Генетика

Содержание
Введение	3
1. Генные технологии	4
2. Мутагены	7
3. Генетика и проблема рака	10
4. Пандемия СПИД	14
Заключение	16
Список литературы	18

 

Введение

 

Генетика (от греч. — происходящий от кого-то) — наука о законах и механизмах наследственности и изменчивости. В зависимости от объекта исследования классифицируют генетику растений, животных, микроорганизмов, человека и другие; в зависимости от используемых методов других дисциплин — молекулярную генетику, экологическую генетику и другие. Идеи и методы генетики играют важную роль в медицине, сельском хозяйстве, микробиологической промышленности, а также в генетической инженерии.

Генные технологии основаны на методах молекулярной биологии и генетики, связанные с целенаправленным конструированием новых, не существующих в природе сочетаний генов. Одно из самых тревожных опасений: не приведет ли широкое внедрение в практику генных технологий к появлению покуда не известных эпидемиологам заболеваний и других нежелательных последствий.

XX век стал веком величайших открытий во всех областях естествознания. Возможно, одной из основных отраслей знания, которые будут определять облик нашего мира в ХХ1, является генетика т.к. перед человечеством  остро стоят такие проблемы как клонирование, мутация генов, создание вакцин и лечение болезней, продовольственная безопасность и многие другие проблемы.

Превалирующим фактором, определяющим историческое лицо ХХ1 века, станет пандемия СПИД. Пандемия СПИД распространяется в мире катастрофическими темпами. Лекарство от СПИДА во время пандемии станет средством выживания, политической борьбы и мирового давления. С его помощью будут управлять миром. Преступно надеяться, что оно станет просто так доступно России. Надо разрабатывать его самим.

 

 

 

1. Генные технологии

 

Генные технологии, часто называемые генной инженерией, родились в начале 70-х годов XX в. под названием технологий рекомбинантных ДНК. Основная операция генной технологии заключается в извлечении из клеток организма гена (кодирующего нужный продукт) или группы генов и соединение их с молекулами ДНК, способными проникать в клетки другого организма и размножаться в них. На начальной стадии развития генных технологий получен ряд биологически активных соединений – инсулин, интерферон и др. Современные генные технологии объединяет химию нуклеиновых кислот и белков, микробиологию, генетику, биохимию и открывает новые пути решения многих проблем биотехнологии, медицины и сельского хозяйства.

Заданные операции с фрагментами ДНК позволяют производить два вида белков: фермент рестриктазу и ДНК – лигазу. Первый из них выполняет функцию катализатора при расщеплении ДНК на определенные фрагменты нуклеотидов, а другой катализирует объединение двух фрагментов ДНК. Например, рестриктаза Bam H1 распознает двухцепочную последовательность GGATCC и разрывает ее между двумя нуклеотидами G, т. е. производит разрыв цепи ДНК в определенном месте, в результате чего образуются два отдельных фрагмента ДНК. Данные фрагменты можно связать вместе с помощью ДНК-лигазы и получить таким образом первоначальную двухцепочную последовательность нуклеотидов. ДНК-лигаза может встроить в ДНК чужеродный фрагмент. Образовавшийся продукт называется рекомбинантной ДНК. Чужеродный фрагмент вырезается из донорной молекулы. ДНК, в которую встраивается чужеродный фрагмент, называется плазмидой. Если полученная таким образом конструкция работоспособна, то происходит синтез РНК и в конечном результате – белка.

Основная цель генных технологий – видоизменить ДНК, закодировав ее для производства белка с заданными свойствами. Современные экспериментальные методы позволяют анализировать и идентифицировать фрагменты ДНК и генетически видоизмененной клетки, в которую введена нужная ДНК. С их помощью целенаправленно осуществляются химические операции над биологическими объектами, что и составляет основу генных технологий.

С помощью так называемых молекулярных проб (фрагментов ДНК с определенной последовательностью нуклеотидов) можно быстро определять, скажем, заражена ли донорская кровь вирусом СПИДа. А генные технологии, с помощью которых можно идентифицировать некоторых конкретных микробов, позволяют пристально следить за их распространением, например внутри больницы или при эпидемиях.

Генные технологии производства вакцин развиваются в двух основных направлениях:

Первое – улучшение уже существующих вакцин. Вакцины должны стать более эффективными, работать в меньших дозах и не давать побочных эффектов. Идеал – это так называемая комбинированная вакцина; сразу несколько вакцин в одной дозе.

Второе направление – генные технологии получения вакцин против тех болезней, при которых сам метод вакцинации еще не использовался; это – СПИД, малярия, даже язвенная болезнь желудка и некоторые другие.

За последние годы генные технологии не только значительно улучшили эффективность традиционных, природных штаммов – продуцентов, но и создали принципиально новые.

Проводится целенаправленная работа по генетической модификации свойств микробов, традиционно используемых в производстве хлеба, сыроварении, молочной промышленности, пивоварении и виноделии. Цели этой работы: увеличение устойчивости производственных штаммов, повышение их конкурентоспособности по отношению к вредным бактериям и улучшение качества продукта (аромата, питательной ценности, крепости и т. д.).

Генетически модифицированные микробы могут принести большую пользу при взаимодействии с сельскохозяйственными растениями и животными, с их патогенными вирусами и микробами; с вредными насекомыми, с почвой. Вот примеры. Можно модифицировать те или иные растения, сделать их более устойчивыми к инфекционным болезным, внеся в них гены, которые блокируют развитие вирусных или грибковых заболеваний. Так, в Китае устойчивые к вирусам табак, томаты и сладкий перец выращивают уже на больших площадях. Известны трансгенные томаты, устойчивые к бактериальной инфекции, картофель и кукуруза, устойчивые к грибкам.

Одно из самых тревожных опасений: не приведет ли широкое внедрение в практику генных технологий к появлению покуда не известных эпидемиологам заболеваний и других нежелательных последствий. Практика показывает, что широкомасштабная генная инженерия микроорганизмов, продолжающаяся вот уже около 30 лет, до сих пор не дала ни одного примера отрицательных последствий. Более того, оказалось, что все рекомбинантные микроорганизмы, как правило, менее вирулентны, т. е. менее болезнетворны, чем их исходные формы.

Однако биологические феномены таковы, что о них никогда нельзя с уверенностью сказать: этого никогда не случится. Надо говорить так: вероятность того, что это случится, очень мала. И тут – как безусловно положительное – важно отметить, что все виды работ с микроорганизмами строго регламентированы, и цель такой регламентации – уменьшить вероятность распространения инфекционных агентов.

Трансгенные штаммы не должны содержать генов, которые после их переноса в другие бактерии смогут дать опасный эффект.

 

 

 

 

 

2. Мутагены

 

Прогресс науки и техники подвергает современных людей существенно большим рискам неблагоприятной изменчивости, чем это было на протяжении всего предшествующего периода развития человеческой цивилизации. Физические, химические и, возможно, биологические (вирусные) мутагены могут нести серьезную угрозу для генетической структуры популяции в будущем. Поэтому одной из актуальнейших задач современного естествознания является изучение процессов генетической изменчивости человека и разработка системы мер для предотвращения неблагоприятных тенденций эволюции. В указанном аспекте важное значение имеет развитие генетики человека, особенно в области генетического консультирования и скрининга наследственных аномалий, что может сохранить приемлемый уровень здоровья будущих поколений.                       

Мутация – это всеобщее свойство живых организмов, лежащее в основе эволюции и селекции всех форм жизни и заключающееся во внезапно возникающем изменении генетической информации. Когда мутация происходит в отдельном гене, то говорят о генных или точковых мутациях. При изменении структуры хромосом или их числа, речь идет о хромосомных мутациях. Все генетическое разнообразие людей так или иначе является следствием мутаций.

 С достаточной уверенностью можно утверждать, что многие мутации генов и практически все аберрации хромосом неблагоприятны как для индивида, так и для популяции; большинство хромосомных аберраций губит зиготу в период эмбрионального развития, меньшая часть таких зигот доживает до рождения и продолжает существовать дальше, но пораженные пациенты страдают тяжелыми врожденными пороками. Генные мутации часто ведут к врожденным заболеваниям с простым типом наследования или к дефектам в мультифакториальных генетических системах. Очень большая часть генных мутаций ведет к изменениям аминокислотной последовательности белков и не вызывает явной функциональной недостаточности, примером чему служат варианты гемоглобина. Доля благоприятных мутаций, в лучшем случае, очень незначительна.

Частоты численных аберраций хромосом увеличивается с возрастом матери, поэтому любой сдвиг в материнском возрасте приведет к соответствующему изменению в общей распространенности таких хромосомных мутаций. Во многих современных популяциях существует тенденция к уменьшению числа детей в семье и концентрация деторождения в возрастной группе с наименьшим риском (женщины в возрасте от 20 до 30 лет). Было подсчитано, что в западных странах и в Японии эта тенденция должна была уменьшить число детей с синдромом Дауна на 25…40%. Однако ряд последних исследований показывает, что склонность многих современных женщин откладывать рождение ребенка на несколько более поздний возраст легко может привести к изменению этой тенденции на противоположную. Известно, что самое эффективное средство обнаружения аномалий хромосом – это пренатальная диагностика. Во многих странах эту диагностическую процедуру предлагают проводить всем женщинам старше 35 лет. Если бы все пожилые беременные женщины действительно через нее проходили, частота синдрома Дауна безусловно бы снизилась. Можно предположить, что с увеличением безопасности пренатальной диагностики для матери и ребенка, амниоцентез станет обычным для большинства беременностей в развитых странах. В таких условиях можно будет почти полностью избежать аномалий, обусловленных численными или структурными аберрациями хромосом. Для многих генов частота мутаций увеличивается с возрастом отца, поэтому любой сдвиг в возрастной структуре отцов соответствующим образом повлияет на частоту мутаций. Для редких аутосомно-доминантных состояний изменения под действием возраста отца не будут столь крупными, как для численных хромосомных аберраций; влияние возраста отца на частоту мутаций в доминантных и сцепленных с Х-хромосомой генов меньше возраста матери на частоту численных аномалий хромосом. С медицинских позиций общее воздействие отцовского возраста представляется относительно небольшим и практически не принимается в расчет фактический риск поражения доминантной мутацией ребенка, имеющего пожилого отца. Любой возможный подъем уровня радиации, любое облучение может на несколько процентов увеличить частоту мутаций. Принимая во внимание флуктуации «спонтанной» частоты мутаций, обусловленной, например, изменениями возрастной структуры родителей, какое-либо увеличение, связанное с радиацией, может оказаться даже незамеченным без применения тонких эпидемиологических методов. Все же эффект имеет место, особенно с учетом действия техногенных факторов, включая техногенные катастрофы. Следовательно, одной из основных задач профилактики повышенной частоты мутаций у человека является поддержание радиации на низком уровне. О воздействии химических мутагенов на популяцию человека известно слишком мало. Можно предположить, что человечеству придется смириться с определенным числом химически индуцированных мутаций, поскольку общество не может отказаться от тех преимуществ, которые дают ему достижения современной химии.

В будущем человечеству придется столкнуться с увеличением частоты спонтанных мутаций. Оно приведет к соответствующему увеличению численных и структурных хромосомных аберраций и наследственных заболеваний, связанных с доминантными и с X-сцепленными генами. Вероятно, что в будущем возрастет число неопластических заболеваний, поскольку соматические мутации, вызываемые агентами внешней среды, часто служат причиной новообразований. Широко распространено мнение о том, что благодаря современной медицине действие естественного отбора ослабло. Однако это утверждение справедливо лишь отчасти. Никаким лечением до сих пор не удавалось предотвратить последствия хромосомных аберраций (синдромы Дауна, Клайнфельтера и др.). Для этих состояний действие естественного отбора не изменилось.

 

3. Генетика и проблема рака

 

Достижения генетики и молекулярной биологии последних десятилетий оказали огромное влияние на понимание природы инициализации и прогрессии злокачественных образовании. Окончательно установлено, что рак представляет собой гетерогенную группу заболеваний, каждое из которых вызывается комплексом генетических нарушений, определяющих свойство неконтролируемого роста и способность к метастазированию. Эти современные знания открыли принципиально новые возможности в диагностике и лечении злокачественных новообразований.

Влияние конкретных генетических нарушений, лежащих в основе опухолевого роста, позволило обнаружить специфические молекулярные маркеры и разработать на их основе тесты ранней диагностики опухолей.

Известно, что неопластические трансформация клеток происходит в результате накопления наследуемых (герминативных) и приобретенных (соматических) мутаций в протоонкогенах или генах-супрессорах. Именно эти генетические нарушения с первую очередь могут быть использованы для обнаружения злокачественных клеток в клиническом материале.

Наиболее подходящим субстратом молекулярной диагностики является ДНК, т.к. она длительно сохраняется в образцах тканей и может быть легко размножена с помощью т.н. полимеразной цепной реакции (ПЦР). Это позволяет осуществлять диагностику даже при наличии минимального количества исследуемого материала.

Помимо определения мутаций в онкогенах и генах-супрессорах в диагностических целях используют изменения, выявляемые в повторяющихся последовательностях ДНК, т.н. микро сателлитах.

При сравнении парных образцов опухоли и нормальных тканей может быть выявлено выпадение одного из аллелей в опухоли (потеря гетерозиготности (ПГ), что отражает наличие хромосомных делеций, лежащих в основе инактивации генов-супрессоров.

Микросателлитная нестабильность (МН) особенно характерна для наследуемой формы неполипозного рака толстой кишки. Она, однако, обнаруживается при многих других видах опухолей и проявляется как в инактивации генов-супрессоров, так и в делециях анонимных некодирующих последовательностей ДНК.

В целом, обнаружение клинических образцах ПГ и/или МН указывает на присутствие клеток, несущих искаженную информацию, свойственную опухолевому росту. Мутации в онкогенах и генах-супрессорах обнаруживаются также при использовании в качестве исходного материала клеточной РНК, которую превращают в реакцию обратной транскрипции в комплиментарную (С)-ДНК и амплифицируют с помощью ПЦР. Данный метод (RT-ПЦР) широко применяют для выявления экспрессии генов в различных тканях.

Известно, что нормальные и опухолевые клетки различаются по экспрессии многих сотен генов, поэтому разработаны современные методы серийного анализа экспрессии, основанные на технологии микрочипов и позволяющие оценивать сотни и даже тысячи генов одновременно.

Одним из новых перспективных молекулярных маркеров опухоли является телоизомераза, рибонуклеопротеиновый фермент, наращивающий нуклеотидные последовательности на концах хромосом (теломерах) активность данного фермента постоянно присутствует в более чем 90% опухолей и практически не обнаруживается в нормальных тканях. Несмотря на несомненную перспективность и высокую точность методов молекулярной диагностики, вопрос об их специфичности и чувствительности сохраняет свою актуальность. Это связано с тем, что опухоли всегда состоят из смеси нормальных и злокачественных клеток, поэтому выделяемая из них ДНК также гетерогенна, что необходимо учитывать при решении вопроса о применимости молекулярных тестов.

Тем не менее, методики, базирующиеся на ПЦР, технологически исключительно чувствительны и способны обнаруживать специфические генетические нарушения задолго до формирования морфологически определяемой опухоли.

В настоящее время сформировалось несколько направлений использования молекулярных тестов в онкологии.

1) Раннее выявление опухолей наиболее часто основывается на определении мутаций ras и p53, обнаружение которых позволяет в некоторых случаях судить о стадии опухолевого процесса. Информативным ранним маркером рака толстой кишки служат мутации гена АРС, обнаруживаемые более чем в 70% аденом. Микросателлитные маркеры высоко эффективны в ранней диагностике рака мочевого пузыря и простаты. Широкий спектр опухолей может быть диагностирован с использованием протоколов активности телоизомеразы.

2) Метастазирование и распространенность опухоли также могут оцениваться с применением молекулярных тестов. Наиболее часто для этих целей используют RT-PCR метод выявления изменений экспрессии генов в опухолевых клетках.

3) Анализ цитологических и гистологических препаратов с помощью молекулярных тестов находит все более широкое применение. Примером может служить определение HPV вирусов при раке шейки матки, а также применение молекулярных тестов для выявления мутаций онкогенов непосредственно на гистологических срезах.

4) Промежуточные биомаркеры служат для выявления клональных и генетических изменений, позволяющих предсказать появление опухолей. Эти маркеры успешно используются для оценки эффективности онкопротекторов на популяционном уровне.

5) Генетическое тестирование онкологического риска стало возможным в связи с открытием генов предрасположенности к онкологическим заболеваниям, что оказалось особенно актуальным для оценки риска среди членов так зазываемых «высоко раковых» семей.

ДНК-тестирование успешно применяется при различных наследуемых опухолях: ретинобластоме, полипозе кишечника, множественных эндокринных опухолях второго типа (MEN2) вслед за клонированием генов предрасположенности к раку молочной железы и яичников (BRCA I BRCA 2) развернулось широкое обследование групп риска семейного рака данных локализаций.

Одна из существенных проблем, возникающих при диагностике семейной предрасположенности к РМЖ, касается социальных и психологических последствий выявления у пациентов данных мутаций.

Однако при правильной организации генетического консультирования и соблюдения этических норм и принципа конфиденциальности применения молекулярных тестов в группах риска, безусловно, полезно и необходимо.

Следует подчеркнуть, что внедрение современных методов молекулярной диагностики в широкую онкологическую практику неизбежно потребует серьезного технического перевооружения существующих клинических лабораторий, а также специально подготовленного персонала. Сами методы диагностики при этом должны пройти масштабные клинические испытания с учетом принципов рандомизации.

 

4. Пандемия СПИД

 

Пандемия (греч. – весь народ) – эпидемия, характеризующаяся появлением нового вируса либо инфекционного заболевания, против которого у человеческой популяции нет иммунитета, и приводящая к нескольким одновременным эпидемиям по всему миру с огромным количеством заболеваний и смертей.

СПИД — смертельная и неизлечимая болезнь иммунитета. Вирус иммунодефицита разрушает центральный элемент системы, которая защищает человека от всех болезней, — клетки крови, которые называются Т-хелперами. Беззащитный организм становится легкой добычей патогенной инфекции. Вирус СПИДа изменяется еще чаще, чем вирус гриппа, поэтому придумать к нему вакцину невозможно. Вторая особенность вируса в том, что он вшивает в молекулу ДНК Т-хелпера, часть своей ДНК, делая человеческий организм носителем ВИЧ-инфекции пожизненно. Найти способ очистки клеточной ДНК Т-хелперов современная генетика пока не может. Заражаясь ВИЧ-инфекцией, только 20-35 процентов людей заболевают СПИДом и умирают через 7-10 лет. Остальные, не болея сами, являются активными переносчиками ВИЧ-инфекции, заражая здоровых людей всю свою жизнь. Ослабление иммунитета этих людей в результате болезни, приема некоторых гормональных препаратов, хирургических операций, систематического переутомления или недоедания может привести к развитию у них синдрома иммунодефицита.

Быстрее всего она развивается в Африке, США и Европе. Современная медицина не знает способа, как остановить её.

Разработка дешевого и массового средства борьбы принципиально возможна путем синтеза искусственного вируса анти-ВИЧ, выполняющего зеркальные функции всех возможных клонов вируса иммунодефицита и самостоятельно распространяющегося в среде ВИЧ-инфицированных. Но даже при форсированных темпах развития генетика сможет достичь технологического уровня, необходимого для синтеза генетических конструкций, способных выполнять сложные функции, не раньше, чем через 25-50 лет. Еще 10-25 лет понадобится для проверки и массового распространения антивируса среди ВИЧ-инфицированных. Таким образом примерно 35-75 лет пандемия СПИД будет развиваться в мире практически беспрепятственно. И только потом пойдет на спад. Это весьма оптимистический прогноз. Возможен и худший вариант развития событий, если оправдается предположение, что синтезировать дешевое и массовое лекарство от СПИДа в принципе невозможно.

Прогноз, полученный на основании статистических данных ВОЗ о современной динамике распространения ВИЧ-инфекции и их математической обработки, показывает, что в случае, если эффективный способ борьбы с ВИЧ-инфекцией не будет найден в ближайшее время, пандемия последовательно охватит все страны мира и в 2030-2075 годах достигнет максимума. Прирост населения всех стран замедлится, а затем станет быстро снижаться.

 

Заключение

 

Едва ли найдутся люди, которым совершенно безразлична судьба их собственных детей. Забота о ближайших потомках должна начинаться не после их появления на свет, а задолго до этого момента, еще во время планирования семьи. По статистическим данным, из каждых 200 младенцев один появляется на свет с хромосомными аномалиями, некоторые из которых в состоянии исковеркать всю его будущую жизнь. Более того, практически у каждого взрослого человека во всех клетках тела, включая половые, существуют несколько измененных генов, мутации в которых негативно влияют на их работу. Как скажутся такие гены на умственных способностях и на внешнем облике ребенка, если он получит другие дефектные гены от второго родителя?

Единственное, что мы можем сделать, чтобы что-то противопоставить сложившейся ситуации – отдавать себе отчет в серьезности положения и предпринимать разумные усилия для того, чтобы на свет не появлялись дети с тяжелыми наследственными патологиями. Реальный шанс для этого существует, но для этого надо быть, прежде всего, хорошо информированным о возможности собственных генетических заболеваниях или мутантных генах, которые могут стать их причиной у потомства. Подобную информацию можно получить в центрах медико-генетичесого консультирования. При этом врач не в праве навязывать свою волю пациентам, он может и должен лишь информировать их о возможных опасностях и последствиях проявления генетически врожденных заболеваний у потомства.

Современная статистика, собранная Всемирной Организацией Здоровья, свидетельствует о том, что каждый десятый ребенок, проживающий в развитых странах, подвержен риску девиантного модуса развития.

Результаты психогенетических исследований, проведенные разными методами, говорят о существовании первичной, «исходной», индивидуальности, задаваемой нашей наследственностью. Уникальность генотипа каждого человека, высокая индивидуализированность многих  психологически значимых средовых факторов, ковариация и взаимодействие одного и другого – вот те силы, которые формируют бесконечное многообразие людей. Необходимо помнить, что психогенетические данные говорят о причинах именно различий между людьми, то есть о происхождении популяционной изменчивости (межиндивидуальной вариативности), и ее выводы не могут быть перенесены на оценки индивидуально- психологических особенностей конкретного человека.

Особую роль генетика стала играть в  фармацевтической  про­мышленности  с развитием генетики микроорганизмов и генной инже­нерии. Несомненно, многое остается неизученным,  например, процесс возникновения мутаций или причины появления злокачественных опу­холей. Именно своей важностью для решения многих проблем человека вызвана острая необходимость в дальнейшем развитии генетика. Тем более  что каждый человек ответственен за наследственное благополучие своих детей,  при этом важным фактором является его био­логическое образование, так как знания в области аномалии, физи­ологии, генетики предостерегут человека от совершения ошибок.

Перед генетиков в ХХ1 веке стоят очень серьезные для человека проблемы. Так генетика очень важна для решения многих медицинских вопросов, связанных прежде всего с различными наследственными болезнями нервной системы (эпилеп­сия,  шизофрения), эндокринной системы (кретинизм), крови (гемофилия, некоторые анемии. С помощью новейших цитологических методов, цитогенетических в частности,  производят широкие исследования гене­тических причин различного рода заболеваний,  благодаря чему су­ществует новый раздел медицины — медицинская цитогенетика.

Круг вопросов, которые изучает генетика, настолько широк, что отразить в одной работе все аспекты развития этой науки просто невозможно.

 

 

 

Список литературы

 

1. Бакай А.В., Кочиш И.И. Генетика: Учебник для вузов. – М.: КолосС, 2007. – 448 с.
2. Беляев Е.С., Акифьев А.П. Общая и молекулярная генетика: Учебное пособие для вузов. Изд. 3-е, исп., М.: СУИ, 2006, 480 с.
3. Карпенков С.Х. Концепции современного естествознания: Учебник для вузов. – М.: Академический Проект, 2000. Изд. 2-е, испр. и доп. – 639 с.
4. Найдыш В.М. Концепции современного естествознания: Учеб. пособие. — М.:Гардарики,2001.- 476 с.
5. Уолкер Ш. Биотехнология без тайн. – М.: Эксмо, 2008. – 336
6. ru.wikipedia.org/wiki/Генетик – электронная энциклопедия
7. slovari.yandex.ru – электронный словарь