[АКАДЕМИЯ]: Генетика (Genetics) – «Что может современная генетика»-часть2

 Привет! Это последний конспект из курса «Генетика» от Новосибирского государственного университета для проекта Академия от @ontofractal.  В завершающей части узнаем, что такое генетическая экспертиза и как ее проводят, как получают трансгенные клетки, что такое генодиагностика и каковы перспективы. 

Предыдущие части:

[АКАДЕМИЯ]: Генетика (Genetics) «ДНК – основа наследственности». Часть первая

[АКАДЕМИЯ]: Генетика (Genetics) «ДНК – основа наследственности». Часть вторая

[АКАДЕМИЯ]: Генетика (Genetics) – «Мутации»

[АКАДЕМИЯ]: Генетика (Genetics) – «Генетика классическая и не только»

[АКАДЕМИЯ]: Генетика (Genetics) – «Генные комплексы»

[АКАДЕМИЯ]: Генетика (Genetics) – «Что может современная генетика»

  Генетическая экспертиза 

Бывает так, что случайно обнаруженное явление находит вдруг очень широкое применение, таким примером является генетическая экспертиза. В далеком 1984 было обнаружено, что молекулы ДНК имеют уникальные нуклеотидные последовательности у разных людей, таким образом вывод пришел сам – теперь можно идентифицировать личность по его биологическому материалу. 

Мы знаем, что в молекуле ДНК есть 4 последовательности нуклеотидов, и участки нуклеотидов повторяются, повторяются блоками. Эти блоки называют высокополиморфными тандемными повторами. Количество этих повторов разное. Именно они являются генетическими маркерами при исследованиях. Уже обнаружено множество разных меток по нашему геному. Найти двух людей в одинаковыми нуклеотидными повторами практически невозможно, исключением могут быть лишь монозиготные близнецы. Появление мутаций и высокополиморфные тандемные повторы похожи, но мутации событие редкое, поэтому чтобы замены были трактованы как полиморфизм, они должны встречаться у представителей популяции не менее чем у 1%. Короткие тандемные повторы оценивают изменения за сравнительно небольшое время, поэтому их стало удобно использовать для генетической экспертизы.

Используется генетическая экспертиза, чтобы определить родство, в криминалистике (кто оставил следы, если есть биологический материал или чьи останки найдены). Современные методы позволяют работать с очень небольшим количеством имеющейся ДНК (неповрежеденная). 

  Генодиагностика 

Генодиагностика – это область медицины. Используя современную молекулярную генетику были разработаны методы для выявления предрасположенности к различным заболеваниям, для ранней диагностики болезни. Развитие она получила безусловно благодаря проекту «Геном человека». 

Сегодня генодиагностика стала уже стандартной для моногенных заболеваний. В методе используется короткие цепочки нуклеотидов, у которых последовательность известна заранее. Их называют праймеры. Если их добавить в пробы исследуемой ДНК, то они начнут соединяться каждая с определенным участком, сформируются водородные связи, при условии, что там есть заданная последовательность нуклеотидов. В результате образования этих связей мы можем увидеть метку. Эта метка будет радиоактивная или флюоресцирующая, в зависимости от того, чем была метка помечена. Для этого важно иметь хорошую генную библиотеку. Для каких то генов, она уже есть, для других еще разрабатывается и пополняется.

Особым примером, очень значимым примером такой бибилиотеки является атлас раковых геномов. В большинстве случаев раковые заболевания развиваются из-за мутации в генах соматических клеток, эти мутации могут произойти и в кодирующей части гена и в регуляторной. Сегодня атлас раковых генов включает около 30 наиболее распространенных типов этого заболевания. Поиск дефектных участков заключается в сравнении ДНК опухолевых клеток и нормальных клеток той же ткани – сравнительное секвинирование. 

Есть протоонкогены – они приводят в результате мутации к перерождению обычной клетки в раковую. В их категорию обычно попадают локусы, которые регулируют нормальное состояние клетки и ее правильную реакцию на факторы роста, и др сигнальные вещества. Эти гены участвуют в основополагающих процессах, поэтому они консервативны, то есть схожи для разных видов. Если в результате мутации работа нарушается, то такие клетки перерождаются в раковые. 

При многих заболеваниях генодиагностика позволяет не только работать с пациентом, но и помогает обследовать его родных, помогает предсказать тяжесть заболевания. 

  Как получают трансгенные клетки 

Трансгенные организмы – организмы, содержащие гены от не родственных видов.  

Трансгенез – процесс переноса генов от родного организма к другому. 

Рестриктазы – фермунты, которые разрезают молекулу ДНК по заданным участкам. 

1. Используют рестриктазы, которые разрезают молекулу со сдвигом, чтобы на концах имелись непарные нуклеотиды, которые готовы образовать пару с подходящим нуклеотидом. 

2. С помощью метода полимеразной цепной реакции нужный кусочек ДНК размножают в лабораторных условиях 

3. Копии встраиваются в клетки организма 

Система переноса создается на основе вирусов или бактериальных плазмит. Недостатки – встраивание генетической конструкции происходит случайным образом. 

Перспективный метод — это использование искусственных хромосом млекопитающих. В них имеются регуляторные участки, позволяющие существовать в ядре клетки, и в таких хромосомах можно доставлять в клетку достаточно крупные полноразмерные гены.  

  Генотерапия 

Генотерапия — это введение в организм генетических конструкций с целью направленного изменения генного дефекта или придания клеткам новых функций. 

С помощью генотерапии лечатся моногенные болезни, таких болезней больше 4000. 

Невозможно заменить мутантный ген во всех клетках человеческого тела. Гены не работают во всех клетках сразу, поэтому с помощью генотерапии исправляют генный дефект в тех клетках, где этого необходимо, либо добавляют конструкцию, которая будет производить необходимый организму белок, который сам не производится. 

При генной терапии, клетки пациента модифицируют в культуре клеток, а потом возвращают обратно.

Этапы: 

1. Создание полноценно работающей генетической конструкции, с кодирующей и регуляторной частью гена. 
2. Выбор вектора переноса, которая доставит новую генетическую конструкцию в клетки. Обычно выбирают векторы на основе вирусов, т.к. они легко инфицируют клетки

Исследования начались с конца 20 века. Один из побочных эффектов – то что организм распознает генетическую конструкцию с вектором вируса, как вирус и атакует со стороны иммунной системы. 

Другая проблема – не все вирусы могут корректно встроить нужный ген в клетки тела. Тогда клетки не производят нужный белок в достаточном количестве. 

Успешные примеры лечения заболеваний — это лечение иммунодефицита, гиперхолестеринемии. 

Неудачи - простимулировались протоонкогены и пациент погиб от рака. 

Разрабатываются новые методы лечения гемофилии. 

Клетки печени очень удобны для генотерапии:

• их легко получить у пациента
• их хорошо выращивать в культуре 
• они достаточно легко модифицируются  
• их нетрудно прицельно вернуть обратно 
• печень синтезирует много разнообразных белков

Другое применение генотерапии, которое может использоваться — это при трансплантации органов.  Пересадки органов, осуществляющиеся либо с помощью донорских органов, либо с помощью искусственных трансплантантов. 

Недостатки:  донорские органы, они не всегда есть в наличии могут все равно отторгаться иммунной системой организма искусственные трансплантаты не по всем параметрам сходны с естественными органами.  Если клонировать органы из клеток самого организма, то он будет абсолютно иммуннотолерантен и не будет отторгаться иммунной системой.

Что для вас было наиболее интересным и впечатляющим в данной неделе курса?

Впечатлил масштаб применения знание, которые получены благодаря развитию генетики. Это такие разнообразные области не только касающиеся медицины, но и многих сфер, с которыми мы сталкиваемся постоянно. И особое значение, как мне кажется, имеет именно медицинские достижения и прорывы, которые стали возможны только благодаря развитию и изучению генетики. Может не так важно установить отцовство, но очень важно найти способ помочь больным с тяжелыми пока что неизлечимыми на сегодняшний день заболеваниями. Это спасет миллионы жизней и сделает жизнь человека более продолжительной и качественной.