Генная инженерия. Мутации. Наследственная изменчивость.

Генетическая инженерия (генная инженерия) — совокупность приёмов, методов и технологий получения рекомбинантных РНК и ДНК, выделения генов из организма (клеток), осуществления манипуляций с генами и введения их в другие организмы.

История развития Во второй половине XX века было сделано несколько важных

открытий и изобретений, лежащих в основе генной инженерии. Успешно завершились многолетние попытки «прочитать» ту биологическую информацию, которая «записана» в генах. Эта работа была начата английским учёным Ф. Сенгером и американским учёным У. Гилбертом. Как известно, в генах содержится информация-инструкция для синтеза в организме молекул РНК и белков, в том числе ферментов. Чтобы заставить клетку синтезировать новые, необычные для неё вещества, надо чтобы в ней синтезировались соответствующие наборы ферментов. А для этого необходимо или целенаправленно изменить находящиеся в ней гены, или ввести в неё новые, ранее отсутствовавшие гены. Изменения генов в живых клетках — это мутации. Они происходят под действием, например, мутагенов — химических ядов или излучений.

Генная инженерия начала развиваться с 1973 года, когда американские исследователи Стэнли Коэн и Энли Чанг встроили бартериальную плазмиду в ДНК лягушки. Затем эту трансформированную плазмиду вернули в клетку бактерии, которая стала синтезировать белки лягушки, а также передавать лягушачью ДНК своим потомкам. Таким образом был найден метод, позволяющий встраивать чужеродные гены в геном определенного организма.

Как генные инженеры разрезают и склеивают гены

Разрежем плазмиду одной из рестриктаз, образующих у фрагмента ДНК однотяжевые ("липкие") концы. Той же рестриктазой разрежем на фрагменты ДНК, в одном из которых содержится интересующий нас ген. Если смешать эти фрагменты с разрезанной плазмидой, то с некоторой вероятностью они склеятся с плазмидой благодаря "липким" (комплементарным) концам. Далее чужеродную ДНК ковалентно пришивают к вектору ДНК-лигазой. В итоге получается созданная по заранее разработанному плану рекомбинантная ДНК.

Болезни и наследственность Медицина сталкивается с множеством неполадок в человеческом организме.

Наиболее известны инфекционные заболевания, вызываемые бактериями ( холера, дизентерия, туберкулез, дифтерия и др.) и вирусами (грипп, бешенство, корь, гепатит, полиомиелит и т. д.). Сюда попадают болезни, возбудители которых низшие эукариоты, т. е. грибки и простейшие (малярия, сонная болезнь, амебная дизентерия, стригущий лишай). Иногда считают, что причина, вызывающая заболевание, внешняя - попадание в организм возбудителя, а наследственность здесь роли не играет.

Это далеко не так, вернее, совсем не так. Известно, что предрасположение к какой-либо болезни может варьировать у разных представителей рода человеческого, и это свойство наследственное. Н. Н. Миклухо-Маклай, страдавший в тропиках от тропической малярии, поражался тем, что коренные жители - папуасы - ею практически не болеют. Мы теперь знаем причину этого: у аборигенов низких широт часто встречаются аномальные гемоглобины, ядовитые для малярийного плазмодия. Следовательно, малярия, вернее способность болеть ею, - наследственная болезнь.

• Вот другой пример. Существуют четыре группы крови: I, II, III, IV (или 0, А, В и АВ в современном обозначении). Оказалось, что люди с группой крови 0 (универсальные доноры) - первые жертвы в чумной эпидемии, носители группы А чаще заболевают гриппом, АВ наиболее устойчивы к оспе. Известно, что туберкулез вызывается внешним, фактором - палочкой Коха. Это так, но... Однояйцевые близнецы имеют одинаковый генотип, и если один заболевает туберкулезом, то и другой тоже (в 87% случаев). А у генетически разнородных двуяйцевых близнецов, развивающихся из разных яйцеклеток, совпадение лишь в 25%. Муж может заразить жену (или наоборот) лишь в 7% случаев. Что же, туберкулез - наследственное или инфекционное заболевание? Пожалуй, и то и другое. Палочка Коха может развиваться в организме человека, если он к этому наследственно предрасположен.

Но существуют и такие болезни, которые полностью наследуются от родителей. Обычно это генетические дефекты, мутации какого-либо гена, унаследованные от обоих родителей. К ним же относят потомки хромосом. Примерами могут быть серповидноклеточная анемия (мутантные гемоглобины не только защищают от малярии, но, к сожалению, в гомозиготном состоянии приводят к смерти в раннем возрасте); гемофилия, при которой кровь не свертывается (гемофилик может погибнуть от царапины), и многие другие (всего известно свыше трех тысяч наследственных болезней). Генетический механизм расшифрован только у 10% заболеваний.

Генные (точечные) мутации

Связаны с изменением нуклеотидной последовательности одного гена

Типы генных мутаций

• Дупликации - повторение участка гена

• Вставки – появление лишней пары нуклеотидов

• Делеции - выпадение нуклеотидов, замена нуклеотидных пар

• Инверсии – переворот участка гена на 180 градусов

Делеция

Утрата части хромосомного материалаОбычно такие аберрации летальны.

Самым хорошо изученным заболеванием, обусловленным делецией, является синдром кошачьего крика, описанный в 1963 году Жеромом Леженом. В его основе лежит делеция небольшого участка короткого плеча 5 хромосомы.

Синдром кошачьего крика Для больных характерен ряд

отклонений от нормы: нарушение функций сердечно-сосудистой, пищеварительной систем, недоразвитие гортани (с характерным криком, напоминающим кошачье мяуканье), общее отставание развития, умственная отсталость, лунообразное лицо с широко расставленными глазами. Синдром встречается у 1 новорожденного из 50000.

Инверсия

Изменения чередования генов в хромосоме за счет поворота участка хромосомы на 180°

Дупликация

Удвоение участка хромосомы

Сравнительная характеристика форм изменчивости