Fonksiyonel genlerdeki değişikliklerin sonuçları. kalıtsal değişkenlik

Chicago Üniversitesi mezunu Dr. Josiah Zayner, CRISPR'ın evde genomu düzenlemesine olanak tanıyan bir dizi araç ve malzeme oluşturdu. Bilim adamına göre, ucuz bir set, günümüzde DNA'ya müdahalenin, sonuçları öngörülemeyen bir sanat değil, yaygın bir zanaat olduğunu gösteriyor. Bilim adamının kendisi bu fikri isteyerek gösteriyor: Dairesinde, mutfakta kendi kitini kullanarak oluşturulan genetiği değiştirilmiş bakterilerin bulunduğu birçok Petri kabı var.

Biyolog Josiah Zayner, biyolojik bilimin en gelişmiş bölümünü popüler hale getirmek için yeni bir yaklaşım sunuyor

CRISPR genom düzenleme aracı üç yıl önce icat edildi ve DNA'yı değiştirmenin basit, hızlı ve kesin bir yoludur. Ancak şimdiye kadar CRISPR yalnızca uzman laboratuvarlardaki kalifiye uzmanlar tarafından kullanılıyordu.

CRISPR tekniği genomu mutfakta bile düzenlemenize olanak tanır

Josiah Zainer, genom müdahalesi için basitleştirilmiş ve erişilebilir bir CRISPR araç setini pazara sunan ilk kişi oldu. Bu provokatif bir girişim, çünkü günümüzde toplumun yaşam tarzı ve düşünce biçimi büyük ölçüde terörizm tarafından şekillendiriliyor. Sonuç olarak, evde bakterilerin genetik modifikasyonu çoğu durumda biyoteröristlere yönelik öldürücü türlerin gelişmesiyle ilişkilidir.

Bilim insanları ayrıca, profesyonel olmayan kişilerin yanlışlıkla antibiyotiklere dirençli süper mikroorganizma türleri yaratabileceğinden de korkuyor. Bu tür bakteri ve mantarlar insanlara zararsız gibi görünseler bile çevrede öngörülemeyen değişikliklere neden olabilirler.

Kitteki gen modifikasyonları güvenlidir ve mikroorganizmaların renk gibi dış parametrelerinde yalnızca küçük değişikliklere izin verir.

Ancak Zainer'e göre kitinde yalnızca zorlu ortamlarda hayatta kalamayan ve uzun süre yaşayamayan zararsız bakteri ve mayalar bulunuyor. Kit araçlarını kullanan gen modifikasyonu, renk veya koku gibi özelliklerinde yalnızca küçük değişikliklere izin verir.

Genetik mühendisliğinde ev deneyleri için bir kitin maliyeti 120 dolar

Josiah Zayner, işe alınması sayesinde birçok yetenekli ve meraklı kişinin biyolojiye büyük katkı sağlayabileceğine inanıyor. Genetik mühendisliğine olan ilginin bilim açısından büyük değeri vardır, bu nedenle ucuz bir Zayner kiti biyoloji tarihinde birkaç pahalı, son teknoloji laboratuvardan çok daha büyük bir rol oynayabilir.

Kitlesel fonlamanın, Zayner'in projesine 55.000 dolardan fazla, yani evde gen düzenleme kiti geliştiricisinin planladığından %333 daha fazla kazandırdığını belirtmek gerekir.

Mutasyonlar (Latince mutatio'dan - değişime) kalıtsal olarak genlerdeki yapısal değişikliklerdir.

Büyük mutasyonlara (genomik yeniden düzenlemeler), genomun nispeten büyük bölümlerinin kaybı veya değişimi eşlik eder; bu tür mutasyonlar, kural olarak, geri döndürülemez.

Küçük (nokta) mutasyonlar, tek tek DNA nükleotidlerinin kaybı veya eklenmesiyle ilişkilidir. Bu durumda yalnızca az sayıda özellik değişir. Bu tür değiştirilmiş bakteriler tamamen orijinal durumlarına dönebilir (geri dönebilir).

Özellikleri değiştirilmiş bakterilere mutant denir. Mutant oluşumuna neden olan faktörlere mutajen denir.

Bakteriyel mutasyonlar kendiliğinden ve uyarılmış olarak ikiye ayrılır. Kendiliğinden (kendiliğinden) mutasyonlar, kontrol edilemeyen faktörlerin etkisi altında, yani deneycinin müdahalesi olmadan meydana gelir. İndüklenmiş (hedefli) mutasyonlar, mikroorganizmaların özel mutajenlerle (kimyasallar, radyasyon, sıcaklık ve

Bakteriyel mutasyonlar sonucunda şunlar not edilebilir: a) morfolojik özelliklerde değişiklik b) kültürel özelliklerde değişiklik c) mikroorganizmalarda ilaçlara karşı direnç oluşması d) amino asitleri sentezleme, kullanma yeteneğinin kaybı karbonhidratlar ve diğer besinler e) patojenik özelliklerin zayıflaması vb.

Dönüşüm. Dönüşüm sırasında başka bir hücrenin DNA'sını kabul edebilen hücrelere yetkin hücreler denir.

Transdüksiyon, genetik bilginin (DNA) bir bakteriyofajın katılımıyla bir donör bakterisinden alıcı bir bakteriye aktarılmasıdır. Dönüştürücü özellikler esas olarak ılıman fajlardır. Bakteri hücresinde üreyen fajlar, bakteriyel DNA'nın bir kısmını kendi DNA'larına dahil ederek alıcıya aktarırlar.

Üç tür transdüksiyon vardır: genel, spesifik ve abortif.

1. Genel transdüksiyon, bakteri kromozomunun farklı kısımlarında bulunan farklı genlerin transferidir.

Aynı zamanda, donör bakterileri alıcıya çeşitli özellikleri ve özellikleri (yeni enzimler oluşturma yeteneği, ilaçlara direnç vb.) aktarabilir.

2. Spesifik transdüksiyon, bakteri kromozomunun özel bölgelerinde lokalize olan yalnızca bazı spesifik genlerin faj tarafından aktarılmasıdır. Bu durumda yalnızca belirli özellikler ve özellikler aktarılır.

3. Abortif transdüksiyon - donörün kromozomunun bir parçasının faj yoluyla aktarılması. Genellikle bu parça alıcı hücrenin kromozomunda yer almaz, sitoplazmada dolaşır. Alıcı hücre bölündüğünde, bu parça iki kardeş hücreden yalnızca birine aktarılır ve ikinci hücre, alıcının değişmemiş kromozomunu alır.

Fajların dönüştürülmesinin yardımıyla, toksin, sporlar, flagella oluşturma, ek enzimler üretme, ilaç direnci vb. gibi bir dizi özellik bir hücreden diğerine aktarılabilir.

Konjugasyon, genetik materyalin bir bakteriden diğerine doğrudan hücre teması yoluyla aktarılmasıdır. Genetik materyali aktaran hücrelere donör, bunu alan hücrelere ise alıcı denir. Bu süreç donör hücresinden alıcı hücreye kadar tek taraflıdır.

Donör bakterileri F+ (erkek tipi) ve alıcı bakterileri F- (dişi tipi) olarak adlandırılır. F + ve F hücrelerinin yakın yaklaşımıyla aralarında sitoplazmik bir köprü belirir. Köprünün oluşumu F faktörü (İngilizce'den. Doğurganlık - doğurganlık) tarafından kontrol edilir. Bu faktör, genital villusun (sex pili) oluşumundan sorumlu genleri içerir. Yalnızca F faktörünü içeren hücreler donör işlevini yerine getirebilir. Alıcı hücreler bu faktörden yoksundur. Geçiş sırasında F faktörü donör hücresinden alıcıya aktarılır. F faktörünü alan dişi hücrenin kendisi donör (F +) olur.

Konjugasyon işlemi mekanik olarak, örneğin çalkalanarak kesilebilir. Bu durumda alıcı, DNA'da bulunan eksik bilgiyi alır.

Konjugasyon, diğer rekombinasyon türleri gibi, yalnızca aynı türün bakterileri arasında değil, aynı zamanda farklı türlerin bakterileri arasında da meydana gelebilir. Bu durumlarda rekombinasyona türler arası denir.

Plazmitler, bir bakteri hücresinin nispeten küçük kromozom dışı DNA molekülleridir. Sitoplazmada bulunurlar ve dairesel bir yapıya sahiptirler. Plazmitler, kromozomal DNA'da bulunan genlerden bağımsız olarak işlev gören çeşitli genler içerir.

Lizojenik bir hücrede bir dizi kalıtsal değişikliğe neden olan profajlar, örneğin toksin oluşturma yeteneği (bkz. transdüksiyon).

Özerk bir durumda olan ve konjugasyon sürecinde yer alan F faktörü (bkz. Konjugasyon).

Hücrenin ilaçlara karşı direncini veren R faktörü (ilk kez R faktörü Escherichia coli'den, ardından Shigella'dan izole edildi). Çalışmalar, genellikle plazmidlerin özelliği olan R faktörünün hücreden uzaklaştırılabildiğini göstermiştir.

K faktörünün tür içi, türler arası ve hatta türler arası geçirgenliği vardır; bu da teşhisi zor atipik suşların oluşumuna neden olabilir.

İlk olarak Escherichia coli (E. coli) kültüründe keşfedilen bakteriyosinojenik faktörler (kol-faktörler), bunlarla bağlantılı olarak kolisin olarak adlandırılır. Daha sonra diğer bakterilerde de bulundular: vibrio cholerae - vibriosinler, stafilokoklar - stafilosinler vb.

Col-faktörü, kendi türündeki veya yakından ilişkili bir bakterinin ölümüne neden olabilecek protein maddelerinin sentezini belirleyen küçük otonom bir plazmiddir. Bakteriyosinler hassas hücrelerin yüzeyine adsorbe edilir ve metabolik bozukluklara neden olur, bu da hücre ölümüne yol açar.

Doğal koşullar altında, bir popülasyondaki yalnızca birkaç hücre (1000'de 1) kendiliğinden kolisin üretir. Ancak kültür üzerindeki belirli etkiler altında (bakterilerin UV ışınlarıyla tedavisi) kolisin üreten hücrelerin sayısı artar.

MİKROKORAHİNLERİN DEĞİŞKENLİĞİNİN PRATİK ÖNEMİ

Hatta Pasteur bile kuduz ve şarbon patojenlerinde yapay olarak geri dönüşü olmayan değişiklikler elde etti ve bu hastalıklara karşı koruma sağlayan aşılar hazırladı. Genetik ve mikroorganizmaların çeşitliliği alanında yapılan daha ileri araştırmalar, aşı elde etmek için kullanılan çok sayıda bakteri ve viral suşun elde edilmesini mümkün kıldı.

Mikroorganizmaların genetiği üzerine yapılan çalışmaların sonuçları, yüksek organizmalardaki kalıtım kalıplarını aydınlatmak için başarıyla kullanıldı.

Genetiğin yeni bir dalı olan genetik mühendisliği de büyük bilimsel ve pratik öneme sahiptir.

Genetik mühendisliği yöntemleri, genlerin yapısını değiştirmeyi ve önemli ve gerekli maddelerin sentezinden sorumlu diğer organizmaların genlerini bakteri kromozomuna dahil etmeyi mümkün kılar. Sonuç olarak mikroorganizmalar, kimyasal yollarla üretimi çok zor, hatta bazen imkansız olan bu tür maddelerin üreticisi haline gelir. Bu sayede günümüzde insülin, interferon vb. ilaçlar elde ediliyor, mutajenik faktörler ve seleksiyon kullanılarak orijinallerinden 100-1000 kat daha aktif olan mutantlar-antibiyotik üreticileri elde ediliyor.

9. Bağışıklığın genetiği

Yüksek hayvanların organizmasının bağışıklık tepkisinin genetik belirlenmesi

Monospesifik antikorların sentez mekanizması ve bağışıklık hafızası

Vücudun bağışıklık tepkisi seviyesinin kalıtsallığı ve enfeksiyonlara karşı direnç için hayvanların seçilmesi olasılığı.

Bağışıklık, vücudun bulaşıcı ajanlara ve antijenik nitelikteki genetik olarak yabancı maddelere karşı bağışıklığıdır. Bağışıklığın ana işlevi, vücudun iç istikrarının (homeostaz) immünolojik denetimidir.

Bu işlevin sonucu, genetik olarak yabancı maddelerin (virüsler, bakteriler, kanser hücreleri vb.) tanınması ve ardından bloke edilmesi, etkisiz hale getirilmesi veya yok edilmesidir. Vücudun bağışıklık sistemi, yani tüm lenfoid hücrelerin toplamı (spesifik bir koruma faktörü), genetik olarak belirlenmiş biyolojik bireyselliğin korunmasından sorumludur. Spesifik olmayan koruyucu faktörler arasında cilt ve mukoza zarları bulunur. Bağışıklık tepkisi veya immünolojik reaktivite, yabancı maddelere (antijenler) karşı vücut reaksiyonlarının bir şeklidir. Antikorların ana işlevi, antijen ile glutinasyon, çökelme, lizis, nötralizasyon reaksiyonu şeklinde hızlı bir reaksiyona girme yetenekleridir.

10. Kan grupları ve biyokimyasal polimorfizm.

Kan grupları kavramı

Kan gruplarının kalıtsallığı

Hayvancılıkta kan gruplarının pratik uygulaması

Polimorfik protein sistemleri ve hayvan verimliliği ile ilişkileri

Kan gruplarını ve polimorfik protein sistemlerini belirleme yöntemleri.

Kan grupları 1900'de (insanlarda) keşfedildi ve 1924'te açıklandı. 1936'da ise immünogenetik terimi kullanıldı. Türler içinde bireyler, antijenler biçiminde immünogenetik olarak tespit edilebilen bir dizi kimyasal, genetik olarak belirlenmiş özellikler bakımından farklılık gösterir (genetik olarak yabancı maddeler vücuda girdiğinde immünogenetik reaksiyonlara neden olur). Antikorlar, vücutta antijenlerin etkisi altında oluşan immünoglobulinlerdir (proteinler); kan gruplamasındaki farklılıklar, kırmızı kan hücrelerinin yüzeyinde bulunan antijenler tarafından belirlenir. Antijenik faktörlere bazen kan faktörleri de denir; bir kişinin tüm kan gruplarının toplamına kan grubu denir. Hayvanlarda kan grubu doğumdan sonra değişmez. Kan gruplarının ve antijenlerin genetik sistemleri büyük ve küçük harflerle gösterilir - A, B, C, vb. Pek çok antijen vardır, bu nedenle A, B, C sembolleriyle ve A1, A2 vb. alt simgelerle yazarlar.

Ana Sayfa | Hakkımızda | Geri bildirim

GENOTİPİK (KALITSIZ) DEĞİŞKENLİK

Genotipik değişkenlik, mutasyonlar ve genetik rekombinasyonların bir sonucu olarak ortaya çıkabilir.

Mutasyonlar (Latince mutatio - değişimden gelir) genlerdeki kalıtsal yapısal değişikliklerdir.

Büyük mutasyonlara (genomik yeniden düzenlemeler), genomun nispeten büyük bölümlerinin kaybı veya değişimi eşlik eder; bu tür mutasyonlar genellikle geri döndürülemez.

Küçük (nokta) mutasyonlar, bireysel DNA bazlarının kaybı veya eklenmesiyle ilişkilidir. Bu durumda yalnızca az sayıda özellik değişir. Bu tür değiştirilmiş bakteriler tamamen orijinal durumlarına dönebilir (geri dönebilir).

Özellikleri değiştirilmiş bakterilere mutant denir. Mutant oluşumuna neden olan faktörlere mutajen denir.

Bakteriyel mutasyonlar kendiliğinden ve uyarılmış olarak ikiye ayrılır. Kendiliğinden (kendiliğinden) mutasyonlar, kontrol edilemeyen faktörlerin etkisi altında meydana gelir; deneycinin müdahalesi olmadan. İndüklenmiş (yönlendirilmiş) mutasyonlar, mikroorganizmaların özel mutajenlerle (kimyasallar, radyasyon, sıcaklık vb.) Tedavisi sonucu ortaya çıkar.

Bakteriyel mutasyonlar şunlarla sonuçlanabilir:

a) Morfolojik özelliklerde değişiklik

b) kültürel varlıklardaki değişim

c) Mikroorganizmalarda ilaçlara karşı direncin ortaya çıkması

d) Amino asitleri sentezleme, karbonhidratları ve diğer besin maddelerini kullanma yeteneğinin kaybı

e) patojenik özelliklerin zayıflaması vb.

Bir mutasyon, mutajenik hücrelerin popülasyonun diğer hücrelerine göre avantajlar kazanmasına yol açarsa, o zaman bir mutant hücre popülasyonu oluşur ve edinilen tüm özellikler kalıtsaldır. Mutasyon hücreye avantaj sağlamıyorsa, kural olarak mutant hücreler ölür. genetik rekombinasyon. Dönüşüm. Dönüşüm sırasında başka bir hücrenin DNA'sını kabul edebilen hücrelere yetkin hücreler denir. Yeterlilik durumu sıklıkla logaritmik büyüme aşamasına denk gelir.

Transdüksiyon, genetik bilginin bir bakteriyofajın katılımıyla bir donör bakterisinden alıcı bir bakteriye aktarılmasıdır. Dönüştürücü özellikler esas olarak ılıman fajlardır. Bakteri hücresinde üreyen fajlar, bakteriyel DNA'nın bir kısmını kendi DNA'larına dahil ederek alıcıya aktarırlar. Üç tür iletim vardır: genel, spesifik ve abortif.

1. Genel transdüksiyon, bakteriyel kromozomun farklı kısımlarında bulunan çeşitli genlerin transferidir. Aynı zamanda, donör bakterileri alıcıya çeşitli özellikleri ve özellikleri (yeni enzimler oluşturma yeteneği, ilaçlara direnç vb.) aktarabilir.

2. Spesifik transdüksiyon bir transferdir
yalnızca bakteriyel kromozomun özel bölgelerinde lokalize olan bazı spesifik genleri fajlar. Bu durumda yalnızca belirli özellikler ve özellikler aktarılır.

3. Abortif transdüksiyon - donör kromozomundaki tek bir enzimin fajıyla transfer. Genellikle bu parça alıcı hücrenin kromozomunda yer almaz, sitoplazmada dolaşır. Alıcı hücre bölündüğünde, bu parça iki kardeş hücreden yalnızca birine aktarılır ve ikinci hücre, alıcının değişmemiş kromozomunu alır.

Fajların dönüştürülmesinin yardımıyla, toksin, sporlar, flagella oluşturma, ek enzimler üretme, ilaç direnci vb. gibi bir dizi özellik bir hücreden diğerine aktarılabilir.

Konjugasyon, genetik materyalin bir bakteriden diğerine doğrudan hücre teması yoluyla aktarılmasıdır. Genetik materyali bağışlayan hücrelere donör, bunu alan hücrelere ise alıcı denir. Bu süreç donör hücresinden alıcı hücreye kadar tek taraflıdır.

Donör bakterileri F+ (erkek tipi) ve alıcı bakterileri F- (dişi tipi) olarak adlandırılmıştır. F+ ve F- hücreleri birbirine yaklaştığında aralarında sitoplazmik bir köprü oluşur. Köprünün oluşumu F faktörü (İngiliz doğurganlığından - doğurganlığından) tarafından kontrol edilir. Bu faktör, genital villusun (sex-pili) oluşumundan sorumlu genleri içerir. Donörün işlevi yalnızca F faktörünü içeren hücreler tarafından gerçekleştirilebilir. Alıcı hücreler bu faktörden yoksundur. Geçiş sırasında F faktörü donör hücresinden alıcıya aktarılır. F faktörünü alan dişi hücrenin kendisi donör (F +) olur.

Konjugasyon işlemi mekanik olarak, örneğin çalkalanarak kesilebilir. Bu durumda alıcı, DNA'da bulunan eksik bilgiyi alır.

Genetik bilginin konjugasyon yoluyla aktarımı en iyi şekilde Enterobacteriaceae'de incelenmiştir.

Konjugasyon, diğer rekombinasyon türleri gibi, sadece aynı türün bakterileri arasında değil, farklı türlerin bakterileri arasında da gerçekleştirilebilir, bu durumlarda rekombinasyona türler arası denir.

Genotipik değişkenlik kalıtsaldır

Şekil 54 Plazmitler (kromozom dışı DNA molekülleri)

Plazmidlerin tipik bir özelliği, kendi kendini çoğaltma (kopyalama) yetenekleridir.

Ayrıca bir hücreden diğerine geçebilirler ve çevreden gelen yeni genleri de bünyelerine katabilirler. Plazmitler şunları içerir:

Profajlar. lizojenik hücrede kalıtsal bir takım değişikliklere neden olur, örneğin toksin oluşturma yeteneği (bkz. transdüksiyon). Özerk bir durumda olan ve konjugasyon sürecinde yer alan F faktörü (bkz. Konjugasyon).

Hücrenin ilaçlara karşı direncini veren R-faktörü (R-faktörü ilk kez Escherichia coli'den, daha sonra da Shigella'dan izole edildi). Çalışmalar, genellikle plazmitlerin karakteristik özelliği olan R faktörünün hücreden uzaklaştırılabildiğini göstermiştir.

R-faktörü intraspesifik, türler arası ve hatta türler arası aktarılabilirliğe sahiptir, bu da teşhisi zor atipik suşların oluşumuna neden olabilir.

Col-faktör, kendi türündeki veya yakından ilişkili bir bakterinin ölümüne neden olabilecek protein maddelerinin sentezini belirleyen küçük otonom bir plazmittir. Bakteriyosinler hassas hücrelerin yüzeyine adsorbe edilir ve metabolik bozukluklara neden olur, bu da hücre ölümüne yol açar.

Fonksiyonel genlerdeki değişiklikler

Mutasyona uğramış hücreler için mutasyonlar somatik (örneğin, bir kişideki farklı göz renkleri) ve üretken (veya gametik) olabilir. Üretken mutasyonlar yavrulara aktarılır, somatik mutasyonlar bireyin kendisinde ortaya çıkar. Sadece vejetatif çoğalma yoluyla miras alınırlar.

Organizmanın sonucuna (değerine) göre mutasyonlar pozitif, nötr ve negatif olarak ayrılır. Pozitif mutasyonlar nadirdir. Organizmanın yaşayabilirliğini arttırırlar ve evrim için önemlidirler (örneğin, kordatların evrimi sırasında dört odacıklı bir kalbin ortaya çıkmasına yol açan mutasyonlar). Nötr mutasyonlar pratik olarak hayati süreçleri etkilemez (örneğin çillerin varlığına yol açan mutasyonlar). Negatif mutasyonlar yarı öldürücü ve öldürücü olarak ikiye ayrılır. Yarı öldürücü mutasyonlar organizmanın yaşayabilirliğini azaltır, ömrünü kısaltır (örneğin Down hastalığına yol açan mutasyonlar). Ölümcül mutasyonlar neden olur
Organizmanın doğumdan önce veya doğum sırasında ölmesi (örneğin beynin yokluğuna yol açan mutasyonlar).

Fenotipi değiştirerek mutasyonlar morfolojik (örneğin gözbebeklerinin küçülmesi, elde altı parmak) ve biyokimyasal (örneğin albinizm, hemofili) olur.

Genotip değiştirilerek genomik, kromozomal ve gen mutasyonları ayırt edilir.

Genomik mutasyonlar, çevresel faktörlerin etkisi altında kromozom sayısında meydana gelen değişikliktir. Haploidi - bir dizi kromozom 1n. Doğada erkek arı (erkek) arılarda bulunur. Bu tür organizmaların yaşayabilirliği azalır çünkü resesif genlerin tamamına sahiptirler.

Poliploidi - haploid kromozom setinde bir artış (3n, 4n, 5n). Bitkisel üretimde poliploidi kullanılmaktadır. Verimliliğin artmasına yol açar. İnsanlar için haploidi ve poliploidi öldürücü mutasyonlardır.

Anöploidi, ayrı çiftlerdeki (2n±1, 2n±2 vb.) kromozom sayısındaki değişikliktir.

Trizomi. örneğin bir kadın vücudundaki bir çift cinsiyet kromozomuna bir X kromozomu eklenirse trizomi X sendromu gelişir (47, XXX), bir erkek vücudundaki cinsiyet kromozomlarına eklenirse Klinefelter sendromu gelişir (47, XXI) ). Monozomi. bir çiftte bir kromozomun yokluğu - 45, X0 - Shereshevsky-Turner sendromu. Nülizomi. bir çift homolog kromozomun yokluğu (insanlar için ölümcül bir mutasyon).

Kromozomal mutasyonlar (veya kromozomal sapmalar), kromozomların yapısındaki değişikliklerdir (kromozomlar arası veya kromozom içi). Bir kromozom içindeki yeniden düzenlemelere inversiyonlar, eksiklikler (eksiklikler ve silinmeler), kopyalar denir. Kromozomlar arası yeniden düzenlemelere translokasyon denir.

Örnekler: silinme - insanlarda kopyalamada kedi ağlaması sendromu - Drosophila inversiyonunda çizgili gözlerin ortaya çıkması - genlerin sırasındaki bir değişiklik.

Translokasyonlar şu şekilde olabilir: karşılıklı - iki kromozom, karşılıklı olmayan bölümleri değiştirir - bir kromozomun bölümleri başka bir Robertsonian'a aktarılır - iki akrosentrik kromozom, sentromerik bölgeleriyle bağlanır.

Eksiklikler ve kopyalar, gen seti değiştikçe her zaman kendilerini fenotipik olarak gösterir. İnversiyonlar ve translokasyonlar her zaman ortaya çıkmaz. Bu durumlarda homolog kromozomların konjugasyonu zorlaşır ve genetik materyalin yavru hücreler arasındaki dağılımı bozulur.

Gen mutasyonlarına nokta mutasyonları veya transjenerasyonlar denir. Genlerin yapısındaki değişikliklerle ilişkilidirler ve metabolik hastalıkların gelişmesine neden olurlar (sıklıkları %2-4'tür).

Yapısal genlerdeki değişiklikler.

1. Bir veya daha fazla nükleotid çifti bir DNA molekülüne bırakıldığında veya yerleştirildiğinde çerçeve kayması meydana gelir.

2. Geçiş - bir purin bazının bir purin bazıyla veya bir pirimidin bazının bir pirimidin bazıyla (A G veya CT) değiştirildiği bir mutasyon. Bu ikame bir kodon değişikliğine neden olur.

3. Transversiyon - bir purin bazının bir pirimidin bazıyla veya bir pirimidin bazının bir purin bazıyla (ACGT) değiştirilmesi - kodonlarda bir değişikliğe yol açar. Kodonların anlamının değiştirilmesi yanlış mutasyonlara yol açar. Anlamsız kodonlar (UAA, UAG, UGA) oluştuğunda anlamsız mutasyonlara neden olurlar. Bu kodonlar amino asitleri tanımlamaz, ancak sonlandırıcılardır; bilgi okumanın sonunu belirlerler.

1. Baskılayıcı protein değiştirilmiş, operatör genine uymuyor. Bu durumda yapısal genler devre dışı kalmaz ve sürekli çalışır.

2. Baskılayıcı protein, operatör genine sıkı bir şekilde bağlanır ve indüktör tarafından "çıkarılmaz". Yapısal genler her zaman çalışmaz.

3. Baskı ve indüksiyon süreçlerinin değişiminin ihlali. İndükleyicinin mevcut olmaması durumunda spesifik protein sentezlenir; indükleyicinin varlığında sentezlenmez. Transkriptonların çalışmasındaki bu tür bozukluklar, gen düzenleyici veya gen operatöründeki mutasyonlarla gözlenir.

Şu anda gen mutasyonlarının neden olduğu yaklaşık 5.000 metabolik hastalık tanımlanmıştır. Bunların örnekleri fenilketonüri, albinizm, galaktozemi, çeşitli hemofili, orak hücreli anemi, akondroplazi vb. olabilir.

Çoğu durumda gen mutasyonları fenotipik olarak kendini gösterir.

Kalıtım ve değişkenlik. Kromozomal kalıtım teorisi

Kalıtım, ebeveynlerin özelliklerini ve işlevlerini torunlarına aktarma yeteneğinden oluşan canlı organizmaların en önemli özelliğidir. Bu aktarım genlerin yardımıyla gerçekleştirilir.

Gen, kalıtsal bilginin depolandığı, iletildiği ve gerçekleştirildiği bir birimdir. Bir gen, yapısında belirli bir polipeptidin (protein) yapısının kodlandığı bir DNA molekülünün spesifik bir bölümüdür. Muhtemelen birçok DNA bölgesi proteinleri kodlamaz, ancak düzenleyici işlevleri yerine getirir. Her durumda, insan genomunun yapısında, DNA'nın yalnızca yaklaşık% 2'si, haberci RNA'nın sentezlendiği (transkripsiyon işlemi) ve daha sonra protein sentezi sırasında (translasyon işlemi) amino asit dizisini belirleyen dizilerdir. Şu anda insan genomunda yaklaşık 30.000 gen bulunduğuna inanılıyor.

Genler, hücrelerin çekirdeğinde bulunan ve dev DNA molekülleri olan kromozomların üzerinde bulunur.

Kalıtımın kromozom teorisi 1902'de Setton ve Boveri tarafından formüle edildi. Bu teoriye göre kromozomlar, bir organizmanın kalıtsal özelliklerini belirleyen genetik bilginin taşıyıcılarıdır. İnsanlarda her hücrede 23 çifte bölünmüş 46 kromozom bulunur. Bir çift oluşturan kromozomlara homolog denir.

Cinsiyet hücreleri (gametler) özel bir bölünme türü olan mayoz bölünme kullanılarak oluşturulur. Mayoz bölünme sonucunda her germ hücresinde her çiftten yalnızca bir homolog kromozom kalır. 23 kromozom. Böyle tek bir kromozom setine haploid denir. Döllenme sırasında, erkek ve dişi cinsiyet hücreleri birleşip bir zigot oluştuğunda, diploid adı verilen ikili küme yeniden onarılır. Ondan gelişen organizmanın zigotunda, her bir naradan bir kromozom baba organizmasından, diğeri ise anne organizmasından alınır.

Genotip, bir organizmanın ebeveynlerinden aldığı bir dizi gendir.

Genetiğin araştırdığı bir diğer olgu ise değişkenliktir. Değişkenlik, organizmaların yeni özellikler (bir tür içindeki farklılıklar) edinme yeteneği olarak anlaşılmaktadır. İki tür değişiklik vardır:
- kalıtsal
- değişiklik (kalıtsal olmayan).

Kalıtsal değişkenlik, genotipteki değişikliklerin neden olduğu, mutasyonel veya kombinatif değişkenlik ile ilişkilendirilebilen bir değişkenlik biçimidir.

mutasyonel değişkenlik.
Genler zaman zaman mutasyon adı verilen değişikliklere uğrar. Bu değişiklikler rastgeledir ve kendiliğinden ortaya çıkar. Mutasyonların nedenleri çok çeşitli olabilir. Mutasyonun meydana gelme olasılığını artıran birçok faktör vardır. Bu, belirli kimyasallara, radyasyona, sıcaklığa vb. maruz kalma olabilir. Mutasyonlara bu yollarla neden olunabilir, ancak bunların ortaya çıkışının rastgele doğası devam eder ve belirli bir mutasyonun ortaya çıkışını tahmin etmek imkansızdır.

Ortaya çıkan mutasyonlar torunlara aktarılır, yani mutasyonun meydana geldiği yerle ilişkili kalıtsal değişkenliği belirlerler. Bir germ hücresinde bir mutasyon meydana gelirse, o zaman torunlara aktarılma şansı vardır, yani. miras alınmak. Mutasyon somatik bir hücrede meydana gelmişse, o zaman yalnızca bu somatik hücreden ortaya çıkanlara aktarılır. Bu tür mutasyonlara somatik denir, kalıtsal değildirler.

Birkaç ana mutasyon türü vardır.
- Değişikliklerin bireysel genler seviyesinde meydana geldiği gen mutasyonları, yani. DNA molekülünün bölümleri. Bu, nükleotidlerin israfı, bir bazın diğeriyle değiştirilmesi, nükleotidlerin yeniden düzenlenmesi veya yenilerinin eklenmesi olabilir.
- Kromozom yapısının ihlaliyle ilişkili kromozomal mutasyonlar, mikroskop kullanılarak tespit edilebilecek ciddi değişikliklere yol açar. Bu tür mutasyonlar arasında kromozom bölümlerinin kaybı (silinmeler), bölümlerin eklenmesi, bir kromozom bölümünün 180° döndürülmesi ve tekrarların ortaya çıkması yer alır.
- Genomik mutasyonlara kromozom sayısındaki değişiklik neden olur. Ekstra homolog kromozomlar görünebilir: kromozom setinde iki homolog kromozomun yerine üç trizomi vardır. Monozomi durumunda, bir çiftten bir kromozomun kaybı söz konusudur. Poliploidi ile genomda çoklu bir artış meydana gelir. Genomik mutasyonun başka bir çeşidi, her çiftten yalnızca bir kromozomun kaldığı haploididir.

Mutasyonların sıklığı daha önce de belirtildiği gibi çeşitli faktörlerden etkilenir. Bir dizi genomik mutasyon meydana geldiğinde özellikle annenin yaşı büyük önem taşıyor.

Kombinasyon değişkenliği.
Bu tür değişkenlik cinsel sürecin doğasına göre belirlenir. Kombinatif değişkenlik ile yeni gen kombinasyonları nedeniyle yeni genotipler ortaya çıkar. Bu tür değişkenlik, germ hücrelerinin oluşumu aşamasında zaten kendini gösterir. Daha önce de belirtildiği gibi, her cinsiyet hücresi (gamet), her çiftten yalnızca bir homolog kromozom içerir. Kromozomlar gametlere rastgele girerler, dolayısıyla bir kişinin germ hücreleri, kromozomlardaki gen dizisinde oldukça farklılık gösterebilir. Kombinatif değişkenliğin ortaya çıkması için daha da önemli bir aşama döllenmedir; bundan sonra yeni ortaya çıkan organizmanın genlerinin %50'si bir ebeveynden, %50'si ise diğerinden miras alınır.

Modifikasyon değişkenliği genotipteki değişikliklerle ilişkili değildir, ancak çevrenin gelişmekte olan organizma üzerindeki etkisinden kaynaklanır.

Modifikasyon değişkenliğinin varlığı, mirasın özünü anlamak için çok önemlidir. Özellikler kalıtsal değildir. Tam olarak aynı genotipe sahip organizmaları alıp, örneğin aynı bitkinin çeliklerini yetiştirebilir, ancak bunları farklı koşullara (ışık, nem, mineral beslenme) yerleştirebilir ve farklı özelliklere (büyüme, verim, yaprak şekli) sahip oldukça farklı bitkiler elde edebilirsiniz. vb.). Bir organizmanın gerçekte oluşan belirtilerini tanımlamak için "fenotip" kavramı kullanılır.

Fenotip, organizmanın gelişimi sırasında genotip ile çevresel etkilerin etkileşimi sonucu oluşan, organizmanın gerçekte ortaya çıkan belirtilerinin bütünüdür. Dolayısıyla kalıtımın özü, bir özelliğin kalıtımında değil, gelişim koşullarıyla etkileşimin bir sonucu olarak genotipin belirli bir fenotip verme yeteneğinde yatmaktadır.

Modifikasyon değişkenliği genotipteki değişikliklerle ilişkili olmadığından modifikasyonlar kalıtsal değildir. Genellikle bu pozisyonun kabul edilmesi bazı nedenlerden dolayı zordur. Öyle görünüyor ki, eğer ebeveynler birkaç nesil boyunca ağırlık kaldırma konusunda eğitim alıyorsa ve kas geliştirmişse, o zaman bu özelliklerin çocuklara aktarılması gerekir. Bu arada, bu tipik bir değişikliktir ve eğitim, özelliğin gelişimini etkileyen çevrenin etkisidir. Modifikasyon sırasında genotipte herhangi bir değişiklik meydana gelmez ve modifikasyon sonucu kazanılan özellikler kalıtsal olarak aktarılmaz. Darwin bu tür varyasyona kalıtsal olmayan adını verdi.

Modifikasyon değişkenliğinin sınırlarını karakterize etmek için reaksiyon normu kavramı kullanılır. Bir insandaki bazı özellikler kan grubu, cinsiyet, göz rengi gibi çevresel etkilerle değiştirilemez. Diğerleri ise tam tersine çevrenin etkilerine karşı çok duyarlıdır. Örneğin güneşe uzun süre maruz kalma sonucunda cilt rengi koyulaşır, saç rengi açılır. Bir kişinin ağırlığı, beslenme alışkanlıklarından, hastalıklardan, kötü alışkanlıkların varlığından, stresten, yaşam tarzından güçlü bir şekilde etkilenir.

Çevresel etkiler fenotipte sadece niceliksel değil aynı zamanda niteliksel değişikliklere de yol açabilir. Bazı çuha çiçeği türlerinde düşük hava sıcaklıklarında (15-20 C) kırmızı çiçekler görülür, ancak bitkiler 30 ° C sıcaklıktaki nemli bir ortama konursa beyaz çiçekler oluşur.

dahası, reaksiyon hızı kalıtsal olmayan bir değişkenlik biçimini (modifikasyon değişkenliği) karakterize etse de, aynı zamanda genotip tarafından da belirlenir. Bu hüküm çok önemlidir: reaksiyon hızı genotipe bağlıdır. Çevrenin genotip üzerindeki aynı etkisi, özelliklerden birinde güçlü bir değişikliğe yol açabilir ve diğerini hiçbir şekilde etkilemeyebilir.

21. Gen, kalıtımın işlevsel bir birimidir. Prokaryotlarda ve ökaryotlarda genin moleküler yapısı. Benzersiz genler ve DNA tekrarları. yapısal genler. "1 gen - 1 enzim" hipotezi, modern yorumu.

Gen, belirli bir özelliğin veya özelliğin gelişimini kontrol eden yapısal ve işlevsel bir kalıtım birimidir. Ebeveynlerin üreme sırasında yavrulara aktardığı gen seti. Gen terimi 1909'da Danimarkalı botanikçi Wilhelm Johansen tarafından icat edildi. Genetik bilimi, 1865 yılında bezelye geçerken özelliklerin kalıtım yoluyla aktarılmasına ilişkin araştırmasının sonuçlarını yayınlayan kurucusu Gregor Mendel olan genlerin incelenmesiyle ilgilenmektedir. Genler, DNA zincirindeki nükleotid dizisinde rastgele veya amaçlı değişiklikler olan mutasyonlara maruz kalabilir. Mutasyonlar sekansta bir değişikliğe ve dolayısıyla bir protein veya RNA'nın biyolojik özelliklerinde bir değişikliğe yol açabilir ve bu da organizmanın genel veya lokal olarak değişmesine veya anormal işleyişine neden olabilir. Bazı durumlarda bu tür mutasyonlar, sonuçları bir hastalık olduğundan veya embriyonik düzeyde öldürücü olduğundan patojeniktir. Ancak nükleotid dizisindeki tüm değişiklikler protein yapısında bir değişikliğe (genetik kodun dejenerasyonunun etkisi nedeniyle) veya dizide önemli bir değişikliğe yol açmaz ve patojenik değildir. Özellikle insan genomu, tek nükleotid polimorfizmleri ve tüm insan nükleotid dizisinin yaklaşık %1'ini oluşturan silmeler ve kopyalamalar gibi kopya sayısı varyasyonları ile karakterize edilir. Özellikle tek nükleotid polimorfizmleri aynı genin farklı alellerini tanımlar.

İnsanlarda silme işleminin bir sonucu olarak:

Wolf sendromu - büyük kromozom 4'ün eksik bir bölümü,

“Kedi ağlaması” sendromu - kromozom 5'te bir silinme ile. Sebep: 5. çiftteki bir kromozom parçasının kromozomal mutasyon kaybı.

Tezahür: gırtlakta anormal gelişim, kedi benzeri çığlıklar, erken çocukluk döneminde ben, fiziksel ve zihinsel gelişimde gecikme.

DNA zincirlerinin her birini oluşturan monomerler, nitrojenli bazlar içeren karmaşık organik bileşiklerdir: adenin (A) veya timin (T) veya sitozin (C) veya guanin (G), beş atomlu şeker-pentoz-deoksiriboz olarak adlandırılan bundan sonra DNA'nın adını ve ayrıca fosforik asit kalıntısını aldı. Bu bileşiklere nükleotidler denir.

İster bakteri ister insan olsun, herhangi bir organizmanın kromozomu uzun ve sürekli bir DNA zinciri içerir. boyunca birçok gen bulunur. Farklı organizmalar, genomlarını oluşturan DNA miktarı açısından önemli ölçüde farklılık gösterir. Virüslerde, boyutlarına ve karmaşıklıklarına bağlı olarak genomun boyutu birkaç bin ila yüzlerce baz çifti arasında değişir. Bu kadar basit düzenlenmiş genomlardaki genler birbiri ardına yerleştirilir ve karşılık gelen nükleik asidin (RNA ve DNA) uzunluğunun %100'ünü kaplar. Birçok virüs için tam DNA nükleotid dizisi oluşturulmuştur. Bakteriler çok daha büyük bir genoma sahiptir. Escherichia coli'de DNA'nın tek ipliği olan bakteri kromozomu 4,2x106 (6 derece) baz çiftinden oluşur. Bu miktarın yarıdan fazlası yapısal genlerden oluşuyor. Belirli proteinleri kodlayan genler. Bakteri kromozomunun geri kalanı, kopyalanamayan nükleotid dizilerinden oluşur ve bunların işlevi tam olarak açık değildir. Bakteriyel genlerin büyük çoğunluğu benzersizdir; genomda yalnızca bir kez bulunur. Bunun istisnası, onlarca kez tekrarlanabilen taşıma ve ribozomal RNA genleridir.

Ökaryotların genomu, özellikle de daha yüksek olanların genomu, prokaryotların genomundan çok daha büyüktür ve belirtildiği gibi yüz milyonlarca ve milyarlarca baz çiftine ulaşır. Bu durumda yapısal genlerin sayısı çok fazla artmaz. İnsan genomundaki DNA miktarı yaklaşık 2 milyon yapısal genin oluşumu için yeterlidir. Mevcut gerçek sayının 50-100 bin gen olduğu tahmin edilmektedir. Bu büyüklükteki bir genomun kodlayabileceğinden 20-40 kat daha küçük. Bu nedenle ökaryotik genomun fazlalığını belirtmemiz gerekiyor. Fazlalığın nedenleri artık büyük ölçüde açıktır: birincisi, bazı genler ve nükleotid dizileri birçok kez tekrarlanır, ikincisi, genomda düzenleyici işlevi olan birçok genetik öğe vardır ve üçüncüsü, DNA'nın bir kısmı hiç gen içermez. .

Modern kavramlara göre, ökaryotlarda belirli bir proteinin sentezini kodlayan gen, birkaç zorunlu unsurdan oluşur. Her şeyden önce bu, bireysel gelişiminin belirli bir aşamasında vücudun belirli bir dokusundaki bir genin aktivitesi üzerinde güçlü bir etkiye sahip olan kapsamlı bir düzenleyici bölgedir. Daha sonra, genin kodlama elemanlarına doğrudan bitişik olan bir promotör gelir - bu geni kopyalayan RNA polimerazın bağlanmasından sorumlu, 80-100 baz çifti uzunluğa kadar bir DNA dizisi. Promotörün ardından, karşılık gelen proteinin birincil yapısı hakkında bilgi içeren genin yapısal kısmı yer alır. Çoğu ökaryotik gen için bu bölge, düzenleyici bölgeden önemli ölçüde daha kısadır, ancak uzunluğu binlerce baz çifti ile ölçülebilir.

Ökaryotik genlerin önemli bir özelliği süreksizlikleridir. Bu, proteini kodlayan gen bölgesinin iki tip nükleotid dizisinden oluştuğu anlamına gelir. Bazıları - eksonlar - proteinin yapısı hakkında bilgi taşıyan ve karşılık gelen RNA ve proteinin parçası olan DNA bölümleridir. Diğerleri - intronlar - proteinin yapısını kodlamaz ve kopyalanmış olmalarına rağmen olgun mRNA molekülünün bileşimine dahil edilmezler. İntronların - RNA molekülünün "gereksiz" bölümlerinin kesilmesi ve mRNA oluşumu sırasında eksonların eklenmesi işlemi özel enzimler tarafından gerçekleştirilir ve Ekleme (çapraz bağlama, ekleme) olarak adlandırılır.

Ökaryotik genom iki ana özellik ile karakterize edilir:

1) Dizilerin tekrarı

2) Belirli bir nükleotid içeriği ile karakterize edilen çeşitli parçalara bileşim yoluyla ayırma

Tekrarlanan DNA, genomda art arda tekrarlanan veya dağılmış biçimde birkaç kez meydana gelen çeşitli uzunluklarda ve bileşimlerde nükleotid dizilerinden oluşur. Tekrarlanmayan DNA dizilerine benzersiz DNA denir. Tekrarlanan dizilerin kapladığı genom kısmının boyutu taksonlar arasında büyük farklılıklar gösterir. Mayalarda bu oran %20'ye ulaşır, memelilerde tüm DNA'nın %60'a kadarı tekrarlanır. Bitkilerde tekrarlanan dizilerin yüzdesi %80'i aşabilir.

DNA yapısındaki karşılıklı yönelim ile doğrudan, ters çevrilmiş, simetrik tekrarlar, palindromlar, tamamlayıcı palindromlar vb. ayırt edilir. Çok geniş bir aralıkta, temel yinelenen birimin hem uzunluğu (baz sayısı olarak), hem de tekrarlanma derecesi ve genomdaki dağılımın doğası farklılık gösterir. DNA tekrarlarının periyodikliği, kısa tekrarların daha uzun olanlara dahil edilmesi veya bunların kenarlarında yer alması vb. durumlarda çok karmaşık bir yapıya sahip olabilir. Ayrıca DNA dizileri için ayna ve ters tekrarlar da düşünülebilir. İnsan genomunun %94'ü bilinmektedir.Bu materyale dayanarak şu sonuca varılabilir: tekrarlar genomun en az %50'sini kaplar.

YAPISAL GENLER - enzimatik veya yapısal işlevlere sahip hücresel proteinleri kodlayan genler. Ayrıca rRNA ve tRNA'nın yapısını kodlayan genleri de içerirler. Polipeptit zincirinin yapısı, sonuçta yapısal proteinler hakkında bilgi içeren genler vardır. Bir gen uzunluğundaki bu tür nükleotid dizilerine yapısal genler denir. Yapısal genlerin yerleşeceği yeri, zamanı, süresini belirleyen genler düzenleyici genlerdir.

Binlerce baz çiftinden oluşmasına rağmen genlerin boyutları küçüktür. Bir genin varlığı, genin özelliğinin (nihai ürün) ortaya çıkmasıyla belirlenir. Genetik aparatın yapısının ve çalışmasının genel şeması 1961'de Jacob, Monod tarafından önerildi. DNA molekülünün bir grup yapısal gen içeren bir bölümünün bulunduğunu öne sürdüler. Bu grubun bitişiğinde 200 bp'lik bir bölge, promotör (DNA'ya bağımlı RNA polimerazın birleşme bölgesi) bulunur. Operatör geni bu bölgeye bitişiktir. Tüm sistemin adı operondur. Düzenleme, düzenleyici bir gen tarafından gerçekleştirilir. Bunun sonucunda baskılayıcı protein operatör gen ile etkileşime girer ve operon çalışmaya başlar. Substrat gen düzenleyicilerle etkileşime girer, operon bloke edilir. Geri bildirim ilkesi. Operonun ifadesi bir bütün olarak açılır. 1940 - Beadle ve Tatum bir hipotez öne sürdüler: 1 gen - 1 enzim. Bu hipotez önemli bir rol oynadı - bilim adamları nihai ürünleri değerlendirmeye başladı. Hipotezin sınırlamaları olduğu ortaya çıktı çünkü Tüm enzimler proteindir ancak tüm proteinler enzim değildir. Kural olarak proteinler oligomerlerdir; dördüncül bir yapıda bulunur. Örneğin, bir tütün mozaik kapsülü 1200'den fazla polipeptite sahiptir. Ökaryotlarda genlerin ifadesi (tezahürü) araştırılmamıştır. Bunun nedeni ciddi engellerdir:

Genetik materyalin kromozom şeklinde organizasyonu

Çok hücreli organizmalarda hücreler uzmanlaşmıştır ve bu nedenle bazı genler devre dışıdır.

Histon proteinlerinin varlığı, prokaryotların ise “çıplak” DNA'sı vardır.

Histon ve histon olmayan proteinler gen ifadesinde rol oynar ve yapının oluşturulmasında rol oynar.

22. Genlerin sınıflandırılması: yapısal genler, düzenleyiciler. Genlerin özellikleri (ayrıklık, stabilite, değişkenlik, polialelizm, özgüllük, pleiotropi).

Ayrıklık - genlerin karışmazlığı

Kararlılık – bir yapıyı sürdürme yeteneği

Kararsızlık - tekrar tekrar mutasyona uğrama yeteneği

Çoklu alelizm - bir popülasyonda birçok genin çoklu moleküler formlarda bulunması

Allelizm - diploid organizmaların genotipinde genin yalnızca iki formu bulunur

Özgüllük – her gen farklı bir özelliği kodlar

Pleiotropi - çoklu gen etkisi

Anlatımcılık – bir genin bir özellikteki ifade derecesi

Penetrans - fenotipte bir genin ekspresyon sıklığı

Amplifikasyon, bir genin kopya sayısındaki artıştır.

23. Genin yapısı. Prokaryotlarda gen ifadesinin düzenlenmesi. Operon hipotezi.

Gen ifadesi, bir genden (bir DNA nükleotid dizisi) gelen kalıtsal bilginin işlevsel bir ürüne (RNA veya protein) dönüştürüldüğü süreçtir. Gen ekspresyonu sürecin tüm aşamalarında düzenlenebilir: transkripsiyon sırasında, translasyon sırasında ve proteinlerin translasyon sonrası modifikasyonları aşamasında.

Gen ifadesinin düzenlenmesi, hücrelerin kendi yapılarını ve işlevlerini kontrol etmelerini sağlar ve hücre farklılaşmasının, morfogenezinin ve adaptasyonunun temelini oluşturur. Bir genin zamanlaması, konumu ve ekspresyon miktarı üzerindeki kontrol, tüm organizmadaki diğer genlerin işlevi üzerinde etkili olabileceğinden, gen ekspresyonu evrimsel değişim için bir substrattır. Prokaryotlarda ve ökaryotlarda genler, DNA nükleotit dizileridir. DNA matrisinde transkripsiyon meydana gelir - tamamlayıcı RNA'nın sentezi. Ayrıca mRNA matrisinde çeviri meydana gelir - proteinler sentezlenir. Eksprese edilen (transkripte edilen) ancak proteinlere çevrilmeyen, haberci olmayan RNA'yı (örneğin, rRNA, tRNA, küçük RNA) kodlayan genler vardır.

E. coli hücreleri üzerinde yapılan çalışmalar, bakterilerin 3 tip enzime sahip olduğunu tespit etmeyi mümkün kıldı:

kurucu, vücudun metabolik durumuna bakılmaksızın hücrelerde sabit miktarlarda bulunur (örneğin glikoliz enzimleri)

normal koşullar altında konsantrasyonları düşüktür, ancak örneğin hücre kültürü ortamına böyle bir enzimin bir substratı eklenirse 100Q kat veya daha fazla artabilir

bastırılmış, yani Metabolik yolların enzimleri, bu yolların son ürünü büyüme ortamına eklendiğinde sentezi durur.

E. coli hücrelerinde yer alan β-galaktosidazın laktozun hidrolitik bölünmesinde indüksiyonuna ilişkin genetik çalışmalara dayanarak, Francois Jacob ve Jacques Monod 1961'de protein sentezinin kontrol mekanizmasını açıklayan operon hipotezini formüle etti. prokaryotlar.

Deneylerde, operon hipotezi tamamen doğrulandı ve içinde önerilen düzenleme türüne, protein sentezinin transkripsiyon düzeyinde kontrolü adı verildi, çünkü bu durumda protein sentezi oranındaki değişiklik, bir değişiklik nedeniyle gerçekleştirilir. gen transkripsiyon hızında, yani mRNA oluşumu aşamasında.

E. coli'de diğer prokaryotlarda olduğu gibi DNA, sitoplazmadan nükleer bir zarfla ayrılmamıştır. Transkripsiyon sırasında, intron içermeyen birincil transkriptler oluşturulur ve mRNA'lar bir "başlık" ve bir poli-A ucundan yoksundur. Protein sentezi, şablonunun sentezi bitmeden başlar, yani. transkripsiyon ve translasyon neredeyse aynı anda gerçekleşir. Genomun boyutuna (4x106 baz çifti) bağlı olarak, her bir E. coli hücresi birkaç bin protein hakkında bilgi içerir. Ancak normal büyüme koşullarında yaklaşık 600-800 farklı protein sentezler, bu da birçok genin kopyalanmadığı anlamına gelir; aktif değil. Metabolik süreçlerdeki işlevleri yakından ilişkili olan protein genleri, genellikle genomda yapısal birimler (operonlar) halinde gruplandırılır. Jacob ve Monod'un teorisine göre operonlar, işlevsel olarak birbirine bağlı bir grup yapısal protein ve bu genlerin transkripsiyonunu kontrol eden düzenleyici bir bölge hakkında bilgi içeren bir DNA molekülünün bölümleridir. Operonun yapısal genleri uyum içinde ifade edilir veya hepsi kopyalanır, bu durumda operon aktiftir veya genlerin hiçbiri "okunmaz", bu durumda operon aktif değildir. Bir operon aktif olduğunda ve tüm genleri kopyalandığında, bu operonun tüm proteinlerinin sentezi için bir şablon görevi gören polisistronik mRNA sentezlenir. Yapısal genlerin transkripsiyonu, RNA polimerazın, yapısal genlerden önce operonun 5' ucunda bulunan bir promotere bağlanma yeteneğine bağlıdır.

RNA polimerazın bir promotöre bağlanması, "operatör" olarak adlandırılan promotöre bitişik bir bölgede bir baskılayıcı proteinin varlığına bağlıdır. Baskılayıcı protein hücrede sabit bir hızda sentezlenir ve operatör bölgesine afinitesi vardır. Yapısal olarak promotör ve operatörün bölgeleri kısmen örtüşür; dolayısıyla baskılayıcı proteinin operatöre bağlanması, RNA polimerazın bağlanmasına karşı sterik bir engel oluşturur.

Protein sentezini düzenleyen mekanizmaların çoğu, RNA polimerazın promotere bağlanma hızını değiştirmeyi, böylece transkripsiyonun başlama aşamasını etkilemeyi amaçlamaktadır. Düzenleyici proteinlerin sentezinde yer alan genler, transkripsiyonunu kontrol ettikleri operondan çıkarılabilir.

XX yüzyılın ellili yıllarında bilim adamları garip bir olayla karşı karşıya kaldılar. Bazı virüslerin aynı bakterinin farklı türlerini farklı yollarla enfekte ettiğine dikkat çektiler. Bazı suşlar (örneğin E. coli) kolayca enfekte oldu ve enfeksiyonu hızla koloniye yaydı. Diğerleri çok yavaş enfekte oldu veya virüslere karşı tamamen dirençliydi. Ancak bir kez şu ya da bu türe uyum sağladıktan sonra, virüs ona kolayca bulaştı.

Bakterilerin bu seçici direncini anlamak biyologların yirmi yılını aldı. Anlaşıldığı üzere, bazı bakteri türlerinin virüslere karşı direnç gösterme yeteneği - buna kısıtlama (yani "kısıtlama") deniyordu - viral DNA'yı fiziksel olarak kesen özel enzimlerin varlığından kaynaklanmaktadır.

Bu proteinlerin (kısıtlama enzimleri) özelliği, küçük ve kesin olarak tanımlanmış bir DNA dizisini tanımalarıdır. Bakteriler, kısıtlama enzimlerini, kendilerinin genlerinde kaçındıkları, ancak viral DNA'da bulunabilen nadir dizilere "hedefler". Farklı kısıtlama enzimleri farklı dizileri tanır.

Her bakteri türü, bu tür enzimlerden oluşan spesifik bir cephaneliğe sahiptir ve dolayısıyla virüs genomundaki belirli bir dizi "kelime"ye yanıt verir. Bir virüsün genomunun "anne çerçeveyi yıkadı" ifadesi olduğunu düşünürsek, virüs "anne" kelimesini tanıyan bir bakteriye bulaşamayacak, ancak "amca" kelimesini hedef alan bir bakteriye bulaşacaktır. savunmasız. Virüs mutasyona uğrayıp örneğin “çerçeve yıkayan bir kadına” dönüşmeyi başarırsa, o zaman ilk bakteri de korumasını kaybedecek.

"Bakteriyel bağışıklığın" keşfi neden moleküler biyolojinin en önemli başarıları listesinin en başında yer alıyor? Bakterilerin kendisi, hatta virüsler bile değil.

Bir DNA parçasını ölçün

Bu mekanizmayı anlatan bilim insanları, bu sürecin en önemli detayına hemen dikkat çekti. Kısıtlama enzimleri (daha doğrusu bu enzimlerin türlerinden biri) DNA'yı iyi tanımlanmış bir noktada kesebilir. Benzetmemize dönecek olursak, DNA'daki "anne" kelimesini hedef alan bir enzim, o kelimeye bağlanarak onu örneğin üçüncü ve dördüncü harf arasını keser.

Böylece araştırmacılar ilk kez ihtiyaç duydukları DNA parçalarını genomlardan “kesme” olanağına sahip oluyor. Özel "yapıştırıcı" enzimlerin yardımıyla, ortaya çıkan parçalar belirli bir sırayla birbirine dikilebiliyordu. Kısıtlama enzimlerinin keşfiyle bilim adamları, DNA'yı "birleştirmek" için gerekli tüm araçlara sahip oldular. Zamanla, bu sürece atıfta bulunmak için biraz farklı bir metafor kök saldı: genetik mühendisliği.

Günümüzde DNA ile çalışmanın başka yöntemleri olsa da, son yirmi veya otuz yıldaki biyolojik araştırmaların büyük çoğunluğu kısıtlama enzimleri olmadan mümkün olamazdı. Transgenik bitkilerden gen terapisine, rekombinant insülinden uyarılmış kök hücrelere kadar, genetik manipülasyon içeren her türlü çalışmada bu "bakteriyel silah" kullanılıyor.

Düşmanı görerek tanıyın

İnsanlar da dahil olmak üzere memelilerin bağışıklık sistemi hem doğuştan hem de edinilmiş savunma mekanizmalarına sahiptir. Bağışıklığın doğuştan gelen bileşenleri genellikle vücudun birçok düşmanını aynı anda birleştiren ortak bir şeye tepki verir. Örneğin doğuştan gelen bağışıklık, binlerce farklı mikrop için aynı olan bakteriyel hücre duvarı bileşenlerini tanıyabilir.

Edinilmiş bağışıklık, immünolojik hafıza olgusuna dayanır. Belirli patojenlerin belirli bileşenlerini tanır ve bunları gelecek için "hatırlar". Aşılama şuna dayanır: Bağışıklık sistemi öldürülmüş bir virüs veya bakteri üzerinde "eğitim yapar" ve daha sonra canlı bir patojen vücuda girdiğinde onu "tanır" ve onu anında yok eder.

Doğuştan bağışıklık bir sınır kontrol noktasıdır. Aynı anda her şeyden ve aynı zamanda özel olarak hiçbir şeyden korur. Kazanılmış bağışıklık, düşmanı görerek tanıyan bir keskin nişancıdır. 2012'de ortaya çıktığı gibi bakterilerde de benzer bir şey var.

Kısıtlama, doğuştan gelen bağışıklığın bakteriyel bir analoğu ise, o zaman bakterilerde edinilen bağışıklığın rolü, oldukça hantal bir isim olan CRISPR / Cas9 veya "Crisper" olan bir sistem tarafından gerçekleştirilir.

Crisper'ın çalışmasının özü aşağıdaki gibidir. Bir bakteri bir virüs tarafından saldırıya uğradığında, virüsün DNA'sının bir kısmını kendi genomundaki özel bir yere kopyalar (virüslerle ilgili bu bilgi "deposuna" CRISPR adı verilir). Bakteri, virüsün bu kayıtlı "özdeşliklerine" dayanarak viral genleri tanıyabilen ve virüs bakteriyi tekrar enfekte etmeye çalışırsa onlara bağlanabilen bir RNA probu yapar.

RNA sondasının kendisi virüse zararsızdır ancak burada başka bir oyuncu devreye giriyor: Cas9 proteini. Bir kısıtlama enzimi gibi viral genlerin yok edilmesinden sorumlu bir "makastır". Cas9, RNA probunu yakalar ve sanki bir tasma takılmış gibi viral DNA'ya iletilir ve ardından ona bir sinyal verilir: burayı kes!

Toplamda tüm sistem üç bakteriyel bileşenden oluşur:

1) "özdeş" eski virüslerin DNA depolanması;

2) bu "özdeş görüntüler" temel alınarak yapılmış ve bunlarla bir virüsü tanımlayabilen bir RNA probu;

3) protein "makası" bir RNA probuna bağlanır ve viral DNA'yı tam olarak "özdeş kitin" en son alındığı noktadan keser.

Bu "bakteriyel bağışıklığın" keşfinden hemen sonra herkes bakterileri ve virüslerini unuttu. Bilimsel literatür, CRISPR/Cas9 sisteminin geleceğin genetik mühendisliği ve tıbbı için bir araç olma potansiyeline ilişkin heyecan verici makalelerle dolup taştı.

Kısıtlama enzimlerinde olduğu gibi Crisper sistemi de DNA'yı kesin olarak tanımlanmış bir noktada kesebilmektedir. Ancak yetmişli yıllarda keşfedilen "makas" ile karşılaştırıldığında çok büyük avantajları var.

Kısıtlama enzimleri biyologlar tarafından DNA'yı yalnızca bir test tüpüne "bağlamak" için kullanılır: önce istenen parçayı (örneğin değiştirilmiş bir gen) oluşturmalı ve ancak ondan sonra onu bir hücreye veya organizmaya vermelisiniz. "Crisper", canlı bir hücrenin DNA'sını anında kesebilir. Bu, yalnızca yapay olarak eklenen genlerin üretilmesini değil, aynı zamanda tüm genomun "düzenlenmesini" de mümkün kılar: örneğin, bazı genlerin çıkarılması ve yerine yenilerinin eklenmesi. Yakın zamana kadar böyle bir şey ancak hayal edilebilirdi.

Geçtiğimiz yıl açıkça görüldüğü gibi, CRISPR sistemi iddiasız ve herhangi bir hücrede çalışabilir: yalnızca bakteriyel değil, aynı zamanda fare veya insan da. İstediğiniz hücreye "kurmak" oldukça basittir. Prensip olarak bu, tüm doku ve organizma düzeyinde bile yapılabilir. Gelecekte bu, kusurlu genlerin (örneğin kansere neden olanların) yetişkin insan genomundan tamamen çıkarılmasını mümkün kılacaktır.

Diyelim ki genomunuzda bulunan "anne çerçeveyi yıkadı" ifadesi, cinsiyet kalıplarına karşı acı verici bir özlem duymanıza neden oluyor. Bu problemden kurtulmak için, her zaman aynı olan bir Cas9 proteinine ve "anne" ve "çerçeve" kelimelerine yönelik bir çift RNA probuna ihtiyacınız var. Bu sondalar herhangi bir şey olabilir; modern yöntemler bunların birkaç saat içinde sentezlenmesini mümkün kılar. Sayı konusunda hiçbir kısıtlama yoktur: genomu aynı anda en az bin noktada "kesebilirsiniz".

Bedeni hedef almak

Ancak Crisper'ın değeri makas fonksiyonunun ötesine geçer. Pek çok yazarın belirttiği gibi, bu sistem, belirli bir proteinin, belirli bir RNA'nın ve belirli bir DNA'nın aynı anda "buluşmasını" organize etmenin mümkün olduğu, bildiğimiz ilk araçtır. Bu başlı başına bilim ve tıp için muazzam fırsatlar yaratıyor.

Örneğin, Cas9 proteini "makas" işlevini kapatabilir ve bunun yerine ona başka bir proteine (örneğin bir gen aktivatörü) bağlanabilir. Doğru RNA probu ile ortaya çıkan çift, genomda doğru yere gönderilebilir: örneğin, bazı şeker hastalarında zayıf işleyen bir insülin genine. Aktive edici protein ile engelli genin buluşmasını bu şekilde düzenleyerek vücudun işleyişini hassas ve ince bir şekilde ayarlamak mümkündür.

Sadece aktivatörleri değil, genel olarak her şeyi bağlayabilirsiniz; örneğin kusurlu bir geni başka bir kromozomdan gelen "yedek kopyasıyla" değiştirebilen bir protein. Böylece gelecekte örneğin Huntington hastalığını tedavi etmek mümkün olacak. Bu durumda CRISPR sisteminin temel avantajı, DNA'daki herhangi bir noktaya çok fazla zorluk yaşamadan programlayabileceğimiz "keşif seferleri gönderme" yeteneğidir. Her bir keşif gezisinin görevinin ne olduğu yalnızca araştırmacıların hayal gücü ile belirlenir.

Bugün CRISPR/Cas9 sisteminin birkaç on yıl içinde ne tür sorunları çözebileceğini söylemek zor. Küresel genetikçiler topluluğu artık oyuncaklarla dolup taşan devasa bir salona girmesine izin verilen bir çocuğu anımsatıyor. Önde gelen bilimsel dergi Science yakın zamanda bu alandaki en son gelişmelere ilişkin "CRISPR Çılgınlığı" - "Crisper Madness" adlı bir genel bakış yayınladı. Ancak şurası artık çok açık: Bakteriler ve temel bilim bize bir kez daha dünyayı değiştirecek bir teknoloji kazandırdı.

Ocak ayında, genomu CRISPR/Cas9 sistemi tarafından başarıyla değiştirilen ilk primatların doğduğuna dair raporlar vardı. Bir test deneyi olarak maymunlara, biri bağışıklık sistemiyle ilişkili, diğeri ise yağ birikmesinden sorumlu olan iki gendeki mutasyonlar uygulandı; bu da yöntemin homo sapiens'e olası bir şekilde uygulanabileceğine dair belirsiz bir ipucu veriyor. Belki de obezite sorununun genetik mühendisliğiyle çözümü o kadar da uzak bir gelecek değil.

Gelecek nesillere aktarılan insan DNA'sının değiştirilmesi uzun süredir birçok ülkede etik açıdan kapalı ve yasak olarak değerlendiriliyor. Bilim insanları, insan embriyosundaki hastalık genlerini onarmak için yeni araçlar kullandıklarını bildirdi. Araştırmacılar kusurlu embriyolar kullanıyor ve bunları bir kadının rahmine yerleştirmeye niyetli olmasalar da, çalışma sıkıntılı.

İnsan yumurtalarının, spermlerinin veya embriyolarının DNA'sındaki bir değişiklik, germ hattı değişikliği olarak bilinir. Pek çok bilim insanı, klinik embriyoların revizyonu ve insan germ hattının düzenlenmesi konularında moratoryum çağrısında bulunuyor ve birçoğu bu tür bilimsel faaliyetlerin yasaklanması gerektiğine inanıyor.

Bununla birlikte, bir insan embriyosunun DNA'sının düzenlenmesi, bir çocuktaki hastalığın önlenmesi açısından etik olarak kabul edilebilir, ancak bu yalnızca nadir durumlarda ve garantilerle mümkündür. Bu durumlar, her ikisinin de ciddi genetik rahatsızlıklara sahip olduğu ve sağlıklı bir bebek sahibi olmak istiyorlarsa embriyo düzenlemenin gerçekten son makul seçenek olduğu çiftlerle sınırlı olabilir.

Kasıtlı olarak gen değiştirme tehlikesi

Bilim adamları, bir çocuğun ciddi genetik hastalıklara yakalanmasını önlemek için insan embriyosunu düzenlemenin kabul edilebilir olabileceğine inanıyor, ancak bunun için belirli güvenlik ve etik kriterlerin karşılanması gerekiyor. Örneğin, bir çiftin in vitro fertilizasyon (IVF) için sağlıklı embriyoları seçebilme veya doğum öncesi testler yoluyla hastalıklı bir fetüsün kürtaj edilmesi gibi "makul alternatifleri" olamaz. Kriterleri karşılayabilecek diğer bir durum ise her iki ebeveynin de kistik fibroz gibi aynı tıbbi duruma sahip olmasıdır.

Bilim adamları, germ hattı düzenlemesinin çocuğa arzu edilen, ayırt edici özellikler kazandırmak gibi başka amaçlarla kullanılmasını önlemek için sıkı hükümet denetiminin gerekliliği konusunda uyarıyorlar.

Hasta hücrelerinde kalıtsal olmayan genlerin düzenlenmesiyle HIV, hemofili ve lösemiyle mücadeleye yönelik klinik deneyler halihazırda devam ediyor. Gen tedavisine yönelik mevcut düzenleyici sistemlerin bu tür çalışmaları gerçekleştirmek için yeterli olduğuna inanılmaktadır.

Genom düzenleme, sağlıklı bir insanda gücü artırmak, kas gücünü artırmak veya kolesterol seviyelerini düşürmek olmamalıdır.

İnsan germ hattı gen düzenlemesi veya insan germ hattı modifikasyonu, çocuklara ve gelecek nesillere aktarılan genlerin kasıtlı olarak değiştirilmesi anlamına gelir.

Başka bir deyişle, genetiği değiştirilmiş insanların yaratılması. İnsan germ hattı modifikasyonu, güvenlik ve sosyal nedenlerden dolayı uzun yıllardır tabu bir konu olarak görülüyor. 40'tan fazla ülkede resmi olarak yasaklanmıştır.

Genetiği değiştirilmiş insanların yaratılması ve öjeni bilimi üzerine deneyler

Ancak son yıllarda insan embriyosu üzerinde deneyler yapmak için genetik mühendisliğinin yeni yöntemleri kullanılmaya başlandı. Araştırma için beta kan hastalığı - talasemi ile ilişkili genler ve insan embriyoları kullanıldı. Deneyler çoğunlukla başarısız oldu. Ancak gen düzenleme araçları dünyanın dört bir yanındaki laboratuvarlarda geliştiriliyor ve genlerin düzenlenmesini veya silinmesini her zamankinden daha kolay, daha ucuz ve daha doğru hale getirmesi bekleniyor. Genomu düzenlemenin modern ama teorik yöntemleri, bilim adamlarının DNA'yı eklemesine, silmesine ve olumlu sonuçlarla değiştirmesine olanak tanıyacak. Bu, orak hücre hastalığı, kistik fibroz ve belirli kanser türleri gibi bazı hastalıkların tedavisine yönelik umut vaat ediyor.

İnsanlara göre seçilim - öjeni

İnsan embriyosunun gen düzenlemesi veya öjeni yönü, genetiği değiştirilmiş çok farklı insanların yaratılmasına yol açmaktadır. Bu durum sosyal ve etik sorunlar nedeniyle ciddi güvenliğe neden olmaktadır. Bunlar, gelecekteki çocukların ve nesillerin sağlığına geri dönülemez zarar verme ihtimalinden, yeni toplumsal eşitsizlik biçimlerine, ayrımcılığa ve çatışmaya ve yeni bir öjeni çağına kapı açmaya kadar uzanıyor.

İnsan seçilimine yönelik öjeni bilimi, geçen yüzyılın ortalarında Nazi yönelimli bir bilim olarak ortaya çıktı.

Bilim adamlarının, sonraki nesillere aktarılacak olan insan DNA'sında değişiklik yapmasına izin verilmiyor. Öjeni biliminde böylesine yenilikçi bir adım, ancak ek araştırmalar yapıldıktan sonra düşünülmeli ve sonrasında ciddi kısıtlamalar altında değişiklikler yapılabilir. Ciddi hastalık ve sakatlıkların önlenmesi için bu tür çalışmaların yasaklanması gerekmektedir.

Değişen genlerin neden olduğu varyasyona da mutasyon denir.

İnsan sperminin, yumurtasının veya embriyosunun genlerinde değişiklik yapılması uzun zamandır bir tabu; çünkü bu tür değişiklikler gelecek nesillere aktarılacak. Bu kısmen tabu çünkü hataların istemeden yeni yapay hastalıklar yaratabileceği ve bunların daha sonra insan gen havuzunun kalıcı bir parçası haline gelebileceği korkusu.

Diğer bir sorun ise bu türün tıbbi olmayan amaçlarla genetik modifikasyon amacıyla kullanılabilmesidir. Örneğin, bilim insanları teorik olarak ebeveynlerin çocuklarının özelliklerini seçerek onları daha akıllı, daha uzun, daha iyi sporcular veya diğer sözde gerekli niteliklere sahip olacak şekilde seçmeye çalıştıkları bir çocuk yapıcı yaratmaya çalışabilirler.

Şu anda böyle bir şey mümkün değil. Ancak bu ihtimal bile bilim adamlarının, evrimin gidişatını ve genetik olarak gelişmiş olduğu düşünülen insanların yaratılışını önemli ölçüde değiştirmesine, filmlerde ve kitaplarda anlatılan geleceğin distopyalarını ortaya çıkarmasına neden oluyor.

Kendi DNA'sına sahip sperm, yumurta veya embriyolardan bebek yaratma ve düzenleme girişimleri, ancak çok dikkatli kontrol edilen koşullar altında ve ancak yıkıcı hastalıkları önlemek için yapılabilir.

Bir hastalığı önlemek veya tedavi etmek için gen düzenlemeyi kullanmak ile bunu bir kişinin yeteneklerini geliştirmek için kullanmak arasında daha fazla ayrım yapmak zor olabilir.

Örneğin bilim insanları, gen değişikliklerinin Alzheimer hastalığında demansla mücadelede zihinsel yetenekleri artırdığını keşfetmeyi başarabilirse, o zaman bu, koruyucu hekimlik olarak değerlendirilebilir. Sağlıklı bir kişinin hafızasını kökten iyileştirirseniz, bu artık tıbbi bir yön değildir.

DNA'nın değiştirilmesine ne zaman izin verilir?

Genleri düzenleme yeteneği birçok hastalığı tedavi etmek ve hatta sperm, yumurta ve embriyodaki genetik mutasyonları düzenleyerek birçok yıkıcı bozukluğun ilk etapta ortaya çıkmasını önlemek için kullanılabilir. Bazı potansiyel değişiklikler meme kanseri, Tay-Sachs hastalığı, orak hücreli anemi, kistik fibroz ve Huntington hastalığı gibi çok çeşitli hastalıkları önleyebilir.

Aşağıdaki durumlarda gen düzenlemeye yönelik klinik araştırmalara izin verilmelidir:

“Ciddi hastalıkları” önlemek için “makul bir alternatif” yok
genlerin düzenlendiğinde hastalığın nedenini ortadan kaldırdığı ikna edici bir şekilde kanıtlanmıştır
değişiklikler yalnızca olağan sağlık durumuyla ilişkili genlerin dönüşümünü amaçlamaktadır.
Riskler ve potansiyel sağlık yararları konusunda yeterli ön araştırma çalışması yapılmıştır.
Prosedürün katılımcıların sağlığı ve güvenliği üzerindeki etkisini incelemek için sürekli ve sıkı denetim ve uzun vadeli kapsamlı planlar
Hasta gizliliğine uygun olarak maksimum şeffaflık sağlanmakta ve sağlık, sosyal fayda ve risklerin yeniden değerlendirilmesi çalışmaları sürdürülmektedir.
Ciddi bir hastalığın veya durumun yayılmasını önlemek için sağlam gözetim mekanizmaları mevcuttur.

İnsan germ hattı düzenlemesinin savunucuları, bunun dünya çapında insanların çektiği acıları azaltacak birçok ciddi genetik hastalığın ortaya çıkmasını potansiyel olarak azaltabileceğini, hatta ortadan kaldırabileceğini savunuyorlar. Karşıtları ise insan embriyosunu değiştirmenin tehlikeli ve doğal olmadığını ve gelecek nesillerin rızasının dikkate alınmadığını söylüyor.

İnsan embriyosunun değişimi üzerine tartışma

Fetüsün değiştirilmesinin doğal olmadığı veya Tanrı'ya karşı oyun olduğu yönündeki itirazla başlayalım.

Bu argüman, doğallığın doğası gereği iyi olduğu önermesine dayanmaktadır.

Ancak hastalıklar doğaldır ve milyonlarca insan hastalanıp erken ölür; bunların hepsi oldukça doğaldır. Eğer sadece doğal varlıkları ve doğa olaylarını korusaydık, bakterileri öldürmek için antibiyotik kullanamaz, doktorluk yapamaz veya kuraklıkla, kıtlıkla, salgın hastalıklarla mücadele edemezdik. Sağlık sistemi her gelişmiş ülkede sürdürülmektedir ve haklı olarak doğanın gidişatını bozmaya yönelik kapsamlı bir girişimin parçası olarak tanımlanabilir. Bu elbette ne iyi ne de kötü. Doğal maddeler veya doğal tedaviler elbette mümkünse daha iyidir.

Tıp ve genom düzenleme tarihinde önemli bir döneme öncülük ediyor ve tüm insanlığın yararına umut verici bilimsel çabaları temsil ediyor.

İnsan genomuna müdahaleye yalnızca profilaktik, teşhis veya tedavi amaçlı olarak ve yavrularda değişiklik yapılmaksızın izin verilir.

Genetik alanındaki hızlı ilerleme, "tasarımcı bebekler" olarak adlandırılan olgular, daha geniş bir kamuoyunun biyoetiğe olan ihtiyacını ve bilimin gücü hakkındaki tartışmaları artırmaktadır. Bilim, görünüm ve zeka gibi kalıtsal özellikleri kontrol etmek için laboratuvarda insan embriyolarını genetik olarak değiştirebilmektedir.

Şu an itibariyle birçok ülke bu tür gen düzenleme ve DNA modifikasyonunu yasaklayan uluslararası bir sözleşme imzaladı.

Mutasyon ( lat. mutatio - değişim) - dış veya iç ortamın etkisi altında meydana gelen genotipin kalıcı bir dönüşümü.

Genomik mutasyonlar - bunlar bir, birkaç veya tam haploid kromozom setinin eklenmesi veya kaybıyla sonuçlanan mutasyonlardır. Farklı genomik mutasyon türlerine heteroploidi ve poliploidi denir.

poliploidi– birden fazla değişiklik (birkaç kez, örneğin 12 → 24). Hayvanlarda oluşmaz, bitkilerde ise boy artışına yol açar.

Anöploidi- bir veya iki kromozomdaki değişiklikler. Örneğin fazladan bir yirmi birinci kromozom Down sendromuna yol açar (toplam kromozom sayısı 47 iken)

26. Genlerin sayısı ve düzenindeki değişiklik (kromozomal yeniden düzenlemeler)

Kromozomal yeniden düzenlemeler(bunlara aberasyon da denir) iki veya daha fazla kromozom kırılması durumunda ortaya çıkar.

· silme, veya kıtlık. Kromozomun bir kısmı kayboldu.

· çoğaltma, veya iki katına çıkıyor. Kromozomun bölümlerinden biri kromozom setinde birden fazla kez sunulur.

· inversiyon bir kromozomdaki iki kırılma sonucu ortaya çıkar, ancak kromozomun iç parçasının 180 derecelik bir dönüş yapması şartıyla, yani. polaritesi ters çevrilmiştir.

Kromozomun ters çevrilmiş bölgesi sentromer içerebilir veya içermeyebilir. İlk durumda, ters çevirme denir perisentrik(yani sentromeri kaplıyor) ve ikincisinde - parasantrik(merkeze yakın).

Translokasyonlar . Kırıklar iki kromozomdaysa, yeniden birleşme sırasında parça değişimi mümkündür. Simetrik birleşme ile homolog olmayan kromozomların uzak bölgelerinin değişiminin meydana geldiği yeni kromozomlar oluşur. Bu tür translokasyonlara denir karşılıklı.

Bir kromozomun bir bölümü, aynı kromozomda kalarak veya başka bir kromozoma dahil olmadan, karşılıklı değişim olmadan da konumunu değiştirebilir. Bu tür karşılıklı olmayan translokasyonlara bazen denir. aktarımlar .

İki akrosentrik kromozomun sentromer bölgelerinde kısa kolların kaybıyla bağlanması durumunda merkezli bir füzyon gözlenir - Robertsonian translokasyonu.

27. Bireysel genlerdeki değişim (gen mutasyonu)

Mutasyonlar(Latince mutatio'dan - değişim), organizmaların özelliklerinde ve özelliklerinde fenotipik olarak ortaya çıkan, genlerde ve kromozomlarda bir değişikliktir.

Gen (nokta) mutasyonları- bunlar, tek tek genler içindeki DNA yapısındaki nükleotidlerin sayısı ve/veya dizisindeki değişikliklerdir (eklemeler, silmeler, yer değiştirmeler, nükleotidlerin ikameleri), karşılık gelen protein ürünlerinin miktarında veya kalitesinde bir değişikliğe yol açar.

Bir gen mutasyonunun aktarılması.

Her zamanki kalıtım yasalarına göre gerçekleşir. "Hasta" genin baskın mı yoksa resesif mi olduğuna ve nerede - normal kromozomda mı yoksa cinsiyet kromozomunda mı bulunduğuna bağlı olarak yavrular için risk az çok büyüktür. Bir gen resesif ise kişinin bunu çocuklarına aktarabileceğini unutmayın.

Tipik bir örnek hemofilidir - bir kan hastalığıdır (pıhtılaşabilirliğinin ihlali). Bu hastalık, yalnızca kadınlardan bulaşması, ancak yalnızca erkeklerde rahatsızlıklara neden olmasıyla farklılık gösterir; yani dıştan sağlıklı olan bir kadın, oğullarından birine bu hastalığı karşı koyabilir.