Настолен комплект за редактиране на гени. Механизми, причиняващи промени в генетичната информация Промени в набора от гени

Мутациите (от латинското mutatio - променям) са наследствени структурни промени в гените.

Големите мутации (геномни пренареждания) са придружени от загуба или промени в относително големи участъци от генома; такива мутации обикновено са необратими.

Малките (точкови) мутации са свързани със загубата или добавянето на отделни ДНК нуклеотиди. В този случай се променят само малък брой характеристики. Такива променени бактерии могат напълно да се върнат в първоначалното си състояние (реверт).

Бактериите с променени характеристики се наричат ​​мутанти. Факторите, които причиняват образуването на мутанти, се наричат ​​мутагени.

Бактериалните мутации се делят на спонтанни и индуцирани. Спонтанните (спонтанни) мутации възникват под въздействието на неконтролирани фактори, тоест без намесата на експериментатор. Индуцирани (насочени) мутации се появяват в резултат на третиране на микроорганизми със специални мутагени (химикали, радиация, температура и

В резултат на бактериални мутации могат да се наблюдават: а) промени в морфологичните свойства б) промени в свойствата на културата в) поява на лекарствена резистентност в микроорганизмите г) загуба на способността да се синтезират аминокиселини, да се използват въглехидрати и други хранителни вещества д) отслабване на патогенните свойства и др.

Ако мутацията доведе до факта, че мутагенните клетки придобиват предимства пред други клетки от популацията, тогава се образува популация от мутантни клетки и всички придобити свойства се наследяват. Ако мутацията не дава предимство на клетката, тогава мутантните клетки, като правило, умират.

Трансформация. Клетките, които са в състояние да приемат ДНК на друга клетка по време на процеса на трансформация, се наричат ​​компетентни.

Трансдукцията е прехвърляне на генетична информация (ДНК) от бактерия донор към бактерия реципиент с участието на бактериофаг. Умерените фаги имат предимно трансдуциращи свойства. Когато се размножават в бактериална клетка, фагите включват част от бактериалната ДНК в своята ДНК и я прехвърлят на реципиента.

Има три вида трансдукция: обща, специфична и абортивна.

1. Общата трансдукция е прехвърлянето на различни гени, локализирани в различни части на бактериалната хромозома.

В същото време донорните бактерии могат да предават различни характеристики и свойства на реципиента - способност да образуват нови ензими, резистентност към лекарства и др.

2. Специфична трансдукция е прехвърлянето чрез фаг само на някои специфични гени, локализирани в специални области на бактериалната хромозома. В този случай се предават само определени характеристики и свойства.

3. Абортивна трансдукция - прехвърляне чрез фаг на един фрагмент от донорната хромозома. Обикновено този фрагмент не е включен в хромозомата на реципиентната клетка, но циркулира в цитоплазмата. Когато реципиентната клетка се дели, този фрагмент се прехвърля само към една от двете дъщерни клетки, а втората клетка получава непроменената реципиентна хромозома.

С помощта на трансдуциращи фаги могат да се прехвърлят цял ​​набор от свойства от една клетка в друга, като например способността да се образува токсин, спори, флагели, да се произвеждат допълнителни ензими, лекарствена резистентност и др.

Конюгацията е прехвърлянето на генетичен материал от една бактерия в друга чрез директен клетъчен контакт. Клетките, които предават генетичен материал, се наричат ​​донори, а клетките, които го приемат, се наричат ​​реципиенти. Този процес е еднопосочен по природа – от клетката донор към клетката реципиент.

Донорните бактерии са обозначени с F+ (мъжки тип), а реципиентните бактерии са обозначени с F- (женски тип). Когато F + и F - клетките се приближат една до друга, между тях се появява цитоплазмен мост. Образуването на моста се контролира от фактор F (плодовитост). Този фактор съдържа гени, отговорни за образуването на полови пили. Донорната функция може да се изпълнява само от онези клетки, които съдържат фактор F. В клетките на реципиента този фактор липсва. По време на кръстосването фактор F се прехвърля от донорната клетка към реципиента. След като получи фактор F, самата женска клетка става донор (F +).

Процесът на конюгиране може да бъде прекъснат механично, например чрез разклащане. В този случай реципиентът получава непълна информация, съдържаща се в ДНК.

Конюгацията, подобно на други видове рекомбинация, може да възникне не само между бактерии от един и същи вид, но и между бактерии от различни видове. В тези случаи рекомбинацията се нарича междувидова.

Плазмидите са сравнително малки екстрахромозомни ДНК молекули на бактериална клетка. Разположени са в цитоплазмата и имат пръстеновидна структура. Плазмидите съдържат няколко гена, които функционират независимо от гените, съдържащи се в хромозомната ДНК.

Профаги, които причиняват редица промени в лизогенна клетка, които се наследяват, например способността да се образува токсин (вижте трансдукция).

F-фактор, който е в автономно състояние и участва в процеса на конюгация (виж конюгация).

R-фактор, който дава устойчивост на клетката към лекарства (R-факторът е изолиран първо от Escherichia coli, след това от Shigella). Проучванията показват, че R факторът може да бъде премахнат от клетката, което обикновено е типично за плазмидите.

K-факторът има вътревидова, междувидова и дори междуродова трансмисивност, което може да причини образуването на атипични щамове, които са трудни за диагностициране.

Бактериоциногенните фактори (col фактори), които са открити за първи път в културата на Escherichia coli (E. coli), следователно се наричат ​​колицини. По-късно те са идентифицирани в други бактерии: вибрио холера - Vibriocinae, стафилококи - Staphylocinae и др.

Факторът Co l е малък автономен плазмид, който определя синтеза на протеинови вещества, които могат да причинят смъртта на бактерии от техния собствен вид или тясно свързани. Бактериоцините се адсорбират върху повърхността на чувствителните клетки и причиняват метаболитни нарушения, което води до клетъчна смърт.

При естествени условия само няколко клетки в популацията (1 на 1000) произвеждат спонтанно колицин. Въпреки това, при определени влияния върху културата (третиране на бактерии с UV лъчи), броят на клетките, произвеждащи колицин, се увеличава.

ПРАКТИЧЕСКО ЗНАЧЕНИЕ НА ИЗМЕНЧИВОСТТА НА микроорганизмите

Пастьор изкуствено получава необратими промени в причинителите на бяс и антракс и приготвя ваксини, които предпазват от тези заболявания. Последвалите изследвания в областта на генетиката и изменчивостта на микроорганизмите направиха възможно получаването на голям брой бактериални и вирусни щамове, използвани за производството на ваксини.

Резултатите от изследванията на генетиката на микроорганизмите бяха успешно използвани за изясняване на моделите на наследственост на висшите организми.

Голямо научно и практическо значение има и нов клон на генетиката - генното инженерство.

Методите на генното инженерство позволяват да се промени структурата на гените и да се включат в бактериалната хромозома гените на други организми, отговорни за синтеза на важни и необходими вещества. В резултат на това микроорганизмите стават производители на вещества, чието производство по химичен път е много трудна, а понякога дори невъзможна задача. Понастоящем този метод се използва за получаване на лекарства като инсулин, интерферон и др. С помощта на мутагенни фактори и селекция са получени мутанти, произвеждащи антибиотици, които са 100-1000 пъти по-активни от оригиналните.

9. Генетика на имунитета

Генетично определяне на имунния отговор на висшите животни

Механизъм на синтеза на моноспецифични антитела и имунна памет

Наследственост на нивото на имунния отговор на организма и възможността за подбор на животни за устойчивост на инфекции.

Имунитетът е имунитетът на организма към инфекциозни агенти и генетично чужди вещества с антигенна природа. Основната функция на имунитета е имунологичното наблюдение на вътрешното постоянство (хомеостаза) на тялото.

Последицата от тази функция е разпознаването и след това блокиране, неутрализиране или унищожаване на генетично чужди вещества (вируси, бактерии, ракови клетки и др.). Имунната система на тялото, съвкупността от всички лимфоидни клетки (специфичен защитен фактор), е отговорна за запазването на генетично обусловената биологична индивидуалност. Неспецифичните защитни фактори включват кожата и лигавиците. Имунният отговор или имунологичната реактивност е форма на реакции на организма към чужди вещества (антигени). Основната функция на антителата е способността им бързо да реагират с антиген под формата на реакции на глутинация, утаяване, лизис и неутрализация.

10. Кръвни групи и биохимичен полиморфизъм.

Понятие за кръвни групи

Наследственост на кръвните групи

Практическо приложение на кръвните групи в животновъдството

Полиморфни протеинови системи и връзката им с продуктивността на животните

Методи за определяне на кръвни групи и полиморфни белтъчни системи.

Кръвните групи са открити през 1900 г. (при хора) и обяснени през 1924 г. А през 1936 г. е използван терминът имуногенетика. В рамките на един вид индивидите се различават по редица химични, генетично определени характеристики, които могат да бъдат открити имуногенетично под формата на антигени (генетично чужди вещества, които, когато бъдат въведени в тялото, причиняват имуногенетични реакции). Антителата са имуноглобулини (протеини), образувани в организма под въздействието на антигени; разликите в кръвната група се определят от антигени, разположени на повърхността на червените кръвни клетки. Антигенните фактори понякога се наричат ​​кръвни фактори, а сборът от всички кръвни групи на един индивид се нарича кръвна група. След раждането кръвната група на животните не се променя. Генетичните системи от кръвни групи и антигени се обозначават с главни и малки букви - A, B, C и др. Има много антигени, така че те се изписват със символите A, B, C и с индекси A1, A2 и т.н.

Начало | За нас | Обратна връзка

ГЕНотипна (наследствена) вариация

Генотипните вариации могат да бъдат резултат от мутации и генетични рекомбинации.

Мутациите (от латинското mutatio - променям) са наследствени структурни промени в гените.

Големите мутации (геномни пренареждания) са придружени от загуба или промени в относително големи участъци от генома; такива мутации обикновено са необратими.

Малките (точкови) мутации са свързани със загубата или добавянето на отделни ДНК бази. В този случай се променят само малък брой характеристики. Такива променени бактерии могат напълно да се върнат в първоначалното си състояние (реверт).

Бактериите с променени характеристики се наричат ​​мутанти. Факторите, които причиняват образуването на мутанти, се наричат ​​мутагени.

Бактериалните мутации се делят на спонтанни и индуцирани. Спонтанните (спонтанни) мутации възникват под въздействието на неконтролируеми фактори, т.е. без намесата на експериментатора. Индуцираните (насочени) мутации се появяват в резултат на третиране на микроорганизми със специални мутагени (химикали, радиация, температура и др.).

В резултат на бактериални мутации може да възникне следното:

а) промяна в морфологичните свойства

б) промяна в културните ценности

в) поява на лекарствена резистентност в микроорганизмите

г) загуба на способността да се синтезират аминокиселини, да се използват въглехидрати и други хранителни вещества

д) отслабване на патогенните свойства и др.

Ако мутацията доведе до факта, че мутагенните клетки придобиват предимства пред други клетки от популацията, тогава се образува популация от мутантни клетки и всички придобити свойства се наследяват. Ако мутацията не дава предимство на клетката, тогава мутантните клетки, като правило, умират. Генетични рекомбинации. Трансформация. Клетките, които са в състояние да приемат ДНК на друга клетка по време на процеса на трансформация, се наричат ​​компетентни. Състоянието на компетентност често съвпада с логаритмичната фаза на растеж.

Трансдукцията е прехвърляне на генетична информация от бактерия донор към бактерия реципиент с участието на бактериофаг. Умерените фаги имат предимно трансдуциращи свойства. Когато се размножават в бактериална клетка, фагите включват част от бактериалната ДНК в своята ДНК и я прехвърлят на реципиента. Има три вида трансдукция: обща, специфична и абортивна.

1. Общата трансдукция е прехвърлянето на различни гени, локализирани в различни части на бактериалната хромозома. В същото време донорните бактерии могат да предават различни характеристики и свойства на реципиента – способност за образуване на нови ензими, лекарствена резистентност и др.

2. Специфична трансдукция е предаването
фаг само на някои специфични гени, локализирани в специални участъци от бактериалната хромозома. В този случай се предават само определени характеристики и свойства.

3. Абортивна трансдукция - прехвърляне чрез фаг на един ензим от донорната хромозома. Обикновено този фрагмент не е включен в хромозомата на реципиентната клетка, но циркулира в цитоплазмата. Когато реципиентната клетка се дели, този фрагмент се прехвърля само към една от двете дъщерни клетки, а втората клетка получава непроменената реципиентна хромозома.

С помощта на трансдуциращи фаги могат да се прехвърлят редица свойства от една клетка в друга, като например способността да се образува токсин, спори, камшичета, да се произвеждат допълнителни ензими, лекарствена резистентност и др.

Конюгацията е прехвърлянето на генетичен материал от една бактерия в друга чрез директен клетъчен контакт. Клетките, които предават генетичен материал, се наричат ​​донори, а клетките, които го приемат, се наричат ​​реципиенти. Този процес е еднопосочен по природа – от клетката донор към клетката реципиент.

Донорните бактерии са обозначени с F+ (мъжки тип), а реципиентните бактерии са обозначени с F- (женски тип). Когато F+ и F- клетките се приближат една до друга, между тях се появява цитоплазмен мост. Образуването на моста се контролира от фактор F (от англ. fertility – плодовитост). Този фактор съдържа гени, отговорни за образуването на полови власинки (sex-pili). Донорната функция може да се изпълнява само от тези клетки, които съдържат фактор F. Реципиентните клетки нямат този фактор. По време на кръстосването фактор F се прехвърля от донорната клетка към реципиента. След като получи фактор F, самата женска клетка става донор (F+).

Процесът на конюгация може да бъде прекъснат механично, например чрез разклащане. В този случай реципиентът получава непълна информация, съдържаща се в ДНК.

Прехвърлянето на генетична информация чрез конюгация е най-добре проучено при ентеробактериите.

Конюгацията, подобно на други видове рекомбинация, може да възникне не само между бактерии от един и същи вид, но и между бактерии от различни видове. В тези случаи рекомбинацията се нарича междувидова.

Генотипната вариабилност е наследствена

Плазмидите са сравнително малки екстрахромозомни ДНК молекули на бактериална клетка. Разположени са в цитоплазмата и имат пръстеновидна структура. Плазмидите съдържат няколко гена, които функционират независимо от гените, съдържащи се в хромозомната ДНК.

Фиг.54 Плазмиди (екстрахромозомни ДНК молекули)

Типична характеристика на плазмидите е способността им да се възпроизвеждат независимо (репликират).

Те също могат да се преместват от една клетка в друга и да включват нови гени от околната среда. Плазмидите включват:

Профаги. причинявайки редица промени в лизогенна клетка, които се наследяват, например способността за образуване на токсин (вижте трансдукция). F-фактор, който е в автономно състояние и участва в процеса на конюгация (виж конюгация).

R-фактор, който дава устойчивост на клетката към лекарства (R-факторът е изолиран първо от Escherichia coli, след това от Shigella). Проучванията показват, че R факторът може да бъде премахнат от клетката, което обикновено е типично за плазмидите.

R-факторът има вътревидова, междувидова и дори междуродова трансмисивност, което може да причини образуването на атипични щамове, които са трудни за диагностициране.

Бактериоциногенните фактори (col фактори), които са открити за първи път в културата на Escherichia coli (E. coli), следователно се наричат ​​колицини. Впоследствие те са идентифицирани в други бактерии: Vibrio cholerae - вибриоцини, стафилококи - стафилоцини и др.

Col фактор е малък автономен плазмид, който определя синтеза на протеинови вещества, които могат да причинят смъртта на бактерии от техния собствен вид или тясно свързани. Бактериоцините се адсорбират върху повърхността на чувствителните клетки и причиняват метаболитни нарушения, което води до клетъчна смърт.

При естествени условия само няколко клетки в популацията (1 на 1000) произвеждат спонтанно колицин. Въпреки това, при определени влияния върху културата (третиране на бактерии с UV лъчи), броят на колицин-продуциращите клетки се увеличава.

Промени във функционалните гени

В мутиралите клетки мутациите могат да бъдат соматични (например различни цветове на очите при един човек) и генеративни (или гаметични). Генеративните мутации се предават на потомството, докато соматичните мутации се проявяват в индивида. Унаследяват се само чрез вегетативно размножаване.

Въз основа на резултата (значението) за тялото, мутациите се класифицират като положителни, неутрални и отрицателни. Положителните мутации се появяват рядко. Те повишават жизнеността на организма и са важни за еволюцията (например мутации, водещи до появата на четирикамерно сърце по време на еволюцията на хордовите). Неутралните мутации практически нямат ефект върху жизнените процеси (например мутации, водещи до наличието на лунички). Отрицателните мутации се делят на полулетални и летални. Полулеталните мутации намаляват жизнеспособността на организма и скъсяват живота му (например мутации, водещи до болестта на Даун). Смъртоносни мутации причиняват
смърт на тялото преди раждането или по време на раждането (например мутации, водещи до липса на мозък).

Според промяната във фенотипа мутациите могат да бъдат морфологични (например намалени очни ябълки, шест пръста на ръката) и биохимични (например албинизъм, хемофилия).

Въз основа на промените в генотипа мутациите се разграничават на геномни, хромозомни и генни мутации.

Геномните мутации са промени в броя на хромозомите под въздействието на фактори на околната среда. Хаплоидията е набор от хромозоми 1n. В природата се среща в търтеевите (мъжките) пчели. Жизнеспособността на такива организми е намалена, тъй като в тях се появяват всички рецесивни гени.

Полиплоидията е увеличаване на хаплоидния брой хромозоми (3n, 4n, 5n). Полиплоидията се използва в растениевъдството. Води до повишена производителност. За хората хаплоидията и полиплоидията са смъртоносни мутации.

Анеуплоидията е промяна в броя на хромозомите в отделни двойки (2n±1, 2n±2 и т.н.).

Тризомия. например, ако се добави Х хромозома към двойка полови хромозоми в женско тяло, се развива синдром на тризомия Х (47, XXX), ако се добави към полови хромозоми на мъжко тяло, синдром на Клайнфелтер (47, XXY); се развива. Монозомия. липса на една хромозома в двойка - 45, X0 - синдром на Шерешевски-Търнър. Нулисомия. липса на двойка хомоложни хромозоми (за хората - смъртоносна мутация).

Хромозомните мутации (или хромозомни аберации) са промени в структурата на хромозомите (интерхромозомни или интрахромозомни). Пренарежданията в рамките на една хромозома се наричат ​​инверсии, дефицити (дефицити и делеции) и дублиране. Междухромозомните пренареждания се наричат ​​транслокации.

Примери: делеция – синдром на плача при хората; дупликация – поява на ленти при дрозофила; инверсия – промяна в реда на гените.

Транслокациите могат да бъдат: реципрочни - две хромозоми обменят сегменти; нереципрочни - сегменти от една хромозома се прехвърлят към друга Робъртсън - две акроцентрични хромозоми са свързани чрез своите центромерни участъци.

Дефицитите и дублиранията винаги се проявяват фенотипно, тъй като наборът от гени се променя. Инверсиите и транслокациите не винаги се появяват. В тези случаи конюгацията на хомоложни хромозоми става трудна и разпределението на генетичния материал между дъщерните клетки се нарушава.

Генните мутации се наричат ​​точкови мутации или трансгенации. Те са свързани с промени в структурата на гените и причиняват развитие на метаболитни заболявания (честотата им е 2-4%).

Промени в структурните гени.

1. Изместване на рамката на четене възниква, когато една или повече нуклеотидни двойки се изпуснат или вмъкнат в ДНК молекула.

2. Преход - мутация, при която пуринова основа се заменя с пуринова база или пиримидинова база с пиримидинова база (A G или C T). Това заместване води до промяна в кодоните.

3. Трансверсия - заместване на пуринова основа с пиримидин или пиримидин с пурин (A C G T) - води до промяна в кодоните. Промяната на значението на кодоните води до миссенс мутации. Ако се образуват безсмислени кодони (UAA, UAG, UGA), те причиняват безсмислени мутации. Тези кодони не уточняват аминокиселините, а са терминатори – те определят края на четенето на информацията.

1. Репресорният протеин е променен; не пасва на операторския ген. В този случай структурните гени не се изключват и работят постоянно.

2. Репресорният протеин е плътно прикрепен към операторния ген и не се „отстранява“ от индуктора. Структурните гени не работят през цялото време.

3. Нарушаване на редуването на процесите на репресия и индукция. Ако индукторът отсъства, специфичният протеин се синтезира; в присъствието на индуктора той не се синтезира. Такива нарушения във функционирането на транскриптоните се наблюдават при мутации в регулаторния ген или операторния ген.

Понастоящем са описани около 5000 метаболитни заболявания, причинени от генни мутации. Примери за тях включват фенилкетонурия, албинизъм, галактоземия, различни хемофилии, сърповидно-клетъчна анемия, ахондроплазия и др.

В повечето случаи генните мутации се проявяват фенотипно.

Наследственост и изменчивост. Хромозомна теория на наследствеността

Наследствеността е най-важната характеристика на живите организми, която се състои в способността да се предават свойствата и функциите на родителите на потомството. Това предаване се осъществява с помощта на гени.

Генът е единица за съхранение, предаване и внедряване на наследствена информация. Генът е специфичен участък от ДНК молекула, чиято структура кодира структурата на специфичен полипептид (протеин). Вероятно много участъци от ДНК не кодират протеини, а изпълняват регулаторни функции. Във всеки случай в структурата на човешкия геном само около 2% от ДНК са последователности, на базата на които се синтезира информационна РНК (процес на транскрипция), която след това определя последователността на аминокиселините по време на протеиновия синтез (процес на транслация). В момента се смята, че в човешкия геном има около 30 хиляди гена.

Гените са разположени върху хромозоми, които се намират в ядрата на клетките и са гигантски ДНК молекули.

Хромозомната теория за наследствеността е формулирана през 1902 г. от Сатън и Бовери. Според тази теория хромозомите са носители на генетична информация, която определя наследствените свойства на организма. При хората всяка клетка има 46 хромозоми, разделени на 23 двойки. Хромозомите, които образуват двойка, се наричат ​​хомоложни.

Половите клетки (гамети) се образуват чрез специален вид делене - мейоза. В резултат на мейозата във всяка полова клетка остава само една хомоложна хромозома от всяка двойка, т.е. 23 хромозоми. Такъв единичен набор от хромозоми се нарича хаплоиден. По време на оплождането, когато мъжките и женските репродуктивни клетки се сливат и се образува зигота, двойният комплект, който се нарича диплоиден, се възстановява. В зиготата, в организма, който се развива от нея, една хромозома от всяко легло се получава от бащиния организъм, другата от майчиния.

Генотипът е набор от гени, получени от даден организъм от неговите родители.

Друго явление, което изучава генетиката, е изменчивостта. Под изменчивост се разбира способността на организмите да придобиват нови характеристики – различия в рамките на един вид. Има две форми на променливост:
- наследствени
- модификация (ненаследствена).

Наследствената вариабилност е форма на вариабилност, причинена от промени в генотипа, които могат да бъдат свързани с мутационна или комбинирана вариабилност.

Мутационна изменчивост.
Гените претърпяват промени от време на време, които се наричат ​​мутации. Тези промени са случайни и се появяват спонтанно. Причините за мутациите могат да бъдат много различни. Има редица фактори, които увеличават вероятността от възникване на мутация. Това може да е излагане на определени химикали, радиация, температура и др. С помощта на тези средства могат да се предизвикат мутации, но случайният характер на тяхното възникване остава и е невъзможно да се предвиди появата на определена мутация.

Получените мутации се предават на потомците, т.е. определят наследствената изменчивост, която е свързана с това къде е настъпила мутацията. Ако възникне мутация в репродуктивна клетка, тогава тя има възможност да се предаде на потомците, т.е. се наследяват. Ако мутацията се появи в соматична клетка, тогава тя се предава само на тези, които произлизат от тази соматична клетка. Такива мутации се наричат ​​соматични, те не се предават по наследство.

Има няколко основни вида мутации.
- Генни мутации, при които настъпват промени на ниво отделни гени, т.е. участъци от молекулата на ДНК. Това може да е загуба на нуклеотиди, замяна на една база с друга, пренареждане на нуклеотиди или добавяне на нови.
- Хромозомните мутации, свързани с нарушаване на структурата на хромозомите, водят до сериозни промени, които могат да бъдат открити с помощта на микроскоп. Такива мутации включват загуба на хромозомни участъци (делеции), добавяне на участъци, завъртане на хромозомен участък на 180° и появата на повторения.
- Геномните мутации са причинени от промени в броя на хромозомите. Може да се появят допълнителни хомоложни хромозоми: в хромозомния набор тризомията се появява на мястото на две хомоложни хромозоми. В случай на монозомия се наблюдава загуба на една хромозома от двойка. При полиплоидията има многократно увеличение на генома. Друг вариант на геномна мутация е хаплоидията, при която остава само една хромозома от всяка двойка.

Честотата на мутациите се влияе, както вече беше споменато, от различни фактори. Когато се появят редица геномни мутации, възрастта на майката е особено важна.

Комбинативна изменчивост.
Този вид изменчивост се определя от характера на половия процес. При комбинираната вариация възникват нови генотипове поради нови комбинации от гени. Този тип променливост се проявява още на етапа на образуване на зародишни клетки. Както вече споменахме, във всяка полова клетка (гамета) има само една хомоложна хромозома от всяка двойка. Хромозомите влизат в гаметата на случаен принцип, така че половите клетки на един човек могат да се различават значително в набора от гени в хромозомите. Още по-важен етап за възникване на комбинираната изменчивост е оплождането, след което новопоявилият се организъм има 50% от гените си, наследени от единия родител и 50% от другия.

Модифициращата изменчивост не е свързана с промени в генотипа, а се дължи на влиянието на околната среда върху развиващия се организъм.

Наличието на модификационна изменчивост е много важно за разбирането на същността на наследството. Чертите не се наследяват. Можете да вземете организми с абсолютно еднакъв генотип, например да отгледате резници от едно и също растение, но да ги поставите при различни условия (осветление, влажност, минерално хранене) и да получите съвсем различни растения с различни характеристики (растеж, добив, форма на листа и т.н. .). За да се опишат действително формираните характеристики на организма, се използва понятието "фенотип".

Фенотипът е целият комплекс от действително възникващи характеристики на организма, който се формира в резултат на взаимодействието на генотипа и влиянията на околната среда по време на развитието на организма. По този начин същността на наследяването не е в наследяването на черта, а в способността на генотипа да произведе определен фенотип в резултат на взаимодействие с условията на развитие.

Тъй като модификационната променливост не е свързана с промени в генотипа, модификациите не се наследяват. Обикновено тази позиция е трудна за приемане по някаква причина. Изглежда, че ако, да речем, родителите са тренирали вдигане на тежести в продължение на няколко поколения и са развили мускули, тогава тези свойства трябва задължително да бъдат предадени на децата им. Междувременно това е типична модификация, а обучението е влиянието на околната среда, което е повлияло на развитието на чертата. По време на модификацията не настъпват промени в генотипа и характеристиките, придобити в резултат на модификацията, не се наследяват. Дарвин нарича този тип променливост ненаследствен.

За да се характеризират границите на променливостта на модификацията, се използва понятието норма на реакция. Някои характеристики на хората не могат да бъдат променени поради влиянието на околната среда, например кръвна група, пол, цвят на очите. Други, напротив, са много чувствителни към влиянията на околната среда. Например, в резултат на продължително излагане на слънце цветът на кожата става по-тъмен, а косата става по-светла. Теглото на човек е силно повлияно от диетата, болестта, лошите навици, стреса и начина на живот.

Влиянието на околната среда може да доведе не само до количествени, но и до качествени промени във фенотипа. При някои видове иглика червените цветя се появяват при ниски температури на въздуха (15-20 ° C), но ако растенията се поставят във влажна среда с температура 30 ° C, се образуват бели цветя.

Освен това, въпреки че нормата на реакцията характеризира ненаследствена форма на променливост (променливост на модификация), тя също се определя от генотипа. Тази точка е много важна: скоростта на реакция зависи от генотипа. Едно и също въздействие на околната среда върху генотипа може да доведе до силна промяна в една от неговите черти и да не засегне друга.

21. Генът е функционална единица на наследствеността. Молекулярна структура на гена при прокариоти и еукариоти. Уникални гени и ДНК повторения. Структурни гени. Хипотезата "1 ген - 1 ензим", нейната съвременна интерпретация.

Генът е структурна и функционална единица на наследствеността, която контролира развитието на определена черта или свойство. Родителите предават набор от гени на своето потомство по време на репродукцията. Терминът "ген" е въведен през 1909 г. от датския ботаник Вилхелм Йохансен. Изследването на гените е наука за генетиката, за основател на която се счита Грегор Мендел, който през 1865 г. публикува резултатите от своите изследвания върху наследяването на признаци при кръстосване на грах. Гените могат да претърпят мутации - произволни или целеви промени в последователността на нуклеотидите в ДНК веригата. Мутациите могат да доведат до промяна в последователността и следователно до промяна в биологичните характеристики на протеин или РНК, което от своя страна може да доведе до общо или локално променено или ненормално функциониране на тялото. Такива мутации в някои случаи са патогенни, тъй като водят до заболяване или смъртоносни на ембрионално ниво. Въпреки това, не всички промени в нуклеотидната последователност водят до промени в протеиновата структура (поради ефекта на дегенерация на генетичния код) или до значителна промяна в последователността и не са патогенни. По-специално, човешкият геном се характеризира с единични нуклеотидни полиморфизми и вариации в броя на копията, като делеции и дублирания, които представляват около 1% от общата човешка нуклеотидна последователност. Единичните нуклеотидни полиморфизми, по-специално, определят различни алели на един ген.

При хората в резултат на делеция:

Синдром на Вълк - регион е загубен на голяма хромозома 4,

Синдром на "плача на котката" - с делеция в хромозома 5. Причина: хромозомна мутация, загуба на хромозомен фрагмент в 5-та двойка.

Проява: неправилно развитие на ларинкса, котешки викове в ранна детска възраст, изоставане във физическото и умствено развитие.

Мономерите, които изграждат всяка от ДНК веригите, са сложни органични съединения, които включват азотни основи: аденин (A) или тимин (T) или цитозин (C) или гуанин (G), пентаатомната захар пентоза дезоксирибоза, кръстена на и ДНК самият той, както и остатъкът от фосфорна киселина, беше наречен. Тези съединения се наричат ​​нуклеотиди.

Хромозомата на всеки организъм, независимо дали е бактерия или човек, съдържа дълга, непрекъсната верига от ДНК. по който са разположени множество гени. Различните организми се различават драстично в количеството ДНК, което изгражда техните геноми. При вирусите, в зависимост от техния размер и сложност, размерът на генома варира от няколко хиляди до стотици нуклеотидни двойки. Гените в такива просто подредени геноми са разположени един след друг и заемат до 100% от дължината на съответната нуклеинова киселина (РНК и ДНК). За много вируси е установена пълната нуклеотидна последователност на ДНК. Бактериите имат много по-голям размер на генома. Е. coli има една верига ДНК - бактериалната хромозома се състои от 4,2x106 (степен 6) нуклеотидни двойки. Повече от половината от това количество се състои от структурни гени, т.е. гени, кодиращи определени протеини. Останалата част от бактериалната хромозома се състои от нуклеотидни последователности, които не могат да бъдат транскрибирани, чиято функция не е напълно ясна. По-голямата част от бактериалните гени са уникални, т.е. представени веднъж в генома. Изключение правят гените за транспорт и рибозомни РНК, които могат да се повтарят десетки пъти.

Геномът на еукариотите, особено на висшите, рязко надвишава размера на генома на прокариотите и, както беше отбелязано, достига стотици милиони и милиарди нуклеотидни двойки. Броят на структурните гени не се увеличава много. Количеството ДНК в човешкия геном е достатъчно за образуването на приблизително 2 милиона структурни гена. Реалният брой се оценява на 50-100 хиляди гена, т.е. 20-40 пъти по-малко от това, което може да бъде кодирано от геном с такъв размер. Следователно трябва да признаем излишъка на еукариотния геном. Причините за излишъка вече станаха до голяма степен ясни: първо, някои гени и нуклеотидни последователности се повтарят много пъти, второ, в генома има много генетични елементи, които имат регулаторна функция, и трето, някои ДНК изобщо не съдържат гени.

Според съвременните концепции генът, кодиращ синтеза на специфичен протеин в еукариотите, се състои от няколко основни елемента. На първо място, това е обширна регулаторна зона, която оказва силно влияние върху активността на гена в определена тъкан на тялото на определен етап от неговото индивидуално развитие. След това, непосредствено до кодиращите елементи на гена, има промотор - ДНК последователност с дължина до 80-100 нуклеотидни двойки, отговорна за свързването на РНК полимеразата, която транскрибира гена. След промотора се намира структурната част на гена, която съдържа информация за първичната структура на съответния протеин. За повечето еукариотни гени този регион е значително по-къс от регулаторната зона, но дължината му може да бъде измерена в хиляди нуклеотидни двойки.

Важна характеристика на еукариотните гени е тяхната прекъсваемост. Това означава, че протеин-кодиращият регион на гена се състои от два вида нуклеотидни последователности. Някои - екзони - са участъци от ДНК, които носят информация за структурата на протеина и са част от съответната РНК и протеин. Други - интроните - не кодират структурата на протеина и не са част от зрялата иРНК молекула, въпреки че се транскрибират. Процесът на изрязване на интрони - „ненужни“ участъци от молекулата на РНК и сплайсинг на екзони по време на образуването на иРНК се извършва от специални ензими и се нарича сплайсинг (омрежване, сплайсинг).

Еукариотният геном се характеризира с две основни характеристики:

1) Повторение на последователности

2) Разделяне по състав на различни фрагменти, характеризиращи се със специфично съдържание на нуклеотиди

Повтарящата се ДНК се състои от нуклеотидни последователности с различна дължина и състав, които се срещат няколко пъти в генома, или в тандемна повтаряща се, или в диспергирана форма. ДНК последователностите, които не се повтарят, се наричат ​​уникална ДНК. Размерът на частта от генома, заета от повтарящи се последователности, варира значително между таксоните. При дрождите достига 20%, при бозайниците до 60% от цялата ДНК се повтаря. При растенията процентът на повтарящите се последователности може да надхвърли 80%.

Според взаимната ориентация в структурата на ДНК се разграничават директни, инвертирани, симетрични повторения, палиндроми, комплементарни палиндроми и др. Дължината (в брой бази) на елементарна повтаряща се единица, степента на тяхната повторяемост и естеството на разпределение в генома варират в много широк диапазон. Периодичността на повторенията на ДНК може да има много сложна структура, когато късите повторения се включват в по-дълги или ги граничат и т.н. В допълнение, огледални и обърнати повторения могат да се разглеждат за ДНК последователности. Човешкият геном е известен на 94% Въз основа на този материал може да се направи следното заключение: повторенията заемат поне 50% от генома.

СТРУКТУРНИ ГЕНИ - гени, кодиращи клетъчни протеини с ензимни или структурни функции. Те също включват гени, кодиращи структурата на rRNA и tRNA. Има гени, които съдържат информация за структурата на полипептидната верига и в крайна сметка за структурните протеини. Такива последователности от нуклеотиди с дължина един ген се наричат ​​структурни гени. Гените, които определят мястото, времето и продължителността на активиране на структурните гени, са регулаторни гени.

Гените са малки по размер, въпреки че се състоят от хиляди нуклеотидни двойки. Наличието на ген се установява чрез проявата на генния признак (крайния продукт). Обща схема на структурата на генетичния апарат и неговата работа е предложена през 1961 г. от Джейкъб и Моно. Те предположиха, че има част от ДНК молекула с група структурни гени. В съседство с тази група е участък от 200 нуклеотидни двойки - промоторът (мястото, съседно на ДНК-зависимата РНК полимераза). Този регион е в съседство с операторния ген. Името на цялата система е оперон. Регулацията се осъществява от регулаторен ген. В резултат на това репресорният протеин взаимодейства с операторния ген и оперонът започва да работи. Субстратът взаимодейства с гена с регулатори и оперонът се блокира. Принцип на обратната връзка. Експресията на оперона е включена като цяло. 1940 г. - Бийдъл и Тейтъм предлагат хипотеза: 1 ген - 1 ензим. Тази хипотеза изигра важна роля - учените започнаха да разглеждат крайните продукти. Оказа се, че хипотезата има ограничения, т.к Всички ензими са протеини, но не всички протеини са ензими. Обикновено протеините са олигомери - т.е. съществуват в кватернерна структура. Например капсулата от тютюнева мозайка има повече от 1200 полипептида. При еукариотите генната експресия (проява) не е изследвана. Причината са сериозни пречки:

Организация на генетичния материал под формата на хромозоми

В многоклетъчните организми клетките са специализирани и следователно някои гени са изключени.

Наличието на хистонови протеини, докато прокариотите имат „гола“ ДНК.

Хистоновите и нехистоновите протеини участват в генната експресия и участват в създаването на структура.

22. Класификация на гените: структурни гени, регулатори. Свойства на гените (дискретност, стабилност, лабилност, полиалелност, специфичност, плейотропия).

Дискретност - несмесимост на гените

Стабилност - способността да се поддържа структура

Лабилност - способността за многократна мутация

Множествен алелизъм - много гени съществуват в една популация в множество молекулярни форми

Алелност – в генотипа на диплоидните организми има само две форми на гена

Специфичност – всеки ген кодира свой собствен признак

Плейотропия - множествен генен ефект

Експресивност - степента на изразеност на ген в даден признак

Пенетрантност - честота на проявление на ген във фенотип

Амплификацията е увеличаване на броя на копията на ген.

23. Генна структура. Регулиране на генната експресия в прокариотите. Оперонова хипотеза.

Генната експресия е процесът, по време на който наследствената информация от ген (последователност от ДНК нуклеотиди) се превръща във функционален продукт – РНК или протеин. Генната експресия може да се регулира на всички етапи от процеса: по време на транскрипция, по време на транслация и на етапа на посттранслационни модификации на протеини.

Регулирането на генната експресия позволява на клетките да контролират собствената си структура и функция и е в основата на клетъчната диференциация, морфогенеза и адаптация. Генната експресия е субстрат за еволюционна промяна, тъй като контролът върху времето, местоположението и количеството на експресия на един ген може да окаже влияние върху функциите на други гени в целия организъм. При прокариотите и еукариотите гените са последователности от ДНК нуклеотиди. Транскрипцията се извършва върху матрицата на ДНК - синтеза на комплементарна РНК. След това се извършва транслация на матрицата на иРНК - синтезират се протеини. Има гени, кодиращи неинформационна РНК (напр. рРНК, тРНК, малка РНК), които се експресират (транскрибират), но не се транслират в протеини.

Изследвания върху клетките на E. coli разкриха, че бактериите имат 3 вида ензими:

конститутивни, налични в клетките в постоянни количества, независимо от метаболитното състояние на тялото (например гликолитични ензими)

индуцируеми, тяхната концентрация при нормални условия е ниска, но може да се повиши 100Q пъти или повече, ако например се добави субстрат на такъв ензим към средата за клетъчна култура

репресиран, т.е. ензими на метаболитни пътища, чийто синтез спира, когато крайният продукт на тези пътища се добави към хранителната среда.

Въз основа на генетични изследвания на индуцирането на β-галактозидазата, която участва в клетките на E. coli, в хидролитичното разграждане на лактозата, Франсоа Жакоб и Жак Моно през 1961 г. формулират оперонната хипотеза, която обяснява механизма на контрол на протеиновия синтез в прокариоти.

В експериментите хипотезата за оперона беше напълно потвърдена и типът регулация, предложен в нея, започна да се нарича контрол на протеиновия синтез на ниво транскрипция, тъй като в този случай промяната в скоростта на протеиновия синтез се извършва поради промени в скоростта на генна транскрипция, т.е. на етапа на образуване на иРНК.

При E. coli, подобно на други прокариоти, ДНК не е отделена от цитоплазмата от ядрена обвивка. По време на процеса на транскрипция се образуват първични транскрипти, които не съдържат нитрони, а иРНК нямат "капачка" и поли-А край. Синтезът на протеина започва преди да приключи синтеза на неговата матрица, т.е. транскрипцията и транслацията се извършват почти едновременно. Въз основа на размера на генома (4 × 106 базови двойки), всяка клетка на E. coli съдържа информация за няколко хиляди протеини. Но при нормални условия на растеж той синтезира около 600-800 различни протеини, което означава, че много гени не се транскрибират, т.е. неактивен. Протеиновите гени, чиито функции в метаболитните процеси са тясно свързани, често се групират заедно в генома в структурни единици (оперони). Според теорията на Jacob и Monod, опероните са участъци от молекулата на ДНК, които съдържат информация за група от функционално свързани структурни протеини и регулаторна зона, която контролира транскрипцията на тези гени. Структурните гени на оперона се експресират последователно, или всички те се транскрибират, в който случай оперонът е активен, или нито един от гените не се „чете“, в който случай оперонът е неактивен. Когато един оперон е активен и всички негови гени се транскрибират, се синтезира полицистронна иРНК, която служи като матрица за синтеза на всички протеини на този оперон. Транскрипцията на структурните гени зависи от способността на РНК полимеразата да се свързва с промотора, разположен в 5" края на оперона преди структурните гени.

Свързването на РНК полимеразата към промотора зависи от наличието на репресорен протеин в регион, съседен на промотора, който се нарича "оператор". Репресорният протеин се синтезира в клетката с постоянна скорост и има афинитет към мястото на оператора. Структурно, регионите на промотора и оператора частично се припокриват, така че прикрепването на репресорния протеин към оператора създава пространствена пречка за прикрепването на РНК полимераза.

Повечето механизми, регулиращи протеиновия синтез, са насочени към промяна на скоростта на свързване на РНК полимеразата към промотора, като по този начин влияят на етапа на започване на транскрипцията. Гените, които синтезират регулаторни протеини, могат да бъдат отстранени от оперона, чиято транскрипция контролират.

През 50-те години на 20-ти век учените се натъкват на странен феномен. Те забелязаха, че някои вируси заразяват различни щамове на една и съща бактерия по различен начин. Някои щамове - например E. coli - се заразяват лесно и бързо разпространяват инфекцията в цялата колония. Други се заразяват много бавно или са напълно устойчиви на вирусите. Но след като се адаптира към един или друг щам, вирусът впоследствие го заразява без затруднения.

На биолозите бяха необходими две десетилетия, за да разберат тази селективна устойчивост на бактериите. Както се оказа, способността на определени щамове бактерии да се противопоставят на вируси - тя се нарича рестрикция (т.е. „ограничаване“) - се обяснява с наличието на специални ензими, които физически разрязват вирусната ДНК.

Особеността на тези протеини - рестрикционните ензими - е, че те разпознават малка и строго определена ДНК последователност. Бактериите „насочват“ рестрикционните ензими към редки последователности, които самите те избягват в своите гени – но които може да присъстват във вирусната ДНК. Различните рестрикционни ензими разпознават различни последователности.

Всеки щам бактерии има специфичен арсенал от такива ензими и по този начин реагира на специфичен набор от „думи“ в генома на вируса. Ако си представим, че геномът на вируса е фразата „мама изми рамката“, тогава вирусът няма да може да зарази бактерия, която разпознава думата „мама“, но бактерия, която се насочва към думата „чичо“, ще бъде беззащитен. Ако вирусът успее да мутира и да се превърне, да речем, в „жена, измила рамката“, тогава първата бактерия ще загуби защитата си.

Защо откритието на „бактериалния имунитет” се оказа начело в списъка на най-важните постижения в молекулярната биология? Не са самите бактерии или дори вирусите.

Измерете част от ДНК

Учените, които описаха този механизъм, почти веднага обърнаха внимание на най-важния детайл от този процес. Рестрикционните ензими (по-точно един от видовете тези ензими) са способни да разрязват ДНК в ясно определена точка. Връщайки се към нашата аналогия, ензим, който е насочен към думата "мама" в ДНК, се свързва с тази дума и я разрязва, например, между третата и четвъртата буква.

Така за първи път изследователите успяха да „отрежат“ необходимите им ДНК фрагменти от геноми. С помощта на специални "слепващи" ензими, получените фрагменти могат да бъдат зашити - също в определен ред. С откриването на рестрикционните ензими учените разполагат с всички необходими инструменти за „сглобяване“ на ДНК в ръцете си. С течение на времето се вкорени една малко по-различна метафора за обозначаване на този процес - генното инженерство.

Въпреки че днес съществуват други методи за работа с ДНК, по-голямата част от биологичните изследвания от последните двадесет до тридесет години не биха били възможни без рестрикционни ензими. От трансгенни растения до генна терапия, от рекомбинантен инсулин до индуцирани стволови клетки, всяка работа, включваща генетична манипулация, използва това „бактериално оръжие“.

Познайте врага по очите

Имунната система на бозайниците - включително хората - има както вродени, така и придобити защитни механизми. Вродените компоненти на имунната система обикновено реагират на нещо общо, което обединява много врагове на тялото наведнъж. Например, вродената имунна система може да разпознае компоненти на бактериалната клетъчна стена, които са общи за хиляди различни микроби.

Придобитият имунитет се основава на феномена на имунологичната памет. Той разпознава специфични компоненти на конкретни патогени, като ги „запомня“ за в бъдеще. Ваксинацията се основава на това: имунната система „тренира“ върху убит вирус или бактерия и по-късно, когато жив патоген влезе в тялото, тя го „разпознава“ и го унищожава на място.

Вроденият имунитет е граничен контролен пункт. Предпазва от всичко наведнъж и от нищо конкретно. Придобитият имунитет е снайперист, който познава врага по очите. Както се оказа през 2012 г., бактериите също имат нещо подобно.

Ако рестрикцията е бактериален аналог на вродения имунитет, то ролята на придобития имунитет при бактериите се изпълнява от система с доста тромавото име CRISPR/Cas9 или „Crisper“.

Същността на работата на Криспър е следната. Когато една бактерия е подложена на вирусна атака, тя копира част от ДНК на вируса на специално място в собствения си геном (това „хранилище“ на информация за вирусите се нарича CRISPR). Въз основа на тези съхранени „фотоизображения“ на вируса, бактерията след това прави РНК сонда, която може да разпознае вирусните гени и да се свърже с тях, ако вирусът се опита да зарази бактерията отново.

Самата РНК сонда е безвредна за вируса, но тук се включва друг играч: протеинът Cas9. Това е "ножица", отговорна за унищожаването на вирусните гени - като рестрикционен ензим. Cas9 се хваща за РНК сондата и като на каишка се доставя до вирусната ДНК, след което му се дава сигнал: отрежете тук!

Общо цялата система се състои от три бактериални компонента:

1) ДНК съхранение на „фото идентификационен комплект“ на стари вируси;

2) РНК сонда, направена на базата на тези „фотоизображения“ и способна да идентифицира вируса от тях;

3) протеинови „ножици“, прикрепени към РНК сонда и разрязващи вирусната ДНК точно в точката, от която е направена „фотоскицата“ последния път.

Почти мигновено след откриването на този „бактериален имунитет“ всички забравиха за бактериите и техните вируси. Научната литература избухна с ентусиазирани статии за потенциала на системата CRISPR/Cas9 като инструмент за генно инженерство и бъдеща медицина.

Както при рестрикционните ензими, системата Crisper е способна да разрязва ДНК в строго определена точка. Но в сравнение с „ножиците“, открити през седемдесетте години, той има огромни предимства.

Рестрикционните ензими се използват от биолозите за „сглобяване“ на ДНК изключително в епруветка: първо трябва да произведете желания фрагмент (например модифициран ген) и едва след това да го въведете в клетка или организъм. “Crisper” може да среже ДНК на място, точно в жива клетка. Това дава възможност не само да се произвеждат изкуствено въведени гени, но и да се „редактират“ цели геноми: например да се премахнат някои гени и да се вмъкнат нови на тяхно място. Съвсем наскоро човек можеше само да мечтае за това.

Както стана ясно през изминалата година, системата CRISPR е непретенциозна и може да работи във всякакви клетки: не само бактериални, но и миши или човешки. „Инсталирането“ му в желаната клетка е доста просто. По принцип това може да стане дори на ниво цели тъкани и организми. В бъдеще това ще направи възможно пълното премахване на дефектни гени, като тези, които причиняват рак, от генома на възрастен човек.

Да кажем, че фразата „мама изми рамката“, която присъства във вашия геном, предизвиква у вас болезнено желание за полови стереотипи. За да се отървете от този проблем, имате нужда от протеин Cas9 - винаги един и същ - и двойка РНК сонди, насочени към думите "мама" и "рама". Тези сонди могат да бъдат всякакви - съвременните методи позволяват синтезирането им за няколко часа. Няма никакви ограничения за количеството: можете да „отрежете“ генома поне на хиляда точки едновременно.

Целенасочено регулиране на тялото

Но стойността на Crisper не се ограничава до функцията на ножицата. Както отбелязват много автори, тази система е първият познат ни инструмент, с който е възможно да се организира „среща“ на определен протеин, определена РНК и определена ДНК едновременно. Това само по себе си отваря огромни възможности за науката и медицината.

Например, можете да изключите функцията на ножицата на протеина Cas9 и вместо това да свържете друг протеин към него - да речем, генен активатор. С помощта на подходяща РНК сонда получената двойка може да бъде изпратена до желаната точка в генома: например до лошо функциониращ инсулинов ген при някои диабетици. Организирайки по този начин срещата на активиращ протеин и изключен ген, е възможно прецизно и фино да се настрои функционирането на тялото.

Можете да свържете не само активатори, но всичко като цяло - да речем, протеин, който може да замени дефектен ген с неговото „резервно копие“ от друга хромозома. По този начин в бъдеще ще бъде възможно да се лекува например болестта на Хънтингтън. Основното предимство на системата CRISPR в случая е именно способността й да „изпраща експедиции“ до всяка точка на ДНК, която можем да програмираме без особени затруднения. Каква е задачата на всяка конкретна експедиция се определя само от въображението на изследователите.

Днес е трудно да се каже точно какви проблеми ще може да реши системата CRISPR/Cas9 след няколко десетилетия. Глобалната общност на генетиците сега прилича на дете, допуснато в огромна зала, пълна до краен предел с играчки. Водещото научно списание Science наскоро публикува преглед на най-новите постижения в областта, наречен „The CRISPR Craze“. И все пак вече е очевидно: бактериите и фундаменталната наука отново ни дадоха технология, която ще промени света.

През януари се появиха съобщения за раждането на първите примати, чийто геном е бил успешно модифициран от системата CRISPR/Cas9. Като тестов експеримент на маймуни бяха дадени мутации в два гена: единият, свързан с функционирането на имунната система, а другият, отговорен за отлагането на мазнини, което непрозрачно намеква за възможното приложение на метода при хомо сапиенс. Може би решаването на проблема със затлъстяването с помощта на генно инженерство не е толкова далечно бъдеще.

Група руски изследователи Петър Гаряев успяха да използват метода на модулация, за да докажат, че е възможно да се възстановят хромозоми, увредени от рентгеново лъчение. Биофизиците дори са успели да изолират информационни модели от една ДНК и да ги наслагват върху друга. Така те препрограмирали клетките на втория организъм в образа на първия геном. Съобщава се, че учените успешно са трансформирали ембриони на жаба в ембриони на саламандър, просто като са ги облъчили с вълни, които пренасят информационни модели, съответстващи на друга ДНК. С други думи, те пренаписаха програмата и промениха формата на вълната на тялото на животното.

Всичко това беше направено само чрез наслагване на звукови вибрации на специално подбрани думи върху лазерен лъч, а не чрез остарялата процедура за изрязване на гени. Този експеримент обяснява научно "магията", когато магьосник използва заклинание, за да трансформира едно животно в друго. Но учените от групата на Петър Гаряев далеч не са първите, които провеждат успешни експерименти по препрограмиране на ДНК.

Например в самото начало на 60-те години на миналия век китайският изследовател Цзян Канчжен експериментално се убеди, че всички живи същества излъчват енергия, която управлява всички процеси в телата им на клетъчно ниво. Тази енергия съдържа цялата информация за неговия генетичен код. И ако същество от друг вид попадне в зоната на действие на психическата енергия, тогава ДНК-то на това същество се променя. Ето какво пише Цзян Канжен за невероятните преживявания Владимир Бабанинв книгата си "Машини на времето":

„Засиленият поток от психическа енергия, излизащ през върха на пирамидата, може да се използва за медицински цели, за промяна на кода на ДНК гените... Не, това не е фантазията на автора на тази книга. Това откритие е направено през 60-те години на ХХ век от китайския медицински учен Цзян Канжен. Както знаете, в съвременната радиотехника широко се използват всички видове вълноводи, с помощта на които можете да насочвате радиационна енергия или сигнал, като вода от пожарен маркуч, в желаната посока. Преди това бяха предимно метални тръби с кръгло или правоъгълно напречно сечение. Сега други материали, включително неметални, също се използват като вълноводи. Интересен въпрос: ако по вълновод могат да се изпращат светлинни, акустични, радио и други вълни, възможно ли е по него да се изпраща психична енергия с изключително високи честоти? Възможно ли е вълните от психическа енергия да бъдат до известна степен подчинени на известните закони на физиката, пречупване и отражение? Странен въпрос... Все пак психическата енергия е по-фина от познатите ни микровълнови радиовълни. Нещо повече, той е всепроникващ. Но има изключителни способности за творчество и трансформация в други видове енергия и следователно може да се прояви по различен начин в различни условия. Това ще бъде ясно забележимо, когато човек овладее умствените сили на тялото си. Той ще бъде обект на гравитационна енергия и ще може да лети. Електромагнитната енергия ще му се подчинява и той ще може да изпраща поразителни мълнии. Той ще може да промени хода на времето и да се пренесе в други, паралелни светове... На същия принцип ще бъдат построени звездни кораби - вихрови кораби, които ще преодоляват пространството и времето. И всичко това са възможностите на психическата енергия, нейната огромна способност да се трансформира и проявява в други видове енергия. И така, може ли психическата енергия, излъчвана през върха на пирамидите или излъчвана от тялото на живо същество, да бъде насочена във вълновод и използвана по свое усмотрение? Трябва да опитаме... Това е мястото, където китайският медицински изследовател Jiang Kanzhen показа присъствието си. Още в самото начало на 60-те години на 20-ти век той е експериментално убеден, че всички живи същества излъчват енергия, която контролира всички процеси в тялото им на клетъчно ниво и съдържа цялата информация за неговия генетичен код. И ако растящ ембрион на създание от друг вид попадне в зоната на действие на тази енергия, тогава настъпиха промени на генетично ниво! Резултатът беше съставно създание - сфинксът. Така, чрез „облъчване“ на пилешки ембрион, развиващ се в кокоше яйце, с енергийното поле на тялото на патица, се получава пилешка патица. Съдържаше признаци както на пиле, така и на патица. И това без хирургическа интервенция в ДНК на ембриона на кокошото яйце! След това бяха проведени експерименти с други животни и бяха създадени нови чудовища сфинкс. Когато през 1963 г. е публикувана първата статия с резултатите от експериментите, тя създава ефекта на експлодираща бомба в Китай. Само няколко учени изразиха възхищението си от това откритие и видяха в него бъдещето на генното инженерство, което може да преобрази света. Други учени и съответно обществеността бяха на различно мнение. Те видяха в откритието заплаха за еволюцията на човечеството и животинския свят, възможността за създаване на психотронни оръжия, способни да подчинят човек в интерес на амбициозни хора, преработвайки природата му. В крайна сметка никой не искаше да свърши като кокошка патица, саблезъбо чудовище или някакъв друг сфинкс в резултат на нечии експерименти. Реакцията беше незабавна: изследователските лаборатории бяха затворени. Мощната вълна на културната революция, която залива Китай по това време, поставя бариера пред по-нататъшните изследвания. Дзян бил изпратен в село за превъзпитание, където гледал свине, а след опит за бягство бил изпратен в затвора, където прекарал няколко години. И едва през 1971 г. той тайно пресича съветско-китайската граница и се установява в Хабаровск, където по-късно става служител на медицинския институт. По странно съвпадение самият той стана „съставен“ руско-китаец: фамилията му Цзян Канчжен остана китайска, но първото и бащиното му име станаха руски: Юрий Владимирович. Впоследствие съветските учени се заинтересували от откритието на Дзян и продължили изследванията си в тази посока. Какви са резултатите? Те са много важни, но не стават обществено достояние. Сега ни интересува как с помощта на какви технически средства Дзян успява да концентрира и предава психическата енергия в строго определена посока и за какво я използва. Отвън целият му дизайн изглеждаше доста прост. В едно от помещенията имаше просторна затворена обемна камера, изработена от немагнитен материал - листова мед. В стените на камерата са запоени няколко кухи медни конуса с камбана вътре - аналози на модели с пирамидални капачки. Върховете на конусите се отрязват и към тях се запояват дълги тънки медни тръби - вълноводи. Те се простираха в съседната стая и завършваха в друга обемна контурна камера. Това е цялата структура. Както разбираме, първата камера с нейните външни конуси е моделирана по принцип като обикновена пирамида с отрязан връх и камера вътре. Как тогава работи тази странна инсталация? В първата камера - "пирамидата" - имаше "донор" - "генератор" на психична енергия. Нямаше нужда да се изобретяват технически средства, които да генерират вълни от психическа енергия. Да, това е трудно на нашето ниво на развитие на науката. Най-добрият генератор на психическа енергия е живо същество - човек, животно или растение. Тяхната аура - енергийно-информационно поле - беше носител и източник на тази енергия. Той съдържаше цялата информация за процесите, протичащи в живия организъм на клетъчно ниво, за сигналите и командите, на които клетките се подчиняват. Тези команди и програми на всички процеси на един организъм трябваше да се предават чрез „биомикровълнова комуникация“ на друг организъм, намиращ се на разстояние. Конусите в инсталацията служеха като пирамиди. Вихровият поток в тях сякаш „всмуква“ енергията на живо същество – „донора“ – и я насочва във вълновода, а по него в друга камера. Съдържаше жив обект от същия или различен вид. Подложен е на „облъчване“. Той трябваше да приеме получените команди и заповеди и да ги изпълни, дори те да унищожат цялото му тяло. Кой организъм изпълнява най-добре получените, често чужди, команди и заповеди? Както веднъж отбеляза известният руски селекционер И. В. Мичурин, младият растящ организъм се адаптира най-добре към новите условия. Затова за постигане на бърз ефект във втората камера могат да се поставят екземпляри от подрастващи животни, яйца на птици, змии, крокодили с развиващи се ембриони и покълнали растителни зърна. При нормални, познати условия ембрионите на растенията и живите същества се развиват в съответствие с генетичната програма, заложена в техните клетки. Но по вълновода от „донора“ идват сигнали с различна генетична програма, дори съвсем различен вид живо същество. И тогава започна борба между програмите, чийто изход беше непредвидим. По правило се намираше компромис, в резултат на който се променяше генетичният код на развиващия се ембрион. И така, във втората камера растяло растение или живо същество, съдържащо знаците на две същества - това, което беше в първата камера, и това, което беше във втората. Но това вече беше чудовище, изрод, сфинкс! Би било добре, ако в експеримента участват растения. Но когато ставаше въпрос за различни видове животни, не само не беше смешно, но дори престъпно, особено когато в едната клетка имаше човек, а в другата животно. Между другото, Цзян проведе и следните експерименти: в първата камера той самият беше „донор“, а във втората - пилешко яйце в инкубатор. В резултат на облъчване пораснало пиле, чието тяло, вместо с пера, било покрито с... коса! Но можеше да бъде и по-зле - птица с човешка глава. Такива същества са любими герои в много древни легенди. Може би те отразяват факти, които действително са се случили в резултат на невнимателни експерименти на древни генетици? И най-важното: произведените сфинксове могат да се възпроизвеждат и да създават потомство на сфинксове! Всъщност инсталацията на Jiang Kanzhen беше един вид психотронен генератор. Както знаете, всяка пръчка има два края. Изобретението на Дзян имаше същите два края. Полезен е, но в допустими граници: за създаване на нови видове растения, които ни дават храна, за лечение на нелечими болести, за много други цели, които не причиняват вреда. Но също така може да представлява голяма заплаха за човешката природа, ако възможностите на такъв психотронен генератор се използват от индивид или групи хора или дори цяла държава за политически цели.

Нашите езотерични и духовни учители отдавна знаят, че човешкото тяло може да бъде програмирано не само с помощта на пирамиди, но и с помощта на определени звуци, римувани изречения или концентрирана мисъл. Това вече е научно доказано от изследователи на ДНК и обяснено . Разбира се, препрограмирането на ДНК трябва да се извършва с подходяща честота и затова не всеки учен или езотерик е в състояние постоянно да получава еднакво успешни и дълбоки резултати. Въплътената в тялото душа трябва непрекъснато да работи върху вътрешните си процеси, трябва да се стреми да установи съзнателна връзка със своята ДНК и да я доведе до хармония. Защото духовното съзнание на човек може и трябва да пренапише програмата на ДНК. Същата работа по препрограмиране на ДНК може да бъде извършена от обикновена пирамида със златно сечение, ако човек медитира в нея за около един час всеки ден.
Въпреки това, колкото по-високо е развито съзнанието на човек, колкото повече се разкриват неговите умствени и духовни качества, толкова по-малко той изпитва нужда от външно устройство, което да препрограмира неговата ДНК.

Генните мутации са промени в структурата на един ген. Това е промяна в нуклеотидната последователност: делеция, вмъкване, заместване и др. Например, замяна на a с t Причини - нарушения по време на удвояване на ДНК (репликация)

Генните мутации са молекулярни промени в структурата на ДНК, които не се виждат в светлинен микроскоп. Генните мутации включват всякакви промени в молекулярната структура на ДНК, независимо от тяхното местоположение и ефект върху жизнеспособността. Някои мутации нямат ефект върху структурата или функцията на съответния протеин. Друга (голяма) част от генните мутации водят до синтеза на дефектен протеин, който не е в състояние да изпълнява присъщата си функция. Именно генните мутации определят развитието на повечето наследствени форми на патология.

Най-честите моногенни заболявания при хората са: кистозна фиброза, хемохроматоза, адреногенитален синдром, фенилкетонурия, неврофиброматоза, миопатии на Дюшен-Бекер и редица други заболявания. Клинично те се проявяват като признаци на метаболитни нарушения (метаболизъм) в организма. Мутацията може да бъде:

1) при заместване на база в кодон, това е т.нар Мисенс мутация(от англ. mis - невярно, неправилно + лат. sensus - смисъл) - замяна на нуклеотид в кодиращата част на ген, водеща до замяна на аминокиселина в полипептид;

2) при такова изменение на кодоните, което ще доведе до спиране на четенето на информация, това е т.нар. безсмислена мутация(от лат. non - не + sensus - значение) - замяна на нуклеотид в кодиращата част на ген, води до образуване на терминаторен кодон (стоп кодон) и спиране на транслацията;

3) нарушение на четенето на информация, изместване на рамката за четене, т.нар изместване на рамката(от английската рамка - рамка + смяна: - смяна, движение), когато молекулярните промени в ДНК водят до промени в триплетите по време на транслацията на полипептидната верига.

Известни са и други видове генни мутации. Въз основа на вида на молекулярните промени има:

разделение(от латински deletio - унищожаване), когато се губи ДНК сегмент с размер от един нуклеотид до ген;

дублиране(от лат. duplicatio - удвояване), т.е. дублиране или редупликация на ДНК сегмент от един нуклеотид до цели гени;

инверсии(от лат. inversio - обръщане), т.е. завъртане на 180° на ДНК сегмент, вариращ по размер от два нуклеотида до фрагмент, включващ няколко гена;

вмъквания(от лат. insertio - прикрепване), т.е. вмъкване на ДНК фрагменти с размер от един нуклеотид до цял ген.

Молекулните промени, засягащи един до няколко нуклеотида, се считат за точкова мутация.

Основната и отличителна черта на генната мутация е, че тя 1) води до промяна в генетичната информация, 2) може да се предава от поколение на поколение.

Определена част от генните мутации могат да бъдат класифицирани като неутрални мутации, тъй като не водят до промени във фенотипа. Например, поради израждането на генетичния код, една и съща аминокиселина може да бъде кодирана от два триплета, които се различават само по една основа. От друга страна, един и същ ген може да се промени (мутира) в няколко различни състояния.

Например генът, който контролира кръвната група на системата АВ0. има три алела: 0, А и В, чиито комбинации определят 4 кръвни групи. Кръвната група ABO е класически пример за генетична вариация в нормалните човешки характеристики.

Именно генните мутации определят развитието на повечето наследствени форми на патология. Болестите, причинени от такива мутации, се наричат ​​генетични или моногенни заболявания, т.е. заболявания, чието развитие се определя от мутация на един ген.

Геномни и хромозомни мутации

Геномните и хромозомните мутации са причините за хромозомните заболявания. Геномните мутации включват анеуплоидии и промени в плоидията на структурно непроменени хромозоми. Открива се чрез цитогенетични методи.

Анеуплоидия- промяна (намаляване - монозомия, увеличение - тризомия) в броя на хромозомите в диплоиден набор, а не кратно на хаплоидния набор (2n + 1, 2n - 1 и т.н.).

Полиплоидия- увеличаване на броя на наборите от хромозоми, кратно на хаплоидния (3n, 4n, 5n и т.н.).

При хората полиплоидията, както и повечето анеуплоидии, са смъртоносни мутации.

Най-честите геномни мутации включват:

тризомия- наличието на три хомоложни хромозоми в кариотипа (например на 21-ва двойка при синдром на Даун, на 18-та двойка при синдром на Едуардс, на 13-та двойка при синдром на Патау; на полови хромозоми: XXX, XXY, XYY);

монозомия- наличието само на една от двете хомоложни хромозоми. При монозомия за някоя от автозомите нормалното развитие на ембриона е невъзможно. Единствената монозомия при хората, която е съвместима с живота, монозомията на X хромозомата, води до синдром на Шерешевски-Търнър (45, X0).

Причината, водеща до анеуплоидия, е неразделянето на хромозомите по време на клетъчното делене по време на образуването на зародишни клетки или загубата на хромозоми в резултат на забавяне на анафазата, когато по време на движение към полюса една от хомоложните хромозоми може да изостане от всички останали нехомоложни хромозоми. Терминът "неразпадане" означава липсата на разделяне на хромозоми или хроматиди при мейоза или митоза. Загубата на хромозоми може да доведе до мозаицизъм, в който има такъв качване(нормална) клетъчна линия и другата монозомни.

Хромозомното неразпадане най-често се случва по време на мейозата. Хромозомите, които обикновено се делят по време на мейозата, остават свързани заедно и се преместват към единия полюс на клетката по време на анафазата. Така възникват две гамети, едната от които има допълнителна хромозома, а другата няма тази хромозома. Когато гамета с нормален набор от хромозоми се оплоди от гамета с допълнителна хромозома, възниква тризомия (т.е. в клетката има три хомоложни хромозоми); когато се оплоди гамета без една хромозома, възниква зигота с монозомия. Ако върху която и да е автозомна (неполова) хромозома се образува монозомна зигота, тогава развитието на организма спира в най-ранните етапи на развитие.

Хромозомни мутации- Това са структурни промени в отделните хромозоми, обикновено видими под светлинен микроскоп. Хромозомната мутация включва голям брой (от десетки до няколко стотици) гени, което води до промяна в нормалния диплоиден набор. Въпреки че хромозомните аберации обикновено не променят ДНК последователността на специфични гени, промените в броя на копията на гените в генома водят до генетичен дисбаланс поради липса или излишък на генетичен материал. Има две големи групи хромозомни мутации: интрахромозомни и интерхромозомни.

Интрахромозомните мутации са аберации в една хромозома. Те включват:

—изтривания(от латински deletio - унищожаване) - загуба на една от секциите на хромозомата, вътрешна или крайна. Това може да доведе до нарушаване на ембриогенезата и образуването на множество аномалии в развитието (например, разделянето в областта на късото рамо на 5-та хромозома, обозначено като 5p-, води до недоразвитие на ларинкса, сърдечни дефекти и умствена изостаналост). Този комплекс от симптоми е известен като синдром на „котешки вик“, тъй като при болни деца, поради аномалия на ларинкса, плачът прилича на мяукане на котка;

—инверсии(от латински inversio - обръщане). В резултат на две точки на прекъсване на хромозомите, полученият фрагмент се вмъква на първоначалното си място след завъртане на 180°. В резултат на това се нарушава само редът на гените;

— дублиране(от латински duplicatio - удвояване) - удвояване (или умножаване) на която и да е част от хромозома (например тризомия на едно от късите рамена на 9-та хромозома причинява множество дефекти, включително микроцефалия, забавено физическо, умствено и интелектуално развитие).

Модели на най-честите хромозомни аберации:
Разделяне: 1 - терминал; 2 - интерстициален. Инверсии: 1 - перицентричен (с улавяне на центромера); 2 - парацентричен (в едно рамо на хромозома)

Интерхромозомни мутации или мутации на пренареждане- обмен на фрагменти между нехомоложни хромозоми. Такива мутации се наричат ​​транслокации (от лат. tgans - за, чрез + locus - място). това:

Реципрочна транслокация, когато две хромозоми обменят своите фрагменти;

Нереципрочна транслокация, когато фрагмент от една хромозома се транспортира до друга;

- „центрично“ сливане (Robertsonian транслокация) - свързването на две акроцентрични хромозоми в областта на техните центромери със загуба на къси рамена.

Когато хроматидите се разкъсват напречно през центромерите, „сестринските“ хроматиди стават „огледални“ рамена на две различни хромозоми, съдържащи едни и същи набори от гени. Такива хромозоми се наричат ​​изохромозоми. Както интрахромозомните (делеции, инверсии и дупликации), така и междухромозомните (транслокации) аберации и изохромозомите са свързани с физически промени в хромозомната структура, включително механични счупвания.

Наследствена патология в резултат на наследствена променливост

Наличието на общи видови характеристики ни позволява да обединим всички хора на земята в един вид, Хомо сапиенс. Въпреки това, ние лесно, с един поглед, отделяме лицето на човек, който познаваме в тълпа от непознати. Изключителното многообразие на хората – както вътре в групите (например разнообразие в рамките на една етническа група), така и между групите – се дължи на техните генетични различия. Понастоящем се смята, че всички вътрешновидови вариации се дължат на различни генотипове, възникващи и поддържани от естествения подбор.

Известно е, че хаплоидният човешки геном съдържа 3,3x10 9 двойки нуклеотидни остатъци, което теоретично позволява до 6-10 милиона гени. В същото време данните от съвременните изследвания показват, че човешкият геном съдържа приблизително 30-40 хиляди гена. Около една трета от всички гени имат повече от един алел, т.е. те са полиморфни.

Концепцията за наследствен полиморфизъм е формулирана от Е. Форд през 1940 г., за да обясни съществуването в една популация на две или повече различни форми, когато честотата на най-редките от тях не може да се обясни само с мутационни събития. Тъй като генната мутация е рядко събитие (1x10 6), честотата на мутантния алел, която е повече от 1%, може да се обясни само с постепенното му натрупване в популацията поради селективните предимства на носителите на тази мутация.

Множеството сегрегиращи локуси, множеството алели във всеки от тях, заедно с феномена на рекомбинацията, създават неизчерпаемо човешко генетично разнообразие. Изчисленията показват, че в цялата история на човечеството не е имало, няма и няма да има в обозримо бъдеще генетично повторение, т.е. Всеки роден човек е уникално явление във Вселената. Уникалността на генетичната конституция до голяма степен определя характеристиките на развитието на болестта при всеки отделен човек.

Човечеството се е развило като групи от изолирани популации, живеещи дълго време при едни и същи условия на околната среда, включително климатични и географски характеристики, диетични модели, патогени, културни традиции и т.н. Това доведе до консолидиране в популацията на комбинации от нормални алели, специфични за всеки от тях, най-адекватни на условията на околната среда. Поради постепенното разширяване на местообитанието, интензивните миграции и презаселването на народите възникват ситуации, когато комбинации от специфични нормални гени, които са полезни при определени условия, не осигуряват оптималното функциониране на определени системи на тялото при други условия. Това води до факта, че част от наследствената променливост, причинена от неблагоприятна комбинация от непатологични човешки гени, става основа за развитието на така наречените заболявания с наследствено предразположение.

Освен това при хората като социално същество естественият подбор протича с течение на времето във все по-специфични форми, което също разширява наследственото разнообразие. Това, което можеше да бъде изхвърлено от животните, беше запазено или, обратно, това, което животните задържаха, беше изгубено. По този начин пълното задоволяване на нуждите от витамин С доведе в процеса на еволюция до загубата на гена L-гулонодактон оксидаза, който катализира синтеза на аскорбинова киселина. В процеса на еволюция човечеството придоби и нежелани характеристики, които са пряко свързани с патологията. Например, в процеса на еволюция, хората са придобили гени, които определят чувствителността към дифтериен токсин или към полиомиелитния вирус.

Така при хората, както при всеки друг биологичен вид, няма рязка граница между наследствената променливост, водеща до нормални вариации в характеристиките, и наследствената променливост, причиняваща появата на наследствени заболявания. Човекът, превърнал се в биологичен вид Хомо сапиенс, изглежда плаща за „разумността“ на своя вид чрез натрупване на патологични мутации. Тази позиция е в основата на една от основните концепции на медицинската генетика за еволюционното натрупване на патологични мутации в човешките популации.

Наследствената променливост на човешките популации, както поддържана, така и намалена от естествения подбор, формира така наречения генетичен товар.

Някои патологични мутации могат да персистират и да се разпространяват в популациите за исторически дълго време, причинявайки така нареченото сегрегационно генетично натоварване; други патологични мутации възникват във всяко поколение в резултат на нови промени в наследствената структура, създавайки мутационен товар.

Отрицателният ефект от генетичния товар се проявява чрез повишена смъртност (смърт на гамети, зиготи, ембриони и деца), намалена плодовитост (намалено възпроизводство на потомство), намалена продължителност на живота, социална дезадаптация и увреждане, а също така причинява повишена нужда от медицинска помощ .

Английският генетик J. Hoddane е първият, който привлича вниманието на изследователите към съществуването на генетичен товар, въпреки че самият термин е предложен от G. Meller още в края на 40-те години. Значението на понятието "генетичен товар" се свързва с високата степен на генетична променливост, необходима на биологичния вид, за да може да се адаптира към променящите се условия на околната среда.

Преди две години беше изобретена технологията за модификация на генома CRISPR/Cas9. През 2015 г. тя направи истинска революция в генното инженерство. Технологията се основава на молекулярния защитен механизъм на микроорганизмите, благодарение на който ДНК фрагментите могат да се редактират и изрязват с повишена прецизност. Още повече, че това може да стане директно в живите клетки на всеки организъм!

Разбира се, днес манипулирането на гените няма да изненада никого, но работата с тях преди това се е извършвала в специално оборудвани лаборатории в големи институти. Но технологията CRISPR/Cas9 може да стане достъпна за всички. Молекулярният биолог от НАСА Джозая Зайнър възнамерява да разработи комплект, който би позволил експерименти с генна модификация у дома. Той ще му позволи да промени генома на дрождите и микроорганизмите в кухнята си.

Как работи технологията

Съкращението CRISPR може да се преведе буквално на руски като „групирани редовно разположени къси палиндромни повторения“; те са открити за първи път в гените на археите и бактериите. Тогава беше открито, че микроорганизмите, успели да оцелеят след атаката на вируса, вписват част от гена на врага в собствената си ДНК. Благодарение на това клетките, образувани от тялото, ще могат да разпознаят такъв щам. Ако „базата данни“ от гени съдържа информация за врага, тогава, когато го срещнат, микроорганизмите използват специален молекулярен механизъм. Той се прикрепя към вирусната ДНК на мястото, което съответства на запазената област. След това се използват протеини от групата Cas, за да го отрежат и унищожат вируса. Учените са установили, че подобни ножици за рязане на молекули могат да се използват за всяка част от генетичния код на бозайниците и хората не са изключение. С тяхна помощ можете да замените или редактирате различни гени.

Онлайн магазинът ODIN ще започне да продава комплекти за редактиране на генен код

Според г-н Зейнер CRISPR/Cas9 трябва да стане публично достъпен и дори начинаещи изследователи и аматьори трябва да могат да провеждат експерименти с този метод. За тази цел е разработен онлайн магазин The ODIN. Целта му е да помогне за провеждането на домашни експерименти с изкуствено създадени бактерии. Днес компанията на Зайнър набира средства в платформата за групово финансиране Indiegogo, предлагайки пълни комплекти и реагенти за редактиране на гени като „награда“.

Налични комплекти

Продаваните продукти са подобни на учебни комплекти за провеждане на химични опити от ученици и студенти. За $75 тук можете да закупите комплект, който ви позволява да добавите флуоресцентен протеин към генома на бактериите, което ги кара да светят в тъмното. За да създадете генетично модифициран щам бактерии, които могат да оцелеят в екстремни условия, трябва да закупите комплект за $130. Но комплект за 160 щатски долара ще ви позволи да направите промени в генния код на дрождите, като добавите червен пигмент към него.

Компанията предлага и по-скъпи комплекти. Например за $200 можете да получите комплект, който дава на бактериите способността да наторяват почвата и да разграждат пластмасата. За $500 можете да закупите комплект за класна стая - клиентът може да посочи типа комплекти, които ще бъдат изпратени в количества от 20 за групова употреба. Инструментите в този комплект могат да дадат на бактериите способността да светят в тъмното или да променят цвета си.

Комплект на стойност $3000 ще ви позволи да създадете истинска домашна лаборатория за провеждане на експерименти в молекулярната и синтетична биология. Включва: центрофуги, пипети, реактиви, гелове за електрофореза, химикали и много други. Включеният комплект ви позволява да използвате системата CRISPR за различни изследвания.

Най-невероятната е офертата за $5000: авторите на проекта обещават възможността да се създаде нов, уникален жив организъм. С негова помощ можете да изолирате желаната характеристика на дрожди или бактерии и да я промените. Собственикът на такъв комплект може самостоятелно да отглежда генетично модифицирани организми. Компанията ви помага да определите параметрите, които ще ви помогнат да постигнете целите си! Подробните инструкции, включени във всеки комплект, ще ви помогнат да извършвате експерименти без външна помощ, въпреки че авторите с готовност обещават да осигурят консултация, ако е необходимо.

Бъдещи планове

Технологията CRISPR е способна да прави промени в човешките гени. Зайнър обаче не планира да продава комплекти, които биха помогнали в борбата с плешивостта или да отглеждат допълнителен бъбрек.

За да постигне целта си, Зайнър стартира кампания за групово финансиране на уебсайта Indiegogo. Можете да разгледате фирмата. Благодарение на нарастващия интерес към метода CRISPR, авторите на компанията успяха да получат необходимите 10 000 долара за създаване на преносими комплекти предсрочно. Според експертите на Investtok.ru до края на кампанията авторите на проекта могат да съберат десет пъти повече средства от първоначално планираното, тъй като интересът на публиката към новата технология е огромен.