Funktsional genlardagi o'zgarishlar natijalari. Irsiy o'zgaruvchanlik

Chikago universiteti bitiruvchisi doktor Josiah Zayner CRISPRga uyda genomni tahrirlash imkonini beruvchi asboblar va materiallar to‘plamini yaratdi. Olimning so'zlariga ko'ra, arzon to'plam bugungi kunda DNKga aralashuv oldindan aytib bo'lmaydigan natijaga ega bo'lgan san'at emas, balki oddiy hunarmandchilik ekanligini ko'rsatadi. Olimning o'zi bu g'oyani bajonidil namoyish etadi: uning kvartirasida o'z to'plamidan foydalangan holda oshxonada genetik jihatdan o'zgartirilgan bakteriyalar bilan yaratilgan ko'plab Petri idishlari mavjud.

Biolog Josiah Zayner biologiya fanining eng ilg'or qismini ommalashtirishga yangi yondashuvni taklif qiladi

CRISPR genomini tahrirlash vositasi uch yil oldin ixtiro qilingan va DNKni manipulyatsiya qilishning oddiy, tez va aniq usuli hisoblanadi. Biroq, shu paytgacha CRISPR faqat ixtisoslashgan laboratoriyalarda malakali mutaxassislar tomonidan qo'llanilgan.

CRISPR texnikasi hatto oshxonada ham genomni tahrirlash imkonini beradi

Josiah Zainer birinchi bo'lib genom aralashuvi uchun soddalashtirilgan va qulay CRISPR asboblar to'plamini bozorga chiqardi. Bu provokatsion tashabbus, chunki bugungi kunda jamiyatning turmush tarzi va tafakkurini asosan terrorizm shakllantirmoqda. Natijada, uyda bakteriyalarning genetik modifikatsiyasi ko'p hollarda bioterrorchilar uchun halokatli shtammlarning rivojlanishi bilan bog'liq.

Olimlar, shuningdek, professional bo'lmaganlar tasodifan antibiotiklarga chidamli mikroorganizmlarning super shtammlarini yaratishi mumkinligidan qo'rqishadi. Bunday bakteriyalar va zamburug'lar odamlar uchun zararsiz bo'lib ko'rinsa ham, ular atrof-muhitda oldindan aytib bo'lmaydigan o'zgarishlarga olib kelishi mumkin.

To'plamdagi gen modifikatsiyalari xavfsiz va faqat mikroorganizmlarning tashqi parametrlarida, masalan, ularning rangida kichik o'zgarishlarga imkon beradi.

Biroq, Zaynerning so'zlariga ko'ra, uning to'plamida faqat og'ir muhitda yashay olmaydigan va uzoq umr ko'rmaydigan zararsiz bakteriyalar va xamirturushlar mavjud. To'plam vositalaridan foydalangan holda genni o'zgartirish ularning xususiyatlarida, masalan, rang yoki hidda ozgina o'zgarishlarga imkon beradi.

Genetik muhandislik bo'yicha uy tajribalari uchun to'plam 120 dollar turadi

Josiah Zaynerning fikricha, uning yollanishi orqali ko'plab iqtidorli va qiziquvchan odamlar biologiyaga katta yordam berishi mumkin. Genetika muhandisligiga qiziqish ilm-fan uchun katta ahamiyatga ega, shuning uchun arzon Zayner to'plami biologiya tarixida bir necha qimmatbaho zamonaviy laboratoriyalardan ko'ra ko'proq rol o'ynashi mumkin.

Shuni ta'kidlash kerakki, kraudfanding Zayner loyihasiga 55 000 dollardan ko'proq foyda keltirdi - bu uy genini tahrirlash to'plamini ishlab chiquvchi rejalashtirganidan 333% ko'proq.

Mutatsiyalar (lotincha mutatio — oʻzgarish) — irsiy boʻladigan genlardagi strukturaviy oʻzgarishlar.

Katta mutatsiyalar (genomik o'zgarishlar) genomning nisbatan katta qismlarining yo'qolishi yoki o'zgarishi bilan birga keladi; bunday mutatsiyalar, qoida tariqasida, qaytarilmasdir.

Kichik (nuqta) mutatsiyalar alohida DNK nukleotidlarining yo'qolishi yoki qo'shilishi bilan bog'liq. Bunday holda, faqat oz sonli xususiyatlar o'zgaradi. Bunday o'zgargan bakteriyalar o'zlarining asl holatiga to'liq qaytishi mumkin (qaytariladi).

Belgilari o'zgargan bakteriyalarga mutantlar deyiladi. Mutantlar hosil bo'lishiga sabab bo'lgan omillarga mutagenlar deyiladi.

Bakterial mutatsiyalar o'z-o'zidan paydo bo'ladigan va induktsiyalanganlarga bo'linadi. Spontan (spontan) mutatsiyalar boshqarilmaydigan omillar ta'sirida, ya'ni eksperimentatorning aralashuvisiz sodir bo'ladi. Induktsiyalangan (maqsadli) mutatsiyalar mikroorganizmlarni maxsus mutagenlar (kimyoviy moddalar, nurlanish, harorat va boshqalar) bilan davolash natijasida yuzaga keladi.

Bakterial mutatsiyalar natijasida quyidagilarni qayd etish mumkin: a) morfologik xususiyatlarning o'zgarishi b) madaniy xususiyatlarning o'zgarishi c) mikroorganizmlarda dori vositalariga qarshilikning paydo bo'lishi d) aminokislotalarni sintez qilish, utilizatsiya qilish qobiliyatining yo'qolishi. uglevodlar va boshqa oziq moddalar e) patogen xususiyatlarning zaiflashishi va boshqalar.

Transformatsiya. Transformatsiya paytida boshqa hujayraning DNKsini qabul qila oladigan hujayralar vakolatli deb ataladi.

Transduksiya - genetik ma'lumotni (DNK) donor bakteriyadan bakteriofag ishtirokida qabul qiluvchi bakteriyaga o'tkazish. Transduktsiya xossalari asosan mo''tadil faglardir. Bakterial hujayrada ko'payib, faglar bakterial DNKning bir qismini o'zlarining DNKlariga kiritadilar va uni qabul qiluvchiga o'tkazadilar.

Transduksiyaning uch turi mavjud: umumiy, maxsus va abortiv.

1 . Umumiy transduktsiya - bu bakterial xromosomaning turli qismlarida joylashgan turli genlarning o'tkazilishi.

Shu bilan birga, donor bakteriyalar turli xil xususiyatlar va xususiyatlarni qabul qiluvchiga o'tkazishi mumkin - yangi fermentlar hosil qilish qobiliyati, dori vositalariga qarshilik va boshqalar.

2. Spesifik transduktsiya - bakterial xromosomaning maxsus hududlarida lokalizatsiya qilingan faqat ba'zi o'ziga xos genlarning fag tomonidan ko'chirilishi. Bunday holda, faqat ma'lum xususiyatlar va xususiyatlar o'tkaziladi.

3. Abortiv transduksiya - donor xromosomasining bir bo'lagining fag tomonidan ko'chirilishi. Odatda, bu fragment qabul qiluvchi hujayraning xromosomasiga kiritilmaydi, lekin sitoplazmada aylanadi. Qabul qiluvchi hujayra bo'linganda, bu fragment faqat ikkita qiz hujayradan biriga o'tadi va ikkinchi hujayra qabul qiluvchining o'zgarmagan xromosomasini oladi.

Transduktsiyali faglar yordamida bir hujayradan ikkinchisiga bir qator xususiyatlarni o'tkazish mumkin, masalan, toksin, spora, flagella hosil qilish, qo'shimcha fermentlar ishlab chiqarish, dorilarga chidamlilik va boshqalar.

Konjugatsiya - bu irsiy materialning bir bakteriyadan ikkinchisiga to'g'ridan-to'g'ri hujayra aloqasi orqali o'tishi. Genetik materialni uzatuvchi hujayralar donorlar, qabul qiluvchilar esa retsipientlar deb ataladi. Bu jarayon bir tomonlama - donor hujayradan qabul qiluvchi hujayragacha.

Donor bakteriyalar F+ (erkak turi) va qabul qiluvchi bakteriyalar F- (ayol turi) deb belgilanadi. F + va F - hujayralarining yaqinlashishi bilan ular orasida sitoplazmatik ko'prik paydo bo'ladi. Ko'prikning shakllanishi F omil tomonidan nazorat qilinadi (inglizchadan. Fertility - fertillik). Bu omil genital villi (jinsiy pili) shakllanishi uchun mas'ul bo'lgan genlarni o'z ichiga oladi. Faqat F omilini o'z ichiga olgan hujayralar donor vazifasini bajara oladi. Qabul qiluvchi hujayralar bu omildan mahrum. Kesishda F omil donor hujayradan qabul qiluvchiga o'tadi. F omilini olgandan so'ng, ayol hujayraning o'zi donorga aylanadi (F +).

Konjugatsiya jarayoni mexanik ravishda, masalan, chayqalish orqali to'xtatilishi mumkin. Bunday holda, qabul qiluvchi DNKda mavjud bo'lgan to'liq bo'lmagan ma'lumotni oladi.

Konjugatsiya, boshqa rekombinatsiya turlari kabi, faqat bir turdagi bakteriyalar o'rtasida emas, balki har xil turdagi bakteriyalar o'rtasida ham sodir bo'lishi mumkin. Bunday hollarda rekombinatsiya interspesifik deb ataladi.

Plazmidlar bakteriya hujayrasining nisbatan kichik xromosomadan tashqari DNK molekulalaridir. Ular sitoplazmada joylashgan va aylana shaklga ega. Plazmidlar xromosoma DNKsi tarkibidagi genlardan mustaqil ravishda ishlaydigan bir nechta genlarni o'z ichiga oladi.

Lizogen hujayrada bir qancha irsiy oʻzgarishlarga sabab boʻladigan profaglar, masalan, toksin hosil qilish qobiliyati (transduksiyaga qarang).

Avtonom holatda bo'lgan va kon'yugatsiya jarayonida ishtirok etadigan F-omil (qarang. Kon'yugatsiya).

Hujayraning dori vositalariga chidamliligini beruvchi R-omil (birinchi marta R-omil ichak tayoqchasidan, keyin Shigelladan ajratilgan). Tadqiqotlar shuni ko'rsatdiki, R omil hujayradan chiqarilishi mumkin, bu odatda plazmidlarga xosdir.

K-omil intraspesifik, turlararo va hatto turlararo o'tkazuvchanlikka ega, bu esa tashxis qo'yish qiyin bo'lgan atipik shtammlarning shakllanishiga olib kelishi mumkin.

Birinchi marta ichak tayoqchasi (E. coli) kulturasida kashf etilgan bakteriotsinogen omillar (kol-faktorlar), shu munosabat bilan ular kolitsinlar deb ataladi. Keyinchalik ular boshqa bakteriyalarda ham topilgan: vabo vibrionlari - vibriotsinlar, stafilokokklar - stafilotsinlar va boshqalar.

Co l-faktor - bu o'z turidagi yoki yaqindan bog'liq bo'lgan bakteriyalarning o'limiga olib kelishi mumkin bo'lgan oqsil moddalarining sintezini aniqlaydigan kichik avtonom plazmid. Bakteriotsinlar sezgir hujayralar yuzasida adsorbsiyalanadi va metabolik kasalliklarni keltirib chiqaradi, bu esa hujayra o'limiga olib keladi.

Tabiiy sharoitda populyatsiyada faqat bir nechta hujayralar (1000 tadan 1) o'z-o'zidan kolitsin ishlab chiqaradi. Biroq, madaniyatga ma'lum ta'sirlar ostida (bakteriyalarni UV nurlari bilan davolash) kolitsin ishlab chiqaradigan hujayralar soni ortadi.

MIKROKORAHINLARNING O'ZGARCHILIGINI AMALIY AHAMIYATI.

Hatto Paster ham quturgan va kuydirgi qo'zg'atuvchilarida qaytarilmas o'zgarishlarni sun'iy ravishda oldi va bu kasalliklardan himoya qiluvchi vaktsinalarni tayyorladi. Mikroorganizmlarning genetikasi va o'zgaruvchanligi sohasidagi keyingi tadqiqotlar vaktsinalarni olish uchun ishlatiladigan ko'plab bakterial va virusli shtammlarni olish imkonini berdi.

Mikroorganizmlar genetikasini o'rganish natijalari yuqori organizmlardagi irsiyat qonuniyatlarini yoritishda muvaffaqiyatli qo'llanildi.

Genetikaning yangi bo'limi bo'lgan gen muhandisligi ham katta ilmiy va amaliy ahamiyatga ega.

Genetika muhandisligi usullari genlarning tuzilishini o'zgartirishga imkon beradi va bakterial xromosomaga muhim va zarur moddalarni sintez qilish uchun mas'ul bo'lgan boshqa organizmlarning genlarini o'z ichiga oladi. Natijada, mikroorganizmlar kimyoviy vositalar bilan ishlab chiqarish juda qiyin va ba'zan imkonsiz ish bo'lgan bunday moddalarni ishlab chiqaruvchilarga aylanadi. Shu tariqa hozirgi vaqtda insulin, interferon va boshqalar kabi dori vositalari olinadi.Mutagen omillar va seleksiyadan foydalanib, asl dori vositalaridan 100-1000 marta faolroq bo'lgan antibiotiklarning mutant-produserlari olindi.

9. Immunitet genetikasi

Yuqori hayvonlar organizmining immun javobini genetik jihatdan aniqlash

Monospesifik antitellar sintezi mexanizmi va immun xotira

Tananing immunitet reaktsiyasi darajasining irsiyligi va hayvonlarni infektsiyalarga qarshilik ko'rsatish uchun tanlash imkoniyati.

Immunitet - organizmning infektsion qo'zg'atuvchilarga va antigenik tabiatga ega genetik begona moddalarga qarshi immuniteti. Immunitetning asosiy vazifasi tananing ichki barqarorligini (gomeostaz) immunologik nazorat qilishdir.

Ushbu funktsiyaning natijasi genetik jihatdan begona moddalarni (viruslar, bakteriyalar, saraton hujayralari va boshqalar) tanib olish va keyin blokirovka qilish, zararsizlantirish yoki yo'q qilishdir. Tananing immunitet tizimi, barcha limfoid hujayralar yig'indisi (o'ziga xos himoya omili) genetik jihatdan aniqlangan biologik individuallikni saqlash uchun javobgardir. Nonspesifik himoya omillari teri va shilliq pardalarni o'z ichiga oladi. Immunitet reaktsiyasi yoki immunologik reaktivlik tananing begona moddalarga (antijenlarga) reaktsiyasi shaklidir. Antikorlarning asosiy vazifasi ularning antigen bilan glyutinatsiya, cho'kma, lizis, neytrallanish reaktsiyasi shaklida tezkor reaktsiyaga kirishish qobiliyatidir.

10. Qon guruhlari va biokimyoviy polimorfizm.

Qon guruhlari haqida tushuncha

Qon turlarining irsiyligi

Qon guruhlarini chorvachilikda amaliy qo'llash

Polimorf oqsil sistemalari va ularning hayvonlar mahsuldorligi bilan aloqasi

Qon guruhlari va polimorf oqsil tizimlarini aniqlash usullari.

Qon guruhlari 1900 yilda (odamlarda) kashf etilgan va 1924 yilda tushuntirilgan. 1936 yilda esa immunogenetik atama ishlatilgan. Turlar ichida individlar bir qator kimyoviy, genetik jihatdan aniqlangan belgilar bilan farqlanadi, ular immunogenetik jihatdan antigenlar shaklida aniqlanishi mumkin (organizmga kiritilgan genetik jihatdan begona moddalar, immunogenetik reaktsiyalarni keltirib chiqaradi). Antikorlar - bu organizmda antijenler ta'sirida hosil bo'ladigan immunoglobulinlar (oqsillar); qon guruhidagi farqlar qizil qon hujayralari yuzasida joylashgan antijenler tomonidan belgilanadi. Antigen omillar ba'zan qon omillari deb ataladi, bir shaxsning barcha qon guruhlari yig'indisi qon guruhi deb ataladi. Tug'ilgandan keyin hayvonlarda qon guruhi o'zgarmaydi. Qon guruhlari va antijenlarning genetik tizimlari katta va kichik harflar bilan belgilanadi - A, B, C va boshqalar. Antigenlar juda ko'p, shuning uchun ular A, B, C belgilari va A1, A2 va boshqalar bilan yozadilar.

Bosh sahifa | Biz haqimizda | qayta aloqa

GENOTIP (irsiy) OʻZGARCHILIK

Genotipik o'zgaruvchanlik mutatsiyalar va genetik rekombinatsiyalar natijasida paydo bo'lishi mumkin.

Mutatsiyalar (lotincha mutatio — oʻzgarish) genlardagi irsiy tuzilmaviy oʻzgarishlardir.

Katta mutatsiyalar (genomik o'zgarishlar) genomning nisbatan katta qismlarining yo'qolishi yoki o'zgarishi bilan birga keladi; bunday mutatsiyalar odatda qaytarilmasdir.

Kichik (nuqta) mutatsiyalar alohida DNK asoslarining yo'qolishi yoki qo'shilishi bilan bog'liq. Bunday holda, faqat oz sonli xususiyatlar o'zgaradi. Bunday o'zgargan bakteriyalar o'zlarining asl holatiga to'liq qaytishi mumkin (qaytariladi).

Belgilari o'zgargan bakteriyalarga mutantlar deyiladi. Mutantlar hosil bo'lishiga sabab bo'lgan omillarga mutagenlar deyiladi.

Bakterial mutatsiyalar o'z-o'zidan paydo bo'ladigan va induktsiyalanganlarga bo'linadi. O'z-o'zidan (spontan) mutatsiyalar nazoratsiz omillar ta'siri ostida yuzaga keladi, ya'ni. eksperimentatorning aralashuvisiz. Induktsiyalangan (yo'naltirilgan) mutatsiyalar mikroorganizmlarni maxsus mutagenlar (kimyoviy moddalar, nurlanish, harorat va boshqalar) bilan davolash natijasida paydo bo'ladi.

Bakterial mutatsiyalar quyidagilarga olib kelishi mumkin:

a) morfologik xususiyatlarning o'zgarishi

b) madaniy xususiyatlarning o'zgarishi

v) mikroorganizmlarda dori vositalariga qarshilikning paydo bo'lishi

d) aminokislotalarni sintez qilish, uglevodlar va boshqa oziq moddalardan foydalanish qobiliyatini yo'qotish

e) patogen xususiyatlarning zaiflashishi va boshqalar.

Agar mutatsiya mutagen hujayralar populyatsiyaning boshqa hujayralariga nisbatan afzalliklarga ega bo'lishiga olib kelsa, mutant hujayralar populyatsiyasi hosil bo'ladi va barcha orttirilgan xususiyatlar meros bo'lib qoladi. Agar mutatsiya hujayraga afzallik bermasa, mutant hujayralar, qoida tariqasida, o'ladi. genetik rekombinatsiya. Transformatsiya. Transformatsiya paytida boshqa hujayraning DNKsini qabul qila oladigan hujayralar vakolatli deb ataladi. Qobiliyat holati ko'pincha logarifmik o'sish bosqichiga to'g'ri keladi.

Transduksiya - genetik ma'lumotni donor bakteriyadan bakteriofag ishtirokida qabul qiluvchi bakteriyaga o'tkazish. Transduktsiya xossalari asosan mo''tadil faglardir. Bakterial hujayrada ko'payib, faglar bakterial DNKning bir qismini o'zlarining DNKlariga kiritadilar va uni qabul qiluvchiga o'tkazadilar. Transduksiyaning uch turi mavjud: umumiy, maxsus va abortiv.

1. Umumiy transduksiya - bakterial xromosomaning turli qismlarida joylashgan turli genlarning ko'chirilishi. Shu bilan birga, donor bakteriyalar turli xil xususiyatlar va xususiyatlarni qabul qiluvchiga o'tkazishi mumkin - yangi fermentlar hosil qilish qobiliyati, dori vositalariga qarshilik va boshqalar.

2. Spesifik transduktsiya - ko'chirish
fag faqat bakterial xromosomaning maxsus hududlarida joylashgan ba'zi o'ziga xos genlar. Bunday holda, faqat ma'lum xususiyatlar va xususiyatlar o'tkaziladi.

3. Abortiv transduksiya - donor xromosomasining bitta fermentini fag orqali ko'chirish. Odatda, bu fragment qabul qiluvchi hujayraning xromosomasiga kiritilmaydi, lekin sitoplazmada aylanadi. Qabul qiluvchi hujayra bo'linganda, bu fragment faqat ikkita qiz hujayradan biriga o'tadi va ikkinchi hujayra qabul qiluvchining o'zgarmagan xromosomasini oladi.

Konjugatsiya genetik materialni bir bakteriyadan ikkinchisiga hujayra bilan bevosita aloqa qilish orqali o'tkazishdir. Genetik materialni beruvchi hujayralar donorlar, qabul qiluvchilar esa retsipientlar deb ataladi. Bu jarayon bir tomonlama - donor hujayradan qabul qiluvchi hujayragacha.

Donor bakteriyalar F+ (erkak tipi) va qabul qiluvchi bakteriyalar F- (ayol tipi) deb belgilanadi. F+ va F- hujayralari bir-biriga yaqinlashganda, ular orasida sitoplazmatik ko'prik paydo bo'ladi. Ko'prikning shakllanishi F omil tomonidan boshqariladi (inglizcha unumdorlik - fertillik). Bu omil genital villi (jinsiy-pili) shakllanishi uchun mas'ul bo'lgan genlarni o'z ichiga oladi. Donor vazifasini faqat F omili bo'lgan hujayralar bajarishi mumkin. Qabul qiluvchi hujayralar bu omildan mahrum. Kesishda F omil donor hujayradan qabul qiluvchiga o'tadi. F omilini olgandan so'ng, ayol hujayraning o'zi donorga aylanadi (F +).

Konjugatsiya jarayoni mexanik ravishda, masalan, chayqalish orqali to'xtatilishi mumkin. Bunday holda, qabul qiluvchi DNKda mavjud bo'lgan to'liq bo'lmagan ma'lumotni oladi.

Genetik ma'lumotni konjugatsiya orqali uzatish Enterobacteriaceae da eng yaxshi o'rganiladi.

Konjugatsiya rekombinatsiyaning boshqa turlari kabi faqat bir turdagi bakteriyalar o'rtasida emas, balki har xil turdagi bakteriyalar o'rtasida ham amalga oshirilishi mumkin.Bu hollarda rekombinatsiya turlararo deyiladi.

Genotipik o'zgaruvchanlik irsiydir

54-rasm Plazmidlar (ekstrakromosomal DNK molekulalari)

Plazmidlarning tipik xususiyati ularning o'z-o'zini ko'paytirish (ko'paytirish) qobiliyatidir.

Ular, shuningdek, bir hujayradan ikkinchisiga o'tishi va atrof-muhitdan yangi genlarni o'z ichiga olishi mumkin. Plazmidlarga quyidagilar kiradi:

Profaglar. lizogen hujayrada irsiy bo'lgan bir qator o'zgarishlarni keltirib chiqaradi, masalan, toksin hosil qilish qobiliyati (transduksiyaga qarang). Avtonom holatda bo'lgan va kon'yugatsiya jarayonida ishtirok etuvchi F-omil (qarang konjugatsiya ).

Hujayraning dori vositalariga chidamliligini beruvchi R-omil (birinchi marta R-omil ichak tayoqchasidan, keyin Shigelladan ajratilgan). Tadqiqotlar R-omilni hujayradan olib tashlash mumkinligini ko'rsatdi, bu odatda plazmidlarga xosdir.

R-omil intraspesifik, turlararo va hatto turlararo o'tkazuvchanlikka ega, bu tashxis qo'yish qiyin bo'lgan atipik shtammlarning shakllanishiga olib kelishi mumkin.

Birinchi marta ichak tayoqchasi (E. coli) kulturasida kashf etilgan bakteriotsinogen omillar (kol-faktorlar), shu munosabat bilan ular kolitsinlar deb ataladi. Keyinchalik ular boshqa bakteriyalarda ham topilgan: vibrio vabolar - vibriotsinlar, stafilokokklar - stafilotsinlar va boshqalar.

Kol-faktor - bu o'z turidagi yoki yaqindan bog'liq bo'lgan bakteriyalarning o'limiga olib kelishi mumkin bo'lgan oqsil moddalarining sintezini aniqlaydigan kichik avtonom plazmid. Bakteriotsinlar sezgir hujayralar yuzasida adsorbsiyalanadi va metabolik kasalliklarni keltirib chiqaradi, bu esa hujayra o'limiga olib keladi.

Funktsional genlarning o'zgarishi

Mutatsiyaga uchragan hujayralar uchun mutatsiyalar somatik (masalan, bir odamda turli xil ko'z ranglari) va generativ (yoki gametik) bo'lishi mumkin. Generativ mutatsiyalar naslga o'tadi, somatik mutatsiyalar shaxsning o'zida namoyon bo'ladi. Ular faqat vegetativ ko'payish orqali meros bo'lib o'tadi.

Organizm uchun natija (qiymat) bo'yicha mutatsiyalar ijobiy, neytral va salbiy bo'linadi. Ijobiy mutatsiyalar kam uchraydi. Ular organizmning hayotiyligini oshiradi va evolyutsiya uchun muhim ahamiyatga ega (masalan, kordalar evolyutsiyasida to'rt kamerali yurak paydo bo'lishiga olib keladigan mutatsiyalar). Neytral mutatsiyalar hayotiy jarayonlarga deyarli ta'sir qilmaydi (masalan, sepkillarning mavjudligiga olib keladigan mutatsiyalar). Salbiy mutatsiyalar yarim o'ldiradigan va o'ldiradiganlarga bo'linadi. Yarim halokatli mutatsiyalar organizmning yashash qobiliyatini pasaytiradi, uning umrini qisqartiradi (masalan, Daun kasalligiga olib keladigan mutatsiyalar). O'limga olib keladigan mutatsiyalar
tug'ilishdan oldin yoki tug'ilish vaqtida organizmning o'limi (masalan, miyaning yo'qligiga olib keladigan mutatsiyalar).

Fenotipni o'zgartirib, mutatsiyalar morfologik (masalan, ko'z olmalarining qisqarishi, qo'lda oltita barmoq) va biokimyoviy (masalan, albinizm, gemofiliya).

Genotipni o'zgartirish orqali genomik, xromosoma va gen mutatsiyalari farqlanadi.

Genomik mutatsiyalar - atrof-muhit omillari ta'sirida xromosomalar sonining o'zgarishi. Gaploidiya - 1n xromosomalar to'plami. Tabiatda u dronlarda (erkak) asalarilarda uchraydi. Bunday organizmlarning hayotiyligi pasayadi, chunki ularda barcha retsessiv genlar mavjud.

Poliploidiya - xromosomalarning haploid to'plamining ko'payishi (3n, 4n, 5n). Oʻsimlikchilikda poliploidiya qoʻllaniladi. Bu hosildorlikning oshishiga olib keladi. Odamlar uchun gaploidiya va poliploidiya halokatli mutatsiyalardir.

Aneuploidiya - alohida juftlikdagi xromosomalar sonining o'zgarishi (2n±1, 2n±2 va boshqalar).

Trisomiya. masalan, ayol organizmidagi bir juft jinsiy xromosomaga X xromosoma qo'shilsa, trisomiya X sindromi (47, XXX), erkak tanasining jinsiy xromosomalariga qo'shilsa, Klaynfelter sindromi rivojlanadi (47, XXI). ). Monosomiya. juftlikda bitta xromosomaning yo'qligi - 45, X0 - Shereshevskiy-Tyorner sindromi. Nulizomiya. bir juft homolog xromosomalarning yo'qligi (odamlar uchun - halokatli mutatsiya).

Xromosoma mutatsiyalari (yoki xromosoma aberatsiyasi) - xromosomalar tuzilishidagi o'zgarishlar (xromosomalararo yoki intraxromosomalar). Bitta xromosoma ichidagi qayta tuzilishlar inversiya, tanqislik (etishmovchilik va deletsiya), dublikatsiya deb ataladi. Xromosomalararo tuzilishlar translokatsiyalar deyiladi.

Misollar: o'chirish - odamlarda mushukning yig'lash sindromi duplikatsiya - Drosophila inversiyasida chiziqli ko'zlarning paydo bo'lishi - genlar tartibining o'zgarishi.

Translokatsiyalar quyidagilar bo'lishi mumkin: o'zaro - ikkita xromosoma almashinadigan segmentlar o'zaro bo'lmagan - bir xromosoma segmentlari boshqa Robertsonianga o'tkaziladi - ikkita akrosentrik xromosomalar o'zlarining sentromerik mintaqalari bilan bog'langan.

Kamchiliklar va duplikatsiyalar har doim genlar to'plami o'zgarganda fenotipik tarzda namoyon bo'ladi. Inversiyalar va translokatsiyalar har doim ham paydo bo'lmaydi. Bunday hollarda homolog xromosomalarning konjugasiyasi qiyinlashadi va irsiy materialning qiz hujayralar o'rtasida taqsimlanishi buziladi.

Gen mutatsiyalari nuqta mutatsiyalari yoki transgeneratsiyalar deb ataladi. Ular genlar tuzilishidagi o'zgarishlar bilan bog'liq va metabolik kasalliklarning rivojlanishiga sabab bo'ladi (ularning chastotasi 2-4%).

Strukturaviy genlardagi o'zgarishlar.

1. DNK molekulasiga bir yoki bir necha juft nukleotidlar tushirilganda yoki kiritilganda ramka siljishi sodir bo'ladi.

2. O'tish - purin asosini purin asosiga yoki pirimidin asosini pirimidin asosga (A G yoki C T) almashtirish mutatsiyasi. Bu almashtirish kodon o'zgarishiga olib keladi.

3. Transversiya - purin asosini pirimidin asosga yoki pirimidin asosini purin asosga almashtirish (A C G T) - kodonlarning o'zgarishiga olib keladi. Kodonlarning ma'nosini o'zgartirish noto'g'ri mutatsiyalarga olib keladi. Agar bema'ni kodonlar (UAA, UAG, UGA) hosil bo'lsa, ular bema'ni mutatsiyalarni keltirib chiqaradi. Ushbu kodonlar aminokislotalarni aniqlamaydi, lekin terminatorlardir - ular ma'lumotni o'qishning oxirini belgilaydi.

1. Repressor oqsili o'zgartirildi, u operator geniga mos kelmaydi. Bunday holda, strukturaviy genlar o'chirilmaydi va doimiy ishlaydi.

2. Repressor oqsili operator geniga mahkam yopishadi va induktor tomonidan “olib tashlanmaydi”. Strukturaviy genlar har doim ham ishlamaydi.

3. Repressiya va induksiya jarayonlarining almashinishining buzilishi. Agar induktor bo'lmasa, o'ziga xos oqsil sintezlanadi, induktor ishtirokida esa sintez qilinmaydi. Transkriptonlar ishidagi bunday buzilishlar gen-regulyator yoki gen-operator mutatsiyalari bilan kuzatiladi.

Hozirgi vaqtda 5000 ga yaqin metabolik kasalliklar tasvirlangan, ular gen mutatsiyalari natijasida yuzaga keladi. Ularga fenilketonuriya, albinizm, galaktozemiya, turli gemofiliyalar, o'roqsimon hujayrali anemiya, axondroplaziya va boshqalar misol bo'lishi mumkin.

Ko'pgina hollarda gen mutatsiyalari fenotipik tarzda namoyon bo'ladi.

Irsiyat va o'zgaruvchanlik. Irsiyatning xromosoma nazariyasi

Irsiyat tirik organizmlarning eng muhim xususiyati bo'lib, u ota-onalarning xususiyatlari va funktsiyalarini ularning avlodlariga o'tkazish qobiliyatidan iborat. Bu uzatish genlar yordamida amalga oshiriladi.

Gen - bu irsiy ma'lumotlarni saqlash, uzatish va amalga oshirish birligi. Gen - bu DNK molekulasining ma'lum bir qismi bo'lib, uning tuzilishida ma'lum bir polipeptid (oqsil) tuzilishi kodlangan. Ehtimol, ko'pgina DNK hududlari oqsillarni kodlamaydi, lekin tartibga solish funktsiyalarini bajaradi. Qanday bo'lmasin, inson genomining strukturasida DNKning atigi 2% ga yaqini ketma-ketliklar bo'lib, ular asosida messenjer RNK sintezlanadi (transkripsiya jarayoni), keyinchalik protein sintezi (tarjima jarayoni) jarayonida aminokislotalar ketma-ketligini aniqlaydi. Hozirgi vaqtda inson genomida 30 000 ga yaqin genlar mavjudligiga ishoniladi.

Genlar hujayralar yadrolarida joylashgan va gigant DNK molekulalari bo'lgan xromosomalarda joylashgan.

Irsiyatning xromosoma nazariyasi 1902 yilda Setton va Boveri tomonidan ishlab chiqilgan. Ushbu nazariyaga ko'ra, xromosomalar organizmning irsiy xususiyatlarini aniqlaydigan genetik ma'lumotni tashuvchilardir. Odamlarda har bir hujayra 23 juftga bo'lingan 46 ta xromosomaga ega. Juftlik hosil qiluvchi xromosomalar gomologik deyiladi.

Jinsiy hujayralar (gametalar) bo'linishning maxsus turi - meioz yordamida hosil bo'ladi. Meyoz natijasida har bir jinsiy hujayrada har bir juftdan faqat bitta gomologik xromosoma qoladi, ya'ni. 23 xromosoma. Xromosomalarning bunday yagona to'plami gaploid deb ataladi. Urug'lantirilganda, erkak va urg'ochi jinsiy hujayralar qo'shilib, zigota hosil bo'lganda, diploid deb ataladigan qo'sh to'plam tiklanadi. Undan taraqqiy etgan organizm zigotasida har bir naradan bittadan xromosoma ota organizmidan, ikkinchisi onalikdan olinadi.

Genotip - bu organizm tomonidan ota-onasidan olingan genlar to'plami.

Genetika o'rganadigan yana bir hodisa - o'zgaruvchanlik. O'zgaruvchanlik deganda organizmlarning yangi xususiyatlarni - tur ichidagi farqlarni olish qobiliyati tushuniladi. O'zgartirishning ikki turi mavjud:
- irsiy
- modifikatsiya (irsiy bo'lmagan).

Irsiy o'zgaruvchanlik - genotipning o'zgarishi natijasida yuzaga keladigan o'zgaruvchanlik shakli bo'lib, u mutatsion yoki kombinatsiyalangan o'zgaruvchanlik bilan bog'liq bo'lishi mumkin.

mutatsion o'zgaruvchanlik.
Genlar vaqti-vaqti bilan o'zgarib turadi, bu mutatsiyalar deyiladi. Bu o'zgarishlar tasodifiy va o'z-o'zidan paydo bo'ladi. Mutatsiyalarning sabablari juda xilma-xil bo'lishi mumkin. Mutatsiyaning paydo bo'lish ehtimolini oshiradigan bir qator omillar mavjud. Bu ma'lum kimyoviy moddalar, radiatsiya, harorat va boshqalar ta'siri bo'lishi mumkin. Mutatsiyalar bu vositalar tufayli yuzaga kelishi mumkin, ammo ularning paydo bo'lishining tasodifiy tabiati saqlanib qoladi va ma'lum bir mutatsiyaning paydo bo'lishini oldindan aytib bo'lmaydi.

Olingan mutatsiyalar avlodlarga uzatiladi, ya'ni ular mutatsiya sodir bo'lgan joy bilan bog'liq bo'lgan irsiy o'zgaruvchanlikni aniqlaydi. Agar jinsiy hujayrada mutatsiya sodir bo'lsa, u holda avlodlarga o'tish imkoniyati mavjud, ya'ni. meros qilib olinadi. Agar mutatsiya somatik hujayrada sodir bo'lgan bo'lsa, u faqat shu somatik hujayradan paydo bo'lganlarga uzatiladi. Bunday mutatsiyalar somatik deb ataladi, ular meros qilib olinmaydi.

Mutatsiyalarning bir nechta asosiy turlari mavjud.
- gen mutatsiyalari, bunda o'zgarishlar alohida genlar darajasida, ya'ni DNK molekulasining bo'limlarida sodir bo'ladi. Bu nukleotidlarning isrof bo'lishi, bir asosning boshqasi bilan almashtirilishi, nukleotidlarning qayta joylashishi yoki yangilarini qo'shilishi bo'lishi mumkin.
- Xromosomalar tuzilishining buzilishi bilan bog'liq xromosoma mutatsiyalari mikroskop yordamida aniqlanishi mumkin bo'lgan jiddiy o'zgarishlarga olib keladi. Bunday mutatsiyalarga xromosoma bo'limlarining yo'qolishi (deletsiya), bo'limlarning qo'shilishi, xromosoma bo'limining 180 ° ga aylanishi va takrorlanishlarning paydo bo'lishi kiradi.
- Genomik mutatsiyalar xromosomalar sonining o'zgarishi natijasida yuzaga keladi. Qo'shimcha homolog xromosomalar paydo bo'lishi mumkin: xromosoma to'plamida ikkita homolog xromosoma o'rnida uchta trisomiya mavjud. Monosomiya holatida bir juftdan bitta xromosoma yo'qoladi. Poliploidiya bilan genomning ko'p marta ko'payishi sodir bo'ladi. Genomik mutatsiyaning yana bir varianti gaploidiya bo'lib, unda har bir juftdan faqat bitta xromosoma qoladi.

Mutatsiyalar chastotasiga, yuqorida aytib o'tilganidek, turli omillar ta'sir qiladi. Bir qator genomik mutatsiyalar yuzaga kelganda, ayniqsa, onaning yoshi katta ahamiyatga ega.

Kombinatsiyaning o'zgaruvchanligi.
Ushbu turdagi o'zgaruvchanlik jinsiy jarayonning tabiati bilan belgilanadi. Kombinativ o'zgaruvchanlik bilan genlarning yangi birikmalari tufayli yangi genotiplar paydo bo'ladi. Ushbu turdagi o'zgaruvchanlik jinsiy hujayralar shakllanishi bosqichida allaqachon namoyon bo'ladi. Yuqorida aytib o'tilganidek, har bir jinsiy hujayra (gamet) har bir juftdan faqat bitta homolog xromosomani o'z ichiga oladi. Xromosomalar gametaga tasodifiy kiradi, shuning uchun bir odamning jinsiy hujayralari xromosomalardagi genlar to'plamida juda ko'p farq qilishi mumkin. Kombinativ o'zgaruvchanlikning paydo bo'lishining yanada muhim bosqichi urug'lantirishdir, shundan so'ng yangi paydo bo'lgan organizm genlarining 50% bir ota-onadan, 50% esa boshqasidan meros bo'lib o'tadi.

Modifikatsiyaning o'zgaruvchanligi genotipning o'zgarishi bilan bog'liq emas, balki rivojlanayotgan organizmga atrof-muhitning ta'siridan kelib chiqadi.

Modifikatsiya o'zgaruvchanligining mavjudligi merosning mohiyatini tushunish uchun juda muhimdir. Xususiyatlar meros qilib olinmaydi. Можно взять организмы с абсолютно одинаковым генотипом, например вырастить черенки от одного и того же растения, но поместить их при этом в разные условия (освещенность, влажность, минеральное питание) и получить достаточно сильно отличающиеся растения с разными признаками (рост, урожайность, форма листьев va h.k.). Organizmning haqiqiy shakllangan belgilarini tavsiflash uchun "fenotip" tushunchasi qo'llaniladi.

Fenotip - bu organizmning rivojlanishi jarayonida genotip va atrof-muhit ta'sirining o'zaro ta'siri natijasida hosil bo'lgan organizmning haqiqatda yuzaga keladigan belgilarining butun majmuasi. Demak, irsiyatning mohiyati belgining irsiyatida emas, balki genotipning rivojlanish sharoitlari bilan o'zaro ta'siri natijasida ma'lum bir fenotip berish qobiliyatidadir.

Modifikatsiyaning o'zgaruvchanligi genotipdagi o'zgarishlar bilan bog'liq emasligi sababli, modifikatsiyalar meros qilib olinmaydi. Odatda bu pozitsiyani qabul qilish negadir qiyin. Aftidan, agar ota-onalar bir necha avlodlar davomida og'irlikni ko'tarishda mashq qilsalar va mushaklar rivojlangan bo'lsa, unda bu xususiyatlar bolalarga o'tishi kerak. Ayni paytda, bu odatiy modifikatsiya bo'lib, mashg'ulot - bu xususiyatning rivojlanishiga ta'sir ko'rsatgan muhitning ta'siri. Modifikatsiya paytida genotipda hech qanday o'zgarishlar ro'y bermaydi va modifikatsiya natijasida olingan belgilar meros bo'lmaydi. Darvin bu o'zgaruvchanlikni irsiy bo'lmagan deb atagan.

Modifikatsiyaning o'zgaruvchanligi chegaralarini tavsiflash uchun reaktsiya normasi tushunchasi qo'llaniladi. Insondagi ba'zi xususiyatlarni atrof-muhit ta'siriga qarab o'zgartirib bo'lmaydi, masalan, qon guruhi, jinsi, ko'z rangi. Boshqalar, aksincha, atrof-muhit ta'siriga juda sezgir. Masalan, quyoshga uzoq vaqt ta'sir qilish natijasida terining rangi quyuqroq bo'lib, sochlar ochiladi. Insonning vazniga ovqatlanish odatlari, kasallik, yomon odatlarning mavjudligi, stress, turmush tarzi kuchli ta'sir qiladi.

Atrof-muhitning ta'siri nafaqat miqdoriy, balki fenotipdagi sifat o'zgarishlariga ham olib kelishi mumkin. Primrozning ayrim turlarida past havo haroratida (15-20 S) qizil gullar paydo bo'ladi, lekin o'simliklar 30 ° C haroratda nam muhitda joylashtirilsa, oq gullar hosil bo'ladi.

bundan tashqari, reaksiya tezligi o'zgaruvchanlikning irsiy bo'lmagan shaklini (modifikatsiya o'zgaruvchanligini) tavsiflasa ham, genotip bilan ham aniqlanadi. Bu qoida juda muhim: reaktsiya tezligi genotipga bog'liq. Atrof-muhitning genotipga bir xil ta'siri uning belgilaridan birining kuchli o'zgarishiga olib kelishi mumkin va boshqasiga hech qanday ta'sir ko'rsatmaydi.

21. Gen - irsiyatning funksional birligi. Prokariot va eukariotlarda genning molekulyar tuzilishi. Noyob genlar va DNK takrorlanadi. strukturaviy genlar. “1 gen – 1 ferment” gipotezasi, uning zamonaviy talqini.

Gen - irsiyatning strukturaviy va funktsional birligi bo'lib, u muayyan belgi yoki xususiyatning rivojlanishini nazorat qiladi. Ko'payish jarayonida ota-onalar avlodga o'tadigan genlar to'plami. Gen atamasi 1909 yilda daniyalik botanik Vilgelm Yogansen tomonidan kiritilgan. Genetika fani genlarni o'rganish bilan shug'ullanadi, uning asoschisi Gregor Mendel bo'lib, u 1865 yilda no'xatni kesib o'tishda belgilarning meros orqali uzatilishi bo'yicha o'z tadqiqotlari natijalarini nashr etgan. Genlar mutatsiyaga uchrashi mumkin - DNK zanjiridagi nukleotidlar ketma-ketligining tasodifiy yoki maqsadli o'zgarishi. Mutatsiyalar ketma-ketlikning o'zgarishiga, shuning uchun oqsil yoki RNKning biologik xususiyatlarining o'zgarishiga olib kelishi mumkin, bu esa, o'z navbatida, organizmning umumiy yoki mahalliy o'zgarishi yoki anormal ishlashiga olib kelishi mumkin. Bunday mutatsiyalar ba'zi hollarda patogen hisoblanadi, chunki ularning natijasi kasallik yoki embrion darajasida o'limga olib keladi. Biroq, nukleotidlar ketma-ketligidagi barcha o'zgarishlar oqsil strukturasining o'zgarishiga (genetik kodning degeneratsiyasi ta'siri tufayli) yoki ketma-ketlikning sezilarli o'zgarishiga olib kelmaydi va patogen emas. Xususan, inson genomi bir nukleotid polimorfizmi va nusxa sonining o'zgarishi bilan tavsiflanadi, masalan, o'chirish va dublikatsiyalar, bu butun inson nukleotidlari ketma-ketligining taxminan 1% ni tashkil qiladi. Yagona nukleotid polimorfizmlari, xususan, bir xil genning turli allellarini belgilaydi.

Odamlarda, o'chirish natijasida:

Bo'ri sindromi - 4-katta xromosomaning etishmayotgan qismi,

"Mushuk yig'lashi" sindromi - 5-xromosomaning o'chirilishi bilan. Sababi: 5-juftlikdagi xromosoma bo'lagining xromosoma mutatsion yo'qolishi.

Ko'rinishi: halqumning g'ayritabiiy rivojlanishi, mushuklarga o'xshash hayqiriqlar, men erta bolalik davrida, jismoniy va aqliy rivojlanishda orqada qolaman.

DNK zanjirlarining har birini tashkil etuvchi monomerlar murakkab organik birikmalar bo'lib, ular tarkibida azotli asoslar mavjud: adenin (A) yoki timin (T) yoki sitozin (C) yoki guanin (G), besh atomli shakar-pentoza-deoksiriboza. shundan keyin va DNKning o'zi nomini, shuningdek fosfor kislotasi qoldig'ini oldi. Bu birikmalar nukleotidlar deb ataladi.

Har qanday organizmning xromosomasi, xoh u bakteriya bo'lsin, xoh odam bo'lsin, DNKning uzoq, uzluksiz zanjirini o'z ichiga oladi. ular bo'ylab ko'plab genlar joylashgan. Turli organizmlar genomlarini tashkil etuvchi DNK miqdorida keskin farq qiladi. Viruslarda ularning kattaligi va murakkabligiga qarab, genomning o'lchami bir necha mingdan yuzlab tayanch juftlarigacha bo'ladi. Bunday oddiy tartibga solingan genomlardagi genlar birin-ketin joylashadi va tegishli nuklein kislota (RNK va DNK) uzunligining 100% gacha bo'lgan qismini egallaydi. Ko'pgina viruslar uchun to'liq DNK nukleotidlar ketma-ketligi aniqlangan. Bakteriyalar ancha katta genomga ega. Escherichia coli da DNKning yagona zanjiri - bakterial xromosoma 4,2x106 (6 daraja) asos juftlaridan iborat. Ushbu miqdorning yarmidan ko'pi strukturaviy genlardan iborat, ya'ni. maxsus oqsillarni kodlaydigan genlar. Bakterial xromosomaning qolgan qismi transkripsiyaga qodir bo'lmagan nukleotidlar ketma-ketligidan iborat bo'lib, ularning funktsiyasi to'liq aniq emas. Bakterial genlarning katta qismi noyobdir; genomda faqat bir marta mavjud. Istisno o'nlab marta takrorlanishi mumkin bo'lgan transport va ribosoma RNK genlaridir.

Eukariotlarning genomi, ayniqsa yuqoriroq bo'lganlar, prokariotlar genomidan ancha katta bo'lib, ta'kidlanganidek, yuzlab million va milliardlab asosiy juftlarga etadi. Bu holda strukturaviy genlar soni unchalik ko'paymaydi. Inson genomidagi DNK miqdori taxminan 2 million strukturaviy genlarning shakllanishi uchun etarli. Mavjud bo'lgan haqiqiy son 50-100 ming genga baholanadi, ya'ni. Bu o'lchamdagi genom tomonidan kodlanishi mumkin bo'lganidan 20-40 marta kichikroq. Shuning uchun biz eukaryotik genomning ortiqchaligini aytishimiz kerak. Ortiqchalik sabablari hozirda asosan aniq: birinchidan, ba'zi genlar va nukleotidlar ketma-ketligi ko'p marta takrorlanadi, ikkinchidan, genomda tartibga solish funktsiyasiga ega bo'lgan ko'plab genetik elementlar mavjud, uchinchidan, DNKning bir qismida genlar umuman yo'q. .

Zamonaviy tushunchalarga ko'ra, eukaryotlarda ma'lum bir oqsil sintezini kodlovchi gen bir nechta majburiy elementlardan iborat. Avvalo, bu tananing ma'lum bir to'qimasidagi genning individual rivojlanishining ma'lum bir bosqichida faolligiga kuchli ta'sir ko'rsatadigan keng regulyatsiya zonasi. Keyingi o'rinda genning kodlash elementlariga to'g'ridan-to'g'ri qo'shni bo'lgan promotor - bu genni transkripsiya qiluvchi RNK polimerazasini bog'lash uchun mas'ul bo'lgan 80-100 ta asosiy juft uzunlikdagi DNK ketma-ketligi. Promotordan keyin tegishli oqsilning birlamchi tuzilishi haqidagi ma'lumotlarni o'z ichiga olgan genning tarkibiy qismi yotadi. Ko'pgina eukaryotik genlar uchun bu hudud tartibga soluvchi zonadan sezilarli darajada qisqaroq, ammo uning uzunligi minglab asosiy juftliklar bilan o'lchanishi mumkin.

Eukaryotik genlarning muhim xususiyati ularning uzluksizligidir. Bu shuni anglatadiki, oqsilni kodlovchi gen hududi ikki turdagi nukleotidlar ketma-ketligidan iborat. Ba'zilar - ekzonlar - DNKning bo'limlari bo'lib, ular oqsilning tuzilishi haqida ma'lumot olib boradi va tegishli RNK va oqsilning bir qismidir. Boshqalari - intronlar - oqsilning tuzilishini kodlamaydi va ular transkripsiyalangan bo'lsa-da, etuk mRNK molekulasi tarkibiga kirmaydi. RNK molekulasining "keraksiz" bo'limlari va mRNK hosil bo'lishida intronlarni kesish jarayoni va ekzonlarning birlashishi maxsus fermentlar tomonidan amalga oshiriladi va Splicing (o'zaro bog'lanish, qo'shilish) deb ataladi.

Eukaryotik genom ikkita asosiy xususiyat bilan tavsiflanadi:

1) Ketma-ketliklarni takrorlash

2) Nukleotidlarning o'ziga xos tarkibi bilan tavsiflangan turli bo'laklarga tarkibi bo'yicha ajratish

Takroriy DNK turli uzunlikdagi va tarkibdagi nukleotidlar ketma-ketligidan iborat bo'lib, ular genomda bir necha marta tandem takrorlangan yoki dispers shaklda uchraydi. Qayta takrorlanmaydigan DNK ketma-ketliklari noyob DNK deb ataladi. Taksonlar orasida takroriy ketma-ketliklar egallagan genom qismining o'lchami katta farq qiladi. Xamirturushlarda u 20% ga etadi, sutemizuvchilarda esa barcha DNKning 60% gacha takrorlanadi. O'simliklarda takroriy ketma-ketliklar ulushi 80% dan oshishi mumkin.

DNK tuzilishidagi o'zaro yo'nalganligi bo'yicha to'g'ridan-to'g'ri, teskari, simmetrik takrorlar, palindromlar, komplementar palindromlar va boshqalar farqlanadi. Juda keng diapazonda elementar takrorlanuvchi birlikning uzunligi (asoslar soni bo'yicha), ularning takrorlanish darajasi va genomda tarqalish tabiati o'zgaradi. DNK takrorlanishining davriyligi juda murakkab tuzilishga ega bo'lishi mumkin, agar qisqa takrorlashlar uzunroq bo'lsa yoki ularni chetlab o'tadi va hokazo. Bundan tashqari, DNK ketma-ketligi uchun ko'zgu va teskari takrorlanishlar ko'rib chiqilishi mumkin. Inson genomi 94% ma'lum.Ushbu materialga asoslanib, quyidagi xulosaga kelish mumkin - takrorlanishlar genomning kamida 50% ni egallaydi.

Strukturaviy genlar - fermentativ yoki strukturaviy funktsiyalarga ega hujayra oqsillarini kodlovchi genlar. Ularga rRNK va tRNK tuzilishini kodlovchi genlar ham kiradi. Polipeptid zanjirining tuzilishi haqida ma'lumotni o'z ichiga olgan genlar mavjud, natijada - strukturaviy oqsillar. Bir gen uzunlikdagi nukleotidlarning bunday ketma-ketligi struktur genlar deb ataladi. Strukturaviy genlarning kiritilish joyini, vaqtini, davomiyligini belgilovchi genlar tartibga soluvchi genlardir.

Genlar minglab tayanch juftliklardan iborat bo'lsa-da, hajmi jihatidan kichikdir. Genning mavjudligi gen xususiyatining namoyon bo'lishi (yakuniy mahsulot) bilan belgilanadi. Genetika apparati tuzilishi va uning ishining umumiy sxemasi 1961 yilda Yakob, Monod tomonidan taklif qilingan. Ular DNK molekulasining strukturaviy genlar guruhiga ega bo'limi mavjudligini taklif qilishdi. Ushbu guruhga qo'shni 200 bp joy, promotor (DNKga bog'liq RNK polimeraza qo'shilish joyi). Operator geni ushbu saytga qo'shiladi. Butun tizimning nomi operondir. Tartibga solish tartibga soluvchi gen tomonidan amalga oshiriladi. Natijada repressor oqsili operator geni bilan o'zaro ta'sir qiladi va operon ishlay boshlaydi. Substrat gen regulyatorlari bilan o'zaro ta'sir qiladi, operon bloklanadi. Qayta aloqa printsipi. Operonning ifodasi bir butun sifatida yoqiladi. 1940 yil - Beadle va Tatum gipotezani taklif qilishdi: 1 gen - 1 ferment. Bu gipoteza muhim rol o'ynadi - olimlar yakuniy mahsulotlarni ko'rib chiqishni boshladilar. Ma'lum bo'lishicha, gipotezaning cheklovlari bor, chunki Barcha fermentlar oqsildir, ammo barcha oqsillar ferment emas. Qoida tariqasida, oqsillar oligomerlardir - ya'ni. to'rtlamchi tuzilishda mavjud. Masalan, tamaki mozaikasi kapsulasida 1200 dan ortiq polipeptidlar mavjud. Eukariotlarda genlarning ifodalanishi (namoyon etilishi) o'rganilmagan. Buning sababi jiddiy to'siqlar:

Genetik materialning xromosomalar shaklida tashkil etilishi

Ko'p hujayrali organizmlarda hujayralar ixtisoslashgan va shuning uchun ba'zi genlar o'chiriladi.

Giston oqsillari mavjudligi, prokaryotlarda esa "yalang'och" DNK mavjud.

Giston va giston bo'lmagan oqsillar genlarni ifodalashda ishtirok etadilar va strukturani yaratishda ishtirok etadilar.

22. Genlarning tasnifi: strukturaviy genlar, regulyatorlar. Genlarning xossalari (diskretlik, barqarorlik, labillik, poliallelizm, spesifiklik, pleiotropiya).

Diskretlik - genlarning aralashmasligi

Barqarorlik - strukturani saqlab qolish qobiliyati

Labillik - qayta-qayta mutatsiya qilish qobiliyati

Ko'p allelizm - populyatsiyada ko'plab genlar bir nechta molekulyar shakllarda mavjud

Allelizm - diploid organizmlar genotipida, genning faqat ikkita shakli

O'ziga xoslik - har bir gen boshqa xususiyatni kodlaydi

Pleiotropiya - ko'p gen ta'siri

Ekspressivlik - belgidagi genning namoyon bo'lish darajasi

Penetratsiya - fenotipdagi genni ifodalash chastotasi

Amplifikatsiya - bu gen nusxalari sonining ko'payishi.

23. Genning tuzilishi. Prokariotlarda gen ekspressiyasini tartibga solish. Operon gipotezasi.

Genni ifodalash - bu gendan (DNK nukleotidlari ketma-ketligi) irsiy ma'lumotni funktsional mahsulotga - RNK yoki oqsilga aylantirish jarayoni. Genning ifodalanishi jarayonning barcha bosqichlarida tartibga solinishi mumkin: transkripsiya paytida, tarjima paytida va oqsillarning translatsiyadan keyingi modifikatsiyalari bosqichida.

Gen ekspressiyasini tartibga solish hujayralarga o'z tuzilishi va funktsiyalarini boshqarishga imkon beradi va hujayra differentsiatsiyasi, morfogenezi va moslashuvining asosi hisoblanadi. Gen ifodasi evolyutsion o'zgarishlar uchun substratdir, chunki bitta genning ifodalanish vaqti, joylashuvi va miqdori ustidan nazorat butun organizmdagi boshqa genlarning funktsiyasiga ta'sir qilishi mumkin. Prokaryotlar va eukariotlarda genlar DNK nukleotidlarining ketma-ketligidir. DNK matritsasida transkripsiya sodir bo'ladi - komplementar RNK sintezi. Bundan tashqari, translatsiya mRNK matritsasida sodir bo'ladi - oqsillar sintezlanadi. Xabarchi bo'lmagan RNKni (masalan, rRNK, tRNK, kichik RNK) kodlovchi genlar mavjud bo'lib, ular ifodalangan (transkripsiyalangan), ammo oqsillarga aylantirilmagan.

E. coli hujayralari ustida olib borilgan tadqiqotlar bakteriyalarda 3 turdagi fermentlar mavjudligini aniqlashga imkon berdi:

konstitutsiyaviy, organizmning metabolik holatidan qat'i nazar, doimiy miqdorda hujayralarda mavjud (masalan, glikoliz fermentlari)

induktsiyalangan, normal sharoitda ularning konsentratsiyasi past, lekin, masalan, hujayra madaniyat muhitiga bunday fermentning substrati qo'shilsa, 100Q marta yoki undan ko'proq oshishi mumkin.

repressiya qilingan, ya'ni. metabolik yo'llarning fermentlari, bu yo'llarning yakuniy mahsuloti o'sish muhitiga qo'shilganda sintezi to'xtaydi.

Laktozaning gidrolitik parchalanishida E. coli hujayralarida ishtirok etuvchi b-galaktosidaza induksiyasining genetik tadqiqotlari asosida Fransua Yakob va Jak Monod 1961 yilda operon gipotezasini ishlab chiqdilar, bu operon gipotezasini ishlab chiqdi, bu esa oqsil sintezini boshqarish mexanizmini tushuntirdi. prokaryotlar.

Tajribalarda operon gipotezasi to'liq tasdiqlandi va unda taklif qilingan tartibga solish turi transkripsiya darajasida oqsil sintezini nazorat qilish deb nomlandi, chunki bu holda oqsil sintezi tezligining o'zgarishi o'zgarish tufayli amalga oshiriladi. gen transkripsiyasi tezligida, ya'ni. mRNK hosil bo'lish bosqichida.

E. coli-da, boshqa prokariotlarda bo'lgani kabi, DNK sitoplazmadan yadro qobig'i bilan ajratilmaydi. Transkripsiya jarayonida intronlar bo'lmagan birlamchi transkriptlar hosil bo'ladi, mRNK esa "qopqoq" va poli-A uchidan mahrum. Protein sintezi uning shablonining sintezi tugashidan oldin boshlanadi, ya'ni. transkripsiya va tarjima deyarli bir vaqtda sodir bo'ladi. Genomning o'lchamiga (4 × 106 tayanch juftlik) asoslanib, har bir E. coli hujayrasida bir necha ming oqsil haqida ma'lumot mavjud. Ammo normal o'sish sharoitida u 600-800 ga yaqin turli xil oqsillarni sintez qiladi, ya'ni ko'p genlar transkripsiya qilinmaydi; harakatsiz. Metabolik jarayonlardagi funktsiyalari bir-biri bilan chambarchas bog'liq bo'lgan oqsil genlari ko'pincha genomda strukturaviy birliklarga (operonlarga) to'planadi. Yakob va Monod nazariyasiga ko'ra, operonlar DNK molekulasining bo'limlari bo'lib, ularda funktsional ravishda o'zaro bog'langan strukturaviy oqsillar guruhi va bu genlarning transkripsiyasini boshqaruvchi tartibga solish zonasi haqida ma'lumot mavjud. Operonning strukturaviy genlari muvofiqlashtirilgan tarzda ifodalanadi yoki ularning barchasi transkripsiyalanadi, bu holda operon faol bo'ladi yoki genlarning hech biri "o'qilmaydi", bu holda operon faol emas. Operon faol bo'lganda va uning barcha genlari transkripsiyalanganda, bu operonning barcha oqsillarini sintez qilish uchun shablon bo'lib xizmat qiladigan polikistronik mRNK sintezlanadi. Strukturaviy genlarning transkripsiyasi RNK polimerazasining strukturaviy genlardan oldin operonning 5' uchida joylashgan promotorga birikish qobiliyatiga bog'liq.

RNK polimerazaning promotor bilan bog'lanishi promotorga qo'shni mintaqada repressor oqsilining mavjudligiga bog'liq bo'lib, u "operator" deb ataladi. Repressor oqsili hujayrada doimiy tezlikda sintezlanadi va operator joyiga yaqinlikka ega. Strukturaviy ravishda promotor va operatorning hududlari qisman bir-biriga mos keladi, shuning uchun repressor oqsilining operatorga biriktirilishi RNK polimeraza biriktirilishiga sterik to'siq yaratadi.

Protein sintezini tartibga solish mexanizmlarining aksariyati RNK polimerazasining promotorga ulanish tezligini o'zgartirishga qaratilgan bo'lib, transkripsiyaning boshlanishi bosqichiga ta'sir qiladi. Tartibga soluvchi oqsillar sintezida ishtirok etuvchi genlar transkripsiyasini nazorat qiladigan operondan olib tashlanishi mumkin.

XX asrning 50-yillarida olimlar g'alati bir hodisaga duch kelishdi. Ular ba'zi viruslar bir xil bakteriyalarning turli shtammlarini turli yo'llar bilan yuqtirishiga e'tibor qaratdilar. Ba'zi shtammlar - masalan, E. coli - osongina infektsiyalangan va infektsiyani butun koloniya bo'ylab tez tarqatadi. Boshqalar juda sekin yuqdi yoki viruslarga to'liq chidamli edi. Ammo u yoki bu shtammga moslashgandan so'ng, kelajakda virus uni hech qanday qiyinchiliksiz yuqtirdi.

Bakteriyalarning bu selektiv qarshiligini aniqlash uchun biologlarga yigirma yil kerak bo'ldi. Ma'lum bo'lishicha, bakteriyalarning ma'lum shtammlarining viruslarga qarshilik ko'rsatish qobiliyati - bu cheklash (ya'ni "cheklash") deb nomlangan - ularda virus DNKsini jismoniy ravishda kesib tashlaydigan maxsus fermentlar mavjudligi bilan bog'liq.

Ushbu oqsillarning o'ziga xosligi - restriksion fermentlar - ular kichik va qat'iy belgilangan DNK ketma-ketligini taniydilar. Bakteriyalar o'zlari o'z genlarida yo'l qo'ymaydigan, lekin virus DNKsida mavjud bo'lishi mumkin bo'lgan noyob ketma-ketliklarni cheklovchi fermentlarni "maqsad qiladi". Turli cheklash fermentlari turli ketma-ketlikni taniydi.

Bakteriyalarning har bir shtammi bunday fermentlarning o'ziga xos arsenaliga ega va shuning uchun virus genomidagi ma'lum bir "so'z" to'plamiga javob beradi. Agar virusning genomi "onam ramkani yuvdi" iborasi ekanligini tasavvur qilsak, virus "ona" so'zini taniydigan bakteriyani yuqtira olmaydi, ammo "amaki" so'zini nishonga olgan bakteriya shunday bo'ladi. himoyasiz. Agar virus mutatsiyaga uchrasa va, aytaylik, "ramkani yuvayotgan ayol" ga aylansa, birinchi bakteriya ham himoyasini yo'qotadi.

Nega "bakterial immunitet"ning kashfiyoti molekulyar biologiyaning eng muhim yutuqlari ro'yxatining eng boshida turadi? Bu bakteriyalarning o'zi yoki hatto viruslar emas.

DNKning bir qismini o'lchang

Ushbu mexanizmni ta'riflagan olimlar deyarli darhol ushbu jarayonning eng muhim tafsilotiga e'tibor qaratdilar. Cheklash fermentlari (aniqrog'i, bu fermentlarning turlaridan biri) DNKni aniq belgilangan nuqtada kesishga qodir. O'xshatishimizga qaytadigan bo'lsak, DNKdagi "ona" so'zini nishonga olgan ferment bu so'z bilan bog'lanadi va uni, masalan, uchinchi va to'rtinchi harflar orasidan kesib tashlaydi.

Shunday qilib, tadqiqotchilar birinchi marta genomlardan kerakli DNK bo'laklarini "kesib olish" imkoniyatiga ega bo'ldilar. Maxsus "yopishtiruvchi" fermentlar yordamida hosil bo'lgan bo'laklarni bir-biriga - shuningdek, ma'lum bir tartibda yopishtirish mumkin edi. Restriktor fermentlarining kashf etilishi bilan olimlar qo‘llarida DNKni “yig‘ish” uchun barcha zarur vositalarga ega bo‘ldilar. Vaqt o'tishi bilan bu jarayonga murojaat qilish uchun biroz boshqacha metafora ildiz otdi - genetik muhandislik.

Bugungi kunda DNK bilan ishlashning boshqa usullari mavjud bo'lsa-da, so'nggi yigirma yoki o'ttiz yildagi biologik tadqiqotlarning aksariyat qismini cheklovchi fermentlarsiz amalga oshirish mumkin emas edi. Transgen o'simliklardan gen terapiyasigacha, rekombinant insulindan induktsiyalangan ildiz hujayralarigacha, genetik manipulyatsiya bilan bog'liq har qanday ishda ushbu "bakterial qurol" qo'llaniladi.

Dushmanni ko'zdan biling

Sutemizuvchilarning, shu jumladan odamlarning immunitet tizimi ham tug'ma, ham orttirilgan himoya mexanizmlariga ega. Immunitetning tug'ma tarkibiy qismlari odatda tananing ko'plab dushmanlarini bir vaqtning o'zida birlashtiradigan umumiy narsaga reaksiyaga kirishadi. Masalan, tug'ma immunitet minglab turli mikroblar uchun bir xil bo'lgan bakterial hujayra devori komponentlarini taniy oladi.

Olingan immunitet immunologik xotira fenomeniga tayanadi. U o'ziga xos patogenlarning o'ziga xos tarkibiy qismlarini taniydi, ularni kelajak uchun "eslab qoladi". Emlash bunga asoslanadi: immunitet tizimi o'ldirilgan virus yoki bakteriyaga "o'rgatadi" va keyinchalik tirik patogen tanaga kirganda, uni "tanadi" va uni joyida yo'q qiladi.

Tug'ma immunitet - bu chegara punkti. U bir vaqtning o'zida hamma narsadan va bir vaqtning o'zida hech narsadan himoya qiladi. Qabul qilingan immunitet - dushmanni ko'rishdan biladigan snayper. 2012 yilda ma'lum bo'lishicha, bakteriyalar shunga o'xshash narsaga ega.

Agar cheklash tug'ma immunitetning bakterial analogi bo'lsa, bakteriyalarda orttirilgan immunitetning rolini CRISPR / Cas9 yoki "Crisper" nomli tizim bajaradi.

Krisper ijodining mohiyati quyidagicha. Bakteriya virus tomonidan hujumga uchraganda, u virus DNKsining bir qismini o'z genomidagi maxsus joyga ko'chiradi (viruslar haqidagi ma'lumotlarning bu "ombori" CRISPR deb ataladi). Virusning ushbu saqlangan "identifikitiga" asoslanib, bakteriya virus genlarini taniy oladigan va agar virus yana bakteriyani yuqtirishga harakat qilsa, ular bilan bog'lanishga qodir bo'lgan RNK probini yaratadi.

RNK probining o'zi virus uchun zararsizdir, ammo bu erda boshqa o'yinchi o'ynaydi: Cas9 oqsili. Bu virusli genlarni yo'q qilish uchun mas'ul bo'lgan "qaychi" - xuddi cheklovchi ferment kabi. Cas9 RNK zondini ushlaydi va xuddi bog'langandek, virusli DNKga etkaziladi, shundan so'ng unga signal beriladi: bu erda kesing!

Umuman olganda, butun tizim uchta bakterial komponentdan iborat:

1) "identikit" eski viruslarning DNK saqlanishi;

2) ushbu "identifikatsiya tasvirlari" asosida yaratilgan va ular orqali virusni aniqlashga qodir bo'lgan RNK probi;

3) protein "qaychi" RNK zondiga bog'langan va virus DNKsini aynan oxirgi marta "identikit" olingan joyda kesib tashlash.

Ushbu "bakterial immunitet" kashf etilgandan so'ng deyarli bir zumda hamma bakteriyalar va ularning viruslari haqida unutdi. Ilmiy adabiyotlar CRISPR/Cas9 tizimining genetik muhandislik va kelajak tibbiyoti uchun vosita sifatidagi salohiyati haqidagi hayajonli maqolalar bilan to'ldirildi.

Cheklov fermentlarida bo'lgani kabi, Crisper tizimi DNKni qat'iy belgilangan nuqtada kesishga qodir. Ammo yetmishinchi yillarda kashf etilgan "qaychi" bilan solishtirganda, u juda katta afzalliklarga ega.

Cheklash fermentlari biologlar tomonidan DNKni faqat probirkaga "o'rnatish" uchun ishlatiladi: avval siz kerakli bo'lakni (masalan, o'zgartirilgan gen) qilishingiz kerak va shundan keyingina uni hujayra yoki organizmga kiritishingiz kerak. "Crisper" DNKni joyida, tirik hujayrada kesib tashlashi mumkin. Bu nafaqat sun'iy ravishda kiritilgan genlarni ishlab chiqarish, balki butun genomlarni "tahrirlash" imkonini beradi: masalan, ba'zi genlarni olib tashlash va o'rniga yangilarini kiritish. Yaqin vaqtgacha bunday narsani orzu qilish mumkin edi.

O'tgan yil davomida ma'lum bo'lishicha, CRISPR tizimi oddiy va har qanday hujayrada ishlay oladi: nafaqat bakterial, balki sichqoncha yoki odam ham. Uni kerakli hujayraga "o'rnatish" juda oddiy. Aslida, bu butun to'qimalar va organizmlar darajasida ham amalga oshirilishi mumkin. Kelajakda bu kattalar inson genomidan nuqsonli genlarni, masalan, saratonga olib keladigan genlarni butunlay olib tashlash imkonini beradi.

Aytaylik, sizning genomingizda mavjud bo'lgan "onam ramkani yuvdi" iborasi sizda gender stereotiplariga og'riqli ishtiyoq uyg'otadi. Ushbu muammodan xalos bo'lish uchun sizga Cas9 oqsili kerak bo'ladi - har doim bir xil - va "ona" va "ramka" so'zlariga qaratilgan bir juft RNK problari. Ushbu zondlar har qanday bo'lishi mumkin - zamonaviy usullar ularni bir necha soat ichida sintez qilish imkonini beradi. Raqam bo'yicha hech qanday cheklovlar yo'q: siz bir vaqtning o'zida kamida ming nuqtada genomni "kesishingiz" mumkin.

Tanani nishonga olish

Ammo Crisperning qiymati qaychi funktsiyasidan tashqariga chiqadi. Ko'pgina mualliflarning ta'kidlashicha, bu tizim bizga ma'lum bo'lgan birinchi vosita bo'lib, uning yordamida bir vaqtning o'zida ma'lum bir protein, ma'lum bir RNK va ma'lum bir DNKning "uchrashuvini" tashkil qilish mumkin. Bu o‘z-o‘zidan ilm-fan va tibbiyot uchun ulkan imkoniyatlar ochadi.

Misol uchun, Cas9 oqsili "qaychi" funktsiyasini o'chirib qo'yishi mumkin va buning o'rniga unga boshqa protein - aytaylik, gen faollashtiruvchisi bog'lanadi. To'g'ri RNK zond yordamida hosil bo'lgan juftlik genomning kerakli joyiga yuborilishi mumkin: masalan, ba'zi diabet kasalliklarida noto'g'ri ishlaydigan insulin geniga. Faollashtiruvchi oqsil va nogiron genning uchrashuvini shu tarzda tashkil qilish orqali organizmning faoliyatini aniq va nozik sozlash mumkin.

Siz nafaqat aktivatorlarni, balki umuman hamma narsani bog'lashingiz mumkin - aytaylik, nuqsonli genni boshqa xromosomadan "zaxira nusxasi" bilan almashtira oladigan oqsil. Shunday qilib, kelajakda, masalan, Xantington kasalligini davolash mumkin bo'ladi. Bu holda CRISPR tizimining asosiy afzalligi uning DNKning istalgan nuqtasiga "ekspeditsiyalarni jo'natish" qobiliyatidir, biz uni hech qanday qiyinchiliksiz dasturlashimiz mumkin. Har bir aniq ekspeditsiyaning vazifasi nimadan iborat - bu faqat tadqiqotchilarning tasavvuriga bog'liq.

Bugungi kunda CRISPR/Cas9 tizimi bir necha o'n yillar ichida qanday muammolarni hal qila olishini aytish qiyin. Butunjahon genetiklar hamjamiyati endi o'yinchoqlar bilan to'lib-toshgan ulkan zalga kirishga ruxsat berilgan bolani eslatadi. Etakchi ilmiy jurnal Science yaqinda "The CRISPR Craze" - "Crisper Madness" deb nomlangan sohadagi so'nggi yutuqlar haqida umumiy sharhni chop etdi. Va shunga qaramay, bu allaqachon aniq: bakteriyalar va fundamental fan bizga yana bir bor dunyoni o'zgartiradigan texnologiyani taqdim etdi.

Yanvar oyida genomi CRISPR/Cas9 tizimi tomonidan muvaffaqiyatli o'zgartirilgan birinchi primatlarning tug'ilishi haqida xabarlar bor edi. Sinov eksperimenti sifatida maymunlarga ikkita gendagi mutatsiyalar kiritildi: biri immunitet tizimi bilan bog'liq, ikkinchisi esa yog'ning cho'kishi uchun javob beradi, bu usulni homo sapiensga qo'llash mumkinligini aniq ko'rsatmaydi. Ehtimol, semizlik muammosini genetik muhandislik bilan hal qilish unchalik uzoq kelajak emas.

Kelajak avlodlarga o'tadigan inson DNKsini o'zgartirish uzoq vaqtdan beri ko'plab mamlakatlarda axloqiy jihatdan yopiq hisoblangan va taqiqlangan. Olimlar inson embrionlarida kasallik genlarini tiklash uchun yangi vositalardan foydalanayotganliklarini xabar qilishdi. Garchi tadqiqotchilar nuqsonli embrionlardan foydalanayotgan bo‘lsalar ham va ularni ayol bachadoniga joylashtirish niyatida bo‘lmasalar ham, ish tashvishga solmoqda.

Inson tuxumlari, spermatozoidlari yoki embrionlarining DNKidagi o'zgarish germline o'zgarishi deb nomlanadi. Ko'pgina olimlar klinik embrionlarni qayta ko'rib chiqishga moratoriy qo'yishga chaqirishmoqda, inson mikrob chizig'ini tahrirlashmoqda va ko'pchilik bu turdagi ilmiy faoliyatni taqiqlash kerak deb hisoblaydi.

Biroq, inson embrionining DNKsini tahrirlash bolada kasallikning oldini olish uchun axloqiy jihatdan maqbul bo'lishi mumkin, ammo kamdan-kam hollarda va kafolatlar bilan. Bu holatlar ikkalasi ham jiddiy genetik kasalliklarga ega bo'lgan va sog'lom bola tug'ishni xohlasa, embrionni tahrirlash haqiqatan ham oxirgi oqilona variant bo'lgan juftliklar bilan cheklanishi mumkin.

Genlarni ataylab o'zgartirish xavfi

Olimlarning fikricha, inson embrionini tahrirlash bolaning jiddiy genetik kasalliklarni meros qilib olishining oldini olish uchun maqbul bo'lishi mumkin, ammo ma'lum xavfsizlik va axloqiy mezonlarga rioya qilingan taqdirdagina. Misol uchun, er-xotinning "oqilona muqobil variantlari" bo'lishi mumkin emas, masalan, in vitro urug'lantirish (IVF) yoki prenatal test va homilani abort qilish orqali sog'lom embrionlarni tanlash imkoniyati. Mezonlarga javob berishi mumkin bo'lgan yana bir holat, agar ikkala ota-ona ham bir xil tibbiy holatga ega bo'lsa, masalan, kist fibrozisi.

Olimlar germline tahriri boshqa maqsadlarda, masalan, bolaga kerakli, o'ziga xos xususiyatlarni berish uchun ishlatilishining oldini olish uchun qat'iy hukumat nazorati zarurligi haqida ogohlantirmoqda.

Bemor hujayralarida irsiy bo'lmagan genlarni tahrirlash orqali OIV, gemofiliya va leykemiya bilan kurashish uchun klinik sinovlar allaqachon olib borilmoqda. Gen terapiyasi uchun mavjud tartibga solish tizimlari bunday ishlarni amalga oshirish uchun etarli deb hisoblanadi.

Genomni tahrirlash potentsialni oshirish, sog'lom odamda mushaklar kuchini oshirish yoki xolesterin darajasini pasaytirish uchun bo'lmasligi kerak.

Inson germline genini tahrirlash yoki inson germline modifikatsiyasi bolalar va kelajak avlodlarga o'tkaziladigan genlarni ataylab o'zgartirishni anglatadi.

Boshqa so'z bilan, genetik jihatdan o'zgartirilgan odamlarni yaratish. Xavfsizlik va ijtimoiy sabablarga ko'ra ko'p yillar davomida inson germ chizig'ini o'zgartirish taqiqlangan mavzu deb hisoblanadi. U 40 dan ortiq mamlakatlarda rasman taqiqlangan.

Genetika o'zgartirilgan odamlarni yaratish bo'yicha tajribalar va evgenika fani

Biroq so‘nggi yillarda inson embrionlari bilan tajriba o‘tkazishda genetik injeneriyaning yangi usullari qo‘llanila boshlandi. Tadqiqot uchun beta qon kasalligi - talassemiya bilan bog'liq genlar va inson embrionlari ishlatilgan. Tajribalar asosan muvaffaqiyatsiz bo'ldi. Ammo genlarni tahrirlash vositalari butun dunyo bo'ylab laboratoriyalarda ishlab chiqilmoqda va genlarni tahrirlash yoki o'chirishni har qachongidan ham osonroq, arzonroq va aniqroq qilish kutilmoqda. Genomni tahrirlashning zamonaviy, ammo nazariy usullari olimlarga ijobiy natijalar bilan DNKni kiritish, o'chirish va sozlash imkonini beradi. Bu o'roqsimon hujayrali kasallik, kist fibrozi va saratonning ayrim turlari kabi ba'zi kasalliklarni davolash va'dasini beradi.

Odamlarga nisbatan tanlov - evgenika

Inson embrionlarining genini tahrirlash yoki evgenika yo'nalishi genetik jihatdan o'zgartirilgan juda xilma-xil odamlarni yaratishga olib keladi. Bu ijtimoiy va axloqiy muammolar tufayli jiddiy xavfsizlikka olib keladi. Ular kelajakdagi bolalar va avlodlar salomatligiga tuzatib bo'lmaydigan zarar etkazish istiqbolidan tortib, ijtimoiy tengsizlik, kamsitish va nizolarning yangi shakllariga va yevgenikaning yangi davriga eshiklarni ochishgacha.

Inson tanlash uchun evgenika fani o'tgan asrning o'rtalarida natsistlar yo'nalishidagi fan sifatida paydo bo'lgan.

Olimlarga keyingi avlodlarga o'tadigan inson DNKiga o'zgartirish kiritishga ruxsat berilmaydi. Evgenika fanidagi bunday innovatsion qadam faqat qo'shimcha tadqiqotlardan so'ng ko'rib chiqilishi kerak, shundan so'ng jiddiy cheklovlar ostida o'zgarishlar kiritilishi mumkin. Jiddiy kasallik va nogironlikning oldini olish uchun bunday ishlarni taqiqlash kerak.

Genlarning o'zgarishi natijasida yuzaga keladigan o'zgarishlar mutatsiyalar deb ham ataladi.

Inson spermatozoidlari, tuxumlari yoki embrionlari genlarini o'zgartirishga qarshi uzoq tabu, chunki bunday o'zgarishlar kelajak avlodlarga meros bo'lib qoladi. Bu qisman tabu, chunki xatolar beixtiyor yangi sun'iy kasalliklarni keltirib chiqarishi mumkin, ular keyinchalik inson genofondining doimiy qismiga aylanishi mumkin.

Yana bir muammo shundaki, bu tur tibbiy bo'lmagan maqsadlarda genetik modifikatsiya qilish uchun ishlatilishi mumkin. Masalan, olimlar nazariy jihatdan bolalar konstruktorini yaratishga harakat qilishlari mumkin, unda ota-onalar o'z farzandlarini aqlli, balandroq, yaxshiroq sportchi qilish yoki boshqa zarur atributlarga ega qilish uchun ularning xususiyatlarini tanlashga harakat qilishadi.

Hozirda bunday narsa mumkin emas. Ammo hatto istiqbol olimlarning qo'rquvini evolyutsiya yo'nalishini va genetik jihatdan takomillashtirilgan deb hisoblangan odamlarning yaratilishini sezilarli darajada o'zgartirishi, filmlar va kitoblarda tasvirlangan kelajakdagi distopiyalarni o'ylab topishiga sabab bo'ladi.

O'z DNKsiga ega bo'lgan sperma, tuxum yoki embriondan chaqaloqlarni yaratishga bo'lgan har qanday urinish va tahrirlashga urinish faqat juda ehtiyotkorlik bilan nazorat qilinadigan sharoitlarda va faqat halokatli kasallikning oldini olish uchun amalga oshirilishi mumkin.

Kasallikning oldini olish yoki davolash uchun genni tahrirlash bilan insonning qobiliyatlarini oshirish uchun foydalanishni farqlash qiyin bo'lishi mumkin.

Misol uchun, agar olimlar gen o'zgarishlari Altsgeymer kasalligida demans bilan kurashish uchun aqliy qobiliyatlarni oshirishini aniqlashga muvaffaq bo'lishsa, buni profilaktika tibbiyoti deb hisoblash mumkin. Agar siz sog'lom odamning xotirasini tubdan yaxshilasangiz, bu endi tibbiy yo'nalish emas.

Qachon DNKni o'zgartirishga ruxsat beriladi

Genlarni tahrirlash qobiliyati ko'plab kasalliklarni davolashda va hatto sperma, tuxum va embriondagi genetik mutatsiyalarni tahrirlash orqali ko'plab halokatli kasalliklarning paydo bo'lishining oldini olish uchun ishlatilishi mumkin. Ba'zi potentsial o'zgarishlar ko'krak bezi saratoni, Tey-Sachs kasalligi, o'roqsimon hujayrali anemiya, kist fibrozi va Xantington kasalligi kabi keng ko'lamli kasalliklarning oldini olishi mumkin.

Genlarni tahrirlash bo'yicha klinik sinovlarga ruxsat berilishi kerak, agar:

"jiddiy kasallik" oldini olish uchun "oqilona muqobil" yo'q.
genlar tahrirlanganda kasallikning sababini bartaraf etishi ishonchli tarzda isbotlangan
o'zgarishlar faqat sog'lig'ining odatiy holati bilan bog'liq bo'lgan bunday genlarni o'zgartirishga qaratilgan
Xatarlar va sog'liq uchun mumkin bo'lgan foydalar bo'yicha etarlicha dastlabki tadqiqot ishlari olib borildi
Jarayonning ishtirokchilarning salomatligi va xavfsizligiga ta'sirini o'rganish uchun doimiy, qat'iy nazorat va uzoq muddatli kompleks rejalar
bemorning maxfiyligiga muvofiq maksimal shaffoflik mavjud va sog'liq, ijtimoiy imtiyozlar va xavflarni qayta baholash davom etmoqda.
jiddiy kasallik yoki holat tarqalishining oldini olish uchun mustahkam nazorat mexanizmlari mavjud.

Inson germ chizig'ini tahrirlash tarafdorlari, bu butun dunyo bo'ylab inson azobini kamaytiradigan ko'plab jiddiy genetik kasalliklarning paydo bo'lishini kamaytirishi yoki hatto yo'q qilishi mumkinligini ta'kidlaydi. Muxoliflarning aytishicha, inson embrionlarini o‘zgartirish xavfli va g‘ayritabiiy ish bo‘lib, kelajak avlodlar roziligini hisobga olmaydi.

Inson embrionining o'zgarishi haqida munozara

Keling, homilani o'zgartirish g'ayritabiiy yoki Xudoga qarshi o'ynash degan e'tirozdan boshlaylik.

Bu dalil tabiiy tabiatning yaxshi ekanligi haqidagi asosga asoslanadi.

Ammo kasalliklar tabiiydir va millionlab odamlar kasal bo'lib, erta vafot etadilar - bularning barchasi tabiiydir. Agar biz faqat tabiiy mavjudotlar va tabiat hodisalarini himoya qilganimizda, antibiotiklarni bakteriyalarni o'ldirish yoki boshqa yo'l bilan tibbiyot bilan shug'ullanish yoki qurg'oqchilik, ocharchilik, o'latga qarshi kurashish uchun ishlata olmas edik. Sog'liqni saqlash tizimi har bir rivojlangan mamlakatda mavjud va uni tabiatning borishini to'xtatishga qaratilgan keng qamrovli urinishning bir qismi deb ta'riflash mumkin. Bu, albatta, yaxshi ham, yomon ham emas. Tabiiy moddalar yoki tabiiy muolajalar, agar ular, albatta, mumkin bo'lsa, yaxshiroqdir.

Tibbiyot va genomni tahrirlash tarixidagi muhim lahzaga olib keladi va butun insoniyat manfaati uchun istiqbolli ilmiy sa'y-harakatlarni ifodalaydi.

Inson genomiga aralashuvga faqat profilaktika, diagnostika yoki terapevtik maqsadlarda va nasl uchun o'zgartirishlarsiz ruxsat etiladi.

"Dizayner chaqaloqlar" deb ataladigan genetika sohasidagi jadal taraqqiyot kengroq jamoatchilik va fanning kuchi haqida munozaralar uchun bioetikaga bo'lgan ehtiyojni oshiradi. Fan tashqi ko'rinish va aql kabi irsiy xususiyatlarni nazorat qilish uchun laboratoriyada inson embrionlarini genetik jihatdan o'zgartirishga qodir.

Hozirda ko'plab davlatlar genlarni tahrirlash va DNKni o'zgartirishni taqiqlovchi xalqaro konventsiyani imzolagan.

Mutatsiya ( lat. mutatsiya - o'zgarish) - tashqi yoki ichki muhit ta'sirida yuzaga keladigan genotipning doimiy o'zgarishi.

Genomik mutatsiyalar - Bular bir, bir necha yoki toʻliq gaploid xromosomalar toʻplamining qoʻshilishi yoki yoʻqolishiga olib keladigan mutatsiyalardir. Genomik mutatsiyalarning har xil turlari geteroploidiya va poliploidiya deb ataladi.

Poliploidiya– bir nechta o'zgarishlar (bir necha marta, masalan, 12 → 24). Bu hayvonlarda uchramaydi, o'simliklarda bu kattalikning oshishiga olib keladi.

Anevploidiya- bir yoki ikkita xromosomadagi o'zgarishlar. Masalan, bitta qo'shimcha yigirma birinchi xromosoma Daun sindromiga olib keladi (xromosomalarning umumiy soni 47 ta bo'lsa).

26. Genlar soni va tartibining o'zgarishi (xromosomalarning qayta tuzilishi)

Xromosomalarning qayta tuzilishi(ular aberratsiyalar deb ham ataladi) ikki yoki undan ortiq xromosomalarning uzilishida yuzaga keladi.

· o'chirish, yoki etishmasligi. Xromosomaning yo'qolgan qismi.

· takrorlash, yoki ikki barobar. Xromosoma bo'limlaridan biri xromosoma to'plamida bir necha marta taqdim etilgan.

· Inversiya bir xromosomada ikkita tanaffus natijasida paydo bo'ladi, lekin xromosomaning ichki qismi 180 graduslik burilish qilish sharti bilan, ya'ni. uning qutbliligi teskari.

Xromosomaning teskari hududi sentromerani o'z ichiga olishi yoki bo'lmasligi mumkin. Birinchi holda, inversiya deyiladi perisentrik(ya'ni sentromerani qoplaydi), ikkinchisida esa - parasentrik(yaqin sentromerik).

Translokatsiyalar . Agar tanaffuslar ikkita xromosomada bo'lsa, u holda birlashish paytida parchalar almashinuvi mumkin. Nosimmetrik qo'shilish bilan homolog bo'lmagan xromosomalarning distal hududlari almashinuvi sodir bo'lgan yangi xromosomalar hosil bo'ladi. Bunday translokatsiyalar deyiladi o'zaro.

Xromosoma segmenti ham o'z o'rnini o'zaro almashmasdan, bir xil xromosomada qolmasdan yoki boshqasiga kirmasdan o'zgartirishi mumkin. Bunday o'zaro bo'lmagan translokatsiyalar ba'zan deyiladi transpozitsiyalar .

Ikkita akrosentrik xromosomalar ularning sentromeralari hududida qisqa qo'llarning yo'qolishi bilan bog'langan taqdirda, markazlashtirilgan sintez kuzatiladi - Robertson translokatsiyasi.

27. Alohida genlarning o'zgarishi (gen mutatsiyasi)

Mutatsiyalar(lotincha mutatio — oʻzgarish) organizmlar xossalari va xususiyatlarining oʻzgarishida fenotipik tarzda namoyon boʻladigan genlar va xromosomalarning oʻzgarishi.

Gen (nuqta) mutatsiyalari- bular DNK tuzilishidagi nukleotidlar soni va/yoki ketma-ketligidagi o'zgarishlar (insertatsiyalar, o'chirishlar, siljishlar, nukleotidlarning o'rnini bosish) individual genlar ichida, tegishli protein mahsulotlarining miqdori yoki sifatining o'zgarishiga olib keladi.

Gen mutatsiyasining transferi.

Bu irsiyatning odatiy qonunlariga muvofiq sodir bo'ladi. Nasl uchun xavf "kasal" genning dominant yoki retsessiv ekanligiga va u qayerda - normal xromosomada yoki jinsiy xromosomada joylashganiga qarab ko'proq yoki kamroq katta. Shuni yodda tutingki, agar gen retsessiv bo'lsa, odam uni o'z avlodlariga o'tkazishi mumkin.

Oddiy misol - gemofiliya - qon kasalligi (uning ivish qobiliyatining buzilishi). Bu kasallik faqat ayollar tomonidan yuqadiganligi bilan farq qiladi, lekin faqat erkaklarda buzilishlarni keltirib chiqaradi; boshqacha aytganda, tashqi tomondan sog'lom ayol o'g'illaridan biriga bu kasallikka qarshi chiqishi mumkin.