Kaasaegse geneetika võimalused. Abstraktne kaasaegne geneetika

Geneetika arengu võib jagada kolmeks etapiks: 1. (1900-1925) – klassikalise geneetika staadium. Sel perioodil taasavastati ja kinnitati G. Mendeli seadused paljude taime- ja loomaliikide puhul ning loodi kromosomaalne pärilikkuse teooria (T. G. Morgan). 2. (1926–1953) – tehismutageneesi (G. Meller jt) tööde laialdase arengu staadium. Sel ajal näidati geeni keerulist ehitust ja killustatavust, pandi alus biokeemilisele, populatsiooni- ja evolutsioonigeneetikale, tõestati, et DNA molekul on päriliku informatsiooni kandja (O. Avery) ning selle aluseks on pandi veterinaargeneetika. 3. (algab 1953. aastal) - kaasaegse geneetika etapp, mida iseloomustab pärilikkuse nähtuste uurimine molekulaarsel tasandil. Avastati DNA struktuur (J. Utson), dešifreeriti geneetiline kood (F. Crick) ja sünteesiti keemiliselt geen (G. Korana). Koduteadlased andsid geneetika arengusse suure panuse. Teaduslikud geneetilised koolkonnad lõid Vavilov jt.Saadud kunstliku mutatsiooni teel - Filippov. Vavilov sõnastas päriliku varieeruvuse homoloogilise jada seaduse. Karpechenko pakkus välja meetodi mõne hübriidi viljatuse ületamiseks. Tšetverikov on populatsioonigeneetika teooria rajaja. Serebrovski - näitas geeni keerulist struktuuri ja killustatust. Peamised teaduslikud suunad kaasaegse inimese geneetika arengus: Tsütogeneetika uurib inimese kromosoome, nende struktuurset ja funktsionaalset korraldust, kaardistamist, arendab kromosoomianalüüsi meetodeid. Inimese kromosoomihaiguste diagnoosimisel on tsütogeneetika saavutamine hädavajalik. Populatsioonigeneetika uurib inimpopulatsioonide geneetilist struktuuri, üksikute geenide (normaalsete ja patoloogiliste) alleelide esinemissagedust inimpopulatsioonides, ennustab ja hindab keskkonnareostuse geneetilisi tagajärgi ning inimtekkeliste keskkonnategurite mõju inimpopulatsioonides toimuvatele bioloogilistele protsessidele. (mutatsiooniprotsess). Need uuringud võimaldavad ennustada teatud pärilike haiguste esinemissagedust põlvkondade kaupa ja planeerida ennetusmeetmeid. Biokeemiline geneetika uurib biokeemilisi meetodeid kasutades geneetilise teabe rakendamise viise geenist tunnuseni. Biokeemiliste meetodite abil on välja töötatud ekspressmeetodid mitmete pärilike haiguste diagnoosimiseks, sealhulgas meetodid sünnieelseks (annataalseks) diagnoosimiseks. Inimese genofondi ioniseeriva kiirguse eest kaitsmise süsteemi väljatöötamine on kiirgusgeneetika üks peamisi ülesandeid. Immunoloogiline geneetika (immunogeneetika) uurib organismi immunoloogiliste omaduste ja immuunreaktsioonide geneetilist määramist. Farmakoloogiline geneetika (farmakogeneetika) uurib üksikute inimeste reaktsioonide geneetilist määramist ravimitele ja viimaste mõju pärilikule aparaadile.

Monohübriidne ristumine. Mendeli esimene seadus. Mendeli katsetes ristumisel hernesorte, mille seemned olid kollased ja rohelised, osutusid kõigil järglastel (ehk esimese põlvkonna hübriididel) kollased seemned. Polnud vahet, millistest seemnetest (kollastest või rohelistest) ema(isa)taimed kasvasid. Seega on mõlemad vanemad võrdselt võimelised oma omadusi oma järglastele edasi kandma. Sarnased tulemused saadi katsetes, mille käigus võeti arvesse muid omadusi. Seega, kui ristati siledate ja kortsusseemnetega taimi, olid kõigil järglastel siledad seemned. Lillade ja valgete õitega taimede ristamisel said kõik hübriidid ainult lillade õielehtedega jne. Avastatud mustrit nimetati Mendeli esimeseks seaduseks ehk esimese põlvkonna hübriidide ühetaolisuse seaduseks. Esimeses põlvkonnas ilmneva tunnuse olekut (alleeli) nimetatakse dominandiks ja seisundit (alleeli), mis esimeses põlvkonnas hübriidides ei esine, retsessiivseks. G. Mendel pakkus välja tunnuste (tänapäeva terminoloogias - geenide) "tegemiste" tähistamise ladina tähestiku tähtedega. Samasse tunnuspaari kuuluvad seisundid on tähistatud sama tähega, kuid domineeriv alleel on suur ja retsessiivne alleel on väike. Mendeli teine ​​seadus.

Esimese põlvkonna heterosügootsete hübriidide omavahelisel ristamisel (isetolmlemine või sugulusaretus) tekivad teises põlvkonnas nii domineeriva kui retsessiivse iseloomuseisundiga isendid, s.o. teatud suhetes toimub lõhenemine. Nii oli Mendeli katsetes 929 teise põlvkonna taimest 705 lillade ja 224 valgete õitega. Katses, kus võeti arvesse seemnete värvi, saadi teises põlvkonnas saadud 8023 herneseemnest 6022 kollast ja 2001 rohelist ning 7324 seemnest, milles arvestati seemne kuju, saadi 5474 siledat ja 1850 kortsulist. . Saadud tulemuste põhjal jõudis Mendel järeldusele, et teises põlvkonnas on 75% isenditest tunnuse domineeriv seisund, 25% aga retsessiivne seisund (3:1 lõhe). Seda mustrit nimetatakse Mendeli teiseks seaduseks või poolitamise seaduseks. Vastavalt sellele seadusele ja kaasaegset terminoloogiat kasutades saab teha järgmised järeldused:

a) geenialleelid, olles heterosügootses olekus, ei muuda üksteise struktuuri; b) sugurakkude küpsemise ajal hübriidides moodustub ligikaudu sama palju domineerivate ja retsessiivsete alleelidega sugurakke;

c) viljastamise ajal kombineeritakse vabalt domineerivaid ja retsessiivseid alleele kandvad isas- ja emassugurakud. Kahe heterosügooti (Aa) ristamisel, millest igaüks toodab kahte tüüpi sugurakke (pool domineerivate alleelidega - A, pool retsessiivsete alleelidega - a), tuleb eeldada nelja võimalikku kombinatsiooni. A-alleeliga munarakk võib viljastada võrdse tõenäosusega nii alleeliga A kui ka alleeliga a spermaga; ja munarakk alleeliga a - sperma või alleeliga A või alleel a. Tulemuseks on sügootid AA, Aa, Aa, aa või AA, 2Aa, aa. Välimuselt (fenotüübilt) isendid AA ja Aa ei erine, seega on lõhenemine vahekorras 3:1. Genotüübi järgi on isendid jaotunud vahekorras 1AA:2Aa:aa. On selge, et kui igast teise põlvkonna isendite rühmast saame järglasi ainult isetolmlemise teel, siis esimene (AA) ja viimane (aa) rühm (nad on homosügootsed) annavad ainult ühtlaseid järglasi (ilma lõhenemiseta), ja heterosügootsed (Aa) vormid põhjustavad lõhenemist vahekorras 3:1. Seega on Mendeli teine ​​seadus ehk segregatsiooniseadus sõnastatud järgmiselt: kahe esimese põlvkonna hübriidi ristamisel, mida analüüsitakse ühe alternatiivse iseloomuseisundi paari järgi, toimub järglastel vahekorras eraldamine fenotüübi järgi. 3:1 ja genotüübi järgi vahekorras 1:2:1. Mendeli kolmas seadus ehk märkide iseseisva pärimise seadus. Dihübriidsete ristumise ajal lõhenemist uurides juhtis Mendel tähelepanu järgmisele asjaolule. Kollaste siledate (AABB) ja roheliste kortsustega (aabb) seemnetega taimede ristamisel ilmnesid teises põlvkonnas uued tunnuste kombinatsioonid: kollane kortsus (Aabb) ja roheline sile (aaBb), mida algkujul ei leitud. Sellest tähelepanekust järeldas Mendel, et iga tunnuse segregatsioon toimub teisest tunnusest sõltumatult. Selles näites on seemnete kuju päritud sõltumata nende värvist. Seda mustrit nimetatakse Mendeli kolmandaks seaduseks ehk geenide sõltumatu jaotuse seaduseks. Mendeli kolmas seadus on sõnastatud järgmiselt: kahe (või enama) tunnuse poolest erinevate homosügootsete isendite ristamisel täheldatakse teises põlvkonnas iseseisvat pärandumist ja iseloomuseisundite kombinatsiooni, kui neid määravad geenid paiknevad erinevates kromosoomipaarides. See on võimalik, kuna meioosi ajal toimub kromosoomide jaotumine (kombinatsioon) sugurakkudes nende küpsemise ajal iseseisvalt ja võib viia järglaste ilmumiseni, mille tunnused erinevad vanemate ja esivanemate isenditest. Ristide registreerimiseks kasutatakse sageli spetsiaalseid võre, mille pakkus välja inglise geneetik Punnett (Punnet grid). Neid on mugav kasutada polühübriidristide analüüsimisel. Ruudustiku koostamise põhimõte seisneb selles, et isapoolse isendi sugurakud registreeritakse horisontaalselt ülal, emapoolse isendi sugurakud registreeritakse vertikaalselt vasakul ja järglaste tõenäolised genotüübid registreeritakse ristumispunktides.

Sissejuhatus
Geneetikat võib õigustatult pidada bioloogia üheks olulisemaks valdkonnaks. Inimesed on tuhandeid aastaid kasutanud geneetilisi meetodeid, et parandada kultuurtaimede kasulikke omadusi ja aretada kõrge tootlikkusega koduloomatõuge, ilma et neil oleks nende meetodite aluseks olevaid mehhanisme. Erinevate arheoloogiliste tõendite põhjal otsustades mõistsid inimesed juba 6000 aastat tagasi, et teatud füüsilised omadused võivad põlvest põlve edasi anda. Valides välja teatud organismid looduslikest populatsioonidest ja ristades neid omavahel, lõi inimene täiustatud taimesorte ja loomatõuge, millel olid talle vajalikud omadused.
Kuid alles 20. sajandi alguses hakkasid teadlased täielikult mõistma pärilikkuse seaduste ja selle mehhanismide tähtsust. Kuigi mikroskoopia edu võimaldas kindlaks teha, et pärilikud tunnused kanduvad edasi põlvest põlve sperma ja munarakkude kaudu, jäi ebaselgeks, kuidas protoplasma väikseimad osakesed võivad kanda selle tohutu hulga tunnuseid, mis moodustavad iga indiviidi. organism.
Geneetika kujunes teadusena pärast Mendeli seaduste taasavastamist. 1953. aasta kevadest sai bioloogias meeldejääv kuupäev. Teadlased ameeriklane D. Watson ja inglane F. Crick dešifreerisid pärilikkuse “püha püha” – selle geneetilise koodi. Sellest ajast alates sai sõna "DNA" - desoksüribonukleiinhape - tuntuks mitte ainult kitsale teadlaste ringile, vaid ka igale haritud inimesele kogu maailmas. Selle tormilist sajandipikkust arenguperioodi on viimastel aastatel iseloomustanud kümnete viiruste, bakterite, seente ja paljurakuliste organismide "elumolekuli" DNA nukleotiidse koostise dešifreerimine.
Oluliste kultuurtaimede - riisi, maisi, nisu - DNA kromosoomide järjestamine (nukleotiidide vaheldumise järjekorra kehtestamine) on täies hoos. 2001. aasta alguses kuulutati pidulikult välja kogu inimgenoomi fundamentaalne dekodeerimine – DNA, mis on osa kõigist 23 paarist rakutuuma kromosoomidest. Neid biotehnoloogilisi edusamme on võrreldud kosmosesse minekuga.
Desoksüribonukleiinhape ehk DNA eraldati esmalt raku tuumadest. Sellepärast hakati seda nimetama nukleiinseks (kreeka tuum – tuum). DNA koosneb nelja erineva alusega nukleotiidide ahelast: adeniin (A), guaniin (G), tsütosiin (C) ja tümiin (T). DNA eksisteerib peaaegu alati kaksikheeliksina, mis tähendab, et see koosneb kahest nukleotiidahelast, mis moodustavad paari. Neid hoiab koos niinimetatud aluspaaride komplementaarsus. "Komplementaarsus" tähendab, et kui A ja T kahes DNA ahelas asetsevad üksteise vastas, tekib nende vahel spontaanselt side. Samamoodi moodustavad komplementaarse paari G ja C. Inimese rakud sisaldavad 46 kromosoomi. Inimese genoomi (kogu DNA kromosoomides) pikkus võib ulatuda kahe meetrini ja koosneb kolmest miljardist nukleotiidipaarist. Geen on pärilikkuse ühik. See on osa DNA molekulist ja sisaldab kodeeritud teavet ühe valgu või ribonukleiinhappe (RNA) aminohappejärjestuse kohta.
Teadlaste teade, et neil õnnestus selle suure molekuli struktuur lahti mõtestada, tõi kokku varasemad erinevad tulemused biokeemia, mikrobioloogia ja geneetika alal, mis on läbi viidud poole sajandi jooksul. Viimastel aastakümnetel on inimkond olnud tunnistajaks geneetika kiirele arengule. Sellest teadusest on pikka aega saanud inimkonna kõige olulisem vara, millele on pööratud miljonite inimeste lootused.
I. Geneetika aine
Nii nagu füüsikas on aine elementaarühikud aatomid, on geneetikas pärilikkuse ja muutlikkuse elementaarsed diskreetsed ühikud geenid. Iga organismi kromosoom, olgu see siis bakter või inimene, sisaldab pikka (sadadest tuhandetest kuni miljardite nukleotiidipaarideni) pidevat DNA ahelat, mille ääres paiknevad paljud geenid. Geenide arvu, nende täpse asukoha kromosoomis ja üksikasjaliku sisestruktuuri kindlaksmääramine, sealhulgas täieliku nukleotiidjärjestuse tundmine, on erakordselt keeruline ja oluline ülesanne. Teadlased lahendavad selle edukalt, kasutades tervet rida molekulaarseid, geneetilisi, tsütoloogilisi, immunogeneetilisi ja muid meetodeid.
Eukarüootsete geenide oluline tunnus on nende katkematus. See tähendab, et geeni valku kodeeriv piirkond koosneb kahte tüüpi nukleotiidjärjestustest. Mõned neist on eksonid - DNA lõigud, mis kannavad teavet valgu struktuuri kohta ja on osa vastavast RNA-st ja valgust. Teised, intronid, ei kodeeri valgu struktuuri ega kuulu küpsesse mRNA molekuli, kuigi need on transkribeeritud. Intronite väljalõikamine - RNA molekuli "mittevajalikud" lõigud ja eksonite splaissimine mRNA moodustamise ajal viiakse läbi spetsiaalsete ensüümide abil ja seda nimetatakse splaissimiseks (ristsidumine, splaissimine). Eksonid ühendatakse tavaliselt samas järjekorras, nagu nad DNA-s esinevad. Siiski ei ole absoluutselt kõik eukarüootsed geenid katkendlikud. Teisisõnu, mõnedel geenidel, nagu bakteriaalsetel, on nukleotiidjärjestus täielik vastavus nende kodeeritavate valkude esmasele struktuurile.
Mis tahes bioloogilise liigi esindajad reprodutseerivad endaga sarnaseid olendeid. Seda järglaste omadust olla sarnased oma esivanematega nimetatakse pärilikkuseks.
Vaatamata pärilikkuse tohutule mõjule elusorganismi fenotüübi kujunemisel, erinevad sugulased oma vanematest suuremal või vähemal määral. Seda järglaste omadust nimetatakse muutlikkuseks. Geneetikateadus uurib pärilikkuse ja muutlikkuse nähtusi. Seega on geneetika pärilikkuse ja muutlikkuse mustrite teadus. Kaasaegsete kontseptsioonide kohaselt on pärilikkus elusorganismide omadus teatud keskkonnatingimustes põlvest põlve edasi anda morfoloogia, füsioloogia, biokeemia ja isendi arengu tunnuseid. Variatiivsus, pärilikkusele vastandlik omadus, on tütarorganismide võime erineda oma vanematest morfoloogiliste, füsioloogiliste, bioloogiliste omaduste ja isendi arengu kõrvalekallete poolest. Pärilikkus ja muutlikkus realiseeruvad pärandumise käigus, s.o. geneetilise teabe edastamisel vanematelt järglastele sugurakkude kaudu (sugulise paljunemise ajal) või somaatiliste rakkude kaudu (mitusugulise paljunemise ajal).
Geneetika kui teadus lahendab järgmised peamised probleemid:
· uurib geneetilise informatsiooni talletamise viise erinevates organismides (viirused, bakterid, taimed, loomad ja inimesed) ja selle ainekandjates;
· analüüsib päriliku teabe edastamise viise ühelt organismide põlvkonnalt teisele;
· teeb kindlaks geneetilise informatsiooni rakendamise mehhanismid ja mustrid isendiarengu protsessis ning keskkonnatingimuste mõju neile;
· uurib varieeruvuse mustreid ja mehhanisme ning selle rolli adaptiivsetes reaktsioonides ja evolutsiooniprotsessis;
· otsib võimalusi kahjustatud geneetilise teabe parandamiseks.
Nende probleemide lahendamiseks kasutatakse erinevaid uurimismeetodeid.
Hübridoloogilise analüüsi meetodi töötas välja Gregor Mendel. See meetod võimaldab tuvastada individuaalsete omaduste pärimise mustreid organismide sugulisel paljunemisel. Selle olemus on järgmine: pärandi analüüs viiakse läbi individuaalsete sõltumatute tunnuste järgi; nende omaduste ülekandumist mitme põlvkonna jooksul on võimalik jälgida; Täpselt kvantitatiivselt võetakse arvesse iga alternatiivse tunnuse pärilikkust ja iga hübriidi järglaste olemust eraldi.
Tsütogeneetiline meetod võimaldab uurida keharakkude karüotüüpi (kromosoomide komplekti) ning tuvastada genoomseid ja kromosomaalseid mutatsioone.
Genealoogiline meetod hõlmab loomade ja inimeste põlvnemiste uurimist ning võimaldab meil kindlaks teha konkreetse tunnuse pärilikkuse tüübi (näiteks dominantne, retsessiivne), organismide sügootsust ja tunnuste avaldumise tõenäosust tulevastes põlvkondades. Seda meetodit kasutatakse laialdaselt aretuses ja meditsiinilistel geneetilistel konsultatsioonidel.
Kaksikmeetod põhineb tunnuste avaldumise uurimisel identsete ja vennaste kaksikute puhul. See võimaldab tuvastada pärilikkuse ja väliskeskkonna rolli spetsiifiliste omaduste kujunemisel.
Biokeemilised uurimismeetodid põhinevad ensüümide aktiivsuse ja rakkude keemilise koostise uurimisel, mille määrab pärilikkus. Neid meetodeid kasutades on võimalik tuvastada geenimutatsioone ja retsessiivsete geenide heterosügootseid kandjaid.
Populatsioonistatistika meetod võimaldab arvutada geenide ja genotüüpide esinemissagedust populatsioonides.
Tutvustame geneetika põhimõisteid. Pärandumusmustrite uurimisel ristatakse tavaliselt isendeid, kes erinevad üksteisest alternatiivsete (üksteist välistavate) märkide poolest (näiteks kollane ja roheline värvus, herneste sile ja kortsus pind). Alternatiivsete tunnuste kujunemist määravaid geene nimetatakse alleelseteks. Need asuvad homoloogsete (paaritud) kromosoomide identsetes lookustes (asukohtades). Alternatiivset tunnust ja vastavat geeni, mis avalduvad esimese põlvkonna hübriidides, nimetatakse domineerivateks ja neid, mis ei avaldu (surutud), nimetatakse retsessiivseteks. Kui mõlemad homoloogsed kromosoomid sisaldavad samu alleelgeene (kaks domineerivat või kaks retsessiivset), siis nimetatakse sellist organismi homosügootseks. Kui ühe alleelpaari erinevad geenid paiknevad homoloogsetel kromosoomidel, siis tavaliselt nimetatakse sellist organismi selle tunnuse puhul heterosügootseks. See moodustab kahte tüüpi sugurakke ja ristumisel sama genotüübi organismiga põhjustab see lõhenemist.
Organismi kõigi geenide kogumit nimetatakse genotüübiks. Genotüüp on geenide kogum, mis suhtlevad üksteisega ja mõjutavad üksteist.
Iga geen on mõjutatud teistest genotüübi geenidest ja ise mõjutab neid, mistõttu võib sama geen erinevates genotüüpides avalduda erinevalt.
Organismi kõigi omaduste ja tunnuste kogumit nimetatakse fenotüübiks. Fenotüüp kujuneb välja spetsiifilise genotüübi alusel interaktsiooni tulemusena keskkonnatingimustega. Organismid, millel on sama genotüüp, võivad sõltuvalt arengu- ja eksistentsitingimustest üksteisest erineda. Eraldi märki nimetatakse fööniks. Fenotüüpsed omadused ei hõlma mitte ainult väliseid omadusi (silmavärv, juuksed, nina kuju, õievärv jne), vaid ka anatoomilisi (mao maht, maksa struktuur jne), biokeemilisi (glükoosi ja uurea kontsentratsioon vereseerumis jne). ja teised.

II. Pärilikkus. Mendeli õpingud
Olulise sammu pärilikkusseaduste mõistmisel tegi silmapaistev Tšehhi teadlane Gregor Mendel. Ta selgitas välja olulisemad pärilikkuse seadused ja näitas, et organismide omadused on määratud diskreetsete (individuaalsete) pärilike teguritega. Teos “Katsed taimehübriididel” eristus sügavuse ja matemaatilise täpsuse poolest, kuid see avaldati Brunni Loodusuurijate Seltsi vähetuntud teostes ja jäi tundmatuks peaaegu 35 aastat - 1865–1900. See oli 1900. . G. de Vries Hollandis, K. Correns Saksamaal ja E. Csermak Austrias taasavastasid iseseisvalt Mendeli seadused ja tunnustasid tema prioriteeti. Mendeli seaduste taasavastamine tingis organismide pärilikkuse ja varieeruvuse teaduse – geneetika – kiire arengu.
Mendeli õnnestumiste taga oli osaliselt edukas katseobjekti - aedherne (Pisum sativum) - valik. Mendel veendus, et võrreldes teistega on sellel liigil järgmised eelised:
1) on palju sorte, mis erinevad selgelt mitmete omaduste poolest;
2) taimi on lihtne kasvatada;
3) suguelundid on täielikult kaetud kroonlehtedega, mistõttu taim tavaliselt tolmeldab ise; seetõttu paljunevad selle sordid puhtalt, st nende omadused jäävad põlvest põlve muutumatuks;
4) on võimalik sortide kunstlik ristamine ja see annab üsna viljakad hübriidid.
34 hernesordi hulgast valis Mendel välja 22 sorti, millel oli mitmetes tunnustes selgelt määratletud erinevused, ja kasutas neid oma ristamise katsetes. Mendelit huvitas seitse peategelast: varre kõrgus, seemne kuju, seemne värv, vilja kuju ja värv, lilleseade ja värv. Tuleb märkida, et katseobjekti valikul Mendelil mõnes mõttes lihtsalt vedas: tema valitud tunnuste pärand ei sisaldanud mitmeid hiljem avastatud keerukamaid tunnuseid, nagu näiteks mittetäielik domineerimine, sõltuvus rohkem kui ühest. geenipaar ja geeniside. See asjaolu seletab osaliselt tõsiasja, et enne Mendelit tegid paljud teadlased taimedega sarnaseid katseid, kuid ükski neist ei saanud nii täpseid ja üksikasjalikke andmeid; lisaks ei osanud nad oma tulemusi seletada pärilikkuse mehhanismiga.
Oma esimesteks katseteks valis Mendel kaks taimesorti, mis erinesid selgelt mõne tunnuse poolest, näiteks õite asetuse poolest: õied võisid paikneda kogu varre ulatuses (kaenlaalused) või asuda varre otsas (tipp-). Mendel kasvatas taimi, mis erinesid mitme põlvkonna jooksul ühe alternatiivsete tunnuste paari poolest. Kõigil juhtudel näitas tulemuste analüüs, et domineerivate ja retsessiivsete tunnuste suhe põlvkonnas oli ligikaudu 3:1.
Ülaltoodud näide on tüüpiline kõikidele Mendeli katsetele, kus uuriti ühe tunnuse (monohübriidsed ristamised) pärandumist.
Nende ja sarnaste tulemuste põhjal järeldas Mendel:
1. Kuna algsed vanemsordid paljundati puhtalt (lõhkumata), siis peaks kaenlaaluste õitega sordil olema kaks “kaenlaaluse” tegurit ja tipmise õitega sordil kaks “tipumist”.
2. F1 taimed sisaldasid ühte faktorit, mis saadi igast vanemtaimest sugurakkude kaudu.
3. Need tegurid F1-s ei ühine, vaid säilitavad oma individuaalsuse.
4. "Aksillaarne" faktor domineerib "apikaalse" faktori üle, mis on retsessiivne. Vanemtegurite paari eraldamine sugurakkude moodustumisel (nii et igasse sugurakku jõuab ainult üks neist) on tuntud kui Mendeli esimene seadus või segregatsiooniseadus. Selle seaduse järgi on antud organismi omadused määratud sisemiste tegurite paaridega. Ühes sugurakkudes võib esineda ainult üks igast selliste tegurite paarist.
Nüüd teame, et need tegurid, mis määravad kindlaks sellised tunnused nagu lilleseade, vastavad kromosoomi piirkondadele, mida nimetatakse geenideks.
Ülalkirjeldatud katsed, mille Mendel viis läbi ühe alternatiivsete märkide paari pärilikkuse uurimisel, on monohübriidse ristamise näide.

III. Muutlikkus ja keskkonnamõju. Mutatsioonide tüübid ja tähendus.
Muutlikkus on ühe või teise tunnuse erinevuste kogum samasse looduslikku populatsiooni või liiki kuuluvate organismide vahel. Ükskõik millise liigi isendite silmatorkav morfoloogiline mitmekesisus äratas Darwini ja Wallace'i reiside ajal tähelepanu. Mendeli uurimistöö aluseks oli selliste erinevuste pärilikkuse loomulik, prognoositav olemus. Darwin tegi kindlaks, et teatud tunnused võivad välja kujuneda selektsiooni tulemusena, samas kui Mendel selgitas mehhanismi, mis tagab tunnuste edasikandumise põlvest põlve, mille jaoks selektsioon läbi viiakse.
Mendel kirjeldas, kuidas pärilikud tegurid määravad organismi genotüübi, mis arengu käigus avaldub fenotüübi struktuursetes, füsioloogilistes ja biokeemilistes tunnustes. Kui mõne tunnuse fenotüübilise avaldumise määravad lõpuks kindlaks seda tunnust kontrollivad geenid, siis võib teatud tunnuste arenguastet mõjutada keskkond.
Peamine tegur, mis määrab mis tahes fenotüübilise tunnuse, on genotüüp. Organismi genotüüp määratakse viljastumise hetkel, kuid selle geneetilise potentsiaali hilisema avaldumise määr sõltub suuresti organismi arengu käigus mõjutavatest välistest teguritest. Näiteks Mendeli kasutatud pikavarreline hernesort saavutas tavaliselt 180 cm kõrguse, kuid selleks oli vaja sobivaid tingimusi - valgustust, veevarustust ja head pinnast. Optimaalsete tingimuste puudumisel (piiravate tegurite olemasolul) ei saanud kõrge tüve geen oma toimet täielikult avaldada. Genotüübi ja keskkonnategurite interaktsiooni mõju demonstreeris Taani geneetik Johannsen.
Kääbusubadega tehtud katsete seerias valis ta välja igast isetolmlevate taimede põlvkonnast kõige raskemad ja kergemad seemned ning istutas need järgmise põlvkonna saamiseks. Korrates neid katseid mitme aasta jooksul, leidis ta, et "raske" või "kerge" aretusliini sees varieerus seemnete keskmine kaal vähe, samas kui erinevate liinide seemnete keskmine kaal oli väga erinev. See viitab sellele, et tunnuse fenotüübilist avaldumist mõjutavad nii pärilikkus kui ka keskkond. Nende tulemuste põhjal võib pidevat fenotüübilist varieerumist määratleda kui "muutuvale genotüübile mõjuvate erinevate keskkonnategurite kumulatiivset mõju". Lisaks näitavad need tulemused, et antud tunnuse pärilikkuse astme määrab eelkõige genotüüp. Mis puutub selliste puhtinimlike omaduste nagu individuaalsus, temperament ja intelligentsus, siis olemasolevate andmete põhjal otsustades, et need sõltuvad nii pärilikest kui ka keskkonnateguritest, mis erinevatel indiviididel erineval määral suheldes tekitavad indiviidide vahel fenotüüpseid erinevusi. Meil pole veel andmeid, mis viitaksid kindlalt sellele, et mõne nimetatud teguri mõju on alati ülekaalus, kuid keskkond ei saa fenotüüpi kunagi genotüübiga määratud piiridest kaugemale viia.
Tuleb selgelt mõista, et diskreetse ja pideva varieeruvuse ning keskkonna koostoime võimaldab eksisteerida kahel identse fenotüübiga organismil.

DNA replikatsiooni mehhanism mitoosi ajal on nii täiuslikkuselähedane, et mittesugulise paljunemisega organismide geneetilise varieeruvuse võimalused on väga väikesed. Seetõttu on selliste organismide igasugune nähtav varieeruvus tingitud keskkonnamõjudest. Seksuaalselt paljunevate organismide puhul on palju võimalusi geneetiliste erinevuste tekkeks. Kaks meioosi ajal toimuvat protsessi pakuvad praktiliselt piiramatuid geneetilise variatsiooni allikaid:
1. Vastastikune vahetus homoloogsete kromosoomide kromatiidide vahel, mis võib toimuda meioosi 1. profaasis. See loob uued sidurirühmad, st. toimib alleelide geneetilise rekombinatsiooni olulise allikana.
2. Homoloogsete kromosoomipaaride (kahevalentsed) orientatsioon spindli ekvatoriaaltasandil meioosi I metafaasis määrab suuna, milles iga paari liige I anafaasis liigub. See operatsioon on juhuslik. II metafaasi ajal on kromatiidide paarid jällegi juhuslikult orienteeritud ja see määrab, millisele kahest vastaspoolusest konkreetne kromosoom anafaasi II ajal läheb. Juhuslik orientatsioon ja sellele järgnev kromosoomide iseseisev segregatsioon võimaldavad sugurakkudes suurel hulgal erinevaid kromosoomikombinatsioone; selle arvu saab välja arvutada.

Kolmas sugulise paljunemise varieeruvuse allikas seisneb selles, et isas- ja naissugurakkude ühinemine, mille tulemuseks on kahe haploidse kromosoomikomplekti ühinemine sügoodi diploidses tuumas, toimub täiesti juhuslikult (vähemalt teoreetiliselt); igal isassugurakul on potentsiaal sulanduda mis tahes emassugurakuga.
Need kolm geneetilise variatsiooni allikat pakuvad geenide pidevat "segamist", mis on kogu aeg toimuvate geneetiliste muutuste aluseks. Keskkond mõjutab kõiki tekkivaid fenotüüpe ja need, mis on keskkonnaga kõige paremini kohanenud, saavad hästi hakkama. See toob kaasa muutused populatsiooni alleeli ja genotüübi sagedustes. Need variatsiooniallikad ei too aga kaasa suuri muutusi genotüübis, mida evolutsiooniteooria nõuab uute liikide tekkeks. Sellised muutused tekivad mutatsioonide tagajärjel.
Mutatsioon on muutus DNA koguses või struktuuris antud organismis. Mutatsiooni tulemuseks on genotüübi muutus, mille võivad pärida mutantsest rakust mitoosi või meioosi kaudu põlvnevad rakud. Mutatsioon võib põhjustada muutusi populatsiooni mis tahes omadustes. Sugurakkudes tekkivad mutatsioonid kanduvad edasi järgmistele organismide põlvkondadele, samas kui somaatilistes rakkudes tekkivad mutatsioonid pärandavad ainult mitoosi teel tekkinud tütarrakud ja selliseid mutatsioone nimetatakse somaatilisteks.

Mutatsioone, mis tekivad kromosoomide arvu või makrostruktuuri muutuste tagajärjel, nimetatakse kromosomaalseteks mutatsioonideks või kromosomaalseteks aberratsioonideks (ümberkorraldused). Mõnikord muutuvad kromosoomid nii palju, et seda on mikroskoobi all näha. Kuid terminit "mutatsioon" kasutatakse peamiselt DNA struktuuri muutuse kohta ühes lookuses, kui toimub niinimetatud geeni- või punktmutatsioon.
Idee mutatsioonist kui uue tegelase äkilise ilmumise põhjusest pakkus esmakordselt välja 1901. aastal Hollandi botaanik Hugo de Vries, kes uuris õhtuse priimula Oenothera lamarckiana pärilikkust. Üheksa aastat hiljem asus T. Morgan Drosophilas mutatsioone uurima ja peagi tuvastati selles maailmas geneetikute osalusel üle 500 mutatsiooni.
Kromosomaalsed ja geenimutatsioonid avaldavad kehale mitmesuguseid mõjusid. Paljudel juhtudel on need mutatsioonid surmavad, kuna need kahjustavad arengut; inimestel näiteks umbes 20% rasedustest lõpeb loomuliku raseduse katkemisega enne 12. nädalat ja pooltel juhtudel on võimalik avastada kromosoomianomaaliaid. Teatud kromosomaalsete mutatsioonide tulemusena võivad teatud geenid ilmneda koos ja nende koosmõju võib viia mõne "soodsa" tunnuse ilmnemiseni. Lisaks muudab mõnede geenide üksteisele lähemale toomine nende eraldumise tõenäosuse ristumise kaudu väiksemaks ja soodsate geenide puhul loob see eelise.
Geenimutatsioon võib selleni viia. Et teatud lookuses on mitu alleeli. See suurendab nii antud populatsiooni heterosügootsust kui ka selle geenifondi ning suurendab populatsioonisisest varieeruvust.
Ülemineku, sõltumatu sortimendi, juhusliku viljastamise ja mutatsiooni tulemusena toimuv geenide segamine võib suurendada pidevat varieerumist, kuid selle evolutsiooniline roll on sageli mööduv, kuna sellest tulenevad muutused võivad "keskmistamise" abil kiiresti siluda. Mis puudutab geenimutatsioone, siis mõned neist suurendavad diskreetset varieerumist ja sellel võib olla elanikkonnale sügavam mõju. Enamik geenimutatsioone on retsessiivsed "normaalse" alleeli suhtes, mis, olles paljude põlvkondade jooksul edukalt selektsiooni vastu pidanud, on saavutanud geneetilise tasakaalu ülejäänud genotüübiga. Olles retsessiivsed, võivad mutantsed alleelid püsida populatsioonis mitu põlvkonda, kuni nad juhtuvad kohtuma, s.t. olla homosügootses olekus ja avalduda fenotüübis. Aeg-ajalt võivad tekkida domineerivad mutantsed alleelid, mis tekitavad kohe fenotüübilise efekti.

IV. Mõne inimese päriliku haiguse ravi ja ennetamine
Meditsiinilise geneetika suurenenud huvi pärilike haiguste vastu on seletatav sellega, et paljudel juhtudel võimaldab teadmine biokeemilistest arengumehhanismidest leevendada patsiendi kannatusi. Patsiendile süstitakse ensüüme, mida kehas ei sünteesita. Näiteks suhkurtõbe iseloomustab suhkru kontsentratsiooni tõus veres, mis on tingitud hormooninsuliini ebapiisavast (või täielikust puudumisest) tootmisest kõhunäärme poolt organismis. Seda haigust põhjustab retsessiivne geen. 19. sajandil viis see haigus peaaegu vältimatult patsiendi surmani. Mõnede lemmikloomade kõhunäärmest insuliini eraldamine on päästnud paljude inimeste elu. Kaasaegsed geenitehnoloogia meetodid on võimaldanud toota palju kvaliteetsemat, humaaninsuliiniga absoluutselt identset insuliini koguses, mis on piisav, et varustada iga patsienti insuliiniga ja palju väiksemate kuludega.
Tänapäeval on teada sadu haigusi, mille puhul on biokeemiliste häirete tekkemehhanisme piisavalt põhjalikult uuritud. Mõnel juhul võimaldavad kaasaegsed mikroanalüüsi meetodid selliseid biokeemilisi häireid tuvastada isegi üksikutes rakkudes ja see omakorda võimaldab diagnoosida selliste haiguste esinemist sündimata lapsel lootevee üksikute rakkude põhjal.
Inimgeneetika tundmine võimaldab ennustada laste saamise tõenäosust pärilike haiguste all, kui üks või mõlemad abikaasad on haiged või mõlemad vanemad on terved, kuid pärilik haigus esines abikaasade esivanematel. Mõnel juhul on võimalik ennustada teise terve lapse saamise tõenäosust, kui esimest tabas pärilik haigus.
Üldrahvastiku bioloogilise ja eriti geneetilise hariduse kasvades pöörduvad abielupaarid, kellel veel lapsi pole, üha enam geneetikute poole küsimusega, kas on oht saada laps, keda mõjutab pärilik anomaalia.
Meditsiinilised geneetilised konsultatsioonid on nüüd avatud paljudes meie riigi piirkondades ja piirkondlikes keskustes. Meditsiini- ja geenikonsultatsioonide laialdane kasutamine mängib olulist rolli pärilikesse haigustesse haigestumise vähendamisel ja päästab paljusid peresid ebaõnnest, kui lapsed on ebaterved.
Praegu on paljudes riikides laialdaselt kasutusel amniotsenteesi meetod, mis võimaldab analüüsida looteveest pärit embrüo rakke. Tänu sellele meetodile saab varajases staadiumis olev naine saada olulist teavet loote võimalike kromosoomi- või geenimutatsioonide kohta ning vältida haige lapse sündi.

Järeldus
Niisiis visandati töös geneetika põhimõisted, selle meetodid ja viimaste aastate saavutused. Geneetika on väga noor teadus, kuid selle arengutempo on nii suur, et praegu on see kaasaegsete teaduste süsteemis kõige olulisem koht ja võib-olla on eelmise sajandi viimase kümnendi kõige olulisemad saavutused. seotud geneetikaga. Nüüd, 21. sajandi alguses, avanevad inimkonna ees väljavaated, mis köidavad kujutlusvõimet. Kas teadlased suudavad lähitulevikus realiseerida geneetikale omase hiiglasliku potentsiaali? Kas inimkond saab kauaoodatud vabanemise pärilikest haigustest, kas inimene suudab pikendada oma liiga lühikest eluiga ja saavutada surematuse? Praegu on meil põhjust sellele loota.
Geneetikute hinnangul asendavad 21. sajandi esimese kümnendi lõpuks tavapärased vaktsineerimised geneetilised vaktsiinid ning arstidel on võimalus teha igaveseks lõpp sellistele ravimatutele haigustele nagu vähk, Alzheimeri tõbi, diabeet ja astma. Sellel suunal on juba oma nimi – geeniteraapia. Ta sündis kõigest viis aastat tagasi. Kuid see võib peagi kaotada oma tähtsuse tänu geenidiagnostikale. Mõnede prognooside kohaselt sünnivad 2020. aasta paiku erakordselt terved lapsed: juba loote arengu embrüonaalses staadiumis suudavad geneetikud korrigeerida pärilikke probleeme. Teadlased ennustavad, et aastal 2050 püütakse inimliiki parandada. Selleks ajaks õpivad nad kujundama teatud eriala inimesi: matemaatikuid, füüsikuid, kunstnikke, luuletajaid ja võib-olla ka geeniuseid.
Ja sajandi lõpu poole täitub lõpuks inimese unistus: vananemisprotsessi saab kahtlemata kontrollida ja siis pole surematus enam kaugel.
Bibliograafia:
1. N. Grinn, Bioloogia, Moskva, MIR, 1993.
2. F. Kibernstern, Geenid ja geneetika. Moskva, “Lõige”, 1995.
3. R.G. Hare et al., Bioloogia ülikooli kandideerijatele. MN: Kõrgkool, 1999. a
4.
5. Üldbioloogia. Õpik 10-11 klassile bioloogia süvaõppega koolides. Toimetanud professor A.O. Ruchinsky. Moskva, "Valgustus" 1993.
6. Vladimir Zaselski, Igor Lalayants - “Ogonyok”, nr 10, 10. märts 1997
7. Loodus. 1999. lk 309-312 (Suurbritannia).
8.

N. Grinn, Bioloogia, Moskva, MIR, 1993.
F. Kibernstern, Geenid ja geneetika. Moskva, “Lõige”, 1995
R.G. Hare et al., Bioloogia ülikooli kandideerijatele. MN: Kõrgkool, 1999. a

Pärilikkus ja geenid, Teadus ja elu, märts 1999
M.M. Tikhomirova, Geneetiline analüüs: õpik. – L.: Leningradi ülikooli kirjastus, 1990.
M.M. Tikhomirova, Geneetiline analüüs: õpik. – L.: Leningradi ülikooli kirjastus, 1990.

Üldine bioloogia. Õpik 10-11 klassile bioloogia süvaõppega koolides. Toimetanud professor A.O. Ruchinsky. Moskva, "Valgustus" 1993.

Loodus. 1999. P.309-312 (Suurbritannia)
Pärilikkus ja geenid, Teadus ja elu, märts 1999

Tänasel integratsiooniajastul on väga raske määrata peaaegu iga teaduse piire. See kehtib ka geneetika kohta. Muidugi võime kasutada templiga " pärilikkuse ja varieerumise teadus"aga see ei anna edasi selle distsipliini täit olemust ja ulatust. Vaatamata sellele, et geneetika on kõikjal olemas – meditsiin, ajalugu, kriminoloogia ja isegi sport. Ja mida me saame öelda kaasaegse bioloogia kohta?

Kuid kuni suhteliselt hiljuti oli see noor teadus bioloogiateaduse peaaegu kõige eraldatum valdkond. Ja alles möödunud sajandi viimasel kolmandikul algas selle kiire areng.

Kuidas geneetika muutus kõikehõlmavaks

Geneetika eripäraks on alati olnud selle sünteetiline metoodika, mis eristab seda teiste bioloogia valdkondade analüütilisest metoodikast. Seega ei jaganud ta oma uurimisobjekti uurides seda osadeks, vaid uuris seda kaudselt, vaadeldes tervikut (tunnuste vahekorda ristumisel) ja lähtudes matemaatikast. Tema järelduste õigsuse kinnituseks olid ennustatud omadustega elusorganismid. Ja kuidas sai eraldiseisev teadus võib-olla kaasaegses bioloogias keskse koha?

Alates 20. sajandi 50. aastatest on kiiresti arenenud veel üks uus teadus – molekulaarbioloogia. Analüütiline teadus on algselt täiesti vastupidine geneetikale. Nende kahe distsipliini ained aga kattusid paljuski: mõlemad uurisid päriliku teabe edastamist ja rakendamist, kuid liikusid vastupidistest suundadest. Nii-öelda geneetika on "väljastpoolt", molekulaarbioloogia "seestpoolt".

Ja lõpuks, kahekümnenda sajandi lõpus "kohtusid" geneetika ja molekulaarbioloogia ning geeniuuringute spekulatiivsed objektid omandasid spetsiifilise füüsikalise ja keemilise vormi ning molekulaarbioloogiast sai sünteetiline teadus. Ja just sellest hetkest kustusid geneetika kui teaduse piirid eristamatuseni – oli võimatu kindlaks teha, kus lõppes molekulaarbioloogia või algas geneetika. Ja uue esilekerkiva sünteetilise teaduse tähistamiseks ilmus nimi "molekulaargeneetika".

Kus on klassikaline geneetika?

Pealkirja “klassikaline geneetika” hakati kasutama eelmolekulaarse perioodi geneetikale koos kõigi selle tõenäosuse ja ristamise teoorial põhinevate lähenemisviisidega. Kuid koos selle tiitliga saadeti ta "auväärsele pensionile". Klassikaline geneetika on teadus, milles rohkem avastusi ei tehta, kuid see on äärmiselt vajalik pärilikkuse ja muutlikkuse põhiseaduste mõistmiseks, ilma mille mõistmiseta poleks paljud teadusteadmised jõudnud kõrgustesse, mida nad on juba vallutanud.

Millal geneetika alguse sai?

Tavaliselt öeldakse, et geneetika sai alguse siis, kui tšehhi augustiinlasest munk Gregor Mendel tegi oma katseid hernestega. Väärib märkimist, et tolle perioodi teadusringkond ei omistanud Mendeli teostele tähtsust ja neid tunnustati mitu aastakümmet hiljem. Kuid teadlased olid pärilikkuse ja muutlikkuse küsimustega tegelenud juba enne teda, kuid nende tööd mäletatakse väga harva.

Nii hakkasid botaanikud juba 18. sajandil eksperimentaalselt uurima taimeomaduste pärilikkust. Märkimist väärib Joseph Gottlieb Koelreuter, kes töötas aastatel 1756–1761 Peterburi Teaduste Akadeemias. Seal viis ta läbi esimesed taimede kunstliku hübridiseerimise katsed, mille tulemused avaldati.

Katsetes dopingu, tubaka ja nelgiga tuvastas Kelreitor “ema” ja “isa” võrdsuse tunnuste edasikandmisel järglastele ning tõestas ka soo olemasolu taimedes. Kuid tema kõige olulisem panus teadusesse oli uus pärilikkuse uurimise meetod – kunstliku hübridisatsiooni meetod. Seda kasutades avastasid prantslased Augustin Sajray ja Charles Victor Naudin 19. sajandi keskel domineerimise fenomeni. Kõik kogutud faktid nõudsid nende endi mõistmist. Just nende faktide mõistmises seisneb Gregor Mendeli peamine eesmärk.

Kaasaegne geneetika

Kaasaegne geneetika on Mendeli klassikalistest õpetustest juba väga kaugele jõudnud ning muutub üha olulisemaks meditsiini, bioloogia, põllumajanduse ja loomakasvatuse valdkonnas. Kaasaegne geneetika on peamiselt molekulaargeneetika. Selle alusel valitakse välja kasulikud mikroorganismid, taimed ja loomad. Geneetiliselt muundatud organismidel on kasulikke omadusi, mis pole omased nende metsikutele sugulastele. Näiteks geneetiliselt muundatud kartuli lehed on söömatud Colorado kartulimardikale – kartuli ja nende kasvatajate suurimale vaenlasele. Inimkonna poolt tarbitavate geneetiliselt muundatud toitude arv kasvab iga aastaga.

Arvestades asjaolu, et suur hulk inimeste haigusi on geneetiliselt määratud, on geneetika tähtsust meditsiinis võimatu üle hinnata. Pärast inimese genoomi dešifreerimist 21. sajandi alguses muutuvad pärilike patoloogiate ennetamise ja geenide negatiivsete mõjude vastu võitlemise meetodid üha tõhusamaks. Näiteks krooniliste haiguste tekke tõenäosust ja riski saab ennustada juba ammu enne lapse sündi, samuti on tekkimas meetodid selle riski minimeerimiseks.

Kui teil on vaja lühikese aja jooksul tegeleda probleemide lahendamise või geneetika kursuste tööga, võtke meie autoritega ühendust. Aitame teil lahendada kõik õpingutega seotud probleemid, isegi kui olukord tundub lootusetu!

Kui 19. sajand astus õigustatult maailma tsivilisatsiooni ajalukku füüsika sajandina, siis 20. saj. Mina, kelles meil on õnn elada, on suure tõenäosusega määratud bioloogia ja võib-olla geneetika sajandile.

20. sajandi keskpaika ja teist poolt iseloomustas mitmete nakkushaiguste esinemissageduse märkimisväärne vähenemine ja isegi täielik kadumine, imikute suremuse vähenemine ja keskmise eluea pikenemine. Maailma arenenud riikides on tervishoiuteenuste fookus nihkunud võitlusele kroonilise inimese patoloogia, südame-veresoonkonna haiguste ja vähi vastu.

On ilmnenud, et edusammud arstiteaduse ja -praktika vallas on tihedalt seotud üld- ja meditsiinigeneetika ning biotehnoloogia arenguga. Geneetika hämmastavad saavutused on võimaldanud jõuda keha geneetiliste struktuuride ja pärilikkuse teadmiste molekulaarsele tasemele, paljastada paljude tõsiste inimhaiguste olemus ning jõuda lähedale geeniteraapiale.

Välja on arenenud kliiniline geneetika - tänapäeva meditsiini üks olulisemaid valdkondi, mis on omandanud tõelise ennetava tähtsuse. Selgus, et paljud kroonilised inimese haigused on geneetilise koormuse ilming, nende väljakujunemise ohtu saab ennustada juba ammu enne lapse sündi ning juba on ilmnenud praktilised võimalused selle koormuse surve vähendamiseks.

2001. aasta veebruaris avaldasid kaks maailma autoriteetsemat teadusajakirja Nature and Science kahe teadusrühma raportid, mis dešifreerisid inimgenoomi. 12. veebruaril 2001 välja antud ajakiri "Nature" sisaldab üksikasjalikke andmeid inimgenoomi struktuuri kohta, mille on saanud Francis Collinsi juhitud rahvusvaheline konsortsium, milles töötasid Inglismaa, Saksamaa, Hiina, USA, Prantsusmaa ja Jaapani teadlased. rahvusvaheline inimgenoomi programm valitsuse rahastuse kaasamisega. See rühm tuvastas DNA-s spetsiaalsed markerid, kergesti äratuntavad alad ja kasutas neid inimese genoomi nukleotiidjärjestuste määramiseks. Osaühingu Celera Genomics teadlased eesotsas Craig Venteriga avaldasid ajakirjas Science 16. veebruaril 2001 teistsuguse uurimisstrateegia abil saadud inimgenoomi dekodeerimise tulemused, mis lühidalt põhinevad nukleotiidide alusjärjestuste analüüsil. inimese DNA lõigud. Seega kasutati inimese genoomi dešifreerimisel kahte teaduslikku lähenemist, millest igaühel on omad plussid ja miinused. Oluline on märkida, et saadi täpselt kattuvad tulemused, mis täiendavad üksteist ja näitavad nende usaldusväärsust. DNA järjestuste uurimise täpsuse küsimus on eriti oluline seoses inimese genoomiga. Meie genoomis on suur hulk nukleotiidide kordusi. Lisaks neile sisaldavad kromosoomid telomeere, tsentromeere ja heterokromatiini tsoone, kus järjestamine on keeruline ja need on seni uurimistööst välja jäetud. Inimgenoomi dešifreerimise kohta avaldatud materjalide esialgne analüüs võimaldab märkida mitmeid tunnuseid. Inimeste geenide arv osutus oluliselt väiksemaks, kui teadlased mitu aastat tagasi eeldasid, nimetades väärtust 80-100 000 geeniks. Ajakirjas Nature avaldatud andmetel on inimestel umbes 32 000 geeni, Drosophila kärbse genoomis on 13 000, nematoodi ümarussil 19 100 ja Arabidopsise taimel 25 000 geeni. Nende väärtuste võrdlemisel tuleb meeles pidada, et hinnanguline inimese geenide arv saadi arvutigenoomika meetoditega ning kõikide geenide lõppprodukte ei ole tuvastatud. Lisaks järgib inimese genoom põhimõtet "üks geen, palju valke", see tähendab, et paljud geenid kodeerivad seotud, kuid oluliselt erinevate valkude perekonda. Samuti tuleks silmas pidada valkude translatsioonijärgset modifikatsiooni protsessi erinevate keemiliste rühmade – atsetüül, glükosüül, metüül, fosfaat ja teised – tõttu. Kuna valgu molekulis on palju selliseid rühmi, võib mitmekesisus olla peaaegu piiramatu. Inimese genoomi teine ​​tunnus on mitmesuguste viiruste ja bakterite geenide olemasolu selles, mis kogunesid järk-järgult mitme miljoni aasta pikkuse inimese evolutsiooni käigus. Akadeemik L.L. kujundliku väljenduse järgi. Kiseleva, "...inimese genoom on molekulaarne kalmistu, millel pesitsevad viiruste ja bakterite geenid, enamik neist on vait ja ei tööta."

Põllumajanduses rakendatava biotehnoloogia rakendamise rahvusvahelise talituse hiljutiste hinnangute kohaselt suureneb "geneetilise" põllukultuuri ja geneetiliste teraviljatoodete tootmise pind igal aastal 25–30%.

Kuid seni pole EL-i liikmesriigid otsustanud geenitehnoloogiate väljavaadete üle põllumajanduses ja toiduainetööstuses. Kuid kiusatus on suur: prantsuse mikrobioloogi Jean-Paul Prunier' sõnul saab "molekulidega manipuleerides ja ühte taime teise, sealhulgas kunstlikult kasvatatud rakke pookida, saada väga erinevaid puuvilju, teravilju ja juurvilju. , nad on saagikad ja peaaegu immuunsed haiguste, kahjurite, veepuuduse ja valguse või põua suhtes.
Näiteks Prantsusmaal tarbitakse praegu umbes 50 tüüpi geneetilisest maisist ja 10 geneetilisest teraviljast pärit geeniprodukte. Veelgi enam, viimased hakkavad seal, aga ka Prantsusmaa ülemereterritooriumidel juba välja tõrjuma traditsioonilisi rapsi, puuvilla, maisi, sojaubade, söödaheinte ja isegi viinamarjaistandusi.

Isaduse määramine DNA diagnostika abil

Inimese päriliku teabe kandja on DNA. Igas inimeses paikneb see 46 paaris kromosoomis. Inimene saab 23 kromosoomi oma emalt, ülejäänud 23 isalt. Iga paar on nummerdatud vastavalt rahvusvahelisele klassifikatsioonile ja kromosoomipaaride erinevused tuvastatakse visuaalselt mikroskoobi abil; Iga paari kromosoomid, välja arvatud sugukromosoomid X ja Y, loetakse samaks.

Kaasaegsed molekulaargeneetilised meetodid võimaldavad aga iga paari kromosoomi individualiseerida. See võimaldab isadust määrata DNA tasemel.

Isaduse tuvastamisel uuritakse individuaalseid erinevusi teatud paaristatud kromosoomide DNA-s. Kõigepealt tehakse kindlaks, millise paari kromosoomi laps sai emalt, seejärel võrreldakse ülejäänud kromosoomi oletatava isa kromosoomidega.

Kaasaegse geneetika muud võimalused

Praeguseks on tuvastatud suur hulk geene, mille ebasoodsad variandid võivad vahendada gestoosi tekkimist, lähtudes praegu teadaolevatest võimalikest teedest selle patogeneesi aluseks oleva endoteeli düsfunktsiooni tekkeks. Preeklampsia geneetiline komponent hõlmab mitte ainult ema, vaid ka loote geneetilist polümorfismi ja võib moodustada kuni 50% kõigist preeklampsia teket mõjutavatest teguritest; eeskätt on need peamise histosobivuse kompleksi geenid, tsütokiinide ja kasvufaktorite geenid, endoteeli poolt sünteesitud vasoaktiivsete ainete geenid, hemostaasisüsteemi geenid, veresoonte toonuse geenid ja antioksüdantide süsteemi geenid.

Tänapäeval usuvad teadlased, et peaaegu kõik haigused on määratud pärilike teguritega, mis avalduvad teatud keskkonnatingimustes. Anname inimesele teavet teatud haiguse eelsoodumuse geeni variandi (soodsa või ebasoodsa) kohta. Oluline on mõista, et geneetiline pass aitab ennustada haiguse võimalust, mitte selle absoluutset esinemist. Teades oma geneetilist eelsoodumust, saate kohandada oma elustiili nii, et see vähendab haiguse tekkimise tõenäosust.

Kõrgete sportlike saavutuste eest vastutavate geenide uurimine on professionaalsete sportlaste jaoks väga oluline. Meie laboris toimub sportlaste DNA sertifitseerimine, kasutades 20 peamise geeni komplekti, millel on oluline mõju luu- ja lihaskonna seisundile, vastupidavusele, kiirusele, jõule, hüpoksiaga kohanemisele ja kehalise aktiivsuse järgsele taastumisvõimele. Uurides näiteks Valgevene laskesuusatamise olümpiakoondise hüpoksia (hapnikunälga) kalduvust, tuvastasime mõned mitte eriti soovitavad geenid, tänu millele oli võimalik treeningprotsessi reguleerida ja koormust optimeerida.

Reumatoloogiainstituudis on viimase 25 aasta jooksul tehtud süstemaatilisi uuringuid reumaatiliste haiguste päriliku eelsoodumuse struktuuri kohta, kasutades genealoogilisi, kaksik-, populatsioonigeneetilisi, immunogeneetilisi ja molekulaargeneetilisi uurimismeetodeid.

Läbiviidud uuringud, aga ka välisautorite tööd on näidanud, et geneetiliste tegurite panus reumaatiliste haiguste määramisel prevaleerib keskkonnategurite panusest. See avab väljavaated reumaatiliste haiguste suhtes vastuvõtlikkuse geenide otsimiseks, kasutades "pöördgeneetika" metoodikat. "Pöördgeneetika" strateegia seoses tundlikkuse geenide otsimisega esimeses etapis eeldab nende lokaliseerimist konkreetse kromosoomi konkreetses piirkonnas (st kaardistamist), kasutades aheldusanalüüsi geneetiliste markeritega, mille kromosomaalne lokaliseerimine on juba teada. Seoste analüüs on analüüs haiguse ühise või iseseisva pärimise ja geneetiliste markerite perekonnas. Mida lähemal haigusele vastuvõtlikkuse geen ja geneetilised markergeenid paiknevad kromosoomis, seda sagedamini päranduvad need koos sugupuudega, mis võimaldab nendevahelise rekombinatsiooni sageduse indikaatorite abil määrata tundlikkusgeeni kromosoomi lokalisatsiooni. Seose kvantitatiivne indikaator on selle esinemise poolt ja vastu esinevate koefitsientide suhte logaritm uuritavas perekonnas – lod-score. Lod-skooride koguväärtus perede valimi puhul, mis on võrdne +3,0 või rohkem (mis vastab tõenäosusele p = 0,001 või vähem), näitab seose olemasolu, samas kui väärtus -2,0 või vähem näitab selle puudumist.

Tundlikkuse geeni tuvastamiseks sidestusanalüüsi abil kasutatakse peamiselt kahte lähenemisviisi:

A) valitakse välja põhigeeni rolli kandidaatgeenid ja uuritakse nende polümorfismi informatiivsetes perekondades, millele järgneb lod-skooride arvutamine ning selle näitaja negatiivne väärtus (-2,0 või vähem) võimaldab selgelt välistada kandidaatgeen põhigeeni rolli kandidaatidest;

B) valitakse polümorfsed, üsna informatiivsed (kõrge heterosügootsuse tasemega) DNA markerid (kromosoomi kohta 15 või rohkem), testitakse perekondi, millele järgneb seose analüüs haiguse ja kõigi kasutatud markerite vahel. Sellise analüüsi tulemusel saadud lod-score väärtused aitavad määrata kromosoomi segmenti, milles haigustundlikkuse geen võib paikneda.

Seega avab “pöördgeneetika” metoodika võimaluse otsida vastuvõtlikkusgeene, omamata eelinfot nende arvu, funktsiooni ja tähtsuse kohta haiguse etiopatogeneesis.

Ülaltoodud metoodika raames on viimastel aastatel tehtud laialdast tundlikkusgeenide otsingut mitmete reumaatiliste haiguste suhtes. Seega Shiozawa et al. (1997) skriiniti kõiki kromosoome peredes, kus esines korduvaid reumatoidartriidi juhtumeid, kasutades selleks 358 polümorfset DNA markerit. Töö tulemusena tuvastati aheldusanalüüsi kasutades kaks perspektiivset piirkonda X-kromosoomil reumatoidartriidi tundlikkuse geenide otsimiseks, milles on lokaliseeritud kasvaja nekroosifaktori retseptori geen ja CD40 ligandi geen, mis vastavalt 2008.a. autorid on PA-le vastuvõtlikkuse kandidaatgeenid. F. Cornelis et al. (1997), kasutades sarnast metoodikat, tuvastasid kaks kriitilist kromosomaalset piirkonda, mille markerid on seotud reumatoidartriidiga ja võivad sisaldada haigustundlikkuse geene. Üks nendest piirkondadest asub X-kromosoomis (lokalisatsioon vastab Jaapani autorite andmetele), teine ​​aga 3. kromosoomi samas segmendis, kus asub IDDM9 geen, mis on üks määravatest geenidest. tundlikkus insuliinsõltuva diabeedi suhtes. Autorite sõnul on selle geeni panus haiguse määramisse umbes 27%.

Kirjeldus

Praegu on meditsiinis üks kiiremini kasvavaid valdkondi meditsiinigeneetika. See nähtus on suuresti võlgu 20.–21. sajandi vahetusel toimunud avastuste laviinile raku- ja molekulaarbioloogia vallas.

Peamine saavutus selles vallas väärib märkimist rahvusvahelise uurimisprojekti “Inimese genoom” edukas lõpuleviimine, mis avas tee meie genoomi geneetilist informatsiooni puudutavate teadmiste praktilisele rakendamisele praktiliseks kasutamiseks meditsiinis. Lisaks inimgenoomi ja selle toimimise seaduspärasuste kohta hangitud hiiglaslikele infomahtudele on tehnoloogilised läbimurded võimaldanud luua nukleotiidjärjestuste määramise tehnoloogiaid, mis võimaldavad genoomist kiirelt vajalikku infot ammutada.

Meditsiinilise geneetika põhiroll on inimese haiguste patogeneesi päriliku komponendi väljaselgitamine, eelsoodumuse kindlaksmääramine teatud hulga multifaktoriaalsete haiguste tekkeks ja nende õigeaegne diagnoosimine. Geneetiliste tegurite mõju kirjeldatakse kahe põhitasemega haiguste puhul: pärilikud haigused, mille hulka võivad kuuluda kromosoomi- ja geenihaigused; ja multifaktoriaalsed haigused, mis hõlmavad enamikku inimeste levinumaid haigusi.

Kromosomaalsed haigused

Neid põhjustavad häired kromosoomide arvuliste ja struktuursete aberratsioonide tasemel - raku tuuma hiiglaslikud struktuurid, mille põhiülesanne on DNA - peamise geneetilise teabe kandja - keeruline mitmetasandiline pakendamine. Kromosomaalsete aberratsioonide esinemine toimub reeglina sugurakkude küpsemise ajal ja põhjustab embrüo surma varases arengujärgus. Kui need püsivad, on need päritud üsna harva, 4-5% juhtudest. Sellesse rühma kuuluvad Downi, Patau, Edwardsi, Shereshevsky-Turneri, Klinefelteri sündroomid, mis on põhjustatud kromosoomide arvu rikkumisest, ja mitmed (üle 700 kirjeldatud nosoloogilise vormi) haigused, mis on põhjustatud kromosoomide struktuuri häiretest - deletsioonid, dubleerimised ja inversioonid.

Geenihaigused

Neid põhjustavad mutatsioonid struktuursetes geenides, mis täidavad oma funktsiooni polüpeptiidide – valkude sünteesi kaudu. Samuti nimetatakse selliseid haigusi monogeenseteks, kuna ainult ühe meie genoomis leiduvast 22 000–24 000 funktsionaalsest geenist on häiritud. See hõlmab peamiselt ainevahetushaigusi. Mõned neist on seotud aminohapete metabolismi häiretega - fenüülketonuuria, albinism, alkaptonuuria. Teised on seotud süsivesikute (galaktoseemia), lipiidide (Niemanni-Picki ja Gaucheri sündroomid), lämmastikku sisaldavate aluste (podagra, Lesch-Nyhani sündroom) ja metallide (Wilson-Konovalovi tõbi) ainevahetushäiretega. Sidekoe ainevahetushäired põhjustavad Marfani sündroomi ja fibrodüsplaasiat ning imendumishäired seedetraktis tsüstilise fibroosi ja laktoositalumatust. Sageli on ühe geeni muutuste või funktsiooni kadumise tagajärjel häiritud kogu ainevahetussüsteemi normaalne toimimine, mis toob kaasa pöördumatud patoloogilised seisundid. Esineb hüpertensiooni, Alzheimeri ja Parkinsoni tõve, epilepsia, immuunpuudulikkuse ja erinevate vähivormide monogeenseid vorme. Reeglina määrab nende haiguste arengu rangelt geenimutatsioon ning keskkonnategurid nende kulgu oluliselt ei mõjuta. Hoolimata ilmsetest edusammudest geenihaiguste olemuse kindlaksmääramisel, on nende ravi väga raske.

Multifaktoriaalsed haigused

Need tekivad pärilike geneetiliste tegurite ja ebasoodsate keskkonnategurite koosmõjul, mis koos moodustavad eelsoodumuse haigusele. Valdav enamus inimese kroonilistest haigustest on multifaktoriaalsed, sealhulgas põletikulised, kardiovaskulaarsed, endokriinsed, onkoloogilised jne. Multifaktoriaalsete haiguste geneetiline komponent ei ole enamikul juhtudel mitte üksik geenide häire (mutatsioon), vaid nende polümorfsed variandid ehk alleelid, esinevad populatsioonis pidevalt üsna suure sagedusega. Tavaliselt (kuid mitte alati) erinevad polümorfsed alleelid ühe nukleotiidi asendusega, seetõttu nimetatakse neid ühe nukleotiidi polümorfismideks või SNP-deks (ühe nukleotiidi polümorfism). SNP-d ei paikne mitte ainult geeni kodeerivas piirkonnas (eksonis), põhjustades muutusi selle kodeeritava valguprodukti aminohappelises koostises. Väga sageli paiknevad SNP-d genoomi mittekodeerivates piirkondades, peamiselt promootorpiirkondades, reguleerides geeniekspressiooni. Geene endid, mille populatsioonis on mitu alleeli, mis erinevad oma mõju poolest konkreetsete haiguste arengule, nimetatakse vastuvõtlikkusgeenideks või kandidaatgeenideks. SNP-de olemasolu neis ei inhibeeri nende funktsiooni, vaid muudab (ükskõik millises suunas) nende ekspressiooni või nihutab vastava valgu (ensüümi) aktiivsust.

Kuna iga inimkeha rakk sisaldab kahekordset geneetilise materjali komplekti, võivad ühe kandidaatgeeni kaks erinevat alleeli eksisteerida kolmes olekus: normaalne homosügoot (kaks normaalset alleeli), heterosügoot (üks normaalne ehk "metsikut tüüpi" alleel). , teine ​​patoloogiline , kannab SNP-d ja patoloogiline homosügoot (kaks patoloogilist alleeli). Erinevates olukordades võib SNP ebasoodne mõju patoloogilisele alleelile avalduda nii patoloogiliste homosügootsete kui ka heterosügootsete vormidena. Enamikul juhtudel ei põhjusta ühe ebasoodsa alleeli olemasolu haiguse arengut. Patoloogilise protsessi käivitamiseks on vajalik mitme mutantse alleeli, tavaliselt homosügootse, ja ebasoodsate keskkonnategurite koosmõju.

Praegu on iga multifaktoriaalse haiguse puhul tuvastatud üsna lai valik geene, mis on seotud teatud ainevahetussüsteemi toimimise ühise mõju kujunemisega, mis vastutab ühe kehasüsteemi elutähtsa aktiivsuse eest. Need geenid moodustavad spetsiifilise "geenivõrgustiku" ja iga haiguse puhul sellises võrgustikus osalevate geenide arv kasvab pidevalt. Kokku on praegu inimese genoomis teada umbes 150 miljonit erinevat SNP-d, millest umbes miljon võib potentsiaalselt mõjutada geenide talitlust. Tegelikkuses võib üsna väike arv SNP-sid avaldada reaalset mõju haiguse vastuvõtlikkuse kujunemisele. Seetõttu on selle meditsiinigeneetika osa põhiülesanne tõelise “geenivõrgu” koostamine, selles sisalduvate tsentraalsete geenide ja polümorfismide tuvastamine ning pärilike ja keskkonnategurite koostoimete uurimine. Nende teadmiste põhjal töötatakse iga patsiendi jaoks individuaalselt välja ennetus- ja ravimeetmete komplekt, võttes arvesse tema ainulaadset genotüüpi. See on strateegiline alus uuele kiiresti arenevale valdkonnale, mida nimetatakse ennustavaks meditsiiniks.

Tänapäeval koguneb üha rohkem tõendeid epigeneetilise varieeruvuse olulise ja võib-olla isegi juhtiva rolli kohta päriliku eelsoodumuse kujunemisel. Enamik polümorfisme on normaalsed variandid ja iga konkreetse SNP mõju haiguse arengule tuleb käsitleda tervikuna. Iga juhtumi analüüsimisel tuleb arvestada pärilike tegurite (SNP) maksimaalse arvuga, võrrelda neid alleelisagedustega erinevates inimeste valimites ja kindlasti võtta arvesse välistegurite mõju.

Teine suund meditsiinigeneetika arengus, mis põhineb inimese individuaalse genoomi analüüsil, on farmakogeneetika. Siin uurime organismi individuaalsete omaduste mõju ravimite metabolismile. Nüüd on teada üsna suur hulk ravimeid, mille biokeemilisi ilminguid kirjeldatakse sõltuvalt patsiendi genotüübist. Märkimist väärivad suksametoonium, sulfoonamiidid, klorotiasiid, tolbutamiid, varfariin, amfetamiinid, beetablokaatorid jne. Erinevate haiguste raviskeemide väljatöötamine, võttes arvesse patsiendi geneetilist seisundit, et minimeerida kõrvaltoimeid ja tugevdada ravimi terapeutilist toimet. - kaasaegsed võimalused organismi ainevahetuses ja detoksikatsioonis osalevate geenide geneetiliseks tüpiseerimiseks.

Tänu meditsiinigeneetika edusammudele on nüüdseks muutumas iga patsiendi jaoks üsna kättesaadavaks geneetilise passi, muutuva genotüübi lookuste teabe kogum, saamine. Peamine suund on siin uurida võimalikult palju polümorfisme, hinnates samal ajal hoolikalt nende individuaalset mõju ja lisades geneetilisi andmeid multifaktoriaalse haiguse arengu üldpilti. Kasutades ära geneetilise informatsiooni muutumatust elu jooksul (erandiks on haruldased somaatilised mutatsioonid), saab sellist geneetilist passi pidevalt laiendada, uurida uusi potentsiaalseid geene ja lookusi, optimeerides iga patsiendi ravistrateegiat ja taktikat.