Генная инженерия и мутации

1. Генная инженерия.
Мутации.
Наследственная
изменчивость.

2. Генетическая инженерия (генная
инженерия) — совокупность приёмов,
методов и технологий получения
рекомбинантных РНК и ДНК,
выделения генов из организма (клеток),
осуществления манипуляций с генами и
введения их в другие организмы.

3. История развития
Во второй половине XX века было сделано несколько важных
открытий и изобретений, лежащих в основе генной инженерии.
Успешно завершились многолетние попытки «прочитать» ту
биологическую информацию, которая «записана» в генах. Эта
работа была начата английским учёным Ф. Сенгером и
американским учёным У. Гилбертом. Как известно, в генах
содержится информация-инструкция для синтеза в организме
молекул РНК и белков, в том числе ферментов. Чтобы заставить
клетку синтезировать новые, необычные для неё вещества,
надо чтобы в ней синтезировались соответствующие наборы
ферментов. А для этого необходимо или целенаправленно
изменить находящиеся в ней гены, или ввести в неё новые,
ранее отсутствовавшие гены. Изменения генов в живых клетках
— это мутации. Они происходят под действием, например,
мутагенов — химических ядов или излучений.

4. Генная инженерия начала
развиваться с 1973 года,
когда американские
исследователи Стэнли Коэн и
Энли Чанг встроили
бартериальную плазмиду в
ДНК лягушки. Затем эту
трансформированную
плазмиду вернули в клетку
бактерии, которая стала
синтезировать белки
лягушки, а также передавать
лягушачью ДНК своим
потомкам. Таким образом
был найден метод,
позволяющий встраивать
чужеродные гены в геном
определенного организма.

5. Как генные инженеры разрезают и
склеивают гены
Разрежем плазмиду одной из
рестриктаз, образующих у
фрагмента ДНК однотяжевые
("липкие") концы. Той же
рестриктазой разрежем на
фрагменты ДНК, в одном из
которых содержится
интересующий нас ген. Если
смешать эти фрагменты с
разрезанной плазмидой, то с
некоторой вероятностью они
склеятся с плазмидой
благодаря "липким"
(комплементарным) концам.
Далее чужеродную ДНК
ковалентно пришивают к
вектору ДНК-лигазой. В итоге
получается созданная по
заранее разработанному плану
рекомбинантная ДНК.

6. Болезни и наследственность
Медицина сталкивается с множеством неполадок в человеческом организме.
Наиболее известны инфекционные заболевания, вызываемые бактериями (
холера, дизентерия, туберкулез, дифтерия и др.) и вирусами (грипп,
бешенство, корь, гепатит, полиомиелит и т. д.). Сюда попадают болезни,
возбудители которых низшие эукариоты, т. е. грибки и простейшие (малярия,
сонная болезнь, амебная дизентерия, стригущий лишай). Иногда считают, что
причина, вызывающая заболевание, внешняя - попадание в организм
возбудителя, а наследственность здесь роли не играет.
Это далеко не так, вернее, совсем не так. Известно, что предрасположение к
какой-либо болезни может варьировать у разных представителей рода
человеческого, и это свойство наследственное. Н. Н. Миклухо-Маклай,
страдавший в тропиках от тропической малярии, поражался тем, что
коренные жители - папуасы - ею практически не болеют. Мы теперь знаем
причину этого: у аборигенов низких широт часто встречаются аномальные
гемоглобины, ядовитые для малярийного плазмодия. Следовательно,
малярия, вернее способность болеть ею, - наследственная болезнь.

7. • Вот другой пример. Существуют четыре группы крови: I, II, III, IV
(или 0, А, В и АВ в современном обозначении). Оказалось, что
люди с группой крови 0 (универсальные доноры) - первые
жертвы в чумной эпидемии, носители группы А чаще
заболевают гриппом, АВ наиболее устойчивы к оспе. Известно,
что туберкулез вызывается внешним, фактором - палочкой
Коха. Это так, но... Однояйцевые близнецы имеют одинаковый
генотип, и если один заболевает туберкулезом, то и другой
тоже (в 87% случаев). А у генетически разнородных двуяйцевых
близнецов, развивающихся из разных яйцеклеток, совпадение
лишь в 25%. Муж может заразить жену (или наоборот) лишь в
7% случаев. Что же, туберкулез - наследственное или
инфекционное заболевание? Пожалуй, и то и другое. Палочка
Коха может развиваться в организме человека, если он к этому
наследственно предрасположен.

8. Но существуют и такие болезни, которые полностью
наследуются от родителей. Обычно это генетические
дефекты, мутации какого-либо гена, унаследованные от
обоих родителей. К ним же относят потомки хромосом.
Примерами могут быть серповидноклеточная анемия
(мутантные гемоглобины не только защищают от
малярии, но, к сожалению, в гомозиготном состоянии
приводят к смерти в раннем возрасте); гемофилия, при
которой кровь не свертывается (гемофилик может
погибнуть от царапины), и многие другие (всего
известно свыше трех тысяч наследственных болезней).
Генетический механизм расшифрован только у 10%
заболеваний.

10. Генные (точечные) мутации
Связаны с изменением нуклеотидной
последовательности одного гена

11. Типы генных мутаций
• Дупликации - повторение участка гена

12. • Вставки – появление лишней пары
нуклеотидов

13. • Делеции - выпадение нуклеотидов, замена
нуклеотидных пар
• Инверсии – переворот участка гена на 180
градусов

15. Делеция
Утрата части
хромосомного
материала
Обычно
такие аберрации
летальны.

16. Самым хорошо изученным заболеванием,
обусловленным делецией,
является синдром кошачьего крика,
описанный в 1963 году Жеромом Леженом.
В его основе лежит делеция небольшого
участка короткого плеча 5 хромосомы.

17. Синдром кошачьего крика
Для больных характерен ряд
отклонений от нормы:
нарушение
функций сердечно-
сосудистой, пищеварительно
й систем,
недоразвитие гортани (с
характерным криком,
напоминающим кошачье
мяуканье), общее отставание
развития, умственная
отсталость, лунообразное
лицо с широко
расставленными глазами.
Синдром встречается у 1
новорожденного из 50000.

18. Инверсия
Изменения
чередования генов в
хромосоме за счет
поворота участка
хромосомы на 180°

19. Дупликация
Удвоение участка
хромосомы

20. Сравнительная характеристика форм
изменчивости