Химери і трансгенні організми

2.2. Трансгенні організми

Розвиток генної інженерії створив принципово нову основу для котнструювання послідовностей ДНК, потрібну дослідникам. Успіхи в об і і експериментальної біології дозволили створити методи введення таких штучно створених генів у ядрах сперматозоїдів чи яйцеклітинах. У результаті виникла можливість одержання трансгенних тварин, тобто тварин, що несуть у своєму організмі чужорідні гени.
Одним з перших прикладів успішного створення трансгенних тварин було одержання мишей, у геном яких був убудований гормон гена росту пацюка. Деякі з таких трансгенних мишей росли швидко і досягли розмірів, що істотно перевищували контрольних тварин.
Перша у світі мавпа зі зміненим генетичним кодом з'явилася на світ в Америці. Самець по кличці Энді народився після того, як у яйцеклітину його матері був упроваджений ген медузи. Досвід проводився з макакою-резусом, що набагато ближче по своїх біологічних ознаках до людини, чим будь-яка інша тварина, що до: пер піддавалися експериментам по генетичній модифікації. Учені говорять, що застосування цього методу допоможе їм при розробці нових способів лікування таких хвороб, як рак груди і діабет. Однак, як повідомляє BBC, цей експеримент уже викликав критику з боку організацій по захисту тварин, що побоюються, що ці дослідження приведуть до страждань приматів у лабораторіях.
Створення гібрида людини і свині. З людської клітини втягається ядро і імплантуєтся до ядра яйцеклітини свині, що попередньо звільнили від генетичного матеріалу тварини. У результаті вийшов ембріон, що прожив 32 доби, поки вчені не вирішили його знищити. Дослідження проводяться як завжди заради шляхетної мети: пошуку лік від захворювань людини. Незважаючи на те, що спроби клонування людської істоти не схвалюються багатьма вченими і навіть тими, хто створив ягничку Доллі, подібні есперименти буде важко зупинити, тому що принцип техніки тонування уже відомий багатьом лабораторіям.
В даний час інтерес до трансгенних тварин дуже великий. Це порозумівається двома причинами. По-перше, виникли широкі можливості для вивчення роботи чужерідного гена у геномі організму-хазяїна, у залежності від місця його вбудовування в ту чи іншу хромосому, а також будівлі регуляторної зони гена. По-друге, трансгенні сільськогосподарські тварини можуть представляти в майбутньому інтерес для практики.

2.3. Клонування

Термін "клон" походить від грецького слова "klon", що означає - гілочка, черешок, і має відношення насамперед до вегетативного розмноження. Клонування рослин черешками, чи бруньками бульбами в сільському господарстві, зокрема в садівництві, відомо вже більш 4-х тис. років. При вегетативному розмноженні і при клонуванні гени не розподіляються по нащадках, як у випадку полового розмноження, а зберігаються в повній сполуці протягом багатьох поколінь. Однак у тварин є перешкода. В міру росту їхніх клітин, вони в ході клітинної спеціалізації - дифференцировки - втрачають здатність реалізовувати усю генетичну інформацію, закладену у ядрі. Можливість клонування ембріонів хребетних вперше була показана на початку 50-х років у досвідах на амфібіях. Досвіди з ними показали, що серійні пересадження ядер і культивування кліток in vitro у якійсь степені збільшує цю здатність. Вже на початку 90-х р. була вирішена проблема клонування ембріональних клітин ссавців. Реконструйовані яйцеклітини великих домашніх тварин, чи корів, овець спочатку культивують не in vitro, а in vivo - у перев'язаному яйцепроводі вівці - проміжного (першого) реципієнта. Потім їх відтіля вимивають і трансплантируют у матку остаточного (другого) реципієнта - чи корови вівці відповідно, де їхній розвиток відбувається до народження дитинчати.

Уперше клонування тварина (вівці по кличці Доллі) з'явилася в результаті використання донорського ядра клітки молочної залози дорослої вівці. У цього першого успішного експерименту є істотний недолік - дуже низький коефіцієнт виходу живих особин (0,36 %). Однак він доводить можливість повноцінного клонування (чи одержання копії дорослої людини). Залишається лише дозволити технічні й етичні питання.
Але повернемося до клонуванню людини. Існує і досить витончений спосіб обійти етичні проблеми. Згадаємо, що найбільш близько до людини по будівлі внутрішніх органів, як не дивно, свині.
У березні 2000 p. PPL Therapeutics оголосила про те, що в їхньому дослідницькому центрі народилися п'ять клонованих поросят. Клонування свині більш складна операція, чим клонування овець або корів, тому що для того, щоб підтримувати одну вагітність необхідно кілька здорових плодів. Органи свині найбільше підходять до людині по розмірах. Свині легко розмножуються і відомі своєю невибагливістю. Але найбільшою проблемою залишається відторгнення органа тварини, якій організм не приймає за свій. Саме в цьому напрямку будуть розвиватися подальші дослідження вчених. Учені бачать один з можливих шляхів рішення цієї проблеми в тім, щоб генетично "замаскувати" органи тварини, для того, щоб людський організм не міг розпізнати їх як чужі. Ще однією темою для дослідження є спроба "олюднити" генетичним шляхом органи свині, для того щоб значно знизити ризик відторгнення. Для цього передбачається вводити людські гени в хромосоми клонуємих свиней.

Тією же задачею, але без застосування клонування, займаються и інші інститути. Наприклад, компанія "Imutran", розташована в Кембриджу, змогла одержати ціле стадо свиней, у генетичному наборі яких вже відсутня одна з ключових характеристик, відповідальна за відторгнення чужорідних тканин. Як тільки буде отримана пара чоловічої і жіночої особи, вони будуть готові робити на світло "генетично чисте потомство", з органами, які можна буде використовувати для трансплантації.

Ще один крок до безсмертя - штучна зміна ДНК. У червні 2000 року і случилося те, чого так довго чекали і чого деякі так боялися. З'явилося повідомлення, що вченим із уже знаменитою своєю вівцею Доллі шотландської фірми PPL Therapeutics удалося одержати успішні клони ягничок зі зміненої ДНК. Шотландські вчені змогли здійснити клонування, при якому генетичний матеріал клону був "підправлений" із кращу сторону. Існує і вже узаконений шлях обходу заборони на клонування людини, що називається ' терапевтичне" клонування людських істот. Мова йде про створення ранніх ембріонів - свого роду банку донорських тканин для конкретних індивідуумів.
Для цього використовуються стовбурні клітки (спрощено - клітки ранніх людських зародків). Потенціал росту стовбурних кліток просто фантастичний - досить згадати, що триллионноклеточний організм новонародженої людини утвориться з один-єдиної клітини усього лише за 9 місяців! Але ще більше вражає потенціал дифференцировки - та сама стовбурна клітина може трансформуватися в кожну (!) клітину людини, будь то нейрон головного мозку, клітина печінки чи серцевий миоцит. "Дорослим" клітинам така трансформація не під силу.
Але одна унікальна властивість цих клітин перетворює їх воістину в надію людства - вони відриваються набагато слабкіше, ніж пересаджені цілі органи, що складаються з уже диференційованих клітин. Це означає, що в принципі можна і: трощу вати в лабораторних умовах попередники самих різних клітин (серцевих, нервових, печіночних, імунних і ін.), і потім трансплантувати їх важко хворим людям замість донорських органів.
А в січні 2001 року з'явилася інформація про відкриття, що може зробити клонування просто не потрібним. Вдалося повернути назад біологічний годинник усередині людської клітини, змусивши її повернутися до стану, у якому вона знаходилася на момент утворення і ембріоні.

Розділ 3. Мутації

Мутацією називають змінення кількості чи структури ДНК даного організму. Мутація приводить до зміни генотипу, що може бути успадковано клітинами, що відбуваються від цієї клетини в результаті мітозу чи мейозу. Мутація може викликати зміни яких-небудь ознак у популяції. Мутації, що виникли статевих клітинах, і передаються наступним поколінням організмів, тоді як мутації в і шатических клітинах успадковуються тільки дочірніми клітинами, що утворилися шляхом мітації, і такі мутації називають соматинеми.
Мутації, що виникають у результаті зміни числа макроструктури хромосом, відом0і за назвою хромосомних чи мутацій хромосомних аберацій (перебудов). Іноді хромосоми так сильно змінюються, що це можна побачити під мікроскопом. Але термін «мутація» використовують головним чином для позначення зміни структури ДНК в одному докую, коли відбувається так називана генна, чи крапкова, мутація.

Представлення про мутацію як про причину раптової появи нової ознаки було уперше висунуте в 1901 р. голландським ботаніком Гуго де Фризом, що вивчав спадковість у энотеры Oenothera lamarckiana. Спустя 9 років Т. Морган почав вивчати мутації в дрозофили, і незабаром при участі генетиків усього світу в неї було ідентифіковано більш 500 мутацій.

3.1. Генні мутації

Раптові, спонтанні зміни генотипу, який не можна зв'язатися із звичайними генетичними явищами чи мікроскопічними даними про наявність хромосомних аберацій, можна пояснити тільки змінами в структурі окремих генів. Генна, чи крапкова(оскільки вона відноситься до визначеного генного локусу), мутація - результат зміни нуклеотидної послідовності молекули ДНК у визначеній ділянці хромосоми. Така зміна послідовності основ у даному гені відтворюється при транскрипції в структурі мРНК і приводить до зміни послідовності амінокислот у поліпептидному ланцюзі, що утвориться в результаті трансляції на рибосомах.
Існують різні типи генних мутацій, зв'язаних з додаванням, чи випаданням перестановкою основ у генах. Це публікації, вставки, розподілі, чи інверсії заміни основ. В усіх випадках вони приводять до зміни нуклеотидної послідовності, а часто - і до утворення зміненого поліпептиду. Наприклад, делеция викликає зрушення рамки.
Генні мутації, що виникають у гаметах у майбутніх полових клітках, передаються всім кліткам нащадків і можуть впливати на подальшу долю популяції. Самотинні генні мутації, що відбуваються в організмі, успадковуються тільки тими клітками, що утворяться з мутантної клітки шляхом мітозу. Вони можуть уплинути на той організм, у якому вони виникли, але зі смертю особи зникають з генофонду популяції. Соматичні мутації, імовірно, виникають дуже часто і залишаються непоміченими, але в деяких випадках при цьому утворяться клітки з підвищеною швидкістю росту і розподілу.
Ці клітки можуть дати початок пухлинам - або доброякісним, котрі не роблять особливого впливу на весь організм, абозлоякісним, що приводить до ракових захворювань.

Ефекти генних мутацій надзвичайно різноманітні. Велика частина дрібних генних мутацій фенотипичних не виявляється, оскільки вони рецессивної, однак відомий ряд випадків, коли зміна у то лише однієї підстави у визначеному гені впливає на фенотип. Одним із прикладів служить серповидноклеточная анемія -захворювання, викликуване в людини заміною підстави в одному з генів, відповідальних за синтез гемоглобіну. Молекула дихального пігменту гемоглобіну в дорослої людини складається з чотирьох п пептидних ланцюгів (двох α - і двох β - ланцюгів), до яких приєднані чотири простатичні групи гема. Від структури поліпептидних ланцюгів залежить здатність молекули гемоглобіну переносити кисень. Зміна послідовності основ у триплеті, що кодує одну визначену амінокислоту з 146, що входять до складу Б-ланцюгів, приводить до синтезу аномального гемоглобіну серповидних кліток (Нb). Послідовності амінокислот у нормальних і аномальним β-ланцюгах розрізняються тим, що в одній крапці аномальних ланцюгів гемоглобіну S глутамидова кислота заміщена валинім. У результаті такої, здавалося б, незначної зміни гемоглобін S кристалізується при низьких концентраціях кисню, а це у свою чергу приводить до того, що у венозній крові еритроцити з такім гемоглобіном деформуються (з округлих стають серповидними) і швидко руйнуються. Фізіологічний ефект мутації складається в розвитку гострої анемії і зниженні кількості кисню, степного кров'ю. Анемія не тільки викликає фізичну слабість, але і може привести до порушень діяльності серця і бруньок і до ранньої смерті людей, гомозиготних по мутантному аллелю. У гетерозиготному стані цей аллель викликає значно менший ефект: еритроцити виглядають нормальними, а аномальний гемоглобін с: чає тільки близько 40%. У гетерозигот розвивається анемія лише в свій формі, а зате в тих областях, де широко поширена малярія, особливо в Африці й Азії, носії аллеля серповидноклеточности несприйнятливі до цієї хвороби. Це порозумівається тим, що її збудник - малярійний плазмодій - не може жити в еритроцитах, що містять аномальний гемоглобін.

3.2. Значення мутацій

Хромосомні і генні мутації роблять різноманітні впливи на організм. У багатьох випадках ці мутації летальні, тому що порушують розвиток; у людини, наприклад, близько 20% вагітностей закінчуються природним викиднем у терміни до 12 тижнів, і в половині таких випадків можна знайти хромосомні аномалії. У результаті деяких хромосомних мутацій визначені гени можуть вияв;ітися разом, і їхній загальний ефект може привести до появи якої-небудь «сприятливого» ознаки. Крім того, зближення деяких гені один з одним робить менш ймовірним їхній поділ у результаті россинговера, а у випадку сприятливих генів це створює перевагу.
Генна мутація може привести до того, що у визначеному локусі виявиться трохи аллелей. Це збільшує як гетерозиготность даної популяції, так і її генофонд, і веде до посилення внутрипопуляційної мінливості. Перетасування генів як результат кроссинговера, незалежного розподілу, випадкового запліднення і мутацій може підвищити безупинну мінливість, але її еволюційна роль часто виявляється минущої, тому що виникаючі при цьому змін можуть швидко згладитися внаслідок «усереднення». Що ж стосується генних мутацій, те деякі з них збільшують дискретну мінливість, і це може зробити на популяцію більш глибокий вплив.
Більшість генних мутацій рецессивні стосовно «нормального» алеллю, що, успішно витримавши доб0ір протягом багатьох поколінь, досягти генетичної рівноваги з іншим генотипом. Будучи рецессивним, мутантні аллели можуть залишатися в популяції протягом багатьох поколінь, поки їм не удасться зустрітися, тобто виявитися в гомозиготному стані і проявитися у фенотипі. Час від часу можуть виникати і домінантні мутантні обплели, що негайно дають фенотипичний ефект.

3.3 Роль генів у розвитку

Роль генів у розвитку у розвитку організму величезна. Гени характеризують всі ознаки майбутнього організму, такі, як колір око і шкіри, розміри, вага і багато іншого. Гени є носіями спадкової інформації, на основі якої розвивається організм.

Розділ 4. Лікування і попередження деяких спадкових хвороб людини

Підвищений інтерес медичної генетики до спадкоємних захворювань порозумівається тим, що в багатьох випадках знання біохімічних механізмів розвитку дозволяє полегшити страждання хворого. Хворому вводять ферменти які не синтезуються у організмі. Так, наприклад, захворювання цукровим діабетом характеризується підвищенням концентрації цукру в крові внаслідок недостатньої (чи повної відсутності) вироблення в організмі гормону інсулін підшлунковою залозою. Це захворювання викликається рецессивним геном. Ще в 19 столітті це захворювання практично неминуче приводило до смерті хворого. Одержання інсуліну з підшлункових залоз деяких домашніх тварин врятувало життя багатьом людям. Сучасні методи генної інженерії дозволили одержувати інсулін набагато більш високої якості, абсолютно ідентичний людському інсуліну в масштабах, достатніх для забезпечення кожного хворого інсуліном і з набагато меншими витратами.
Зараз відомі сотні захворювань, у яких механізми біохімічних порушень вивчені досить докладно. У деяких випадках сучасні методи мікроаналізів дозволяють знайти такі біохімічні порушення навіть в окремих клітках, а це, у свою чергу, дозволяє ставити діагноз про наявність подібних захворювань у ще не народженої дитини по окремих клітках в околоплодної рідини.

Висновок

Отже, у роботі були викладені ключові поняття генетики, її методи і досягнення останнього років. Генетика - дуже молода наука, але темпи її розвитку настільки високі, що в даний момент вона займає найважливіше місце в системі сучасних наук, і, мабуть, найважливіші досягнення останнього десятиліття століття, що пішло, зв'язане саме з генетикою. Зараз, на початку XXI століття, перед людством відкриваються перспективи, що заворожують уяву. Чи зможуть вчені найближчим часом реалізувати гігантський потенціал, закладений в генетику? Чи одержить людство довгоочікуване рятування від спадкоємних хвороб, чи зможе людина продовжити свою занадто коротке життя, знайти безсмертя? В даний час у нас є всі підстави сподіватися на це.
За прогнозами генетиків, уже до кінця першого десятиліття XXI століття на зміну звичним щепленням прийдуть генетичні вакцини, і медики одержать можливість назавжди покінчити з такими невиліковними хворобами, як рак, хвороба Альцгеймера, діабет, астма. Це напрямок уже має своя назва - генотерапія. Вона народилася усього лише п'ять років тому. Але незабаром може втратити актуальність завдяки генодіагностиці. По деяких прогнозах приблизно в 2020 році на світло будуть з'являтися винятково здорові діти: уже на ембріональній стадії розвитку плоду генетики зможуть виправляти спадкоємні неполадки. Учені прогнозують, що в 2050 році будуть спроби по удосконаленню людського виду. До цього часу вони навчаться проектувати людей визначеної спеціалізації: математиків, фізиків, художників, поетів, а може бути, і геніїв.
А вже ближче до кінця століття, нарешті, виповниться мрія людини: процесом старіння, безсумнівно, можна буде керувати, а там недалеко і до безсмерття.