teineteisest vaid lämmastikaluste poolest- suhkrumolekul ja fosforhappe jääk on identsed. Nukleotiidide struktuurivalemid koos nende keemiliste nimetustega on esitatud joonisel 2.2. (Lihtsuse mõttes nimetatakse nukleotiide geneetika ja molekulaarbioloogia-alastes tekstides tihti vaid lämmastikaluse nime pidi.) Nukleotiidid on ahelas seotud teineteisega kovalentsete sidemete abil, mis moodustuvad ühe nukleotiidi desoksüriboosi viienda süsinikuga seotud (ehk 5') fosforhappe jäägi ja teise nukleotiidi desoksüriboosi kolmanda süsinikuga seotud (ehk 3') OH-rühma vahel (vt. joonis 2.2.). DNA molekuli kaks nukleotiidiahelat on omavahel seotud vesiniksidemete abil, mis moodustuvad kindlate lämmastikaluste vahel. Omavahel seonduvad adeniin-tümiin (A – T) ja tsütosiin-guaniin (T – G) (vt. joonis 2.2). Sellest tulenevalt on kahe nukleotiidiahela järjestused vastastiku määratud. Selle kohta öeldakse, et DNA ahelad on komplementaarsed (teineteist täiendavad). DNA ahelad on keerdunud oma telje ümber moodustades biheeliksi. DNA struktuur tingib selle, et ta on ennast taastootev molekul. Kohe kui DNA topeltahel ühest otsast hakkab lahknema, alustab üksijäänud ahel kibekähku vabade nukleotiidide liitmist enesega. Selle tulemusena moodustub kahest lahknenud üksikahelast kaks topeltahelat. Nimetatud protsessi nimetatakse DNA replikatsiooniks. DNA replikatsiooni on kaasatud mitmed ensüümid, millest tähtsamad on kaks: DNA-polümeraas, DNA-ligaas. DNA molekul on kromosoomis lisaks heeliksi kujule veel mitmekordselt kokku volditud. Raku paljunemisel volditakse DNA molekul väga tihedalt kokku, interfaasis aga pakitakse suures osas lahti.

7

Joonis 2.2. DNA struktuur

8

2.3. Geneetiline kood

DNA molekulides talletatud geneetiline informatsioon realiseerub valgusünteesil. Valgud koosnevad aminohapetest. Erinevaid aminohappeid on 20. Seega erinevad valgud teineteisest aminohapete kombinatsioonide ja nende järjestuse poolest polüpeptiidahelates. Informatsioon, mis on vajalik teatud aminohappelise järjestusega polüpeptiidahela sünteesimiseks on salvestatud koodi kujul DNA molekulis. Selleks koodiks on aga DNA ahela teatud fragmendi nukleotiidide järjestus. Igat aminohapet kodeerib 3 nukleotiidi – nukleotiidi triplett, e. koodon. Neljast nukleotiidist on võimalik moodustada 4*4*4 = 64 erinevat kombinatsiooni. Seega on koodoneid rohkem kui 20 aminohappe jaoks tarvis. Selgunud ongi, et mitu koodonit võivad kodeerida ühte ja sama aminohapet, kusjuures määravad on koodoni kaks esimest nukleotiidi. Teiseks: kolmele koodonile ei vasta mitte ükski aminohape ja nad talitlevad DNA ahelas kui peatavad koodonid (ingl. k. stop triplets), mis annavad signaali polüpeptiidahela sünteesi lõpetamiseks. Metioniini koodon seevastu talitleb kui signaal sünteesi alustamiseks. Joonisel 2.3. on toodud kõigi aminohapete koodonid.

Joonis 2.3. Geneetiline kood

9

2.4. Valgusüntees Valgusüntees algab DNA ahela despiraliseerumise- ja topeltahela lahknemisega lõigu kohal, millelt kopeeritakse valgusünteesiks vajalik informatsioon. DNA üksikahel talitleb siin kui matriits uue nukleiinhappemolekuli sünteesimisel. Kuid edastamaks geneetilist infot valgusünteesiks ei sünteesita mitte komplementaarset DNA ahelat, vaid komplementaarne ribonukleiinhappe (RNA) ahel.

RNA peamised erinevused DNA-st on järgmised:

1. RNA nukleotiidis on desoksüriboosi asemel riboos (struktuurivalemid on toodud võrdlevalt joonisel 2.2.),

2. RNA lämmastikalustena on kasutusel küll adeniin, guaniin, tsütosiin, kuid tümiini asemel uratsiil,

3. RNA on normaalselt üheahelaline Antud protsessi nimetatakse transkriptsiooniks ja seda katalüüsib ensüüm nimega RNA-polümeraas. Järgnevalt RNA-molekul lahkneb DNA-ahelast ja liigub raku tsütoplasmas asuvatele ribosoomidele, kus valgusüntees tegelikult toimub. Kuna sisuliselt on tegemist geneetilise informatsiooni edasitoimetamisega, nimetatakse DNA-maatriksil sünteesitud RNA-d informatsiooni-RNA-ks (iRNA) (ingl.k. messenger RNA – sõnumitooja). Seejärel aktiveeritakse vabad aminohapped rakus. Need seonduvad teist liiki RNA-ga, mida nimetatakse transpordi-RNA-ks (tRNA). Transpordi-RNA on varustatud antikoodoniga, mis on komplementaarne iRNA-le DNA-lt ülekantud koodoniga. Iga aminohape seondub vaid teatud antikoodoniga varustatud tRNA molekuliga. Teisisõnu, iga aminohappe jaoks on olemas kindla koostisega tRNA. Järgneb translatsioon (ingl.k. translation- tõlge): geneetilise informatsiooni tõlkimine valgu aminohappeliseks järjestuseks. Translatsiooni käigus liituvad aminohappe molekuli kandvad tRNA molekulid oma antikoodonile vastava iRNA koodoniga. Seondumine algab iRNA 5'-otsast ja tRNA molekulid lisanduvad iRNA koodonite järjestusega määratud järjekorras. Seejuures, nii kui polüpeptiidside kahe aminohappe vahel on moodustunud, vabaneb varem seondunud tRNA molekul iRNA-st ja aminohappest. Vt. joonis 2.4.

10

Joonis 2.4. Valgusüntees

2.5. Geenid, alleelid ja lookused

Eelmisest alaosast selgub, et DNA teatud lõigud kodeerivad teatud kindlaid polüpeptiide. Sellest tulenevalt võib lihtsustatult määratleda geeni kui DNA lõiku, mis koosneb ühe kindla polüpeptiidi aminohapetele vastavatest nukleotiididest. Siiski selliseid geene esineb kõrgematel loomadel äärmiselt harva. Tänapäeval on teada, et geenid koosnevad erinevatest piirkondadest e. lõikudest, millest vaid osa sisaldab informatsiooni, mida kantakse üle iRNA-le ja mille järgi toimub polüpeptiidide süntees.

11

Genoomiosi, millelt toimub informatsiooni ülekandmine iRNA-le, nimetatakse eksoniteks, kuna need genoomiosad on "eksponeeritud" ribosoomidel. Lisaks nimetatuile on olemas genoomiosad, milles talletunud infot iRNA-le üle ei kanta. Neid nimetatakse introniteks (nn. geenisisesed piirkonnad) ja nende ülesanne ei ole lõpuni selge. Teada on, et eksonid moodustavad oluliselt väiksema osa genoomist. (Vt.joonis 2.5 )

Joonis 2.5. Geeni struktuur

Geene, mis kodeerivad teatud polüpeptiide, nimetatakse struktuurseteks geenideks. Seejuures polüpeptiidid võivad olla kas rakkude 'ehitusmaterjal' või ensüümid. Lisaks struktuurgeenidele eksisteerivad nn. reguleerivad geenid, mis reguleerivad struktuurgeenide transkriptsiooni. Reguleerivad geenid jaotatakse omakorda regulaatoriteks ja operaatoriteks. Regulaator "lülitab" struktuurgeeni sisse ja välja, operaator kontrollib struktuurgeenil toimuvat transkriptsiooni. Lisaks on olemas geene, mis sünteesivad transpordi- ja ribosoomi RNA-d.

GEEN on funktsionaalselt piiritletud lõik DNA molekulis.

Geeni asukoht kromosoomis on määratud. Geeni asukohta kromosoomis nimetatakse lookuseks. Diploidse organismi kaks homoloogset kromosoomi võivad sisaldada samas lookuses ühe geeni erinevaid variante.

12

Joonis 2.6. Geen kui funktsionaalne ühik Üht ja sama tunnust määravate geenide erinevaid variante nimetatakse alleelideks. Seega on alleeli mõiste seotud tunnustega. Tunnused on aga harva monogeensed- sagedamini määravad tunnuseid geenikompleksid. Sellest tulenevalt võib defineerida geeni ka kui geneetilise informatsiooni ühikut, mis muutumatult pärandub põlvkonnast põlvkonda. Seega võib ühel isendil olla maksimaalselt ühe geeni kaks alleeli. Populatsioonis võib alleelide arv olla aga kümnetes. Kui populatsioonis esineb vaid kaht liiki alleele, on tegemist dialleelsusega, kui neid on rohkem, siis polüalleelsusega. Kui isendil on kummaski homoloogses kromosoomis sama geeni kaks ühesugust alleeli, on

13

tegemist homosügootse isendiga, kui alleelid on erinevad- heterosügoodiga.

2.3. Geneetiline muutlikkus e. variatsioon

Organismi muutlikkuse võib liigitada joonisel 2.7. toodud moel.

PÄRILIK MITTEPÄRILIK

KOMBINATIIVNE MUTATSIOONILINE ONTOGENEETILINE

Joon. 2.7. Muutlikkuse liigid.

- Ontogeneetiline muutlikkus põhineb organismi reaktsiooninormi realiseerumisel individuaalse arengu vältel.

- Kombinatiivne muutlikkus põhineb geenide ümberjaotumisel meioosi protsessis. - Mutatsiooniline muutlikkus seisneb uute alleelide tekkimises DNA replikatsiooni

protsessis.

2.3.1. Kombinatiivse muutlikkuse tüübid Kombinatiivse muutlikkuse aluseks on alleelide rekombinatsioon (ümberjagamine) sugurakkudes. Alleelide rekombinatsioon võib toimuda kahel teel: a) Interkromosoomne (kromosoomidevaheline) rekombinatsioon- alleelipaaride ümberjaotumine sugulisel sigimisel, mis tuleneb homoloogsete kromosoomide lahknemisest meioosis ja nende juhuslikust paardumisest isas- ja emassugurakkude ühinemisel viljastumisel. b) Intrakromosoomne (kromosoomipaari sisene) rekombinatsioon- geenide vahetus homoloogsete kromosoomide vahel nende konjugatsioonil meioosi käigus e. krossingover (Vt. joonis 2.8)

14

Joonis 2.8 Krossingover

2.3.2. Mutatsioonid Hugo De Vries (1901-1903) postuleeris, et mutatsioonid on päriliku tunnuse hüppelised muutused vastupidiselt kvantitatiivsete tunnuste (näit. seemne mass) nn. tavalisele muutlikkusele, mis seisneb tunnuse parameetri varieerumises keskväärtuse ümber. Mutatsioonide bioloogiliseks aluseks on muutused genoomis. Mutatsioonide peamiseks põhjuseks on DNA replikatsiooni käigus ettetulevad replikatsiooni vead. Rõhuv enamus replikatsiooni vigadest korrigeeritakse vastavate mehhanismide abil ja nad ei pärandu järgmistele rakkude põlvkondadele. Kui aga raku kaitsemehhanismid ei suuda replikatsiooni viga parandada, pärandub see edasi järgmistele rakupõlvkondadele. Mutatsiooniks nimetatakse organismi geneetilise struktuuri püsiva iseloomuga muutusi. DNA replikatsioonivigade tõttu tekkinud mutatsioone nimetatakse geeni e. punkt mutatsioonideks. Lisaks esineb ka kromosoomi mutatsioone, mille puhul muutub kromosoomi struktuur või nende arv. Mutatsioone klassifitseeritakse lähtuvalt tekke põhjustest, lokalisatsioonist ja nende mõjust organismile järgmiselt: A. Genoomi muutuste alusel: 1. Kromosoommutatsioonid - kromosoomide struktuuri ja/või arvu muutused. 2. Geeni- e. punktmutatsioonid geenide struktuuri muutused. B. Avaldumise alusel heterosügoodis:

15

1. Dominantsed mutatsioonid. 2. Retsessiivsed mutatsioonid. C. Olenevalt põhjustajatest: 1. Spontaansed mutatsioonid. 2. Indutseeritud mutatsioonid. D. Lokalisatsiooni alusel: 1. Tuumamutatsioonid. 2. Tsütoplasmaatilised mutatsioonid. E. Päritavuse alusel: 1. Generatiivsed mutatsioonid- tekivad sugurakkudes. 2. Somaatilised mutatsioonid- tekivad keharakkudes. F. Fenotüübilise avaldumise alusel: 1. Letaalsed 2. Subletaalsed 3. Morbiidsed − Geenimutatsioonide tekkemehhanism Geenimutatsioonid on tavaliselt nn. punktmutatsioonid; kuid esineb ka mitut nukleotiidi hõlmavaid struktuuri muutusi. Punktmutatsioonid kujutavad endast kas DNA (RNA) nukleotiidide: asendumist, väljalangemist või lisandumist. − Kromosoomi mutatsioonide tüübid Kromosoommutatsiooniks (KM) loetakse geenide ümberpaiknemist kromosoomisiseselt või kromosoomidevaheliselt või mõne geeni kromosoomist väljalangemist. KM-e on nelja tüüpi: a) deletsioonid ehk kaod: b) duplikatsioonid e. kahekordistumised c) inversioonid e. ümberpöördumised; d) translokatsioonid e. ümberpaiknemised. Kromosoommutatsiooniks on ka kromosoomide normaalse arvu muutumine, kusjuures kromosoomide sisene struktuur võib jääda muutumatuks. Kromosoomide arvu muutused jaotatakse kahte tüüpi: a) euploidsus- kromosoomide arvu suurenemine või vähenemine haploidse kromosoomiarvu võrra b) aneuploidsus- kromosoomide arvu suurenemine või vähenemine mõne kromosoomi võrra, mis ei ole võrdne haploidse kromosoomiarvuga.

16

Joonis 2.9.

17

− Spontaansed ja indutseeritud mutatsioonid Mutatsioonid võib jaotada spontaanseteks e. isetekkelisteks ja indutseerituteks e. väliskeskkonna mõjutustest tulenevateks. 1960-ndatel sai selgeks, et spontaansete mutatsioonide teke on tingitud DNA replikatsiooni vigadest. Avastati geenid- mutaatorid (muudavad nii spontaansete kui ka indutseeritud mutatsioonide sagedust). Mutatsioone indutseerivateks väliskeskkonna teguriteks (mutageenideks) on a) ioniseerivad kiirgused (näit röntgenkiirgus, ultraviolettkiirgus jne.) b) mitmesugused keemilised ühendid (etüleenimiin, lämmastikusipriit, HNO2, hüdroksüülamiin, fenoolid, aromaatsed ühendid jne). c) viirused (leukoosiviirused) Indutseeritud mutatsioonid on sageli väärarendite ja kasvajate põhjuseks. Mutatsioonide indutseerimine on geneetikas oluliseks uurimistöö meetodiks. Spontaansed mutatsioonid on üks evolutsiooni mehhanisme, kuna seeläbi tekkivad hüppelised muutused organismis võivad olla kohastumisele väga soodsad. Mutatsioonid on peamised geneetiliste anomaaliate põhjustajad.

2.4. Geenide pärandumine

Pärandumiseks nimetatakse geenide ülekandumist vanempõlvkonnalt järglastele. Geenide pärandumine on allutatud kindlatele seaduspärasustele.

− Üksiku geeni pärandumine e. monogeense tunnuse päritavus Monogeensetele tunnustele on iseloomulik lihtne mendeleerumine ja nende suhtes kehtivad Mendeli I ja II seadus. Mendeli I e. ühetaolisuse seadus ütleb, et homosügootsete isendite ristumisel saadakse esimeses põlvkonnas kõik ühetaolised järglased. Mendeli II e. lahknemisseadus ütleb, et heterosügootsete isendite ristumisel toimub tunnuste lahknemine kindlates sagedussuhetes- lahknemissuhetes. (Tegelikult allub ka homosügootsete isendite järglaste jaotumine lahknemissuhetele). Lahknemissuhete tuletamiseks monogeensete tunnuste puhul kasutatakse 2x2 tabelit või tõenäosuskorrutisi. Selle põhjenduseks on asjaolu, et meioosis piltlikult öeldes jaotatakse diploidse kromosoomistiku kaks homoloogset kromosoomi kahe suguraku vahel. Homosügootse isendi puhul saadakse kaks

18

ühesugust gameeti, heterosügootse isendi puhul aga kaks erinevat. Kasutades homoloogide tähistusena ladina tähti, võime skemaatiliselt kirjeldada toimunut järgmiselt: Isa: Bb

Ema: BB Sugurakud

B

b

B

BB

Bb

B

BB

Bb

Tõenäosuste kasutamine lahknemissuhete arvutamisel põhineb sellel, et meioosil tekib heterosügootidel kahte tüüpi gameete vōrdse tõenäosusega, mõlema tüübi tõenäosus on 1/2 e. 0,5. Seega on ka sügoodi moodustumisel võrdne tõenäosus erinevat tüüpi sugurakkudel kohtuda. Tõenäosuste korrutamise seadus ütleb: "Kahe sõltumatu sündmuse üheaegse toimumise tõenäosus võrdub mõlema sündmuse eraldi toimumise tõenäosuste korrutisega." Kasutades tõenäosuste korrutamise reeglit saame eelnevas näites järgmised sügootide tõenäosused: Sügoote alleelidega B ja B 1/2 B x 1/2 B= 1/4 Sügoote alleelidega B ja B 1/2 B x 1/2 B= 1/4 Sügoote alleelidega B ja b 1/2 B x 1/2 b= 1/4 Sügoote alleelidega B ja b 1/2 B x 1/2 b= 1/4 Genotüübiline lahknemissuhe on seega: 1/2BB:1/2Bb Kasutatud kirjandus F. W. Nicholas. Veterinary Genetics. Clarendon Press, Oxford, 1988, 2000 R. Teinberg. Pōllumajandusloomade geneetika, Valgus, Tallinn, 1978. Kontrollküsimused II ptk kohta 1. Mis on kromosoomid? 2. … karüotüüp? 3. … genoom? 4. Mis on autosoomid ja mis gonosoomid?

19

5. Haploidsuse ja diploidsuse mõiste. 6. Mis on homoloogsed kromosoomid? 7. Gameet ja sügoot, somaatiline rakk. 8. Meioosi ja mitoosi mõiste. 9. Karüotüübi kolm olulist omadust. 10. Mis on prokarüoot, eukarüoot? 11. Millistes eukarüootide rakkudes leidub sugukromosoome? 12. Mis on DNA ja millest ta koosneb? 13. Loetle DNA koostises leiduvad lämmastikalused. 14. Nimeta nukleotiidi koostisosad. 15. Millised keemilised sidemed ühendavad nukleotiide omavahel ühes ahelas ja millised kahte

nukleotiidiahelat omavahel. 16. Komplementaarsuse mõiste. 17. DNA replikatsiooni mõiste. 18. Geneetilise koodi ja koodoni mõiste. 19. Mille poolest erineb RNA DNA-st? 20. Milles seisneb transkriptsioon valgusünteesil? 21. Millises raku osas toimub tegelik valgusüntees ja millised raku organellid on sellesse haaratud. 22. Informatsiooni RNA ja transpordi RNA ülesanne valgusünteesil? 23. Mis on translatsioon? 24. Geeni, lookuse ja alleeli mõiste. 25. Introni ja eksoni mõiste. 26. Mis on struktuursed geenid, mis reguleerivad geenid? 27. Kuidas jaotatakse reguleerivaid geene, mis on alaliikide ülesanded? 28. Geeni mõiste lähtudes tunnustest. 29. Dialleelsuse ja polüalleelsuse mõiste. 30. Homosügootsuse ja heterosügootsuse mõiste. 31. Organismi muutlikkuse liigid (koos alaliikidega) 32. Mutatsioonilise, kombinatiivse ja ontogeneetilise muutlikkuse olemus 33. Interkromosoomse rekombinatsiooni ja intrakromosoomse rekombinatsiooni olemus. 34. Geenimutatsioonide tekke põhjused ja olemus. 35. Spontaanse ja indutseeritud mutatsiooni mõiste 36. Kromosoommutatsiooni mõiste ja tüübid. 37. Euploidsuse ja aneuploidsuse mõiste 38. Mis on pärandumine? 39. Mendeli I seadus 40. Mendeli II seadus 41. Lahknemissuhete arvutamine

20

3. MOLEKULAARBIOLOOGIA JA REKOMBINANT-DNA

TEHNOLOOGIA Rekombinant-DNA (hübriidse DNA) tehnoloogia on tänapäeva geneetika ja

molekulaarbioloogia (ka mikrobioloogia, biotehnoloogia ja üldbioloogia) peamisi meetodeid.

Selleta ei saa läbi ka veterinaarteadus ja -praktika. Rekombinant-DNA tehnoloogia kasutusele

vôtmine on oluliselt avardanud vôimalusi uurida geenide molekulaarset struktuuri ning pärilikkuse

biokeemiat. Ühtlasi on tänu rekombinant-DNA tehnoloogiale astutud kvalitatiivne samm edasi

biotehnoloogias ja nakkushaiguste diagnostikas.

Rekombinant-DNA tehnoloogia pôhimeetodid on järgmised:

(1) DNA molekuli lôhestamine e. lôikamine fragmentideks restriktsiooni ensüümide abil, mis

lôhuvad sidemed nukleiinhapete (NH) vahel spetsiifilise nukleiinhapete järjetusega piirkonnas

(iga ensüümi jaoks eri NH järjestus)

(2) Nukleiinhappeline hübridiseerimine- tänu DNA, RNA molekulide vôimele siduda vabasid NH-

id on vôimalik tetaud NH-järjestusega vabade märgistatud DNA-fragmentide abil avastada

komplementaarse järjestusega lôike uuritavas DNA vôi RNA molekulis.

(3) DNA kloonimine- ühe DNA fragmendi alusel on vôimalik sünteesida sama fragmendi miljoneid

koopiaid.

(4) DNA fragmendi nukleotiidide järjestuse määramine (sekveneerimine- ingl k. sequencing), mis

vôimaldab määratleda geenide NH-lise koostise, nende täpse asukoha kromosoomis, aga ka

geeni poolt kodeeritavate valkude aminohappelise koostise.

(5) Insenergeneetika- geenide DNA järjestuse muutmine ja muudetud geenide vôi uute geenide

viimine rakkudesse ja organismi. Organismide geneetiline modifitseerimine.

3.1 Restriktsiooni (ehk piiravad) ensüümid

1970. a. avastati, et paljudel bakteritel on omadus lõhustada bakterirakku tunginud võõrast

DNA-d (peamiselt bakterviiruseid) fragmentideks. Ensüüme (nukleaase), mille abil viiruste DNA

lôhkumine toimus hakati nimetama restriktsiooni ensüümideks, kuna nad olid määravaks teguriks

17

sellise nähtuse puhul nagu peremehepoolne bakterviiruste infitseerivuse piiramine (ingl.k. host

restriction).

Restriktsiooni nukleaasidel ehk restriktaasidel on omadus lôigata DNA topeltahel läbi

kindlas piirkonnas (lôikepiirkond- ingl. k. cleavage site), mille määrab ära antud piirkonna DNA

NH-järjestus (äratundmis-järjestused; ingl. k. recognition sequences- koosnevad 4-8

nukleotiidipaarist), kusjuures iga ensüümi jaoks on see erinev. (Vôrdlevalt näiteks DNA-aasid

lõhustavad DNA'd juhuslikult).

Praegu tuntakse üle 100 restriktsiooni ensüümi ning praktiliselt on vôimalik mistahes geen

vôi mistahes DNA fragment genoomist ka välja lôigata. Alljärgnevalt on toodud näitena viie

enamkasutatava restriktaasi äratundmis-järjestused ja lôikepiirkonnad.

Peremees- Ensüümi Äratundmis-järjestus ja lõikepiirkond organism tähis Bacillus Bam HI 3'- C - C - T - A - G G - 5' amylolique- | | faciens 5'- G G - A - T - C - C - 3' E. coli Eco RI 3'- C - T - T - A - A G - 5' | | | 5'- G A - A - T - T - C - 3' Haemophilus Hind III 3'- T - T - C - G - A A - 5' influenzae | | | 5'- A A - G - C - T - T - 3' Providencia Pst I 3'- G A - C - G - T - C - 5' stuartii | | 5'- C - T - G - C - A G - 3' Haemophilus Hpa I 3'- C - A - A T - T - G - 5' parainfluenzae | | | | | | | 5'- G - T - T A - A - C - 3'

Joonis 3.1. Restriktsiooni ensüümid.

Kasutades erinevaid restriktaase, võime saada DNA fragmente, millel on kas tömbid (Hpa I)

vôi siduvad otsad (ingl. k. cohesive ends). Viimased kujutavad endast lühikesi ühekordse ahela

juppe. Siduvate otsadega fragmente vôib omavahel taas liita. Seega vôib teoreetiliselt mistahes

geene omavahel liita.

18

Joonis 3.2 Restriktsiooni ensüümide talitlus

Selliseid DNA molekule, mis on eeltoodud moel moodustatud nimetataksegi rekombinant

DNA molekulideks ning siit nimi ka kogu tehnoloogiale.

Lisaks eeltoodule saab restriktaasi abil lôhustatud DNA molekuli uurida elektroforeetiliselt.

Nimelt moodustub restriktaasi toimel DNA molekulist erineva pikkusega fragmente (restriktsiooni

fragmendid), millel on ka erinev molekulmass. DNA lõhustub nii mitmeks fragmendiks kui mitu

vastavat lôikepiirkonda temas on. Elektroforeesil agargeelis liiguvad need fragmendid geelis

erineva kiirusega asetudes ritta vastavalt molekulmassile. Need fragmendid värvitakse vôi

märgistatakse radioaktiivsete isotoopidega ning määratakse nende molekulmass. Sel teel saame

DNA restriktsiooni kaardi e. profiili. Selle alusel on vôimalik vôrrelda erinevate isendite

geneetilisi koode ilma NH järjestust määramata. Samuti saab määrata näiteks erinevate

mikroobitüvede geneetilist sugulust (mistôttu see on ka molekulaarepidemioloogia üks olulisi

19

meetodeid).

3.2 NH hübridiseerimine

NH hübridiseerimine pôhineb denatureerunud DNA ja RNA renatureerumise fenomenil,

mis seisneb selles, et teatud tingimustel denatureeritud NH ahelad on vôimelised uuesti

renatureeruma ja moodustama ka vabade komplementaarsete NH ahelatega topeltahelaid.

See on vôimaldanud luua kôrge tundlikkusega meetodid spetsiifiliste NH järjestuste

avastamiseks uuritavas materjalis.

Selleks kasutatakse puhastatud vôi kloonitud NH ahelate fragmente, millel on

kindlaksmääratud NH järjestus ja mis on märgistatud kas keemilise markeri vôi radioaktiivse

isotoobiga (signaal). Selliselt töödeldud DNA fragmente nimetatakse DNA sondideks (ingl. k.

probes).

Sondide abil on vôimalik määrata geenide lokalisatsiooni kromosoomides, defektgeenide

olemasolu, geenide talitluslikku aktiivsust määrates nende poolt produtseeritava informatsiooni

RNA hulka tsütoplasmas, aga ka näiteks viirusliku RNA vôi DNA olemasolu ja lokalisatsiooni

kudedes ning rakkudes.

Joonis 3.3 Nukleiinhapete hübridiseerimine

20

NH hübridiseerimise eri juhuks on ka sellised meetodid nagu Southern blotting ja

Northern blotting ("lõuna" ja "pôhja" märgistamine). E.M. Southern töötas välja meetodi

DNA fragmentide kindlakstegemiseks agaroosgeelis.

Restrikataasi abil lôhustatud kaksikahelalise DNA fragmentide elektroforeetilise lahutamise

järel denatureeritakse DNA topeltahelad üksikahelateks NaOH abil. Denatureeritud ahelad kantakse

üle nitrotselluloos kilele. Kile viiakse sondi sisaldavasse lahusesse. Sond hübridiseerub vastava

üksikahelise DNA fragmendiga ja tema asukoht elektroforegrammil on vôimalik kindlaks määrata,

kuna sond on märgistatud.

Northern blotting'iks nimetatakse RNA fragmentide määramist samal meetodil.

3.3 Rekombinant DNA ja DNA kloonimine

DNA kloonimise all môistame teatud DNA lôigu paljundamist. Selleks kasutatakse

isepaljunevaid süsteeme vôi polümeraas-ahelreaktsioooni

Isepaljunevate süsteemidena (nimetatakse ka vektoriteks) kasutatakse tavaliselt baketerite

plasmiide vôi viiruseid- bakteriofaage. Vajalik DNA-lôik ühendatakse vektoriga ja moodustunud

rekombinant-DNA viiakse bakteri rakku, kus vektor asub paljunema tootes lühikese ajaga

miljoneid koopiaid meid huvitavast DNA-fragmendist.

Plasmiidide abil geeni paljundamise pôhietapid on järgmised (vt ka joonis 14.1.):

1) plasmiidi isoleerimine bakterirakust (tavaliselt kasutatakse E. coli plasmiide);

2) plasmiidi "lôikamine" spetsiifilise restriktaasiga;

3) paljundatava geeni vôi DNA-lôigu "väljalôikamine" kromosoomist sama restriktaasiga-

s.o. geeni isoleerimine;

4) isoleeritud geeni "istutamine" plasmiidi

5) plasmiidi viimine bakterirakku ja bakteri kasvatamine, mille käigus paljuneb ka vastav

plasmiid.

6) paljundatud geeni isoleerimine plasmiididest.

21

Joonis 3.4 Kloonimine plasmiidide abil

Teiseks DNA kloonimise vôimaluseks on polümeraas-ahelreaktsiooni (PCR- polymerase

chain reaction) kasutamine.

PCR viiakse läbi biokeemilise reaktsioonina ja selle puhul ei vajata elusorganisme DNA

kopeerimiseks. Reaktsioon pôhineb ensüümi- DNA-polümeraas kasutamisel, mis katalüüsib DNA

komplementaarse ahela sünteesi. PCR on DNA-molekuli paljundamine kunstlikes tingimustes.

Reaktsiooni läbiviimiseks on vajalik teada uuritava DNA lôigu otste nukleotiidset järjestust.

22

Reaktsiooni käivitamiseks kasutatakse kahte oligonukleotiidset (väiksest arvust nukleotiididest

koosnevat- 8..30) praimerit (ingl. k. primer), mis kumbki vastavad ühe komplementaarse DNA

ahela alguse nukleotiidsele järjestusele ja talitlevad kui ensüümi substraat, kuna neil on vabad otsad

uute nukleotiidide sidumiseks.

− PCR pôhietapid on järgmised (vt ka joonis 3.5):

1) topeltahelalise DNA denaturatsioon kaheks üksikahelaks kôrge temperatuuriga (90-95 °C; 40-60

sek);

2) praimerite hübridiseerimine e. "istutatamine" kummalegi üksikahelale, milleks temperatuur

viiakse alla ca 50 °C juurde 30 sekundiks;

3) komplementaarse DNA ahela süntees DNA-polümeraasi toimel (72 °C juures aeg sôltub lôigu

pikkusest, kuid ca 1-3 min). Ensüüm on termostabiilne ja on isoleeritud kuumavee allikates

elavatest bakteritest (näit. Thermus aquaticus ja temalt saadud ensüümi nimetatakse TaqI).

Reaktsioonis kasutatavad komponendid (maatriks DNA, praimerid, ensüüm ja vabad

nukkleotiidid- viiakse kohe algselt ühte katsutisse. Kuna ahelreaktsiooni etapid toimuvad erineva

temperatuuri juures, siis on kogu protsess juhitav temperatuuri abil ja vastavaid tsükleid vôib

korrata kümneid kordi. Igas tsüklis DNA hulk teoreetiliselt kahekordistub. Praktiliselt hilisemates

tsüklites on reaktsiooni efektiivsus väiksem, kuna ensüümi aktiivsus langeb, samuti lôpevad otsa

vabad nukleotiidid. Neid juurde pole aga vôimalik lisada. Saadud koopiate arv ulatub aga 30 tsükli

järel juba miljonitesse, mis on rohkem kui küll olenematra, mis eesmärgil reaktsioon läbi viidi.

PCR produkt eraldatakse lahusest elektroforeesiga agargeelis.

PCR-i saab kasutada ka diagnostilisel eesmärgil: teatud DNA vôi RNA järjestuse (viiruste

vôi bakterite) avastamiseks uuritavas materjalis vôi näiteks geenidefektide avastamiseks genoomis.

Tema tundlikkus on teoreetiliselt selline, et kui uuritavas materjalis on üks DNA-molekul, mille

järjestus ühtub materjalile lisatava praimeriga, siis me selle ka avastame. PCR- on kôrvaletôrjumas

DNA sondide meetodit geneetiliste haiguste uurimisel, viirusinfektsioonide tuvastamisel ja

mikroobide tüpiseerimisel.

RNA uurimiseks ja paljundamiseks PCR meetodil on esmalt vajalik RNA

transkribeerida DNA-ks, mida saab teha ensüümi- pöördtranskriptaasi abil, mida leidub

retroviirustest nakatunud rakkudes. Selmoel sünteesitud DNA-st on vôimalik saada hiljem taas

23

RNA-molekulid.

Joonis 3.5 Polümeraas-ahelreaktsiooni etapid

24

3.4 DNA molekuli nukleiinhappelise (NH) järjestuse määramine

Elektroforeetiliselt lahutatud DNA fragmentide NH järjestust on vôimalik kiiresti määrata

kasutades selleks kas keemilist vôi ensümaatilist sekveneerimist.

Keemiline meetod pôhineb nukleotiide valikuliselt lôhustavate kemikaalide kasutamisel.

Esmalt märgistatakse radioaktiivse isotoobiga DNA ahela üks ots, misjärel jagatakse märgistatud

fragmendid 4 katsuti vahel. Kasutades erinevaid kemikaale lõhustatakse üks või kaks N-alust

(A,T,G,C) ahelas (igas katsutis erinevad). Saadakse erineva pikkusega DNA fragmente, mille

elektroforeetiline uurimine vôimaldab määrata nukleotiidide järjestuse.

Ensümaatilise meetodi puhul kasutatakse DNA-polümeraasi abil toimuva topeltahela

sünteesi blokeerimist kindla nukleotiidi kohal. Tulemuseks on jällegi erineva pikkusega

fragmendid, mille elektroforeesil joonistub välja DNA molekuli NH järjestus.

DNA NH järjestuse määramine on aluseks kôigile teistele meetoditele insenergeneetika

vallas. See vôimaldab leida genoomi piirkonnad, mis kodeerivad proteiinide sünteesi ja määrata ka

proteiinide aminohappelise koostise.

3.5 Rekombinant DNA tehnoloogia ja insenergeneetika

Pôhiliselt on kolm ainevaldkonda, kus insenergeneetikal on lähiajal laiem perspektiiv.

(1) Teatud spetsiifiliste molekulide tootmine suurtes hulkades. Siia kuuluvad esmajoones DNA ja

RNA molekulid kuid samuti mitmesuguste proteiinide produktsioon, millele eelneb vastava

geeni viimine sobiva peremehe genoomi (eelkôige bakterid, kuid ka taimed ja loomad). Sel teel

on vôimalik produtseerida nii ensüüme kui hormoone kui näiteks ka viiruse kapsliproteiine,

mida saab kasutada kui vaktsiine.

(2) DNA-sondide loomine infektsioonide, defektsete geenide ja ka resistentsuse ja mistahes muid

tunnuseid kandvate geenide lokaliseerimiseks genoomis. Perspektiivis vôib see saada ka

tôuaretuses tôhusaks vahendiks loomade produktiivsuse tôstmisel.

(3) Transgeensete (liigivôôraid geene omavate vôi teatud liigiomaste geenideta organismid)

isendite ja organismide loomine. Esmajoones tulevad siin kõne alla mikroobsed organismid

25

(bakterid, seened), aga ka taimed, keda on vôimalik rakendada tôhusamalt teenima inimkonna

huve.

(4) Transgeensed kôrgemad loomad on aga olulised nii geenide talitluse kui pärilike defektide

uurimisel. Näiteks on suudetud luua transgeenseid hiiri, kellel puuduvad terved geenid ning

neid kasutatakse just geenide funktsioonide uurimisel.

− Insenergeneetilised vaktsiinid ja DNA-vaktsineerimine

Rekombinant-DNA tehnoloogia areng ei ole mööda läinud ka vaktsiinide loojatest.

Insenergeneetiliste meetoditega loodud vaktsiinid vôib jaotada kolme rühma:

(1) rekombinant-antigeen-vaktsiinid (ingl.. k. - subunit vaccine)

(2) rekombinant-vektor-vaktsiinid

(3) geneetilise modifitseerimisega atenueeritud mikroobid

Rekombinant-antigeen-vaktsiinide loomine pôhineb patogeenide antigeenseid omadusi

määravate geenide siirdamises bakterite vôi pärmseente genoomi vôi ka imetajate rakkudesse

koekultuurides. Selle tulemusena produtseeritakse suurel hulgal patogeenide antigeene, mis seejärel

isoleeritakse, puhastatakse ja kasutatakse kui puhast antigeeni.

Esimene rekombinant-vaksiin, mis ka praktikas osutus efektiivseks oli suu- ja sôrataudi

viiruse vastane vaktsiin, mis pôhines peamise antigeeni- VP-1 tootmisel E. coli's. Esimene inimesel

kasutatud samalaadne vaktsiin oli hepatiit-B viiruse vastane vaktsiin. Antud juhul kasutati

transgeense organismina pärmseent. Töö käib ja mõningast edu on saavutatud transgeensete

taimede loomisel, kus patogeeni antigeene tootvaid geene siiratakse taimedesse. See võimaldaks

rohttaimede abil vaktsineerida suu kaudu nii metsloomi kui suurtel karjamaadel (eriti

mägikarjamaadel) peetavaid kariloomi- on eriti oluline lõunapoolsetes vennas vaba- ja

kuningriikides.

Rekombinant-vektor-vaktsiinide e. DNA-vaktsiinide puhul manustatakse

peremeesorganismi patogeeni antigeene produtseerivaid geene, kusjuures vektoritena (geeni

kandjatena) kasutatakse kas apatogeenseid vôi atenueeritud viiruseid vôi baktereid vôi bakterite

plasmiide. (Plasmiisdide kasutamisekorral on ôigem kônelda DNA-vaktsineerimisest, kuna

geenikandja ei ole elusorganism vaid üksnes DNA-molekul.)

26

Nii inimese kui loomade viiruste vastaste vaktsiinide loomisel on sagedamini kasutatav

vektor vaktsiinia viirus- atenueeeritud rôugeviirus, tänu oma lihtsale struktuurile. Joonisel 14.3 on

kujutatud uue geeni lisamine vaktsiinia viiruse genoomi. Bakteritest on vektorina kasutatud

Salmonella typhimuriumi atenueeritud tüvesid.

Käesoleval ajal on maailmas registreeritud 5 rekombinant-vektorvaktsiini. Neist on 2 on

veterinaarias metsloomadel kasutatavad marutaudivaktsiinid, kus vektorina on kasutusel vaktsiinia

viirus.

DNA vaktsineerimine

Vektor-vaktsiini korral paljuneb vektorina talitlev mikroob organismis ja tema genoomis on

ekspresseritud ka geenid, mis produtseerivad mõne patogeeni antigeene. Seevastu DNA-

vaktsineerimise korral viiakse organismi vaid rekombinantseid plasmiide. Huvipakkuv on asjaolu,

et manustatud plasmiidid on võrdlemisi püsivad ning nende abil organismi viidud geenide

ekspressioon on täheldatav kuude ja aastate vältel. Kuna katsed on seni viidud läbi vaid loomadel ja

enamasti katseloomadel (hiired, rotid, küülikud, kanad), kelle elutsükkel on suhteliselt lühike, siis

pole teada täpselt kui kaua geenide ekspressioon püsib. Katseloomadel on see olnud eluaegne.

Katsed primaatide ja veistega on üsna alguses ja sealt on andmed esialgsed.

Vôrreldes vektor-vaktsiinidega on DNA-vaktsiini eeliseks see, et imuunsupressiooni all

kannatavad isendid ei satu ohtu saada kahjustatud vektor-organismi poolt, mida on täheldatud

AIDS'i patsientide puhul vaktsiinia viiruse kasutamisel. Samas ei teata täpselt kuidas võib võõras

geneetiline materjal organismi lõpuks mõjutada. Ehkki plasmiidiga organismi viidud DNA liitumist

kromosomaalse DNA-ga pole täheldatud ei ole siin veel kôik selge.

Siiski vôib uskuda, et fataalsete haiguste raviks hakatakse DNA vaktsineerimist kasutama

kôige lähemas tulevikus.

Lisaks patogeenide antigeene produtseerivatele geenidele on uuritud võimalusi kasutada

vektoreid ka defektsete geenide asendamiseks normaalsete geenidega. Vektoriga liidetakse

normaalne geen, mis viiakse organismi ja kompenseeritakse sellega vastava geeni defekt.

Mikroobide atenueerimine geneetilise modifitseerimise teel seisneb mikroobi genoomi

geeni lisamine, geeni kustutamine või selle asendamine teisega (kimäärsed mkroobid), mis muudab

mikroobi apatogeenseks.

27

28

3.6. GMO – GENEETILISELT MUUNDATUD ORGANISM

Haldja Viinalass

GMO – on organism, mille pärilikkustegureid (genoomi) on inimese poolt muudetud viisil, mida looduses ei esine.

Geneetiline muundamine leiab aset siis, kui kasutatakse vähemalt ühte järgmistest meetoditest:

1) rekombinantse nukleiinhappe tehnikaid, millega luuakse väljaspool organismi geneetilise materjali muundatud kombinatsioone ja mis viiakse peremeesorganismi, kus neid looduslikult ei esine, kuid milles on nad võimelised jätkuvalt paljunema;

2) väljaspool organismi valmistatud päriliku materjali organismi viimist;

3) looduses mitteesineval viisil kahe või enama raku ühinemisega muundatud geneetilise materjaliga elusrakkude saamist.

Geneetiliseks muundamiseks ei loeta*:

1) viljastamist väljaspool vanemorganismi;

2) konjugatsiooni, transduktsiooni, transformatsiooni või mõnd muud looduslikku protsessi;

3) indutseeritud polüploidsust.

4) Mutatsioonide indutseerimist.

* - kehtib tingimusel, et ei kasutata rekombinantse DNA molekule või geneetiliselt muundatud organismi.

GENEETILISELT MUUNDATUD TAIMED

Taimerakkude arengubioloogiline programm erineb loomarakkude omast ühe väga olulise iseärasuse poolest. Nimelt säilitavad kõik taimerakud kogu oma eluea vältel totipotentsuse ehk teisisõnu on teatud tingimustel võimelised dediferentseeruma ning alustama organismi ontogeneesi n.ö. otsast peale. Totipotentsus võimaldab sisuliselt ükskõik millisest kultuuri viidud taimerakust uuesti regenereerida tervikliku õitseva ja viljuva taime. Seetõttu on muuhulgas võimalik ka transgeensete taimede konstrueerimine, kasutades geenitehnoloogilisteks manipulatsioonideks diferentseerunud kudedest pärit rakke (nt lehe mesofülli rakud või juurerakud). Transgeensete loomade konstrueerimisel seevastu saab kasutada üksnes sügooti või väga varajases arengustaadiumis embrüonaalseid rakke, kuna üksnes need on veel säilitanud totipotentsuse. Diferentseerunud taimerakkudega töötamine ning nendest lähtudes uute terviklike taimede regenereerimine eeldab aga häid teadmisi taimede koekultuurist. Koekultuuri rakkudega õige manipuleerimine ongi peaaegu kõigi hetkel inimese käsutuses olevate transgeensete taimede konstrueerimise meetodite kasutamise eelduseks.

29

Võõraste geenide taimedesse viimiseks kasutatakse:

1) agrobakteri poolt vahendatud geeniülekannet,

2) otsene DNA sisseviimine keemiliselt, elektriliselt või mehhaaniliselt töödeldud protoplastidesse,

3) taimede pommitamine metalliosakestega,

4) taimede elektropoleerimine,

5) DNA sisseviimine mikroskoopiliste fiibritega või ultraheliga mehhaaniliselt vigastatud taimekudedesse.

Milleks lisatakse toiduainetele geene?

Mais: vastupidavus putukate ja taimekaitsevahendite suhtes

Sojauba: vastupidavus taimekaitsevahendite ja viiruste suhtes

Raps: õli koostise muutmine, vastupidavus taimekaitsevahendite suhtes

Kartul: vastupidavus putukate ja taimekaitsevahendite suhtes, suurem tärklisesisaldus

Vaarikad: küpsemise aeglustamine

Melon: küpsemise aeglustamine

Nisu: vastupidavus taimekaitsevahendite suhtes, tärkllisesortide muutmine

Päevalill: õli koostise muutmine

Köögiviljad: vastupidavus tainekaitsevahendite suhtes, parem säilivus

Õun: vastupidavus haiguste suhtes, küpsemise aeglustamine.

Kloonimine

Kõrgemate loomade kloonimise põhimõttelisi meetodeid on kaks:

1. Embrüokloonimine – embrüo tükeldamine pärast sügoodi pooldumist (blastomeeride eraldamine) ja saadud embrüote siirdamine surrogaatemadesse.

2. Somaatilise raku tuuma siirdamine munarakku – kloonitava organismi rakutuum eraldatakse ja viiakse munarakku, mille tuum on eelnevalt eemaldatud. Võimalik on ka somaatilise raku ja tuumata munaraku liitmine elektriimpulsi abil. Mõlemal juhul hakkab munarakk arenema nagu normaalne sügoot ning see siiratakse surrogaatemasse pärast esmaseid lõigustumisi.

Kuidas saadi Dolly?

1. Lamba udaranäärmest eraldati rakud, mida kasvatati rakukultuurina katseklaasis

2. Rakkusid “näljutati”, et nad lõpetaksid pooldumise.

3. Soikeseisundis rakkudelt võeti tuumad ja viidi munarakkudesse.

30

4. Munarakule anti elektriimpulss, mis aitas tuumal tsütoplasmaga “ühineda” ja aktiveeris raku ning see hakkas uuesti poolduma

5. Saadud sügoodid viidi lamba muanjuahasse, kus need arenesid moorula faasi.

6. Embrüod loputati välja ja valiti siirdamiseks sobivad embrüod, mis siirati surrogaat uttedele.

7. 277-st munarakust saadi 29 siirdamiseks sobivat embrüot, millest sündis üks tall - Dolly

Veise kloonimine:

1. Ühelt lehmalt võeti üheksa päeva vanune loode

2. Lootest eraldati rakud

3. Rakke kasvatati kultuuris

4. Teiselt lehmalt võeti munarakk

5. Munarakust eraldati tuum koos kromosoomidega

31

6. Hoides pipeti vahel munarakku, viidi sinna doonorraku tuum

7. Munarakud viidi asendusemasse, kes kandis loote lõpuni.

Kui Dolly puhul kasutati kloonimiseks täiskasvanud looma rakku, siis vasika kloonimiseks kasutati looterakku. Loote teatud rakkudele on iseloomulik väga kiire paljunemine ja võime areneda kõigi kudede rakkudeks. Seetõttu on loote rakutuumast järglase loomine suhteliselt lihtsam. Kui Dolly saadi 277. katsel, siis 1999.a. jaanuaris sündinud kolmikvasikate loomine õnnestus umbes 50. katsel.

Kõige üldisemalt toimub looterakkude abil kloonimine järgmiselt:

1) Lootelt pärinevaid rakke kasvatatakse algul katseklaasis, lisades neile kasvu ja arengut stimuleerivaid aineid

2) Valitakse välja sobivate püsivate omadustega rakuliin (rakukloon)

3) Viljastatud munarakult eemaldatakse tuum

4) Kloonitud looterakk ühendatakse elektriimpulsi abil munarakuga

5) Munarakk hakkab jagunema, arenedes mitmekümnest rakust koosnevaks embrüoks

6) Embrüo siiratakse lehma emakasse, kus ta areneb vasikaks.

Sarnaselt toimides on võimalik ühe rakuklooni rakkudest saada piiramatul hulgal vasikakoopiaid, kellel on kõigil ühesugused geneetilised omadused.

Käesolevaks ajaks on juba loodud embrüokloon, mille rakud sisaldavad inimese seerumi albumiini sünteesiks vajalikku geeni. Seerumi albumiini vajadus kasvab järjest kogu maailmas, sest AIDS-i ohu tõttu kasutatakse doonorivere asemel üha rohkem sünteetilisi vereasendajaid, mille üks koostisosa on inimese seerumi albumiin. Lehmad, kes oma piima koostises toodaksid seda hinnalist valku, oleksid eriti väärtuslikud farmaatsiatööstustele. Sellest tulenevalt toetavadki maailma juhtivad farmaatsiakompaniid geenisiirdamise ja kloonimisega seotud uuringud. Lisaks tuntakse huvi hemofiiliahaigete raviks hädavajalike vere hüübimise toimeainete tootmise ja inimestele transplantatsiooniks sobivate kudede ja organite kasvatamise vastu.

32

GEENITEHNOLOOGIA HÜVED JA RISKID

Poolt Vastu

• GT annab lootust, et peagi leitakse seni ravimatute haiguste (vähk, AIDS) ravimid.

• Vähenevad kulutused ensüümide, hormoonide, vaktsiinide jne. tootmiseks. Selle asemel, et neid aineid loomade elunditest saada, on võimalik bakteritesse vajalikud geenid lisada ning soovitud ühendeid nende abil toota.

• Saab suurendada põllukultuuride saagikust ning vastupidavust kahjurputukatele, veepuudusele või öökülmade vastu, pikendada saagi säilimisaega.

• On võimalik vähendada toiduainete tootmise kulusid. Näiteks on aretatud kalu, mis kasvavad kiiremini ja saavutavad suurema massi, kuna neil tekib rohkem kasvuhormooni.

•GMO-de käitumist looduses ei ole võimalik pikaks ajaks ennustada. GMO-sid katsetatakse enne loodusesse päästmist ainult ühe kasvuperioodi jooksul. Katsete läbiviimise eest vastutavad tootjad ise.

• Võõrgeenid võival kas risttolmlemise või viiruste kaudu sattuda looduslike (sugulas)liikide DNA-sse. Kui umbrohutõrjevahenditele vastupidavuse geen satub umbrohu DNA hulka, võivad tekkida superumbrohud, mille vastu kemikaalid enam ei aita. Kahjurputukate suhtes vastupidavad taimed toovad neil putukatel kaasa uue kohastumise.

• Ohtlik võib olla antibiootikumiresistentsuse geeni sattumine inimese soolestikus elunevate organismide kasulike bakterite DNA hulka.

On tõestatud antibiootikumiresistentsete geenide kandumist kariloomade soolebakteritest inimese soolebakteritesse.

• Toit, milles on geenid, mis pärinevad organismidelt, mis pole kunagi inimtoidu hulka kuulunud, võib esile kutsuda allergianähte.

Parapähklipuu metioniinirikka valgu geeni ülekandmine sojapähklitesse suurendas lisaks toiteväärtusele ka allergianähtude hulka.

GMO-sid sisaldava toote pakendamine ja märgistamine (Eesti RK seadus nr 4, Geneetiliselt muundatud organismide keskkonda viimise seadus, vastu võetud 13.01.1999):

1. Toodet tohib turustada pakendatult ja märgistatult.

2. Toote pakendil olev märgistus peab sisaldama:

1) teksti “Toode sisaldab geneetiliselt muundatud organismi” või teksti “ Toode võib sisaldada geneetiliselt muundatud organismi” juhul, kui selle sisaldumine tootes ei ole kindlalt teada;

2) tootes oleva geneetiliselt muundatud organismi nimetust;

3) tootja nime või nimetust;

4) toote omadusi ja tootele sobivaid looduslikke tingimusi.

33

Kontrollküsimused ptk. 3 1. Mis on rekombinant-DNA? 2. Rekombinant-DNA tehnoloogia põhielemendid. 3. Mis on restriktaasid, mille poolest erinevad nad tavalistest nukleaasidest? 4. Mis on DNA restriktsiooni fragmendid ja mis on DNA restriktsiooni kaart? 5. DNA ahela nukleiotiidse järjestuse määramise keemiline meetod. 6. DNA ahela nukleiotiidse järjestuse määramise ensümaatiline meetod. 7. Nukleiinhappelise hübridiseerimise põhimõte. 8. Mis on DNA-sond ja milleks neid kasutatakse? 8. DNA kloonimise mõiste. 9. Nimeta isepaljunevaid süsteeme DNA kloonimiseks. 10. Loetle põhietapid DNA kloonimisel isepaljunevas süsteemis. 11. Polümeraas-ahelreaktsioonis (PCR) vajaminevad põhikomponendid. 12. Polümeraas-ahelreaktsiooni põhietapid. 13. Milleks kasutatakse PCR-i? 14. Insenergeneetika põhilised rakendusalad. 15. Rekombinant-antigeen-vaktsiini valmistamise põhimõte. 16. Rekombinant-vektor-vaktsiini mõiste 17. Mikroobide insergeneetiline atenueerimine 18. Mis on GMO? 19. Millal leiab aset geneetiline muundamine? 20. Mida ei loeta geneetiliseks muundamiseks? 21. Mis on taimede geneetilise muundamise eesmärgiks? Tooge näiteid. 22. Mis on loomade geneetilise muundamise eesmärgiks? Tooge näiteid. 23. Mis on mikroobide geneetilisemuundamise eesmärk? 24. Mida tähendab mõiste organismi kloonimine? 25. Millised loomade kloonimise meetodid on kasutusel? 26. Loetlege geenitehnoloogia hüvesid. 27. Milles nähakse geenitehnoloogia ohte?

33

4. GENEETILISED ANOMAALIAD

Geneetiline anomaalia on geneetiliselt määratud, looma tervise või tõuliste omaduste

seisukohalt soovimatu kõrvalekalle normist.

Teisisõnu looma genotüübist tulenev organismi kasvu ja/ või arengu häire ja/ või düs-, hüpo-

või hüperfunktsioon.

Geneetiline (pärilik) vrs. päritav

Geneetiline anomaalia võib olla päritav, kuid võib olla ka mittepäritav.

Päritavad anomaaliad on põhjustatud retsessiivsetest geenidest või mitteletaalsetest geenidest,

mistõttu kahjulik geen võib ühest põlvkonnast teise edasi kanduda.

Mittepäritavad anomaaliad on tekkinud isendi ontogeneesi käigus toimunud genotüübi

muutuste tagajärjel. Kui selle tulemuseks on isendi viljatus või hukkumine enne suguküpsuse saabumist

(letaalse, subletaalse-, semiletaalse-, subvitaalse geeni tekkimine), siis muutunud geeni edasikandumine

järgmistele põlvkondadele ei ole võimalik. Selle näiteks võib tuua loote geenide kahjustumise

teratogeensete tegurite toime tagajärjel.

Mingis mõttes võib siia hulka lugeda ka mutatsioonid, mis tekivad vanemisendi sugurakkude

geenides, mille tõttu defekt avaldub küll antud isendi järglasel, kuid ei pärandu edasi järgmistele

põlvkondadele.

Wiesner ja Willer (1974) jaotavad pärilikke (geneetilisi) anomaaliaid järgmiselt:

GENEETILINE ANOMAALIA

Kōrvalekalded tõulistes Pärilikud patoloogiad

omadustes

Pärilikud Geneetiline

haigused puudulikkus

34

Haiguste pärilik eelsoodumus

Mitmete haiguste puhul on täheldatav pärilik eelsoodumus- st., et teatud loomaliinides või ka

tõugudel esineb haigust rohkem kui teistel sama liigi isenditel.

Eelsoodumuse puhul avaldub haigus teatud eksogeensete tegurite mõjul. Eelsoodumus on

seotud organismi reaktsiooniga väliskeskkonna mõjudele. Eelsoodumused on determineeritud

polügeenselt, kusjuures peamiste geenide efekti võivad mõjutada modifikaatorgeenid. Täpsemalt

käsitletakse haiguste eelsoodumusega seotud küsimusi edaspidi.

Geneetilisi anomaaliaid põhjustavaid geene saab jaotada sõltuvalt fenotüübilisest avaldumisest

järgmiselt:

Defektne geen

Letaalgeen Morbiidgeen Vitaalgeen

embrüosurm haigus tõuliste omaduste

puudulikkus

loote resorptsioon mittesurmav väärareng

abort

surnultsünd

surm enne suguküpsust

Letaalmorbiidne geen

surm pärast suguküpsust

Letaalgeenideks nim. geene, mis põhjustavad isendi surma enne tema suguküpsuse saabumist.

Letaalgeenid on enamasti retsessiivsed ja nende toime avaldub valdavalt homosügootidel (aa).

Dominantne letaalgeen, mis avaldab oma toimet ka heterosügootsena, esineb harva, sest need

eemaldatakse populatsioonist automaatselt loodusliku valiku poolt. Dominantne letaalgeen säilib

populatsioonis ainult juhul, kui tema penetrantsus pole absoluutne või siis, kui neid mutageneesi teel

pidevalt juurde tekib.

PENETRANTSUS- teatud geenile vastava tunnusega isendite proportsioon seda geeni omavate

isendite hulgas.

35

Arvestades letaalgeenide penetrantsust klassifitseeritakse neid järgmiselt (Rosenbauer, 1969):

Geeni tüüp Penetrantsus (%)

Letaalne 100

Subletaalne > 90

Semiletaalne > 50

Subvitaalne < 50

Morbiidseid ja vitaalseid geene iseloomustab lisaks penetrantsusele ka ekspressiivsus.

EKSPRESSIIVSUS- (mutantse) tunnuse fenotüübiline varieeruvus isenditel, kellel see on olemas.

Näitab geeni avaldumise tugevust tunnuse väljaarenemise tugevuse alusel (minimaalsest-

maksimaalseni)

4.1. PÄRILIKUD TERATOOMID JA DEFEKTID

Loomadel esineb geenidefekte sageli. Geeni defekt põhjustab hälbeid organi arengus. Defekte

esineb kõikides geenides ja organites. Lisaks organite väärarenguile esineb ka ensüümide defekte

(ensümopaatiad), mille tagajärjeks on organismi talitluse häired.

Väärarendite klassifikatsioon:

Fenotüübiliselt jaotatakse väärarendeid (Wiesner ja Willer, 1979):

1) liigväärarendid e. ekstsess väärarendid.- organ on üliarenenud või on neid arvult normaalsest enam.

2) vaegväärarendid e. defitsiit väärarendid - organ on puudulikult arenenud või on neid arvult normist

vähem.

3) düstoopia- organite väärpaiknemine

Lisaks sellele jaotatakse väärarendid fenotüübiliselt ka üksik- ja kaksikväärarenditeks

sõltuvalt sellest, kas väärastunud järglane on üksik või kaksik.

Väärarenditest tuleb eristada atavisme, mis on liigi varasemas fülogeneesi etapis normaalse

tunnuse avaldumine tänapäeval. Atavism on küll anomaalia, kuid mitte tüüpiline väärarend.

Väärarendite tekkepõhjused

36

Väärarendite tekkepõhjused on geneetilised (vt. Ptk. 3.2) või mitmesugused keskkonnategurid–

eksogeensed faktorid. Neist tingitud väärarendeid nimetatakse eksogeenseteks.

Eksogeenseid väärarendeid võivad tekitada järgmised faktorid:

- füüsikalised;

- keemilised;

- infektsioossed;

- toiteelementide vaegus ja toitumishäired.

Pōllumajandusloomade arengudefektide iseloomustus organsüsteemide ja kehaosade kaupa vt.

R. Teinberg (1983): "Pōllumajandusloomade erigeneetika" või "Loomatervise käsiraamat III" ptk. IX J.

Parre: "Pärilikud haigused". Viimases on toodud ka rahvusvaheline koduloomade letaaldefektide

nimistu.

Saksa ja venekeeles vt. Wiesner ja Willer (vastavalt 1974 ja 1979)

4.2. GENEETILISTE ANOMAALIATE ETIOLOOGIA

Kaasasündinud anomaaliate geneetilistest põhjustest on esikohal geenmutatsioonid. Vähem

esineb kromosoomi mutatsioonidest tingitud anomaaliaid. Ka kombinatiivne muutlikkus ja vead

geenide rekombinatsioonil võivad põhjustada defektsete geenide teket.

4.2.1. Mutatsioonid kui anomaaliate geneetilised põhjused

Geenmutatsioonide tagajärjel tekivad uued alleelid. Enamik letaalmutatsioone ja pärilikke

väärarendeid põhjustavaid mutatsioone on geenmutatsioonid, mida iseloomustab lihtne

mendeleerumine.

Defektgeeni toime mingi koe või organi arengule võib olla otsene või kaudne.

Otsene- ebanormaalne rakkude diferentseerumine

Kaudne- blokeeritakse mõne ensüümi süntees.

Mutatsioonide kromosomaalse lokalisatsiooni järgi jaotatakse nad autosoomseteks ja

gonosoomseteks (suguliitelisteks).

Kui mutatsioon on tekkinud ontogeneesi käigus somaatilistes rakkudes, on tegemist somaatilise

mutatsiooniga. Sellisel isendil on seega normaalse genotüübiga rakkude kõrval ka mutantsed rakud.

Sellist isendit nimetatakse mosaiikseks.

37

Funktsionaalselt eristatakse järgmisi geenmutatsioone:

amorfsed (inaktiivsed alleelid)- tingivad tunnuse kadumise

hüpomorfsed (alatoimelised alleelid)- tingivad tunnuse nõrgenemise

hüpermorfsed (ületoimelised alleelid)- tingivad tunnuse tugevnemise

neomorfsed (kodominantne alleel normaalalleeliga)- kvalitatiivselt uue tunnuse ilmnemine

antimorfsed (normaalalleelile antagonistlik alleel)- pärsivad tunnuse avaldumist

Enamiku geenmutatsioonidest tingitud väärarendite ja defektide esinemissagedus on madal.

Sageduse suurenemist täheldatakse juhtudel, kui ristuvate isendite arv populatsioonis on piiratud. Selle

põhjuseid vaatleme edaspidi.

4.2.2. GENEETILISTE DEFEKTIDE PÄRITAVUS JA DEFEKTGEENIDE

REKOMBINATSIOONID

Enamik pärilikke defekte on monogeensed ja nende päritavust iseloomustab mendeleerumine

autosoomsete või suguliiteliste geenide pärandumise reeglite järgi.

Dominantsed defektid- päranduvad ainult juhul, kui nad ei põhjusta varast surma või viljatust.

Esinevad peamiselt heterosügootsetes isendites. Homosügootsus on enamasti letaalne, kui just ei ole

tegemist mittetäieliku penetrantsusega. Defektse isendi ristumisel normaalsega: Aa X aa -> 1/2Aa +

1/2aa, on pooled järglased defektiga.

Retsessiivsed defektid- defektgeen pärandub varjatult heterosügootses genotüübis. Defekt

avaldub sel juhul, kui kahe heterosügootse vanema defektgeenid rekombineeruvad homosügootsesse

genotüüpi:

Aa X Aa -> 1/4AA + 1/2Aa + 1/4aa

38

B

A

Joonis 4.1. Defekti retsessiivne ja dominantne päritavus

Suguliitelise dominantse defekti korral on defektse emaslooma pooled tütred ja pooled pojad

defektiga, defektse isa korral on aga vaid tütred defektiga. Xx* yx -> A0+ Aa + 0a + aa

Suguliiteline retsessiivne defektgeen pärandub heterosügootse emaslooma kaudu, kuid

avaldub peaaegu alati ainult isasloomadel: xX * XY -> 1/4AA + 1/4A0 + 1/4aA + 1/4a0

Eri lookuste defektgeenide koostoime korral tekkiv väärarend on polügeenne defekt.

Polügeensete defektide päritavuse analüüsil tuleb lähtuda geenipaaride inter- ja intrakromosoomse

rekombinatsiooni seadustest.

39

4.3. KROMOSOOMIDE HÄLBED

Kromosoommutatsioonidest on koduloomadel tuntud deletsioonid, duplikatsioonid,

inversioonid ja translokatsoonid, samuti (ka genoommutatsioonidena tuntud) euploidia ja aneuploidia.

Kõige sagedasemaks on translokatsioonid. Kui translokatsioonid on tasakaalustatud seisundis

(vastastikune translokatsioon- kromosoomiosade vahetus kahe mittehomoloogse kromosoomi

vahel), on nende fenotüübiline avaldumine nõrk ja seetõttu leviku risk suur. Translokatsioonid

mõjutavad peamiselt loomade sigivust ja seda negatiivselt.

Näiteks tasakaalus translokatsiooniga kuldiga paaritamisel võib keskmine pesakonna suurus

emistel väheneda kuni kaks korda.

Teiseks enamtuntud translokatsiooni vormiks on tsentromeeride liitumine, kus kaks

akrotsentrilist kromosoomi liituvad üheks metatsentriliseks kromosoomiks. Veisel ja lambal on tuntud

1. ja 29. kromosoomi liitumine (1/29 liitumine), mis veisel põhjustab sigivushäireid. Samas lambal ei

ole kõrvalekaldeid normist täheldatud.

Translokatsioonid põhjustavad sigimishäireid, kuna gameetide moodustumisel meioosis

omandab vaid 50% neist tasakaalustatud kromosoomi.

Deletsioone esineb oluliselt harvem. Nende fenotüübiline avaldumine on tunduvalt tugevam

ning homosügoodid enamasti ja heterosügoodid sageli on eluvõimetud. Eluvõimelistel heterosügootidel

on sagedased väärarendid. Sellest tulenevalt ei püsi need mutatsioonid populatsioonis kaua.

Duplikatsiooni puhul on geenil kaks koopiat. Geenide duplitseerumine on evolutsiooni üks

võtmemehhanisme. Kui geen on korra duplitseerunud, siis võivad kummaski koopias järgnevates

põlvkondades toimuda muutused, mis viivad kahe erineva geeni moodustumisele.

Duplikatsioonid tekivad tavaliselt ebavõrdse krossing-overi tõttu, mis leiab aset ebatüüpiliselt reastunud

homoloogsete kromosoomide vahel meioosi käigus (sugurakkude moodustumisel). Tulemusena tekib

ühes kromosoomis geeni duplikatsioon ja tema sõsarkromosoomis deletsioon.

Duplikatsioonid võivad olla ka teatud haiguslike seisundite põhjuseks. Teatud vähkkasvajate puhul

mängivad duplikatsioonid olulist rolli. Nad võivad põhjustad perifeerset neuropaatiat. Talasseemia

(raskekujuline aneemia vorm) on põhjustatud hemoglobiini geeni kordistumisest.

Inversioonide kohta koduloomadel on andmed kõige napimad ja puudub teave nende osast

väärarendite tekkes. Tõenäoliselt on see marginaalne, kuna geneetilist materjali kaduma ei lähe,

mistõttu ka fenotüübilised muutused on vähetõenäolised.

40

4.3.1. Ebanormaalne kromosoomiarv

Euploidia

Euploidial on tõenäoliselt oluliselt tähtsam roll loomade sigimishäiretes, kui selle kohta on

esitada teaduslikke fakte. Seda seepärast, et euploidsed looted enamasti hukkuvad ja hukkunud loodete

uurimine on alati keeruline.

Kõige põhjalikumad andmed pärinevad uurimustest kanadel. Nii on leitud ühes uurimuses,

5,2%-l kanaembrüotest karüotüübi hälbeid. Nendest 81% puhul oli tegemist euploidiaga: kas haploidia

või polüploidiaga.

Haploidsed karüotüübid olid moodustunud ainult spermi kromosoomistikust.

90% triploididest oli tekkinud munaraku meioosi vigadest ja 10% dispermiast (munaraku viljastamine

kahe spermiga). Kõikidel tetraploididel oli kaks kromosoomi komplekti kummaltki vanemalt ja

arvatakse, et nende tekkimise põhjuseks oli mitoosi häired sügoodi esimestel jagunemistel pärast

viljastumist. Pentaploidid (keda oli vaid kaks üle 9000-st uuritud embrüost) olid moodustunud

tetraploidse munaraku ja normaalse spermi ühinemisest.

Nagu näitavad teise uurimise tulemused, hukkub enamik euploidseid isendeid prenataalses või

varases postnataalses eas. Nimelt kanapopulatsioonis, kus tuvastati 5-13%-l embrüotest

kromosoomihälbeid, ei leitud neid ühelgi 3-6 nädalasel tibul.

Karüotüübi hälbed kui embrüonaalse suremuse põhjus on selget tõestust leidnud nii lammastel,

veistel kui sigadel. Veistel on hinnatud mitmesuguste karüotüübi hälvete sageduseks embrüotel 1-10%,

sigadel 8-27%, lammastel 6-12%. Samas sündinud isenditel on nimetatud hälbed üliharvad.

Sigadel on hinnatud, et 25% kogu embrüonaalsest suremusest on põhjustatud

kromosoomihälvetest. Inimesel aborteerub ca 20% loodetest spontaanselt. Seejuures 30%

spontaansetest abortidest on põhjustatud karüotüübi hälvetest.

Aneuploidia

Aneuploidial on oluline osa sigimishäirete põhjusena nii loomadel kui inimesel. Näiteks on

ühes uurimuses täheldatud 69 %-l sigimishäiretega märadel X kromosoomide ebanormaalsust.

Seejuures olid kõik uuritud märad väliselt normaalsed. Sigimiselundite patoloogiatena täheldati

östraaltsükli ebaregulaarsust või puudumist, emaka ja munasarjade alamõõdulisust, munasarja

folliikulite puudumist. 50%-l naistest, kellel puudub menstruatsioon on samuti tegemist X kromosoomi

hälvetega.

41

Autososoomide aneuploidia

Mõistetavalt esineb võrdselt gonosoomide aneuploidiaga ka autosoomide aneuploidiat, kuid et

viimase puhul on embrüo eluvõime enamasti oluliselt kahjustunud, siis sünnijärgselt võib seda

täheldada oluliselt harvemini. Kõige enam näiteid võib seejuures tuua inimeselt, keda on selles osas

kõige enam uuritud.

Kõige sagedamini esinev autosoomi aneuploidiast tingitud sündroom inimesel on Down'i tõbi,

mida põhjustab 21. kromosoomi trisoomia.

Oluline on märkida, et autosoomide monosoomiat ei ole täheldatud ühelgi elusana sündinud

loomal ega inimesel. Hiirtel tehtud uurimused näitavad, et monosoomsed isendid hukkuvad

embrüonaalse arengu väga varases järgus.

Sugukromosoomide aneuploidia

Kõige sagedamini esinev hälve on ühe X kromosoomi puudumine (eelnimetatud uurimuses

märadel üle poolte X-kromosoomi hälvetest). Seda nähtust nimetatakse monosoomiaks täpsemini X-

kromosoomi monosoomia. X kromosoomi monosoomiat on täheldatud ka hiirel, rotil, kassil, seal ja

inimesel.

Teiseks on täheldatud ka X kromosoomi trisoomiat, mis tähendab, et isendil on üks X

kromosoom üleliia. XXX isenditel funktsioneerib vaid kaks X kromosoomi. XXX isendid on

küllaltki sageli sigimisvõimelised ja nad on andnud normaalse karüotüübiga järglasi.

Nii mono- kui trisoomia põhjuseks on meioosi hälve, nimelt kromosoomide mitte-lahknemine

meioosis. See võib toimuda mistahes kromosoomiga kas I või II meioosis. Sugukromosoomide puhul

sõltub sellise mittelahknemise tulemus isendi soost kus see aset leiab. Emaste puhul on asi lihtne:

mistahes faasis mittelahknemine ka ei toimu, on tulemuseks üks kahe X kromosoomiga munarakk ja

üks X-kromosoomita munarakk. Isaste puhul on asi keerulisem, ja kõiki võimalikke olukordi kirjeldab

joonis 4.1.

"Tasakaalustamata" sugurakud on sageli võimelised osalema sügoodi moodustamisel. Tabel

4.1. illustreerib võimalikke sugukromosoomide kombinatsioone sügoodis.

Tabel 4.1. Võimalikud sugukromosoomide kombinatsioonid sügoodis

42

Sperm

Normaalne Ebanormaalne

X Y XY XX YY 0

Munarakk Normaalne X XX XY XXY XXX XYY X0

Ebanormaalne XX XXX XXY XXXY XXXX XXYY XX

0 X0 Y0 XY XX YY0 0

Tabelis 4.1 esitatud kombinatsioonidest vaid 0, Y0 ja YY0 karüotüüpi ei ole ühelgi imetajal täheldatud.

Võib eeldada, et selline sügoot ei ole eluvõimeline ja hukkub üsna kohe pärast viljastumist. Kõik teised

kombinatsioonid on esinenud vähemalt ühel imetajaliigil.

XXXY ja XXY isenditel on enamasti isase fenotüüp, kuid sellega kaasneb isasele omase

seksuaalkäitumise alaareng või puudumine ning steriilsus. Koduloomadest on seda täheldatud veisel,

lambal ja seal. Inimesel on see tuntud Klinefelter'i sündroomina.

Kokkuvõte: karüotüübi hälvetel on oluline osa embrüonaalse suremuse põhjusena. Kui

embrüonaalses eas on täheldatav nii euploidia kui aneuploidia suhteliselt sageli, siis sündinud

isenditel esineb seda üliharva.

Sugukromosoomide aneuploidiaga kaasnevad loomadel sigimishäired ja seksuaalhälbed.

Karüotüübi hälvete sagedus on perekonniti erinev, olles seega iseenesest geneetiliselt

reguleeritud.

43

Joonis 4.1.

44

4.4. SOOMÄÄRATLUSE HÄIRED

Soomääratluse häired on kōige sagedamini seotud sugukromosoomide aneuploidiaga.

Aneuploidia peamine pōhjus on meioosi patoloogia- kromosoomide mittelahknemine I vōi II anafaasis

(Vt. joonis 4.1.)

Aneuploidia tagajärjeks on sageli hermafrodiitsus vōi pseudohermafrodiitsus.

Tōelise hermarodiitsuse korral on isendil mōlema sugupoole sugunäärmed, seevastu

pseudohermafrodiidil on ühe sugupoole sugunäärmed, aga välised sugutunnused on vastassoolised

vōi intersekssed.

4.4.1 Frimartinism

Frimartiniks nimetatakse steriilset emast kaksikisendit. Frimartinism on kimäärsusest (XX/XY

kimäärsus) tulenev soomääratluse anomaalia.

Kimääriks nimetatakse isendit, kelle organismist vōib leida vähemalt kahe isendi rakke.

Ehkki frimartinismi esineb kōikidel koduloomadel ja ka lindudel, on seda enam täheldatud

veisel. 90% eri sugu kahe-munaraku kaksikvasikana sündinud lehmikutest on frimartinid.

Frimartinismi pōhjuseks on eri sugu kahe-munaraku kaksiku koorionite liitumine ja veresoonte

anostomooside kaudu vereringete ühinemine, mille kaudu toimub vereloomerakkude ja mōnede veel

lōplikult selgitamata substantside vahetus.

Ilmselt on frimartinism seotud H-Y antigeeniga, ehkki mitte kōik kimäärsed isendid ei ole

frimartinid.

Frimartinit iseloomustab vererakkude kimäärsus. Tema gonaadid on maskuliniseerunud ja ta

on sigimatu. Kuid kimäärsusel on lisaks eelnimetatule veel muid mōjusid organismile, millest osa on

mōlemale soole sarnased ja osa sooti erinevad.

Soost sōltumatud tagajärjed:

1) Vererakkude kimäärsus- XX/XY kimäärsus.

1- 100% leukotsüüte pärineb teiselt isendilt;

2 erütrotsütaarset veregruppi kummalgi kaksikul

2) Tolerantsus koe transplantaadi suhtes. Erinevalt teistest kahe-munaraku kaksikutest, ei ole

vähimatki antagonismi teiselt kaksikult siiratava koe suhtes.

45

Tagajärjed isasele kaksikule:

Kuigi suguorganid on morfoloogiliselt normaalselt, vōib sageli täheldada sigimisvōime langust,

mille pōhjuseks on madal sperma tihedus ja vähene liikuvus.

Tagajärjed emasele kaksikule:

Frimartini kujunemine. Suguorganite alaareng on erineva raskusastmega. Enamasti koosneb üks

vōi mōlemad munasarjad nii munasarja kui testise koest (ova-testis). Vahel vōivad aga munasarjade

asemel olla miniatuursed testised.

Välised suguorganid on enamasti normaalse välimusega v.a. kliitoris, mis on enamasti

suurenenud. Emaka arengus vōib täheldada kōiki variante alates normaalsest kuni selle puudumiseni.

Frimartinismi diagnoosimine

Enamik frimartinseid vasikaid on vōimalik avastada 3-6 nädala vanuses lihtsa kliinilise

vaaatluse abil. Kaks tunnust, mille alusel vōib seda teha on:

1) lühike tupp (<12cm)

2) emaka ava puudumine

Nimetatud moel ei ole vōimalik avastada kōiki frimartine. Täiendavalt vōib uurida

leukotsüütide karüotüüpe.

Ka sel testil on piiratud tundlikkus, kuna mōnedel frimartiinidel on kimäärsete leukotsüütide

proportsioon väga väike. Samas ei ole maskulinisatsiooni aste sōltuvuses kimäärsete rakkude

proportsioonist.

Lōpuks tuleb märkida, et frimartinismi esineb ka üksikult sündinud vasikate seas. Seda saab

seletada vaid looteeas isase kaksiku hukkumise ning loote resorptsiooniga.

4.4.2. XX-isased ja XY-emased

Sugu päritakse lihtsal mendelistlikul viisil. Imetajatel määrab sugu Y-kromosoomi olemasolu

sügoodis. Y-kromosoomi toime soo määramisel pōhineb tema omadusel mōjutada rakkudevahelist

"koostööd ja teineteisemōistmist". Rakkude koostööd vahendavad rakumembraani proteiinid, mida

nimetatakse ka retseptoriteks. Y-kromosoomis paiknev geen (SRY-geen) produtseerib membraani-

proteiini, mille ülesanne on selgitada kudede omavahelist sobivust. Sellest tulenevalt nimetatakse seda

proteiini Y-kromosoomi koesobivuse faktoriks e. koesobivus-antigeeniks, lühendatult H-Y antigeen

(ingl.k. histocompatibility antigen).

46

(Retseptorite nimetamine antigeenideks tuleneb sellest, et nad indutseerivad ka antikehade

moodustumist.)

Tänaseks on selge, et kōik heterogameetse soo isendite (näit.: XY-kromosoomidega imetajatel)

normaalsed rakud produtseerivad H-Y antigeeni. See antigeen on eri loomaliikidel immunoloogiliselt

identne ja biokeemiliselt tähelepanuväärselt lähedane. Mis veelgi üllatavam- ta on väga sarnane ka

heterogameetsetel lindudel esineva vastava retseptoriga. Lindudel on heterogameetideks emased

(omavad ZW-kromosoome) ja neil on H-Y antigeeni analoog seotud W-kromosoomiga.

H-Y antigeeni olemasolu mōjutades rakkude diferentseerumist määrab ära kas munasarjade ja

testiste ühistest "eellastest" kujunevad ühed vōi teised.

Testised omakorda eritavad naissuguorganite algete arengut pärssivat faktorit ja androgeene-

isassuguhormoone, mis soodustavad isassuguorganite arengut. Selle eelduseks, et isassughormoonid

toimet saaksid avaldada, peavad suguorganite algete rakud olema omakorda varustatud retseptoritega,

mille abil hormoonid ära tuntakse.

Geneetilise defektina esineb isassuguhormoonide retseptori defitsiit (retsessiivne suguliiteline

defekt). Sellisel juhul arenevad välja väliselt emase isendi sootunnused. Testised jäävad kōhuōōnde,

kuid ka emakas ei arene välja. Saame väliselt emase isendi kellel on aga XY sugukromosoomide paar.

Kirjeldatud anomaaliat nimetatakse testikulaarfeminisatsiooniks e. testikulaar ebaliitsugulisuseks,

ja seda on täheldatud paljudel loomaliikidel.

XX-kromosoomistikuga isase fenotüübi põhjuseks on enamasti Y kromosoomi väikese lõigu

insertsioon ühes X kromosoomis. XY- emase fenotüübi põhjuseks võib olla lisaks eelkirjeldatud

testikulaarfeminisatsioonile, SRY-geeni deletsioon või defekt, mis pärsib H-Y antigeeni produktsiooni

ja seetõttu arenevad XY isendil välja emassugunäärmed.

4.4.3. Vahesugulisuse klassifikatsioon

Nicholas (1987) on esitanud vahesugulisuse klassifikatsiooni sōltuvalt selle etioloogiast:

1) kromosomaalne interseksuaalsus: kromosoomide hälvetest, peamiselt aneuploidiast tingitud

soomääratluse anomaaliad (vahesugulisus)

2) gonaadne interseksuaalsus: normaalne emas vōi isas karüotüüp, kuid vastassugupoole gonaadid,

vōi alaarenenud gonaadid (frimartinism)

3) fenotüübiline interseksuaalsus: normaalne kromosomaalne ja gonaadne soomääratus, kuid osa vōi

kōik välised sootunnused vastassugupoolelt (testikulaar feminisatsioon).

47

4.5. LIIKIDE RISTAMINE

Eri liiki isenditelt ristandite saamine on haruldane ja vōimalik vaid fülogeneetiliselt lähedaste liikide

puhul. Selle eelduseks on mitte ainult kroomosoomide arvu ja struktuuri vōrdsus, vaid ka suure osa

geneetilise materjali sarnasus.

Liikidevahelise ristamise tulemusena saadud järglased on enamasti steriilsed, kuid üksikutel

juhtudel vōib saada ka viljakaid järglasi. Üheks näiteks seejuures on veise (Bos taurus) ja pühvli ristand

(Bos indicus). Veise ja püh <<Avli kromosoomistikus on erinev vaid Y kromosoomi suurus. Samas

veise ja ameerika piisoni (Bison bison) ristandid on enamuses steriilsed, vaid üksikud emased on

sigimisvōimelised, ehkki kahe liigi kromosoomiarv on vōrdne (2n=60).

Hästi on tuntud hobuse ja eesli ristandid. Hobusetäku ja eeslimära ristandina saadakse

hobueesel ning eeslitäku ja hobusemära ristandina muul. Seejuures on kummagi liigi kromosoomiarv

erinev: hobusel 2n=64 ja eeslil 2n=62. Ristanditel on kromosoomiarv 2n=63, mis tähendab, et üks

kromosoom on ilma paariliseta. Lisaks on kromosoomide struktuuris olulisi erinevusi. Siiski on

tegemist fülogeneetiliselt lähedaste liikidega ning geneetilise materjali sarnasus vōimaldab

ristandjärglaste saamist. Kōik isased järglased on steriilsed, kuid üksikuid teateid on olnud

sigimisvōimelistest emastest ristanditest.

Liikide ristamise abil on vōimalik selgitada täpsemalt liikidevahelisi evolutsioonilisi seoseid.

Kirjandus

F.W. Nicholas. Veterinary Genetics. Clarendon Press, Oxford, 1988, 2000

R. Teinberg. Põllumajandusloomade geneetika, Valgus, Tallinn, 1978.

R. Teinberg. Põllumajandusloomade erigeneetika, Valgus, Tallinn, 1983.

E. Wiesner, S. Willer. Veterinäärmedizinische Pathogenetik. VEB Gustav Fischer Verlag, Jena,

1974, 424 S.

48

Kontrollküsimused IV ptk kohta: 4.1-4.2. 1. Geneetilise anomaalia mõiste veterinaargeneetikas 2. Geneetiliste anomaaliate põhiliigitus (Wiesneri ja Willeri järgi) 3. Haiguse päriliku eelsoodumuse mõiste 4. Millised geneetilised anomaaliad on päritavas, millised mitte? 5. Letaalgeeni, morbiidgeeni, vitaalgeeni mõiste. 6. Penetrantsuse mõiste ja letaalgeenide liigitus sõltuvalt penetrantsusest. 7. Ekspressiivsuse mõiste. 8. Väärarendite fenotüübiline klassifikatsioon. 9. Ekstsess väärarendi mõiste 10. Lahkkaksikute klassifikatsioon 11. Liitkaksikute klassifikatsioon. 12. Defektgeeni otsene ja kaudne toime organi arengule 13. Somaatilise mutatsiooni mõiste 14. Geneetilise mosaiiksuse olemus 15. Mutatsioonide funktsionaalne liigitus 16. Autosoomse ja gonosoomse (e. suguliitelise) defekti mõiste 17. Millised translokatsiooni liigid on loomadel sagedasemad? Nende tekkemehhanism. 18. Milline on translokatsiooni mõju organismile? 19. Miks avastatakse loomadel vähe deletsioone? 20. Milline on duplikatsioonide mõju organismile? 21. Milline on inversioonide mõju organismile? 22. Milline sugukromosoomide aneuploidia vorm on enamlevinud? 23. Mis on sugukromosoomide aneuploidia tekkemehhanism? 24. Miks on autosoomide aneuploidiat leida nii vähe? Tooge näide. 25. Mis on tavaliselt euploidia tagajärjeks ? 26. Nimeta eupolidia tekkemehhanisme (3)! 27. Mida ütled euploidia esinemissageduse kohta embrüotel ja sündinud isenditel? Kuidas

kommenteerid? 28. Suguliitelise retsessiivgeeni pärandumine ja defekti fenotüübiline avaldumine 29. Autosomaalse dominantse defektgeeni pärandumine ja defekti fenotüübiline avaldumine 30. Suguliitelise dominantse defektgeeni pärandumine ja defekti fenotüübiline avaldumine 31. Autosomaalse retsessiivse defektgeeni pärandumine ja defekti fenotüübiline avaldumine

49

Ptk 4.3/4.4 1. H-Y-antigeeni osa soomääratluses 2. Mis on eelduseks isassugunäärmete väljakujunemisele kudede diferentseerumisel? 3. Millest sõltub teiseste sootunnuste kujunemine. 4. Testikulaar feminisatsiooni olemus. 5. XX isase fenotüübi tekke põhjus 6. XY emase fenotüübi tekke põhjused 7. Sugukromosoomidega seotud aneuploidia tagajärjed. 8. Hermafrodiitsuse ja pseudohermafrodiitsuse mõiste. 9. Kes on frimartin, mis teda iseloomustab? 10. Kimäärsuse mõiste. 11. Frimartinismi põhjused. 12. Vererakkude kimäärsuse soost sõltumatud tagajärjed. 13. Vererakkude kimäärsuse mõju isasele isendile 14. Vererakkude kimäärsuse mõju emasele isendile 15. Frimartinismi diagnoosimine. 16. Mis on kromosomaalne interseksuaalsus? 17. Mis on gonaadne interseksuaalsus? 18. Mison fenotüübiline interseksuaalsus? 19. Mis on eelduseks liikidevaheliste ristandite saamiseks?

50

5. ÜKSIKU GEENI DEFEKTIST TINGITUD AINEVAHETUSHAIGUSED

(BIOKEEMILINE GENEETIKA)

Biokeemiline geneetika käsitleb pärilike haiguste biokeemilisi mehhanisme.

Tegelikult on võimalik mistahes patoloogiline protsess "tõlkida" biokeemilisse "keelde".

Biokeemiline geneetika tegeleb siiski kõige otsesemas mõttes organismi pärilike biokeemiliste

anomaaliatega s.o. ensümopaatiatega ja rakuainevahetuse defektidega.

Biokeemilise geneetika uurimisobjekti iseloomustab piltlikult joonisel 5.1. toodud skeem

FnA FnB FnC FnD FnE funktsioonid

A B C D E proteiinid

a - b - c - d - e geenid

Joonis 5.1. Biokeemilise geneetika uurimisobjekt

Vaid väikese osa geneetiliste ensümopaatiate biokeemiline mehhanism on tuvastatud kõigis

patoloogilise protsessi etappides. Ensümopaatiate diagnoosimisel on suurem tähtsus väikeloomade

meditsiinis. Põllumajandusloomadel diagnoositakse puht praktilistel põhjustel ensümopaatiaid harva.

Kõik tänaseks tuntud ensümopaatiad on tingitud geenmutatsioonidest.

Mutatsioonid võivad esineda teoreetiliselt kõikides geenides. Tegelikult kõiki neid me ei avasta,

kuna mõned elutähtsad funktsioonid nagu DNA ja RNA sünteesi defektsus on letaalsed ning selline

gameet ei arene edasi sügoodiks ega lähe üle järgnevatesse arenguetappidesse. Teised letaalid aga

põhjustavad surma loote hilisemas arenguastmes.

Tavaliselt avaldub mutatsioon kas polüpeptiidis oleva aminohappe asendumisega teisega või

51

võimetusega üldse sünteesida vastavat polüpeptiidi. Kui sünteesub mutantne polüpeptiid, siis sellest

tulenev funktsiooni häire võib olla väga erinev sõltuvalt sellest, kas peptiid asub ensüümi funktsionaal-

ses tsentris või mujal.

Sõltumata sellest kas funktsionaalne polüpeptiid on mutatsiooni tagajärjel kaotanud osa oma

aktiivsusest või seda peptiidi üldse ei sünteesi, on tagajärg sama- vastava ensüümi defitsiit ja sellest

tulenevalt vastava ensüümi poolt vahendatava füsioloogilise protsessi häire.

Ühe metaboliidi defitsiit võib põhjustada vahel ka teise ülekülluse.

Näiteks: kui reaktsiooniahelas A -> B -> C -> D osalevaid metaboliite kodeerivatest geenidest ühes

tekib mutatsioon (olgu selleks geen c), siis vastavat peptiidi (C) ei sünteesita piisaval hulgal. Selle

tagajärjel ei moodustu ka ahelas järgmist metaboliiti (D). Reaktsiooniahel blokeerub ning tekib vastava

füsioloogilise talitluse häire. Samas metaboliiti B tekib ülekülluses, kuna protsessi seiskumise tõttu ei

kasutata seda ära.

Erinevate pärilike ensümopaatiate olemuse ja biokeemia paremaks mõistmiseks vaatleme

mõnda neist lähemalt.

1) Kaasasündinud püruvaatkinaasi defitsiidist tingitud hemolüütiline aneemia: (esineb Basenji

koertel).

Biokeemiline protsess, milles esineb anomaalsus on anaeroobne glükolüüs erütrotsüütides,

mille käigus moodustub ADP-st ATP. Protsessi normaalne kulg on järgmine:

Glükoos (+ADP) -> .....-> Fosfopüruuv hape--> Püruuvhape-> Piimhape (+ATP)

Püruvaatkinaas

Vt. ka http://www.accessexcellence.org/AB/GG/out_Glycol.html ja

http://www.accessexcellence.org/AB/GG/cell_Oxidat_b.html

52

Skeemist selgub, et püruvaatkinaasi defitsiit põhjustab:

1) glükolüüsi puudulikkust,

2) fosfopüruuvhappe ja teiste ahelas eespool olevate vaheproduktide kuhjumise organismis,

3) mis kõige tähtsam- püruuvhappe ja piimhappe alaproduktsiooni ja sellega kaasneva ATP- vaeguse

punalibledes.

ATP-vaegus vähendab aga erütrotsüütide eluiga, mille tagajärjeks on hemolüütiline aneemia.

Muud kliinilised tunnused on nõrkus, unisus, südame rütmihäired, tahhükardia, kahvatus jne.

Tegemist on retsessiivse haigusega, st. kliinilised tunnused avalduvad defektse geeni suhtes

homosügootsetel isenditel: haiged on dd, terved aga DD ja heterosügoodid Dd (Vt joonis 5.2 A).

Seejuures on Dd isenditel PK aktiivsus ca 50 %. Sellest järeldub, et PK-aktiivsust silmas pidades on

defektne geen kodominantne, kuna avaldab toimet ka heterosügoodil, kuid toime on osaline võrreldes

homosügoodiga.

Sellest tuleneb, et genotüüp ja fenotüüp ei ole üks-üheses vastavuses (üks geen - üks tunnus e.

feen). Fenotüüp on suhteline mõiste ja sõltub sellest, mis tasandil me tunnuseid vaatleme. Antud juhul

on meil PK-aktiivsuse suhtes kolm fenotüüpi: (1) PK-aktiivsus 100% (genotüüp DD); (2) PK- aktiivsus

50% (Dd); (3) PK-aktiivsus 0% (dd). Kliinilise haiguse suhtes on meil vaid kaks fenotüüpi: haiged (dd)

ja terved (DD+Dd).

Joonis 5.2 .

A

B

53

2) Kaasasündinud lüsosomaalse katabolismi häired

Lüsosoomid on rakumembraaniga seotud organellid, mis asuvad tsütoplasmas. Nad sisaldavad

kataboolseid ensüüme, mis lõhustavad polümeere monomeerideks (aminohapeteks, nukleotiidideks,

monosahhariidideks, lipiidideks). Kui mõne ensüümi produktsioon osutub defitsiitseks, kuhjuvad

nendesse või mujale raku tsütoplasmasse vastava polümeeri varud.

Kliiniliselt avaldub see haigus noorlooma aeglases kasvus, närvihäiretes. Haigus on

progresseeruva iseloomuga ja lõpeb alati surmaga.

Tänaseks on teada 11 erinevat lüsosomaalse katabolismi häiret, mille pärilik iseloom on

tuvastatud.

Majanduslikult kõige tähtsam neist on veiste mannosidoos Anguse tõul (oligosahhariidide

kuhjumine). Põhjustab vasikate surma esimese eluaasta vältel. On olnud probleemiks Uus-Meremaal.

Friisi tõugu veistel esineb GM1 gangliosidoos. Põhjuseks on β-galaktosidaasi aktiivsuse langus

70-80% ja galaktoosi kuhjumine ganglioni rakkudesse. Kliinilised tunnused (tagajäsemete järel-

vedamine, liikumatus e. lamamine, lihaste pingulolek) ilmnevad esimestel elunädalatel. Vasikas sureb

esimese eluaasta jooksul. Mikroskoopiliselt leitakse neuronite vakuolisatsiooni.

On oluline veiste BSE diferentsiaaldiagnostikas, kuna vakuoolid on histoloogiliselt eristamatud

BSE puhustest vakuoolidest. Vaid vakualisatsiooni lokalisatsioon (BSE puhul peaajus) ja haigete iga

võimaldavad patomorfoloogiliselt eristada ühte haigust teisest.

Chediak-Higashi haigus on naaritsate autosomaalne retsessiivne haigus. mis esineb harva ka

hiirtel, kassidel, veistel, vaaladel ja inimesel. Iseloomulikud on pigmentatsiooni häired, millega

kaasneb osaline albinism, suured graanulid leukotsüütides, kõrgenenud haigusvastuvõtlikkus ja varane

surm. Närvihäired puuduvad.

Retsessiivse geeni suhtes homosügootseil naaritsail, on karvkate spetsiifilise pigmentatsiooniga,

mida nimetatakse Aleuudi tooniks. Aleuudi toon on olemuselt Chediak-Higashi haigusega kaasnev

pigmentatsiooni defekt. Seega aretades Aleuudi tõugu naaritsaid selekteeritakse pidevalt loomi ka C-H

haiguse geenide suhtes. Sellest tulenevalt on C-H haigus ka Aleuudi tõugu naaritsate seas äärmiselt

levinud. C-H haigusega kaasneb loomade resistentsuse langus infektsioonide suhtes. Sellest tulenevalt

täheldati ka Aleuudi haiguse (plasmotsütoosi) viiruse levikut esmalt vaid Aleuudi tõugu loomadel,

kusjuures viiruse patogeensus oli äärmiselt kōrge. Tänapäeval, kus on teada, et Aleuudi haiguse viirus

levib kõigi naaritsatõugude hulgas, on selgunud, et Aleuudi tõugu isendite suremus on nakatumise

korral 5-8 korda suurem võrreldes teiste tõugudega.

54

(täiendavaks lugemiseks vt.:

http://brainpath.medsch.ucla.edu/fulltext/0801pdf/walkley.pdf)

3) Dermatosparaksis

On sidekoe pärilik defektsus, mis esineb lambal ja veisel. Sellega kaasneb naha kärisemine

(latseratsioon). On autosoomne retsessiivne haigus. Prokollageen-peptidaasi defitsiidi tagajärjel

moodustub ebanormaalne prokollageen ja sellest kollageeni ei moodustu. Selle asemel moodustab

prokollageen lamedaid, põimunud ribasid.

(vt. http://www.accessexcellence.org/AB/GG/collagen_Elastin.html)

Selle haigusega sarnase kliinilise pildiga on naaritsatel, koertel ja kassidel esinev naha asteenia

(autosoomne dominantne haigus). Kuid antud juhul ei ole ilmselt tegemist ensümopaatiaga vaid

kollageeni kiudude defektiga, mille tagajärjeks on nende liitumishäired.

Kui esimesel juhul oli tegemist defektiga struktuurses geenis, mis kodeerib prokollageeni

"töötlemist" reguleeriva ensüümi-peptiide, siis teisel juhul on tõenäoliselt tegemist kollageeni enda

sünteesi kodeeriva struktuurse geeni defektiga.

Nähtust, kus sarnaste kliiniliste tunnustega haigustel on erinev geneetiline taust ja biokeemiline

mehhanism nimetatakse haiguse geneetiliseks heterogeensuseks (HGH). HGH on enamasti

liikidevaheline, kuid võib olla ka liigisisene (viimasel juhul on haiguse etioloogia selgitamine väga

keerukas).

Piisavalt on alust arvata, et retsessiivsed haigused on seotud ensüümi defitsiitidega ja

dominantsed haigused mitteensümaatiliste polüpeptiidide defektidega. Seda hüpoteesi kinnitab ka

eeltoodud näide sidekoe defektidest.

4) Pärilikud hemofiiliad

Vere hüübivus on seotud veresoonte seinte, trombotsüütide ja hüübivusfaktorite talitlusega.

(vt. joonis 5.3 http://tollefsen.wustl.edu/projects/coagulation/coagulation.html ja

http://www.vetmed.wsu.edu/courses_vm551_crd/coag.htm). Vere hüübimise protsess on

keerukas biokeemiliste reaktsioonide ahel, milles osaleb arvukalt erinevaid proteiine ja ensüüme. Mõne

teguri puudumine või talitluse häire põhjustab vere hüübimatuse.

55

Vaatleme siinkohal hüübivusfaktorite

defitsiidiga seotud hemofiiliaid, kuna nende

Pōhjuseks on sageli ühe geeni defekt.

Loomadel on leitud geneetilise etioloogiaga

hüübivusfaktorite defitsiite I, II, VII, VIII, IX,

X, XI ja XII faktori osas.

Suures enamuses avaldub heterosügootsetel

isenditel haigus ka kliiniliselt, seda küll

kergekujuliselt. Antud juhul on seega geeni

toime "haiguse" kui tunnuse suhtes sama, mis

"hüübivusfaktori" suhtes ning me võime öelda,

et defektne geen on normaalse suhtes

kodominantne. Kuna ükski loetletud

faktoritest ei ole ensüüm, siis eelmises

alalõigus tehtud üldistus peab ka antud juhul

paika. Siiski on II, VII, X ja XI faktor

ensüümide prekursoriteks, millest tuleb

järeldada, et 50% prekursori kontsentratsioon

organismis ei ole piisav kliiniliste tunnuste vältimiseks.

Hüübivusfaktorite defitsiidiga seotud hemofiiliate hulka kuuluvad ka hemofiilia- A ja

hemofiilia-B, mis on vastavalt seotud VIII ja IX faktori defitsiidiga. Need on retsessiivsed haigused,

mistõttu heterosügootidel kliinilisi tunnuseid ei

ilmne, vaatamata sellele, et neil ilmneb faktori

kontsentratsiooni langus. Teine omapära on

nimetatud haigustel see, et nad on suguliitelised

haigused, mistõttu vaid emased võivad olla

heterosügootsed ja seega kandjad ning isased on

tabandunud X kromosoomi olemasolul alati

haiged, või kui X kromosoom ei ole

tabandunud, siis terved homosügoodid.

Kahe viimase haiguse puhul tekib

56

küsimus, kuidas on võimalik, et mitteensümaatilise proteiini defektiga kaasnev haigus saab olla

retsessiivne. Kuigi lõplikult on asi tänaseks selgitamata arvatakse, et mis puudutab hemofiilia-A-d, siis

põhjus on selles, et faktor VIII on proteiin, mis reguleerib hüübimisprotsessi ja seda on vaja suhteliselt

väikeses koguses, nii et piisab ka sellest, mida heterosügoot on võimeline produtseerima. Hemofiilia-B

puhul võib kehtida sama reegel, kuid faktiline tõestusmaterjal selle kinnitamiseks ei ole piisav.

5) Kaasasündinud immuundefitsiidid

Kuna immuunsuse geneetikat käsitleme eraldi peatükis, siis siinkohal esitame lühidalt vaid

mõned põhimõtted antud küsimuses.

Kõrgemate loomade immuunsüsteem jaguneb laias laastus kaheks: raku poolt vahendatud

immuunsus (RVI) ja humoraalne, e. antikehadega seotud immuunsus. Joonisel 5.5. on esitatud

lihtsustatud immuunsüsteemi skeem, kus on osutatud ka kohtadele, kus võib esineda defekte, mis

takistavad immuunsuse väljakujunemist.

Luuüdi tüvirakud

1

Lümfoidkoe eelrakud

2 3

Tüümus Kaudaal bursa

või selle

analoog

T-rakud B-rakud

4

RVI Antikehadega

seotud immuunsus

Joonis 5.5. Lihtsustatud immuunsüsteemi skeem koos blokeeritud piirkondadega kaasasündinud

immuundefitsiitide puhul.

57

Üheks paremini uuritud immuundefitsiidiks loomadel on Araabia hobustel esinev nn.

kombineeritud immuundefitsiit (KID), mis on autosoomne retsessiivne haigus. Selle puhul puuduvad

nii T kui ka B lümfotsüüdid, kuna blokeeritud on tüvirakkude areng (blokeering punktis 1).

Kliinilisteks tunnusteks on lümfopeenia, Ig-defitsiit, RVI puudumine ja põrna ning lümfisõlmede

väiksus. Varssadel ilmneb seetõttu vastuvõtlikkus infektsioonidele ja nad surevad esimese 5 elukuu

jooksul. KID biokeemiline mehhanism ei ole selge. Analoogse haiguse põhjal inimestel võib oletada, et

tegemist on puriini ainevahetuse defektiga.

Immuundefitsiite on täheldatud ka veisel. Näiteks taani mustakirjul tõul esineb RVI

puudulikkus (blokeerumine punktis 2). Haigust iseloomustab tüümuse alaareng. Tabandunud vasikad

surevad esimese 4 elukuu jooksul. Taani punasel tõul on täheldatud selektiivselt erinevate Ig tüüpide

defitsiite (kas Ig G või Ig M; blokeering punktis 4). Hobustel on aga leitud täielikku Ig-puudulikkust e.

agammaglobuliineemiat (blokeering punktis 3).

Enamik immuundefitsiite on harvad. Selle Pōhjuseks on defekti letaalsus, mis piirab defektse

geeni levikut populatsioonis.

Kontrollküsimused V ptk. kohta

1. Biokeemilise geneetika määrang ja uurimisobjekt.

2. Mis on ensümopaatiate pōhjuseks?

3. Kuidas mõjutab organismi funktsioone ensüümi kodeeriva geeni defekt, võrdlevalt nimetatud geeni

"väljalangemisega"?

4. Organismis esineva metaboolse ahelreaktsiooni ühe metaboliidi defitsiidi võimalikud tagajärjed.

5. Fenotüüpide arv püruvaatkinaasi defitsidi puhul sõltuvalt haiguse kliinilisest avaldumisest ja

püruvaatkinaasi aktiivsusest. Kirjelda fenotüüpe mõlemal juhul.

6. Lüsosomaalse katabolismi häirete olemus. Too näiteid.

7. Haiguse geneetilise heterogeensuse mõiste sidekoedefektide näitel.

8. Defektgeeni avaldumine sõltuvalt sellest kas ta kodeerib ensüüme või kudede struktuurseid proteiine.

9. Kuidas iseloomustada hüübivusfaktorite defitsiiti tingivate defektgeenide toimet normaalgeeni suhtes

(enamasti)?

10. Mis on immuundefitsiit? Näited

11. Miks esineb pärilikke immuundefitsiite suhteliselt harva?

58

6. MULTIFAKTORIAALSED POLÜGEENSED PÄRILIKUD HAIGUSED.

HAIGUSE PÄRILIK EELSOODUMUS

Paljud haigused on nn. perekonnahaigused. See tähendab, et haiguse esinemissagedus teatud

perekonnas on kõrgem kui populatsioonis keskmiselt. Haiguse "perekondlik iseloom" võib olla tingitud

(1) ühesugustest elutingimustest e. keskkonnast või (2) mõnest patogeenist, mis antud perekonna

liikmete seas levib (infektsioonide vertikaalne levik) või (3) ühistest geenidest või (4) on põhjuseks

kolme loetletud tingimuse kombinatsioon.

Eelmistes peatükkides kõneldud haiguste puhul on kerge vastata küsimusele, miks nad on

perekonna haigused, kuna põhjuseks oli üksiku geeni defekt ja nende haiguste pärandumine allub Mendeli

seadustele. Kuid on olemas rühm haigusi ja anomaaliaid, mis on selgelt perekondliku iseloomuga ka siis,

kui kõigi keskkonnategurite mõju on välistatud, kuid ei allu Mendeli pärandumisseadustele. Sellistel

puhkudel räägime haiguste multifaktoriaalsusest, polügeensusest ja pärilikust eelsoodumusest.

Polügeensed fenotüübi anomaaliad

Erinevate geenide koostoime tagajärjel tekkiv fenotüübi anomaalia on polügeenne defekt.

Geenide koostoime võib olla kvalitatiivse või kvantitatiivse iseloomuga.

Geenide kvalitatiivse koostoime puhul on igal geenil iseseisev selgesti avalduv toime. Niisugustel

juhtudel esineb järglaskonnas kvalitatiivne lahknemine kooskõlas polügeense mendeleerumise reeglitega.

Fenotüübitunnuse variatsioon on sellisel juhul määratud geenialleelide arvuga. Geenide fenotüübiline

avaldumine, nende penetrantsus ja ekspressiivsus olenevad modifikaatorgeenide toimest.

Modifikaatorgeenide toime eraldi on nõrk, kuid olles polümeerses koostoimes peamiste geenidega võivad

tugevdada, piirata või täielikult alla suruda geeni toime.

Geenide kvalitatiivse koostoimega on tavaliselt tegemist juhtudel, kui koostoimivate geenide arv

on piiratud (oligogeensed tunnused). Näiteks melanogeneesi (pigmentatsiooni) geneetiline kontroll on

tagatud polügeenselt, kus juures geenide koostoimel on kvalitatiivne iseloom. Veiste spastilise pareesi

põhjuseks arvatakse olevat viie geenipaari komplementaarne toime.

Kvantitatiivsel geneetilisel alusel põhinevad tunnused on määratud väga paljude erinevate

geenide poolt ja üksiku geeni toime tunnusele on vaevumärgatav. Klassikalised kvantitatiivsed tunnused

(e arvtunnused) on nii öelda mõõdetavad tunnused (pikkus, kaal jne.). Selliste tunnuste variatsioon

59

populatsioonis on statistilises mõttes pidev. See tähendab, et tunnuse väärtustele on iseloomulik lineaarsus

(piisavalt suures populatsioonis on mistahes tunnuse väärtusega isendeid). Selliste tunnuste alusel jaotuvad

populatsiooni loomad tavaliselt vastavalt normaaljaotusele.

0102030405060708090

100

0 1 2 3 4 5 6 7 8

Tunnuse väärtus

Loom

ade

arv

Joonis 6.1. Tunnuse x suhtes normaaljaotusele vastav populatsioon

Kvantitatiivsed tunnused (seega ka fenotüübi anomaaliad) arenevad välja geenide polümeerses

koostoimes ja üksikute geenide toime tunnusele on aditiivne e. summeeriv. See tähendab, et geenide toime

tunnusele on samasuunaline.

Lisaks sellele, et kvantitatiivsed tunnused on määratud paljude geenide poolt, mõjutab nende

väljakujunemist ka keskkond. Geneetiliselt on määratud tunnuse potentsiaal (maksimaalne määr),

keskkonna tingimustest sõltub mil määral seda potentsiaali kasutatakse tunnuse kujundamiseks.

Geenide aditiivse koostoime tagajärjel kujunevate anomaaliate korral on iseloomulik, et

tabandunud isendite hulgas on esindatud anomaalia erinevad raskusastmed. Kliinilisest seisukohast

võib lihtsustatult öelda, et populatsioon jaotub skaalale „väga terve-väga haige“ normaaljaotuse alusel.

Näiteks nägemisvõime on tunnus, mida on suhteliselt lihtne mõõta. Populatsioonis on väga mitmesuguse

nägemisvõimega isendeid ning teatud piirist alates räägime me nägemise puudulikkusest. Kvantitatiivsele

tunnusele on iseloomulik, et keskmisele väärtusele lähedase tunnuse väärtusega isendeid on

populatsioonis enam. Nii on ka selliste anomaaliate puhul kergema haigusvormiga isendeid rohkem kui

raskema haigusvormiga isendeid.

Eeltoodud näites oli meil tegemist olukorraga, kus geenide aditiivne toime tunnusele oli avaldus

kõikidel isenditel. Enamiku fenotüübi anomaaliate puhul on meil aga tegemist olukorraga, kus

60

anomaalia avaldub alles siis, kui aditiivsete geenide hulk (anomaalia genetiline komponent) on

kumuleerunud järglaskonnas teatud tasemeni. Sellisel juhul on tegemist geenide "lävidoosi" fenomeniga,

mis fenotüübi anomaaliate seisukohast tähendab seda, et haigus avaldub vaid juhul kui isendi genotüübis

on teatud hulk defektseid geene.

Selliseid fenotüübi tunnuseid, mis kujunevad aditiivsete geenide kumuleerumisel teatud piirini

nimetatakse lävitunnusteks (threshold trais).

Lävitunnuste päritavus sarnaneb oligogeense tunnuse päritavusega , mille avaldumist mõjutavad

modifikaatorgeenid. Seetõttu on sageli raske eristada oligogeenseid anomaaliaid polügeensetest

anomaaliatest.

Soodumus ja lävi

Kuna kvantitatiivsel geneetilisel alusel kujunevad fenotüübianomaaliad on tugevasti mõjutatud

keskkonna tingimustest, siis on just nende puhul kasutuses mõiste eelsoodumus. Hõlmamaks mõlemat

selliste haiguste etioloogias tähtsust omavat komponenti – genotüüp ja keskkonna tingimused, on Nicholas

(1988) soovitanud kasutada mõistet soodumus. Ka mõiste – haiguse lävi, omandab selles kontekstis

laiema tähenduse

Soodumuse kontseptsiooni paremaks mõistmiseks rakendame neid mõisteid esmalt monogeense

defekti iseloomustamiseks. Olgu meil autosomaalse retsessiivse geeni poolt tingitud haigus. Seega kõik

retsessiivse geeni suhtes homosügoodid e. kaksik-retsessiivid (dd) on haiged, kaksik-dominandid (DD) ja

heterosügoodid (Dd) aga mitte. See haigus on "kõik või ei midagi" (dihhotoomse) tunnuse näide.

Soodumuse kontseptsioonist lähtudes järeldub, et antud haiguse eelsoodumus on piisavalt kôrge

haiguse avaldumiseks neil isenditel, kellel on kaks retsessiivset geeni (dd). Seega on antud haiguse

soodumus määratud genotüübi poolt (mis on monogeensete defektide puhul ka tüüpiline).

SOODUMUS-(LIABILITY)- geneetiliste ja väliste tegurite kompleks, mille mõju tagajärjel

areneb isendil suurema või väiksema tõenäosusega välja haigus või defekt

Mõiste lävi paremaks mõistmiseks vaatleme joonist 6.1. Näite puhul, kus haiguse soodumus oli

61

määratud genotüübiga, asetseb haiguse lävi piltlikult öeldes haigust põhjustava ja seda mitte põhjustavate

genotüüpide vahel.

% terved haiged lävi 50 25 DD Dd dd Genotüüp Joon. 6.2. Haiguse soodumus ja lävi

HAIGUSE LÄVI on patogeense(te) teguri(te) mõju selline tase, mille esinemisel haigus avaldub

e. soodumuse aste, mis on piisav haiguse avaldumiseks.

(Läve mõistet võib piltlikult kirjeldada ka kui organismi taluvusläve.)

Meie näite puhul on patogeenseks teguriks retsessiivsed geenid genotüübis ja haiguse läveks on

kahe retsessiivi (dd) esinemine.

Mittetäielik penetrantsus ja haiguse lävi

Võtame järgmiseks pisut keerulisema olukorra. Sigadel esineb monogeenne autosomaalne

retsessiivne defekt MHS (ingl. k. malignant hyperthermia syndrome)- pahaloomulise hüpertermia

sündroom e. sigade stressi sündroom. Sel puhul esineb sigadel kehatemperatuuri tõus, lihaste jäikus ja

metaboolne atsidoos, mille tagajärjel loom lõpeb. Haigus avaldub sigadel tugeva stressi tagajärjel

(laadimine ja transport). Seda saab esile kutsuda ka kunstlikult, halotaani aurude inhalatsiooniga. MHS-

homosügootsed sead reageerivad halotaanile 2 minuti jooksul tagajalgade lihaste jäigastumisega. Kui

inhalatsioonil 3 minuti jooksul jäikust ei teki - klassifitseeritakse siga areaktiivseks e. MHS-resistentseks.

62

Kuid halotaantest annab ka “vale-positiivseid” ja “vale-negatiivseid” tulemusi. Ristluses haige x

haige saadakse vaatamata sellele, et järglased on homosügootsed kaksikretsessiivid, 98% reaktiivseid ja

2% mittereaktiivseid isendeid. Seega on tegu olukorraga, kus kaksikretsessiividel dd on erinev soodumus.

Joonis 6.3. selgitab antud olukorda piltlikult. % terved haiged lävi 50 25 DD Dd dd dd

Genotüüp

Joon. 6.3. Genotüüpide jaotus osalise penetrantsuse korral.

Joonisest ilmneb, et antud juhul genotüüp ei ole ainus tegur, mis määrab haiguse avaldumise,

ehkki tal on oluline osakaal patogeensete faktorite seas.

Juhtudel, kus haiguse pärandumises on vaid väike erinevus võrreldes üksiku geeni pärandumisega

ja kus nende kõrvalekallete põhjused on ilmselt keskkonnalised (mitte geneetilised), on otstarbekas

käsitleda selle haiguse pärandumist kui üksiku osalise penetrantsusega geeni pärandumist.

Soodumuse multifaktoriaalne mudel

Kasutame näitena koera puusaliigese düsplaasiat, mille tagajärjeks on iseeneslik puusaliigeste

nihestumine ja invaliidsus. Haigust diagnoositakse varases staadiumis röntgenoloogiliselt arsti subjektiivse

hinnangu alusel.

Saksa lambakoeral on leitud, et ristluses haige x haige saadakse 86% haigeid järglasi. Labradoridel

on haigete järglaste osakaal 63%. Seega, võttes aluseks eelmise mudeli mõisted, on retsessiivse

(puusaliigese düsplaasia) geeni a penetrantsus labradoridel 63% aa-dest ja saksa lambakoertel 86%.

Teisisõnu on labradoridel aa isenditest 63%-l soodumus piisavalt kôrge, et haigus avalduks ja 37%-l

63

piisavalt madal, et see ei avalduks. Antud olukorda võib graafiliselt kujutada järgmiselt:

. 37% 63% 0 -└┬──┬──┬──┬──┼──┬──┬──┬──┬──┬──┐

lävi

terved haiged %

-4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 5 6 Soodumus

Joon. 6.4. Soodumus ja lävi retsessiivse geeni osalise penetrantsuse korral.

Puusaliigese düsplaasia väljakujunemist mõjustab hulk väliseid tegureid nagu näiteks treeningu ja

söötmise tase looma kasvueas. Ületreenitutel ja ülesöödetutel avaldub haigus sagedamini. Lisaks sõltub

haiguse avaldumine alati ka diagnoosimisest ning nagu eespool nimetatud, on haiguse diagnoosimine

algstaadiumis subjektiivne. Seetõttu võib väärklassifitseerimine olla varieeruvuse allikaks haiguse

registreerimisel aa-isenditel.

Lisaks välistele teguritele mõjutavad düsplaasia kujunemist teised geenid, mis samuti reguleerivad

puusaliigeste arengut.

Eelnevat kokkuvõttes võime väljenduda, et puusaliigese düsplaasia on tingitud üksiku geeni

retsessiivsest defektist, mille avaldumise soodumust homosügootidel (aa) mõjutavad mitmed välised ja

geneetilised faktorid.

Oluline on siinkohal mõista, et haigus avaldub vaid isenditel, kelle soodumus (geneetiliste ja

väliste patogeensete tegurite koosmõju tase) on kõrgem kui lävi.

Kuna antud näite puhul on defektse geeni avaldumine mõjutatud arvukatest teguritest, siis selle

pärandumist ei ole praktiliselt võimalik kirjeldada mendelistliku pärandumise reeglite alusel. Seetõttu ei

64

ole otstarbekas ka kasutada üksiku geeni osalise penetrantsuse mõistet ja kontseptsiooni.

Kui haiguse avaldumine on mõjutatud arvukate geneetiliste ja keskkonna tegurite poolt, siis on

õigem käsitleda seda kui multifaktoriaalset haigust.

Kui haigus on multifaktoriaalne, siis võime eeldada, et ka teistsuguse genotüübiga isenditel (AA ja

Aa) võib haigus avalduda. Piltlikult näeks sel juhul meie graafik välja järgmine:

a)

terved

lävi haiged %

|

-6 |

-5 |

-4 |

-3 |

-2 |

-1 |

0 |

1 |

2 |

3 |

4 |

5 |

6

Soodumus

.

b)

haiged lävi

terved %

|

-6 |

-5 |

-4 |

-3 |

-2 |

-1 |

0 |

1 |

2 |

3 |

4 |

5 |

6

Soodumus

Joon. 6.5. Soodumus ja lävi multifaktoriaalse haiguse korral võrdlevalt lähtudes osalise

penetrantsuse kontseptsioonist (a) ja multifaktoriaalsest mudelist (b)

Multifaktoriaalse mudeli eelised selliste nähtuste seletamisel tulevad veelgi selgemalt esile, kui

65

vaatleme osalise dominantsusega geenide toimet. Sellisel juhul avaldub haigus juba olulisel osal

heterosügootidest samuti, mis muudab genotüübi kasutamise lävitunnuse määrajana praktiliselt võimatuks.

Multifaktoriaalse mudeli puhul on võimalik määratleda pärilikkuse teguri osakaal haiguse tekkes

(teatud mõttes võib seda nimetada ka päriliku eelsoodumuse arvuliseks väljenduseks). Seda tehakse

tunnuse päritavuse e. heritaabluse leidmisega.

Käesolevas kontekstis käsitleme heritaablust kui tunnuse geneetilistest teguritest tingitud

variatsioon populatsiooni koguvariatsioonis.

Antud juhul on meil tunnuseks soodumus. Soodumuse variatsioon tähendab populatsiooni

loomade erinevust soodumuse osas teatud anomaalia suhtes. Soodumuse heritaablus on loomade

geneetilisest erinevusest tingitud soodumuse erinevuse proportsioon loomade soodumuse

koguvariatsioonis. Kui soodumuses täheldatav variatsioon on tingitud ainult geneetilistest teguritest

(st., kogu populatsiooni mõjutavad keskkonnalised tegurid on võimalik välistada), on haiguse

soodumuse heritaablus 100%. Kui isendid on ühesuguse genotüübiga geenilookuse osas, mis peaks

olema soodumuse põhjuseks, kuid soodumuses on täheldatav teatud varieerumine, siis soodumuse

heritaablus on 0%. Neid äärmusi multifaktoriaalsete haiguste korral tegelikkuses muidugi ei esine.

Tavaliselt on soodumuse päritavus vahepealne 0,05-0,6 e. 5-60%, mis näitab, et keskkonna faktorid

mõjutavad soodumust oluliselt.

Geneetilised faktorid

Tunnus 2 Tunnus 1

Keskkonna tegurid

66

Mitme lävega haigused

Mitme lävega haigustest räägime juhul, kui haigusel on selgelt määratletavad raskusastmed-

näiteks morfoloogilise defekti ulatus. Sellistel puhkudel on defekt seda raskem, mida suurem on

soodumus. Ühtlasi on võimalik antud juhul määratleda mitu läve sõltuvalt defekti raskusastmest.

Näiteks kaasasündinud persistentne arterioosjuha (PA) avaldub koertel kas juha osalise

sulgumisena (PAO) või täieliku avatusena. Antud juhul võib eristada 2 läve. Tabandunud vanemate

ristamisel saadakse järglasi järgmiselt:

Järglaskond Ristamise viis

Normaalsed (N) PAO PA

PA X PA 17% 17% 66%

PA X N (I astme PA

sugulane) *

33% 22% 45%

PA X N 78% 12% 10%

*Esimese astme sugulased on vanemad ja täis õved e. sibs'id e. õed-vennad

Toodud andmed illustreerivad ilmekalt mitme lävega haigustele omaseid seaduspärasusi:

1) Tabandunud järglaste saamine normaalsetelt vanematelt on (nii sageduse kui defekti raskuse poolest)

sõltuvuses sellest, kui lähedases suguluses on vanemad tabandunud isendiga.

2) Defekti raskus on sõltuvuses soodumusega seotud geenide "doosist", mille isend omandab vanematelt

3) Defekt on sagedasem ja raskem raskemaastme defektiga tabandunud isendite sugulastel.

Kokkuvõtteks perekonnahaigustest

1) Haigestumuse kordaja

Lihtne ja tõhus meetod haiguse päritavuse selgitamiseks on haigestumuse võrdlemine haige

indiviidi perekonnas ja populatsioonis tervikuna. Meetod on kõige sobivam muidugi "kõik või mitte

midagi" haiguste puhul. See seisneb haigestumuse suhtarvu arvutamises:

haigete isendite sagedus haigete sugulastel

haigete sagedus kogupopulatsioonis.

67

Haigestumuse suhtarvu väärtus võib olla teoreetiliselt mistahes arv, mis on nulli ja lõpmatuse

vahel. Dominantsed ja retsessiivsed monogeensed haigused on suhteliselt harvaesinevad

kogupopulatsioonis (0,001-0,1%), kuid haige lähisugulaste hulgas on need väga kôrge sagedusega

(haigestumuse suhtarv: 100-10000). Multifaktoriaalsed haigused seevastu on populatsioonis tervikuna

sagedamini ettetulevad (0,05-1%), kuid haige lähisugulastel suhteliselt väiksema sagedusega

(haigestumuse suhtarv: 5-100).

2) Päritavus e. heritaablus. Päritavuskoefitsient- h2

Heritaablus laiemas mõistes kujutab endast geneetilise determineerituse astet. Seda saab

kasutada nii monogeensete kui polügeensete ja multifaktoriaalsete haiguste puhul (vt. eestpoolt ja joonis

6.6).

Joonis 6.6. Heritaablus laiemas mõistes

Kitsamas mõistes näitab heritaablus millisel määral kandub tunnus edasi vanematelt järglastele.

Teisisõnu, ta näitab, kuivõrd sugulased teineteisega sarnanevad.

Lihtne moodus sugulaste sarnasuse leidmiseks on teha seda haigestumuse suhtarvu kalkuleerimise

abil. Kui kitsamas mõttes heritaablus=0, siis haigus ei ole sugulaste hulgas sagedasem kui kogu

68

populatsioonis tervikuna ja haigestumuse suhtarvu väärtus on 1. Kui heritaablus kitsamas mõttes on 100%,

siis haigestumuse suhtarv on oluliselt suurem kui 1 ning sugulaste sarnasuse määrab nende ühiste geenide

proportsioon, mida mõõdetakse korrelatsioonikoefitsiendiga r. Esimese astme sugulastel r = ½; teise

astme sugulaste puhul (poolõved; vanavanemad ja lapselapsed) r = ¼ jne.

Heritaabluse kalkuleerimine sugulastevahelise korrelatsiooni ja haigestumuse suhtarvu alusel on

matemaatiliselt keeruline ja ei kuulu meie huviorbiiti. Oluline on aga tulemus, mis sellest kalkulatsioonist

saadakse. See on esitatud joonisel 6.7. Joonisel esitatud diagrammi kasutades on võimalik heritaablus

(kitsamas mõistes) leida teades haigestumust lähisugulastel ja kogupopulatsioonis.

Haigestumuse suhtarv

Joonis 6.7. Kogupopulatsiooni haigestumuse ja õvede suhtelise haigestumuse

suhe mõnede pärilike defektide ja haiguste puhul inimesel (Nicholas, 1987)

69

Kokkuvõtteks– oluline on meeles pidada, et kui haiguse heritaablus on suurem kui 0, on võimalik

selle esinemissagedust vähendada selektsiooni abil. Mida suurem on heritaablus, seda suurem on ka

selektsiooniefekt.

70

Kontrollküsimused VI ptk. kohta

1. Perekonnahaiguse mõiste.

2. Mis võivad olla haiguse perekondliku iseloomu põhjusteks?

3. Haiguse sageduse mõiste.

4. Geenide kvalitatiivse koostoime olemus

5. Mis määrab tunnuse variatsiooni populatsioonis geenide kvalitatiivse koostoime korral?

6. Mis on modifikaatorgeenid?

7. Geenide kvantitatiivse koostoime olemus

8. Milline on geenide koostoime iseloom kvantitatiivse koostoime korral?

9. Kvantitatiivse fenotüübitunnuse mõiste

10. Milline on kvantitatiivsete tunnuste variatsioon populatsioonis?

11. Millest sõltub kvantitatiivsete tunnuste avaldumine?

12. Mis iseloomustab aditiivsel kvantitatiivsel geneetilisel alusel kujunevaid fenotüübianomaaliaid?

13. Lävitunnuse mõiste

14. Haiguse soodumuse mõiste.

15. Haiguse lävi (mõiste).

16. Multifaktoriaalse haiguse mõiste. Too näiteid.

17. Kuidas jaotuvad defektgeeniga isendid kliiniliselt tervete ja haigete rühma defektgeeni mittetäieliku

penetrantsuse korral?

18. Kuidas jaotuvad kogu populatsiooni isendid kliiniliselt tervete ja haigete rühma multifaktoriaalse

haiguse puhul (puusaliigese düsplaasia näitel).

19. Mille poolest erineb osalise penetrantsusega geeni poolt põhjustatud ja multifaktoriaalse haiguse

avaldumine eri genotüüpidega isendeid silmas pidades?

20. Millised on mitme lävega haigused? Kuidas on seotud soodumus ja haiguse raskusaste?

21. Mis on pärilik eelsoodumus haiguse soodumuse kontseptsioonist lähtuvalt?

22. Heritaablus laiemas mõistes.

23. Heritaablus kitsamas mõistes.

24. Haigestumuse suhtarvu kalkuleerimine. Mida see näitab? Mida on võimalik selle alusel määrata?

25. Millisel juhul on võimalik haiguse esinemissagedust populatsioonis muuta selektsiooni teel?

26. Milline on prognoos selektsiooni efekti suhtes sõltuvalt tunnuse heritaablusest?

71

7. PÄRILIKE HAIGUSTE GENEETILINE JA VÄLINE KONTROLL

7.1. PÄRILIKE DEFEKTIDE LEVIK POPULATSIOONIS

Selleks, et olla võimeline diagnoosima ja hiljem ka pärilikke haigusi tõrjuma, peab tundma

seaduspärasusi, mis määravad defektsete geenide levikut populatsioonis.

Populatsioon- ühte liiki kuuluvate ja omavahel vabalt paaruvate isendite kogum teatud

territooriumil, mis on eraldatud teistest sama liigi isendite kogumitest mõne isolatsioonivormiga.

Populatsiooni üheks oluliseks tunnuseks on suhteline püsivus. Populatsioon säilib antud

territooriumil küllalt pikka aega – so palju põlvkondi. Oluliseks tunnuseks on ka isendite

populatsioonisisene vaba paarumine – panmiksis, mille aste võib periooditi varieeruda, kuid on

populatsioonisiseselt alati suurem kui populatsioonidevaheliselt.

7.1.1 Geeni- ja genotüübisagedus

Genotüübisagedus on teatud genotüübi osakaal kõigi antud alleeli genotüüpide hulgas, mis

populatsioonis esinevad.

Sarnaselt genotüübisagedusele on võimalik leida ka geenisagedus. Selleks tuleb leida

huvipakkuvate geenide arv populatsioonis ja arvutada selle osakaal analoogsete geenide koguhulgas.

Geenisageduse arvutamine genotüübisageduse põhjal:

h

q= r + ------, kus

2

q- geenisagedus

r- homosügootse genotüübi sagedus

h- heterosügootse genotüübi sagedus

Geeni- ja genotüübisagedusi võib selliselt kalkuleerida mistahes loomarühma kohta. Kõige

paremini kehtib see meetod aga selliste loomarühmade puhul, kus toimub loomade juhuslik ristumine

ning loomadel on seetõttu teatud hulk ühiseid geene, mis päranduvad vastavalt Mendeli seadustele.

Sellisteks loomarühmaks võib olla nii liik tervikuna kui üks tõug, kari või väiksem loomarühm

karja sees, kus toimub loomade vaba ristumine.

Siinjuures oluline märkida: geneetiliste defektide suhtes on ristumine peaaegu alati

72

juhuslik e. vaba.

Eelkirjeldatud meetodil geeni- ja genotüübisageduste määramine on lihtne sel juhul, kui igale

genotüübile vastab kindel fenotüüp (st. uuritav geen on kodominantne).

Kui tegu on retsessiivse geeniga, siis heterosügoodid homosügootsetest kaksikdominantidest ei

erine.

Sellistel puhkudel tuleb rakendada kaudseid meetodeid geenisageduste määramiseks. Lähtutakse

Hardy-Weinbergi geneetilise tasakaalu seadusest, mis ütleb, et:

p² + 2pq + q² = 1 ehk (p + q)²=1,

kus: p- dominantse alleeli sagedus;

q- retsessiivse alleeli sagedus.

Tähendab, et:

Panmiktilises populatsioonis, mis on geneetilise tasakaalu seisundis, püsivad geeni- ja genotüübi-

sagedused põlvkonniti konstantsed.

Valemi tuletus: Ristamisel võivad kohtuda erinevate alleelidega gameedid järgmiselt:

Munarakud

p q

p p x p p x q Spermid

q q x p q x q

Seega vastavad p² ja q² ja pq sisuliselt genotüübisagedustele.

Siit tulenevalt, teades homosügootse genotüübi sagedust, on meil võimalik leida toodud valemi

abil teise alleeli ja ka ülejäänud genotüüpide sagedused.

Kui meil on tegemist retsessiivse defektiga, mille sagedus populatsioonis on: q²= 0,25% e. 0,0025.

Siis vastava geeni sagedus on populatsioonis:

q=√ 0,0025 = 0,05.

Seega normaalse alleeli sagedus on:

73

p= 1 - 0,05 = 0,95

Siit järeldub, et kaksikdominantse genotüübi sagedus populatsioonis on:

p²= 0,9025

Ja siit omakorda, et heterosügootse genotüübi sagedus on:

2pq= 1-0,9025-0,0025= 0,095 e. 2 x 0,05 x 0,95 = 0,095

Pannes toodud avaldiste tulemused taas H-W valemisse tagasi näeme, et tulemuseks on 1.

Juuresolev joonis demonstreerib, kuidas on seotud alleelisagedus ja genotüübisagedus lihtsa dialleelse

tunnuse korral.

Joonis 7.1. Geenisageduse ja genotüübisageduse vaheline seos

Eeltoodu põhjal on võimalik teha mõningaid üldistusi, mida on oluline arvestada pärilike

defektide leviku hindamisel:

1) Panmiktilises populatsioonis on teatud genotüübiga isendite ristumise tõenäosus võrdne vastavate

genotüüpide sageduste korrutisega.

2) Järglastel esinev genotüübisagedus on määratud vastava geeni sagedusega vanempõlvkonnas.

Homosügootide sagedus on võrdne vastava geenisageduse ruuduga.

Heterosügootide sagedus on võrdne vastavate geenisageduste kahekordse korrutisega.

3) Järglastel esinev geenisagedus on võrdne vanematel esineva geenisagedusega.

Siinkohal tuleb taas korrata, et nimetatud seaduspärasused kehtivad täielikult ideaalses

74

panmiktilises populatsioonis, mis on piisavalt suur ja kus ei esine geenisageduse muutusi.

Reaalsed populatsioonid ei vasta kõigile neile tingimustele, mistõttu võib näha küllaltki suuri

kõrvalekaldeid toodud seaduspärasusest, mistõttu Hardy-Weinbergi valemi abil kalkuleeritud geeni- ja

genotüübisagedused on nö. eeldatavad sagedused ja kehtivad teatud tõenäosusega.

Juhtudel, kus on võimalik fenotüübiliselt eristada homo- ja heterosügootseid isendeid, on

võimalik leida tegelikkuses esinevad geenisagedused fenotüübi alusel. Seejärel on võimalik kasutades

Hardy-Weinbergi valemit kalkuleerida eeldatavad genotüübisagedused ning võrrelda neid reaalselt

eksisteerivatega. Sellega me hindame populatsiooni geneetilise struktuuri vastavust Hardy-Weinbergi

proportsioonidele. Erinevusi hinnatakse statistiliselt χ² testiga, mille valemiline väljendus on järgmine:

χ2=Σ(t-e)2/ e

kus t- tegelik genotüübisagedus

e- eeldatav genotüübisagedus

Erinevuste statistilist olulisust iseloomustab χ² väärtuse p-väärtus, mille annab meile vastav tabel

või arvutiprogramm.

Juhul kui statistiline analüüs ütleb meile, et tegelik populatsiooni struktuur vastab Hardy-

Weinbergi proportsioonidele, siis võime deklareerida, et:

1) uuritava geenilookuse suhtes toimib populatsioonis juhuslik ristumine;

2) antud lookuse suhtes ei toimu selektsiooni, geenide migratsiooni, muteerumist ja juhuslikku

geenitriivi.

Kuna enamiku fenotüübiliste tunnuste suhtes (ka geneetilised defektid) toimib juhuslik ristamine,

siis ka enamike populatsioonide geneetiline struktuur on lähedane Hardy-Weinbergi proportsioonidele.

Hardy-Weinbergi seaduse kehtivus laieneb ka:

1) Rohkem kui kahe alleeli poolt määratud tunnustele:

Kui p, q ja r on teatud lookuse alleelisagedused populatsioonis, siis genotüübi sagedused on

vastavalt p², q², r², 2pq, 2pr, 2qr. Alleelide arvule vastavalt võib seda rida pikendada lõputult.

2) Suguliitelistele tunnustele:

Sugu on selline tunnus, mille suhtes ristamine ei ole juhuslik. See tähendab, et ristuda saavad

75

vaid kaks eri sugupoole genotüüpi omavat isendit. See tekitab esmapilgul pisut segadust.

Kuna isastel on ainult üks X-kromosoom, siis suguliiteliste alleelide sagedus vastab

genotüübisagedusele ja samuti fenotüübisagedusele. Emaste puhul toimib kõik vanaviisi, kuna neil on

võimalikud kolm genotüüpi. Kalkuleerides genotüübisageduse alusel geenisagedused ilmneb

tegelikkuses, et see on väga lähedane emastel ja isastel isenditel.

Erinevused ilmnevad tunnuse fenotüübilisel avaldumisel eriti retsessiivsete tunnuste korral. Kuna

isastel on vaid üks X-kromosoom, siis vastava alleeli olemasolu isasel isendil tähendab koheselt ka

tunnuse avaldumist, mistõttu tunnus avaldub isastel sagedamini kui emastel (emastel avaldub

homosügootidel). Isastel on homosügootse genotüübi sagedus q ja emastel q². Matemaatiliselt väljen-

datuna aga: q>q². Näiteks: kui q=0,1, siis q²=0,01.

7.1.2. Selektsiooni ja mutatsiooni mõju geeni- ja genotüübisagedusele populatsioonis

Reaalsed populatsioonid on allutatud mitmetele mõjuritele, mis muudavad neis geeni- ja

genotüübisagedust. Seejuures on selektsioon (nii kunstlik kui looduslik valik) üks tähtsamatest.

Selektsioon toimib fenotüübi kaudu ja üldistatult võib öelda, et eelistatud on välistele

tingimustele fenotüübiliselt paremini kohastunud isendid. Selektsiooni tasakaalustavaks nähtuseks

mitmeski mõttes on mutatsioonid. Mutatsioonide abil taastoodetakse alleele, mis selektsiooni teel

võivad olla populatsioonist elimineeritud.

Joonis 7.2. Populatsiooni geenisagedust mõjutavad tegurid – mutatsioon, migratsioon ja selektsioon

76

1) Selektsioon dominantse letaalgeeni vastu

Dominantse letaalse geeni suhtes toimib negatiivne selektsioon, mis viib vastava geenisageduse

kiirele vähenemisele kuni kadumiseni. Seda protsessi tasakaalustab mutatsiooniline muutlikkus, mille

tulemusena toimub pidevalt vastava letaalse defekti taasproduktsioon populatsioonis. Seega eksisteerib

selektsiooni-mutatsiooni tasakaal.

Olukorras, kus letaalse geeni suhtes toimib täielik selektsioon, on selektsiooni- ja

mutatsioonirõhu tasakaalu tingimustes letaalse geeni sagedus (p) populatsioonis võrdne antud alleeli

mutatsioonisagedusega (mutation rate– µ) ühes põlvkonnas (p=µ) Teisi sõnu, on dominantse letaalgeeni

minimaalsagedus populatsioonis võrdne mutatsioonisagedusega.

Mutatsioonisagedus on geenides tavaliselt väga madal 1:10000- 1:1000000 isendi kohta

põlvkonnas, siis on selge, et tasakaalu puhul on dominantse letaalgeeni sagedus samuti üsna madal.

Sellest tulenevalt on homosügootsete dominantide esinemissagedus praktiliselt 0, mistõttu võime

öelda, et mutantse geeni sagedus võrdub 1/2 heterosügootse genotüübi sagedusest (p=2pq/2).

Kuna dominantne geen avaldub fenotüübiliselt juba heterosügootidel, siis võime öelda, et

letaalse fenotüübi (P) sagedus võrdub kahekordse letaalgeeni sagedusega (P=2p), mis tähendab

omakorda, et fenotüübisagedus on võrdne kahekordse mutatsioonisagedusega (P=2µ).

2) Mitteletaalse dominantse defektgeeni vastu suunatud selektsioon

Mitteletaalse dominantse defektgeeni vastu suunatud selektsioon toimib aeglasemalt kui täieliku

penetrantsusega letaaldefekti puhul. Geeni vastu suunatud selektsiooni kiirust mõõdetakse põlvkondade

arvuga, mis on vajalik geenisageduse vähendamiseks populatsioonis teatud ühiku võrra. Geenisageduse

muutumist populatsioonis mitteletaalse defekti korral mõjutavad:

a) selektsioonirõhk, mida väljendab selektsioonikoefitsient – s

b) dominantse geeni sagedus (p) vaatlusperioodi alguses.

s – on tõenäosus, millega teatav genotüüp ei osale järgmise põlvkonna moodustamisel

(väärtus: 0–1).

Geenisageduse muutumist ühes põlvkonnas saab väljendada järgmise valemiga:

∆p= -sp(1-p)²/{1-sp(2-p)}.

Sõltuvalt s väärtusest on vajalik erinev arv põlvkondi geenisageduse vähendamiseks.

Mitteletaalset dominantset defektgeeni ei elimineerita populatsioonist koheselt, vaid osa selle

77

kandjatest osaleb ka järgneva põlvkonna moodustamisel, mistõttu populatsioonis on erineva päritoluga

defektgeene- mutatsiooniga tekkinud ja pärandunud geenid. Selles olukorras on mutatsiooni- ja

selektsioonirõhu tasakaal väljendatav seisundina, kus populatsiooni ilmuvate uute mutantsete

defektgeenide arv võrdub selektsiooni tõttu väljaviidavate geenide arvuga.

Mida nõrgem on defektgeeni mõju fenotüübi kohastumusele, seda väiksem on s ja seda suurem

on tasakaalu seisundist sõltuv minimaalne geenisagedus populatsioonis. Näiteks kui fenotüübiline

kohastumus väheneb 50% on minimaalne (tasakaalu) geenisagedus kaks korda suurem dominantse

letaalgeeni sagedusest. Kui kohastumus väheneb vaid 10% on see 10 korda suurem letaalgeeni

sagedusest.

Suurendades selektsioonirõhku tunnusele (geenisagedusele) saab efektiivselt vähendada

ebasoovitava dominantse geeni sagedust ja vastava fenotüübi sagedust populatsioonis. Tugeva

selektsiooniga (s=1) on võimalik selline geen populatsioonist elimineerida. Sellisel juhul vastab

dominantse geeni sagedus populatsioonis geeni mutatsioonisagedusele (vt. eespool) ning vastava

fenotüübi sageduse saab arvutada valemiga – P= 2µ/s.

Näiteks kollane karvavärvus labradori tõugu koertel, sarved lehmadel on saavutatud dominantse

geeni vastu suunatud selektsiooniga.

3) Selektsioon retsessiivse geeni vastu

Retsessiivne geen avaldub fenotüübiliselt ainult homosügootidel. Teostades selektsiooni fenotüübi alusel

ei ole võimalik retsessiivgeeni populatsioonist elimineerida, kuna heterosügoodid säilivad ja osalevad

järgnevate põlvkondade moodustamisel.

Retsessiivse geeni sageduse muutust ühes põlvkonnas väljendab valem:

∆q= -sq²(1-q)/(1-sq²)

Valemit kasutades on võimalik kalkuleerida põlvkondade arv, mis on vajalik geenisageduse viimiseks

miinimumini sõltuvalt selektsioonirõhust (s) ja geenisagedusest. Seda kirjeldab ka alljärgnev joonis:

q

Joonis 7.3. Selektsioon retsessiivse geeni vastu

78

Retsessiivse geeni vastu suunatud selektsiooni korral valitseb seaduspära, et homosügootsete

retsessiivide elimineerimisel suureneb proportsionaalselt heterosügootsetes isendites “peidus” olevate

retsessiivsete geenide osakaal populatsioonis. Seetõttu on geenisageduse vähendamine homosügootsete

retsessiivide elimineerimise abil alates teatud geenisageduse tasemest praktiliselt võimatu. See on

võimalik ainult juhul, kui on võimalik heterosügootsete isendite avastamine ja nende elimineerimine

populatsioonist.

Pidades silmas retsessiivsetest geenidest tingitud fenotüübi anomaaliate vältimist ei ole seda aga

ilmtingimata vaja teha. Kuna anomaalia avaldub vaid homosügootidel, siis on vaid vaja vältida

heterosügootide vahelisi ristamisi. Ristates heterosügooti dominantse homosügoodiga haigeid järglasi ei

saada. Seega on heterosügootsete isendite avastamine vajalik, kuid sellega ei välistata heterosügootide

kasutamist aretuses.

Kui heterosügootseid isendeid populatsioonist ei elimineerita ja elimineeritakse ainult

homosügoodid, siis selektsiooni–mutatsiooni tasakaalust tulenev minimaalne geenisagedus (q) on

kalkuleeritav valemiga q=√(µ/s) ja vastava fenotüübi (Q) minimaalne sagedus on võrdne Q=µ/s.

Arvestades seda, et µ väärtus on väga väike, siis on ilmne, et ka väikese selektsioonirõhu juures on

selektsiooni mutatsiooni tasakaalust tulenev minimaalne geenisagedus populatsioonis väga madal.

Kui heterosügootsed isendid populatsioonist elimineeritakse koos retsessiivsete

homosügootidega on meil tegemist analoogse olukorraga nagu dominantse geeni puhul, kus nii

homosügootse kui heterosügootse fenotüübi suhtes s=1 ja kõik mutatsiooni tagajärjel populatsiooni

ilmuvad geenid elimineeritakse koheselt ning minimaalne geenisagedus populatsioonis võrdub

mutatsioonisagedusega µ.

Kui me tuvastame heterosügoote, kuid ei elimineeri neid populatsioonist vaid kasutame neid

paarituses dominantsete homosügootidega, siis pärast retsessiivsete homosügootide elimineerimist

populatsioonist edasi otsest retsessiivse geeni vastast selektsiooni ei toimu ning selle sagedus hakkab

vähehaaval populatsioonis kasvama. Siiski, on see kasv vaevumärgatav ning ei avalda geenisagedusele

olulist mõju sadade generatsioonide vältel.

4) Heterosügoote soosiv selektsioon

Heterosügoote soosiv selektsioon leiab aset, kui heterosügootse isendi kohastumus on suurem

kui homosügootsetel isenditel. Paremat kohastumust esineb ka defektgeenide suhtes heterosügootsetel

isenditel. Arvatakse, et see on seotud geenide pleiotroopsuse ja aheldumisega. Heterosügoote soosivale

selektsioonile viitab teatud geenialleeli eeldatust suurem sagedus populatsioonis, eriti kui on tegemist

79

alleeliga, mille puhul homosügootsus tingib isendi kohastumuse vähenemise.

Koduloomade populatsioonides võib heterosügoote soosiv selektsioon olla tingitud sellest, et

defektgeen on seoses mõne inimese poolt aretatava tunnusega. Holstein-friisi tõugu veistel esineb

varvaste liitumine, ja köntjalgsus mis on retsessiivsed letaalsed defektid. Arvatakse, et nimetatutd

defektsete alleelide suhtes heterosügootsete isendite piimatoodang ja piima rasvasisaldus on kõrgem kui

teistsuguse genotüübiga isenditel, mis tingib nende valikut aretuseks. Sigade stressisündroomi geeni

kandvate sigadel on tailiha osakaal rümbas suurem kui teistel genotüüpidel.

Kuid heterosügoote soosiv selektsioon toimib ka loodusliku valiku korral. Inimese puhul võib

näiteks tuua tsüstilise fibroosi, mille põhjuseks oleva alleeli suhtes heterosügootsed isendid osutusid

ilmselt vastupidavamaks kooleratekitajatele, mistõttu maades, mida laastasid koolera epideemiad 19.

sajandil on tänapäeval tsüstilist fibroosi põhjustava alleeli sagedus ebaproportsionaalselt kõrge.

Heterosügoote soosiva selektsiooni korral on selektsioonirõhk suurem selle alleeli suhtes, mille

suhtes homosügoodi kohastumus väheneb rohkem. Et aga heterosügoodi kohastumus on kõrgem ka

dominantsest homosügoodist, siis defektgeeni minimaalne geenisagedus populatsioonis on palju suurem

võrreldes tavalise retsessiivse geeni sagedusega, mille vastu toimib selektsioon.

5) Heterosügootide vastu suunatud selektsioon

Esineb ka olukordi, kus heterosügootsetel isenditel on madalam kohastumus võrreldes nii

dominantsete kui retsessiivsete homosügootidega. Sellisel puhul on samuti populatsiooni

geenisagedused eeldatust oluliselt erinevad ja iseloomulik on geenisageduste ebastabiilsus

põlvkonnast põlvkonda. Selle põhjuseks on asjaolu, et selektsiooni tulemusena viiakse iga

heterosügoodiga populatsioonist välja võrdne arv dominantseid ja heterosügootseid alleele, see aga

vähendab proportsionaalselt rohkem selle alleeli sagedust, mida populatsioonis on vähem. Ühtlasi

viib see suurema sagedusega alleeli kinnistumisele populatsioonis.

7.1.3. Muud geeni ja genotüübisagedust mõjustavad tegurid

1) Juhuslik geenitriiv

Juhuslik geenitriiv tuleneb sellest, et mõnel juhul kõik genotüübid ei ole esindatud antud loomarühmas

või ei vasta genotüübisagedused Hardy-Weinbergi seadustele, mistõttu ristamistel domineerivad teatud

genotüübid. Juhuslik geenitriiv on põhiliselt väikeste populatsioonide häda. Mida väiksem populatsioon,

seda suurem on geenitriivi jõud populatsiooni geneetilise struktuuri mõjutamisel.

80

Joonis 7.4

Juhusliku geenitriiviga seondub ka nn. loomise efekt (founder effect) populatsiooni

geenisagedusele. Nimelt, kui väikese isendite arvu baasil luuakse uus populatsioon, siis selles isendite

rühmas ei ole ilmselt esindatud kõik genotüübid samades proportsioonides, kui lähtepopulatsioonis,

samuti on erinevad ka geenisagedused. Sel moel kinnistuvad uues populatsioonis geenisagedused, mis

oluliselt erinevad lähtepopulatsiooni omast ning need kaks populatsiooni kaugenevad ajas teineteisest

geneetiliselt.

Juhusliku geenitriivi tulemusena võivad kaduda populatsioonist teatud geenid või kinnistuda

lähtepopulatsioonis harvaesinenud geenid.

2) Immigratsioon

Immigratsioon võib olla oluline tegur defektgeenide levimisel ühest populatsioonist teise.

Immigratsiooni mõjutab tugevamini väikeste populatsioonide geneetilist struktuuri.

Looduslikes populatsioonides toimub isendite vahetus lähestikku asuvate subpopulatsioonide

vahel. Sel moel toimub sujuv populatsioonide geenisageduste ühtlustumine.

7.1.4. Inbriiding (sisearetus)

Inbriiding mõjutab genotüübisagedust populatsioonis. Ta soodustab alleelide, sealhulgas

mutantsete geenide homosügotiseerumist ja seega ka retsessiivsete defektgeenide fenotüübilist

avaldumist populatsioonis. Seejuures tuleb rõhutada, et homosügotiseerumise tulemusena

81

geenisagedused populatsioonis ei muutu, vaid geenid jaotuvad ümber homosügootsetesse

genotüüpidesse.

Populatsiooni homosügotiseerumise kiirust inbriidingu puhul iseloomustab inbriidingu

koefitsient (F). Inbriidingu koefitsiendi kalkuleerimist vaata Teinberg 1978 (Põllumajandusloomade

geneetika lk. 231). Retsessiivgeenidest tingitud pärilike anomaaliate esinemissagedus suureneb F

suurenemisega peaaegu lineaarselt. F suurenemisega väheneb loomade eluvõime, viljakus ja halveneb

jõudlus tervikuna. Sellist nähtust nimetatakse inbriidingdepressiooniks.

Inbriidingu negatiivne toime oleneb lähtepopulatsiooni genofondist. Kui inbriidinguks

kasutatavatel isenditel geenidefekte pole, siis inbriidingu depressioon ka koheselt ei avaldu. Kuna

defektgeenid tekivad paratamatult mutatsioonide tagajärjel, siis pikas perspektiivis avaldub

inbriidngdepressioon teataval määral igas populatsioonis, mis on allutatud inbriidingule.

Samas on teatud puhkudel täheldatav inbriidingdepressiooni nõrgenemine mõni aeg pärast

inbriidingu alustamist populatsionis. Nimelt võib tekkida olukord, kus tugeva inbriidingdepressiooni

tagajärjel praagitakse vähemeluvõimelised genotüübid populatsioonist välja, ning järgi jäänud

eluvõimelisemate isendite ristamisel inbriidingdepressioon järglaste hulgas ei ole enam nii tugev.

Inbriidingdepressiooni aitab vähendada range selektsioon, mis tähendab, et loomade inbred

liinide aretamisel valitakse paarituseks vaid kõige elujõulisemad ja kõrvalekalleteta isendid.

Põllumajandusloomade kunstliku seemenduse korral kasutatakse populatsiooni taastootmisel

suhtelist väikest arvu isaseid isendeid. Samas on isaste arv reeglina piisavalt suur, et inbriidingu

koefitsient põllumajandusloomade populatsioonides ei suurene.

Inbriidingukoefitsiendi suurenemine järgmises põlvkonnas kalkuleeritakse valemiga:

∆F=1/2 Ne ,

kus Ne – efektiivne populatsioon (arvutatakse paarituses kasutatud isas- ja emasloomade arvu põhjal)

Ne=4 Nisane * Nemane/ ( Nisane + Nemane)

Siit tulenevalt:

∆F=1/8Nisane +1/8Nemane

Kui 100000 lehma seemendamiseks kasutatakse 100 pulli, siis:

∆F=1/8*100 +1/8*100000 = 0,0012512 e. 0,1%

Seega ei ole homosügotiseerumine sellises populatsioonis oluline.

Inbriidingukoefitsiendi muutumise alusel on võimalik hinnata võimalikku

inbriidingdepressiooni mõju populatsioonile. Koduloomade puhul on rusikareegel selline, et

82

inbriidingukoefitsiendi 1%-line suurenemine vähendab sigivuse ja eluvõimega seotud näitajaid 1%

võrrra e. teisisõnu suureneb inbriidingdepressioon nimetatud tunnuste osas 1% võrra. Muude

tunnuste osas on inbriidingdepressiooni suurenemine tavaliselt väiksem kui 1%.

Mõistagi esineb inbriidingdepressiooni suurenemises suur varieeruvus, kuid oluline on

meeles pidada, et üldiselt kaasneb inbriidinguga sigivuse ja eluvõime oluline langus.

83

7.2. PÄRILIKE DEFEKTIDE DIAGNOSTIKA

Pärilike haiguste diagnoosimine seisneb:

1) Anomaalia fenotüübilises kirjeldamises;

2) Selle geneetilise määratuse tõestamises ja pärandumise viisi selgitamises.

(1) Pärilike haiguste geneetilise määratuse tuvastamine

Üldised printsiibid, mis juhivad tähelepanu geneetilise etioloogia võimalikkusele:

1) Haigust esineb rohkem teatud perekondades, liinides või tõul, kui populatsioonis tervikuna,

2) Sarnane haigus esineb mõnel teisel liigil ja selle pärilikkus on tõestatud.

Haiguse perekondliku iseloomu selgitamisel alustatakse haigete isendite perekonnaandmete

uurimisest. Alustatakse defektse isendi lähisugulastest. Uuritakse defekti esinemissagedust lähematel

eellastel, õdedel-vendadel ja nende järglastel. Seejärel määratakse defekti esinemissagedus

kogupopulatsioonis. Haiguse suurem sagedus mõnes perekonnas või liinis ei ole veel lõplik tõestus

geneetilisest etioloogiast. Anomaalia geneetilise etioloogia selgitamisel peab arvesse võtma kõik

võimalikud keskkonnalised tegurid, mis võivad põhjustada haiguse levimuse perekondlikku iseloomu.

Selleks analüüsitakse andmeid võttes arvesse võimalike keskkonnategureid kasutades selleks vastavaid

statistilise analüüsi meetodeid või uuritakse populatsioone, mis on allutatud erinevatele

keskkonnatingimustele.

Kui kõikide keskkonnategurite mõju on suudetud elimineerida ja haiguse levimuses ilmneb

endiselt perekondlik iseloom, siis on haiguse geneetiline määratus suure tõenäosusega kinnitust leidnud.

Sellele järgnevalt on vajalik välja selgitada defekti pärandumise seaduspärasused. Selleks viiakse läbi

võimalikult ulatuslik põlvnemisandmete uurimine

Uuritakse täpsemalt defekti esinemist isendi eellastel ja järglastel arvestades nende sugulusastet

uuritava isendiga ja sugu. Põlvnemisandmete alusel on võimalik määrata pärandumise viisi (kas on

tegemist retsessiivse või dominantse, autosomaalse või suguliitelise defektiga) ning selgitada, kas on

tegemist polügeensuse või fenokoopiaga. Samuti võib hinnata tunnuse penetrantsust ja ekspressiivsust.

Alustada võib lihtsalt defektiga isendi sugupuu väljajoonistamisest. Selleks kasutatakse

kokkuleppeliselt spetsiaalseid tingmärke (joonis 7.2.1).

84

Isane Emane

Normaalne

Normaalne, (number

tähistab isendite arvu) 4 3

Tabandunud

Proband (uuritav loom)

Surnud

Heterosügoot autosomaalse

lookuse osas

Heterosügoot sugukromosoomi

lookuse osas

Sugu teadmata

Abort või surnultsünd

sugu teadmata

Ristamine, ja sealt saadud I

järglased (rooma number

tähistab põlvkonda) II

Joonis 7.2.1. Tingmärgid sugupuude koostamiseks

Vahel on võimalik juba sugupuu visuaalsel hindamisel saada informatsiooni defekti pärilikust

iseloomust ja pärandumise seaduspärasustest. Sugupuu koostamine võib vahel osutuda aga väga

85

töömahukaks. Vaatamata sellele on see meetod kasulik ja seda kasutatakse sageli haiguse geneetilise

etioloogia selgitamise algfaasis. Ka on tänapäeval olemas spetsiaalne tarkvara, mis hõlbustab sugupuude

koostamist ja nende analüüsimist.

Järgnevalt on esitatud mõned kriteeriumid, mis võimaldavad määratleda haiguse pärandumise

viisi põlvnemisandmete alusel.

I. Autosomaalne dominantne

1) Defekt esineb kõigis põlvkondades.

2) Igal defektsel järglasel on vähemalt üks defektne vanem (välja arvatud uued mutandid).

3) Tabandunud isendid jaotuvad sugude vahel võrdselt.

4) Tabandunud vanema normaalne järglane ristatuna normaalse isendiga annab normaalseid järglasi ja

viimaste järglased on samuti normaalsed.

5) Kui defekt on harv, kuid mitteletaalne, siis enamus tabandunud isendeid sünnib risatamisest

normaalne X tabandunud (aaxAa), mille puhul eeldatavalt on pooled järglastest tabandunud.

6) Kui defekt on letaalne, siis esineb teda väga harva ja selle esinemus on võrdne kahekordse

mutatsioonisagedusega.

II. Autosomaalne retsessiivne

1) Defekt võib mõnes põlvkonnas mitte avalduda.

2) Kahe defektse vanema kõik järglased on defektsed.

3) Enamasti defekt (haigus) esineb ristluses Bb x Bb, mistõttu sageli on tabandunud isendi vanemad

tavaliselt normaalsed.

4) Tabandunud isendid jaotuvad sugude vahel võrdselt.

III. Suguliiteline dominantne

1) Defektiga isane x normaalne emane → defekt kandub tütardele, mitte poegadele.

2) Kui defekt on harvaesinev, siis tabandunud emane x normaalne isane pärandab defekti pooltele

poegadele ja pooltele tütardele.

3) Kui defekt on harvaesinev, siis emastel on defekt kaks korda sagedasem kui isastel.

4) Igal tabandunud isendil on vähemalt üks tabandunud eellane (väljaarvatud uued mutandid).

86

IV. Suguliiteline retsessiivne

1) Defekt võib mõnes põlvkonnas mitte ilmneda.

2) Tabandunud vanemate kõik järglased on defektsed.

3) Kogupopulatsioonis on haiguse sagedus väiksem emastel ja suurem isastel.

4) Kui haigus on harv, siis enamik haigeid on isased, kelle vanemad on normaalsed.

5) Tabandunud isane x normaalne emane pärandab kõigile oma tütardele defektse geeni.

6) Tabandunud emane x normaalne isane- kõik pojad on haiged, tütred on kandjad.

Kui põlvnemisandmete põhjal leiab kinnitust haiguse tõenäoline pärilik iseloom, siis

pärandumise seaduspärasuste täpsemaks hindamiseks (defektgeeni pärandumisviisi vastavus ühele või

teisele mendelistliku pärandumise seaduspärasusele) viiakse läbi lahknemisanalüüs (segregation

analysis). Selleks on võimalik kasutada spetsiaalseid ristamiskatseid, kus ristatakse teadaolevalt

defektgeeni kandjaid isendeid erinevates kombinatsioonides ning vaadeldakse defekti avaldumist nende

järglastel ning vastavaid lahknemissuhteid . Näiteks autosoomse retsessiivse defekti puhul on järgmiste

ristamiste puhul lahknemissuhe järglaste hulgas järgmine:

1) Aa x aa -> järglaskonnas eeldatavalt 50 % defektseid

2) Aa x Aa -> järglaskonnas eeldatavalt 25 % defektseid

Sageli pole spetsiaalsed ristamiskatsed võimalikud. Siis on võimalik kasutada ka olemasolevaid

andmeid ning teha neil põhinev statistiline lahknemisanalüüs. Ometigi võib selline nn. tegelikel andmetel

põhinev analüüs osutuda raskendatuks. Segavaks võivad osutuda sellise analüüsi juures nn. sporaadilised

haigusjuhud, mis võivad olla tingitud kas mutatsioonidest või olla lihtsalt fenokoopiad või tingitud

haiguse geneetilisest heterogeensusest. Samuti võib haigus mitte avalduda kõigil isenditel, kellel seda

võiks eeldada. Kõrvalekaldeid lahknemissuhetes suurendab asjaolu, et mitte alati ei ole teada ja analüüsis

arvesse võetud defektse või kandja isendi kõik normaalsed järglased.

Komplitseeritumatel juhtudel võimaldab statistiline lahknemisanalüüs anda meile vastuse vaid

küsimusele, kas defekt on tingitud üksiku geeni defektist või on tegemist pigem polügeense defektiga,

mille puhul on õigem lähtuda haiguse multifaktoriaalsuse põhimõtetest.

Abistavate meetoditena pärilikkuse selgitamisel kasutatakse mitmeid tsütogeneetilisi,

immunogeneetilisi ja biokeemilisi uurimisi. Lisaks on tänapäeval tähtsale kohale tõusnud DNA

uuringud, mis võimaldavad täpsemalt uurida geenidefekte (tuvastada nende asukoha genoomis, geenide

siirdamisega selgitada nende talitluslikke omadusi jne.) või leida DNA markereid, mis on seostatavad

teatud fenotüübiga. Viimasel juhul on võimalik uurida DNA-markerite olemasolu haigetel isenditel ning

87

teha sel moel selgeks haiguse pärilik etioloogia ja ka pärandumise seaduspärasused. Sellist

analüüsimeetodit nimetatakse fenotüüp-marker analüüsiks. Rakendades seejuures ka statistilist

modelleerimist, on saavutatud suurt edu konkreetsete geenide tuvastamisel, mille talitlus mõjutab

anomaalia väljakujunemist.

7.3. PÄRILIKE HAIGUSTE TÕRJE

7.3.1. Pärilike haiguste kontroll ja tõrje mittegeneetiliste meetoditega

Selle all mõistame pärilike haiguste avaldumise mõjutamist või vältimist mittegeneetiliste

meetoditega. Siia hulka kuulub mitmesuguste eelsoodumusega seotud keskkonnategurite mõju vältimine

või vähendamine, aga samuti mitmete ainevahetuses osalevate metaboliitide puuduse leevendamine

nende manustamisega.

Näiteks puusaliigese düsplaasia korral on tegemist paljude mittegeneetiliste teguritega, mis selle

haiguse sagedust mõjustavad. Esmane haiguse sageduse vähendamise meetod seisneb õige dieedi

tagamises võõrutusjärgsel perioodil.

Kanade lihasedüstroofia puhul, manustades penitsillamiini, on võimalik kliiniliste tunnuste

avaldumist vältida. Liikumise võimaldamine ja difenüülhüdantoini süstimine kergendab oluliselt haiguse

kulgu.

Transplantatsiooni- ja korrigeeriv kirurgia

Mõnel puhul on võimalik kirurgiliste meetoditega saavutada geenidefektist tingitud anomaalia

leevendumine või korrigeerida fenotüübi defekt.

Luuüdi siirdamine normaalselt loomalt haigele on andnud tulemusi näiteks püruvaatkinaasi

defitsiitsusest tingitud hemolüütilise aneemia korral. Samuti saadud tulemusi luuüdi ja maksa siirdamisel

hemofiiliate ravi eesmärgil.

Kudede siirdamine kujutab endast sisuliselt geeni siirdamist- defektsete geenidega isendile

siiratakse normaalsete geenidega rakke.

Korrigeeriv kirurgia on olnud kasutusel pikemat aega fenotüübi defektide kõrvaldamisel või

leevendamisel. Näiteks spastilise pareesi raviks vasikatel on kasutatud säärenärvi (n. tibialis)

läbilõikamist. Puusaliigese düsplaasia korral koertel on rakendatud harjalihase (m. pectineus)

läbilõikamist, mis on väidetavalt leevendanud düsplaasiast tingitud vaevusi.

88

Pärilike haiguste mittegeneetilise tõrje geneetilised tagajärjed

Tõstes ebasoovitava genotüübi kohastumust raviga tõuseb populatsioonis ka defektse geeni

reaalne sagedus, kuna defektse geeniga isendite arv populatsioonis suureneb (loodusliku valiku

elimineeriv toime kõrvaldatakse). Kas selline geenisageduse tõus mõjutab ka geenisagedust järgnevas

põlvkonnas, sõltub sellest, kuidas kasutatakse ravitud isendeid paarituses.

Juhul kui ravitud defektgeeniga isendeid kasutatakse paarituses võrdsel määral normaalsete

isenditega alaneb või lakkab ka defektse geeni vastu suunatud selektsioon, ning

selektsioonikoefitsiendist sõltuv minimaalne geenisagedus populatsioonis tõuseb. Lisaks hakkab

geenisagedus populatsioonis järkjärgult tõusma proportsionaalselt mutatsioonisagedusega antud geenis.

Kuna mutatsioonisagedus on tavaliselt madal, siis on nimetatud suurenemine väga aeglane ja ei mõjuta

oluliselt populatsiooni geneetilist struktuuri sadade põlvkondade vältel, e. võime öelda, et defektse geeni

sagedus jääb populatsioonis suhteliselt stabiilseks (s.o. tasemele, mis on määratud

selektsioonikoefitsiendi muutumisest). Siiski väga pikas perspektiivis on sellel populatsiooni genofondile

negatiivne mõju.

Selektsioonikoefitsiendi alanemise vältimiseks on oluline, et ravitud loomi ei kasutataks

aretusloomadena.

7.3.2 Pärilike haiguste geneetilised tõrjemeetodid

Geneetiliste haiguste tõrjeprogrammi eesmärk on vältida defektsetegeenide edasikandumist

vanematelt järglastele. See saavutatakse geneetilise haiguse või defektgeeniga loomade praakimisega

(ingl. k. culling). See ei tähenda ilmtingimata loomade tapmist, vaid seda, et selliseid loomi ei kasutata

aretuses.

Lemmikloomade puhul tuleks sellised loomad steriliseerida, põllumajandusloomade puhul

kasutada nn. tarbeloomadena. See ei välista ka täielikult selliste loomade kasutamist paarituses, kuid

vältima peab seda, et nad pääseksid olulisel määral mõjutama liigi või tõu genofondi.

(1) Üksiku geeni defektist tingitud anomaaliate tõrje

Kuna üksiku geeni defektide hulgas on kõige sagedasemad retsessiivsete defektgeenide poolt

põhjustatud anomaaliad, siis üldiste tõrjeprintsiipide käsitlemisel kasutame näitena just retsessiivseid

anomaaliaid. Samas on enamus neist printsiipidest rakendatavad väikeste erisustega ka muud liiki üksiku

89

geeni defektide puhul.

Peamine printsiip retsessiivsete anomaaliate tõrjel on see, et olenemata sellest, kui suur on

ebasoovitava alleeli sagedus populatsioonis, on defekti esinemist loomadel võimalik praktiliselt täielikult

vältida, kui üks paarituses kasutatav vanem on homosügootne normaalse alleeli osas.

Seega on geneetilise haiguse tõrjeprogrammi esmane ülesanne eristada normaalseid

homosügoote heterosügootidest (kandjatest). Selle saavutamiseks on kasutusel erinevaid meetodeid

Kliiniline seire

Kliinilisel uurimisel on võimalik avastada paljusid geneetilisi defekte. Näiteks koertel on

võimalik selliselt määrata paljusid geneetilisi silmadefekte– progresseeruvat retinaalatroofiat,

retinaaldüsplaasiat ja mitut liiki katarrakti. Kui defekt on tuvastatav enne looma paaritusiga, siis on

võimalik ka efektiivselt teostada selle vastast selektsiooni.

Loomade kliinilisel läbivaatusel rajanevad geneetiliste haiguste tõrjeprogrammis on võimalik

rakendada järgnevaid meetmeid defekti esinemissageduse vähendamiseks:

1) defektsete isendite praakimine e. retsessiivsete homosügootide vastu suunatud selektsioon;

2) defektsete isendite vanemate praakimine, s.o. osaline heterosügootide vastu suunatud selektsioon;

Nagu näha ei võimalda kliiniline seire üksinda selgitada heterosügoote retsessiivse defekti korral,

mistõttu selle alusel toimiv tõrjeprogramm ei välista täielikult defektide ilmnemist populatsioonis.

Kasutades täiendavalt meetmeid heterosügootide ja homosügootide eristamiseks, on võimalik

tõrjeprogrammi oluliselt tõhustada.

Põlvnemisandmete analüüs

Põlvnemisandmete analüüsi eesmärk on määrata isendi homosügootsuse tõenäosus. Selleks on

kasutusel spetsiaalne arvutitarkvara. Piisava hulga põlvnemisandmete olemasolul on võimalik välja

selgitada, milline loom on kõige suurema tõenäosusega homosügootne ning kasutada seda paarituses.

Testristamine

Testristamised nõuavad palju aega ja raha, kuid võivad olla väga kasulikud. Ka testristamise

eesmärgiks on selgitada välja kas loom on heterosügoot retsessiivse defektgeeni suhtes või

homosügootne dominantgeeni suhtes. Sellest ka nimetus – heterosügootsus test.

Kõige tavalisemad ristamise variandid on:

1) ristamine defektse isendiga (retsessiivse homosügoodiga)

90

2) ristamine teadaoleva heterosügoodiga

3) ristamine uuritava looma enda järglastega

4) ristamine juhuvalimiga populatsioonist

Kui testristamise tulemusena sünnib defektne isend, on selge, et meie uuritav isend on heterosügoot,

kuna üks järglase defektgeen peab pärinema temalt.

Kui testristamise tulemusena defektset isendit ei sünni, siis on võimalik, et uuritav isend on

homosügoot või on juhuslikult andnud järglasele edasi dominantse alleeli.

Sõltuvalt testristamise meetodist on vaja meil erinev arv järglasi, et piisava tõenäosusega

deklareerida uuritav isend normaalseks homosügoodiks. Testristamise abil ei saa me kunagi 100%

tõenäsusega isendi homosügootsust kinnitada. Ainus, mis me saame teha, on vähendada tõenäosust, et

looma heterosügootsus jäi tuvastamata.

Näiteks: Eeldame, et uuritav loom on heterosügoot (Aa), siis tema ristamisel retsessiivse

homosügoodiga on eeldatavalt pooled järglased normaalsed, pooled defektsed. Seega, kui esimesel

ristamisel sünnib normaalne järglane on heterosügootsuse tuvastamatuse tõenäosus 0,5 (50%). Siit

tulenevalt on teise järglase puhul heterosügootsuse tuvastamatus arvutatav: 0,5*0,5= (0,5)2 = 0,25.

Seega, iga järgmise järglasega väheneb heterosügootsuse tuvastamatus kaks korda. Kasutades avaldist

(0,5)n on võimalik arvutada heterosügootsuse tuvastamatuse tõenäosus n – järglase kohta antud

testristamise tüübi puhul.

Teiste testristamise variantide puhul on heterosügootsuse tuvastamatuse tõenäosus erinev ja on

sõltuvuses lahknemissuhetest erinevate vanempaaride puhul. Tabel 7.3.1. annab ülevaate

heterosügootsuse tõestamatuse tõenäosustest erinevate testristamise tüüpide puhul ainupoegijatel.

Hulgipoegijate puhul kehtivad põhimõtted on samad mis ainupoegijate puhul väikeste erinevustega

tõenäosuste kalkuleerimisel. Selle kohta vaata R.Teinberg, 1983 (lk. 26).

Arvestades testristamiste kulukust on need peamiselt kasutusel isasloomade heterosügootsuse

selgitamisel ja sagedamini põllumajandusloomade puhul, kus populatsiooni taastootmisel kasutatakse

väikest arvu isaseid.

Veisekasvatuses on enamkasutatav meetod neljas testristamise tüüp, mis ei nõua spetsiaalsete

ristamiste läbiviimist, vaid heterosügootsust testitakse paralleelselt pulli jõudluse hindamisega. See on

osutunud praktikas tõhusaks mooduseks retsessiivsete defektgeenide sageduse hoidmisel madalal

tasemel.

91

Tabel 7.3.1. Heterosügootsuse tuvastamatuse tõenäosus erinevate ristamise tüüpide puhul

Vajalik järglaste arv, et vähendada

heterosügootsuse tuvastamatuse tõenäosus kuni:

Ristamise tüüp Heterosügootsuse

tuvastamatuse tõenäosus n

järglase puhul 0,05 0,01 0,001

?? x aa (0,5)n 5 7 10

?? x Aa (0,75)n 11 16 24

?? x ??-järglased (0,875)n 23 35 52?? x juhuvalim populatsioonist

(1-0,5q)n, kus q- retsessiivse geeni sagedus populatsioonis =

0,20,1

0,01

2959

598

44 90

919

66135

1379

Biokeemiline seire

Kui haigust saab diagnoosida mõne proteiini koguse või ensüümi aktiivsuse alusel organismis, on

võimalik tuvastadaselle alusel heterosügootseid isendeid.. Näiteks mannosidoosi puhul on heterosügoodi

ensüümi aktiivsus 50%. Biokeemilist skriiningut on mannosidoosi tõrjel kasutatud edukalt Austraalias ja

Uusmeremaal.

DNA seire

Loomade genoomi uurimise arenedes on üha enam aktiviseerunud ka DNA markerite otsimine, mis

seonduvad pärilike anomaaliatega. DNA markeriks võib olla anomaaliat põhjustav geen ise või

geenilookus, mis on aheldunud anomaaliat põhjustava geeniga. Viimasel juhul ei ole anomaaliat

põhjustav geen täpselt teada, kuid defektsete loomade genotüpiseerimisel on leitud, et teatud

geenilookuse polümorfismi alusel on võimalik defektgeeni olemaolu genoomis tuvastada.

Kui anomaaliat põhjustav geen on teada, siis on suhteliselt lihtne ka teostada DNA seiret. Piisab vaid

konkreetse geeni struktuuri uurimisest. Muude DNA markerite puhul ei saa me olla 100% kindlad

defektse geeni olemasolu suhtes, kuid see viitab suurele tõenäosusele, et defektne alleel loomal esineb.

DNA seiret rakendatakse edukalt sigade stressisündroomi põhjustava geeni kandjate avastamiseks.

92

Geeniteraapia

Geeniteraapia on loogiline arendus kudede siirdamisele. Geeniteraapiaga on võimalik vältida

kudede siirdamisega kaasnevaid probleeme, nagu transplantaadi irdumine (äratõukamine) ja selle

vältimiseks läbiviidav agressiivne immuunsupressiivne kemoteraapia. Samas on tegemist sarnaselt

mittegeneetiliste tõrjemeetoditega tegemist defektse genotüübi kohastumuse tõstmisega normaalsete

geenidelisamisega organismi. See aga ei paranda genotüüpi tervikuna, mistõttu defektse geeni

edasikandumine järgmisse põlvkonda on endiselt võimalik

Geeniteraapia seisneb patsiendi genotüübi "parandamises" normaalsete geenide viimisega

organismi. Selleks:

1) Patsiendilt eemaldatakse rakud ja kasvatatakse neid koekultuuris

2) Rakkudesse sisestatakse võõras normaalne geen.

3) “Parandatud” rakud viiakse patsienti tagasi.

Geene on võimalik manustada ka vektorite abil, milleks kasutatakse teatud viiruseid

(vaktsiiniaviirus, bakuloviirus, papillomaviirus). Või manustada vaba DNA-na, milleks on tavaliselt siis

plasmiidne DNA.

Peamist rakendust leiab selline teraapia geneetiliste defitsiitide korral, mis on põhjustatud üksiku

geeni alatalitusest või selle puudumisest. Manustades normaalseid geene, on võimalik taastada organismi

normaalset talitlust.

Koduloomade puhul ilmselt geeniteraapia laialdast kasutust ei leia, kuna sama kiiresti kui arenevad

geeniteraapia meetodid arenevad ka molekulaarsed meetodid defektsete geenide avastamiseks, mis loob

võimaluse rakendada selektsiooni pärilike haiguste vältimiseks koduloomadel ning kalligeeniteraapia

järele puudub praktiline vajadus.

(2) Multifaktoriaalsete haiguste tõrje geneetiliste meetoditega

Multifaktoriaalsete anomaaliate vastu, millel on kvantitatiivne geneetiline taust (haiguse saab

klassifitseerida väga paljudesse raskuskategooriatesse), on võimalik teostada selektsiooni samadel

põhimõtetel, kui mistahes muu kvantitatiivse tunnuse selektsiooni, mis põhineb looma aretusväärtuse

määramisel vanemate, järglaste ja külgnevate sugulaste näitajate alusel.

Haiguste puhul, mida saab käsitleda lävitunnusena või mida saab kategoriseerida vähestesse

93

raskusastmetesse (näiteks südame defektid), saab selektsiooni teostamisel lähtuda järeldustest, mis

tulenevad perekonnahaiguste üldistest seaduspärasustest:

1) mida raskem on isendi defekt seda sagedasem ja raskem on defekt tema järglastel;

2) normaalsete isendite puhul, mida väiksem on nende sugulus defektsete isenditega ja mida suurem

on tema sugulaste hulgas normaalsete isendite osakaal, seda harvem ja kergem on defekt tema

järglaste hulgas.

Sellise haiguse tõrjeprogrammi algfaasis tuleb lähtuda eelkõige esimesest printsiibist. Sellest

lähtuvalt tuleb kõik potentsiaalselt paaritatavad isendid klassifitseerida vastavalt defekti esinemisele

ja selle raskusastmele ning praakida võimalikult palju defektseid isendeid alustades

raskemakategooria defektiga isenditest.

Programmi edenedes defektsete isendite arv väheneb ja peagi saavutatakse olukord, kus

normaalseid isendeid on rohkem kui paarituseks tegelikult vajatakse. Siis on õigem lähtuda paaritatavate

isendite valikul eelnimetatud teisest printsiibist. Programmi järjekindlal rakendamisel on võimalik

vältida defekti ilmnemist loomadel.

Kontrollküsimused ptk. 7.1 kohta

1. Mis on populatsioon?

2. Mis on geeni- ja genotüübisagedus?

3. Kuidas kalkuleerida geenisagedus genotüübisageduse põhjal? Millisel juhul on seda võimalik teha?

4. Juhusliku e. vaba ristumise olemus.

5. Kuidas on seotud vanempõlvkonna geenisagedus ja järglaspõlvkonna genotüübisagedus

homosügootse ja heterosügootse genotüübi sagedust silmas pidades (võib väljendada sümbolites)?

6. Milline suhe valitseb vanempõlvkonna ja järglaspõlvkonna geenisageduste vahel.

7. Milliste populatsioonide puhul kehtib Hardi-Weinbergi seadus täiel määral?

8. Millised tegurid põhjustavad populatsioonide geenisageduste muutusi?

9. Mis on selektsioon? Mille kaudu see toimib?

10. Miks esineb populatsioonides dominantseid letaalseid defekte, ehkki nende suhtes toimib 100%-line

negatiivne selektsioon?

11. Milline seos valitseb mutatsioonisageduse ja defekti fenotüübilise avaldumise sageduse vahel

dominantse letaalgeeni korral?

12. Mida tähendab mutatsiooni-selektsiooni tasakaal?

94

13. Millest sõltub geeni minimaalne sagedus populatsioonis?

14. Millest sõltub geenisageduse vähenemise kiirus populatsioonis (st. põlvkondade arv, mis on vajalik

geenisageduse vähenemiseks teatud ühiku võrra)?

15. Selektsioonikoefitsiendi mõiste.

16. Kuidas on seotud organismi kohastumus ja selektsioonikoefitsient?

17. Kui defekt ei ole letaalne, siis esineb populatsioonis kahte päritolu defektgeene. Nimeta, millist

päritolu?

18. Miks on retsessiivse geeni sageduse vähendamine populatsioonis aeganõudvam kui dominantse

geeni sageduse puhul?

19. Kuidas on võimalik retsessiivne geen populatsioonist täielikult kõrvaldada?

20. Kuidas on võimalik vältida retsessiivseid defekte populatsioonis, kui me sealt defektgeeni suhtes

heterosügootseid isendeid ei kõrvalda?

21. Kuidas muutub retsessiivse geeni sagedus populatsioonis, kus retsessiivseid heterosügoote

kasutatakse paarituses dominantsete homosügootidega? Miks?

22. Kui populatsioonist kõrvaldatakse nii homo- kui heterosügootsed retsessiivid, milline on siis

minimaalne retsessiivgeeni sagedus populatsioonis?

23. Mida tähendab heterosügoote soosiv selektsioon? Mis seda iseloomustab geenisagedusi silmas

pidades?

24. Mida tähendab heterosügootide vastu suunatud selektsioon? Mis seda iseloomustab geenisagedusi

silmas pidades?

25. Mis on juhuslik geenitriiv?

26. Mis iseloomustab juhusliku geenitriivi tagajärjel kujunenud geenisagedusi?

27. Milles seisneb geenide migratsioon

28. Milline on migratsiooni mõju populatsioonide geenisagedustele?

29. Mis on inbriiding?

30. Kuidas mõjutab inbriiding populatsiooni geenisagedust ja genotüübisagedust?

31. Mida iseloomustab inbriidingu koefitsient

32. Kuidas mõjutab inbriidingu koefitsiendi suurenemine geneetiliste anomaaliate esinemissagedust

populatsioonis?

33. Mis on inbriidingdepressioon? Millest sõltub selle tugevus?

34. Milliseid fenotüübi tunnuseid mõjutab inbriidingdepressioon kõige enam?

95

Kontrollküsimused ptk. 7.2 ja 7.3 kohta

1. Milles seisneb pärilike haiguste diagnoosimine?

2. Millised on esmased tunnused, mis viitavad haiguse võimalikule geneetilisele etioloogiale?

3. Kuidas toimub haiguse perekondliku iseloomu selgitamine?

4. Millist informatsiooni on võimalik saada põlvnemisandmete uurimisel? Mis on põlvnemisandmete

registreerimise tavapärane meetod?

5. Millised iseärasused ilmnevad põlvnemisandmetes autosoomse dominantse haiguse puhul?

6. Millised iseärasused ilmnevad põlvnemisandmetes autosoomse retsessiivse haiguse puhul?

7. Millised iseärasused ilmnevad põlvnemisandmetes suguliitelise dominantse haiguse puhul?

8. Millised iseärasused ilmnevad põlvnemisandmetes suguliitelise retsessiivse haiguse puhul?

9. Lahknemisanalüüsi eesmärk ja meetodid.

10. Abistavad meetodid haiguse päriliku etioloogia selgitamisel.

11. Milles seisneb fenotüüp-marker analüüs?

12. Milles seisneb pärilike haiguste mittegeneetiline tõrje.

13. Too näiteid pärilike haiguste mittegeneetilise tõrje meetoditest.

14. Kuidas mõjutab pärilike haiguste mittegeneetilise tõrje defektgeeni sagedust populatsioonis, kui

ravitud loomi paarituses ei kasutata.

15. Kuidas mõjutab pärilike haiguste mittegeneetilise tõrje defektgeeni sagedust populatsioonis, kui

ravitud loomi kasutatakse paarituses võrdselt tervete loomadega.

16. Milles seisneb pärilike haiguste geneetiline tõrje?

17. Kuidas on võimalik vältida retsessiivsete defektide esinemist olukorras, kus heterosügootseid

isendeid populatsioonist ei kõrvaldata?

18. Mis on (retsessiivse) päriliku haiguse tõrjeprogrammi esmane eesmärk?

19. Mis on kliiniline seire? Mida on võimalik sellealusel teha pidades silmas defektsete geenide

kõrvaldamist populatsioonist.

20. Kuidas on võimalik kliinilise seire puhul selgitada välja dominantseid homosügoote?

21. Mis on heterosügootsus test?

22. Millisedon järeldused, kui heterosügootsus testis sünnib defektne järglane ja siis kui sünnib

normaalne järglane?

23. Kuidas saab vähendada heterosügootsuse tuvastamatuse tõenäosust heterosügootsus testis.

24. Milles seisneb biokeemiline seire?

96

25. Milles seisneb DNA-seire?

26. Geeniteraapia olemus ja põhiprotseduurid.

27. Uute geenide organismi viimise meetodid.

28. Geeniteraapia rakendatavus koduloomadel.

29. Kuidas toimub kvantitatiivsel aditiivsel geneetilisel alusel tekkiva geneetilise haiguse tõrje?

30. Millised on põhiprintsiibid, millest peaks lähtuma multifaktoriaalsete lävitunnuseliste haiguste tõrjel

geneetiliste meetoditega?

97

8. ONTOGENEETIKA VETERINAARGENEETILISED ASPEKTID JA

ONKOGENEETIKA

8.1 ONTOGENEETIKA PÕHIPRINTSIIBID

1) Ontogeneetika määrang

Ontogeneetika on geneetika haru, mis uurib isendi arengu geneetilist määratust e.

teisisõnu- uurib geneetilise informatsiooni realiseerumist.

Isendiarengu nüüdisaegsete uuringute olulisimad probleemid on:

(1) geeni toime ontogeneesis ja välisfaktorite toime sellele;

(2) rakkude diferentseerumine ja morfogenees ning arengu patoloogia (k.a. onkogenees),

(3) rakkude interaktsiooni mehhanismid,

(4) arengu biokeemilised ja energeetilised seaduspärasused e. arengu molekulaarbioloogia.

2) Geneetilise informatsiooni realiseerumine

Isendiareng e. ontogenees kujutab endast viljastatud munarakus oleva geneetilise informat-

siooni realiseerumist.

Areng saab seega alguse ühest rakust - sügoodist. Sellest moodustub paljudest raku-

tüüpidest, kudedest ja organitest koosnev ning kooskõlas funktsioneeriv hulkrakne süsteem.

Ontogeneesi vältel muutuvad rakud ja neis sisalduvad ained. Mõistetavalt on organismi arengu

algstaadiumis tekkivad rakud võrratult lihtsamad võrreldes täiskasvanud isendiga. Näiteks puuduvad

sügoodis terved valkude rühmad, mis on omased täiskasvanud isenditele. Seega toimub arengu

käigus genotüübis talletatud informatsiooni järkjärguline realiseerumine. Ontogeneesi käigus

toimub põhiliste liigiomaste organismi tunnuste uuestiteke e. epigenees.

Geneetilise informatsiooni realiseerumine toimub järgmistel tasemetel:

(1) DNA → valk;

(2) informatsiooni kandumine valgult teistele molekulidele;

(3) informatsiooni kandumine supermolekulaarsetele struktuuridele, mis määravad raku

omadused ja raku talitluse ning

(4) informatsioon elundite ja supertsellulaarsete struktuuride moodustumiseks.

Ontogeneesis on eristatavad kolme tüüpi arenguprotsessid:

(1) diferentseerumine (eri rakutüüpide ja kudede tekkimine);

(2) morfogenees (alates molekulaarstruktuuridest lõpetades organitega ja tervikorganismi

anatoomilise

98

ehitusega);

(3) kasvamine.

Nimetatud protsessid on omavahel seotud ja üksteisest sõltuvad ning toimuvad sageli

samaaegselt. Siiski on nende osatähtsus eri ontogeneesi etappidel erinev.

Lisaks geneetilistele faktoritele mõjutavad isendiarengut ka väliskeskkonna tegurid.

Organismi kohanemine individuaalse arengu vältel mitmesuguste ümbruse teguritega kujutab endast

ontogeneetilist adaptatsiooni. Ontogeneetiline adaptatsioon seisneb teatud geneetilise potentsiaali

realiseerumises antud keskkonna tingimustes. Keskkonna tingimused võivad soodustada potentsiaali

avaldumist (hea söötmistase → kõrge toodang, tugev treening → head sportlikud tulemused jne.)

või seda pärssida. Ontogeneetilise adaptatsiooni avalduseks on ka tingitud reflekside kujunemine

loomadel, aga samuti adaptiivsed immuunreaktsioonid.

3) Rakkude diferentseerumine

Rakkude diferentseerumise all mõistetakse viljastunud munarakust pooldumise teel

moodustuvate tütarrakkude järkjärgulist eristumist üksteisest, mille tagajärjeks on embrüo erinevate

rakutüüpide ja kudede ning lõpuks organite ja elundite moodustumine. Rakkude diferentseerumine

on samuti geneetilise kontrolli all nagu mistahes protsess organismis.

Diferentseerumise tulemuseks on erineva ehituse- ja talitlusega rakkude moodustumine.

Seejuures on spetsialiseerumine väga spetsiifiline - kindlaid ensüüme, hormoone jne. produtseerivad

kindlad rakud.

Samal ajal on kõikides rakkudes leiduv geneetiline informatsioon IDENTNE! Sellest

järeldub, et eri rakkudes talitlevad erinevad geenid, mis tähendab, et geneetilist informatsiooni

kasutatakse valikuliselt.

Funktsionaalselt aktiivset genoomiosa diferentseerunud rakkudes nimetatakse raku

epigenotüübiks. Epigenotüübis tuleb eristada kahte tüüpi aktiivseid geene:

(1) obligaatselt aktiivsed geenid - on alati aktiveeritud,

(2) fakultatiivselt aktiivsed geenid - on aktiivsed ainult teatud funktsionaalsete või metaboolsete

seisundite puhul.

4) Diferentseerumise tegurid

Diferentsiaalset geeniaktiivsust määravad tegurid ei ole genoomisisesed. Erinevad

diferentseerumissuunad on määratud mitmesugustest tuumavälistest teguritest. Embrüo arengu algul

tekkivate blastomeeride esmase eristumise allikaks on sügoodi tsütoplasma regionaalne

99

heterogeensus. Aineliselt ja struktuurselt koostiselt erinevate tsütoplasmaosade jaotumine

blastomeeride vahel tingib nende tsütoplasmalise diferentseerituse. Selle tulemusena aktiveeruvad

erinevad geenikompleksid erinevates blastomeerides. Blastomeeride esmane diferentsiaalne

geeniaktiivsus põhjustab uute rakuspetsiifiliste valkude sünteesi, mis omakorda majutab valikulist

geeniaktiivsust ja süvendab rakkude diferentsiaalseid biokeemilisi omadusi.

Järgnevates arenguetappides nimetatud protsessid süvenevad. Gastrulatsioonis satuvad

kontakti juba erineva geeniaktiivsusega rakurühmad, mis mõjutavad üksteist vastastikku.

Rakusisestele tuuma ja raku interaktsioonidele lisanduvad teistest rakkudest lähtuvad signaalid

(induktorid, regulaatorid). Sellisteks regulaatoriteks on mitmesugused mediaatorid ja hormoonid.

Rakuväliste induktorite ja regulaatorite toime eelduseks on vastavate retseptorite olemasolu

rakumembraanidel.

Hormoonid ja teised regulaatorid ühinevad vastavat retseptorit kandva rakuga ja

moodustunud kompleks kandub raku tuuma, kus ta mõjustab vastavate geenide talitlust.

5) Geenid ja tunnused

Geneetilise informatsiooni realiseerumist fenotüübina nimetatakse fenogeneesiks.

Geneetilise informatsiooniga määratakse otseselt vaid valkude primaarstruktuur. Edasine

informatsiooni kandumine järgmistele struktuuritasanditele (vt eespool) on vaid kaudselt geenide

poolt määratud.

Tunnuste kujunemise aluseks on biokeemilised reaktsiooniahelad, mitmeastmelised

diferentseerumis- ja morfogeneesiprotsessid. Sellest tulenevalt on kõik organismi tunnused sisuliselt

polügeense määratusega. Siiski võib ühe geeni mutatsioon tingida mõne tunnuse puudumise. See

viitab asjaolule, et tegemist on antud tunnust peamiselt määrava geeniga.

Geenide talitlus ei ole iseseisev, vaid kollektiivne. Tunnuste arenemist kontrollivad geenid

toimivad vastastikuses seoses. Geenide interaktsioon biokeemilises mõttes tähendab geenide

produktide vastastikust mõjutamist ontogeneesi käigus. Nii osutub ühe geeni produkt teiste geenide

induktoriks või repressoriks.

6) Genotüüp ja keskkond

Genotüüp on koostoimivate geenide kogum, mis määrab organismi reaktsiooninormi

erinevates keskkonna tingimustes.

Fenotüüp on organismi tunnuste kogum, genotüübi realiseerumise tulemus teatud

keskkonna tingimustes.

Ontogeneesi käigus kujunevad tunnused võivad antud genotüübil varieeruda teatud

100

piirides. Neid nimetatakse fenotüübiliste muutuste piirideks e. reaktsiooninormiks.

Reaktsiooninorm on seega teisisõnu ontogeneetilise adaptatsiooni piirid. Nende piiride ületamine

toob kaasa organismi hävimise.

Tulenevalt diferentseerumisprotsessi etapilisusest ja sellest, et ontogeneesi eri etappidel

toimivad erinevad geenid, võib ontogeneesi jaotada tinglikult mitmeks staadiumiks. Seejuures on

täheldatavad teatud üleminekuperioodid ühest staadiumist teise. Nimetatud üleminekuperioode

loetakse fenokriitilisteks perioodideks, kuna sel perioodil on organism kõige tundlikum

väliskeskkonna mõjudele. Üleminekuperioodidel toimuvad teatavas koes või organis valgusünteesi

tüübi muutused, genoomi erinevate osade aktiivsuse vahetus. Kriitilised perioodid saabuvad iga liigi

puhul erineval ajal. Näiteks kanadel on embrüonaalse arengu 2.-3. päev (hakkab formeeruma

vereringe) ja 8.-9. päev (intensiivne diferentseerumine, kudede ja organite teke) ning 19. päev

(kujuneb ümber hingamistüüp). Veistel on kriitilised embrüonaalse arengu esimesed päevad.

Kõrgematel loomadel on keskkonna mõju embrüonaalsele arengule suhteliselt nõrk, kuna

loode areneb organismi sees või munakoorest kaitstult. Seetõttu suuremat mõju avaldavad

postnataalsel perioodil toimivad keskkonna tegurid.

Postnataalsel perioodil toimivatest keskkonna tingimustest on kõige olulisema mõjuga

söötmise ja pidamise tingimused, samuti patogeenide toime.

Tinglikult võib tunnuseid jaotada ümbrusest sõltuvuse alusel kolme rühma:

(1) tunnused, mis on määratud praktiliselt ainult geneetilistest teguritest (biokeemilised

tunnused);

(2) tunnused, mille areng oleneb nii geneetilistest kui keskkonna teguritest (näit. kehamass

ja mõõtmed, kasvukiirus, psüühilised omadused);

(3) tunnused, mille puhul genotüübi osa on väike (juhuslikud vigastused, väliste tunnuste

tahtlik muutmine inimese poolt).

8.2. VANANEMINE

Eluiga on liigi tunnus st. see on geneetiliselt määratud. Siiski mõjutavad eluea pikkust

oluliselt haigused. Seejuures osa haigusi on seotud isendi vananemisega, osa aga mitte. Pikaealisus

on isendi kõrge kohastumuse näitaja, mis tõestab ka organismi kõrget resistentsust erinevate

patogeensete tegurite suhtes.

Liigi elukestus on tihedalt seotud muude liigiomaste tunnustega. Näiteks võib täheldada, et

suure massiga loomadel on pikem eluiga kui väikestel, liigi viljakus ja elukestus on pöördvõrdelised

suurused, lihasööjate eluiga on lühem kui rohusööjatel.

Eluiga saab seostada muude ontogeneesi iseärasustega. Nimelt on eluiga võrdeline sugu-

101

küpsuse eelse kasvuperioodi kestusega - mida pikem see on, seda pikem eluiga. Arvatakse, et eluiga

ületab ligi 6-10 korda perioodi sünnist suguküpsuseni. Näiteks hobune saavutab suguküpsuse 5.

eluaastaks ja elab 30-40 aastat. Veis 2. eluaastaks – (eluiga kuni 20 aastat) jne. Ka liigi siseselt näib

nimetatud reegel kehtivat. Nimelt on täheldatud, et mida aeglasem on roti areng, seda pikem on tema

eluiga.

Eluea pikkust seostatakse ka rakkude paljunemisvõimega. On leitud, et rakud võivad koekultuurides

anda vaid teatud kindla hulga generatsioone. Inimese puhul on see näiteks maksimaalselt 50.

Arvestades rakkude eluiga on saadud inimese maksimaalseks elueaks 110-120 aastat.

Vananemise põhjuste suhtes ei olda ühesel seisukohal. Üks on küll selge, et juba enne kui

rakud lõpetavad paljunemise, ilmuvad nendesse mitmesugused jääkained. Peamised teooriad,

millega vananemist seostatakse on järgmised:

(1) DNA replikatsioonivigade teooria;

(2) DNA ahelatevaheliste põikõmbluste moodustumise teooria;

(3) vabade radikaalide teooria;

(4) ajutalitluse häirumise teooria;

(5) immuunmehhanismide vananemise teooria (autoimmuunsuse teke).

DNA replikatsioonivigade teooria seletab vananemist somaatiliste mutatsioonide

kuhjumisega organismis.

DNA ahelatevaheliste põikõmbluste moodustumise teooria väidab, et tekkinud

põikõmblused ei võimalda pidevalt toimuvat ensümaatilist DNA-reparatsiooni (parandamist).

Vabade radikaalide teooria järgi on vananemise põhjuseks nn. vabad radikaalid, mis

tekivad vananema hakkavates rakkudes. Vabad radikaalid kahjustavad rakku. Nende eest kaitseb E-

vitamiin, mis toimib sünergistlikult C-vitamiiniga. Soodus on ka rasvhapete vähendamine toidus.

Ajutalitluse häirete teooria tõstab esiplaanile hüpotaalamuse ja hüpofüüsi osa

ainevahetuse häirumises.

Immuunmehhanismide vananemise teooria seletab looma vananemist lümfotsüütide

vananemisega. Viimane kaasneb vähi ja autoimmuunhaiguste kujunemisega (reumatism, glomerulo-

nefriit, reumaatiline polüartriit, südameklappide tabandumine), mispuhul lümfotsüüdid ründavad

kehaomaseid biopolümeere. Vananevate T-lümfotsüütide eemaldamine põrna eemaldamise näol

kahekordistab hiire eluiga.

102

8.3. ONKOGENEETIKA

8.3.1. Kantserogeneesi üldbioloogilised alused

Nagu eelnevast selgub võib hulkrakset organismi vaadelda kui korrastatud rakuklooni

(areneb välja ühest rakust - sügoodist), mille koostisosad - rakud, omavad küll ühesugust genoomi,

kuid on spetsialiseerunud täitmaks erinevaid ülesandeid.

Ühtlasi võib organismi vaadelda ka kui ökosüsteemi, mille koostiselementideks on koed ja

rakud (makromaailmas oleksid analoogid vastavalt liigid ja isendid). Enamik "elusatele"

ökosüsteemidele iseloomulikest tunnustest on kohandatavad ka organismile. Nendeks on: sünd,

surm, käitumine e. talitlus, territooriumi piiritletus, populatsiooni arvukuse ja selle tunnuste

säilitamine.

Organism on siiski üks erakordne ökosüsteem, kuna normaalses olekus ei esine siin

konkurentsi erinevate rakuliikide vahel. Kõik somaatilised rakud on määratud surema ja neist ei jää

järele järglasi sõna otseses mõttes. Oma eksistentsi pühendavad nad täielikult sugurakkude elu

tagamiseks. Vaid sugurakkudel on šanss ellu jääda ja kanduda edasi järgmisse põlvkonda.

Ohverdades end sugurakkude eest, tagavad somaatilised rakud tegelikult seda, et neis sisalduv

geneetiline informatsioon paljuneb, jätkab eksisteerimist ja levimist.

Iga mutatsioon, mis põhjustab süsteemi üksikutes lülides, s.o. rakkudes, “iseloomu

muutusi”, mis viivad rakkude "omakasupüüdlikule" talitlusele, ähvardab hävitada kogu süsteemi.

Mutatsioon, konkurents ja looduslik valik on nähtused, mille ilmumine somaatiliste rakkude

populatsiooni põhjustabki vähi teket.

Vähk on seega haigus, mille puhul üksik mutantne rakk hakkab paljunema oma naabrite

arvel. Ta on võimeline haarama naabrite territooriumi, jätma nad ilma toitainetest, mille tulemusena

normaalsed rakud kaovad sealt, kus nad peaksid olema. Protsessi lõpptulemuseks on paratamatult

kogu "rakkude ühiskonna" hukkumine, sealhulgas loomulikult ka kasvajarakkude hukkumine.

Normaalse täiskasvanud looma organites ja kudedes püsivad rakkude paljunemine ja

suremine tasakaalus nii, et teatud liiki rakkude arv püsib enamvähem ühesugune. Aegajalt tekib

rakke, mis ei allu normaalsele "kasvukontrollile" (nende eluiga on normaalsest pikem ja

paljunemiskiirus võib olla ka suurem). Sellised rakud panevad aluse rakuklooni kujunemisele, mis

võib võtta märkimisväärsed mõõdud ja moodustada kasvaja.

Kasvajat, mis ei ole võimeline lõpmatuks kasvuks ja mis ei haara naaberkudede

"territooriumit" liiga suures ulatuses nimetatakse healoomuliseks.

Kasvajat, mille rakkude paljunemine jätkub pidevalt ning mille tulemusena haaratakse üha

103

uusi naabruses asuvaid kudesid endasse, nimetatakse pahaloomulisteks.

Pahaloomulistele kasvajatele on iseloomulik siirete e. metastaaside moodustamine.

Metastaasid moodustuvad sel teel, et üksikud kasvajast irdunud rakud satuvad vere- või

lümfiringesse, ning kanduvad selle abil teistesse organitesse ja kudedesse, kus nende paljunemine

jätkub.

Vähirakkudel on omadusi, mis eristab neid normaalsetest rakkudest:

(1) Klonaalne päritolu: kõik kasvajarakud pärinevad ühest neoplastilisest rakust, milles on

tekkinud kasvu reguleerivate mehhanismide defekt, mis pärandub edasi rakkude järglaspõlvkonnale.

(2) Piiramatu kasv in vivo: piiramatu paljunemine, kuna ei allu normaalsetele kasvu piiravatele

mehhanismidele.

(3) Surematus in vitro: kunstlikes kasvutingimustes võib elus hoida praktiliselt lõputult, samas kui

normaalsete rakkude kultuurid püsivad elus vaid piiratud arvu passaažide vältel.

(4) Muutunud koespetsiifiline sobivus: vähirakud on võimelised kasvama ja paljunema

ümbritsetuna teistliiki rakkudest. Mõnede vähiliikide puhul on vähirakud tolerantsed teatud kindlat

liiki kudedega, mistõttu metastaasid esinevad sel puhul kindlates organites.

(5) Muundunud biokeemiline talitlus: vähirakkude uudsed biokeemilised omadused põhjustavad

nende invasiivsust ja võimet moodustada metastaase.

Siia hulka kuulub: 1) ensüümide moodustamine, mis lõhustavad basaalmembraane ja sidekude;

2) angiogeense faktori produktsioon, mille abil tekivad kasvajasse veresooned,

mille kaudu toimub kasvajakoe varustamine toidu ja hapnikuga;

3) suurenenud glükolüüs, mis võimaldab kasvajarakkudel paljuneda hapniku

defitsiidi tingimustes.

(6) Muundunud väliskuju: tekib muutuste tõttu rakumembraani koostises.

(7) Ebanormaalne kromosoomistik: üldiselt on vähirakud aneuploidsed, lisaks esineb geenide

deletsioone, translokatsioone ja duplikatsioone.

8.3.2. Rakkude pahaloomuline muundumine (transformatsioon)

Rakkude normaalseid morfoloogilisi- ja kasvuomadusi võivad muuta keemilised kantsero-

geenid, kiirgused ning teatud viirused.

1) Keemiliste ja füüsikaliste kantserogeenide indutseeritud transformatsioon:

Mõned keemilised ühendid on otseselt mutageensed, näiteks nagu alküleerivad ühendid.

Teised muutuvad potentsiaalseteks mutageenideks läbides metaboolse muundumisprotsessi

104

organismis, enamasti maksa ensüümide toimel.

Ultraviolettkiirgus põhjustab dimeerse tümiini moodustumist ja röntgenkiirgus põhjustab

väga mitmesuguseid mutatsioone, sealhulgas ka kromosoomide lagunemist.

Keemiliste ja füüsikaliste kantserogeenide poolt indutseeritavas pahaloomulises

transformatsioonis on eristatavad kaks faasi:

a) initsieerimise e. algatamise faas ja

b) stimuleerimise faas.

Initsieerimise faasis tekivad muutused raku genoomis, kuid see ei pruugi veel viia

pahaloomulise transformatsioonini. Vajalik on stimuleerivate faktorite olemasolu, mis vallandaks

muundunud raku paljunemise ja tagavad pahaloomulise transformatsiooni väljakujunemise.

2) Viiruse indutseeritud transformatsioon:

Esimesena tõestas viiruse etioloogilist rolli kasvajate tekkes Rous 1910. a. (RNA-viirust,

mis põhjustab kasvajaid kanadel, nimetati Rous’i sarkoomiviiruseks (RSV). Seejärel on avastatud

mitmeid kasvajaid põhjustavaid viirusi nii RNA- kui DNA-viiruste hulgast.

Viirused võivad indutseerida transformatsiooni kahel viisil:

(1) Produtseerides proteiine, mis põhjustavad infitseeritud raku transformatsiooni. Näiteks DNA-

viirused SV-40 ja polüoomi viirus, mille genoomid liituvad peremehe kromosoomi DNA-ga,

misjärel produtseeritakse koos peremeesrakule omaste proteiinidega viiruse proteiine, sealhulgas ka

raku pahaloomulist transformeerumist produtseerivaid proteiine (T- ja t-proteiinid).

(2) Onkogeenide e. "vähi geenide" vahendusel. See on omane RNA viirustele, kes

pöördtranskribeerivad oma genoomi DNA-ks, mis liitub peremehe genoomiga. Seda RNA-viiruste

rühma nimetatakse retroviirusteks e. onkoviirusteks. Neile on iseloomulik, et nende genoomis leidub

spetsiaalne, raku pahaloomulist transformatsiooni põhjustav geen- onkogeen. Siia kuuluvad sellised

viirused nagu Rousi Sarkoomiviirus, veiste enzootilise leukoosi viirus, inimese T-rakulise leukeemia

viirus jt.

On tõestatud, et pahaloomulise transformatsiooni algatamiseks piisab üksnes viiruse

onkogeeni viimisest rakku.

105

8.3.3. Onkogeenid ja vähiteke

H. Temin püstitas 1971. a. hüpoteesi, et onkogeene leidub ka peremeesorganismi

rakkudes, väites isegi, et viirused omandavad onkogeenid just raku genoomist. Ta nimetas raku

onkogeenid proto-onkogeenideks e. tsellulaarseteks onkogeenideks (c-onc), et eristada neid viiruse

onkogeenidest (v-onc).

1970-ndate keskel sai nimetatud hüpotees kinnitust ka vastavate geeniuuringute tulemuste

alusel: Rousi sarkoomiviiruse v-onc analooge leiti kana genoomis. Seejärel on avastatud terve hulk

mitmesuguseid c-onc-e.

V- ja c-onkogeenide nukleotiidse järjestuse võrdlemine on näidanud, et tegemist on

evolutsiooniliselt äärmiselt konservatiivse geenirühmaga, kuna sarnaseid geene on leitud nii

inimesel, drosoofilal kui pärmseentel. See tõestab, et onkogeenide kodeeritavad proteiinid on seotud

rakkude paljunemise ja diferentseerumise fundamentaalsete funktsioonidega.

V- ja c-onkogeene eristab see, et c-onkogeenid koosnevad arvukatest eksonitest ja

intronitest, kuid v-onkogeenid koosnevad ainult eksonitest. Seejuures on v-onc ja vastava c-onc

homoloogia äärmiselt kõrge ning nende poolt kodeeritavad proteiinid vahendavad ühesuguseid

funktsioone.

Seetõttu ollakse tänapäeval seisukohal, et enamus, kui mitte kõik v-onc-d pärinevad

peremehe genoomist, ning viirus on transkriptsioonil RNA-töötlemise protsessis jätnud intronid

maatriksist välja.

Onkogeenide funktsioonid:

Normaalsetes rakkudes on onkogeenid üldiselt vähesel määral ekspresseeritud, ja nende

talitlus on seotud raku kindla arengustaadiumiga.

Onkogeenide produtseeritavad proteiinid talitlevad kui:

(1) kasvufaktorid indutseerides rakkude proliferatsiooni;

(2) kasvu pidurdavad faktorid;

(3) raku surma (apoptoosi) reguleerivad faktorid.

Vähk areneb juhul kui kasvufunktsioonid ja kasvu pidurdusfunktsioonid ei ole tasakaalus.

Põhjused, mis võivad muuta proto-onkogeeni onkogeeniks, põhjustades rakkude kasvu

regulatsioonis häireid summeerib järgnev skeem.

106

Normaalne rakk Transformeerunud rakk Viiruse-onkogeen Retroviiruse transduktsioon c-onc-ga Proto-onkogeenid Mutageenid, Ekspressioon viirused, geneetiline eelsoodumus Rakkude kasvu ja paljunemist reguleerivad Raku-onkogeen

proteiinid Rakusurma reguleerivad Ekspressioon proteiinid

(1)Hüperaktiivsed proteiinid

(2)Geenide kordistumine või translokatsioon:

(3) proteiinide suurenenud või vähenenud produktsioon

Joonis 8.1. Proto-onkogeenide muutumine onkogeenideks (J. Kuby, 1994 järgi) Seega rajaneb kantserogenees rakkude proliferatsiooni ja diferentseerumise mehhanismidel. Onkogeenid on aga normaalsed rakkude kasvu, paljunemist ning nende surma reguleerivad geenid ning kantserogenees saab võimalikuks häirete tõttu nimetatud protsessides.

Kontrollküsimused VIII ptk. kohta

1. Ontogeneetika määrang

2. Epigeneesi mõiste

3. Geneetilise informatsiooni realiseerumise tasemed.

4. Arenguprotsesside tüübid ontogeneesis.

5. Milles seisneb ontogeneetiline adaptatsioon?

6. Kuidas tagatakse organismi erinevate rakkude erinev struktuur ja funktsioon rakkude identse

genotüübi juures?

7. Epigenotüübi mõiste

8. Mis põhjustab blastomeeride esmast eristumist?

9. Millised faktorid reguleerivad geenide talitlust organismi hilisemates arengustaadiumides?

107

10. Fenogeneesi mõiste

11. Millised perioodid on organismi arengus fenokriitilised?

12. Mis on peamised välistegurid, mis mõjutavad eluea pikkust?

13. Kirjelda 3 organismi vananemise põhjust!

14. Millised "makro-populatsioonidele" omaste nähtuste ilmnemine organismi ökosüsteemis viib

kasvajate tekkimisele?

15. Mis eristab healoomulist kasvajat pahaloomulisest?

16. Metastaaside tekkemehhanism vähi korral.

17. Mis on vähirakkude piiramatu kasvu põhjuseks?

18. Milles avaldub vähirakkude muutunud koespetsiifilisus?

19. Loetle vähirakkudele omaseid biokeemilise talitluse muutusi võrreldes normaalsete rakkudega.

20. Mida oskad öelda vähirakkude väliskuju ja kromosoomistiku kohta?

21. Millised faktorid põhjustavad rakkudes pahaloomulist transformatsiooni?

22. Keemiliste ja füüsikaliste kantserogeenide toimemehhanismi iseloomustus (2 etappi).

23. Viiruste indutseeritud transformatsiooni 2 liiki – nende iseloomustus.

24. Mis on onkogeen?

25. Mis on v-onc, c-onc?

26. Mis eristab v-onc-i c-onc-st?

27. Milliseid funktsioone täidavad onkogeenide poolt sünteesitavad proteiinid?

28. Mis on vähi põhjuseks onkogeenide teooriast lähtuvalt?

108

9. FARMAKOGENEETIKA

Farmakogeneetika määrang

Ravimi toime sõltub sageli sellest, kui kiiresti ta aktiveeritakse organismis või kui kaua ta

patsiendis aktiivsena püsib. Kuna mõlemad protsessid on otseselt seoses ensüümide talitlusega,

ensüümid on geenide produktid, siis on organismi reaktsioon ravimitele vähemalt osaliselt geneetiliselt

määratud. Ka ravimi organismist väljutamise kiirus on geneetiliselt määratletud.

Farmakogeneetika uurib pärilikkuse osa organismi reaktsioonides ravimitele, nende

reaktsioonide geneetilise kontrolli mehhanisme ja bioloogilist olemust. Farmakogeneetika uurib ka

geenide talitluse muutumist ravimite toimel e. ksenobiootikumide mutageenset toimet.

Organismi reaktsioon ksenobiootikumile (kehavõõrale keemilisele ühendile) seisneb:

(1) retseptsioonis (ravimi või mõne teise võõraine seostumine raku retseptoritega);

(2) biotransformatsioonis (metabolism);

(3) immuunvastuses (ka madalamolekulaarsetele ühendite suhtes).

Geenidefektidest tingitult võib reaktsioon ravimile puududa või olla väärastunud e. pato-

loogiline. Viimasel juhul tekib kas hemolüüs, idiosünkraasia või muud kõrvalnähud.

Idiosünkraasia on ülitundlikkusreaktsioon ravimi suhtes. See avaldub tursete,

kehatemperatuuri tõusu või järsu vererõhu alanemise ja hingamishäiretena. Enamasti on see tingitud

üksikute ensüümide puudulikkusest.

Geneetiline variatsioon reaktsioonis ravimitele

Eri indiviidid reageerivad ravimitele olulisel määral erinevalt. On täheldatud, et need

erinevused on seotud loomade põlvnemisega ja kuulumisega teatud liinidesse.

Üks tähtsam geenide kogum, mis on seotud ravimite metabolismiga, on tsütokroom-P450

geenide perekond. Erinevate P450 rühma kuuluvate geenide arv eri loomaliikidel ulatub 60st 200ni.

Need geenid kodeerivad ensüüme, mida nimetatakse mono-oksügenaasideks, ja mille ülesandeks on

kaitsta organismi võõraste (madalmolekulaarsete) kemikaalide eest. Sel eesmärgil on nad võimelised

109

eraldama erinevatest ühenditest amino- ja alküülrühmi, hüdroksüülima ja redutseerima molekule

muutes need organismile mittetoksilisteks.

Paljude P450 geenide puhul on inimesel ja ka loomadel täheldatav suur varieeruvus, mis

omakorda väljendub eri isendite erinevas reageerimises mitmetele ravimitele (psühhotroopsed

preparaadid- antidepressandid, opioidid, beeta-blokaatorid, rahustid). Mutatsioonide korral nendes

geenides esineb aga sageli ekstreemseid kõrvalnähte ja ravimite vastandlikku toimet.

Teiseks on leitud küülikute eri liinides erinevusi võimes inaktiveerida isoniasiidi, mis on seotud

maksas esineva atsetüül-transferaasi (AT) aktiivsusega. Viimast on täpsemini uuritud inimesel.

Väheaktiivse AT-ga isendites inaktiveeritakse aeglaselt ka mitmeid teisi ravimeid, mis on keemiliselt

lähedased isoniasiidile (näit. sulfoonamiidid) ning sellega kaasnevad ebasoovitavad kõrvalnähud.

Atsetüül-transferaasi ülesandeks on aminorühmi sisaldavate ksenobiootikumide biotrans-

formatsioon, mis seisneb aminorühmade seostamises äädikhappega - N-atsetüleerimises.

Maksa AT aktiivsust reguleerib autosoomne geen, mille dominantne alleel kodeerib kõrge

aktiivsusega AT sünteesi (kiire inaktivatsiooni alleel) ja retsessiivne alleel väheaktiivse AT sünteesi

(aeglase inaktivatsiooni alleel).

Aeglase isoniasiidi inaktivatsiooniga isendid on nimetatud alleeli osas homosügootsed

retsessiivid.

Aeglase inaktivatsiooni alleeli sagedus varieerub populatsioonides suures ulatuses (vt tabel

9.1).

Tabel 9.1. Atsetülatoorse staatuse genogeograafia ____________________________________________ Populatsioon Aeglase Aeglase

alleeli fenotüübi sagedus sagedus ____________________________________________ Kanada eskimod 0,22 0,05 Hiinlased 0,39 0,15 Jaapanlased 0,34 0,12 Araablased 0,91 0,83 Sudaanlased 0,80 0,65 USA afroameeriklased 0,71 0,51 USA valged 0,76 0,58 Sakslased 0,66 0,44 Soomlased 0,80 0,64 Saamid 0,53 0,28

110

Sarnast erinevust on täheldatud ka reaktsioonis anesteetikumidele. Loomade puhul on kõige

paremini uuritud sigade reaktsiooni halotaanile (vt eestpoolt - halotaantest).

Inimestel on paremini uuritud reaktsiooni suktsinüül-koliini (SK) manustamisel, mida

kasutatakse anesteesia puhul müorelaksandina. Enamik indiviide vajab SK-manustamise järgselt

hingamisaparaadi abi vaid lühiajaliselt. Osa indiviide on aga ülitundlikud SK suhtes ning vajavad

hingamisaparaati mitu tundi. Nimetatud ülitundlikkust põhjustab jällegi autosoomne retsessiivne alleel.

Multifaktoriaalne farmakogeneetika

Eelkirjeldatud juhtudel olid erinevused reaktsioonis ravimitele seotud alleelidega üksikus

geenilookuses. Enamikul juhtudel ei ole aga reaktsioon ravimile sõltuv vaid ühe lookuse alleelidest.

Veelgi enam - ravimi metabolismi mõjutab teadmata arv geene ja väliseid tegureid. Tulemuseks on see,

et manustades teatud hulgale isenditele standard-doosi ravimit saame neil erinevaid reaktsioone ning

isendite jaotus efekti tugevuse skaalal on vastav normaaljaotusele (F. Nicolas ,1993 järgi, vt joonis).

Seejuures skaala alguses ravimil efekti ei ole ja lõpus on efekt toksiline.

Eba- efektiivne

Toksiline efekt

Optimaalne efekt

Loomade arv

Ravimi kontsentratsioon seerumis Joonis 9.1. Ravimi efekt teatud kontsentratsiooni puhul seerumis (Nicholas, 1988)

Eeltoodut on vaja arvestada kliinilises praktikas. Nimelt iga ravimi puhul tuleb arvestada, et

patsiendid erinevad geneetilisest mitmekesisusest tulenevalt tundlikkuse poolest farmakonide

terapeutilisele ja toksilisele toimele.

111

Ravimite kliiniliste omaduste (efektiivsus, potentsus ja toksilisus) määramiseks on vajalik

läbi viia ravimi kliinilised katsed.

Kliinilised katsed ravimite efektiivsuse määramiseks:

Eesmärgid:

• ravimi efektiivsuse määramine

• ravimi efektiivsus – ravim omab talle omistatavat toimet.

• standard-dooside määramine

• ravimi potentsuse määramine – näitab millises doosis ravim avaldab eeldatavat toimet

• kõrvaltoimete selgitamine

• toksilisus üledoseerimise korral

• kõrvaltoimed e. toksilisus teistele organitele ja organismi talitluslike protsesside suhtes

• keskkonnaliste ja geneetilistest tegurite mõju selgitamine eelnimetatule

Kliiniliste katsetega on vaja lahendada kaks mõneti vastuolulist ülesannet:

(1) tõestada, et ravim avaldab organismis toimuvatele protsessidele reaalselt toimet ja mõõta selle

efekti suurust.

(2) tõestada, et ravim toimib kõigile populatsiooni isenditele ühetaoliselt.

See eeldab erinevat lähenemist:

Esimesel juhul on oluline, et katsealused oleksid sarnase genotüübiga ja allutatud ühesugustele

keskkonnateguritele.

Teisel juhul on oluline haarata katsesse võimalikult palju genotüüpe.

Kummagi eesmärgi saavutamiseks on seetõttu kasutusel ka erinevad meetodid:

(1) “kaksikute” meetod- kasutatakse geneetiliselt lähedasi isendeid;

(2) välikatsed- kasutatakse suurt hulka sama haigust põdevaid patsiente ;

112

Kaksikute meetod

Ühele kaksikutest või rühmale geneetiliselt lähedastest isenditest manustatakse ravimit teisele mitte

ning jälgitakse organismis toimuvaid muutusi biokeemiliste analüüsimeetoditega või haigusprotsessi

kulgu ravitud ja ravimata isenditel.

Eelised:

• Välistab suuresti genotüübi erinevusest tulenevad erinevused ravimi toimes.

• Võimalik teostada kontrollitud keskkonnatingimustes- välistab keskkonnast tingitud erinevused.

• Võimalik täpselt määratleda haiguse staadiumeid, raskusastet jms.

• Tulemusi vôimalik saada suhteliselt kiiresti.

• Tulemuste saamiseks läheb vaja suurusjärgu vôrra vähem katsealuseid (kontrollitud eksperiment)

Võimaldab:

määrata ravimi bioloogilist aktiivsust ja terapeudilise toime mehhanisme;

tõestada ravimi terapeudilise efektiivsuse antud katse tingimustes;

määrata kõrvaltoimed antud katse tingimustes;

Puudused:

• Ei arvesta genotüübi ja keskkonna erinevustest tulenevaid erinevusi ravimi toimes. Seega ei

võimalda määrata ka nn. kliinilist efektiivsust;

• Väike patsientide arv ei võimalda määrata

geneetilist variatsiooni reaktsioonis ravimitele, seega ka:

standard-doose

kõiki võimalikke kõrvaltoimeid

Välikatsed- kasutades suurt hulka sama haigust põdevaid patsiente:

Eelised

• iseloomustab populatsiooni geneetilist varieeruvust reaktsioonis ravimitele, kuna uurimise all on

113

praktilises mõttes kõik populatsioonis esindatud genotüübid.

• võimalik on iseloomustada erinevate keskkonnaliste tegurite mõju ravimi toimele;

• saadud tulemused on statistiliselt usaldusväärsemad

• Võimaldab määrata:

• Ravimi standard-doose;

• Ravimi kõrvaltoimed;

• “kliinilise” efektiivsuse.

Puudused:

• raske on ühtlustada haiguse raskusastet, arengustaadiumit jms.,

• erinevad keskkonnatingimused võivad varjutada ravimi efektiivsust;

• vajalik suur patsientide arv;

• katsete pikaajaline kestus.

Kontrollküsimused IX ptk kohta

1. Farmakogeneetika määrang

2. Farmakogeneetika uurimisobjekt

3. Milles seisneb organismi reaktsioon ravimile?

4. Milles avaldub organismi patoloogiline reaktsioon ravimile?

5. Mis on ravimite suhtes esineva patoloogiliste reaktsioonide peamiseks põhjuseks?

6. Mis on mono-oksügenaaside ülesanne organismis ja milline on nende toimemehhanism.

7. Milliste ravimirühmade suhtes on atsetüül-transferaasi “aeglase" fenotüübiga isendid ülitundlikud?

8. Milline võib olla ravimi standard-doosi toime organismile tulenevalt geneetilisest varieeruvusest

reaktsioonis ravimitele?

9. Ravimite efektiivsuse määramisel kasutatavad 2 põhilist kliinilist meetodit. Põhimõte.

10. Nimetatud kliiniliste katsete üldised eesmärgid.

11. Mida võimaldab määrata kaksikute meetod ravimite efektiivsuse määramisel.

12. Kaksikute meetodi eelised, puudused.

13. Mida võimaldab määrata ravimi katsetamine arvukatel patsientidel?

14. Välikatsete eelised, puudused.

114

10. ERÜTROTSÜÜTIDE ANTIGEENNE POLÜMORFISM JA VEREGRUPPIDE GENEETIKA (IMMUNOGENEETIKA)

Sissejuhatus Immunogeneetiliste uurimiste alguseks peetakse aastat 1900, mil K. Landsteiner avastas aglutinatsioonireaktsiooni alusel inimese veregruppide ABO-süsteemi. 1907.a. sai selgeks ka veregruppide geneetiline määratus ja 1910.a. nende pärandumine Mendeli seaduste järgi. Veregruppe määravateks faktoriteks on erütrotsüütide membraanide pinnaretseptorid, mis on immunoloogiliselt aktiivsed e. talitlevad kui antigeenid. Seetôttu nimetatakse neid lihtsalt erütrotsüütide antigeenideks. Erütrotsüütide antigeenide kindlaksmääramiseks kasutatakse spetsiifilisi antiseerumeid, mis sisaldavad erütrotsüüdi teatud antigeeni vastaseid antikehi. Veregruppide määramine põhineb spetsiifiliste antigeenide olemasolu või puudumise tuvastamisel erütrotsüütide pinnal. Seega antigeeni olemasolu määratakse kindlaks antigeen-antikeha reaktsiooni e. immuunreaktsiooni alusel. Terminit "immunogeneetika" hakati seetôttu esmalt kasutama kui môistet, mis tähistab teadust, mis kasutab immunoloogia meetodeid isendite geneetiliste iseärasuste määramiseks. Tänapäeval on sama môiste omandanud uue tähenduse. Seoses inimvôimete täiustumisega geneetiliste uurimiste vallas on täna vôimalik selgitada ka immuunsuse faktorite geneetilist määratust ning seetôttu defineeritakse tänapäeval immunogeneetikat kui imuunsuse geneetikat e. teadusharu, mis uurib immuunsust tingivate faktorite geneetikat. Inimese ABO veregrupisüsteem Inimesel on neli erinevat AB0 süsteemi veregruppi sôltuvalt vastavate erütrotsüüdi retseptorite koostisest (struktuurist). Veregruppe tähistatakse: A, B, AB vôi 0. Nimetatud retseptorid kujutavad endast suhkrute ahelaid, mis on kinnitunud erütrotsüüdi membraanile valgulise jätke abil. Olemas on kolme erineva struktuuriga retseptoreid. Retseptorid erinevad üksteisest viimase suhkrumolekuli poolest ahela lôpus:

B puhul on selleks galaktoos (G) A puhul galaktoosi derivaat – N-atsetüül-galaktoosamiin (NG) 0 puhul jääb vimmane suhkrumolekul ahelalõppu liitmata. Kas ja milline suhkur ahela tippu seotakse, on määratud 9. kromosoomis paikneva alleeli poolt, mis kodeerib vastavalt kas galaktosüül-transferaasi (g) vôi N-atsetüül-galaktoosaminüül transferaasi (ng) sünteesi vôi ei kumbagi neist (0 e. i alleel). Sôltuvalt sellest, millist ensüümi alleel kodeerib, liidetakse vastav suhkur retseptorile. 0-alleel ei kodeeri ensüümi sünteesi üldse.

114

115

Retseptori terminaalse osa struktuurist sõltub omakorda, kas retseptor on ka immunogeenne e. kas immuunsüsteem tunneb selle ära kui antigeeni. Nii selgub, et vaid A ja B tüüpi retseptorid talitlevad kui antigeenid ning põhjustavad antikehade sünteesi, 0 retseptorid aga mitte.

Retseptorite struktuur on esitatud joonisel 10.2.1. Ensüüme kodeerivad alleelid on tähistatud analoogselt veregruppide tähistusele: A, B ja 0. Alleel A B 0 (i) Alleeli ng g - produkt (ensüüm)

0-retseptor

B-retseptor A-retseptor

Galaktoos

Joonis 10.2.1. Inimese AB0-veregrupisüsteemi antigeenide struktuur Seega on vastavas lookuses vôimalikud kolme tüüpi alleelid A, B ja 0. Kuna igal isendil on üks alleel isalt teine emalt, siis järelikult on vôimalikud 6 genotüüpi: AA, BB, AB, A0, B0, 00. Siit tulenevalt, teades alleelide talitluse biokeemilist tausta, on vôimalikud neli fenotüüpi e. veregruppi: A, B, AB ja 0. Alleelid A ja B on teineteise suhtes kodominantsed, kuna môlemad avalduvad AB fenotüübis. 0- alleeli nimetatakse aga "null"-alleeliks, kuna ta kodeerib antigeeni, mis pole avastatav. Null-alleeli loetakse seetôttu ka retsessiivseks. Veregrupisüsteemi all môistetakse antigeene, mida kontrollivad ühe lookuse alleelid. Näiteks inimesel on teine tuntud veregrupisüsteem seotud reesus faktoriga (Rh+ ja Rh-).

115

116

Rh- veregrupisüsteem on “üks geen – kaks alleli” süsteemi näide. Geeni produktiks on RhD antigeen e. D antigeen. Geeni poolt kodeeritav proteiin on transmembraanne proteiin, mis koosneb üle 400 aminohappest (vt.joonis 10.2.2)

Joonis 10.2.2. Reesus antigeen

Vere tüüp

Vere tüübiks nimetatakse isendi veregrupisüsteemide summaarset antigeenset valemit. Inmesel näiteks AB Rh positiivne; A Rh negatiivne, jne.

116

117

Loomade veregrupisüsteemid Loomadel on veregrupisüsteemide arv erinev. Rahvusvaheliselt on tunnustatud 11 veiste

veregrupisüsteemi ja 94 faktorit, 16 sigade veregrupisüsteemi ja 79 faktorit, 7 lammaste vere-grupisüsteemi ja 22 faktorit, 7 hobuste veregrupisüsteemi ja 34 faktorit. Loomadel on erütrotsüütide antigeenide pärandumises täheldatud järgmisi seaduspärasusi: (1) osa antigeene on määratud teatud lookustes asuvate üksikute alleelide poolt; (2) osa antigeene pärandub alati koos, moodustades antigeenide kombinatsioonid e. fenogrupid (veisel 2-10 antigeeni). Antigeenide koospärandumise pôhjus pole päriselt selge. Kôige tôenäolisem on, et üks alleel määrab rohkem kui ühe antigeeni sünteesi tugevasti aheldunud geeniosade tôttu. Sellisel juhul määrab üks alleel ära terve fenogrupi omadused. Seega tähistab môiste alleel im-munogeneetikas kas antigeenide kompleksi, üksikut antigeeni või nende (selle) puudumist määrava geneetilise lookuse varianti, mis antakse vanemalt järglasele edasi tervikuna (näit. veisel tähistatakse ühte EAB- alleeli: D’F’G’O’) (3) Veregruppe määravad alleelid on kodominantsed. Veregrupifaktorite tähistamine

Veregrupi faktoreid tähistatakse suurte ladina tähtedega, millele lisatakse vajadusel ülakomasid ja alaindekseid (A, B, C, D, A', B', A2). Faktoreid tähistatakse vastavalt avastamise järjekorrale, mistôttu näit. A, A' ja A2 vahel ei ole antigeenset sugulust. Seroloogilisi alatüüpe tähistatakse alaindeksitega (näit. A1, A2 jne.). Veiste veregruppide tähistamine, nomenklatuur Veregrupi faktoreid tähistakse nende avastamise järjekorras suurte ladina trükitähtedega. Kuna veiste veregruppide antigeenide tähistamiseks ei piisanud ladina tähestikust, siis võeti täiendavalt kasutusele ülakomad ja indeksid (näit. A, A' ja A2.). Veregrupi faktorite pärandumise alusel jaotati faktorid geneetilistesse süsteemidesse ja faktoreid, millistel esinesid lineaarsed seroloogilised alatüübid, tähistati alaindeksitega (näit. A1, A2 jne.). Geneetilised süsteemid tähistati samuti suurte ladina trükitähtedega. Uuele antiseerumile antakse rahvusvaheline tähistus ainult siis, kui see on valmistatud vähemalt kahes ja soovitatavalt kolmes laboris. Genotüüpe ja fenotüüpe identifitseeritakse lookuse sümboliga, veregrupi faktoreid fenotüüpides ja fenogruppides järjestatakse tähestiku järjekorras. Olemasolevat loomade geneetilist nomenklatuuri otsustati muuta sarnasemaks inimestel kasutatavaga. 1991.a. tehti ettepanekud veiste, lammaste ja kitsede geneetilise nomenklatuuri täiustamiseks. Näiteks veiste erütrotsütaarste antigeenide (EA) geneetilistele süsteemidele (A, B, C, F, J, L, M, S, Z, R' ja T') soovitati anda uus lookuse tähistus - EAA, EAB, EAC jne. Rahvusvaheliselt

117

118

tunnustatud veregrupi faktorite nimetused jäeti muutmata. Väikeste ladina trükitähtedega tähistatakse retsessiivseid alleele.

Erütrotsüütide antigeenide (EA) polümorfismi rakendamine EA polümorfismi kasutatakse loomade identifitseerimiseks ja pôlvnemise selgitamiseks. Eriti

tôhus on see meetod liikidel, kellel on avastatud palju veregrupisüsteeme, kus on palju erinevaid alleele. See võimaldab kindlaks teha iga looma jaoks ainult temale omane veretüüp. Näiteks on veistel 11 veregrupisüsteemi, kuhu kuulub 94 antigeeni, mida määrab üle 1000 alleeli. Igal isendil on unikalne veretüüp. Igast veregrupisüsteemist omab indiviid kaks alleeli, millest üks pärineb isalt ja teine emalt. Järglasel ei saa olla ühtki verefaktorit, mida ei esine tema vanematel. Lisaks pôlvnemisandmete kontrollimisele on veregruppe kasutatud kui klassikalisi geneetilisi markertunnuseid, mis on seotud muude fenotüübiliste tunnustega (näiteks toodangunäitajate, haigusaresistentsusega). EA polümorfismi kasutatakse ka tõugude ja karjade genofondi ja geneetilise struktuuri uurimiseks, geneetiliste protsesside uurimiseks populatsioonides. On täheldatav teatud alleelide esinemine ühel tôul ja nende puudumine teisel. Samuti on erinevate alleelide sagedus tôuti erinev. Vereülekanded Enamuse veregruppide antigeensete faktorite puhul sünteesib organism antikehad talle vôôra antigeense faktori vastu alles vastava antigeeniga kokkupuutumisel (vereülekandel). Erandiks on siin inimese ABO-süsteem, veiste J-süsteem ja AB-süsteem kassidel, mille puhul esinevad nn. loomulikud antikehad isendile vôôraste antigeenide suhtes ka normaalselt, ilma vastava antigeeniga kokkupuudet. Sellest tulenevalt on vereülekanne inimesel ja kassil vôimalik vaid sobiva veregrupiga isendite vahel. Veiste puhul on J-süsteemi môju suhteliselt nôrk, mistôttu esmasel ülekandel suurt häda sellest ei tulene. Üldiselt loetakse vereülekannet loomadel suhteliselt ohutuks protseduuriks isegi juhul kui veri on tüpiseerimata. Silmas peab pidama siiski järgmisi aspekte: (1) Tüpiseerimata vere ülekandmine sensibiliseerib organismi vastavate antigeenide suhtes ning korduvad ülekanded ei ole vôimalikud; (2) Emasloom vôib sensibiliseeruda oma vôimaliku järglase erütrotsüütide suhtes. Seetôttu on ülekandeks alati soovitatav kasutada tugevat antikehareaktsiooni esilekutsuvate antigeenide suhtes tüpiseeritud verd. Kliinilisest aspektist tähtsamad veregrupisüsteemid on: Koeral A Kassil AB Hobusel A ja Q Veisel A, F ja B (môned antigeenid)

118

119

Vastsündinute hemolüütiline aneemia (ingl.k neonatal isoerythrolysis) Pôhjuseks on järglase erütrotsüütide vastu moodustunud antikehad emaorganismis, mis kolostrumiga järglasele manustatult tungivad viimase verre ning hakkavad lôhustama selle erütrotsüüte. Hobusel on selle pôhjuseks verejooksud, mis tekivad tiinuse ja sünnituse käigus ja mille tôttu järglase erütrotsüüdid satuvad ema vereringesse. Veregrupisüsteemid, millega kaasneb selline äge antikehareaktsioon on hobusel A ja Q, kusjuures esimene on sagedasem haiguse pôhjustaja. Ohustatud on Aa- ema ja Aa+ isa järglane, sest heterosügoodina on ta Aa antigeeni kandja. Raviks on täielik vere asendamine vastavaid antikehi mittesisaldava verega. Haigust on vôimalik ennetada varsale oma ema ternest mitte andes 24–36 h jooksul (antikehad ei ole hiljem vôimelised sooleepiteeli läbima). Teades vanemate veregruppe on vôimalik mära vastavate antikehade olemasolu suhtes testida ja nende olemasolul kasutada esimesel elupäeval amme. Kontrollküsimused 10. Ptk. kohta 1. Immunogeneetika môiste. 2. Immunogeneetika uurimisobjekt. 3. Mis määrab ära veregrupi? 4. Inimese AB0 veregruppe määravate retseptorite struktuur. 5. Loetle inimese AB0 veregruppe määravad genotüübid ja nimeta igale genotüübile vastav fenotüüp. 6. Fenotüübilise avaldumise alusel on alleelid A ja B teineteise suhtes .…………… ? Millest seda järeldad? 7. Veregrupisüsteemi môiste. 8. Veretüübi môiste 9. Erütrotsüütide antigeenide pärandumise iseärasused loomadel. 10. Fenogrupi môiste veregruppide kontekstis. 11. Alleeli môiste immunogeneetikas. 12. Kuidas tähistatakse veregruppe määravaid alleele? 13. Erütrotsüütide antigeenide polümorfismi kasutamine. 14. Tüpiseerimata vere ülekandmisega seotud ohud. 15. Vastsündinu varssade hemolüütilise aneemia pôhjus. 16. Hemolüütilise aneemia ravi ja profülaktika üldpôhimôtted.

119

120

11. LOOMADE KARVAVÄRVUSE GENEETIKA

11.1. Pigmentatsiooni biokeemia

Loomade karvavärvus on tingitud põhiliselt ühe pigmendi – melaniini, omadustest. Melaniini

osa organismis ei piirdu naha, karvkatte ja sulestiku pigmentatsiooniga, vaid ta osaleb ka

rakkude ainevahetuses ja nägemisretseptorites toimuvates protsessides ja mõnede teiste organite

talitluslikes protsessides.

Imetajate karva värvuse määrab pigmendigraanulite – melaniinigraanulite olemasolu karvas

ning nende sisaldis. Tume karvavärvus (must ja tumepruun ning nende varjundid) on tingitud

eumelaniini sisaldusest pigmendigraanulites, hele karvavärvus (punakas ja kollane ning nende

varjundid) aga feomelaniinist sisaldusest neis. Kui karv ei sisalda melaniinigraanuleid, siis on ta

valge. Valge värvus on tingitud õhumullidest karvas. Õhumullid põhjustavad karva valge

värvuse tekkimise samamoodi nagu nad põhjustavad jää valget värvust.

Melaniin moodustub aminohappest türosiin, mis läbib pika rea biokeemilisi reaktsioone, mis

kõik mõjutavad karva värvust. Melaniin moodustub erilist tüüpi rakkudes – melanotsüütides.

Nende arv ja hormonaalsed mõjutused neile tingivad samuti karvavärvuse varieerumist.

Melanotsüüdis moodustub melaniin spetsiifilistes organellides – melanosoomides. Kui

melanosoom on täitunud melaniiniga muutunvad nad melaniinigraanuliteks ning nad eritatakse

melanotsüüdist naabruses olevatesse rakkudesse (vt. joonis 11.1).

Joonis 11.1 Melanotsüüt

Premelanosoom

Melanosoom

Melaniinigraanul

121

Melanotsüüte on kahte liiki – melanootilised (sisaldavad melanosoome) ja amelanootilised (ei

sisalda melanosoome). Amelanootilised melanotsüüdid võivad teatud tingimustes muutuda

melanootilisteks ja vastupidi.

11.2. Melanogeneesi geneetiline kontroll (värvuse geenid)

Pigmendi moodustumise geneetilise kontrolli mehhanismides on tänaseni palju ebaselget.

Karvavärvus kui tunnus on määratud suure arvu geenide koostoime tulemusena. Sellel geenide

koostoimel on kvalitatiivne iseloom, kuna iga geen omab selgesti määratletavat iseseisvat toimet.

Pigmentatsiooni kujunemist mõjutavad geenid kontrollivad järgmisi protsesse

1) melaniini sünteesi biokeemilised ahelreaktsioonid

2) melaniini koguseline sünteesimine,

3) melaniinigraanulite ehitus, arv ja paigutus

4) melanotsüütide morfoloogia, arvu ja paigutumine.

Täna on üldiselt aktsepteeritud seisukoht, et pigmentatsiooni moodustumist ja jaotumist

mõjutavad imetajatel peamiselt kuus autosomaalset geenilookust, millest igal ühel on palju

erinevaid alleele. Nimetatud lookused on esindatud kõikide imetajaliikide puhul, kuigi kõikidel

liikidel ei ole esindatud kõik eksisteerivad alleelid. Kõikidele imetajaliikidele ühised

pigmentatsiooni mõjutavad geenilookused on toodud tabelis 11.1.

Lisaks esineb erinevatel loomaliikidel spetsiifilisi pigmentatsiooni mõjutavaid lookusi, nii

autosomaalseid kui suguliitelisi.

Näiteks kassil esineb autosomaalne vöödilisuse lookus (Tabby – T), millel on kolm alleeli:

Ta – abessiinia– vöödilisus (Abessinian tabby)

T – kitsasvöödilisus (striped tabby)

tb – laigulisus (blotched tabby)

Kassil esineb ka suguliiteline oranži värvuse lookus, mille alleel O takistab eumelaniini

avaldumist ja alleel o võimaldab normaalset eumelaniini avaldumist.

Emastel isenditel on seega võimalik kolm fenotüüpi:

OO homosügoodid on ühtlase kollakas-oranži karvavärvusega

oo homosügoodid on mustad

Oo heterosügoodid aga musta-oranži kirjud

Isastel isenditel on võimalik kaks fenotüüpi:

O_ – on ühtlase kollakas-oranži karvavärvusega

o_ – ühtlaselt mustad

122

Tabel 11.1. Imetajatele ühiste pigmentatsiooni moodustumist määravate geenilookuste

iseloomustus Lookus Sümbol Peamised alleelid Toime Aguuti geen (Agouti) A Dominantne kollane Ay

Dominantne must A Retsessiivne must ja punakaspruun at Retsessiivne kollane a

Kontrollib eumelaniini ja feomelaniini jaotumist kehal ja üksikutes karvades, st. tumeda ja kollase pigmendi topograafilist jaotumist kehal

Eumelaniini värvuse geen (Brown)

B Dominantne must B Retsessiivne pruun b

Mõjutab eumelaniini kontsentratsiooni. Kodeerib türosinaasilaadset proteiini.

Albiino (värvisegeen) (Albino, colour)

C Dominantne värvus C Retsessiivne valge c

Kodeerib ensüümi türosinaas. Kontrollib pigmentatsiooni olemasolu ja intensiivsust

Lahjendusgeen (Dilution)

D Dominantne must D Retsessiivne hõbedane d

Kodeerib müosiini raskeid ahelaid. “Lahjendab” eumelaniini ja feomelaniini kutsudes esile pigmendigraanulite kuhjumist kämpudesse.

Eu- ja feomelaniini suhte geen (Extension)

E Dominantne must E Retsessiivne kollane e Retsessiivne vöötsus ebr

Kodeerib melanotsüüte stimuleeriva hormooni retseptorit. Reguleerib eu-ja feomelaniini suhet karvkattes.

Roosasilmsuse lahjendusgeen (Pink-eyed dilution)

P Dominantne must P Retsessivne kollane p

Kodeerib membraani transport-proteiini. Mõjutab peamiselt eumelanosoome. Lahjendab rohkem tumedaid värvuseid kui heledaid.

Paljudel imetajaliikidel esineb laigulisuse geen – S (spotted), mille dominantne alleel annab

ühtlase karvavärvuse ja retsessiivne alleel – s põhjustab valgete laikude tekke kehal. Kirjusus

esineb sarnasel kujul hiirel, küülikul, koeral, veisel, lambal jt. imetakjaliikidel.

Lisaks S-geenile põhjustab valgete laikude teket kehal nn. kit-geen. Nimetatud geen reguleerib

melanotsüütide migratsiooni kiirust nahas embrüonaalse arengu käigus. Kit-geen kodeerib raku

kasvufaktori retseptorit. Nimetatud retseptori defitsiidi korral melanotsüütide paljunemine

aeglustub ja väheneb nende liikuvus. Seetõttu ka melanotsüütide levik nahas pidurdub, ning

tulemuseks on valged laigud kehal.

11.3. Värvuse päritavus

Ülevaade erinevatel loomaliikidel ja tõugudel esinevate värvusgeenide kohta ja värvuse

päritavuse kohta on toodud K. Christenseni veebiraamatus:”Population genetics”, kus on ka

viiteid teistele veebilehtedele täpsema informatsiooni saamiseks loomaliigiti.

Üldistatult olgu öeldud, et kuigi karvavärvuse päritavus vastab põhimõtteliselt mendelistlikele

seaduspärasustele, tuleb tegelikkuses sellega seoses ette mitmeid komplikatsioone.

Näiteks esineb geenide koosmõju (interaktsioon) karvavärvusele – epistaas. Epistaasi tõttu võib

mõni geen varjutada teise geeni toime täielikult. Näiteks kassidel varjutab mitteaguuti alleel selle

suhtes homosügootsetel isenditel vöödilisuse alleelide toime ning selline kass on ühtlaselt must.

Järglaste hulgas võib aga jällegi olla vöödilisi isendeid (heterosügootsed mitteaguuti alleeli

suhtes).

123

Teine probleem seisneb selles, et erinevate lookuste alleelid võivad “põhjustada” ühte ja sama

karvavärvust eri isenditel. See on tekitanud veelgi segadust nii aretajate kui teadlaste hulgas

karvavärvuse päritavuse selgitamisel.

11.4. Mutatsioonid karvavärvuse geenides

Mutatsioonidega melanoblastide moodustumist ja migratsiooni määravates geenides kaasneb

enamasti pleiotroopne efekt. Näiteid selle kohta vt. Teinberg, 1983. Olgu siin nimetatud mõned:

1) valge sinisilmne kass on kurt teatavate närvirakkude alaarengu tõttu.

2) Kirjud koerad kannatavad sageli mitmete defektide all. Kirjususe alleel (merle) M on

kodominantne karvavärvuse suhtes, kuid retsessiivne mitmete defektide suhtes. MM koertel

on täheldatud mitmeid silmadefekte alustades kataraktist, lõpetades mikroftalmia ja silmade

puudumisega, kuulmislangust ja kurtust, sigimattust.

3) Kirjud hiired on kurdid ja neil esineb närvisüsteemi häireid

4) Dominantne valge värvuse geen hobustel (Overo värvus) on homosügootsuse korral letaalse

efektiga (letaalne valge varsa sündroom). Surma põhjuseks on soole ummistus, kuna

jämesoole distaalses osas puuduvad närviganglionid.

Kasutatud kirjandus

Christensen, K., Population genetics,

http:kursus.kvl.dk/shares/vetgen/_Popgen/genetics/genetic.htm http://www.kursus.kvl.dk/shares/vetgen/_Popgen/genetics/11/1.htm

R. Teinberg. Põllumajandusloomade erigeneetika, Valgus, Tallinn, 1983.

F. W. Nicholas. Veterinary Genetics. Clarendon Press, Oxford, 1988

F. W. Nicholas. Introduction to Veterinary Genetics., Oxford University Press, 1996

Kontrollküsimused 11. Ptk.

1) Mis ainega on seotud imetajate karvavärvus, millest see tekib ja millised on selle aine vormid organismis?

2) Milliste rakkude ja milliste rakustruktuuridega on seotud pigmentatsiooni teke. 3) Milline pigment tagab heleda karvavärvuse, milline tumeda ja millest tuleneb valge

karvavärvus? 4) Pigmentatsiooni tagavate geenide koostoime olemus. 5) Pigmentatsiooni kujunemist mõjutavate geenide kontrollitavad protsessid organismis. 6) Pigmentatsiooni määravad geenid eri imetajaliikidel – üldiseloomustus. 7) Pigmentatsiooni geenide kromosomaalne lokalisatsioon. Too näiteid. 8) Millised on värvuse pärandumise üldised seaduspärasused? 9) Milline geenide koostoime vorm ilmneb mutatsioonide korral karvavärvuse geenides?

124

12. MIKROOBIGENEETIKA ALUSED

Mikroobid (bakterid ja viirused) on geneetika eelistatumaid uurimisobjekte. Selle põhjuseks

on mikroobide järgmised omadused:

haploidsus,

lühike elutsükkel,

arvukas järglaskond,

kasv ja areng toimub labori tingimustes.

Need omadused võimaldavad avastada väga madala sagedusega rekombinatsioone, mis

võimaldab uurida harva esinevaid geneetilisi protsesse, geenide ehitust ning järjestust.

Veterinaaria seisukohalt on vajalik tunda mikroobide muutlikkuse mehhanisme, kuna see

mõjutab oluliselt epizootilise protsessi kulgu nagu ka nakkushaiguste ravi ja profülaktikat.

Huvi pakuvad ka peremehe ja patogeeni interaktsioonid ning koevolutsioon.

Lisaks on tähtis tunda mikroobide ravimresistentsuse mehhanisme, mis võimaldab:

1) astuda samme ravimresistentsete mikroobitüvede tekkimise vältimiseks,

2) teisalt aga luua tõhusaid antimikroobseid ravimeid.

12.1. BAKTERI GENOOMI STRUKTUUR JA FUNKTSIOONID

Bakterite geneetiline materjal, tavaliselt ühe DNA molekuli näol, asub tsütoplasmas

kompaktse moodustisena, mida nimetatakse nukleoidiks ehk bakteriaalseks tuumaks. Nukleoid

ei ole ümbritsetud plasmamembraaniga. Enamusel bakteritest on üks nukleoid, kuid esineb ka

niidikujulisi bakterivorme, kellel on kuni 8 nukleoidi. Nukleoid on kujult amorfne sõltudes bakteri

välisest kujust. Nukleoidi moodustav DNA molekul kujutab endast topeltahelalist suletud ringi ja

seda nimetatakse ka bakteri kromosoomiks.

Kromosoomi moodustava DNA molekuli pikkus E. coli'l on 1 mm, mis ületab 1000 korda

tema välised mõõtmed. Selleks, et bakterirakku ära mahtuda, on DNA biheeliks omakorda

keerdunud. Lisaks moodustab topeltkeerdunud ahel aasasid (18-20).

Paljudel bakteritel ei asu aga geneetiline informatsioon ainult nukleoidis. Lisaks sellele

leidub neis eraldi asetsevaid, väiksemaid DNA molekule, mis moodustavad struktuure, mida

nimetatakse plasmiidideks.

Plasmiid on kaksikspiraalne DNA rõngasmolekul, mille molekulmass varieerub küllaltki

125

suurtes piirides. Plasmiidid asuvad vabalt tsütoplasmas või on liitunud kromosoomiga.

BAKTERI GENOOMI all mõistetakse geneetilist informatsiooni kandvate elementide kogumit

bakterirakus. Bakteri genoom koosneb sageli kahest alaosast: kromosoomist ja plasmiidi(de)st.

Vastupidiselt eukarüootidele, kelle mittekasvavad rakud on enamuses diploidsed, on

mittekasvavad bakterirakud (prokarüoodid) haploidsed. Kasvufaasis sisaldab bakterirakk alati

teatud osa kromosoomist dubleerituna, kuna enne pooldumist peab valmis olema uus koopia

kromosoomist. Bakteri genoomis leiduv geneetiline informatsioon realiseerub proteiinide sünteesil

ja väljendub bakteri fenotüübis.

Bakteri fenotüüp on bakteri sisemiste ja väliste tunnuste kogum, mis kujuneb genotüübi

realiseerumisel konkreetsetes keskkonna tingimustes.

Genotüüp pärandub põlvkonnast põlvkonda ja on väga püsiv. Fenotüüpi mõjustavad

oluliselt bakteri kasvutingimused.

Ühe bakteriraku järglased moodustavad tüve e. klooni. Seega on ühe tüve bakterid

praktiliselt identse genotüübiga.

12.2. PROTEIINIDE SÜNTEESI GENEETILINE REGULATSIOON

Enamus proteiine, mis bakterites sünteesitakse, on ensüümid, mistõttu kõneldes

proteiinisünteesist samastatakse see tavaliselt ensüümisünteesiga.

Ensüümid on kas konstitutiivsed, mida sünteesitakse pidevalt ja mida leidub

bakterirakkudes alati suhteliselt kõrges kontsentratsioonis või adaptiivsed e. indutseeritavad,

mida sünteesitakse vaid teatud tingimustes e. teisisõnu: induktorite manulusel.

Põhilised proteiinide sünteesi regulatsiooni mehhanismid on järgmised :

1) induktsiooni-repressiooni mehhanism;

2) kataboliidi poolt vahendatud repressioon;

3) sünteesi nõrgestamine.

Kõik nimetatud mehhanismid talitlevad geneetilise informatsiooni transkriptsiooni tasandil

DNA-lt mRNA-le. Kõigi nende ülesandeks on geeni väljalülitamine olukorras, kus antud ensüümi

ei ole tarvis.

1) Induktsiooni ja repressiooni mehhanismi on haaratud mitu aheldunud geeni bakteri

kromosoomis. Nimetatud geenid kodeerivad mitut ensüümi, mis koostoimes vastutavad teatud

energiaallika kasutamise eest. Nimetatud aheldunud geenide kogum moodustab funktsionaalselt

126

tervikliku ühiku, mida nimetatakse operoniks.

Operoni kõrval asuvad geenid, mis reguleerivad tema talitlust. Nendeks on promootor-

(P), regulaator- (I) ja operaatorgeen (O).

Paremini tuntud operoniks on E. coli laktoosi operon, mis reguleerib algstaadiumis

(P), regulaator- (I) ja operaatorgeen (O).

Paremini tuntud operoniks on E. coli laktoosi operon, mis reguleerib algstaadiumis

laktoosi katabolismi. See koosneb kolmest aheldunud geenist:

1) Z- kodeerib ensüümi ß-galaktosidaasi, mis lõhustab galaktosiidi sisaldavad disahhariidid

monosahhariidideks;

2) Y- kodeerib ensüümi galaktosiidpermeaasi, mis asub plasmamembraanis ja

võimaldab galaktosiidi transporti bakterirakku;

3) A- kodeerib galaktosiid atsetülaasi, mille osa laktoosi katabolismis ei ole selge.

Joonisel 12.1.1. on kujutatud operoni ja regulaatorgeenide asetust kromosoomis.

P I O Z Y A

███ ▒▒▒▒▒▒▒ ▀▀ ▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓ ▓▓▓▓▓▓ ▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓

P – promootor I- regulaator O- operaator ZYA- operon

Joonis 12.1.1. Operoni skeem

Operoni struktuursetes geenides kodeeritud ensüümide sünteesimiseks seondub ensüüm

RNA-polümeraas promootoriga. Esmalt transkribeeritakse regulaatorgeenis (I) talletunud

informatsioon, mille tulemusena sünteesitakse repressor proteiin, mis seondub laktoosi puudumisel

vabalt operaatorgeeniga (O), mis takistab edasist transkriptsiooni ning operonis kodeeritud ensüümid

jäävad sünteesimata.

Kui keskkond (sööde) sisaldab laktoosi, siis see talitleb operoni induktorina seeläbi, et

muudab repressori inaktiivseks, mistõttu transkriptsioon võib operonil jätkuda ning sünteesitakse ß-

galaktosidaas, permeaas ja A-valk.

2) Kataboliidi poolt vahendatud repressioon

Tingimustes, kus keskkond sisaldab nii glükoosi kui galaktoosi, eelistab E. coli

energiaallikana glükoosi. Seejuures vaatamata laktoosi olemasolule keskkonnas laktoosi operon

sisse ei lülitu. Seega glükoos talitleb repressorina laktoosi operoni suhtes ja seda seeläbi, et takistab

RNA-polümeraasi seondumist promootoriga.

127

3) Sünteesi nõrgestamine

Vaatame seda trüptofaani sünteesi kodeeriva operoni talitluse näitel.

Trüptofaani operon koosneb viiest struktuursest geenist, mis kodeerivad viit ensüümi, mis on

vajalikud vaheproduktidest trüptofaani saamiseks. Nendega külgneb regulaator-geenide rühm, kuhu

kuuluvad promootor, operaator ja nn. juht-geen. Juht-geenis on fragment, mida nimetatakse

nõrgestajaks. Nõrgestaja kodeeritavat peptiidi nimetatakse juht-peptiidiks. Juht-peptiid sisaldab

ohtralt trüptofaani ja seda sünteesitakse tingimustes, kus trüptofaani sisaldus rakus on kõrge.

Vastupidi, kui trüptofaani sisaldus on rakus madal, siis juht-peptiidi ei sünteesita.

nimetatakse nõrgestajaks. Nõrgestaja kodeeritavat peptiidi nimetatakse juht-peptiidiks. Juht-

peptiid sisaldab ohtralt trüptofaani ja seda sünteesitakse tingimustes, kus trüptofaani sisaldus rakus

on kõrge. Vastupidi, kui trüptofaani sisaldus on rakus madal, siis juht-peptiidi ei sünteesita.

Juhtpeptiidi ülesandeks on blokeerida struktuursete geenide transkriptsioon. Seega

trüptofaani rikkas keskkonnas on trüptofaani süntees rakus pidurdatud, trüptofaani vaeses

keskkonnas juht-peptiidi ei sünteesita ja trüptofaani süntees võib käivituda.

Kokkuvõtvalt võib öelda, et kaks esimest regulatsiooni mehhanismi toimivad kataboolsete

e. energiat vabastavate protsesside puhul, seevastu viimane anaboolsete e. energiat tarbivate

protsesside puhul.

Kui kataboolsete protsesside puhul blokeerib teatud ensüümi sünteesi protsessi algprodukt,

siis anaboolsete protsesside puhul lõpp-produkt.

128

12.3. GENEETILISE VARIATSIOONI ALLIKAD BAKTERITEL

Mikroobide puhul on otstarbekas rääkida kahte tüüpi järskudest e. ootamatutest ja

päritavatest muutustest genoomis. Need on:

(1) mutatsioonid, mille puhul muutus toimub rakuvälise geneetilise informatsiooni osaluseta ja

(2) rekombinatsioonid, mille puhul muutuse põhjuseks on rakuväline geneetiline informatsioon,

mis liitub genoomiga.

12.3.1. Mutatsioonid

Looduslikes bakterpopulatsioonides on mutatsiooniline muutlikkus eelkõige seotud

spontaansete mutatsioonidega. Spontaansed mutatsioonid on sellised, mis on tekkinud nähtava

välise põhjuseta. Nad tekivad peamiselt DNA replikatsioonil tekkivate vigade tulemusena.

Spontaansete mutatsioonide sagedus on väga väike, kuna DNA-replikatsiooni täpsus on üldiselt

väga suur. Spontaansete mutatsioonide esinemissagedus kõigub erinevates geenides 1: 105 - 1: 109

raku kohta.

Bakteritel on kõige sagedasemad geenmutatsioonid e. punktmutatsioonid, mis muudavad

ühe geeni talitlust. Harvadel juhtutel esineb ka kromosoommutatsioone- deletsioone, inversioone,

duplikatsioone ja translokatsioone.

Mutatsioonide sagedust suurendavaid aineid kutsutakse mutageenideks. Keemiliste

mutageenide hulka kuuluvad anorgaanilised ja orgaanilised happed, leelised, ammooniumsoolad,

ülihapendid, formaldehüüd, fenoolid, karbamiid, akridiinid, jood, ipriidi analoogid jm. Füüsikaliste

mutageenide hulka kuuluvad kiirgused. Mutageenide toimel võib mutatsioonide sagedus tõusta

mitmeid kordi.

Veterinaaria seisukohalt pakuvad kõige rohkem huvi (1) mutatsioonid, mis mõjustavad

bakterite resistentsust antibiootikumidele, (2) morfoloogilised mutatsioonid, mis mõjutavad

virulentsust ja antigeenseid omadusi.

(1) Antibiootikumide resistentsed mutandid

Lisades näiteks streptomütsiinitundliku bakteri söötmesse streptomütsiini, ei hävi mitte kõik

bakterid. Vaatamata spontaansete mutatsioonide väiksele sagedusele leidub bakterpopulatsioonis

siiski mõni isend, kellel streptomütsiiniresistentsust kindlustav mutatsioon on tekkinud.

Antibiootikumiresistentsus võib mutantidel olla erinev: ühed taluvad väikeseid, teised

keskmisi, kolmandad kõrgeid doose, neljandad on langenud antibiootikumist sõltuvusse ja ilma

enam ei kasvagi.

129

Resistentsus antibiootikumide suhtes tõuseb astmeliselt. Kõrgetele annustele vastupidava

mutandi saamiseks tuleb teha ümberkülve järjest suurenevate antibiootikumi-kontsentratsiooniga

söötmetele. Iga mutatsioon suurendab resistentsust geomeetrilises progressioonis (kahe, nelja,

kaheksa jne toimeühiku võrra).

Selleks, et ravi käigus vältida resistentsete tüvede selekteerumist, tuleb ravi alustada suurte

doosidega.

(2) Morfoloogilised mutatsioonid

Morfoloogilised mutatsioonid on seotud eoste moodustumise, viburite ja rakuseina

ehitusega. Samad tunnused on seotud ka bakterite virulentsusega. Mutatsioonid põhjustavad

varieeruvust viburite, narmaste ja kapsli valgulises koostises, mille tagajärjeks on erinevate

seroloogiliste variantide tekkimine. Mutatsioonide tagajärjel võivad ka viburid, narmad ja kapsel

hoopistükkis kaduda.

Kliinilises mikrobioloogias sageli ettetulev nähtus on siledate kolooniate (S-vormi)

muutumine karedateks (R-vorm). Selle põhjuseks on bakteri kapsli kadumine, kuna kapslita

mutandid on söötmetel kasvades elujõulisemad. Samal ajal on kapsliga S-vormi bakterid

virulentsemad, kuna nad on raskemini fagotsüteeritavad. Kui R-vormi bakterid viia tagasi looma

sisse, on peagi võimalik isoleerida S-vormi, kuna elusloomas on nemad eluvõimelisemad ja

vastavad mutandid selekteeruvad välja.

Kunstlikes kasvutingimustes kaotavad näiteks kolibakterid oma narmad, mistõttu muutuvad

avirulentseks.

Kuna viburi- ja kapslivalgud on bakteri antigeensed determinandid, siis vaktsiinide tootmisel

on probleemiks, kuidas kasvatada baktereid kunstlikes tingimustes nii, et nende antigeensed

omadused säiluksid.

12.3.2. Rekombinatsioonid

Rekombinatsiooni protsessi bakteritel võib jaotada 4 etappi:

1) uue geneetilise informatsiooni sisestamine bakterirakku,

2) selle liitumine bakteri kromosoomiga (mitte alati),

3) liitunud DNA replikatsioon ning

4) geeni fenotüübiline avaldumine.

130

Uus geneetiline materjal võidakse sisestada bakterisse kolmel erineval moel:

1) transformatsiooni,

2) transduktsiooni ja

3) konjugatsiooni teel.

(1) Transformatsioon

Transformatsioon on ühe bakteri lõhustumisel vabanenud DNA lihtne ülekanne teise

bakterisse, mille puhul retsipientbakterirakk haarab endasse ümbritsevas keskkonnas leiduvaid DNA

fragmente. Transformatsioon esineb Diplococcus, Hemophilus, Bacillus, Actinomyces jt.

mikroobiperekondade liikidel.

Transformatsiooni eelduseks on:

1) vaba DNA olemasolu doonor tüvelt

2) kompetentsed retsipientrakud, kes on võimelised DNA-d siduma, transportima selle oma

tsütoplasmasse ning integreerima kromosoomi.

Vaba DNA pärineb lüüsunud bakteritest, kelle DNA laguneb fragmentideks. Kompetentne

retsipient on võimeline siduma neist vaid väheseid.

Rakkude kompetentsus transformatsiooniks on lühiajaline ning on piiritletud

eksponentsiaalse kasvufaasiga, millal bakterirakk produtseerib nn. kompetentsusfaktorit, mis

võimaldab DNA-ahelate seondumist raku pinnale.

DNA seostub kindlatesse liitumiskohtadesse ning transporditakse raku sisse täna tundmata

mehhanismi abil.

DNA liitumine bakteri kromosoomiga on analoogne krossing-over'ile, kus liidetava DNA-

fragmendiga analoogne fragment lõigatakse kromosoomist välja ning asendatakse uudis-DNA-ga.

131

12.4. KONJUGATSIOON

Konjugatsioon kujutab endast bakteritevahelist ristumist, mille eelduseks on bakterirakkude

vaheline füüsiline kontakt ja mille tulemuseks on geneetilise informatsiooni ülekandumine

doonorrakult retsipiendile.

Ülekanduv geneetiline materjal on kas plasmiid vôi kromosoomi osa, mis on palsmiidiga

seondunud.

Plasmiidid on autonoomsed kromosoomivälised geneetilised elemendid. Plasmiididel

leiduv geneetiline informatsioon vôib fenotüübiliselt avalduda, kuid tunnused, mida plasmiidis

olevad geenid kodeerivad ei ole hädavajalikud bakteri elutegevuseks, vaid on seotud teatud

spetsiifiliste bakteri omadustega. Näiteks vôime talitleda doonorina, antibiootikumide jm.

kemikaalide resistentsus, naftaliini ja teiste orgaaniliste ainete lôhustamise võime.

Plasmiide on leitud kôigil tänapäeval tuntud bakteritel. Plasmiid kujutab endast

kaksikspiraalset DNA rôngasmolekuli, mille suurus varieerub suures ulatuses. Plasmiidide

replikatsioon toimub analoogselt kromosoomi replikatsiooniga, kuid viimasest sôltumatult.

Tavaliselt sisaldab rakk ühe plasmiidi mitu koopiat.

Doonorrakkudeks on konjugatsioonil bakterid, kes omavad sugufaktorit (F-faktor)

sisaldavat plasmiidi. Gram-negatiivsetel bakteritel kodeerib F-faktor nn. sugujätke sünteesi

rakumembraanil. Sugujätke abil avastab doonorrakk retsipientraku ja kinnitub sellele, misjärel saab

vôimalikuks püsiva kontakti moodustumine rakkude vahel, mis vôimaldab omakorda geneetilise

informatsiooni ülekandmist. Ka ülekantavaks plasmiidiks on F-faktoriga plasmiid.

Plasmiidil leiduva geneetilise informatsiooni ülekandeks doonorraku plasmiidi

kaksikahela üks ahel katkeb ja eraldub plasmiidist ning lineaarsel kujul liigub retsipiendi rakku.

Samal ajal toimub plasmiidi DNA replikatsioon, nii et môlemad ahelad omandavad sôsarahelad.

Seejärel moodustab retsipientrakku liikunud DNA ahel taas ringi, millega plasmiidi ülekanne on

132

lôppenud.

Seega konjugatsiooni tulemusena saab retsipient F-faktoriga plasmiidi omandades sellega

ühtlasi doonori vôimed. Kuna lisaks F-faktorile sisaldab plasmiid rohkesti ka muud geneetilist

133

informatsiooni, siis omandab retsipient ka muid fenotüübilisi tunnuseid.

Kromosomaalse DNA ülekanne plasmiididele toimub transposoonide vahendusel.

Transposoonid- ümberpaiknemisvôimelised geneetilised elemendid (transposable genetic

elements- TGE) avastati 1970-ndate keskel. Transposoonid on rändavad DNA elemendid, mis

migreeruvad nii kromosoomi piires kui nende vahel. Bakterites liiguvad nad kromosoomi piires ja

plasmiidide vahel vôi kahe nimetatu vahel. Nad vôivad liituda ka faagi DNA-ga ja vabastada end

sellest.

Struktuuriliselt sisaldavad transposoonid insertsiooni segmente. Transposoonid on

vôimelised kandma fenotüübiliselt avalduvaid geene. Kôige sagedamini kannavad nad an-

tibiootikumide-resistentsuse geene. Transposoonid vôivad konjugatsioonil ka iseseisvalt

ülekanduda ühest bakterirakust teise.

Konjugatsiooni veterinaarne tähtsus

Konjugatsiooni teel kanduvad edasi antibiootikumide resistentsust pôhjustavad geenid.

Selle efektiivsus on väga suur, mis tähendab, et resistentsus (R) faktor vôib levida

bakterpopulatsioonis vôrdselt bakteri paljunemise kiirusega. Selle pôhjuseks on asjaolu, et R-

faktoriga plasmiid omab ka F-faktorit, mistôttu koos antibiootikumi resistentsusega levib ka

konjugatsiooni algatamise vôime.

Konjugatsiooniga levivad ka bakterite virulentsuse faktoreid kodeerivad geenid. E. coli

puhul on leitud, et tema epiteeliga liitumiseks vajalik kesta proteiin- K kodeeritakse plasmiidis

asuva geeni poolt. Samuti kaks toksiini (hemolüsiin ja enterotoksiin). Sama on täheldatud ka Staph.

aureuse puhul, kus plasmiidis asuvad geenid produtseerivad mitmeid patogeensuse faktoreid

(koagulaas, enterotoksiin, hemolüsiin, fibrinolüsiin).

134

12..5. TRANSDUKTSIOON

12..5.1. Faagide geneetika

(1) Bakteriofaagid e. faagid e. bakterite viirused on nagu kôik viirused obligatoorsed rakuparasiidid, mis

tähendab, et nad kasutavad oma elutegevuseks ja paljunemiseks peavad teiste organismide rakkude ainevahetus-

mehhanisme.

Faagide ehitus on väga varieeruv. Leidub nii DNA-d kui RNA-d sisaldavaid faage, kusjuures nukleiinhappe

ahel vôib olla nii ühe- kui kahekordne. Faagid on ümbritsetud proteiinkapsliga, mille kuju on eri liikidel erinev.

DNA-d sisaldavad faagid vôib jaotada suurteks ja väikesteks.

Suured DNA-faagid sisaldavad topeltahelaga DNA-d. Nende välises struktuuris vôib eristada kahte osa: päist

ja saba. Mônedel sabaga faagidel on see varustatud peente jätketega- filamentidega. Päis sisaldab DNA-d, saba abil

kinnitub faag rakule.

Päis Kael Saba Filamendid

Väikesed DNA-faagid on ilma sabata ja sisaldavad üheahelalist DNA-d.

RNA-d sisaldavad faagid on väikesed ja RNA molekul neis on üksikahel.

Toime poolest bakterirakule jaotatakse faage virulentseteks e. lüütilisteks ning mõõdukateks faagideks.

(2) Lüütilise faagi paljunemine

Lüütiline faag pôhjustab rakku tungimisel alati selle lôhustumise e. lüüsi.

Lüütilise faagi paljunemisel on täheldatavad 6 pôhilist etappi, mis on ühisomased väga paljudele viirustele,

kuid milles on faagide puhul môningased erinevused:

1) seondumine rakupinnale;

2) rakukesta läbimine: faagide puhul sisestatakse vaid nukleiinhappe molekul (eukarüootide viiruste puhul

sisestatakse kogu viiruspartikkel);

3) raku proteiinide sünteesi blokeerimine viiruse DNA vôi RNA poolt ning DNA lôhustamine;

4) paljunemine: peremeesraku sünteesimehhanismide rakendamine viiruse proteiinide produtseerimiseks;

5) liitumine: viiruspartiklite moodustumine sünteesitud kapsli proteiinidest ja replikeerunud nukleiinhapetest;

135

6) uute viiruspartiklite vabanemine rakust: faagide puhul kaasneb alati bakteriraku lüüs (kôrgemate

organismide viirused ei lüüsi alati rakku).

Kirjeldatud reproduktsioonitsüklit nimetatakse faagide puhul lüütiliseks tsükliks, kuna selle tulemuseks on

alati bakteri lüüsumine.

Joonis 12.2. 3 Lüütilise faagi paljunemine

(3) Môôdukad faagid ja lüsogenees

Môôdukate faagide paljunemine erineb mitmeti lüütilisest tsüklist:

1) pärast nukleiinhappe molekuli sisestamist bakterirakku integreerub see bakteri kromosoomiga. Bakteri

kromosoomiga integreerunud faagi genoomi nimetatakse profaagiks. Profaag paljuneb koos bakteri

paljunemisega kandudes edasi bakteri tütarrakkudesse. Bakterit, mis kannab profaagi oma kromosoomis

ja kus see ühtlasi paljuneb, nimetatakse lüsogeenseks bakteriks. Kogu eelkirjeldatud protsessi aga

lüsogeneesiks.

2) môôdukate faagide need geenid, mis kontrollivad viiruspartikli osiste sünteesi, on blokeeritud spetsiaalse

repressori abil. Viiruse proteiinide süntees käivitub nimetatud repressori inaktiveerumise korral.

Pärast viiruspartiklite moodustumist rakk lüüsub, partiklid vabanevad ja levivad järgmistele bakterirakkudele.

Profaagi on vôimalik aktiveerida môjutades baktereid mutageenidega (näit. UV-kiirgus), mis kahjustavad

DNA-d ja käivitavad taastamismehhanismid. Selle tulemusena häiritakse repressioonimehhanismi ning praktiliselt

kôikides profaagi kandvates bakterites algab faagide paljunemine. Sellist bakterkultuuri môjutamist nimetatakse faag-

induktsiooniks.

Normaalsetes tingimustes toimub profaagi aktiveerumine ka spontaanselt, kuigi küllaltki väikese sagedusega,

ca 1:1000 lüsogeensest bakterist.

Môôdukad faagid on väga sagedased bakterpopulatsioonides ja enamus isoleeritud faagidest ongi môôdukad.

Seega vôib kônelda teatud sümbioosist bakterite ja faagide vahel.

136

Joonia 12.1.5.3 Mõõduka faagi paljunemine

137

12.5.2. Transduktsioon

Transduktsioon on geenide ülekanne ühest bakterirakust teise bakteriofaagi abil.

Transduktsiooni ülesanne on praktiliselt sama, mis transformatsioonil. Erinev on vaid geneetilise

informatsiooni ülekande mehhanism. Transduktsiooni puhul seotakse bakteri geenid faagiga viiruse

replikatsioonil tekkivate vigade tôttu. Nimelt viiruspartiklite liitumise käigus haaratakse viiruse kapslisse

kas ainult bakteri kromosoomi fragment vôi nii faagi kui bakteri DNA-d korraga. Tekkinud hälbinud

faagi nimetatakse transduktsiooni partikliks. Transduktsiooni-partiklid on selles môttes defektsed, et

nad ei pôhjusta kunagi selle raku lüüsumist, millesse nad oma DNA sisestavad.

Pärast doonorrakust pärineva DNA sisestamist retsipientrakku toimub esimese integratsioon

viimase kromosoomiga sarnaselt transformatsiooniprotsessile.

Eristatakse kahte tüüpi transduktsiooni:

1) Üldine ehk mittespetsiifiline transduktsioon. Sel puhul võib üle kanduda retsipientbakteri

ükskõik missugune geen. Mittespetsiifiline transduktsioon vôib toimuda nii môôdukate kui lüütiliste

faagide vahendusel.

Transduktsiooni-partikli moodustumine pôhineb sellel, et peremeesraku DNA lôhustamisel

moodustub DNA-fragmente, mis on faagi genoomi môôtmetega, mistôttu neid vôidakse haarata faagi

kapslisse faagi-partikli moodustumisel. Samuti vôib juhuslikult sattuda faagi kapslisse bakteri DNA

väiksemaid fragmente.

Mittespetsiifilise transduktsiooni sagedus on madal, kuna kirjeldatud viisil transduktsiooni-

partikli moodustumise tôenäosus on väike.

2) Spetsialiseeritud (spetsiifiline) transduktsioon.

Sel puhul kandub üle vaid väike arv bakteri geene ja need geenid on alati ühed ja samad.

Spetsiifiline transduktsioon toimub vaid môôdukate faagide vahendusel, kes integreeruvad bakteri

kromosoomi alati ühes ja samas kohas.

Transduktsiooni-partikkel moodustub järgmiselt:

− Mõõduka faagi paljunemise protsessis eraldub profaag bakteri kromosoomist.

− Enamasti "lôigatakse" profaag bakteri kromosoomist välja môningase ebatäpsusega, mis tähendab, et

kaasa haaratakse ka pisut bakteri DNA-d.

− Seega faagi DNA-paljunemisega paljuneb ka bakteri DNA-fragment ning kôik moodustuvad

partiklid sisaldavad ka bakteri geene.

Faagi edasikandumisel kanduvad edasi ka bakteri geenid.

138

Kuna ebatäpsused profaagi replikatsioonil on suhteliselt sagedased, on ka spetsiifiline

transduktsioon suhteliselt sage nähtus.

Transduktsiooni veterinaarmeditsiiniline tähtsus

Transduktsiooni teel kanduvad edasi geenid, mis kontrollivad bakterite virulentsust, mistôttu

mittevirulentsed tüved vôivad muutuda virulentseteks. Seda on täheldatud näiteks Clostridium

botulinumi ja Staphylococcus aureuse puhul. Antibiootikumide resistentsuse geenide ülekanne

transduktsiooni teel on harvaesinev.

139 139

140

Kontrollküsimused 12. Ptk

1. Mida môistame bakteri genoomi all? 2. Kirjelda bakteri kromosoomi. 3. Konstitutiivse ja adaptiivse ensüümi môiste. 4. Millisel geneetilise informatsiooni realiseerumise etapil toimub proteiinide sünteesi regulatsioon? 5. Kuidas toimub induktsiooni-repressiooni mehhanismi abil laktoosi operoni "käivitumise"

blokeerimine? 6. Kuidas toimub induktsiooni-repressiooni mehhanismi abil laktoosi operooni "käivitumine" ? 7. Kataboliidi poolt vahendatud repressioon laktoosi operoni näitel. 8. Rekombinatsioon bakterite puhul (üldmôiste). 9. Millised bakterite mutatsioonid on veterinaarmeditsiini seisukohalt olulisemad? 10. Mis iseloomustab bakterite antibiootikumide taluvuse (resistentsuse) kujunemist? 11. Mis on bakteri DNA transformatsiooni eeldused? 12. Iseloomusta transformatsiooniks kompetentset bakterirakku 13. Mis on bakteriofaag? 14. Suurte DNA faagide struktuur? (vôib ka joonisena) 15. Iseloomusta RNA faagide struktuuri. 16. Millistesse rühmadesse jaotatakse faagid toime alusel bakterirakku? 17. Mis iseloomustab lüütilist faagi? 18. Mis iseloomustab môôdukat faagi? 19. Mis on profaag? Mis on lüsogeenne bakter? 20. Millised geenid vôivad edasi kanduda mittespetsiifilise transduktsiooni korral, millised faagid seda

vahendavad? 21. Millised geenid vôivad ülekanduda spetsiifilise transduktsiooni puhul, millised faagid seda

vahendavad? 22. Kuidas toimub transduktsiooni partikli moodustumine mittespetsiifilise transduktsiooni puhul? 23. Kuidas toimub transduktsiooni partikli moodustumine spetsiifilise transduktsiooni puhul? 24. Millised bakterirakud vôivad talitleda doonoritena bakterite konjugatsioonil? 25. Mis on plasmiidid? 26. Miks on antibiootikumiresistentsuse levik konjugatsiooni teel väga tôhus? 27. Konjugatsiooni tähtsus veterinaaria seisukohalt. 28. Mis on konjugatsioon? 29. Mis on transduktsioon? 30. Mis on transformatsioon? 31. Kuidas toimub infovahetus nukleoidi ja plasmiidi vahel.

141

13. PEREMEHED, PARASIIDID JA PATOGEENID

13.1. PEREMEHE JA PATOGEENIVAHELISED INTERAKTSIOONID

Looduslik valik avaldab môju nii peremeestele kui patogeenidele. Kuna peremehed ja

patogeenid on teineteisega tihedalt seotud ja teineteisest sõltuvad, siis toimivad nad teineteise suhtes

loodusliku valiku teguritena ning nende vahel toimub mitmekesine vastastikune mõjutamine.

Alljärgnevalt vaatleme selle vastastikuse mõjutamise (interaktsioonide) erinevaid vorme.

Patogeenide kohastumine peremeesorganismiga toimub molekulaarsel tasandil

(molekulaarne adaptatsioon peremehega). See tähendab, et patogeen peab oma peremehega

“sobima” molekulide tasandil, selleks, et olla võimeline peremeesorganismis parasiteerima.

Patogeeni kohastumus peremehega väljendub tema vôimes:

kinnituda peremehe rakkudele (peremehe rakumembraanide ja mikroobi kestavalkude sobivus)

sissetungida peremehe kudedesse vôi rakkudesse (membraanide läbimise mehhanismid)

paljuneda peremehe rakkudes ja kudedes (vajalike toiteliste molekulide olemasolu)

edasikanduda ühelt isendilt teisele (eritumise mehhanismid)

Patogeenide suhtes toimiv peamine selektiivne jôud on peremeesorganismi immuunsüs-

teem. Patogeeni kohastumine peremeesorganismiga toimub tänu tema geneetilisele muutlikkusele –

pidevalt toimuv patogeeni DNA (RNA) struktuuri ümberkorraldamine. Selle tagajärjeks on

patogeeni fenotüübi muutumine ning valkude mitmekesisus (polümorfism) patogeeni

populatsioonides (mikroobide serotüübid, serovariandid).

Mikroobide valkude mitmekesisuse bioloogiliseks eesmärgiks on peremehe immuunsüstee-

mi eest "pôgenemine". Lihtsustatult tähendab see järgmist. Patogeeni sissetungile

peremeesorganismi vastab viimane immuunreaktsioonidega. Sellega omandab peremeesorganism

immuunsuse patogeeni suhtes, mistõttu patogeen ei ole võimeline peremeesorganismis ellu jääma ja

eksisteerima. Infektsiooni levides populatsioonis omandab järkjärgult immuunsuse kogu

peremeespopulatsioon. Lihtsustatult võib öelda, et peremehe immuunreaktsioonid on suunatud

mikroobi valkude vastu. Patogeeni populatsioon saab edasi eksisteerida ja jätkuvalt

peremeesorganismis parasiteerida tänu sellele, et mikroobipopulatsioonis leidub “isendeid”, mille

valkude struktuur on sedavõrd muutunud, et peremeesorganismi immuunsüsteem neid ära ei tunne,

ega hävita, ehk teisisõnu, leidub mikroobe, kes on suutelised põgenema peremehe

immuunreaktsioonide eest.

142

Patogeenipoolne selektiivne surve peremeespopulatsioonile sõltub sellest, kuivõrd ta

mõjutab peremeesorganismi üldist kohastumust keskkonnaga. Mida tugevam on patogeeni

negatiivne toime organismi kohastumusele, seda suurem on patogeenist lähtuv selektiivne surve

peremeespopulatsioonile, mis väljendub eelkõige mõjuna peremeespopulatsiooni arvukusele.

Patogeeni môju peremeespopulatsiooni arvukusele sôltub neljast pôhitegurist:

(1) patogeeni vôimest pôhjustada peremehe surma vôi vähendada sigivust;

(2) kas patogeeni eksistentsi tagamiseks on vajalik tema edasikandumine ühelt isendilt

teisele (suure kontagioossuse ja patogeensusega tekitajad vôi kroonilised ja latentsed

infektsioonid)

(3) peremehe poolt saavutatava immuunsuse tasemest (lühiajaline, pikaajaline, eluaegne);

(4) peremeesorganismi omadustest (genotüüp – populatsiooni resistentsus);

(R.M.Anderson, R.M. May, 1979).

Peremeesorganismi kohastumine patogeeniga toimub samuti molekulaarsel tasandil ja selle

alsueks on peremeespopulatsiooni geneetiline muutlikkus. Seega tagab peremeespopulatsioonile

kaitse patogeeni selektiivse toime eest peremeespopulatsiooni isendite valkude polümorfism.

Seega toimub peremeeste ja patogeenide vastastikune môjustamine (resistentsuse

mehhanismid contra patogeensuse mehhanismid), mis lôppkokkuvôttes kajastub kummagi

geneetilise koodi muutustes ja teineteisega enamkohastunud genotüüpide selekteerumises. Lühidalt

– peremehe ja parasiidi omadused kujunevad koevolutsiooni protsessis.

Käsitleme peremees-patogeeni interaktsioone kolme näite põhjal.

a) Küülikute müksomatoos

1859. a. toodi Inglismaalt Austraaliasse mõned üksikud küülikud. Osal neist ônnestus

pageda inimese juurest vabadusse. Lammaste karjamaad osutusid küülikutele vägagi meeldivaks

elupaigaks, ning nad hakkasid hoogsalt paljunema. Et lammaste sööda-konkurentidest vabaneda

nakatati 1950.a. küülikuid virulentse müksomatoosi viirusega. Kuna küülikud olid esmasel

kokkupuutel viirusega sellele väga vastuvõtlikud, siis hävisid nad pea täielikult, kuid mitte 100%.

Selgus, et teatud hulk isendeid olid müksomatoosi viiruse suhtes resistentsed. Nad jäid ellu ning

nende baasil hakkas küülikute arvukus taas suurenema.

143

Nagu hilisemad uuringud on näidanud on küülikutel müksomatoosile vastuvõtliikkuse

heritaablus kuni 35%. Madala eelsoodumusega küülikud ei hukkunud ja kandsid järglastele edasi

resistentsuse geene.

Samal ajal muutus ka viirus: tema virulentsus nõrgenes. Selle pôhjuseks oli asjaolu, et

vähemvirulentsete viirustüvedega nakatunud isendid elasid kauem ja seega produtseerisid vastavat

viirust rohkem, mis vôimaldas nimetatud tüvedel rohkem levida.

Laboris aretati uued virulentsemad viiruse tüved ja nende kasutamine aitas ajutiselt olukorda

"parandada", kuid eelkirjeldatud stsenaarium kordus. Siiski on Austraalias õnnestunud perioodiliselt

uute virulentsete tüvede viimisega küüliku populatsiooni saavutada kontroll nende arvukuse üle.

Kokkuvôtvalt on antud juhul tegemist klassikalise näitega peremehe ja patogeeni

koevolutsioonist ja sellest, kuidas peremees ja parasiit saavutavad vastastikuse toime tulemusena

tasakaalu, mis garanteerib elu ja edenemise môlemale.

b) Prioonhaigused (spongiformsed entsefalopaatiad)

Lammaste skreipi esineb täiskasvanud lammastel, iseloomustudes kesknärvisüsteemi

progresseeruva degeneratsiooniga (liigutuste koordineerimatus, hammaste kiristamine, kratsimine:

skreipi); surilõpe järgneb mõni nädal pärast kliiniliste tunnuste ilmnemist.

Kinnitust on leidnud haiguse nakkuslik iseloom ja horisontaalne levik. Haiguse pôhjustajaks

on prioonvalk. Nakatuskatsetel on ilmnenud, et passaažist passaaži prioonvalgu hulk organismis

kasvab. Patoloogilise prioonvalgu toimemehhanismist loe täpsemalt M. Viikmaa ELR No 4, 1997.

Inkubatsiooniperiood on pikk. Pärast haige looma ajukoe inokulatsiooni retsipiendile: 93-

1310 päeva. Seejuures on tähelepanuväärne, et esineb isendeid, kellel on nn. "lühike"

inkubatsiooniperiood (93...495 päeva) ja neid, kellel on pikk inkubatsiooniperiood (870 ja rohkem

päeva).

Seetôttu on ilmne, et nakkuslik komponent ei mängi skreipi väljakujunemisel ainukesena

rolli, vaid selle peapôhjuseks on autosomaalne retsessiivne vastuvõtlikkuse geen. Loomulikul teel

haigestuvad skreipisse ainult teatud genotüübiga isendid. See avastus on andnud võimaluse aretsuse

abil skreipi levikut piirata (skreipi resistentsed liinid).

Tänaseks on selgunud, et inimesel esinev BSE-laadne Creutzfeld-Jakobi tôve vorm, mille

pôhjuseks on peetud BSE-d pôhjustava prioonvalgu ülekandumist inimesele, on tekkinud kindla

genotüübiga inimestel, mis viitab teatud vastuvôtliku genotüübi olemasolule inimeste seas. Esialgsed

uurimused Inglismaal on näidanud, et ca 40% sealsest elanikonnast on sama genotüübiga kui seni

haigestunud patsiendid.

144

Kuigi prioonhaiguste puhul pole tegemist tüüpiliste nakkushaigustega on eeltoodu heaks

näiteks genotüübi rollist vastuvôtlikkuses haigustekitajale.

c) Trüpanosomiaas

Esineb veisel, lambal, kitsel ja inimesel. On suurim veterinaarne probleem Aafrikas. Tapab

igal aastal tuhandeid koduloomi ja tingib kroonilist infektsiooni. Inimesel pôhjustab unitôbe.

Tekitajaks on algloom (protozoa)- trüpanosoom, mida siirutab tsetse-kärbes.

Haiguse omapära seisneb selles, et haiguse vältel trüpanosoomide arvukus veres kõigub

suuresti (0...1500 trüpanosoomi 1 ml-s). Selle põhjuseks on perioodiline patogeeni uute antigeensete

variantide tekkimine peremeesorganismis, kusjuures kôik need variandid tekivad algselt

peremehesse tunginud isenditest.

Trüpanosoomid on kaetud glükoproteiin-kapsliga, milles on piirkond, mida nimetatakse

kapsli antigeenseks determinandiks e. peamiseks antigeeniks. See on 600 aminohappest koosnev

ahel, mida kodeerib üks geen. Peamise antigeeni vastu moodustab peremeesorganism antikehad.

Viimased hävitavad enamuse trüpanosoomidest. Kuid osal parasiitidest on selle ajaga kapsli

proteiine kodeeriv geen "välja lülitunud" ja selle asemel on "sisse lülitunud" teine geen, mille

kodeeritav proteiin oma aminohappelise koostise poolest erineb oluliselt peamise antigeeni omast.

Seetôttu peab organism nende vastu uued antikehad produtseerima. Vahepeal on aga parasiidil aega

paljuneda ja nende arv suureneb plahvatuslikult. Sellised tsüklid korduvad, tagades persistentse

invasiooni.

Antigeenset varieeruvust trüpanosoomide puhul iseloomustab kaks aspekti:

1) See esineb ka antikehade puudumisel; seega trüpanosoom on programmeeritud eri

antigeenide sünteesiks, ilma et teda stimuleeritaks antikehadega.

2) Trüpanosoomi tungimisel organismi hakkab ta algselt produtseerima peamist antigeeni,

vaatamata sellele, millist antigeeni ta eelmises peremehes viimati sünteesis.

Sarnane antigeenne varieeruvus on iseloomulik ka perekond Plasmodium'ile, mis põhjustab

malaariat ja perekond Babesia'le, mis põhjustab babesioosi e. punakusesust (e. puugipalavikku).

Antud näite puhul on tegemist antigeense varieeruvusega ühe klooni parasiitidel. Sarnase

mehhanismiga on antigeeenne varieeruvus tagatud ka Borrelia perekonna spiroheetidel (borrelioosi

tekitajad).

Bakterite ja viiruste puhul toimub aga antigeense varieerumise kujunemine üldiselt

mutatsioonide ja rekombinatsioonide abil. Sel moel tekivad bakterite ja viiruste uued antigeensed

variandid, mida nimetatakse serovariantideks või serotüüpideks. Tüüpilised näited ülivarieeruvatest

viirustest, millel on arvukalt erinevaid antigeenseid variante, on gripiviirused ja flaviviirused.

145

Flaviviiruste hulka kuuluvad loomade pestiviirused (sigadeklassikalise katku viirus, veiste

viirusdiarröa viirus ja lammaste border'i haiguse viirus) ning inimese C hepatiidi viirus. Bakterite

maailmast on hea näide E. coli oma sadade serotüüpidega, milliseid pidevalt juurde tekib.

Patogeenide antigeenne varieeruvus põhjustab mitmeid praktilisi probleeme meditsiinis.

Esiteks, raskendab see vaktsiinide loomist, mis oleks efektiivne kõikide patogeeni antigeensete

variantide suhtes. Teiseks võib see põhjustada probleeme infektsioonide diagnoosimisel

immunoloogiliste meetoditega, kuna mitte kõik mikroobi antigeensed variandid ei pruugi olla

avastatavad ühe testsüsteemi abil.

13.2. PEREMEHE RESISTENTSUS INFEKTSIOONIDE SUHTES

Nakkused on iseenesest üks loomapopulatsioonile toimivatest valiku teguritest.

Haigusetekitaja levimisel populatsioonis vastuvôtlikud ja nôrga resistentsusega isendid hukkuvad,

tugevamad jäävad elama.

Tôuaretusega on vôimalik kujundada teatud haigustekitajate suhtes kôrge ja madala resis-

tentsusega loomaliine (vt. allpool). Leitud on, et ühekülgne valik produktiivsusele viib paljude adap-

tiivsete mehhanismide kadumisele, mis avaldub eeskätt eluvôime ja loomade viljakuse languses

(inbriidingdepressioon, populatsiooni homosügotiseerumine). See kôik kinnitab organismi re-

sistentsuse geneetilist determineeritust.

Resistentsus on polügeenne lävitunnus- st., et haigus avaldub patogeense faktori teatud

kontsentratsiooni korral. Seega on resistentsus ka päritav kui polügeenne tunnus. Samas on

tôenäoline, et polügeense tunnuse taga asuvate arvukate geenide seas on môned nn. peamised

geenid, mis pôhjustavad suurema osa resistentsuse geneetilisest varieeruvusest (60-70%) ja

ülejäänud, suuremal osal geenidest on resistentsusele väike môju (J.S. Gavora, 1993).

Imetajatel, lindudel ja ka kaladel on tuntuimaks immuunsust reguleerivaks genoomi

piirkonnaks peamise koesobivuse geenikompleks- MHC. Lisaks on väiksemaid MHC-st eraldi

asetsevaid lookusi, mis samuti kontrollivad teatud resistentsuse mehhanisme.

R.M. Andersoni (1988) järgi vôib resistentsuse geneetilist kontrolli vaadelda kolme

tasandilisena:

(1) Mittespetsiifiline resistentsus ( liigiline vastuvôtmatus) teatud tekitaja suhtes. See on

sageli determineeritud lihtsa geneetilise seosena, millega on haaratud üksainus vôi môned lähedalt -

seotud geenid, kusjuures resistentsus on tavaliselt kas osaliselt vôi täielikult dominantne

146

vastuvôtlikkuse suhtes. Hiirtel asuvad mittespetsiifilist resistentsust kontrollivad geenid reeglina

eraldi MHC geenidest. Üldiselt on populatsioonis kahte tüüpi isendeid: tekitaja suhtes resistentsed

vôi vastuvôtlikud;

(2) Vastuvôtlike loomade vôime infektsioonist vabaneda. See on sôltuvuses

immunoloogiliste mehhanismide (nii mittespetsiifiliste kui spetsiifiliste) funktsionaalsest

aktiivsusest. Looduses väljendavad neid protsesse sellised näitajad nagu inkubatsiooni perioodi

pikkus, aeg nakatumisest lôppemiseni, viiruse eritamise kestus jt.

Antud mehhanisme kontrollivad geenid lokaliseeruvad kas MHC geenide seas vôi on

nendega tihedalt seotud;

(3) Immunoloogilise mälu kestvus. See tagab organismi efektiivse kaitse ja on seotud

omandatud immuunsuse mehhanismidega ning on omakorda geneetilise kontrolli all.

Enamasti on loetletud elemendid determineeritud erinevate geenide vôi geenirühmade poolt.

Geneetilised faktorid môjutavad resistentsuse mehhanisme igas nende käivitumise ja avaldumise

etapis.

Resistentsuse aretus

Pôllumajandusloomade populatsioonides toimub suunav valik teatud fenotüübilise tunnuse

(tunnuste) suhtes. Samas toimib ka looduslik valik, mille peamisteks teguriteks on patogeenne

mikrofloora jm. keskkonnategurid. Veisekasvatuses on peamisteks selektsiooni objektideks liha-

ja/vôi piimajôudlus. Mitmed uurimused näitavad, et veiste suurem piimajôudlus on seotud suurema

vastuvôtlikkusega haigustele (G.E. Shook, 1989). See on tôenäoliselt seotud loomade ho-

mosügootsuse kasvuga. R.W. Touchberry (1992) andmetel oli nende aretuseksperimendis ristand-

vasikate elulemus 15,6% kôrgem kui puhtatôulistel ning kaks korda poeginuid oli ristandite hulgas

24,5% enam kui puhtatôuliste lehmade hulgas.

Eelnevast tulenevalt on uuritud vôimalusi haigusresistentsuse tôstmiseks selektsiooni teel.

Üks vôimalus tôenäoliselt ongi populatsiooni heterosügootsuse säilitamine. Teine on loomade

selektsioon resistentsusele kui ühele fenotüübilisele tunnusele. Viimane on seotud mitmete

probleemidega, mis tulenevad resistentsuse polügeensest determineeritusest (J.S. Gavora, 1993).

Palju on katsetatud loomade üldise resistentsuse tôstmist selektsiooni abil (st. mitmete

haigustekitajate suhtes üheaegselt), kuid edu on visa tulema. Môningaid tulemusi on saadud kanadel

valikuga antikehade sünteesivôimele, mis on MHC-ga seotud kvantitatiivne tunnus. E.D. Heller ja

kaastöötajad (1993) selekteerisid broilereid varasele ja kiirele antikehade sünteesivôimele ning

147

demonstreerisid, et selle tulemusena suurenes lindude elulemus nii pre- kui ka postvaktsinaalse

nakatamise korral E. coli patogeensete tüvedega. Samas D.M. Eide (1990) eksperiment kitsedel, kus

valikut teostati antikehade sünteesivôimele kunstlike antigeenide suhtes, lôppes edutult. Tunnuste

heritaablus neljaaastase aretuse järel osutus nulliks. Lisaks oli kôrge antikehade sünteesi

aktiivsusega isenditel rakupoolt vahendatud immunmehhanismide aktiivsus väiksem.

Kokkuvõtvalt, võib teha järelduse, et loomade üldist resistentsust ei ole aretuse abil suudetud

oluliselt tõsta. Seda takistavateks asajoludeks on resistentsuse kui fenotüübitunnuse äärmiselt

kompleksne polügeenne määratus, resistentsust tagavate mehhanismide vastandlik aretusefekt

(humoraalsete immuunreaktsioonide aktiivsuse tõusuga kaasnebrakulise immuunsuse mehhanismide

aktiivsuselangus ja vastupidi) ning tunnuse madal heritaablus.

Spetsiifilise resistentsuse osas (st. resistentsus ühe kindla tekitaja suhtes) seevastu on saadud

paremaid tulemusi. Alljärgnevalt môned näited:

Kanade Mareki haiguse (MD) resistentsus

Geneetiline variatsioon MD eelsoodumuses on seotud B-kompleksi (lindude peamise

koesobivuse kompleks) alleelidega. Alleelide B21, B2, B6, B4 esinemine assotsieerub MD resis-

tentsusega.

Põrsaste neonataalne kõhulahtisus

Kôhulahtisuse peamine põhjustaja pôrsastel on E. coli K88. Vastuvõtlikud on põrsad, kelle

sooleepiteeli rakumembraanidel on retseptor bakteri adhesiini- K88 jaoks. Selle retseptori esinemist

kontrollib autosomaalne dominantne alleel. Järelikult vastuvõtlikkus on dominantne (SS ja Ss

vastuvôtlikud genotüübid).

Lammaste usstõveresistentsus

Meriino tõugu lammaste resistentsuse h2 Haemonchus contortus'ele on 0,35. Selektsioon

resistentsusele on edukas. Sama kehtib ka resistentsuse kohta Trichostrongylus perekonna parasiitide

suhtes.

Veiste puugiresistentsus

Bos indicus on puukide suhtes resistentsem kui Bos taurus. Ka tõugudesisene resistentsuse

varieeruvus on küllalt suur (h2 = 0,8). On väga oluline troopika tingimustele sobivate tôugude

148

aretamisel, kuna puugid on seal olulisteks infektsioonide siirutajateks.

Veiste leukoosiresistentsus

Haigete emade järglastel on leitud leukoosi kuni kaks korda enam kui tervete järglastel.

Kahjuks ei ole enamike uurimuste puhul arvestatud loomade infitseeritust vôrdlusrühmades. Siiski

on küllaltki usutavad uurimiste tulemused, mis on tehtud ühe karja piires. Leukoosi

päritavuskoefitsiendiks on saadud 0,1-0,2. Eelsoodumus haigestuda leukoosi on olulisel määral

seotud kôrge toodanguga. Seetôttu teatud perioodil oli see oluliseks piduriks tôuaretuses.

Veiste mastiidiresistentsus

Mastiidi esinemises on täheldatud erinevusi nii perekonniti kui tôuti. Erinevatel andmetel on

vastuvôtlike emade tütarde haigestumus 33-38% vôrra kôrgem kui resistentsete lehmade järglastel.

Erinevusi on täheldatud ka erinevate pullide tütardel.

Seosed piimatoodangu ja mastiidi resistentsuse vôi vastuvôtlikkusega ei ole lôplikult selged-

eri autorid on saanud erinevaid tulemusi.

Mastiidi resistentsuse geneetiline olemus ei ole lôplikult selgitatud. Selge on,et mastiidi

resistentsus on määratud polügeenselt. Tähtsat osa etendab kindlasti udara anatoomiline ehitus,

samuti peetakse tähtsaks nisakanali epiteeli mittespetsiifilisi kaitsebarjääre.

13.3. PARASIITIDE JA PATOGEENIDE RESISTENTSUS

Nagu peremeesorganismide hulgas esineb geneetiline variatsioon vastuvôtlikkuses

patogeenidele, nii eksisteerib ka patogeenide populatsioonides variatsioon vastuvôtlikkuses neid

kahjustavate tegurite suhtes. Teisisônu: eksisteerib resistentsus ravimite suhtes- antibiootikumide,

anthelmintikumide jne. resistentsus. Järgnevalt môned näited.

Insektitsiidiresistentsus

Kemikaalid on tugevad selektsiooni faktorid, mis tingivad resistentsuse alleeli (R) levimise

putukate populatsioonides. R alleel on suurema kohastumisega kui vastuvõtlikkuse alleel S (ingl. k.

susceptible).

Üldiselt muutuvad putukad kiiresti insektitsiidide suhtes resistentseks. Vajalik on

perioodiline preparaatide vahetamine.

149

Usside anthelmintikumide vastane resistentsus

Ussidel esineb geneetiline variatsioon paljude anthelmintikumide suhtes. Resistentsus vôib

olla kas monogeenne või polügeenne.

Täheldatakse ka rühmaresistentsuse tekkimist ravimite struktuurianaloogidele. Seda

nimetatakse külgresistentsuseks (ingl.k. side-resistance). Halvemal juhul tekib ristresistentsus (ingl.

k. cross-resistance), mille puhul kujuneb välja resistentsus mitme erinevat tüüpi anthelmintikumi

suhtes.

Bakterite antibiootikumide resistentsus

Kohe pärast penitsilliini avastamist täheldati penitsilliini ja teiste antibiootikumide-

resistentsete mikroobitüvede olemasolu. Resistentsuse levimine mikroobide seas on kahjuks väga

laialdane. Seda soodustab asjaolu, et bakterid on vôimelised resistentsuse geene edasi andma nii

vertikaalselt kui horisontaalselt.

Geenide ülekandumine horisontaalselt saab toimuda kolmel erineval moel:

transformatsiooni, transduktsiooni ja konjugatsiooni teel.

Konjugatsioon on kõige tähtsam tee resitentsuse geenide (R-faktorid) horisontaalsel levikul.

Konjugatsiooni puhul kanduvad üle plasmiidid, mis on sageli R-faktorite kandjateks.

Antibiootikumide manulus bakterite kasvukeskkonnas soodustab R-faktori kandjate selektsiooni.

Need resistentsed bakteritüved osutuvad R-faktorite reservuaariks.

Tänaseks on avastatud plasmiide, kes kannavad ühte või mitut resistentsuse geeni. Mitme R-

faktori liitumine ühe plasmiidiga toimub transposoonide vahendusel. Mikroobide multiresistentsus

antibiootikumide suhtes (resistentsus korraga mitme antibiootikumisuhtes) tekib sel teel, et

transposoonid kuhjavad endasse mitmese resistentsuse geene.

Seega plasmiid kannab multiresistentsust tagavaid geene tänu vastavate transposoonide

esinemisele.

Enamasti on resistentsuse geenid koondunud suurde transposooni, mida nimetatakse

resistentsust määravaks segmendiks (ingl.k. resistance-determinant segment). Seega toimub

mitmese resistentsuse ülekandumine nimetatud suure transposooni ülekandumisega.

KASUTATUD KIRJANDUS

Anderson, R.M. The population biology and genetics of resistance to infection.-In: Genetics of

Resistance to Bacterial and Parasitic Infections,( ed. Wakelin, D., Blackwell, J.M.). Taylor &

150

Francis, London, 1988, p. 233-263.

Anderson, R.M., May, R.M. Population biology of infectious disease: Part I.- Nature,1979, 280,

5721, p. 361-367.

Eide, D.M. Studies on antibody response and immunological markers in goats. Forsknings oppgave

for graden Doctor Scientiarum ved Norges Veterinaer hogskole.-Department of Microbiology and

Immunology Norwegian College of Veterinary Medicine & Department of Animal Science,

Agricultural University of Norway, Oslo, 1990, 39 pp.

Gavora, J.S. Genetic control of disease and disease resistance in poultry.- In: Manipulation of the

Avian Genome. (ed. Etckes, R.J., Gibbins, A.M.V). CRC Press, Boca Raton, USA, 1993, p. 231-

241.

Heller, E.D., Leitner, G., Uni, Z., Carmeli, L., Gutman, M., Cahaner, A. Can B-haplotype markers

be used for genetic selection to increased disease resistance in broilers.- Arch. Geflügelk., 1993, 57,

2, p. 77-88.

Nicholas, F.W. Veterinary Genetics.- Clarendon Press, Oxford, 1988.

Shook, G.E. Selection for disease resistance.- J. Dairy Sci., 1989, 72, 5, p. 1349-1362.

Touchberry, R.W. Crossbreeding effects in dairy cattle: the Illinois experiment, 1949-1969.- J. Dairy

Sci., 1992, 75, 6, p. 640-667.

151

Kontrollküsimused 13. ptk.

1. Milles väljendub patogeeni kohastumus peremehega?

2. Milline peremehe talitluslik mehhanism on selektiivseks jôuks patogeeni suhtes?

3. Kuidas patogeen kohastub peremehega?

6. Mis on patogeeni valkude mitmekesisuse bioloogiline ülesanne?

4. Millega saab iseloomustada patogeeni selektiivset survet peremeespopulatsioonile?

5. Millest sôltub patogeeni môju peremeespopulatsiooni arvukusele?

6. Millised patogeenid avaldavad peremeespopulatsioonile olulist selektiivset survet?

7. Mis on peremehe ja patogeeni koevolutsioon?

8. Mis on peremehe ja patogeeni koevolutsiooni tagajärjeks?

9. Millest sõltub peremeesorganismi vastuvõtlikkus haigusetetekitajatele?

10. Milles seisneb antigeenne varieeruvus trüpanosoomide puhul?

11. Kuidas kujuneb antigeenne varieeruvus bakterite ja viiruste puhul?

12. Milles väljendub antigeenne varieeruvus bakterite ja viiruste puhul?

13. Milliseid praktilisi tagajärgi põhjustab mikroobide antigeenne varieeruvus meditsiinile?

14. Peremeesorganismi resistentsuse môiste.

15. Resistentsus kui fenotüübi tunnus ja selle geneetiline määratus.

16. Mis on peamine kôrgemate loomade immuunsust reguleeriv genoomi piirkond?

17. Resistentsuse geneetilise kontrolli kolm tasandit.

18. Spetsiifilise ja üldise resistentsuse môiste

19. Kuidas on vôimalik tôsta loomade haigusresistentsust selektsiooni teel?

20. Mis on takistuseks loomade üldise resistentsuse tõstmisel aretusega?

21. Milliste patogeenidega seotud haiguste vältimisel on aretus andnud positiivseid tulemusi?

22. Ravimiresistentsuse môiste.

23. Rühmaresistentsuse ja ristresistentsuse môisted.

24. Antibiootikumi resitentsuse geenide levimise moodused bakteripopulatsioonis.

25. Mis soodustab antibiootikumiresistentsete mikroobitüvede väljaselekteerumist

bakteripopulatsioonidest?

26. Mis on multiresistentsus?

27. Millised geneetilised struktuurid on seotud multiresistentsuse väljakujunemisega?

Documents

VETERINAARGENEETIKAviltrop/vgeneet.pdf · 2005. 9. 7. · 2 1. SISSEJUHATUS 1.1. Veterinaargeneetika määratlus ja uurimisobjekt Veterinaargeneetika (VG) on teadus, mis hõlmab geneetika