Геном человека

      Развитие  генетики в России шло сложным  путем, претерпевая гонения со  стороны властных структур, что  значительно тормозило процесс  развития данной науки.

2.3. Основные методы генетики.

Основным  методом  генетики  на   протяжении  многих  лет  является   гибридологический  метод.  Гибридизацией   называется  процесс  скрещивания   с   целью  получения   гибридов.  Гибрид   это   организм,   полученный  в  результате  скрещивания   разнородных  в  генетическом   отношении  родительских  форм.  Гибридизация    может   быть  внутривидовой,  когда  скрещиваются  особи  одного  вида   и  отдаленной,  если   скрещиваются   особи  из  различных    видов  или   родов.  При  исследовании  наследования  признаков  используются  методы  моногибридного,  дигибридного,  полигибридного   скрещивания,  которые   были  разработаны  еще  Г. Менделем в  его  опытах   с  сортами  гороха.

  Широко  используется  в  генетике  биометрические  методы.  Ведь  наследуются   и  изменяются  не   только  качественные,  но   и  количественные.  Биометрические  методы позволили  обосновать  положение  фенотипа  и  нормы  реакции.   С  1953  года  особое  значение  для  генетики  приобрели  биохимические  методы  исследования.   Генетика  вплотную  занялась  изучением  материальных  основ  наследственности  и   изменчивости -  генов.  Объектом  исследования  генетики  стали  нуклеиновые  кислоты,  особенно  ДНК.  Изучение  химической  структуры  гена  позволило  ответить  на  главные  вопросы,  которые  ставила  перед  собой  генетика. Как  происходит  наследование  признаков? В результате  чего  возникают  изменения  признаков? Доминантные  и  рецессивные  признаки,  гомозигота  и  гетерозигота,  фенотип  и  генотип,  аллельные  признаки.  Чешскому  ботанику – любителю  Иоганну   Грегору  Менделю  принадлежит  открытие  количественных  закономерностей, сопровождающих    формирование  гибридов.

2.4.  Этапы развития  медицинской генетики.

      С  того  времени  генетика  в  своем  развитии  прошла три  хорошо  очерченных  этапа - эпоха  Классической  генетики  (1900-1930),  эпоха  неоклассицизма (1930-1953)  и  эпоха  синтетической  генетики, которая  началась  в  1953  году.  На первом   этапе  складывался  язык  генетики,  разрабатывались   методики  исследования,  были  обоснованы  фундаментальные   положения,  открыты основные  законы.  В  эпоху  неоклассицизма   стало   возможным  вмешательство  в  механизм   изменчивости, дальнейшее  развитие  получило   изучение  гена  и  хромосом,  разрабатывается  теория искусственного  метагенеза, что  позволило  генетике  из  теоретической   дисциплины перейти  к  прикладной. Новый  этап  в  развитии  генетики  стал   возможным   благодаря расшифровке  структуры "золотой"  молекулы    ДНК в    1953  г.  Дж. Уотсоном   и   Ф. Криком.  Генетика   переходит   на  молекулярный  уровень  исследований.   Стало   возможным   расшифровать  структуру  гена,  определить  материальные  основы  и  механизмы   наследственности  и  изменчивости.  Генетика  научилась  влиять  на  эти  процессы,     направлять  их  в  нужное  русло.   Появились   широкие   возможности   соединения теории  и  практики.

      Таким образом, в истории медицинской генетики  можно выделить несколько основных  этапов:

1) открытие законов Г. Менделя и изучение наследственности  на уровне целостного организма;

2) изучение генетики на  хромосомном уровне и открытие  сцепленного наследования Т. Морганом  и его учениками;

3) начало развитию современной  генетики популяции дали теоретические  и экспериментальные работы С.С. Четверикова;

4) развитие молекулярной  генетики началось с построения  пространственной структуры молекул  ДНК Д. Уотсоном и Ф. Криком.

В настоящее время наследственность изучается на всех уровнях: молекулярном, клеточном, организменном и популяционном.

     Генетика, как наука решает следующие  основные задачи:

1. изучает  способы хранения генетической  информации у разных организмов  и ее материальные носители;

2. анализирует  способы передачи наследственной  информации от одного поколения  к другому;

3. выявляет  механизмы и закономерности реализации  генной информации в процессе  индивидуального развития и влияние  на них условий внешней среды  обитания;

4. изучает  закономерности и механизмы изменчивости, и ее роль в приспособительных  реакциях и в эволюционном  процессе;

5. изыскивает  способы исправления поврежденной  генетической информации

2.5. Генная и клеточная инженерия. Биотехнология.

Для лечения многих болезней необходимы различные биологически активные вещества. При выделении их из тканей человека возникает опасность загрязнения полученного материала различными вирусами (гепатита В, иммунодефицита человека и др.). Кроме того, эти вещества производятся в небольших количествах и являются дорогостоящими. Биологически активные вещества животного происхождения низкоэффективны из-за несовместимости с иммунной системой больного человека. Только развитие новой отрасли - генной инженерии помогло обеспечить получение чистых биологически активных веществ в больших количествах по более низкой цене.

Генная инженерия - это создание гибридных, рекомбинантных молекул ДНК, а стало быть, и организмов с новыми признаками. Для этого необходимо выделить ген из какого-либо организма или искусственно синтезировать его, клонировать (размножить) и перенести в другой организм.

С помощью генной инженерии созданы штаммы кишечных палочек, в которые встроены гены человеческого инсулина (необходимого для лечения сахарного диабета), интерферона (противовирусного препарата),  соматотропина (гормона роста).

          С помощью генной инженерии  созданы дрожжевые клетки, продуцирующие  человеческий инсулин. Биосинтетический  метод производства человеческого  инсулина с помощью дрожжевых  клеток широко используется в  фармацевтическом Производстве (в  Дании, Югославии, США, Германии и  других странах).

         В настоящее Время ученые разных стран работают над получением с помощью генной инженерии ряда других необходимых биологически активных веществ, вакцины против гепатит  «В», активатора профибринолизина (противосвертывающий препарат), нитерлейкина-2 (иммуномодулятор) и др. В клетки животных чужеродные гены вводят в виде отдельных молекул ДНК или в составе векторов-вирусов, способных вносить в геном клетки чужую ДНК

Обычно применяют два метода:

1) ДНК добавляют в среду  инкубации клеток;

2) производят микроиньекции ДНК непосредственно в ядро (что более эффективно).

       Первоочередными  задачами генной инженерии у  человека являются создание банков  генов человека для их изучения  и поиск путей генотерании, то есть замены мутантных генов нормальными аллелями.

        Клеточная  инженерия - это метод конструирования  клеток нового типа на основе  их культивирования, гибридизации  или реконструкции. При гибридизации  искусственно объединяются целые  клетки (иногда далеких видов) с  образованием гибридной клетки.

       Клеточная  реконструкция - это создание жизнеспособной  клетки из отдельных фрагментов  разных клеток (ядра, цитоплазмы, хромосом  и др.). Изучение гибридных клеток  позволяет решать многие проблемы  биологии и медицины. Так, например, биотехнология использует гибридомы. Гибридома - это Клеточный гибрид, получаемый слиянием нормального лимфоцита и опухолевой клетки.

        Биотехнология - это производство продуктов  и материалов, необходимых для  человека, с помощью биологических  объектов.

       Термин  «биотехнология» получил распространение  в середине 70-х годов ХХ в., хотя  отдельные отрасли биотехнологии  известны давно и основаны  на применении различных микроорганизмов: хлебопечение, виноделие, пивоварение, сыроварение. Достижения генетики создали большие дополнительные возможности для развития биотехнологии.

В середине ХХ. в., используя индуцированный мутагенез, были получены антибиотики (пенициллин, стрептомицин, эритромицин и др.) - с помощью микробов; фермент амилаза - с помощью сенной палочки; аминокислоты - с помощью кишечной палочки; молочная кислота '- с помощью Молочнокислых бактерий; лимонная кислота - с помощью аспергилловой плесени; витамины группы В - с помощью дрожжей.

В последние десятилетия в результате успехов, достигнутых генной инженерией, происходит скачок в биотехнологии - развивается микробиологическая промышленность (микробиологическая индустрия), которая позволяет в промышленных условиях с помощью кишечной палочки или дрожжей получать человеческий инсулин, интерферон, соматотропин и другие вещества.

2.6. Достижения  генетики в диагностике и профилактике  заболеваний.

В настоящее время проводится массовый скрининг новорожденных в роддомах для выявления фенилкетонурии и врожденного гипотиреоза. Данные исследования позволяют поставить диагноз в ранние сроки и своевременно назначить эффективное лечение.

Больших успехов в последнее десятилетие достигла пренатальная диагностика наследственных заболеваний и врожденных пороков развития. Широкое распространение в медицинской практике получили следующие методы: ультразвуковое исследование, амниоцентез, биопсия хориона, кордоцентез, определение альфа-фетопротеина и хориогонина, ДНК- диагностика.

Огромный вклад в диагностику хромосомных болезней внесли генетики, внедрив в практику медицины метод дифференциальной окраски хромосом. С помощью этого метода можно определить количественные и структурные перестройки хромосом, которые невозможно выявить при рутинной окраске, и точно поставить диагноз.

Большое теоретическое и практическое значение имеет изучение групп сцепления у человека и построение карт хромосом. В настоящее время у человека относительно изучены все 24 группы сцепления и продолжается установление новых локусов генов.

В последнее время в практическую медицину внедрены достижения клеточной инженерии. С помощью гибридом получают моноклональные антитела, которые широко используются в диагностике заболеваний.

Наиболее распространенным и эффективным методом профилактики наследственных болезней и врожденных пороков развития является медико-генетическое консультирование, направленное на предупреждение появления в семье больных детей. Врач-генетик рассчитывает риск рождения ребенка с тяжелой наследственной патологией и при высоком риске, при отсутствии методов пренатальной диагностики дальнейшее деторождение в данной семье не рекомендуется.

 С целью предупреждения  рождения детей с наследственно  детерминированными болезнями необходимо  объяснять вред близкородственных  браков молодым людям, планирующим  создание семьи.

Беременным женщинам в возрасте старше 35 лет необходимо обследование у врача-генетика для исключения у плода хромосомной патологии.

Таким образом, применение достижений генетики в практической медицине способствует предупреждению рождения детей с наследственными заболеваниями и врожденными пороками развития, ранней диагностике и лечению больных

 

3. Геном человека.

   Геном  человека — международная программа, конечной целью которой является  определение нуклеотидной последовательности (секвенирование) всей геномной ДНК человека, а также идентификация генов и их локализация в геноме (картирование).

Исходная идея проекта зародилась в 1984 среди группы физиков, работавших в Министерстве энергетики США и желавших заняться другой задачей после завершения работ в рамках ядерных проектов. В 1988 Объединенный комитет, куда входили Министерство энергетики США и Национальные институты здоровья, представили обширный проект, в задачи которого — помимо секвенирования генома человека — входило всестороннее изучение генетики бактерий, дрожжей, нематоды, плодовой мушки и мыши (эти организмы широко использовались в качестве модельных систем в изучении генетики человека). Кроме того, предусматривался детальный анализ этических и социальных проблем, возникающих в связи с работой над проектом. Комитету удалось убедить Конгресс выделить на проект 3 млрд. долларов (один нуклеотид ДНК — за один доллар).

      Проект „Геном человека“ — секвенирование генома Homo sapiens, содержащего около 3 млрд. нуклеотидов, по свой научной значимости и амбициозности, сравнивают с программой пилотируемых полётов на Луну „Аполлон“. Стоимость этих программ соизмерима. Миллиарды долларов. Но инициаторы проекта „Геном человека“, кроме научных целей имели ещё и грандиозные планы практического использования генетической информации, которая должна быть получена в результате его выполнения. А там, где практическое использование — там и коммерческий интерес. Предполагалось, что информация о строении генома человека будет полезна для ранней молекулярной диагностики наследственных заболевания и для их лечения путём, так называемой, заместительной генетической терапии (дефектный ген замещается на нормальный). Планировалась, что информация о геноме человека приведёт к революции в разработке нового поколения лекарственных препаратов, создаваемых на основе знаний о нарушениях функционирования определённых белков. Если знать, как кодируется и экспрессируется конкретный белок, приводящий к первопричине заболевания, то будет возможным, как полагалось, создать такие искусственные молекулы, которые будут направленно, а не в слепую, исправлять патологические процессы уже на молекулярном уровне. А это, как прогнозировалось, может принести многомиллиардные прибыли. Но сначала были необходимы многомиллионные инвестиции. И они были сделаны. Были созданы коммерческие фирмы, которые проводили секвенирование генома человека. Информация о нуклеотидных последовательностях генов, которая, как полагалась, может привести к разработке новых методов диагностики и терапии, патентовалась.