Οι δομικές αλλαγές στα γονίδια που κληρονομούνται είναι. Επεξεργασία DNA: πώς να αντιμετωπίζετε ασθένειες προσαρμόζοντας τις ρυθμίσεις γονιδίων Τι είναι τα γονίδια και τα χρωμοσώματα

Η αναμονή για τη γέννηση ενός παιδιού είναι η πιο υπέροχη στιγμή για τους γονείς, αλλά και η πιο τρομακτική. Πολλοί άνθρωποι ανησυχούν ότι το μωρό μπορεί να γεννηθεί με οποιαδήποτε αναπηρία, σωματική ή πνευματική αναπηρία.

Η επιστήμη δεν μένει ακίνητη· είναι δυνατό να ελεγχθεί το μωρό για αναπτυξιακές ανωμαλίες στα αρχικά στάδια της εγκυμοσύνης. Σχεδόν όλες αυτές οι εξετάσεις μπορούν να δείξουν αν όλα είναι φυσιολογικά με το παιδί.

Γιατί συμβαίνει ότι οι ίδιοι γονείς μπορούν να γεννήσουν εντελώς διαφορετικά παιδιά - ένα υγιές παιδί και ένα παιδί με αναπηρίες; Αυτό καθορίζεται από τα γονίδια. Η γέννηση ενός υπανάπτυκτου μωρού ή ενός παιδιού με σωματικές αναπηρίες επηρεάζεται από γονιδιακές μεταλλάξεις που σχετίζονται με αλλαγές στη δομή του DNA. Ας μιλήσουμε για αυτό με περισσότερες λεπτομέρειες. Ας δούμε πώς συμβαίνει αυτό, ποιες γονιδιακές μεταλλάξεις υπάρχουν και τις αιτίες τους.

Τι είναι οι μεταλλάξεις;

Οι μεταλλάξεις είναι μια φυσιολογική και βιολογική αλλαγή στη δομή του κυτταρικού DNA. Η αιτία μπορεί να είναι η ακτινοβολία (κατά τη διάρκεια της εγκυμοσύνης, οι ακτινογραφίες δεν μπορούν να ληφθούν για να ελεγχθούν για τραυματισμούς και κατάγματα), οι υπεριώδεις ακτίνες (μακροχρόνια έκθεση στον ήλιο κατά τη διάρκεια της εγκυμοσύνης ή σε δωμάτιο με αναμμένους λαμπτήρες υπεριώδους φωτός). Επίσης, τέτοιες μεταλλάξεις μπορούν να κληρονομηθούν από προγόνους. Όλα χωρίζονται σε τύπους.

Γονιδιακές μεταλλάξεις με αλλαγές στη δομή των χρωμοσωμάτων ή στον αριθμό τους

Πρόκειται για μεταλλάξεις στις οποίες αλλάζει η δομή και ο αριθμός των χρωμοσωμάτων. Οι χρωμοσωμικές περιοχές μπορούν να πέσει έξω ή να διπλασιαστούν, να μετακινηθούν σε μια μη ομόλογη ζώνη ή να στραφούν εκατόν ογδόντα μοίρες από τον κανόνα.

Οι λόγοι για την εμφάνιση μιας τέτοιας μετάλλαξης είναι παραβίαση της διέλευσης.

Οι γονιδιακές μεταλλάξεις σχετίζονται με αλλαγές στη δομή των χρωμοσωμάτων ή στον αριθμό τους και προκαλούν σοβαρές διαταραχές και ασθένειες στο μωρό. Τέτοιες ασθένειες είναι ανίατες.

Τύποι χρωμοσωμικών μεταλλάξεων

Συνολικά, υπάρχουν δύο τύποι κύριων χρωμοσωμικών μεταλλάξεων: αριθμητικές και δομικές. Η ανευπλοειδία είναι ένας τύπος χρωμοσωμικού αριθμού, δηλαδή όταν οι γονιδιακές μεταλλάξεις σχετίζονται με μια αλλαγή στον αριθμό των χρωμοσωμάτων. Πρόκειται για την εμφάνιση ενός επιπλέον ή περισσοτέρων από τα τελευταία, ή την απώλεια κάποιου από αυτά.

Οι γονιδιακές μεταλλάξεις σχετίζονται με αλλαγές στη δομή όταν τα χρωμοσώματα σπάνε και αργότερα επανενώνονται, διαταράσσοντας την κανονική διαμόρφωση.

Τύποι αριθμητικών χρωμοσωμάτων

Με βάση τον αριθμό των χρωμοσωμάτων, οι μεταλλάξεις χωρίζονται σε ανευπλοειδίες, δηλαδή σε τύπους. Ας δούμε τα κύρια και ας μάθουμε τη διαφορά.

• τρισωμία

Τρισωμία είναι η εμφάνιση ενός επιπλέον χρωμοσώματος στον καρυότυπο. Το πιο συχνό φαινόμενο είναι η εμφάνιση του εικοστού πρώτου χρωμοσώματος. Προκαλεί σύνδρομο Down ή, όπως ονομάζεται επίσης αυτή η ασθένεια, τρισωμία του εικοστού πρώτου χρωμοσώματος.

Το σύνδρομο Patau ανιχνεύεται στο δέκατο τρίτο και στο δέκατο όγδοο χρωμόσωμα διαγιγνώσκεται.Όλα αυτά είναι αυτοσωμικές τρισωμίες. Άλλες τρισωμίες δεν είναι βιώσιμες· πεθαίνουν στη μήτρα και χάνονται κατά τη διάρκεια αυθόρμητων εκτρώσεων. Εκείνα τα άτομα που αναπτύσσουν επιπλέον φυλετικά χρωμοσώματα (Χ, Υ) είναι βιώσιμα. Η κλινική εκδήλωση τέτοιων μεταλλάξεων είναι πολύ ασήμαντη.

Γονιδιακές μεταλλάξεις που σχετίζονται με αλλαγές στον αριθμό συμβαίνουν για ορισμένους λόγους. Η τρισωμία μπορεί να συμβεί συχνότερα κατά τη διάρκεια της απόκλισης στην ανάφαση (μείωση 1). Το αποτέλεσμα αυτής της ασυμφωνίας είναι ότι και τα δύο χρωμοσώματα καταλήγουν μόνο σε ένα από τα δύο θυγατρικά κύτταρα, ενώ το δεύτερο παραμένει κενό.

Λιγότερο συχνά, μπορεί να εμφανιστεί μη διάσπαση χρωμοσωμάτων. Αυτό το φαινόμενο ονομάζεται διαταραχή στην απόκλιση των αδελφών χρωματίδων. Εμφανίζεται στη μείωση 2. Αυτό ακριβώς συμβαίνει όταν δύο εντελώς πανομοιότυπα χρωμοσώματα εγκαθίστανται σε έναν γαμετή, προκαλώντας έναν τρισωμικό ζυγώτη. Η μη διάσπαση συμβαίνει κατά τα πρώτα στάδια της διαδικασίας διάσπασης ενός ωαρίου που έχει γονιμοποιηθεί. Έτσι, προκύπτει ένας κλώνος μεταλλαγμένων κυττάρων, που μπορεί να καλύψει μεγαλύτερο ή μικρότερο μέρος του ιστού. Μερικές φορές εκδηλώνεται κλινικά.

Πολλοί άνθρωποι συσχετίζουν το εικοστό πρώτο χρωμόσωμα με την ηλικία μιας εγκύου γυναίκας, αλλά αυτός ο παράγοντας δεν έχει επιβεβαιωθεί αδιαμφισβήτητα μέχρι σήμερα. Οι λόγοι για τους οποίους τα χρωμοσώματα δεν διαχωρίζονται παραμένουν άγνωστοι.

• μονοσωμία

Μονοσωμία είναι η απουσία οποιουδήποτε αυτοσώματος. Εάν συμβεί αυτό, τότε στις περισσότερες περιπτώσεις το έμβρυο δεν μπορεί να ολοκληρωθεί και ο πρόωρος τοκετός συμβαίνει στα αρχικά στάδια. Η εξαίρεση είναι η μονοσωμία λόγω του εικοστού πρώτου χρωμοσώματος. Ο λόγος για τον οποίο εμφανίζεται η μονοσωμία μπορεί να είναι είτε η μη διασύνδεση των χρωμοσωμάτων είτε η απώλεια ενός χρωμοσώματος κατά την πορεία του προς το κύτταρο σε ανάφαση.

Στα φυλετικά χρωμοσώματα, η μονοσωμία οδηγεί στο σχηματισμό ενός εμβρύου με καρυότυπο XO. Η κλινική εκδήλωση αυτού του καρυότυπου είναι το σύνδρομο Turner. Στο ογδόντα τοις εκατό των περιπτώσεων από τις εκατό, η εμφάνιση μονοσωμίας στο χρωμόσωμα Χ συμβαίνει λόγω παραβίασης της μείωσης του πατέρα του παιδιού. Αυτό οφείλεται στη μη διάσπαση των χρωμοσωμάτων Χ και Υ. Βασικά, ένα έμβρυο με καρυότυπο XO πεθαίνει στη μήτρα.

Με βάση τα φυλετικά χρωμοσώματα, η τρισωμία χωρίζεται σε τρεις τύπους: 47 XXY, 47 XXX, 47 XYY. είναι η τρισωμία 47 XXY. Με έναν τέτοιο καρυότυπο, οι πιθανότητες να γεννηθεί ένα παιδί είναι πενήντα πενήντα. Η αιτία αυτού του συνδρόμου μπορεί να είναι η μη διάσπαση των χρωμοσωμάτων Χ ή η μη διάσπαση της σπερματογένεσης Χ και Υ. Ο δεύτερος και ο τρίτος καρυότυπος μπορεί να εμφανιστούν μόνο σε μία στις χίλιες έγκυες γυναίκες· πρακτικά δεν εμφανίζονται και στις περισσότερες περιπτώσεις ανακαλύπτονται από ειδικούς εντελώς τυχαία.

• πολυπλοειδία

Αυτές είναι γονιδιακές μεταλλάξεις που σχετίζονται με αλλαγές στο απλοειδές σύνολο των χρωμοσωμάτων. Αυτά τα σετ μπορούν να τριπλασιαστούν ή να τετραπλασιαστούν. Η τριπλοειδία τις περισσότερες φορές διαγιγνώσκεται μόνο μετά από αυθόρμητη άμβλωση. Υπήρχαν αρκετές περιπτώσεις που η μητέρα κατάφερε να κρατήσει ένα τέτοιο μωρό, αλλά πέθαναν όλοι πριν συμπληρώσουν την ηλικία του ενός μήνα. Οι μηχανισμοί των γονιδιακών μεταλλάξεων στην περίπτωση της τριπλωδίας καθορίζονται από την πλήρη απόκλιση και μη απόκλιση όλων των συνόλων χρωμοσωμάτων είτε των θηλυκών είτε των αρσενικών γεννητικών κυττάρων. Η διπλή γονιμοποίηση ενός ωαρίου μπορεί επίσης να χρησιμεύσει ως μηχανισμός. Σε αυτή την περίπτωση, εμφανίζεται εκφυλισμός του πλακούντα. Αυτός ο εκφυλισμός ονομάζεται υδατιδίμορφος τυφλοπόντικας. Κατά κανόνα, τέτοιες αλλαγές οδηγούν στην ανάπτυξη ψυχικών και φυσιολογικών διαταραχών στο μωρό και διακοπή της εγκυμοσύνης.

Ποιες γονιδιακές μεταλλάξεις σχετίζονται με αλλαγές στη δομή των χρωμοσωμάτων

Οι δομικές αλλαγές στα χρωμοσώματα είναι συνέπεια της θραύσης των χρωμοσωμάτων (καταστροφή). Ως αποτέλεσμα, αυτά τα χρωμοσώματα συνδέονται, διαταράσσοντας την προηγούμενη εμφάνισή τους. Αυτές οι τροποποιήσεις μπορεί να είναι μη ισορροπημένες ή ισορροπημένες. Οι ισορροπημένοι δεν έχουν περίσσεια ή έλλειψη υλικού και επομένως δεν εκδηλώνονται. Μπορούν να εμφανιστούν μόνο σε περιπτώσεις όπου υπήρχε ένα γονίδιο στο σημείο της καταστροφής των χρωμοσωμάτων που είναι λειτουργικά σημαντικό. Ένα ισορροπημένο σετ μπορεί να παράγει μη ισορροπημένους γαμέτες. Ως αποτέλεσμα, η γονιμοποίηση ενός ωαρίου με έναν τέτοιο γαμετή μπορεί να προκαλέσει την εμφάνιση ενός εμβρύου με μη ισορροπημένο σύνολο χρωμοσωμάτων. Με ένα τέτοιο σύνολο, εμφανίζονται διάφορα αναπτυξιακά ελαττώματα στο έμβρυο και εμφανίζονται σοβαροί τύποι παθολογίας.

Τύποι δομικών τροποποιήσεων

Γονιδιακές μεταλλάξεις συμβαίνουν στο επίπεδο σχηματισμού γαμετών. Είναι αδύνατο να αποτραπεί αυτή η διαδικασία, όπως είναι αδύνατο να γνωρίζουμε εκ των προτέρων αν μπορεί να συμβεί. Υπάρχουν διάφοροι τύποι δομικών τροποποιήσεων.

• διαγραφές

Αυτή η αλλαγή οφείλεται στην απώλεια μέρους ενός χρωμοσώματος. Μετά από ένα τέτοιο διάλειμμα, το χρωμόσωμα γίνεται μικρότερο και το κομμένο τμήμα του χάνεται κατά την περαιτέρω κυτταρική διαίρεση. Οι διάμεσες διαγραφές είναι όταν ένα χρωμόσωμα σπάει σε πολλά σημεία ταυτόχρονα. Τέτοια χρωμοσώματα δημιουργούν συνήθως ένα μη βιώσιμο έμβρυο. Υπάρχουν όμως και περιπτώσεις που τα μωρά επέζησαν, αλλά εξαιτίας αυτού του συνόλου χρωμοσωμάτων είχαν το σύνδρομο Wolf-Hirschhorn, «κραυγή γάτας».

• αντιγραφές

Αυτές οι γονιδιακές μεταλλάξεις συμβαίνουν στο επίπεδο οργάνωσης διπλών τμημάτων DNA. Γενικά, ο διπλασιασμός δεν μπορεί να προκαλέσει παθολογίες όπως διαγραφές.

• μετατοπίσεις

Η μετατόπιση συμβαίνει λόγω της μεταφοράς γενετικού υλικού από το ένα χρωμόσωμα στο άλλο. Εάν ένα σπάσιμο συμβεί ταυτόχρονα σε πολλά χρωμοσώματα και ανταλλάξουν τμήματα, τότε αυτό γίνεται η αιτία μιας αμοιβαίας μετατόπισης. Ο καρυότυπος μιας τέτοιας μετατόπισης έχει μόνο σαράντα έξι χρωμοσώματα. Η ίδια η μετατόπιση αποκαλύπτεται μόνο μέσω λεπτομερούς ανάλυσης και μελέτης του χρωμοσώματος.

Αλλαγή στην αλληλουχία νουκλεοτιδίων

Οι γονιδιακές μεταλλάξεις σχετίζονται με αλλαγές στη νουκλεοτιδική αλληλουχία όταν εκφράζονται σε τροποποιήσεις στις δομές ορισμένων τμημάτων του DNA. Σύμφωνα με τις συνέπειες, τέτοιες μεταλλάξεις χωρίζονται σε δύο τύπους - χωρίς μετατόπιση πλαισίου ανάγνωσης και με μετατόπιση. Για να γνωρίζετε ακριβώς τους λόγους για τις αλλαγές στα τμήματα του DNA, πρέπει να εξετάσετε κάθε τύπο ξεχωριστά.

Μετάλλαξη χωρίς μετατόπιση πλαισίου

Αυτές οι γονιδιακές μεταλλάξεις σχετίζονται με αλλαγές και αντικαταστάσεις ζευγών νουκλεοτιδίων στη δομή του DNA. Με τέτοιες υποκαταστάσεις, το μήκος του DNA δεν χάνεται, αλλά τα αμινοξέα μπορεί να χαθούν και να αντικατασταθούν. Υπάρχει πιθανότητα να διατηρηθεί η δομή της πρωτεΐνης, αυτό θα χρησιμεύσει Ας εξετάσουμε λεπτομερώς και τις δύο επιλογές ανάπτυξης: με και χωρίς αντικατάσταση αμινοξέων.

Μετάλλαξη υποκατάστασης αμινοξέων

Η αντικατάσταση ενός υπολείμματος αμινοξέος στα πολυπεπτίδια ονομάζονται μεταλλάξεις με λάθος νόημα. Υπάρχουν τέσσερις αλυσίδες στο μόριο της ανθρώπινης αιμοσφαιρίνης - δύο "a" (βρίσκεται στο δέκατο έκτο χρωμόσωμα) και δύο "b" (κωδικοποιούνται στο ενδέκατο χρωμόσωμα). Εάν το "b" είναι μια κανονική αλυσίδα και περιέχει εκατόν σαράντα έξι υπολείμματα αμινοξέων και το έκτο είναι η γλουταμίνη, τότε η αιμοσφαιρίνη θα είναι φυσιολογική. Σε αυτή την περίπτωση, το γλουταμικό οξύ θα πρέπει να κωδικοποιείται από την τριπλέτα GAA. Εάν, λόγω μετάλλαξης, το GAA αντικατασταθεί από το GTA, τότε αντί για γλουταμινικό οξύ, σχηματίζεται βαλίνη στο μόριο της αιμοσφαιρίνης. Έτσι, αντί της φυσιολογικής αιμοσφαιρίνης HbA, θα εμφανιστεί μια άλλη αιμοσφαιρίνη HbS. Έτσι, η αντικατάσταση ενός αμινοξέος και ενός νουκλεοτιδίου θα προκαλέσει μια σοβαρή σοβαρή ασθένεια - δρεπανοκυτταρική αναιμία.

Αυτή η ασθένεια εκδηλώνεται από το γεγονός ότι τα ερυθρά αιμοσφαίρια αποκτούν σχήμα δρεπανιού. Σε αυτή τη μορφή, δεν είναι σε θέση να παρέχουν σωστά οξυγόνο. Εάν σε κυτταρικό επίπεδο οι ομοζυγώτες έχουν τον τύπο HbS/HbS, τότε αυτό οδηγεί στο θάνατο του παιδιού στην πρώιμη παιδική ηλικία. Εάν ο τύπος είναι HbA/HbS, τότε τα ερυθρά αιμοσφαίρια έχουν μια ασθενή μορφή αλλαγής. Μια τέτοια αδύναμη αλλαγή έχει μια χρήσιμη ποιότητα - την αντίσταση του σώματος στην ελονοσία. Σε εκείνες τις χώρες όπου υπάρχει κίνδυνος μόλυνσης από ελονοσία όπως και στη Σιβηρία από κρυολόγημα, αυτή η αλλαγή έχει ευεργετική ποιότητα.

Μετάλλαξη χωρίς υποκατάσταση αμινοξέων

Οι υποκαταστάσεις νουκλεοτιδίων χωρίς ανταλλαγή αμινοξέων ονομάζονται σεισμικές μεταλλάξεις. Εάν στο τμήμα DNA που κωδικοποιεί την αλυσίδα «b» αντικατασταθεί το GAA με GAG, τότε λόγω του γεγονότος ότι είναι σε περίσσεια, η αντικατάσταση του γλουταμικού οξέος δεν μπορεί να συμβεί. Η δομή της αλυσίδας δεν θα αλλάξει, δεν θα υπάρξουν τροποποιήσεις στα ερυθρά αιμοσφαίρια.

Μεταλλάξεις μετατόπισης πλαισίου

Τέτοιες γονιδιακές μεταλλάξεις σχετίζονται με αλλαγές στο μήκος του DNA. Το μήκος μπορεί να γίνει μικρότερο ή μεγαλύτερο ανάλογα με την απώλεια ή την προσθήκη ζευγών νουκλεοτιδίων. Έτσι, ολόκληρη η δομή της πρωτεΐνης θα αλλάξει εντελώς.

Μπορεί να συμβεί ενδογονιδιακή καταστολή. Αυτό το φαινόμενο συμβαίνει όταν υπάρχουν δύο μεταλλάξεις που αντισταθμίζουν η μία την άλλη. Αυτή είναι η στιγμή της προσθήκης ενός ζεύγους νουκλεοτιδίων αφού έχει χαθεί ένα και αντίστροφα.

Ανοησίες μεταλλάξεις

Αυτή είναι μια ειδική ομάδα μεταλλάξεων. Εμφανίζεται σπάνια και περιλαμβάνει την εμφάνιση κωδικονίων λήξης. Αυτό μπορεί να συμβεί τόσο όταν χάνονται ή προστίθενται ζεύγη νουκλεοτιδίων. Όταν εμφανίζονται κωδικόνια τερματισμού, η σύνθεση πολυπεπτιδίου σταματά εντελώς. Έτσι μπορούν να σχηματιστούν μηδενικά αλληλόμορφα. Καμία από τις πρωτεΐνες δεν θα ταιριάζει με αυτό.

Υπάρχει κάτι τέτοιο όπως η διαγονιδιακή καταστολή. Αυτό είναι ένα φαινόμενο όπου οι μεταλλάξεις σε ορισμένα γονίδια καταστέλλουν μεταλλάξεις σε άλλα.

Εντοπίζονται αλλαγές κατά τη διάρκεια της εγκυμοσύνης;

Οι γονιδιακές μεταλλάξεις που σχετίζονται με αλλαγές στον αριθμό των χρωμοσωμάτων μπορούν στις περισσότερες περιπτώσεις να προσδιοριστούν. Για να μάθετε εάν το έμβρυο έχει αναπτυξιακά ελαττώματα και παθολογίες, ο έλεγχος συνταγογραφείται στις πρώτες εβδομάδες της εγκυμοσύνης (από δέκα έως δεκατρείς εβδομάδες). Πρόκειται για μια σειρά από απλές εξετάσεις: αιμοληψία από δάκτυλο και φλέβα, υπερηχογράφημα. Κατά τη διάρκεια μιας υπερηχογραφικής εξέτασης, το έμβρυο εξετάζεται σύμφωνα με τις παραμέτρους όλων των άκρων, της μύτης και του κεφαλιού. Αυτές οι παράμετροι, όταν δεν συνάδουν έντονα με τους κανόνες, δείχνουν ότι το μωρό έχει αναπτυξιακά ελαττώματα. Αυτή η διάγνωση επιβεβαιώνεται ή διαψεύδεται με βάση τα αποτελέσματα μιας εξέτασης αίματος.

Επίσης, οι μέλλουσες μητέρες, των οποίων τα μωρά μπορεί να αναπτύξουν μεταλλάξεις σε επίπεδο γονιδίων που κληρονομούνται, βρίσκονται επίσης υπό στενή ιατρική παρακολούθηση. Δηλαδή, αυτές είναι εκείνες οι γυναίκες στους συγγενείς των οποίων υπήρξαν περιπτώσεις γέννησης παιδιού με ψυχικές ή σωματικές αναπηρίες που προσδιορίζονται ως σύνδρομο Down, σύνδρομο Patau και άλλες γενετικές ασθένειες.

Η αλλαγή του ανθρώπινου DNA που μεταβιβάζεται στις μελλοντικές γενιές θεωρείται από καιρό ηθικά κλειστή και απαγορευμένη σε πολλές χώρες. Οι επιστήμονες αναφέρουν ότι χρησιμοποιούν νέα εργαλεία για την επιδιόρθωση γονιδίων που προκαλούν ασθένειες σε ανθρώπινα έμβρυα. Αν και οι ερευνητές χρησιμοποιούν ελαττωματικά έμβρυα και δεν σκοπεύουν να τα εμφυτεύσουν στη μήτρα μιας γυναίκας, η εργασία εγείρει ανησυχίες.

Η αλλαγή του DNA των ανθρώπινων ωαρίων, του σπέρματος ή των εμβρύων είναι γνωστή ως βλαστική αλλοίωση.Πολλοί επιστήμονες ζητούν μορατόριουμ για την αναθεώρηση των κλινικών εμβρύων, την επεξεργασία ανθρώπινης βλαστικής σειράς και πολλοί πιστεύουν ότι αυτού του είδους η επιστημονική δραστηριότητα θα πρέπει να απαγορευτεί.

Ωστόσο, η επεξεργασία του DNA ενός ανθρώπινου εμβρύου μπορεί να είναι ηθικά αποδεκτή για την πρόληψη ασθένειας στο παιδί, αλλά μόνο σε σπάνιες περιπτώσεις και με εγγυήσεις. Αυτές οι καταστάσεις μπορεί να είναι μια περιορισμένη επιλογή για ζευγάρια όπου και τα δύο έχουν σοβαρές γενετικές παθήσεις και για τα οποία η επεξεργασία εμβρύου είναι πραγματικά η τελευταία λογική επιλογή εάν θέλουν να αποκτήσουν ένα υγιές παιδί.

Οι κίνδυνοι της σκόπιμης αλλαγής των γονιδίων

Οι επιστήμονες πιστεύουν ότι η επεξεργασία ενός ανθρώπινου εμβρύου μπορεί να είναι αποδεκτή για να αποτρέψει ένα παιδί από το να κληρονομήσει σοβαρές γενετικές ασθένειες, αλλά μόνο εάν πληρούνται ορισμένες προφυλάξεις ασφαλείας και ηθικά κριτήρια. Για παράδειγμα, ένα ζευγάρι μπορεί να μην έχει «λογικές εναλλακτικές λύσεις», όπως η επιλογή υγιών εμβρύων για εξωσωματική γονιμοποίηση (IVF) ή μέσω προγεννητικού ελέγχου και αποβολής εμβρύου με ασθένεια. Μια άλλη κατάσταση που μπορεί να πληροί τις προϋποθέσεις είναι εάν και οι δύο γονείς έχουν τις ίδιες ιατρικές παθήσεις, όπως η κυστική ίνωση.

Οι επιστήμονες προειδοποιούν για την ανάγκη αυστηρής κυβερνητικής επίβλεψης ώστε να αποτραπεί η χρήση της επεξεργασίας βλαστικών γραμμών για άλλους σκοπούς, όπως η παροχή σε ένα παιδί επιθυμητά, διακριτικά χαρακτηριστικά.

Με την επεξεργασία γονιδίων σε κύτταρα ασθενών που δεν κληρονομούνται, ήδη βρίσκονται σε εξέλιξη κλινικές δοκιμές για την καταπολέμηση του HIV, της αιμορροφιλίας και της λευχαιμίας. Πιστεύεται ότι τα υπάρχοντα ρυθμιστικά συστήματα για τη γονιδιακή θεραπεία είναι επαρκή για την πραγματοποίηση τέτοιου είδους εργασιών.

Η επεξεργασία του γονιδιώματος δεν πρέπει να χρησιμοποιείται για την αύξηση της ισχύος, την αύξηση της μυϊκής δύναμης σε ένα υγιές άτομο ή τη μείωση των επιπέδων χοληστερόλης.

Η επεξεργασία γονιδίων ανθρώπινης βλαστικής σειράς ή τροποποίηση ανθρώπινης βλαστικής σειράς αναφέρεται στη σκόπιμη τροποποίηση γονιδίων που μεταβιβάζεται στα παιδιά και στις μελλοντικές γενιές.

Με άλλα λόγια, δημιουργία γενετικά τροποποιημένων ανθρώπων. Η τροποποίηση της ανθρώπινης βλαστικής σειράς θεωρείται θέμα ταμπού για πολλά χρόνια για λόγους ασφαλείας και κοινωνικούς λόγους. Είναι επίσημα απαγορευμένο σε περισσότερες από 40 χώρες.

Πειράματα για τη δημιουργία γενετικά τροποποιημένων ανθρώπων και την επιστήμη της ευγονικής

Ωστόσο, τα τελευταία χρόνια έχουν γίνει πειράματα με ανθρώπινα έμβρυα χρησιμοποιώντας νέες μεθόδους γενετικής μηχανικής. Για έρευνα χρησιμοποιήθηκαν γονίδια και ανθρώπινα έμβρυα που σχετίζονται με τη βήτα νόσο του αίματος - τη θαλασσαιμία. Τα πειράματα ήταν σε μεγάλο βαθμό ανεπιτυχή. Όμως, τα εργαλεία επεξεργασίας γονιδίων βελτιώνονται σε εργαστήρια σε όλο τον κόσμο και αναμένεται να καταστήσουν ευκολότερη, φθηνότερη και ακριβέστερη την επεξεργασία ή τη διαγραφή γονιδίων από ποτέ. Σύγχρονες, αλλά θεωρητικές μέθοδοι επεξεργασίας γονιδιώματος θα επιτρέψουν στους επιστήμονες να εισάγουν, να διαγράψουν και να διορθώσουν το DNA με θετικά αποτελέσματα. Αυτό ανοίγει την προοπτική θεραπείας ορισμένων ασθενειών, όπως η δρεπανοκυτταρική αναιμία, η κυστική ίνωση και ορισμένοι τύποι καρκίνου.

Επιλογή που εφαρμόζεται στους ανθρώπους – ευγονική

Η γονιδιακή επεξεργασία ανθρώπινων εμβρύων ή η κατεύθυνση της ευγονικής οδηγεί στη δημιουργία γενετικά τροποποιημένων πολύ διαφορετικών ανθρώπων. Αυτό εγείρει σοβαρές ανησυχίες για την ασφάλεια λόγω κοινωνικών και ηθικών θεμάτων. Αυτά κυμαίνονται από την προοπτική μη αναστρέψιμης βλάβης στην υγεία των μελλοντικών παιδιών και γενεών μέχρι το άνοιγμα της πόρτας σε νέες μορφές κοινωνικής ανισότητας, διακρίσεων και συγκρούσεων και σε μια νέα εποχή ευγονικής.

Η επιστήμη της ευγονικής στην ανθρώπινη επιλογή εμφανίστηκε στα μέσα του περασμένου αιώνα ως ναζιστική επιστήμη.

Οι επιστήμονες δεν επιτρέπεται να κάνουν αλλαγές στο ανθρώπινο DNA που μεταβιβάζεται στις επόμενες γενιές. Μια τέτοια καινοτόμος κίνηση από την επιστήμη της ευγονικής θα πρέπει να εξεταστεί μόνο μετά από περαιτέρω έρευνα, μετά την οποία οι αλλαγές μπορούν να πραγματοποιηθούν υπό αυστηρούς περιορισμούς. Τέτοιες εργασίες θα πρέπει να απαγορεύονται για την πρόληψη σοβαρών ασθενειών και αναπηρίας.

Η παραλλαγή που προκαλείται από αλλαγές στα γονίδια ονομάζεται επίσης μεταλλάξεις.

Αποτελεί μακροχρόνιο ταμπού να γίνονται αλλαγές στα γονίδια του ανθρώπινου σπέρματος, των ωαρίων ή των εμβρύων, επειδή τέτοιες αλλαγές θα κληρονομηθούν από τις μελλοντικές γενιές. Αυτό είναι ταμπού εν μέρει λόγω των φόβων ότι τα λάθη θα μπορούσαν να δημιουργήσουν ακούσια νέες ανθρωπογενείς ασθένειες που θα μπορούσαν στη συνέχεια να γίνουν μόνιμο μέρος της δεξαμενής ανθρωπίνων γονιδίων.

Μια άλλη ανησυχία είναι ότι αυτό το είδος θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί για γενετική τροποποίηση για μη ιατρικούς λόγους. Για παράδειγμα, οι επιστήμονες θα μπορούσαν θεωρητικά να προσπαθήσουν να δημιουργήσουν μωρά σχεδιαστών στα οποία οι γονείς προσπαθούν να επιλέξουν τα χαρακτηριστικά της προσωπικότητας των παιδιών τους για να τα κάνουν εξυπνότερα, ψηλότερα, καλύτερους αθλητές ή άλλα υποτιθέμενα απαραίτητα χαρακτηριστικά.

Τίποτα τέτοιο προς το παρόν δεν είναι δυνατό. Αλλά ακόμη και η προοπτική εγείρει τον φόβο των επιστημόνων να αλλάξουν σημαντικά την πορεία της εξέλιξης και τη δημιουργία ανθρώπων που θεωρούνται γενετικά βελτιωμένοι, να καταλήξουν σε δυστοπίες του μέλλοντος που περιγράφονται σε ταινίες και βιβλία.

Οποιαδήποτε προσπάθεια δημιουργίας μωρών από σπέρμα, ωάρια ή έμβρυα που έχουν το δικό τους DNA και προσπάθεια επεξεργασίας μπορεί να γίνει μόνο υπό πολύ προσεκτικά ελεγχόμενες συνθήκες και μόνο για την πρόληψη μιας καταστροφικής ασθένειας.

Μπορεί να είναι δύσκολο να χαράξουμε περαιτέρω τη γραμμή μεταξύ της χρήσης της επεξεργασίας γονιδίων για την πρόληψη ή τη θεραπεία ασθενειών και της χρήσης της για την ενίσχυση των ικανοτήτων ενός ατόμου.

Για παράδειγμα, εάν οι επιστήμονες μπορέσουν να ανακαλύψουν ότι οι γονιδιακές αλλαγές βελτιώνουν τις ικανότητες σκέψης για την καταπολέμηση της άνοιας του Αλτσχάιμερ, τότε αυτό θα μπορούσε να θεωρηθεί προληπτική ιατρική. Εάν απλώς βελτιώσετε ριζικά τη μνήμη ενός υγιούς ατόμου, τότε αυτό δεν είναι πλέον ιατρική κατεύθυνση.

Πότε είναι νόμιμη η αλλαγή DNA;

Η ικανότητα επεξεργασίας γονιδίων θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί για τη θεραπεία πολλών ασθενειών και ίσως ακόμη και να αποτρέψει την εμφάνιση πολλών καταστροφικών διαταραχών στην πρώτη θέση με την επεξεργασία γενετικών μεταλλάξεων στο σπέρμα, τα ωάρια και τα έμβρυα. Ορισμένες πιθανές αλλαγές θα μπορούσαν να αποτρέψουν ένα ευρύ φάσμα ασθενειών, συμπεριλαμβανομένου του καρκίνου του μαστού, της νόσου Tay-Sachs, της δρεπανοκυτταρικής αναιμίας, της κυστικής ίνωσης και της νόσου του Huntington.

Οι κλινικές δοκιμές γονιδιακής επεξεργασίας θα πρέπει να επιτρέπονται εάν:

• δεν υπάρχει «εύλογη εναλλακτική» για την πρόληψη της «σοβαρής ασθένειας»
• Έχει αποδειχθεί πειστικά ότι τα γονίδια, όταν υποβάλλονται σε επεξεργασία, εξαλείφουν την αιτία της νόσου
• Οι αλλαγές στοχεύουν μόνο στον μετασχηματισμό γονιδίων που σχετίζονται με φυσιολογικές συνθήκες υγείας
• έχει διεξαχθεί επαρκής προκαταρκτική έρευνα σχετικά με τους κινδύνους και τα πιθανά οφέλη για την υγεία
• συνεχής, αυστηρή εποπτεία για την εξέταση του αντίκτυπου της διαδικασίας στην υγεία και την ασφάλεια των συμμετεχόντων, καθώς και μακροπρόθεσμα ολοκληρωμένα σχέδια
• Υπάρχει μέγιστη διαφάνεια σύμφωνα με το απόρρητο των ασθενών και την επαναξιολόγηση των υγειονομικών, κοινωνικών οφελών και κινδύνων
• Υπάρχουν ισχυροί μηχανισμοί επιτήρησης για την πρόληψη της εξάπλωσης μιας σοβαρής ασθένειας ή πάθησης.

Οι υποστηρικτές της επεξεργασίας ανθρώπινης βλαστικής γραμμής υποστηρίζουν ότι θα μπορούσε ενδεχομένως να μειώσει, ή ακόμα και να εξαλείψει, την εμφάνιση πολλών σοβαρών γενετικών ασθενειών και να μειώσει τον ανθρώπινο πόνο σε όλο τον κόσμο. Οι αντίπαλοι λένε ότι η αλλαγή των ανθρώπινων εμβρύων είναι επικίνδυνη και αφύσικη και δεν λαμβάνει υπόψη τη συγκατάθεση των μελλοντικών γενεών.

Συζήτηση για την τροποποίηση του ανθρώπινου εμβρύου

Ας ξεκινήσουμε με την ένσταση ότι η αλλαγή του εμβρύου είναι αφύσικη ή το να παίζεις ενάντια στον Θεό.

Αυτό το επιχείρημα βασίζεται στην προϋπόθεση ότι ό,τι είναι φυσικό είναι εγγενώς καλό.

Αλλά οι ασθένειες είναι φυσικές και εκατομμύρια άνθρωποι αρρωσταίνουν και πεθαίνουν πρόωρα - όλα είναι απολύτως φυσικά. Εάν προστατεύαμε μόνο τα φυσικά όντα και τα φυσικά φαινόμενα, δεν θα μπορούσαμε να χρησιμοποιήσουμε αντιβιοτικά για να σκοτώσουμε βακτήρια ή με άλλο τρόπο να ασκήσουμε ιατρική ή να καταπολεμήσουμε την ξηρασία, την πείνα, την επιδημία. Το σύστημα υγειονομικής περίθαλψης λειτουργεί σε κάθε ανεπτυγμένη χώρα και δικαίως μπορεί να περιγραφεί ως μέρος μιας συνολικής προσπάθειας να ανατραπεί η πορεία της φύσης. Που φυσικά δεν είναι ούτε καλό ούτε κακό. Οι φυσικές ουσίες ή οι φυσικές θεραπείες είναι καλύτερες, αν είναι δυνατόν, φυσικά.

Οδηγεί σε μια σημαντική στιγμή στην ιστορία της ιατρικής και της επεξεργασίας γονιδιώματος και αντιπροσωπεύει πολλά υποσχόμενα επιστημονικά εγχειρήματα προς όφελος όλης της ανθρωπότητας.

Η παρέμβαση στο ανθρώπινο γονιδίωμα επιτρέπεται μόνο για προληπτικούς, διαγνωστικούς ή θεραπευτικούς σκοπούς και χωρίς τροποποιήσεις για απογόνους.

Οι ραγδαίες πρόοδοι στον τομέα της λεγόμενης γενετικής «μωρών σχεδιαστών» αυξάνουν την ανάγκη για τη βιοηθική να συμμετέχει σε ευρύτερο δημόσιο διάλογο και συζήτηση σχετικά με τη δύναμη της επιστήμης. Η επιστήμη είναι σε θέση να τροποποιήσει γενετικά ανθρώπινα έμβρυα στο εργαστήριο για να ελέγξει κληρονομικά χαρακτηριστικά όπως η εμφάνιση και η ευφυΐα.

Μέχρι στιγμής, πολλές χώρες έχουν υπογράψει μια διεθνή σύμβαση που απαγορεύει αυτόν τον τύπο γονιδιακής επεξεργασίας και τροποποίησης DNA.

Αλλαγές στα δομικά γονίδια.

1) "Ανάγνωση μετατόπισης πλαισίου"- εισαγωγή ή διαγραφή ενός ζεύγους ή πολλών ζευγών νουκλεοτιδίων. Για παράδειγμα, η αρχική σειρά των νουκλεοτιδίων είναι: AGGACTTCGA..., και μετά την εισαγωγή ενός νουκλεοτιδίου: AAGGACTCGA...; Ανάλογα με τον τόπο εισαγωγής ή διαγραφής των νουκλεοτιδίων, αλλάζουν λιγότερα ή περισσότερα κωδικόνια.

2) Μετάβαση- αντικατάσταση βάσεων: πουρίνη σε πουρίνη ή πυριμιδίνη σε πυριμιδίνη. για παράδειγμα: A ↔ G, C ↔ T; Σε αυτήν την περίπτωση, το κωδικόνιο στο οποίο έγινε η μετάβαση αλλάζει.

3) Μεταστροφή- αντικατάσταση μιας βάσης πουρίνης με μια βάση πυριμιδίνης ή μιας βάσης πυριμιδίνης με μια βάση πουρίνης. Για παράδειγμα: A ↔ C, G ↔ T; το κωδικόνιο στο οποίο έγινε η μετατροπή αλλάζει.

Οι αλλαγές στα δομικά γονίδια οδηγούν σε: α) μεταλλάξεις παραπομπής- αντικατάσταση ενός νουκλεοτιδίου στο κωδικοποιητικό τμήμα ενός γονιδίου, που οδηγεί σε αντικατάσταση ενός αμινοξέος σε ένα πολυπεπτίδιο. σι) ανοησίες μεταλλάξεις- ο σχηματισμός «ανούσιων» κωδικονίων (UAA, UAG, UGA) που δεν κωδικοποιούν αμινοξέα (τερματιστές που καθορίζουν το τέλος της ανάγνωσης) και τη διακοπή της μετάφρασης.

1) Η πρωτεΐνη καταστολέα "δεν ταιριάζει" στο γονίδιο χειριστή ("το κλειδί δεν χωράει στην κλειδαρότρυπα") - τα δομικά γονίδια λειτουργούν συνεχώς (οι πρωτεΐνες συντίθενται συνεχώς).

2) Η πρωτεΐνη καταστολέα είναι σφιχτά "συνδεδεμένη" στο γονίδιο χειριστή και δεν αφαιρείται από τον επαγωγέα ("το κλειδί δεν βγαίνει από την κλειδαρότρυπα") - τα δομικά γονίδια δεν λειτουργούν συνεχώς και οι πρωτεΐνες που κωδικοποιούνται σε αυτό το μεταγραφικό δεν είναι συντίθεται.

3) Παραβίαση της εναλλαγής καταστολής και επαγωγής - απουσία επαγωγέα, συντίθεται μια συγκεκριμένη πρωτεΐνη και παρουσία της δεν συντίθεται. Οι προαναφερθείσες διαταραχές στη λειτουργία των μεταγραφονίων σχετίζονται με μεταλλάξεις στο γονίδιο ρυθμιστή ή στο γονίδιο χειριστή.

Ορισμένες μεταλλάξεις δεν επηρεάζουν τη λειτουργία του αντίστοιχου πολυπεπτιδίου. Ένα σημαντικό μέρος γονιδιακών μεταλλάξεων διαταράσσει τη λειτουργία του γονιδίου και οδηγεί στην ανάπτυξη γονιδιακών ασθενειών. Φαινοτυπικά, οι γονιδιακές μεταλλάξεις εκδηλώνονται ως σημεία μεταβολικών διαταραχών, η συχνότητα των οποίων στους ανθρώπινους πληθυσμούς είναι 1-2% (φαινυλκετονουρία, αιμορροφιλία, νευροϊνωμάτωση, κυστική ίνωση, μυϊκή δυστροφία Duchenne-Becker , αιμοσφαιρινοπάθεια S). Ανιχνεύονται με βιοχημικές μεθόδους και μεθόδους ανασυνδυασμένου DNA.

Σύμφωνα με τις συνέπειεςγονιδιακές μεταλλάξεις ταξινομούνται σε ουδέτερος, ρυθμιστικέςΚαι δυναμικός.

Ουδέτερος(σιωπηλός) μετάλλαξη- δεν έχει φαινοτυπική έκφραση (για παράδειγμα, υποκατάσταση νουκλεοτιδίου που δεν οδηγεί σε υποκατάσταση αμινοξέων λόγω του εκφυλισμού του γενετικού κώδικα).

Ρυθμιστική μετάλλαξη- μετάλλαξη σε 5"- ή 3" - μη μεταφρασμένες περιοχές του γονιδίου. διαταράσσει την έκφραση των γονιδίων.

Δυναμικές Μεταλλάξεις- προκαλούνται από την αύξηση του αριθμού των τρινουκλεοτιδικών επαναλήψεων σε λειτουργικά σημαντικά τμήματα του γονιδίου. Τέτοιες μεταλλάξεις μπορεί να οδηγήσουν σε αναστολή ή αποκλεισμό της μεταγραφής και στην απόκτηση ιδιοτήτων από μόρια πρωτεΐνης που διαταράσσουν τον κανονικό μεταβολισμό τους.

ΧΡΩΜΟΣΩΜΙΚΕΣ ΜΕΤΑΛΛΑΞΕΙΣ

Επί χρωμοσωμικό επίπεδο οργάνωσης κληρονομικό υλικό έχει όλα τα χαρακτηριστικά του υποστρώματος κληρονομικότητας και μεταβλητότητας, συμπεριλαμβανομένων την ικανότητα απόκτησης αλλαγών που μπορούν να μεταδοθούν σε μια νέα γενιά. Υπό την επίδραση διαφόρων επιρροών, η φυσικοχημική και μορφολογική δομή των χρωμοσωμάτων μπορεί να αλλάξει. Οι διακοπές χρωμοσωμάτων συμβαίνουν φυσικά κατά τη διάρκεια πέρασμαόταν ομόλογα χρωμοσώματα ανταλλάσσουν αντίστοιχα τμήματα. Διαταραχή διασταύρωσης, κατά την οποία τα χρωμοσώματα ανταλλάσσουν άνισο γενετικό υλικό, οδηγεί στην εμφάνιση νέες ομάδες συμπλέκτημε αλλαγή στον αριθμό των γονιδίων. Στο χρωμοσωμικές μεταλλάξειςΗ αλληλουχία των νουκλεοτιδίων στα γονίδια συνήθως δεν αλλάζει, αλλά αλλαγές στον αριθμό ή τη θέση των γονιδίων μπορεί να οδηγήσουν σε γενετική ανισορροπία, η οποία έχει επιζήμια επίδραση στη φυσιολογική ανάπτυξη του σώματος.

Χρωμοσωμικές ανωμαλίεςμπορεί να είναι ενδοχρωμοσωμική, διαχρωμοσωμική και ισοχρωμοσωμική.

ΠΡΟΣ ΤΗΝ ενδοχρωμοσωμικήΑυτές περιλαμβάνουν αναδιατάξεις μέσα σε ένα χρωμόσωμα.

1) Διαγραφές(ανεπάρκειες) - απώλεια τμήματος ενός χρωμοσώματος (απώλεια τμήματος DNA που κυμαίνεται σε μέγεθος από ένα νουκλεοτίδιο έως ολόκληρα γονίδια) - μπορεί να προκαλέσει διακοπή της εμβρυογένεσης και σχηματισμό πολλαπλών αναπτυξιακών ανωμαλιών. Για παράδειγμα, η διαγραφή ενός τμήματος του κοντού βραχίονα του 5ου (5p-) χρωμοσώματος στον άνθρωπο οδηγεί στην ανάπτυξη κλάψε το σύνδρομο της γάτας(υπανάπτυξη του λάρυγγα, συγγενείς καρδιακές ανωμαλίες, νοητική υστέρηση· σε άρρωστα παιδιά, λόγω ανωμαλίας του λάρυγγα, το κλάμα μοιάζει με νιαούρισμα γάτας). Όταν τα τελομερή και των δύο βραχιόνων ενός χρωμοσώματος διαγράφονται, συχνά παρατηρείται κλείσιμο της υπόλοιπης δομής σε έναν δακτύλιο - χρωμοσώματα δακτυλίου. Όταν η κεντρομερής περιοχή πέφτει έξω, αποκεντρικά χρωμοσώματα.

2) Αναπαραγωγή σε πανομοιότυπο- διπλασιασμός μιας χρωμοσωμικής περιοχής. Το αποτέλεσμα του διπλασιασμού στο δεύτερο χρωμόσωμα της μύγας Drosophila μπορεί να είναι η εμφάνιση ματιών σε σχήμα λωρίδας. Για παράδειγμα, η τρισωμία στο κοντό βραχίονα του χρωμοσώματος 9 οδηγεί στην εμφάνιση πολλαπλών συγγενών ανωμαλιών, συμπεριλαμβανομένης της μικροκεφαλίας, της καθυστερημένης σωματικής, πνευματικής και διανοητικής ανάπτυξης.

3) Αναστροφή- σχίσιμο ενός θραύσματος χρωμοσώματος, περιστροφή του κατά 180° και προσάρτησή του στη θέση ρήξης. Σε αυτή την περίπτωση, παρατηρείται παραβίαση της σειράς γονιδιακής διάταξης.

4) Εισαγωγή- εισαγωγή θραυσμάτων DNA που κυμαίνονται σε μέγεθος από ένα νουκλεοτίδιο έως ένα ολόκληρο γονίδιο.

5) Μετάθεση- προσκόλληση ενός θραύσματος στο δικό του χρωμόσωμα, αλλά σε διαφορετική θέση.

ΔιαγραφέςΚαι αντιγραφέςεκδηλώνονται πάντα φαινοτυπικά, αφού το σύνολο των γονιδίων αλλάζει και παρατηρούνται μερικές μονοσωμίες (μονοσώματα τμήματος ενός χρωμοσώματος) σε περίπτωση ελλείψεων και μερικές τρισωμίες σε περίπτωση διπλασιασμού. ΑναστροφέςΚαι μετατοπίσειςδεν εκδηλώνονται πάντα φαινοτυπικά. μπορούν να εξισορροπηθούν όταν δεν υπάρχει αύξηση ή μείωση στο γενετικό υλικό και διατηρείται η συνολική ισορροπία των γονιδίων στο γονιδίωμα. Με αναστροφές και μετατοπίσεις, η σύζευξη των ομόλογων χρωμοσωμάτων γίνεται δύσκολη, γεγονός που μπορεί να προκαλέσει διαταραχή στην κατανομή του γενετικού υλικού μεταξύ των θυγατρικών κυττάρων.

Διαχρωμοσωμικήσυμβαίνουν αναδιατάξεις μεταξύ μη ομόλογων χρωμοσωμάτων.

Μετατόπιση- Αυτή είναι η ανταλλαγή τμημάτων μεταξύ μη ομόλογων χρωμοσωμάτων. Υπάρχουν μεταφορές:

- αμοιβαίοςόταν δύο χρωμοσώματα ανταλλάσσουν τμήματα.

- μη αμοιβαίαόταν τμήματα ενός χρωμοσώματος μεταφέρονται σε ένα άλλο.

- Ρομπέρτσονιαν, όταν δύο ακροκεντρικά χρωμοσώματα συνδέονται στις κεντρομερείς περιοχές τους με την απώλεια βραχέων βραχιόνων. ως αποτέλεσμα, σχηματίζεται ένα μετακεντρικό χρωμόσωμα.

Ισοχρωμοσωμικές ανωμαλίες- ο σχηματισμός πανομοιότυπων αλλά κατοπτρικών θραυσμάτων δύο διαφορετικών χρωμοσωμάτων που περιέχουν τα ίδια σύνολα γονιδίων. Αυτό συμβαίνει ως αποτέλεσμα της εγκάρσιας θραύσης των χρωματιδίων μέσω των κεντρομερών (εξ ου και η άλλη ονομασία - κεντρική σύνδεση).

Οι χρωμοσωμικές ανωμαλίες ανιχνεύονται με κυτταρογενετικές μεθόδους.

ΓΟΝΙΔΙΩΤΙΚΕΣ ΜΕΤΑΛΛΑΞΕΙΣ

Γονιδιωματικές μεταλλάξειςχαρακτηρίζεται από αλλαγές στον αριθμό των χρωμοσωμάτων. Η αιτία των γονιδιωματικών μεταλλάξεων μπορεί να είναι διαταραχή των διεργασιών που συμβαίνουν στη μείωση.Παραβίαση της απόκλισης δισθενών σε ανάφασηοδηγεί στην εμφάνιση γαμετών με διαφορετικό αριθμό χρωμοσωμάτων (για κάθε γαμέτη με επιπλέον χρωμόσωμα υπάρχει άλλος - χωρίς ένα χρωμόσωμα). Η γονιμοποίηση τέτοιων γαμετών από φυσιολογικά γεννητικά κύτταρα οδηγεί σε αλλαγή του συνολικού αριθμού των χρωμοσωμάτων στον καρυότυπο λόγω μείωσης ( μονοσωμία) ή αύξηση ( τρισωμία) αριθμός μεμονωμένων χρωμοσωμάτων.

Ανευπλοειδία- πολλαπλή απλοειδή μείωση ή αύξηση του αριθμού των χρωμοσωμάτων (2n±1, 2n±2 κ.λπ.). Τύποι ανευπλοειδίας: α) τρισωμία- τρία ομόλογα χρωμοσώματα στον καρυότυπο, για παράδειγμα, με Σύνδρομο Down(τρισωμία στο χρωμόσωμα 21), σύνδρομο Edwards(τρισωμία στο 18ο ζεύγος χρωμοσωμάτων), Σύνδρομο Patau(τρισωμία 13); σι) μονοσωμία- το σύνολο περιέχει μόνο ένα από ένα ζευγάρι ομόλογων χρωμοσωμάτων. Η μόνη μονοσωμία συμβατή με τη ζωή στους ανθρώπους - στο χρωμόσωμα Χ - οδηγεί στην ανάπτυξη Σύνδρομο Shereshevsky-Turner(45,Χ0). Τα μονοσωμάτια στα πρώτα μεγάλα ζεύγη χρωμοσωμάτων είναι θανατηφόρες μεταλλάξεις για τον άνθρωπο. Νουλισωμία- απουσία ζεύγους χρωμοσωμάτων (θανατηφόρα μετάλλαξη).

Εάν ο μηχανισμός κατανομής των ομόλογων χρωμοσωμάτων είναι κατεστραμμένος, το κύτταρο παραμένει αδιαίρετο και σχηματίζονται διπλοειδή γαμέτες. Η γονιμοποίηση τέτοιων γαμετών οδηγεί σε αύξηση του αριθμού των σετ χρωμοσωμάτων.

Πολυπλοειδία- αύξηση του αριθμού των συνόλων χρωμοσωμάτων, πολλαπλάσιο του απλοειδούς (Зn, 4n, 5n, ...). Αιτίες: διπλή γονιμοποίηση και απουσία της πρώτης μειοτικής διαίρεσης. Η πολυπλοειδία χρησιμοποιείται συνήθως στην εκτροφή φυτών και οδηγεί σε αυξημένη απόδοση. Στα θηλαστικά και στον άνθρωπο, η πολυπλοειδία, όπως και οι περισσότερες ανευπλοειδίες, οδηγούν στο σχηματισμό θανατηφόρων.

Χαπλοειδές(1n) - ένα ενιαίο σύνολο χρωμοσωμάτων - για παράδειγμα, σε κηφήνες μελισσών. Η βιωσιμότητα των απλοειδών μειώνεται, αφού στην περίπτωση αυτή εμφανίζονται όλα τα υπολειπόμενα γονίδια που περιέχονται στον ενικό. Για θηλαστικά και ανθρώπους - μια θανατηφόρα μετάλλαξη.

Οι γονιδιωματικές μεταλλάξεις ανιχνεύονται με κυτταρογενετικές μεθόδους. Εκδηλώνονται πάντα φαινοτυπικά.

Παθολογικές επιδράσεις χρωμοσωμικών και γονιδιωματικών μεταλλάξεωνεκδηλώνονται σε όλα τα στάδια της οντογένεσης, καθώς προκαλούν διαταραχές:

Συνολική γενετική ισορροπία.

Συντονισμός στο έργο των γονιδίων.

Συστηματική ρύθμιση.

Εμφανίζονται σε δύο αλληλένδετες παραλλαγές:

Θνησιμότητα;

Συγγενείς δυσπλασίες.

Θανατηφόρα έκβαση χρωμοσωμικών μεταλλάξεων- ένας από τους κύριους παράγοντες ενδομήτριου θανάτου, που είναι αρκετά συχνός στον άνθρωπο. Πολυάριθμες κυτταρογενετικές μελέτες υλικού από αυθόρμητες αποβολές, αποβολές και θνησιγένεια καθιστούν δυνατή την αντικειμενική κρίση των επιπτώσεων διαφορετικών τύπων χρωμοσωμικών ανωμαλιών στην προγεννητική περίοδο της ατομικής ανάπτυξης. Η συνολική συμβολή των χρωμοσωμικών μεταλλάξεων στον αριθμό των περιπτώσεων ενδομήτριου θανάτου στον άνθρωπο είναι 45%. Στα περιγεννητικά νεκρά έμβρυα, η συχνότητα των χρωμοσωμικών ανωμαλιών είναι 6%. Σε αυτές τις περιπτώσεις, τα θανατηφόρα αποτελέσματα συνδυάζονται με αναπτυξιακά ελαττώματα, ή μάλλον, πραγματοποιούνται μέσω των ελαττωμάτων.

Σχεδόν όλες οι χρωμοσωμικές ανωμαλίες οδηγούν σε συγγενείς δυσπλασίες. Οι πιο σοβαρές μορφές τους οδηγούν σε πρόωρη διακοπή της εγκυμοσύνης. Ο ρόλος των χρωμοσωμικών και γονιδιωματικών μεταλλάξεων δεν περιορίζεται στην επιρροή τους στην ανάπτυξη παθολογικών διεργασιών στις πρώιμες περιόδους της οντογένεσης. Τα αποτελέσματά τους μπορούν να φανούν σε όλη τη ζωή.

Στη μεταγεννητική περίοδο, χρωμοσωμικές μεταλλάξεις συμβαίνουν στα σωματικά κύτταρα συνεχώς με χαμηλή συχνότητα (περίπου 2%). Τέτοια κύτταρα περιέχουν πρωτεΐνες ειδικές γι' αυτά και κανονικά αποβάλλονται από το ανοσοποιητικό σύστημα εάν εκδηλωθούν ως ξένα. Ωστόσο, σε ορισμένες περιπτώσεις, οι χρωμοσωμικές ανωμαλίες είναι η αιτία της κακοήθους ανάπτυξης.

Η ακτινοβόληση και οι χημικοί μεταλλαξιογόνοι παράγοντες που προκαλούν χρωμοσωμικές ανωμαλίες προκαλούν κυτταρικό θάνατο και, ως εκ τούτου, συμβάλλουν στην ανάπτυξη της ασθένειας της ακτινοβολίας και της απλασίας του μυελού των οστών. Υπάρχουν πειραματικά στοιχεία για τη συσσώρευση κυττάρων με χρωμοσωμικές ανωμαλίες κατά τη γήρανση.

ΓΕΝΕΤΙΚΕΣ ΕΝΝΟΙΕΣ ΚΑΡΚΙΝΟΓΕΝΕΣΗΣ

Έχει πλέον διαπιστωθεί ότι όταν καρκινογένεσηαλλαγές συμβαίνουν σε μοριακό γενετικό επίπεδο και επηρεάζουν τους μηχανισμούς που είναι υπεύθυνοι για την αναπαραγωγή, την ανάπτυξη και τη διαφοροποίηση των κυττάρων. Χρονολογικά διακρίνονται αρκετές θεωρίες (έννοιες) καρκινογένεσης.

1. Έννοια μετάλλαξης.Πρώτα G. de Vries (1901)πρότεινε ότι οι όγκοι είναι αποτέλεσμα μεταλλάξεων σε σωματικά κύτταρα. T. Boveri (1914)πίστευαν ότι η καρκινογένεση βασίζεται σε γονιδιωματικές ή χρωμοσωμικές μεταλλάξεις. Στη συνέχεια, αποδείχθηκε ότι η διαδικασία της καρκινογένεσης μπορεί να συμβεί χωρίς δομικές αλλαγές στο γονιδίωμα και οι χρωμοσωμικές και γονιδιωματικές μεταλλάξεις που εντοπίζονται στα καρκινικά κύτταρα είναι συνέπεια του κυτταρικού εκφυλισμού.

2. Ιο-γενετική έννοια.Πίσω στο 1911 F. Routhέδειξε για πρώτη φορά ότι οι ιοί είναι η αιτία του σαρκώματος στα κοτόπουλα. Στη συνέχεια διαπιστώθηκε η ιογενής φύση κάποιων άλλων όγκων (λευχαιμία σε κοτόπουλα, ποντίκια και αρουραίους, κονδυλώματα σε ανθρώπους και κουνέλια). ΛΑ. Ζίλμπερ(1944-1968) θεώρησαν ότι οι ιοί είναι η καθολική αιτία κακοήθους ανάπτυξης. Μεταλλαξιογόνα και καρκινογόνα διεγείρουν τη δραστηριότητα των ιών· το γονιδίωμά τους ενσωματώνεται στο DNA του κυττάρου και αλλάζει τις ιδιότητές του.

3. Επιγονιδιωματική έννοια.Yu.M. Olenov (1967)Και A.Yu. Bronovitsky (1972)πίστευαν ότι ο μετασχηματισμός ενός φυσιολογικού κυττάρου σε κύτταρο όγκου βασίζεται σε επίμονη απορρύθμιση της γονιδιακής δραστηριότητας, δηλ. τα λειτουργικά γονίδια είναι κατεστραμμένα.

4. Έννοια ογκογονιδίου. R. Huebner (1969)Και Γ.Ι. Abelev (1975)συνδύασε τη δεύτερη και την τρίτη έννοια. Το DNA των κυττάρων οποιουδήποτε οργανισμού περιέχει ορισμένα τμήματα - πρωτο-ογκογονίδια.Το σώμα λαμβάνει πρωτο-ογκογονίδια από τους προγόνους του ή εισάγονται από ενσωματωμένους ιούς. Μπορούν να παραμείνουν σε ανενεργή (καταπιεσμένη) κατάσταση για μεγάλο χρονικό διάστημα. Η ενεργοποίηση των πρωτο-ογκογονιδίων μπορεί να προκληθεί από τη μετάλλαξή τους, την εισαγωγή ενός ιικού προαγωγέα στο κύτταρο κ.λπ. Μετατρέπονται σε ογκογονίδια,που καθορίζουν τη σύνθεση μετασχηματιστικών πρωτεϊνών που μετατρέπουν ένα φυσιολογικό κύτταρο σε κύτταρο όγκου.

ΕΠΙΠΕΔΑ ΠΑΘΟΓΕΝΕΣΗΣ ΚΛΗΡΟΝΟΜΙΚΩΝ ΠΑΘΗΣΕΩΝ

Ο κύριος κρίκος στην παθογένεση πολλών κληρονομικών ασθενειών είναι σε κυτταρικό επίπεδο, όπου εμφανίζονται παθολογικές διεργασίες χαρακτηριστικές της συγκεκριμένης νοσολογικής μορφής. Το σημείο εφαρμογής της πρωταρχικής δράσης του μεταλλαγμένου γονιδίου είναι μεμονωμένες κυτταρικές δομές, διαφορετικές για διαφορετικές ασθένειες: λυσοσώματα, υπεροξισώματα, μεμβράνες, μιτοχόνδρια.

Σε λυσοσωμικό επίπεδοΟι παθογενετικές διεργασίες εκτυλίσσονται σε ασθένειες αποθήκευσης λόγω της μειωμένης δραστηριότητας των λυσοσωμικών ενζύμων. Έτσι, η συσσώρευση γλυκοζαμινογλυκανών (βλεννοπολυσακχαρίτες) στα κύτταρα, και στη συνέχεια στην κύρια μεσοκυτταρική ουσία, οδηγεί στην ανάπτυξη σοβαρών ασθενειών - βλεννοπολυσακχαριδώσεις.Ο λόγος για την περίσσεια περιεκτικότητας αυτών των πολυμερών είναι η έλλειψη αποικοδόμησής τους στα λυσοσώματα, η οποία σχετίζεται με ελαττώματα στην ομάδα των ειδικών ενζύμων που καταλύουν ολόκληρο τον κύκλο αποικοδόμησης.

Εάν το σημείο εφαρμογής της δράσης του μεταλλαγμένου γονιδίου γίνει υπεροξισώματα,στη συνέχεια αναπτύξτε υπεροξεισωμικές ασθένειες. Κλινικά, αυτές οι ασθένειες εκδηλώνονται ως πολλαπλές συγγενείς δυσπλασίες, γενικά παρόμοια σε διαφορετικές νοσολογικές μορφές (πολλαπλή κρανιοπροσωπική δυσμορφία, καταρράκτης, νεφρικές κύστεις και άλλες εκδηλώσεις).

Κυτταρικές μεμβράνεςμπορεί επίσης να είναι βασικά στοιχεία στην παθογένεση γενετικών ασθενειών. Έτσι, η απουσία ειδικών μορίων υποδοχέα πρωτεΐνης στην κυτταρική επιφάνεια που δεσμεύουν λιποπρωτεΐνες χαμηλής πυκνότητας οδηγεί σε οικογενής υπερχοληστερολαιμία

Το κυτταρικό επίπεδο της παθογένεσης των γονιδιακών ασθενειών μπορεί να εκδηλωθεί όχι μόνο σε συγκεκριμένα οργανίδια, αλλά και με τη μορφή διαταραχές στον συντονισμό της κυτταρικής δραστηριότητας.Για παράδειγμα, μεταλλάξεις που επηρεάζουν περιοχές ογκογονιδίων οδηγούν σε στην αφαίρεση του ελέγχου της κυτταρικής αναπαραγωγής και, κατά συνέπεια, στην κακοήθη ανάπτυξη.

Σε επίπεδο οργάνουΣε διαφορετικές ασθένειες, ο στόχος της παθολογικής διαδικασίας είναι διαφορετικά όργανα. Η ήττα τους μπορεί να είναι πρωταρχικόςή δευτερεύων:

Εναπόθεση χαλκού στο ήπαρ και εξωπυραμιδικό σύστημα του εγκεφάλου κατά τη διάρκεια ηπατοφθαλμική εκφύλιση(Νόσος Wilson-Konovalov) - πρωτογενής διαδικασία?

Αιμοσιδήρωση παρεγχυματικών οργάνων με πρωτοπαθής αιμοχρωμάτωσηή θαλασσαιμίααναπτύσσεται δευτερεύωνλόγω της αυξημένης διάσπασης των ερυθρών αιμοσφαιρίων.

ΤΑΞΙΝΟΜΗΣΗ ΚΛΗΡΟΝΟΜΙΚΩΝ ΠΑΘΗΣΕΩΝ

1. Ανάλογα με τον τύπο των κυττάρων στα οποία εμφανίστηκαν οι μεταλλάξεις: α) γαμετική. β) σωματική.

2. Σύμφωνα με κλινικές εκδηλώσεις: α) προδιάθεση για τη νόσο. β) η ίδια η ασθένεια. γ) ειδικές μορφές της νόσου - παραμορφώσεις.

3. Ανά τύπο κληρονομικότητας και μη φυσιολογικό γονίδιο: α) κυρίαρχο. β) υπολειπόμενο? γ) ημικυρίαρχη.

4. Η πιο πρακτική είναι η ταξινόμηση ανάλογα με επίπεδο οργάνωσης κληρονομικού υλικού:α) γενετική· β) χρωμοσωμική.

Εξαρτάται από τύπος των πρωτοπαθών προσβεβλημένων κυττάρωνΈχουν εντοπιστεί οι ακόλουθες ομάδες ασθενειών:

ασθένειες που οφείλονται σε μεταλλάξεις στα γεννητικά κύτταρα- «gametic», δηλ. πραγματικές κληρονομικές ασθένειες (για παράδειγμα, φαινυλκετονουρία, αιμορροφιλία).

ασθένειες που οφείλονται σε μεταλλάξεις σε σωματικά κύτταρα- "σωματική" (για παράδειγμα, όγκοι, ορισμένες ασθένειες ανοσολογικής αυτοεπιθετικότητας). αυτές οι ασθένειες δεν είναι κληρονομικές.

ασθένειες που οφείλονται σε συνδυασμό μεταλλάξεων σε γεννητικά και σωματικά κύτταρα(π.χ. οικογενές ρετινοβλάστωμα).

Εξετάστε το χωριστά θανατηφόρος, υποθανατηφόροΚαι υπογονιδιακόασθένειες:

θανατηφόρες ασθένειες– να οδηγήσει σε θάνατο κατά την ενδομήτρια ανάπτυξη (για παράδειγμα, αυτοσωμική μονοσωμία, απλοειδία, περισσότερες πολυπλοειδίες).

υποθανατηφόρες ασθένειες– να οδηγήσουν στο θάνατο ενός ατόμου πριν από την εφηβεία (για παράδειγμα, κληρονομικές ανοσοανεπάρκειες όπως ελβετικού τύπου αγαμμασφαιριναιμία, Σύνδρομο Louis-Bar, κάποια αιμορροφιλία).

υπογεννητικές ασθένειες– σε συνδυασμό με υπογονιμότητα (για παράδειγμα, Σύνδρομα Shereshevsky-Turner, Klinefelter).

Διαίρεση των κληρονομικών ασθενειών σε γενετικήΚαι χρωμοσωμικήάτυπος: γονιδιακές μεταλλάξειςμεταβιβάζονται από γενιά σε γενιά σύμφωνα με τους νόμους του Μέντελ, ενώ χρωμοσωμικές ασθένειεςπου προκαλούνται από ανευπλοειδία δεν κληρονομούνται καθόλου (θανατηφόρα επίδραση από γενετική άποψη) και διαρθρωτικές προσαρμογές(αναστροφές, μετατοπίσεις) μεταδίδονται με επιπλέον ανασυνδυασμούς.

Η βάση γενετική ταξινόμηση της κληρονομικής παθολογίαςκαθορίζεται η αιτιολογική αρχή - είδος μετάλλαξηςΚαι τη φύση της αλληλεπίδρασης των κληρονομικών παραγόντων με το περιβάλλον.

Γενετικές ασθένειες σωματικών κυττάρωναπομονώθηκε σε ξεχωριστή ομάδα μετά την ανακάλυψη συγκεκριμένων χρωμοσωμικών ανακατατάξεων σε κύτταρα κακοήθων νεοπλασμάτων που προκαλούν ενεργοποίηση ογκογονιδίων. Αυτές οι αλλαγές στο γενετικό υλικό των κυττάρων είναι αιτιολογικές για κακοήθη ανάπτυξη και ως εκ τούτου μπορούν να ταξινομηθούν ως γενετική παθολογία.

Ασθένειες που εμφανίζονται όταν η μητέρα και το έμβρυο είναι ασύμβατα με αντιγόνα, αναπτύσσονται ως αποτέλεσμα της ανοσολογικής αντίδρασης της μητέρας στα εμβρυϊκά αντιγόνα. Γενικά, αυτή η ομάδα αποτελεί σημαντικό μέρος της παθολογίας και είναι αρκετά συχνή στην ιατρική πρακτική. Η πιο χαρακτηριστική και καλά μελετημένη ασθένεια αυτής της ομάδας είναι αιμολυτική νόσος του νεογνού, που προκύπτει από ασυμβατότητα μητέρας και εμβρύου με το αντιγόνο Rh. Η ασθένεια εμφανίζεται όταν η μητέρα έχει Rh-αρνητικό τύπο αίματος και το έμβρυο έχει κληρονομήσει ένα Rh-θετικό αλληλόμορφο από τον πατέρα.

Κλινική ταξινόμηση κληρονομικών νοσημάτωνδεν διαφέρει από την ταξινόμηση των μη κληρονομικών ασθενειών ανάλογα με το όργανο, τα συστηματικά χαρακτηριστικάή ανά είδος μεταβολικής βλάβης.

Δεδομένου ότι οι κληρονομικές ασθένειες είναι η ίδια αιτιολογική αρχή (μεταλλάξεις), η βάση για την ταξινόμησή τους είναι, καταρχάς, συστημική και οργανική αρχή: νευρικός; νευρομυϊκή? δέρμα; οφθαλμικός; μυοσκελετικό σύστημα; ενδοκρινικό? αίμα; πνεύμονες? του καρδιαγγειακού συστήματος? ουρογεννητικό σύστημα? γαστρεντερικός σωλήνας. Αυτή η προσέγγιση είναι αμφιλεγόμενη. Πολύ λίγες κληρονομικές ασθένειες μπορούν να βρεθούν στις οποίες ένα σύστημα επηρεάζεται επιλεκτικά. Οι περισσότερες γονιδιακές μεταλλάξεις, και ιδιαίτερα οι χρωμοσωμικές και οι γονιδιωματικές, προκαλούν γενικευμένη βλάβη σε οποιονδήποτε ιστό ή επηρεάζουν αρκετά όργανα. Ως εκ τούτου, πολλές κληρονομικές ασθένειες εκδηλώνονται με τη μορφή σύνδρομαή ένα σύμπλεγμα παθολογικών σημείων.

Παρά την προφανή σύμβαση, η κλινική ταξινόμηση βοηθά τον ιατρό του σχετικού προφίλ να επικεντρωθεί σε κληρονομικά νοσήματα που συναντά στην άσκηση αυτής της ειδικότητας.

Παθογενετική ταξινόμησηβασισμένο στο προσδιορίζοντας τον κύριο παθογενετικό σύνδεσμο.

Βιοχημική ταξινόμηση κληρονομικών ασθενειών , εκδηλώνεται σε μεταβολικές διαταραχές,ενώνει γενεσιολογικάου και κλινική προσέγγισηκαι πραγματοποιείται ανά είδος βλάβης στον πρωτεύοντα μεταβολικό σύνδεσμο.

Ανάλογα με τη φύση της μεταβολικής διαταραχής, υπάρχουν:

· Κληρονομικά ελαττώματα στο μεταβολισμό των υδατανθράκων.

Γαλακτοζαιμία, διαταραχή του μεταβολισμού της λακτόζης, βλεννοπολυσακχαρίδωση, μειωμένη διάσπαση πολυσακχαριτών.

· Ελαττώματα στο μεταβολισμό των λιπιδίων και των λιποπρωτεϊνών.

Σφιγγολιπιδώσεις-διαταραχές της διάσπασης των δομικών λιπιδίων και άλλες μορφές διαταραχών του μεταβολισμού των λιπιδίων.

· Ελαττώματα στον μεταβολισμό των αμινοξέων.

Φαινυλκετονουρία, αλβινισμός-διαταραχή της σύνθεσης της χρωστικής μελανίνης από την τυροσίνη κ.λπ.

· Ελαττώματα στο μεταβολισμό των βιταμινών.

Ομοκυστινουρία-αναπτύσσεται ως αποτέλεσμα γενετικού ελαττώματος στο συνένζυμο των βιταμινών Β.

· Ελαττώματα στο μεταβολισμό των βάσεων πουρίνης και πυριμιδίνης.

· Ελαττώματα στη βιοσύνθεση ορμονών.

Αδρενογεννητικό σύνδρομο, θηλυκοποίηση όρχεων.

· Κληρονομικά ελαττώματα των ενζύμων των ερυθρών αιμοσφαιρίων.

· Οι ασθένειες του κολλαγόνου είναι ελαττώματα στη βιοσύνθεση και στη διάσπαση του κολλαγόνου, δομικού συστατικού του συνδετικού ιστού.

Η νόσος Ellers-Danlos, η νόσος Marfan και μια σειρά από άλλες ασθένειες.

Οι ασθένειες που προκαλούνται από ελαττώματα στα γονίδια που κωδικοποιούν ένζυμα κληρονομούνται αυτοσωμικού υπολειπόμενου τύπου, και εκείνων που προκαλούνται από γονίδια που κωδικοποιούν ρυθμιστικές πρωτεϊνικές λειτουργίες ή υποδοχείς - από αυτοσωματική επικρατούσαή αυτοσωμικό υπολειπόμενο.Στην ομάδα ανήκουν ασθένειες που προκαλούνται από γονίδια μεταγραφικού παράγοντα αυτοσωματική επικρατούσα.Στο ανθρώπινο γονιδίωμα μερικές φορές παραβιάζεται αυτός ο κανόνας που οφείλεται σε διάφορες μεταλλάξεις στο ίδιο γονίδιο. Αυτό πρέπει να λαμβάνεται υπόψη κατά την ιατρική γενετική συμβουλευτική.

Η βάση των ασθενειών, η παθογένεση των οποίων οδηγεί σε ανωμαλίες της μορφογένεσης, είναι η παραβίαση της διαφοροποίησης των κυττάρων, που οδηγεί σε συγγενείς δυσπλασίες (πολυδακτυλία, σύνδρομα Hall-Oram, Crouzon κ.λπ.).

Ωστόσο, η συντριπτική πλειοψηφία των μονογονιδιακών κληρονομικών ασθενειών ανήκει τρίτη ομάδα- υπό όρους συνδυασμός μεταβολικών διαταραχών και ανωμαλιών μορφογένεσης (κυστική ίνωση, αχονδροπλασία, μυϊκή δυστροφία κ.λπ.).

Ο σχηματισμός κληρονομικών ασθενειών με την πάροδο του χρόνου έχει επίσης μοτίβα που σχετίζονται με τη λειτουργία του πρωτογενούς γονιδιακού προϊόντος:

ασθένειες μεταγραφικού παράγοντααναπτύσσονται στη μήτρα.

ενζυμική παθολογία- κατά το πρώτο έτος της ζωής.

υποδοχείς- από 1 έτος έως την εφηβεία.

αρθρωτή πρωτεϊνική λειτουργία- για περίοδο έως 50 ετών.

ΕΙΔΗ ΚΑΙ ΚΑΝΟΝΙΚΟΤΗΤΕΣ ΤΗΣ ΠΟΡΕΙΑΣ ΤΩΝ ΓΟΝΙΔΙΔΙΚΩΝ ΑΣΘΕΝΕΙΩΝ

Ευρέως γνωστό στην επιστημονική και ιατρική κοινότητα και ενημερώνεται καθημερινά Κατάλογος κληρονομικών ανθρώπινων ασθενειών(OMIM, Διαδικτυακή Μεντελική Κληρονομικότητα στον Άνθρωπο ) από τον Αύγουστο του 2001, υπάρχουν τουλάχιστον 4.200 καταχωρημένες μονογονιδιακές ασθένειες που προκαλούνται από μεταλλάξεις σε ένα συγκεκριμένο γονίδιο. Η συνολική συχνότητα γονιδιακών ασθενειών στους ανθρώπινους πληθυσμούς είναι 2-4%. Για σημαντικό αριθμό προσβεβλημένων γονιδίων, έχουν εντοπιστεί διαφορετικά αλληλόμορφα, ο αριθμός των οποίων για ορισμένες μονογονιδιακές ασθένειες φτάνει τις δεκάδες και τις εκατοντάδες. Είναι σημαντικό για τον γιατρό να γνωρίζει ότι ένας τέτοιος πολυμορφισμός του προσβεβλημένου γονιδίου μπορεί και συχνά οδηγεί σε διαφορετικούς κλινικούς φαινότυπους εντός της ίδιας μονογονιδιακής νόσου.

Γονιδιακές ασθένειες- μια ομάδα κληρονομικών ασθενειών, ποικίλων σε κλινικές εκδηλώσεις, που προκαλούνται από μεταλλάξεις σε επίπεδο γονιδίου. Η βάση για τον συνδυασμό τους σε μια ομάδα είναι αιτιολογικά γενετικά χαρακτηριστικάΚαι πρότυπα κληρονομικότητας σε οικογένειες και πληθυσμούς.Σύμφωνα με πολυάριθμες μελέτες για διάφορες κληρονομικές ασθένειες και το ανθρώπινο γονιδίωμα συνολικά, μπορούμε να μιλήσουμε για μια ποικιλία τύπων μεταλλάξεων στο ίδιο γονίδιο. Οποιοσδήποτε από αυτούς τους τύπους μεταλλάξεων μπορεί να οδηγήσει σε κληρονομικές ασθένειες. Ακόμη και η ίδια γονιδιακή ασθένεια μπορεί να προκληθεί από διαφορετικές μεταλλάξεις.

Κατά τη μελέτη των πρωτεϊνικών προϊόντων των μεταλλαγμένων γονιδίων, διακρίνονται δύο ομάδες μεταλλάξεων. Πρώτη ομάδασυνδέονται με ποιοτικές αλλαγές στα μόρια πρωτεΐνης, δηλ. η παρουσία μη φυσιολογικών πρωτεϊνών σε ασθενείς (για παράδειγμα, μη φυσιολογικές αιμοσφαιρίνες), η οποία προκαλείται από μεταλλάξεις δομικών γονιδίων. Μια άλλη ομάδαΟι ασθένειες χαρακτηρίζονται από ποσοτικές αλλαγές στην περιεκτικότητα σε φυσιολογική πρωτεΐνη στο κύτταρο (αύξηση ή μείωση), η οποία προκαλείται συχνότερα από μεταλλάξεις λειτουργικών γονιδίων, δηλ. σχετίζεται με δυσλειτουργία των γονιδίων.

Οι μεταλλάξεις που προκαλούν κληρονομικές ασθένειες μπορούν να επηρεάσουν δομικές, μεταφορικές, εμβρυϊκές πρωτεΐνες και ένζυμα. Μπορεί να εμφανιστούν κληρονομικές ανωμαλίες σε όλα τα επίπεδα ρύθμισης της πρωτεϊνοσύνθεσης, που προκαλείται από τις αντίστοιχες ενζυματικές αντιδράσεις:

προμεταγραφικό(πραγματοποιείται με αύξηση ή μείωση του αριθμού των αντιγράφων γονιδίων)·

μεταγραφική(γενετικά ελαττώματα σε διαχωριστές, εσώνια, τρανσποζόνια, ρυθμιστικές πρωτεΐνες μπορεί να οδηγήσουν σε διακοπή της μεταγραφής ολόκληρου του γονιδίου, προκαλώντας αλλαγή στον όγκο σύνθεσης της αντίστοιχης πρωτεΐνης).

επεξεργασίαΚαι μάτισμα pro-i-RNA (βλάβες στο επίπεδο της καταστροφής των μη πληροφοριακών τμημάτων του pro-i-RNA και της συγχώνευσης πληροφοριακών τμημάτων).

αναμετάδοση(διαταραχές στο επίπεδο της άμεσης συναρμολόγησης του μορίου πρωτεΐνης στο ριβόσωμα).

μετα-μεταφραστική(παραβιάσεις στο επίπεδο σχηματισμού της δευτεροταγούς, τριτοταγούς και τεταρτοταγούς δομής του μορίου πρωτεΐνης).

Δεδομένου ότι οι μεταλλάξεις σε μεμονωμένα γονίδια είναι ο αιτιολογικός παράγοντας των γονιδιακών ασθενειών, τότε τα πρότυπα της κληρονομιάς τους αντιστοιχούν στους Μεντελικούς κανόνες διαχωρισμού στους απογόνους.

Με αναθεώρηση γονιδιακές ασθένειες ως μεντελικά χαρακτηριστικά του σώματοςπιστεύεται ότι μιλάμε για το λεγόμενο πλήρεις μορφές, δηλαδή μορφές που προκαλούνται από γαμετικές μεταλλάξεις. Αυτές μπορεί να είναι νέες ή κληρονομικές μεταλλάξεις από προηγούμενες γενιές. Κατά συνέπεια, σε αυτές τις περιπτώσεις, παθολογικά γονίδια υπάρχουν σε όλα τα κύτταρα του σώματος.

Ωστόσο, θεωρητικά είναι δυνατό να φανταστεί κανείς την εμφάνιση και μωσαϊκά σχήματα. Οποιεσδήποτε μεταλλάξεις, συμπεριλαμβανομένων των γονιδιακών μεταλλάξεων, μπορούν να συμβούν στα αρχικά στάδια της διαίρεσης του ζυγώτη σε ένα από τα κύτταρα και στη συνέχεια το άτομο θα είναι μωσαϊκό για αυτό το γονίδιο. Σε ορισμένα κύτταρα θα έχει φυσιολογικό αλληλόμορφο, σε άλλα θα είναι μεταλλαγμένο ή παθολογικό.

Στην περίπτωση των γονιδιακών ασθενειών, η κλινική εικόνα της νόσου μπορεί να διαμορφωθεί λόγω των παθογενετικών επιδράσεων των μεταλλάξεων διαφορετικών γονιδίων, δηλαδή Μια παρόμοια φαινοτυπική εκδήλωση της νόσου μπορεί να προκληθεί από πολλές διαφορετικές μεταλλάξεις.Κατά συνέπεια, περιπτώσεις που διαφέρουν από γενετική άποψη (μεταλλάξεις σε διαφορετικούς τόπους ή διαφορετικές μεταλλάξεις σε έναν τόπο) θα εμπίπτουν σε μία ομάδα - γονιδιακά αντίγραφα. Ταυτόχρονα, αν και σπάνια, μπορεί να υπάρχουν φαινοτυπίεςγονιδιακές ασθένειες - περιπτώσεις στις οποίες προκαλούν βλαβερούς εξωτερικούς παράγοντες, που συνήθως δρουν στη μήτρα μια ασθένεια της οποίας η κλινική εικόνα είναι γενικά παρόμοια με την κληρονομική.Η αντίθετη κατάσταση, όταν με μεταλλαγμένο γονότυπο ως αποτέλεσμα περιβαλλοντικών επιδράσεων (φάρμακα, διατροφή κ.λπ.) δεν αναπτύσσεται η ασθένεια, ονομάζεται τυπική αντιγραφή.

Οι έννοιες του γονιδιώματος και των φαινοτυπιών δίνουν στον γιατρό τις ακόλουθες ευκαιρίες: να κάνει τη σωστή διάγνωση. να προσδιορίσει με μεγαλύτερη ακρίβεια την πρόγνωση της υγείας του ασθενούς ή την πιθανότητα να έχει ένα άρρωστο παιδί. σε μια συγκεκριμένη περίπτωση, αποτρέψτε την ανάπτυξη της νόσου σε ένα παιδί που έχει κληρονομήσει ένα παθολογικό γονίδιο.

Συμφωνώς προς αρχή της γενετικής ταξινόμησηςοι γονιδιακές παθήσεις χωρίζονται σε ομάδες κατά είδος κληρονομιάς

· αυτοσωμικά επικρατή.

· αυτοσωμικό υπολειπόμενο;

· X-συνδεδεμένη κυρίαρχη;

· Χ-συνδεδεμένο υπολειπόμενο;

· Υ-συνδεδεμένο (ολανδρικό) και μιτοχονδριακό.

Η ανάθεση μιας ασθένειας σε μια ή την άλλη ομάδα επιτρέπει στον γιατρό να προσανατολιστεί σχετικά με την κατάσταση στην οικογένεια και να καθορίσει το είδος της ιατρικής και γενετικής βοήθειας.

Ο απόφοιτος του Πανεπιστημίου του Σικάγο Δρ Josiah Zayner δημιούργησε ένα σύνολο εργαλείων και υλικών που σας επιτρέπουν να επεξεργαστείτε το γονιδίωμά σας στο σπίτι χρησιμοποιώντας την τεχνική CRISPR. Σύμφωνα με τον επιστήμονα, το φθηνό κιτ δείχνει ότι σήμερα η παρεμβολή στο DNA είναι μια συνηθισμένη τέχνη και όχι μια τέχνη με απρόβλεπτα αποτελέσματα. Ο ίδιος ο επιστήμονας δείχνει εύκολα αυτήν την ιδέα: στο διαμέρισμά του υπάρχουν πολλά πιάτα Petri με γενετικά τροποποιημένα βακτήρια, που δημιουργήθηκαν στην κουζίνα χρησιμοποιώντας το δικό του κιτ.

Ο βιολόγος Josiah Zayner προσφέρει μια νέα προσέγγιση για τη διάδοση της αιχμής της βιολογικής επιστήμης

Το εργαλείο επεξεργασίας γονιδιώματος CRISPR εφευρέθηκε πριν από τρία χρόνια και είναι ένας απλός, γρήγορος και ακριβής τρόπος παραβίασης του DNA. Ωστόσο, μέχρι τώρα, το CRISPR χρησιμοποιήθηκε μόνο από ειδικευμένους ειδικούς σε εξειδικευμένα εργαστήρια.

Η τεχνική CRISPR σας επιτρέπει να επεξεργαστείτε το γονιδίωμα ακόμα και στην κουζίνα

Ο Josiah Zayner ήταν ο πρώτος που έφερε στην αγορά ένα απλοποιημένο και προσβάσιμο σύνολο εργαλείων CRISPR για γονιδιωματική παρέμβαση. Πρόκειται για μια προκλητική πρωτοβουλία, γιατί σήμερα ο τρόπος ζωής και σκέψης της κοινωνίας διαμορφώνεται σε μεγάλο βαθμό από την τρομοκρατία. Ως αποτέλεσμα, η γενετική τροποποίηση των βακτηρίων στο σπίτι συνδέεται στις περισσότερες περιπτώσεις με την ανάπτυξη θανατηφόρων στελεχών για βιοτρομοκράτες.

Οι επιστήμονες φοβούνται επίσης ότι οι μη επαγγελματίες μπορεί να δημιουργήσουν κατά λάθος υπερστελέχη μικροοργανισμών που είναι ανθεκτικά στα αντιβιοτικά. Ακόμα κι αν τέτοια βακτήρια και μύκητες αποδειχθούν αβλαβή για τον άνθρωπο, μπορούν να προκαλέσουν απρόβλεπτες αλλαγές στο περιβάλλον.

Οι γονιδιακές τροποποιήσεις στο κιτ είναι ασφαλείς και επιτρέπουν μόνο μικρές αλλαγές στις εξωτερικές παραμέτρους των μικροοργανισμών, όπως το χρώμα τους

Ωστόσο, σύμφωνα με τον Zayner, το κιτ του περιέχει μόνο αβλαβή βακτήρια και μαγιά, που δεν μπορούν να επιβιώσουν στο σκληρό εξωτερικό περιβάλλον και δεν ζουν πολύ. Η γενετική τροποποίηση με τη χρήση των εργαλείων του κιτ επιτρέπει μόνο μικρές αλλαγές στις ιδιότητές τους, όπως το χρώμα ή τη μυρωδιά.

Ένα κιτ για πειράματα στο σπίτι στη γενετική μηχανική κοστίζει 120 $

Ο Josiah Zayner πιστεύει ότι η στρατολόγηση πολλών ταλαντούχων, περίεργων ανθρώπων μπορεί να κάνει τεράστια διαφορά στη βιολογία. Το ενδιαφέρον για τη γενετική μηχανική έχει τεράστια αξία για την επιστήμη, επομένως το φτηνό κιτ της Zayner μπορεί να παίξει ακόμη μεγαλύτερο ρόλο στην ιστορία της βιολογίας από πολλά ακριβά εργαστήρια τελευταίας τεχνολογίας.

Θα πρέπει να σημειωθεί ότι το crowdfunding απέφερε στο έργο της Zayner περισσότερα από 55 χιλιάδες δολάρια - 333% περισσότερα από ό,τι είχε προγραμματίσει ο προγραμματιστής του κιτ για οικιακή επεξεργασία γονιδίων.

Οι μεταλλάξεις (από το λατινικό mutatio - to change) είναι κληρονομικές δομικές αλλαγές στα γονίδια.

Οι μεγάλες μεταλλάξεις (γονιδιωματικές αναδιατάξεις) συνοδεύονται από απώλεια ή αλλαγές σε σχετικά μεγάλα τμήματα του γονιδιώματος· τέτοιες μεταλλάξεις είναι συνήθως μη αναστρέψιμες.

Μικρές (σημειακές) μεταλλάξεις σχετίζονται με την απώλεια ή την προσθήκη μεμονωμένων νουκλεοτιδίων DNA. Σε αυτή την περίπτωση, μόνο ένας μικρός αριθμός χαρακτηριστικών αλλάζει. Τέτοια αλλοιωμένα βακτήρια μπορούν να επιστρέψουν εντελώς στην αρχική τους κατάσταση (επαναστροφή).

Τα βακτήρια με αλλοιωμένα χαρακτηριστικά ονομάζονται μεταλλαγμένα. Οι παράγοντες που προκαλούν το σχηματισμό μεταλλαγμένων ονομάζονται μεταλλαξιογόνα.

Οι βακτηριακές μεταλλάξεις χωρίζονται σε αυθόρμητες και επαγόμενες. Οι αυθόρμητες (αυθόρμητες) μεταλλάξεις συμβαίνουν υπό την επίδραση μη ελεγχόμενων παραγόντων, δηλαδή χωρίς την παρέμβαση πειραματιστή. Οι επαγόμενες (κατευθυνόμενες) μεταλλάξεις εμφανίζονται ως αποτέλεσμα της επεξεργασίας μικροοργανισμών με ειδικά μεταλλαξιογόνα (χημικά, ακτινοβολία, θερμοκρασία και

Ως αποτέλεσμα βακτηριακών μεταλλάξεων, μπορεί να παρατηρηθούν τα ακόλουθα: α) αλλαγές στις μορφολογικές ιδιότητες β) αλλαγές στις πολιτιστικές ιδιότητες γ) η εμφάνιση αντοχής στα φάρμακα σε μικροοργανισμούς δ) απώλεια της ικανότητας σύνθεσης αμινοξέων, χρήσης υδατανθράκων και άλλων θρεπτικών συστατικών ε) εξασθένηση των παθογόνων ιδιοτήτων κ.λπ.

Εάν μια μετάλλαξη οδηγεί στο γεγονός ότι τα μεταλλαξιογόνα κύτταρα αποκτούν πλεονεκτήματα έναντι άλλων κυττάρων του πληθυσμού, τότε σχηματίζεται ένας πληθυσμός μεταλλαγμένων κυττάρων και κληρονομούνται όλες οι επίκτητες ιδιότητες. Εάν η μετάλλαξη δεν δίνει πλεονέκτημα στο κύτταρο, τότε τα μεταλλαγμένα κύτταρα, κατά κανόνα, πεθαίνουν.

Μεταμόρφωση. Τα κύτταρα που είναι σε θέση να δεχτούν το DNA ενός άλλου κυττάρου κατά τη διαδικασία μετασχηματισμού ονομάζονται ικανά.

Η μεταγωγή είναι η μεταφορά γενετικής πληροφορίας (DNA) από ένα βακτήριο δότη σε ένα βακτήριο λήπτη με τη συμμετοχή ενός βακτηριοφάγου. Οι εύκρατοι φάγοι έχουν κυρίως ιδιότητες μεταγωγής. Όταν πολλαπλασιάζονται σε ένα βακτηριακό κύτταρο, οι φάγοι ενσωματώνουν μέρος του βακτηριακού DNA στο DNA τους και το μεταφέρουν στον δέκτη.

Υπάρχουν τρεις τύποι μεταγωγής: γενική, ειδική και αποτυχημένη.

1 . Γενική μεταγωγή είναι η μεταφορά διαφόρων γονιδίων που εντοπίζονται σε διαφορετικά μέρη του βακτηριακού χρωμοσώματος.

Ταυτόχρονα, τα βακτήρια δότες μπορούν να μεταφέρουν διάφορα χαρακτηριστικά και ιδιότητες στον λήπτη - την ικανότητα να σχηματίζει νέα ένζυμα, την αντίσταση στα φάρμακα κ.λπ.

2. Ειδική μεταγωγή είναι η μεταφορά από φάγο μόνο ορισμένων συγκεκριμένων γονιδίων που εντοπίζονται σε ειδικές περιοχές του βακτηριακού χρωμοσώματος. Σε αυτή την περίπτωση, μεταδίδονται μόνο ορισμένα χαρακτηριστικά και ιδιότητες.

3. Αποτυχημένη μεταγωγή - μεταφορά από φάγο ενός θραύσματος του χρωμοσώματος δότη. Συνήθως αυτό το θραύσμα δεν περιλαμβάνεται στο χρωμόσωμα του κυττάρου δέκτη, αλλά κυκλοφορεί στο κυτταρόπλασμα. Όταν ένα κύτταρο δέκτη διαιρείται, αυτό το θραύσμα μεταφέρεται μόνο σε ένα από τα δύο θυγατρικά κύτταρα και το δεύτερο κύτταρο λαμβάνει το αμετάβλητο χρωμόσωμα δέκτη.

Με τη βοήθεια των φάγων μεταγωγής, μια ολόκληρη σειρά ιδιοτήτων μπορεί να μεταφερθεί από το ένα κύτταρο στο άλλο, όπως η ικανότητα σχηματισμού τοξίνης, σπορίων, μαστιγίων, παραγωγής πρόσθετων ενζύμων, αντοχής στα φάρμακα κ.λπ.

Η σύζευξη είναι η μεταφορά γενετικού υλικού από ένα βακτήριο σε άλλο μέσω άμεσης επαφής με τα κύτταρα. Τα κύτταρα που μεταδίδουν γενετικό υλικό ονομάζονται δότες και τα κύτταρα που το λαμβάνουν ονομάζονται λήπτες. Αυτή η διαδικασία είναι μονόδρομη στη φύση - από το κύτταρο δότη στο κύτταρο δέκτη.

Τα βακτήρια δότη ορίζονται F+ (αρσενικός τύπος) και τα βακτήρια λήπτες ορίζονται F- (θηλυκός τύπος). Όταν τα κύτταρα F + και F - έρχονται κοντά μεταξύ τους, εμφανίζεται μια κυτταροπλασματική γέφυρα μεταξύ τους. Ο σχηματισμός της γέφυρας ελέγχεται από τον παράγοντα F (Γονιμότητα). Αυτός ο παράγοντας περιέχει γονίδια που είναι υπεύθυνα για το σχηματισμό της φυλής. Η λειτουργία δότη μπορεί να εκτελεστεί μόνο από εκείνα τα κύτταρα που περιέχουν παράγοντα F. Τα κύτταρα του δέκτη στερούνται αυτόν τον παράγοντα. Κατά τη διασταύρωση, ο παράγοντας F μεταφέρεται από το κύτταρο δότη στον δέκτη. Έχοντας λάβει τον παράγοντα F, το ίδιο το θηλυκό κύτταρο γίνεται δότης (F +).

Η διαδικασία σύζευξης μπορεί να διακοπεί μηχανικά, για παράδειγμα με ανακίνηση. Σε αυτή την περίπτωση, ο παραλήπτης λαμβάνει ελλιπείς πληροφορίες που περιέχονται στο DNA.

Η σύζευξη, όπως και άλλοι τύποι ανασυνδυασμού, μπορεί να συμβεί όχι μόνο μεταξύ βακτηρίων του ίδιου είδους, αλλά και μεταξύ βακτηρίων διαφορετικών ειδών. Σε αυτές τις περιπτώσεις, ο ανασυνδυασμός ονομάζεται διαειδικός.

Τα πλασμίδια είναι σχετικά μικρά εξωχρωμοσωμικά μόρια DNA ενός βακτηριακού κυττάρου. Βρίσκονται στο κυτταρόπλασμα και έχουν δομή δακτυλίου. Τα πλασμίδια περιέχουν πολλά γονίδια που λειτουργούν ανεξάρτητα από τα γονίδια που περιέχονται στο χρωμοσωμικό DNA.

Προφάγοι που προκαλούν έναν αριθμό αλλαγών σε ένα λυσογόνο κύτταρο που κληρονομούνται, για παράδειγμα, την ικανότητα σχηματισμού τοξίνης (βλ. μεταγωγή).

Ο παράγοντας F, ο οποίος βρίσκεται σε αυτόνομη κατάσταση και συμμετέχει στη διαδικασία της σύζευξης (βλ. σύζευξη).

Ο παράγοντας R, ο οποίος δίνει στο κύτταρο αντίσταση στα φάρμακα (ο παράγοντας R απομονώθηκε αρχικά από το Escherichia coli και μετά από τη Shigella). Μελέτες έχουν δείξει ότι ο παράγοντας R μπορεί να αφαιρεθεί από το κύτταρο, κάτι που είναι γενικά τυπικό για τα πλασμίδια.

Ο παράγοντας Κ έχει ενδοειδική, μεσοειδική και ακόμη και διαγενετική μεταδοτικότητα, η οποία μπορεί να προκαλέσει το σχηματισμό άτυπων στελεχών που είναι δύσκολο να διαγνωστούν.

Οι βακτηριοκινογόνοι παράγοντες (παράγοντες col), οι οποίοι ανακαλύφθηκαν για πρώτη φορά στην καλλιέργεια του Escherichia coli (E. coli), ονομάζονται επομένως κολικίνες. Αργότερα εντοπίστηκαν και σε άλλα βακτήρια: Vibrio cholerae - Vibriocinae, σταφυλόκοκκοι - Staphylocinae κ.λπ.

Ο παράγοντας Co l είναι ένα μικρό αυτόνομο πλασμίδιο που καθορίζει τη σύνθεση πρωτεϊνικών ουσιών που μπορούν να προκαλέσουν το θάνατο βακτηρίων του δικού τους είδους ή στενά συγγενών. Οι βακτηριοσίνες απορροφώνται στην επιφάνεια των ευαίσθητων κυττάρων και προκαλούν μεταβολικές διαταραχές, που οδηγούν σε κυτταρικό θάνατο.

Υπό φυσικές συνθήκες, μόνο λίγα κύτταρα σε έναν πληθυσμό (1 στα 1000) παράγουν αυθόρμητα κολισίνη. Ωστόσο, με ορισμένες επιρροές στην καλλιέργεια (θεραπεία βακτηρίων με ακτίνες UV), ο αριθμός των κυττάρων που παράγουν κολισίνη αυξάνεται.

ΠΡΑΚΤΙΚΗ ΣΗΜΑΣΙΑ ΤΗΣ ΜΕΤΑΒΛΗΤΙΚΟΤΗΤΑΣ ΤΩΝ μικροοργανισμών

Ο Παστέρ απέκτησε τεχνητά μη αναστρέψιμες αλλαγές στους αιτιολογικούς παράγοντες της λύσσας και του άνθρακα και ετοίμασε εμβόλια που προστατεύουν από αυτές τις ασθένειες. Μεταγενέστερες έρευνες στον τομέα της γενετικής και της μεταβλητότητας των μικροοργανισμών κατέστησαν δυνατή την απόκτηση μεγάλου αριθμού βακτηριακών και ιικών στελεχών που χρησιμοποιούνται για την παραγωγή εμβολίων.

Τα αποτελέσματα των μελετών της γενετικής των μικροοργανισμών χρησιμοποιήθηκαν με επιτυχία για την αποσαφήνιση των προτύπων κληρονομικότητας των ανώτερων οργανισμών.

Ένας νέος κλάδος της γενετικής - η γενετική μηχανική - έχει επίσης μεγάλη επιστημονική και πρακτική σημασία.

Οι μέθοδοι γενετικής μηχανικής καθιστούν δυνατή την αλλαγή της δομής των γονιδίων και τη συμπερίληψη στο βακτηριακό χρωμόσωμα των γονιδίων άλλων οργανισμών που είναι υπεύθυνοι για τη σύνθεση σημαντικών και απαραίτητων ουσιών. Ως αποτέλεσμα, οι μικροοργανισμοί γίνονται παραγωγοί ουσιών, η παραγωγή των οποίων με χημικά μέσα είναι μια πολύ δύσκολη και μερικές φορές ακόμη και αδύνατη εργασία. Αυτή η μέθοδος χρησιμοποιείται επί του παρόντος για την παραγωγή φαρμάκων όπως η ινσουλίνη, η ιντερφερόνη κ.λπ. Χρησιμοποιώντας μεταλλαξιογόνους παράγοντες και επιλογή, έχουν ληφθεί μεταλλάγματα που παράγουν αντιβιοτικά και είναι 100-1000 φορές πιο δραστικά από τα αρχικά.

9. Γενετική της ανοσίας

Γενετικός προσδιορισμός της ανοσολογικής απόκρισης ανώτερων ζώων

Μηχανισμός σύνθεσης μονοειδικών αντισωμάτων και ανοσολογική μνήμη

Κληρονομικότητα του επιπέδου της ανοσολογικής απόκρισης του οργανισμού και δυνατότητα επιλογής ζώων για αντοχή σε λοιμώξεις.

Η ανοσία είναι η ανοσία του σώματος σε λοιμογόνους παράγοντες και γενετικά ξένες ουσίες αντιγονικής φύσης. Η κύρια λειτουργία της ανοσίας είναι η ανοσολογική επιτήρηση της εσωτερικής σταθερότητας (ομοιόσταση) του σώματος.

Συνέπεια αυτής της λειτουργίας είναι η αναγνώριση και στη συνέχεια ο αποκλεισμός, η εξουδετέρωση ή η καταστροφή γενετικά ξένων ουσιών (ιοί, βακτήρια, καρκινικά κύτταρα κ.λπ.). Το ανοσοποιητικό σύστημα του σώματος, το σύνολο όλων των λεμφικών κυττάρων (ένας ειδικός προστατευτικός παράγοντας), είναι υπεύθυνο για τη διατήρηση της γενετικά καθορισμένης βιολογικής ατομικότητας. Οι μη ειδικοί προστατευτικοί παράγοντες περιλαμβάνουν το δέρμα και τους βλεννογόνους. Η ανοσοαπόκριση ή η ανοσολογική αντιδραστικότητα είναι μια μορφή αντιδράσεων του σώματος σε ξένες ουσίες (αντιγόνα). Η κύρια λειτουργία των αντισωμάτων είναι η ικανότητά τους να αντιδρούν γρήγορα με ένα αντιγόνο με τη μορφή αντιδράσεων γλουτίνας, καθίζησης, λύσης και εξουδετέρωσης.

10. Ομάδες αίματος και βιοχημικός πολυμορφισμός.

Έννοια των ομάδων αίματος

Κληρονομικότητα ομάδων αίματος

Πρακτική εφαρμογή ομάδων αίματος στην κτηνοτροφία

Πολυμορφικά πρωτεϊνικά συστήματα και η σχέση τους με την παραγωγικότητα των ζώων

Μέθοδοι προσδιορισμού ομάδων αίματος και πολυμορφικών πρωτεϊνικών συστημάτων.

Οι ομάδες αίματος ανακαλύφθηκαν το 1900 (σε ανθρώπους) και εξηγήθηκαν το 1924. Και το 1936 χρησιμοποιήθηκε ο όρος ανοσογενετική. Μέσα σε ένα είδος, τα άτομα διαφέρουν σε μια σειρά από χημικά, γενετικά καθορισμένα χαρακτηριστικά που μπορούν να ανιχνευθούν ανοσογενετικά με τη μορφή αντιγόνων (γενετικά ξένες ουσίες που, όταν εισάγονται στο σώμα, προκαλούν ανοσογενετικές αντιδράσεις). Τα αντισώματα είναι ανοσοσφαιρίνες (πρωτεΐνες) που σχηματίζονται στο σώμα υπό την επίδραση αντιγόνων· οι διαφορές στην ομάδα αίματος καθορίζονται από αντιγόνα που βρίσκονται στην επιφάνεια των ερυθρών αιμοσφαιρίων. Οι αντιγονικοί παράγοντες ονομάζονται μερικές φορές παράγοντες αίματος και το άθροισμα όλων των ομάδων αίματος ενός ατόμου ονομάζεται ομάδα αίματος. Μετά τη γέννηση, ο τύπος αίματος των ζώων δεν αλλάζει. Τα γενετικά συστήματα των ομάδων αίματος και των αντιγόνων χαρακτηρίζονται με κεφαλαία και πεζά γράμματα - A, B, C κ.λπ. Υπάρχουν πολλά αντιγόνα, άρα γράφονται με τα σύμβολα Α, Β, Γ και με δείκτες Α1, Α2 κ.λπ.

Αρχική σελίδα | Σχετικά με εμάς | Ανατροφοδότηση

ΓΟΝΟΤΥΠΙΚΗ (ΚΛΗΡΟΝΟΜΙΜΗ) ΠΑΡΑΛΛΑΓΗ

Γονοτυπική παραλλαγή μπορεί να προκύψει από μεταλλάξεις και γενετικούς ανασυνδυασμούς.

Οι μεταλλάξεις (από το λατινικό mutatio - to change) είναι κληρονομικές δομικές αλλαγές στα γονίδια.

Οι μεγάλες μεταλλάξεις (γονιδιωματικές αναδιατάξεις) συνοδεύονται από απώλεια ή αλλαγές σε σχετικά μεγάλα τμήματα του γονιδιώματος· τέτοιες μεταλλάξεις είναι συνήθως μη αναστρέψιμες.

Μικρές (σημειακές) μεταλλάξεις σχετίζονται με την απώλεια ή την προσθήκη μεμονωμένων βάσεων DNA. Σε αυτή την περίπτωση, μόνο ένας μικρός αριθμός χαρακτηριστικών αλλάζει. Τέτοια αλλοιωμένα βακτήρια μπορούν να επιστρέψουν εντελώς στην αρχική τους κατάσταση (επαναστροφή).

Τα βακτήρια με αλλοιωμένα χαρακτηριστικά ονομάζονται μεταλλαγμένα. Οι παράγοντες που προκαλούν το σχηματισμό μεταλλαγμένων ονομάζονται μεταλλαξιογόνα.

Οι βακτηριακές μεταλλάξεις χωρίζονται σε αυθόρμητες και επαγόμενες. Οι αυθόρμητες (αυθόρμητες) μεταλλάξεις συμβαίνουν υπό την επίδραση μη ελεγχόμενων παραγόντων, π.χ. χωρίς παρέμβαση πειραματιστή. Οι επαγόμενες (κατευθυνόμενες) μεταλλάξεις εμφανίζονται ως αποτέλεσμα της επεξεργασίας των μικροοργανισμών με ειδικά μεταλλαξιογόνα (χημικά, ακτινοβολία, θερμοκρασία κ.λπ.).

Ως αποτέλεσμα βακτηριακών μεταλλάξεων, μπορεί να εμφανιστούν τα ακόλουθα:

α) αλλαγή στις μορφολογικές ιδιότητες

β) αλλαγή στα πολιτιστικά αγαθά

γ) η εμφάνιση αντοχής στο φάρμακο σε μικροοργανισμούς

δ) απώλεια της ικανότητας σύνθεσης αμινοξέων, χρήσης υδατανθράκων και άλλων θρεπτικών συστατικών

ε) εξασθένηση των παθογόνων ιδιοτήτων κ.λπ.

Εάν μια μετάλλαξη οδηγεί στο γεγονός ότι τα μεταλλαξιογόνα κύτταρα αποκτούν πλεονεκτήματα έναντι άλλων κυττάρων του πληθυσμού, τότε σχηματίζεται ένας πληθυσμός μεταλλαγμένων κυττάρων και κληρονομούνται όλες οι επίκτητες ιδιότητες. Εάν η μετάλλαξη δεν δίνει πλεονέκτημα στο κύτταρο, τότε τα μεταλλαγμένα κύτταρα, κατά κανόνα, πεθαίνουν. Γενετικοί ανασυνδυασμοί. Μεταμόρφωση. Τα κύτταρα που είναι σε θέση να δεχτούν το DNA ενός άλλου κυττάρου κατά τη διαδικασία μετασχηματισμού ονομάζονται ικανά. Η κατάσταση ικανότητας συχνά συμπίπτει με τη λογαριθμική φάση της ανάπτυξης.

Η μεταγωγή είναι η μεταφορά γενετικής πληροφορίας από ένα βακτήριο δότη σε ένα βακτήριο λήπτη με τη συμμετοχή ενός βακτηριοφάγου. Οι εύκρατοι φάγοι έχουν κυρίως ιδιότητες μεταγωγής. Όταν πολλαπλασιάζονται σε ένα βακτηριακό κύτταρο, οι φάγοι ενσωματώνουν μέρος του βακτηριακού DNA στο DNA τους και το μεταφέρουν στον δέκτη. Υπάρχουν τρεις τύποι μεταγωγής: γενική, ειδική και αποτυχημένη.

1. Γενική μεταγωγή είναι η μεταφορά διαφόρων γονιδίων που εντοπίζονται σε διαφορετικά μέρη του βακτηριακού χρωμοσώματος. Ταυτόχρονα, τα βακτήρια δότες μπορούν να μεταφέρουν διάφορα χαρακτηριστικά και ιδιότητες στον αποδέκτη - την ικανότητα σχηματισμού νέων ενζύμων, την αντοχή στα φάρμακα κ.λπ.

2. Η ειδική μεταγωγή είναι η μετάδοση
ένας φάγος μόνο ορισμένων συγκεκριμένων γονιδίων που εντοπίζονται σε ειδικά τμήματα του βακτηριακού χρωμοσώματος. Σε αυτή την περίπτωση, μεταδίδονται μόνο ορισμένα χαρακτηριστικά και ιδιότητες.

3. Αποτυχημένη μεταγωγή - μεταφορά με φάγο ενός ενζύμου από το χρωμόσωμα δότη. Συνήθως αυτό το θραύσμα δεν περιλαμβάνεται στο χρωμόσωμα του κυττάρου δέκτη, αλλά κυκλοφορεί στο κυτταρόπλασμα. Όταν το κύτταρο δέκτη διαιρείται, αυτό το θραύσμα μεταφέρεται μόνο σε ένα από τα δύο θυγατρικά κύτταρα και το δεύτερο κύτταρο λαμβάνει το αμετάβλητο χρωμόσωμα δέκτη.

Με τη βοήθεια των φάγων μεταγωγής, μια ολόκληρη σειρά ιδιοτήτων μπορεί να μεταφερθεί από το ένα κύτταρο στο άλλο, όπως η ικανότητα σχηματισμού τοξίνης, σπορίων, μαστιγίων, παραγωγής πρόσθετων ενζύμων, αντοχής στα φάρμακα κ.λπ.

Η σύζευξη είναι η μεταφορά γενετικού υλικού από ένα βακτήριο σε άλλο μέσω άμεσης επαφής με τα κύτταρα. Τα κύτταρα που μεταδίδουν γενετικό υλικό ονομάζονται δότες και τα κύτταρα που το λαμβάνουν ονομάζονται λήπτες. Αυτή η διαδικασία είναι μονόδρομη στη φύση - από το κύτταρο δότη στο κύτταρο δέκτη.

Τα βακτήρια δότη ορίζονται F+ (αρσενικός τύπος) και τα βακτήρια λήπτες ορίζονται F- (θηλυκός τύπος). Όταν τα κύτταρα F+ και F- έρχονται κοντά μεταξύ τους, εμφανίζεται μια κυτταροπλασματική γέφυρα μεταξύ τους. Ο σχηματισμός της γέφυρας ελέγχεται από τον παράγοντα F (από το αγγλικό fertility - fertility). Αυτός ο παράγοντας περιέχει γονίδια υπεύθυνα για το σχηματισμό των λαχνών του φύλου (sex-pili). Η λειτουργία δότη μπορεί να εκτελεστεί μόνο από εκείνα τα κύτταρα που περιέχουν παράγοντα F. Τα κύτταρα λήπτες δεν έχουν αυτόν τον παράγοντα. Κατά τη διασταύρωση, ο παράγοντας F μεταφέρεται από το κύτταρο δότη στον δέκτη. Έχοντας λάβει τον παράγοντα F, το ίδιο το θηλυκό κύτταρο γίνεται δότης (F+).

Η διαδικασία σύζευξης μπορεί να διακοπεί μηχανικά, για παράδειγμα με ανακίνηση. Σε αυτή την περίπτωση, ο παραλήπτης λαμβάνει ελλιπείς πληροφορίες που περιέχονται στο DNA.

Η μεταφορά γενετικών πληροφοριών με σύζευξη μελετάται καλύτερα στα εντεροβακτήρια.

Η σύζευξη, όπως και άλλοι τύποι ανασυνδυασμού, μπορεί να συμβεί όχι μόνο μεταξύ βακτηρίων του ίδιου είδους, αλλά και μεταξύ βακτηρίων διαφορετικών ειδών.Σε αυτές τις περιπτώσεις, ο ανασυνδυασμός ονομάζεται διαειδικός.

Η γονοτυπική μεταβλητότητα είναι κληρονομήσιμη

Τα πλασμίδια είναι σχετικά μικρά εξωχρωμοσωμικά μόρια DNA ενός βακτηριακού κυττάρου. Βρίσκονται στο κυτταρόπλασμα και έχουν δομή δακτυλίου. Τα πλασμίδια περιέχουν πολλά γονίδια που λειτουργούν ανεξάρτητα από τα γονίδια που περιέχονται στο χρωμοσωμικό DNA.

Εικ.54 Πλασμίδια (εξωχρωμοσωμικά μόρια DNA)

Ένα τυπικό χαρακτηριστικό των πλασμιδίων είναι η ικανότητά τους να αναπαράγονται ανεξάρτητα (αντιγράφονται).

Μπορούν επίσης να μετακινηθούν από το ένα κύτταρο στο άλλο και να ενσωματώσουν νέα γονίδια από το περιβάλλον. Τα πλασμίδια περιλαμβάνουν:

Προφήτες. προκαλώντας έναν αριθμό αλλαγών σε ένα λυσογόνο κύτταρο που κληρονομούνται, για παράδειγμα την ικανότητα σχηματισμού τοξίνης (βλ. μεταγωγή). Ο παράγοντας F, ο οποίος βρίσκεται σε αυτόνομη κατάσταση και συμμετέχει στη διαδικασία της σύζευξης (βλ. σύζευξη).

Ο παράγοντας R, ο οποίος δίνει στο κύτταρο αντίσταση στα φάρμακα (ο παράγοντας R απομονώθηκε αρχικά από το Escherichia coli και μετά από τη Shigella). Μελέτες έχουν δείξει ότι ο παράγοντας R μπορεί να αφαιρεθεί από το κύτταρο, κάτι που είναι γενικά τυπικό για τα πλασμίδια.

Ο παράγοντας R έχει ενδοειδική, ενδοειδική και ακόμη και διαγενετική μεταδοτικότητα, η οποία μπορεί να προκαλέσει το σχηματισμό άτυπων στελεχών που είναι δύσκολο να διαγνωστούν.

Οι βακτηριοκινογόνοι παράγοντες (παράγοντες col), οι οποίοι ανακαλύφθηκαν για πρώτη φορά στην καλλιέργεια του Escherichia coli (E. coli), ονομάζονται επομένως κολικίνες. Στη συνέχεια εντοπίστηκαν και σε άλλα βακτήρια: Vibrio cholerae - vibriocins, σταφυλόκοκκοι - σταφυλοκίνες κ.λπ.

Ο παράγοντας Col είναι ένα μικρό αυτόνομο πλασμίδιο που καθορίζει τη σύνθεση πρωτεϊνικών ουσιών που μπορούν να προκαλέσουν το θάνατο βακτηρίων του δικού τους είδους ή στενά συγγενών. Οι βακτηριοσίνες απορροφώνται στην επιφάνεια των ευαίσθητων κυττάρων και προκαλούν μεταβολικές διαταραχές, που οδηγούν σε κυτταρικό θάνατο.

Υπό φυσικές συνθήκες, μόνο λίγα κύτταρα σε έναν πληθυσμό (1 στα 1000) παράγουν αυθόρμητα κολισίνη. Ωστόσο, με ορισμένες επιρροές στην καλλιέργεια (θεραπεία βακτηρίων με ακτίνες UV), ο αριθμός των κυττάρων που παράγουν κολισίνη αυξάνεται.

Αλλαγές στα λειτουργικά γονίδια

Στα μεταλλαγμένα κύτταρα, οι μεταλλάξεις μπορεί να είναι σωματικές (για παράδειγμα, διαφορετικά χρώματα ματιών σε ένα άτομο) και γενεσιουργοί (ή γαμετικές). Οι γενετικές μεταλλάξεις μεταδίδονται στους απογόνους, ενώ οι σωματικές μεταλλάξεις εκδηλώνονται στο άτομο. Κληρονομούνται μόνο μέσω αγενούς πολλαπλασιασμού.

Με βάση το αποτέλεσμα (σημασία) για το σώμα, οι μεταλλάξεις ταξινομούνται σε θετικές, ουδέτερες και αρνητικές. Οι θετικές μεταλλάξεις εμφανίζονται σπάνια. Αυξάνουν τη ζωτικότητα του οργανισμού και είναι σημαντικά για την εξέλιξη (για παράδειγμα, μεταλλάξεις που οδηγούν στην εμφάνιση μιας καρδιάς τεσσάρων θαλάμων κατά την εξέλιξη των χορδών). Οι ουδέτερες μεταλλάξεις δεν έχουν ουσιαστικά καμία επίδραση σε ζωτικές διαδικασίες (για παράδειγμα, μεταλλάξεις που οδηγούν στην παρουσία φακίδων). Οι αρνητικές μεταλλάξεις χωρίζονται σε ημιθανατηφόρες και θανατηφόρες. Οι ημιθανατηφόρες μεταλλάξεις μειώνουν τη βιωσιμότητα του οργανισμού και συντομεύουν τη διάρκεια ζωής του (για παράδειγμα, μεταλλάξεις που οδηγούν στη νόσο Down). Θανατηφόρες μεταλλάξεις προκαλούν
θάνατος του σώματος πριν από τη γέννηση ή τη στιγμή της γέννησης (για παράδειγμα, μεταλλάξεις που οδηγούν στην απουσία εγκεφάλου).

Σύμφωνα με την αλλαγή του φαινοτύπου, οι μεταλλάξεις μπορεί να είναι μορφολογικές (για παράδειγμα, μειωμένοι βολβοί του ματιού, έξι δάχτυλα στο χέρι) και βιοχημικές (για παράδειγμα, αλβινισμός, αιμορροφιλία).

Με βάση τις αλλαγές στον γονότυπο, οι μεταλλάξεις διακρίνονται σε γονιδιωματικές, χρωμοσωμικές και γονιδιακές μεταλλάξεις.

Οι γονιδιωματικές μεταλλάξεις είναι αλλαγές στον αριθμό των χρωμοσωμάτων υπό την επίδραση περιβαλλοντικών παραγόντων. Η απλοειδία είναι ένα σύνολο χρωμοσωμάτων 1n. Στη φύση, βρίσκεται σε κηφήνες (αρσενικές) μέλισσες. Η βιωσιμότητα τέτοιων οργανισμών μειώνεται, αφού όλα τα υπολειπόμενα γονίδια εμφανίζονται σε αυτούς.

Η πολυπλοειδία είναι η αύξηση του απλοειδούς αριθμού των χρωμοσωμάτων (3n, 4n, 5n). Η πολυπλοειδία χρησιμοποιείται στην καλλιέργεια φυτών. Οδηγεί σε αυξημένη παραγωγικότητα. Για τον άνθρωπο, η απλοειδία και η πολυπλοειδία είναι θανατηφόρες μεταλλάξεις.

Η ανευπλοειδία είναι μια αλλαγή στον αριθμό των χρωμοσωμάτων σε μεμονωμένα ζεύγη (2n±1, 2n±2, και ούτω καθεξής).

Τρισωμία. για παράδειγμα, εάν ένα χρωμόσωμα Χ προστεθεί σε ένα ζεύγος φυλετικών χρωμοσωμάτων σε ένα γυναικείο σώμα, αναπτύσσεται το σύνδρομο τρισωμίας Χ (47, XXX), εάν προστεθεί στα φυλετικά χρωμοσώματα ενός ανδρικού σώματος, το σύνδρομο Klinefelter (47, XXY) αναπτύσσεται. Μονοσωμία. απουσία ενός χρωμοσώματος σε ένα ζευγάρι – 45, X0 – σύνδρομο Shereshevsky-Turner. Νουλισωμία. απουσία ενός ζεύγους ομόλογων χρωμοσωμάτων (για τον άνθρωπο - μια θανατηφόρα μετάλλαξη).

Οι χρωμοσωμικές μεταλλάξεις (ή χρωμοσωμικές εκτροπές) είναι αλλαγές στη δομή των χρωμοσωμάτων (διαχρωμοσωμικές ή ενδοχρωμοσωμικές). Οι αναδιατάξεις μέσα σε ένα χρωμόσωμα ονομάζονται αναστροφές, ελλείψεις (ελλείψεις και διαγραφές) και διπλασιασμοί. Οι διαχρωμοσωμικές ανακατατάξεις ονομάζονται μετατοπίσεις.

Παραδείγματα: διαγραφή – σύνδρομο κραυγής της γάτας στους ανθρώπους· διπλασιασμός – εμφάνιση λωρίδων ματιών στο Drosophila· αναστροφή – αλλαγή στη σειρά των γονιδίων.

Οι μετατοπίσεις μπορεί να είναι: αμοιβαία - τμήματα ανταλλαγής δύο χρωμοσωμάτων· μη αμοιβαία - τμήματα ενός χρωμοσώματος μεταφέρονται σε ένα άλλο Robertsonian - δύο ακροκεντρικά χρωμοσώματα συνδέονται με τα κεντρομερή τους τμήματα.

Οι ελλείψεις και οι διπλασιασμοί εκδηλώνονται πάντα φαινοτυπικά, καθώς αλλάζει το σύνολο των γονιδίων. Οι αναστροφές και οι μετατοπίσεις δεν εμφανίζονται πάντα. Σε αυτές τις περιπτώσεις, η σύζευξη των ομόλογων χρωμοσωμάτων γίνεται δύσκολη και η κατανομή του γενετικού υλικού μεταξύ των θυγατρικών κυττάρων διαταράσσεται.

Οι γονιδιακές μεταλλάξεις ονομάζονται σημειακές μεταλλάξεις ή μεταγεννήσεις. Συνδέονται με αλλαγές στη γονιδιακή δομή και προκαλούν την ανάπτυξη μεταβολικών ασθενειών (η συχνότητά τους είναι 2-4%).

Αλλαγές στα δομικά γονίδια.

1. Μια μετατόπιση πλαισίου ανάγνωσης συμβαίνει όταν ένα ή περισσότερα ζεύγη νουκλεοτιδίων πέφτουν ή εισάγονται σε ένα μόριο DNA.

2. Μετάβαση - μια μετάλλαξη στην οποία μια βάση πουρίνης αντικαθίσταται από μια βάση πουρίνης ή μια βάση πυριμιδίνης από μια βάση πυριμιδίνης (A G ή C T). Αυτή η αντικατάσταση οδηγεί σε αλλαγή στα κωδικόνια.

3. Μεταστροφή - αντικατάσταση μιας βάσης πουρίνης με μια πυριμιδίνη ή μιας πυριμιδίνης με μια πουρίνη (A C G T) - οδηγεί σε αλλαγή των κωδικονίων. Η αλλαγή της σημασίας των κωδικονίων οδηγεί σε λανθασμένες μεταλλάξεις. Εάν σχηματιστούν ανόητα κωδικόνια (UAA, UAG, UGA), προκαλούν ανόητες μεταλλάξεις. Αυτά τα κωδικόνια δεν προσδιορίζουν αμινοξέα, αλλά είναι τερματιστές - καθορίζουν το τέλος της ανάγνωσης πληροφοριών.

1. Η πρωτεΐνη καταστολέα έχει αλλάξει, δεν ταιριάζει στο γονίδιο χειριστή. Σε αυτή την περίπτωση, τα δομικά γονίδια δεν σβήνουν και λειτουργούν συνεχώς.

2. Η πρωτεΐνη καταστολέα είναι στενά συνδεδεμένη με το γονίδιο χειριστή και δεν «αφαιρείται» από τον επαγωγέα. Τα δομικά γονίδια δεν λειτουργούν συνεχώς.

3. Παραβίαση της εναλλαγής των διαδικασιών καταστολής και επαγωγής. Εάν ο επαγωγέας απουσιάζει, η συγκεκριμένη πρωτεΐνη συντίθεται· παρουσία του επαγωγέα, δεν συντίθεται. Τέτοιες διαταραχές στη λειτουργία των μεταγραφονίων παρατηρούνται με μεταλλάξεις στο γονίδιο του ρυθμιστή ή στο γονίδιο χειριστή.

Επί του παρόντος, έχουν περιγραφεί περίπου 5.000 μεταβολικές ασθένειες που προκαλούνται από μεταλλάξεις γονιδίων. Παραδείγματα αυτών περιλαμβάνουν φαινυλκετονουρία, αλμπινισμό, γαλακτοζαιμία, διάφορες αιμορροφιλίες, δρεπανοκυτταρική αναιμία, αχονδροπλασία κ.λπ.

Στις περισσότερες περιπτώσεις, οι γονιδιακές μεταλλάξεις εκδηλώνονται φαινοτυπικά.

Κληρονομικότητα και μεταβλητότητα. Χρωμοσωμική θεωρία κληρονομικότητας

Η κληρονομικότητα είναι το σημαντικότερο χαρακτηριστικό των ζωντανών οργανισμών, το οποίο συνίσταται στην ικανότητα μετάδοσης των ιδιοτήτων και των λειτουργιών των γονέων στους απογόνους. Αυτή η μετάδοση πραγματοποιείται με τη χρήση γονιδίων.

Ένα γονίδιο είναι μια μονάδα αποθήκευσης, μετάδοσης και υλοποίησης κληρονομικών πληροφοριών. Ένα γονίδιο είναι ένα συγκεκριμένο τμήμα ενός μορίου DNA, η δομή του οποίου κωδικοποιεί τη δομή ενός συγκεκριμένου πολυπεπτιδίου (πρωτεΐνης). Είναι πιθανό ότι πολλά τμήματα του DNA δεν κωδικοποιούν πρωτεΐνες, αλλά εκτελούν ρυθμιστικές λειτουργίες. Σε κάθε περίπτωση, στη δομή του ανθρώπινου γονιδιώματος, μόνο το 2% περίπου του DNA είναι αλληλουχίες βάσει των οποίων συντίθεται το αγγελιαφόρο RNA (διαδικασία μεταγραφής), το οποίο στη συνέχεια καθορίζει την αλληλουχία των αμινοξέων κατά την πρωτεϊνοσύνθεση (διαδικασία μετάφρασης). Αυτή τη στιγμή πιστεύεται ότι υπάρχουν περίπου 30 χιλιάδες γονίδια στο ανθρώπινο γονιδίωμα.

Τα γονίδια βρίσκονται σε χρωμοσώματα, τα οποία βρίσκονται στον πυρήνα των κυττάρων και είναι γιγάντια μόρια DNA.

Η χρωμοσωμική θεωρία της κληρονομικότητας διατυπώθηκε το 1902 από τους Satton και Boveri. Σύμφωνα με αυτή τη θεωρία, τα χρωμοσώματα είναι φορείς γενετικής πληροφορίας που καθορίζει τις κληρονομικές ιδιότητες του οργανισμού. Στον άνθρωπο, κάθε κύτταρο έχει 46 χρωμοσώματα, χωρισμένα σε 23 ζεύγη. Τα χρωμοσώματα που σχηματίζουν ένα ζευγάρι ονομάζονται ομόλογα.

Τα σεξουαλικά κύτταρα (γαμήτες) σχηματίζονται χρησιμοποιώντας έναν ειδικό τύπο διαίρεσης - τη μείωση. Ως αποτέλεσμα της μείωσης, μόνο ένα ομόλογο χρωμόσωμα από κάθε ζευγάρι παραμένει σε κάθε φύλο κύτταρο, δηλ. 23 χρωμοσώματα. Ένα τέτοιο μοναδικό σύνολο χρωμοσωμάτων ονομάζεται απλοειδές. Κατά τη γονιμοποίηση, όταν τα αρσενικά και θηλυκά αναπαραγωγικά κύτταρα συγχωνεύονται και σχηματίζουν ένα ζυγώτη, αποκαθίσταται το διπλό σύνολο, το οποίο ονομάζεται διπλοειδές. Σε ένα ζυγωτό, στον οργανισμό που αναπτύσσεται από αυτόν, ένα χρωμόσωμα από κάθε χρωμόσωμα λαμβάνεται από τον πατρικό οργανισμό, το άλλο από τον μητρικό.

Ένας γονότυπος είναι ένα σύνολο γονιδίων που λαμβάνονται από έναν οργανισμό από τους γονείς του.

Ένα άλλο φαινόμενο που μελετά η γενετική είναι η μεταβλητότητα. Η μεταβλητότητα νοείται ως η ικανότητα των οργανισμών να αποκτούν νέα χαρακτηριστικά – διαφορές μέσα σε ένα είδος. Υπάρχουν δύο μορφές μεταβλητότητας:
- κληρονομικό
- τροποποίηση (μη κληρονομική).

Η κληρονομική μεταβλητότητα είναι μια μορφή μεταβλητότητας που προκαλείται από αλλαγές στον γονότυπο, η οποία μπορεί να συσχετιστεί με μεταλλακτική ή συνδυαστική μεταβλητότητα.

Μεταλλακτική μεταβλητότητα.
Τα γονίδια υφίστανται αλλαγές κατά καιρούς, οι οποίες ονομάζονται μεταλλάξεις. Αυτές οι αλλαγές είναι τυχαίες και εμφανίζονται αυθόρμητα. Οι αιτίες των μεταλλάξεων μπορεί να είναι πολύ διαφορετικές. Υπάρχουν διάφοροι παράγοντες που αυξάνουν την πιθανότητα εμφάνισης μιας μετάλλαξης. Αυτό μπορεί να είναι έκθεση σε ορισμένες χημικές ουσίες, ακτινοβολία, θερμοκρασία κ.λπ. Χρησιμοποιώντας αυτά τα μέσα, μπορούν να προκληθούν μεταλλάξεις, αλλά η τυχαία φύση της εμφάνισής τους παραμένει και είναι αδύνατο να προβλεφθεί η εμφάνιση μιας συγκεκριμένης μετάλλαξης.

Οι μεταλλάξεις που προκύπτουν μεταβιβάζονται στους απογόνους, δηλαδή καθορίζουν την κληρονομική μεταβλητότητα, η οποία σχετίζεται με το πού συνέβη η μετάλλαξη. Εάν μια μετάλλαξη συμβεί σε ένα αναπαραγωγικό κύτταρο, τότε έχει τη δυνατότητα να μεταδοθεί σε απογόνους, δηλ. να κληρονομηθεί. Εάν η μετάλλαξη συμβεί σε ένα σωματικό κύτταρο, τότε μεταδίδεται μόνο σε αυτά που προκύπτουν από αυτό το σωματικό κύτταρο. Τέτοιες μεταλλάξεις ονομάζονται σωματικές· δεν κληρονομούνται.

Υπάρχουν διάφοροι κύριοι τύποι μεταλλάξεων.
- Γονιδιακές μεταλλάξεις, στις οποίες συμβαίνουν αλλαγές στο επίπεδο μεμονωμένων γονιδίων, δηλαδή τμημάτων του μορίου του DNA. Αυτό μπορεί να είναι η σπατάλη νουκλεοτιδίων, η αντικατάσταση μιας βάσης με μια άλλη, η αναδιάταξη νουκλεοτιδίων ή η προσθήκη νέων.
- Οι χρωμοσωμικές μεταλλάξεις που σχετίζονται με διαταραχή της δομής των χρωμοσωμάτων οδηγούν σε σοβαρές αλλαγές που μπορούν να ανιχνευθούν χρησιμοποιώντας μικροσκόπιο. Τέτοιες μεταλλάξεις περιλαμβάνουν απώλειες τμημάτων χρωμοσώματος (διαγραφές), προσθήκη τομών, περιστροφή ενός τμήματος χρωμοσώματος κατά 180° και εμφάνιση επαναλήψεων.
- Οι γονιδιωματικές μεταλλάξεις προκαλούνται από αλλαγές στον αριθμό των χρωμοσωμάτων. Μπορεί να εμφανιστούν επιπλέον ομόλογα χρωμοσώματα: στο σύνολο των χρωμοσωμάτων, η τρισωμία εμφανίζεται στη θέση δύο ομόλογων χρωμοσωμάτων. Στην περίπτωση της μονοσωμίας, υπάρχει απώλεια ενός χρωμοσώματος από ένα ζευγάρι. Με την πολυπλοειδία, υπάρχει πολλαπλή αύξηση του γονιδιώματος. Μια άλλη παραλλαγή της γονιδιωματικής μετάλλαξης είναι η απλοειδία, στην οποία παραμένει μόνο ένα χρωμόσωμα από κάθε ζευγάρι.

Η συχνότητα των μεταλλάξεων επηρεάζεται, όπως ήδη αναφέρθηκε, από διάφορους παράγοντες. Όταν εμφανίζεται ένας αριθμός γονιδιωματικών μεταλλάξεων, η ηλικία της μητέρας, ιδιαίτερα, έχει μεγάλη σημασία.

Συνδυαστική μεταβλητότητα.
Αυτός ο τύπος μεταβλητότητας καθορίζεται από τη φύση της σεξουαλικής διαδικασίας. Με συνδυαστική παραλλαγή, προκύπτουν νέοι γονότυποι λόγω νέων συνδυασμών γονιδίων. Αυτός ο τύπος μεταβλητότητας εκδηλώνεται ήδη στο στάδιο του σχηματισμού γεννητικών κυττάρων. Όπως ήδη αναφέρθηκε, σε κάθε φύλο (gamete) υπάρχει μόνο ένα ομόλογο χρωμόσωμα από κάθε ζευγάρι. Τα χρωμοσώματα εισέρχονται στο γαμέτα τυχαία, έτσι τα κύτταρα φύλου ενός ατόμου μπορεί να διαφέρουν αρκετά σε μεγάλο βαθμό στο σύνολο των γονιδίων στα χρωμοσώματα. Ένα ακόμη πιο σημαντικό στάδιο για την εμφάνιση της συνδυαστικής μεταβλητότητας είναι η γονιμοποίηση, μετά την οποία ο νεοεμφανιζόμενος οργανισμός έχει το 50% των γονιδίων του κληρονομικά από τον έναν γονέα και το 50% από τον άλλο.

Η τροποποιητική μεταβλητότητα δεν σχετίζεται με αλλαγές στον γονότυπο, αλλά προκαλείται από την επίδραση του περιβάλλοντος στον αναπτυσσόμενο οργανισμό.

Η παρουσία μεταβλητότητας τροποποίησης είναι πολύ σημαντική για την κατανόηση της ουσίας της κληρονομικότητας. Τα χαρακτηριστικά δεν κληρονομούνται. Μπορείτε να πάρετε οργανισμούς με απολύτως τον ίδιο γονότυπο, για παράδειγμα, να καλλιεργήσετε μοσχεύματα από το ίδιο φυτό, αλλά να τα τοποθετήσετε σε διαφορετικές συνθήκες (φωτισμός, υγρασία, ορυκτά θρεπτικά συστατικά) και να αποκτήσετε αρκετά διαφορετικά φυτά με διαφορετικά χαρακτηριστικά (ανάπτυξη, απόδοση, σχήμα φύλλου και σύντομα.). Για να περιγραφούν τα πραγματικά σχηματισμένα χαρακτηριστικά ενός οργανισμού, χρησιμοποιείται η έννοια του «φαινότυπου».

Ένας φαινότυπος είναι ολόκληρο το σύμπλεγμα των πραγματικών χαρακτηριστικών ενός οργανισμού, το οποίο σχηματίζεται ως αποτέλεσμα της αλληλεπίδρασης του γονότυπου και των περιβαλλοντικών επιδράσεων κατά την ανάπτυξη του οργανισμού. Έτσι, η ουσία της κληρονομικότητας δεν έγκειται στην κληρονομικότητα ενός χαρακτηριστικού, αλλά στην ικανότητα ενός γονότυπου να παράγει έναν συγκεκριμένο φαινότυπο ως αποτέλεσμα της αλληλεπίδρασης με τις αναπτυξιακές συνθήκες.

Δεδομένου ότι η μεταβλητότητα τροποποίησης δεν σχετίζεται με αλλαγές στον γονότυπο, οι τροποποιήσεις δεν κληρονομούνται. Συνήθως αυτή η θέση είναι δύσκολο να γίνει αποδεκτή για κάποιο λόγο. Φαίνεται ότι αν, ας πούμε, οι γονείς έχουν εκπαιδευτεί στην άρση βαρών για αρκετές γενιές και έχουν αναπτύξει μύες, τότε αυτές οι ιδιότητες πρέπει απαραίτητα να μεταδοθούν στα παιδιά τους. Εν τω μεταξύ, αυτή είναι μια τυπική τροποποίηση και η εκπαίδευση είναι η περιβαλλοντική επιρροή που επηρέασε την ανάπτυξη του χαρακτηριστικού. Δεν υπάρχουν αλλαγές στον γονότυπο κατά τη διάρκεια της τροποποίησης και τα χαρακτηριστικά που αποκτώνται ως αποτέλεσμα της τροποποίησης δεν κληρονομούνται. Ο Δαρβίνος ονόμασε αυτόν τον τύπο μεταβλητότητας μη κληρονομικό.

Για να χαρακτηριστούν τα όρια μεταβλητότητας τροποποίησης, χρησιμοποιείται η έννοια του κανόνα αντίδρασης. Ορισμένα χαρακτηριστικά στους ανθρώπους δεν μπορούν να αλλάξουν λόγω περιβαλλοντικών επιρροών, για παράδειγμα, ομάδα αίματος, φύλο, χρώμα ματιών. Άλλοι, αντίθετα, είναι πολύ ευαίσθητοι στις περιβαλλοντικές επιρροές. Για παράδειγμα, ως αποτέλεσμα της παρατεταμένης έκθεσης στον ήλιο, το χρώμα του δέρματος γίνεται πιο σκούρο και τα μαλλιά γίνονται πιο ανοιχτά. Το βάρος ενός ατόμου επηρεάζεται σε μεγάλο βαθμό από τη διατροφή, τις ασθένειες, τις κακές συνήθειες, το στρες και τον τρόπο ζωής.

Οι περιβαλλοντικές επιρροές μπορούν να οδηγήσουν όχι μόνο σε ποσοτικές, αλλά και σε ποιοτικές αλλαγές στον φαινότυπο. Σε ορισμένα είδη primrose, τα κόκκινα άνθη εμφανίζονται σε χαμηλές θερμοκρασίες αέρα (15-20 C), αλλά εάν τα φυτά τοποθετηθούν σε υγρό περιβάλλον με θερμοκρασία 30 ° C, σχηματίζονται λευκά άνθη.

Επιπλέον, αν και ο κανόνας αντίδρασης χαρακτηρίζει μια μη κληρονομική μορφή μεταβλητότητας (μεταβλητότητα τροποποίησης), καθορίζεται επίσης από τον γονότυπο. Αυτό το σημείο είναι πολύ σημαντικό: ο ρυθμός αντίδρασης εξαρτάται από τον γονότυπο. Ο ίδιος περιβαλλοντικός αντίκτυπος σε έναν γονότυπο μπορεί να οδηγήσει σε έντονη αλλαγή σε ένα από τα χαρακτηριστικά του και να μην επηρεάσει κάποιο άλλο.

21. Ένα γονίδιο είναι μια λειτουργική μονάδα κληρονομικότητας. Μοριακή δομή του γονιδίου σε προκαρυώτες και ευκαρυώτες. Μοναδικά γονίδια και επαναλήψεις DNA. Δομικά γονίδια. Η υπόθεση «1 γονίδιο - 1 ένζυμο», η σύγχρονη ερμηνεία της.

Ένα γονίδιο είναι μια δομική και λειτουργική μονάδα κληρονομικότητας που ελέγχει την ανάπτυξη ενός συγκεκριμένου χαρακτηριστικού ή ιδιότητας. Οι γονείς μεταβιβάζουν ένα σύνολο γονιδίων στους απογόνους τους κατά την αναπαραγωγή. Ο όρος «γονίδιο» επινοήθηκε το 1909 από τον Δανό βοτανολόγο Vilhelm Johansen. Η μελέτη των γονιδίων είναι η επιστήμη της γενετικής, ιδρυτής της οποίας θεωρείται ο Γκρέγκορ Μέντελ, ο οποίος το 1865 δημοσίευσε τα αποτελέσματα της έρευνάς του για την κληρονομικότητα των χαρακτηριστικών κατά τη διασταύρωση μπιζελιών. Τα γονίδια μπορούν να υποστούν μεταλλάξεις - τυχαίες ή στοχευμένες αλλαγές στην αλληλουχία των νουκλεοτιδίων στην αλυσίδα του DNA. Οι μεταλλάξεις μπορεί να οδηγήσουν σε αλλαγή της αλληλουχίας, και συνεπώς σε αλλαγή στα βιολογικά χαρακτηριστικά μιας πρωτεΐνης ή RNA, που με τη σειρά του μπορεί να οδηγήσει σε γενική ή τοπική αλλοιωμένη ή ανώμαλη λειτουργία του σώματος. Τέτοιες μεταλλάξεις σε ορισμένες περιπτώσεις είναι παθογόνες, καθώς καταλήγουν σε ασθένεια ή θανατηφόρες σε εμβρυϊκό επίπεδο. Ωστόσο, δεν οδηγούν όλες οι αλλαγές στην αλληλουχία νουκλεοτιδίων σε αλλαγές στη δομή της πρωτεΐνης (λόγω της επίδρασης του εκφυλισμού του γενετικού κώδικα) ή σε σημαντική αλλαγή στην αλληλουχία και δεν είναι παθογόνες. Συγκεκριμένα, το ανθρώπινο γονιδίωμα χαρακτηρίζεται από πολυμορφισμούς μεμονωμένων νουκλεοτιδίων και παραλλαγές αριθμού αντιγράφων, όπως διαγραφές και διπλασιασμοί, που αντιπροσωπεύουν περίπου το 1% της συνολικής ανθρώπινης αλληλουχίας νουκλεοτιδίων. Οι πολυμορφισμοί ενός νουκλεοτιδίου, ειδικότερα, ορίζουν διαφορετικά αλληλόμορφα ενός μόνο γονιδίου.

Στους ανθρώπους, ως αποτέλεσμα της διαγραφής:

Σύνδρομο λύκου - μια περιοχή χάνεται στο μεγάλο χρωμόσωμα 4,

Σύνδρομο "Cry of the Cat" - με διαγραφή στο χρωμόσωμα 5. Αιτία: χρωμοσωμική μετάλλαξη, απώλεια θραύσματος χρωμοσώματος στο 5ο ζεύγος.

Εκδήλωση: ανώμαλη ανάπτυξη του λάρυγγα, κραυγές γάτας στην πρώιμη παιδική ηλικία, καθυστέρηση στη σωματική και πνευματική ανάπτυξη.

Τα μονομερή που αποτελούν καθεμία από τις αλυσίδες DNA είναι πολύπλοκες οργανικές ενώσεις που περιλαμβάνουν αζωτούχες βάσεις: αδενίνη (Α) ή θυμίνη (Τ) ή κυτοσίνη (C) ή γουανίνη (G), το πεντατομικό σάκχαρο πεντόζη δεοξυριβόζη, που ονομάστηκε έτσι και το DNA το ίδιο, καθώς και το υπόλειμμα φωσφορικού οξέος, ονομάστηκε. Αυτές οι ενώσεις ονομάζονται νουκλεοτίδια.

Το χρωμόσωμα οποιουδήποτε οργανισμού, είτε είναι βακτήριο είτε άνθρωπος, περιέχει μια μακρά, συνεχή αλυσίδα DNA. κατά μήκος των οποίων βρίσκονται πολλά γονίδια. Οι διαφορετικοί οργανισμοί διαφέρουν δραματικά ως προς την ποσότητα του DNA που αποτελεί το γονιδίωμά τους. Στους ιούς, ανάλογα με το μέγεθος και την πολυπλοκότητά τους, το μέγεθος του γονιδιώματος κυμαίνεται από αρκετές χιλιάδες έως εκατοντάδες ζεύγη νουκλεοτιδίων. Τα γονίδια σε τέτοια απλά διατεταγμένα γονιδιώματα βρίσκονται το ένα μετά το άλλο και καταλαμβάνουν έως και το 100% του μήκους του αντίστοιχου νουκλεϊκού οξέος (RNA και DNA). Για πολλούς ιούς, έχει καθιερωθεί η πλήρης αλληλουχία νουκλεοτιδίων DNA. Τα βακτήρια έχουν πολύ μεγαλύτερο μέγεθος γονιδιώματος. Το E. coli έχει έναν μόνο κλώνο DNA - το βακτηριακό χρωμόσωμα αποτελείται από 4,2x106 (βαθμός 6) ζεύγη νουκλεοτιδίων. Περισσότερο από το μισό αυτής της ποσότητας αποτελείται από δομικά γονίδια, δηλ. γονίδια που κωδικοποιούν ορισμένες πρωτεΐνες. Το υπόλοιπο του βακτηριακού χρωμοσώματος αποτελείται από αλληλουχίες νουκλεοτιδίων που δεν μπορούν να μεταγραφούν, η λειτουργία των οποίων δεν είναι απολύτως σαφής. Η συντριπτική πλειοψηφία των βακτηριακών γονιδίων είναι μοναδικά, δηλ. παρουσιάζεται μία φορά στο γονιδίωμα. Εξαίρεση αποτελούν τα γονίδια μεταφοράς και τα ριβοσωμικά RNA, τα οποία μπορούν να επαναληφθούν δεκάδες φορές.

Το γονιδίωμα των ευκαρυωτών, ιδιαίτερα των ανώτερων, ξεπερνά κατά πολύ το μέγεθος του γονιδιώματος των προκαρυωτικών και, όπως σημειώθηκε, φτάνει τα εκατοντάδες εκατομμύρια και δισεκατομμύρια ζεύγη νουκλεοτιδίων. Ο αριθμός των δομικών γονιδίων δεν αυξάνεται πολύ. Η ποσότητα του DNA στο ανθρώπινο γονιδίωμα είναι επαρκής για να σχηματίσει περίπου 2 εκατομμύρια δομικά γονίδια. Ο πραγματικός αριθμός υπολογίζεται σε 50-100 χιλιάδες γονίδια, δηλ. 20-40 φορές λιγότερο από αυτό που θα μπορούσε να κωδικοποιηθεί από ένα γονιδίωμα αυτού του μεγέθους. Κατά συνέπεια, πρέπει να παραδεχτούμε τον πλεονασμό του ευκαρυωτικού γονιδιώματος. Οι λόγοι για τον πλεονασμό έχουν πλέον γίνει σε μεγάλο βαθμό σαφείς: πρώτον, ορισμένα γονίδια και αλληλουχίες νουκλεοτιδίων επαναλαμβάνονται πολλές φορές, δεύτερον, υπάρχουν πολλά γενετικά στοιχεία στο γονιδίωμα που έχουν ρυθμιστική λειτουργία και τρίτον, κάποιο DNA δεν περιέχει καθόλου γονίδια.

Σύμφωνα με τις σύγχρονες αντιλήψεις, το γονίδιο που κωδικοποιεί τη σύνθεση μιας συγκεκριμένης πρωτεΐνης σε ευκαρυώτες αποτελείται από πολλά βασικά στοιχεία. Πρώτα απ 'όλα, αυτή είναι μια εκτεταμένη ρυθμιστική ζώνη που έχει ισχυρή επίδραση στη δραστηριότητα του γονιδίου σε έναν συγκεκριμένο ιστό του σώματος σε ένα ορισμένο στάδιο της ατομικής ανάπτυξής του. Στη συνέχεια, ακριβώς δίπλα στα κωδικοποιητικά στοιχεία του γονιδίου, υπάρχει ένας προαγωγέας - μια αλληλουχία DNA μήκους έως 80-100 ζεύγη νουκλεοτιδίων, υπεύθυνη για τη σύνδεση της RNA πολυμεράσης που μεταγράφει το γονίδιο. Μετά τον προαγωγέα βρίσκεται το δομικό τμήμα του γονιδίου, το οποίο περιέχει πληροφορίες για την πρωτογενή δομή της αντίστοιχης πρωτεΐνης. Για τα περισσότερα ευκαρυωτικά γονίδια, αυτή η περιοχή είναι σημαντικά μικρότερη από τη ρυθμιστική ζώνη, αλλά το μήκος της μπορεί να μετρηθεί σε χιλιάδες ζεύγη νουκλεοτιδίων.

Ένα σημαντικό χαρακτηριστικό των ευκαρυωτικών γονιδίων είναι η ασυνέχειά τους. Αυτό σημαίνει ότι η περιοχή κωδικοποίησης πρωτεΐνης του γονιδίου αποτελείται από δύο τύπους αλληλουχιών νουκλεοτιδίων. Μερικά - εξόνια - είναι τμήματα DNA που μεταφέρουν πληροφορίες για τη δομή μιας πρωτεΐνης και αποτελούν μέρος του αντίστοιχου RNA και πρωτεΐνης. Άλλα - εσώνια - δεν κωδικοποιούν πρωτεϊνική δομή και δεν περιλαμβάνονται στο ώριμο μόριο mRNA, αν και μεταγράφονται. Η διαδικασία αποκοπής ιντρονίων - «περιττών» τμημάτων του μορίου RNA και των εξονίων μάτισης κατά τον σχηματισμό του mRNA πραγματοποιείται από ειδικά ένζυμα και ονομάζεται Splicing (σταυροσύνδεση, μάτισμα).

Το ευκαρυωτικό γονιδίωμα χαρακτηρίζεται από δύο κύρια χαρακτηριστικά:

1) Επανάληψη ακολουθιών

2) Διαίρεση κατά σύνθεση σε διάφορα θραύσματα που χαρακτηρίζονται από συγκεκριμένη περιεκτικότητα σε νουκλεοτίδια

Το επαναλαμβανόμενο DNA αποτελείται από αλληλουχίες νουκλεοτιδίων ποικίλου μήκους και σύνθεσης που εμφανίζονται πολλές φορές στο γονιδίωμα, είτε σε διαδοχική επαναλαμβανόμενη είτε σε διάσπαρτη μορφή. Οι αλληλουχίες DNA που δεν επαναλαμβάνονται ονομάζονται μοναδικό DNA. Το μέγεθος του τμήματος του γονιδιώματος που καταλαμβάνεται από επαναλαμβανόμενες αλληλουχίες ποικίλλει ευρέως μεταξύ των ταξινομικών ομάδων. Στη ζύμη φτάνει το 20%, στα θηλαστικά έως και το 60% του συνόλου του DNA επαναλαμβάνεται. Στα φυτά, το ποσοστό των επαναλαμβανόμενων αλληλουχιών μπορεί να ξεπεράσει το 80%.

Σύμφωνα με τον αμοιβαίο προσανατολισμό στη δομή του DNA, διακρίνονται οι άμεσες, οι ανεστραμμένες, οι συμμετρικές επαναλήψεις, τα παλίνδρομα, τα συμπληρωματικά παλίνδρομα κ.λπ. Το μήκος (σε αριθμό βάσεων) μιας στοιχειώδους επαναλαμβανόμενης μονάδας, ο βαθμός επαναληψιμότητάς τους και η φύση της κατανομής στο γονιδίωμα ποικίλλουν σε πολύ μεγάλο εύρος. Η περιοδικότητα των επαναλήψεων DNA μπορεί να έχει πολύ περίπλοκη δομή, όταν οι σύντομες επαναλήψεις περιλαμβάνονται σε μεγαλύτερες ή συνορεύουν με αυτές κ.λπ. Επιπλέον, οι κατοπτρικές και οι ανεστραμμένες επαναλήψεις μπορούν να ληφθούν υπόψη για αλληλουχίες DNA. Το ανθρώπινο γονιδίωμα είναι γνωστό κατά 94% Με βάση αυτό το υλικό, μπορεί να εξαχθεί το εξής συμπέρασμα: οι επαναλήψεις καταλαμβάνουν τουλάχιστον το 50% του γονιδιώματος.

ΔΟΜΙΚΑ ΓΟΝΙΔΙΑ - γονίδια που κωδικοποιούν κυτταρικές πρωτεΐνες με ενζυματικές ή δομικές λειτουργίες. Αυτά περιλαμβάνουν επίσης γονίδια που κωδικοποιούν τη δομή του rRNA και του tRNA. Υπάρχουν γονίδια που περιέχουν πληροφορίες σχετικά με τη δομή της πολυπεπτιδικής αλυσίδας και, τελικά, τις δομικές πρωτεΐνες. Τέτοιες αλληλουχίες νουκλεοτιδίων μήκους ενός γονιδίου ονομάζονται δομικά γονίδια. Τα γονίδια που καθορίζουν τον τόπο, τον χρόνο και τη διάρκεια της ενεργοποίησης των δομικών γονιδίων είναι ρυθμιστικά γονίδια.

Τα γονίδια είναι μικρού μεγέθους, αν και αποτελούνται από χιλιάδες ζεύγη νουκλεοτιδίων. Η παρουσία ενός γονιδίου διαπιστώνεται με την εκδήλωση του γονιδιακού χαρακτηριστικού (το τελικό προϊόν). Ένα γενικό διάγραμμα της δομής της γενετικής συσκευής και της λειτουργίας της προτάθηκε το 1961 από τους Jacob και Monod. Πρότειναν ότι υπάρχει ένα τμήμα ενός μορίου DNA με μια ομάδα δομικών γονιδίων. Δίπλα σε αυτή την ομάδα βρίσκεται μια περιοχή 200 ζευγών νουκλεοτιδίων - ο προαγωγέας (η περιοχή δίπλα στην εξαρτώμενη από το DNA πολυμεράση RNA). Αυτή η περιοχή βρίσκεται δίπλα στο γονίδιο χειριστή. Το όνομα ολόκληρου του συστήματος είναι όπερον. Η ρύθμιση πραγματοποιείται από ένα ρυθμιστικό γονίδιο. Ως αποτέλεσμα, η πρωτεΐνη καταστολέα αλληλεπιδρά με το γονίδιο χειριστή και το οπερόνιο αρχίζει να λειτουργεί. Το υπόστρωμα αλληλεπιδρά με το γονίδιο με ρυθμιστές και το οπερόνιο μπλοκάρεται. Αρχή ανατροφοδότησης. Η έκφραση του οπερονίου ενσωματώνεται στο σύνολό της. 1940 - Οι Beadle και Tatum πρότειναν μια υπόθεση: 1 γονίδιο - 1 ένζυμο. Αυτή η υπόθεση έπαιξε σημαντικό ρόλο - οι επιστήμονες άρχισαν να εξετάζουν τα τελικά προϊόντα. Αποδείχθηκε ότι η υπόθεση έχει περιορισμούς, γιατί Όλα τα ένζυμα είναι πρωτεΐνες, αλλά δεν είναι όλες οι πρωτεΐνες ένζυμα. Τυπικά, οι πρωτεΐνες είναι ολιγομερή - δηλ. υπάρχουν σε τεταρτοταγή δομή. Για παράδειγμα, η κάψουλα μωσαϊκού καπνού έχει περισσότερα από 1200 πολυπεπτίδια. Στους ευκαρυώτες, η γονιδιακή έκφραση (εκδήλωση) δεν έχει μελετηθεί. Ο λόγος είναι σοβαρά εμπόδια:

Οργάνωση γενετικού υλικού με τη μορφή χρωμοσωμάτων

Στους πολυκύτταρους οργανισμούς, τα κύτταρα είναι εξειδικευμένα και επομένως ορισμένα γονίδια απενεργοποιούνται.

Η παρουσία πρωτεϊνών ιστόνης, ενώ τα προκαρυωτικά έχουν «γυμνό» DNA.

Οι πρωτεΐνες ιστόνης και μη ιστόνης συμμετέχουν στη γονιδιακή έκφραση και συμμετέχουν στη δημιουργία της δομής.

22. Ταξινόμηση γονιδίων: δομικά γονίδια, ρυθμιστές. Ιδιότητες γονιδίων (διακριτικότητα, σταθερότητα, αστάθεια, πολυαλληλικότητα, ειδικότητα, πλειοτροπία).

Διακριτικότητα - μη αναμίξιμα γονιδίων

Σταθερότητα - η ικανότητα διατήρησης της δομής

Lability - η ικανότητα επανειλημμένης μετάλλαξης

Πολλαπλός αλληλισμός - πολλά γονίδια υπάρχουν σε έναν πληθυσμό σε πολλαπλές μοριακές μορφές

Αλληλικότητα - στον γονότυπο των διπλοειδών οργανισμών υπάρχουν μόνο δύο μορφές του γονιδίου

Ειδικότητα - κάθε γονίδιο κωδικοποιεί το δικό του χαρακτηριστικό

Πλειοτροπία - πολλαπλό γονιδιακό αποτέλεσμα

Εκφραστικότητα - ο βαθμός έκφρασης ενός γονιδίου σε ένα χαρακτηριστικό

Διείσδυση - συχνότητα εκδήλωσης ενός γονιδίου σε έναν φαινότυπο

Η ενίσχυση είναι η αύξηση του αριθμού των αντιγράφων ενός γονιδίου.

23. Γονιδιακή δομή. Ρύθμιση γονιδιακής έκφρασης σε προκαρυώτες. Υπόθεση οπερόν.

Γονιδιακή έκφραση είναι η διαδικασία κατά την οποία οι κληρονομικές πληροφορίες από ένα γονίδιο (μια αλληλουχία νουκλεοτιδίων DNA) μετατρέπονται σε ένα λειτουργικό προϊόν - RNA ή πρωτεΐνη. Η γονιδιακή έκφραση μπορεί να ρυθμιστεί σε όλα τα στάδια της διαδικασίας: κατά τη μεταγραφή, κατά τη μετάφραση και στο στάδιο των μετα-μεταφραστικών τροποποιήσεων των πρωτεϊνών.

Η ρύθμιση της γονιδιακής έκφρασης επιτρέπει στα κύτταρα να ελέγχουν τη δική τους δομή και λειτουργία και είναι η βάση της κυτταρικής διαφοροποίησης, μορφογένεσης και προσαρμογής. Η γονιδιακή έκφραση είναι ένα υπόστρωμα για την εξελικτική αλλαγή, καθώς ο έλεγχος του χρόνου, της θέσης και της ποσότητας έκφρασης ενός γονιδίου μπορεί να έχει αντίκτυπο στις λειτουργίες άλλων γονιδίων σε ολόκληρο τον οργανισμό. Σε προκαρυώτες και ευκαρυώτες, τα γονίδια είναι αλληλουχίες νουκλεοτιδίων DNA. Η μεταγραφή λαμβάνει χώρα στη μήτρα του DNA - η σύνθεση του συμπληρωματικού RNA. Στη συνέχεια, γίνεται μετάφραση στη μήτρα mRNA - συντίθενται πρωτεΐνες. Υπάρχουν γονίδια που κωδικοποιούν μη αγγελιοφόρο RNA (π.χ. rRNA, tRNA, μικρό RNA) που εκφράζονται (μεταγράφονται) αλλά δεν μεταφράζονται σε πρωτεΐνες.

Μελέτες σε κύτταρα E. coli έχουν αποκαλύψει ότι τα βακτήρια έχουν 3 τύπους ενζύμων:

συστατικό, υπάρχει στα κύτταρα σε σταθερές ποσότητες ανεξάρτητα από τη μεταβολική κατάσταση του σώματος (για παράδειγμα, γλυκολυτικά ένζυμα)

επαγώγιμα, η συγκέντρωσή τους υπό κανονικές συνθήκες είναι χαμηλή, αλλά μπορεί να αυξηθεί 100 Q φορές ή περισσότερο εάν, για παράδειγμα, προστεθεί ένα υπόστρωμα τέτοιου ενζύμου στο μέσο κυτταροκαλλιέργειας

απωθημένα, δηλ. ένζυμα των μεταβολικών οδών, η σύνθεση των οποίων σταματά όταν το τελικό προϊόν αυτών των οδών προστίθεται στο καλλιεργητικό μέσο.

Με βάση γενετικές μελέτες για την επαγωγή της β-γαλακτοσιδάσης, η οποία εμπλέκεται στα κύτταρα E. coli, στην υδρολυτική διάσπαση της λακτόζης, οι Francois Jacob και Jacques Monod διατύπωσαν το 1961 την υπόθεση του οπερονίου, η οποία εξηγούσε τον μηχανισμό ελέγχου της πρωτεϊνικής σύνθεσης προκαρυώτες.

Σε πειράματα, η υπόθεση του οπερονίου επιβεβαιώθηκε πλήρως και ο τύπος ρύθμισης που προτείνεται σε αυτήν άρχισε να ονομάζεται έλεγχος της πρωτεϊνοσύνθεσης σε επίπεδο μεταγραφής, καθώς στην περίπτωση αυτή η αλλαγή στον ρυθμό σύνθεσης πρωτεΐνης πραγματοποιείται λόγω αλλαγών στην ο ρυθμός γονιδιακής μεταγραφής, δηλ. στο στάδιο του σχηματισμού mRNA.

Στο E. coli, όπως και άλλα προκαρυωτικά, το DNA δεν διαχωρίζεται από το κυτταρόπλασμα με πυρηνικό περίβλημα. Κατά τη διάρκεια της διαδικασίας μεταγραφής, σχηματίζονται πρωτεύοντα μεταγραφήματα που δεν περιέχουν νιτρόνες και τα mRNA στερούνται «καπάκι» και άκρου πολυ-Α. Η πρωτεϊνοσύνθεση ξεκινά πριν τελειώσει η σύνθεση της μήτρας της, δηλ. η μεταγραφή και η μετάφραση συμβαίνουν σχεδόν ταυτόχρονα. Με βάση το μέγεθος του γονιδιώματος (4 × 106 ζεύγη βάσεων), κάθε κύτταρο E. coli περιέχει πληροφορίες για αρκετές χιλιάδες πρωτεΐνες. Όμως υπό φυσιολογικές συνθήκες ανάπτυξης συνθέτει περίπου 600-800 διαφορετικές πρωτεΐνες, που σημαίνει ότι πολλά γονίδια δεν μεταγράφονται, δηλ. αδρανής. Τα πρωτεϊνικά γονίδια των οποίων οι λειτουργίες στις μεταβολικές διεργασίες συνδέονται στενά ομαδοποιούνται συχνά στο γονιδίωμα σε δομικές μονάδες (οπερόνια). Σύμφωνα με τη θεωρία των Jacob και Monod, τα οπερόνια είναι τμήματα του μορίου DNA που περιέχουν πληροφορίες για μια ομάδα λειτουργικά αλληλένδετων δομικών πρωτεϊνών και μια ρυθμιστική ζώνη που ελέγχει τη μεταγραφή αυτών των γονιδίων. Τα δομικά γονίδια ενός οπερονίου εκφράζονται με συνέπεια, είτε όλα μεταγράφονται, οπότε το οπερόνιο είναι ενεργό, είτε κανένα από τα γονίδια δεν «διαβάζεται», οπότε το οπερόνιο είναι ανενεργό. Όταν ένα οπερόνιο είναι ενεργό και όλα τα γονίδιά του μεταγράφονται, συντίθεται ένα πολυκιστρονικό mRNA, το οποίο χρησιμεύει ως πρότυπο για τη σύνθεση όλων των πρωτεϊνών αυτού του οπερονίου. Η μεταγραφή των δομικών γονιδίων εξαρτάται από την ικανότητα της RNA πολυμεράσης να συνδέεται με τον υποκινητή που βρίσκεται στο άκρο 5" του οπερονίου πριν από τα δομικά γονίδια.

Η δέσμευση της RNA πολυμεράσης στον προαγωγέα εξαρτάται από την παρουσία μιας πρωτεΐνης καταστολέα σε μια περιοχή δίπλα στον προαγωγέα, η οποία ονομάζεται «χειριστής». Η πρωτεΐνη καταστολέα συντίθεται στο κύτταρο με σταθερό ρυθμό και έχει μια συγγένεια με τη θέση χειριστή. Δομικά, οι περιοχές του προαγωγέα και του χειριστή επικαλύπτονται εν μέρει, έτσι η σύνδεση της πρωτεΐνης καταστολέα στον χειριστή δημιουργεί ένα στερικό εμπόδιο για τη σύνδεση της RNA πολυμεράσης.

Οι περισσότεροι μηχανισμοί που ρυθμίζουν τη σύνθεση πρωτεϊνών στοχεύουν στην αλλαγή του ρυθμού δέσμευσης της RNA πολυμεράσης στον προαγωγέα, επηρεάζοντας έτσι το στάδιο έναρξης της μεταγραφής. Τα γονίδια που συνθέτουν ρυθμιστικές πρωτεΐνες μπορούν να αφαιρεθούν από το οπερόνιο του οποίου τη μεταγραφή ελέγχουν.