Классификация генных мутаций. Роль мобильных генетических элементов в возникновении генных мутаций и хромосомных перестроек.

⇐ ПредыдущаяСтр 6 из 17Следующая ⇒

Генные мутации – изменение строения одного гена. Это изменение в последовательности нуклеотидов: выпадение, вставка, замена и т.п. Например, замена а на т. Причины – нарушения при удвоении (репликации) ДНК

Генные мутации представляют собой молекулярные, не видимые в световом микроскопе изменения структуры ДНК. К мутациям генов относятся любые изменения молекулярной структуры ДНК, независимо от их локализации и влияния на жизнеспособность. Некоторые мутации не оказывают никакого влияния на структуру и функцию соответствующего белка. Другая (большая) часть генных мутаций приводит к синтезу дефектного белка, не способного выполнять свойственную ему функцию. Именно генные мутации обусловливают развитие большинства наследственных форм патологии.

Наиболее частыми моногенными заболеваниями являются у человека являются: муковисцидоз, гемохроматоз, адрено-генитальный синдром, фенилкетонурия, нейрофиброматоз, миопатии Дюшенна-Беккера и ряд других заболеваний. Клинически они проявляются признаками нарушений обмена веществ (метаболизма) в организме.
Геномные и хромосомные мутации являются причинами возникновения хромосомных болезней. К геномным мутациям относятся анеуплоидии и изменение плоидности структурно неизмененных хромосом. Выявляются цитогенетическими методами.

Анеуплоидия — изменение (уменьшение — моносомия, увеличение — трисомия) числа хромосом в диплоидном наборе, некратное гаплоидному (2n + 1, 2n - 1 и т.д.).

Полиплоидия— увеличение числа наборов хромосом, кратное гаплоидному (3n, 4n, 5n и т.д.).

У человека полиплоидия, а также большинство анеуплоидии являются летальными мутациями.

К наиболее частым геномным мутациям относятся:

трисомия — наличие трех гомологичных хромосом в кариотипе (например, по 21-й паре, при синдроме Дауна, по 18-й паре при синдроме Эдвардса, по 13-й паре при синдроме Патау; по половым хромосомам: XXX, ХХY, ХYY);

моносомия - наличие только одной из двух гомологичных хромосом. При моносомии по любой из аутосом нормальное развитие эмбриона невозможно. Единственная моносомия у человека, совместимая с жизнью, - моносомия по Х-хромосоме - приводит (к синдрому Шерешевского-Тернера.

Проблемы генотерапии. Значение генетической инженерии для решения задач биотехнологии, сельского хозяйства, медицины и различных отраслей народного хозяйства.

Генная терапия представляет собой одно из новейших направлений развития медицины. К настоящему времени она применялась в отношении уже сотен пациентов, причем в некоторых случаях с достаточно обнадеживающим результатом. Метод основан на переносе генетического материала с помощью вирусных или фаговых векторов (переносчиков) либо непосредственно в кровь и ткани пациента, либо вначале в лабораторно изолированные клетки больного, которые пересаживаются ему впоследствии.[ ...]

Наиболее перспективным считается применение генной терапии для лечения моногенных наследственных заболеваний, при которых предполагается, что введение в организм генетического материала, содержащего нормально функционирующий ген, вызовет решающий терапевтический эффект. Перспективна разработка методов генной терапии злокачественных новообразований. Значительные надежды связываются с разработкой эффективных методов генной терапии СПИДа. Более неоднозначны перспективы генной терапии в отношении мультифакториальных нарушений, таких, к примеру, как сердечно-сосудистые. Однако и здесь, при выявлении “узких” мест заболеваний, возможны варианты генетической коррекции, сулящие по крайней мере возможность замедлить развитие патологии.

Генетическая инженерия - это раздел молекулярной генетики, связанный с целенаправленным созданием новых комбинаций генетического материала. Основа прикладной генетической инженерии - теория гена. Созданный генетический материал способен размножаться в клетке-хозяине и синтезировать конечные продукты обмена.

Практические результаты генной инженерии. В результате интенсивного развития методов генетической инженерии получены клоны множества генов рибосомальной, транспортной и 5S РНК , гистонов, глобина мыши, кролика, человека, коллагена, овальбумина, инсулина человека и др. пептидных гормонов, интерферона человека и прочее. Это позволило создавать штаммы бактерий, производящих многие биологически активные вещества, используемые в медицине, сельском хозяйстве и микробиологической промышленности.

На основе генетической инженерии возникла отрасль фармацевтической промышленности, названная «индустрией ДНК». Это одна из современных ветвей биотехнологии.

Для лечебного применения допущен инсулин человека (хумулин), полученный посредством рекДНК. Кроме того, на основе многочисленных мутантов по отдельным генам, получаемых при их изучении, созданы высокоэффективные тест-системы для выявления генетической активности факторов среды, в том числе для выявления канцерогенных соединений.

билет 16

1. Представление об аллелях и их взаимодействиях. Относительный характер доминирования. Возможные биохимические механизмы доминирования.

Аллельные гены – гены, определяющие развитие альтернативных признаков. Они располагаются в одинаковых локусах гомологичных хромосом. Аллель – форма существования (проявления) гена. При полном дом-нии один ген полностью подавляет проявление другого гена (выпол-ся законы Менделя), при этом гомозиготы по домин-му признаку и гетерозиготы фенотипически неотличимы. При неполном доминировании (промеж-ом наследовании) доминантный ген не полностью подавляет проявление действия рецес-ого гена. У гибридов первого поколения наблюд-ся промежуточное наследование, а во втором поколении - расщепление по фенотипу и генотипу одинаково 1:2:1 (прояв-ся доза действия генов).При кодоминировании гены одной аллельной пары равнозначны, ни один из них не подавляет действия другого; если они оба находятся в генотипе, оба проявляют свое действие.Гомозиготность, состояние следственного аппарата организма, при котором гомологичные хромосомы имеют одну и ту же форму данного гена. Гетерозиготность - состояние, при котором его гомологичные хромосомы несут разные формы (аллели) того или иного гена или различаются по взаиморасположению генов («структурная Гетерозиготность»).

Сверхдоминирование — более сильное проявление признака у гетерозиготной особи, чем у любой гомозиготной. На этом типе аллельного взаимодействия основано явление гетерозиса

Доминирование, связанное с полом происходит тогда, когда одна и та же аллель у самцов проявляется как доминантная, а у самок— как рецессивная.

Относительный характер доминирования зависит от уровня анализа признака.на примере серповидно-клеточной анемии. Гетерозиготные носители гена гемоглобина S (AS) на уровне моря имеют нормальную форму эритроцитов и нормальную концентрацию гемоглобина в крови (полное доминирование А над S). На больших высотах (более 2,5-3 тыс. м) у гетерозигот концентрация гемоглобина понижена (хотя и намного выше, чем у больных), появляются эритроциты серповидной формы (неполное доминирование А над S). Гетерозиготы AS и гомозиготы SS обладают примерно одинаковой устойчивостью к малярии, гомозиготы АА подвержены малярии в большей степени. По данному проявлению ген S доминирует над А.

2. Спонтанные и индуцированные мутации. Количественная оценка частот возникновения мутаций.

Спонтанные – это мутации, которые возникают самопроизвольно, без участия со стороны экспериментатора.

Индуцированные – это те мутации, которые вызваны искусственно, с использованием различных факторов мутагенеза.

Процесс образования мутаций называется мутагенезом, а факторы, вызывающие мутации – мутагенами.

Мутагенные факторы подразделяются на:

1)физические,2)химические,3)биологические.

Причиной спонтанных мутаций являются случайные повреждения хромосом и генов во время деления клетки и репликации ДНК вследствие случайных ошибок в функционировании молекулярных Так же перемещение по геному мобильных элементов, которые могут внедриться в любой ген и вызвать в нем мутацию.

Индуцированнные мутации впервые обнаружили в 1925 г. Г.А. Надсон и Г.С. Филиппов в СССР.

Частотой мутаций называется число вероятных мутаций, каким клетка может подвергнуться за весь срок своей жизни. Частота спонтанных мутаций повышается при воздействии на организм радиоактивных и некоторых химических веществ, называемых мутагенами. Поскольку мутации в соматических клетках приводят к раку, то мутагены являются одновременно и потенциальными канцерогенами. ... Измерять частоту мутаций в сложных диплоидных организмах труднее. Во-первых, изменения фенотипа могут соответствовать мутациям в ряде генов, особенно если это сложный организм. Во-вторых, сложные организмы, вроде человеческого, подвергаются изменениям на протяжении своего развития, и ненормальный фенотип может появиться в результате ненормального развития, а не мутации.

3. Использование методов генетической инженерии для изучения фундаментальных проблем генетики и других биологических наук.Социальные аспекты генетической инженерии.

Особенно большие возможности генная инженерия открывает перед медици ной и фармацевтикой, поскольку применение генной инженерии и гибридомных методов может привести к коренным преобразо ваниям медицины. Многие болезни, для которых в настоящее время не существует адекватных методов диагностики и лечения

Генотерапия — совокупность генноинженерных и медицинских методов, направленных на внесение изменений в генетический аппарат соматических клеток человека в целях лечения заболеваний. Новые подходы к генной терапии соматических клеток можно поделить на две большие категории: генная терапия in vivo и in vitro.

Развитие ряда новых методических приемов привело к расширению возможностей генетической инженерии на клеточном уровне. Определяющую роль сыграл метод гибридизации соматических клеток.

Большие перспективы открывает внесение ядра соматических клеток в безъядерные яйцеклетки.

Среди важных проблем особенно актуальными в конце XX в. стали проблемы генной инженерии. Генная инженерия – это совокупность методов введения в клетку желательной для человека генетической информации. В настоящее время существуют следующие направления генной инженерии: 1) изготовление лекарственных средств, вакцин, сывороток для лечения тяжелобольных; 2) выращивание органов для трансплантации; 3) биосинтез проинсулина, гормона роста человека посредством включения в ДНК бактериальных клеток.Однако при решении вопросов генной инженерии возникают этические проблемы. Эти проблемы в настоящее время становятся глобальными. Научные исследования показывают, что сейчас 50 % патологий обусловлены нарушениями в структуре и функциях наследственного аппарата, 5 % новорожденных имеют генетические дефекты вследствие мутаций хромосом или генов.Генная инженерия, открывая новые большие перспективы в лечении наследственных болезней, в противовес евгенике, ставит своей целью исправить недостатки природы, избавить людей от наследственных аномалий, обеспечить их здоровье. Но это возможно лишь при одновременном улучшении социально-экономических условий, благоприятной природной и социальной среды.

Билет 16

2. Спонтанные и индуцированные мутации. Количественная оценка частот возникновения мутаций.

Спонтанные – это мутации, которые возникают самопроизвольно, без участия со стороны экспериментатора.

Процесс образования мутаций называется мутагенезом, а факторы, вызывающие мутации – мутагенами.

Мутагенные факторы подразделяются на:

1)физические,2)химические,3)биологические.

Индуцированнные мутации впервые обнаружили в 1925 г. Г.А. Надсон и Г.С. Филиппов в СССР.

Большие перспективы открывает внесение ядра соматических клеток в безъядерные яйцеклетки.

_{билет 17}

_{1.Закономерности наследования в ди- и полигибридных скрещиваниях. Статистический характер расщеплений.}

_{При дигибридном скрещивании родительские организмы анализируются по двум парам альтернативных признаков. Мендель изучал такие признаки как окраску семян и их форму. При скрещивании гороха с желтыми и гладкими семенами с горохом, имеющим зеленые и морщинистые семена, в первом поколении все потомство оказалось однородным, проявились только доминантные признаки – желтый цвет и гладкая форма. Следовательно, как и при моногибридном скрещивании здесь имело место правило единообразия гибридов первого поколения или правило доминирования.}

_{А – ген желтого цвета}

_{а – ген зеленого цвета}

_{В – ген гладкой формы}

_{в – ген морщинистой формы}

_{Р ♀ААВВ х ♂аавв}

_{ж. гл. з. морщ.}

_{G (АВ) (ав)}

_{F1 АаВв – желтые гладкие}

_{При скрещивании гибридов первого поколения между собой произошло расщепление по фенотипу:}

_{Р ♀ АаВв х ♂АаВв}

_{9 частей – желтых гладких}

_{3 части – желтых морщинистых}

_{3 части – зеленых гладких}

_{1 часть – зеленых морщинистых}

_{2.Химический мутагенез. Особенности мутагенного действия химических агентов. Факторы, модифицирующие мутационный процесс. Антимутагены. Мутагены окружающей среды и методы их тестирования}

_{Химические мутагены весьма разнообразны по своему эффекту. Влияние одних из них сходно с действием ионизирующей радиации как по активности, так и по типу вызываемых мутаций (генные мутации и хромосомные перестройки), действие других сильно отличается.}

_{По данным И. А. Рапопорта, формальдегид как мутаген более эффективен при воздействии на сперматозоиды насекомых, а при воздействии на оогонии, ооциты и яйца — не активен. Химические мутагены}

► окислители и восстановители (нитраты, нитриты, активные формы кислорода);
► алкилирующие агенты (например, иодацетамид);
► пестициды (например гербициды, фунгициды);
► некоторые пищевые добавки (например, ароматические углеводороды, цикламаты);
► продукты переработки нефти;
► органические растворители;
► лекарственные препараты (например, цитостатики, препараты ртути, иммунодепрессанты).
►к химическим мутагенам условно можно отнести и ряд вирусов (мутагенным фактором вирусов являются их нуклеиновые кислоты — ДНК или РНК)

_{Антимутагены - (от анти... и мутагены), вещества, понижающие частоту мутаций, препятствующие мутагенному действию химических или физических агентов. А. условно можно разбить на 3 группы:}

₁₎_{блокирующие действие автомутагенов, естественно возникающих в клетках в процессе метаболизма (антиавтомутагены), например фермент каталаза, который разрушает обладающую мутагенным действием перекись водорода.}

₂₎_{снижающие действие внешних, искусственных физических (ионизующей радиации и др.) или химических мутагенов.}

₃₎_{ферментные системы, действующие непосредственно на уровне наследственных структур, т. е. "исправляющие" поврежденные мутагеном участки хромосомы.}

_{Важная особенность антимутагенов — стабилизация мутационного процесса до естественного уровня.}

_{3.Генетика соматических клеток. Химерные (аллофенные) животные.}

_{ГЕНЕТИКА СОМАТИЧЕСКИХ КЛЕТОК}_{— область генетики, изучающая закономерности наследственности и изменчивости элементарной структурной и функциональной единицы многоклеточного организма — соматической клетки.}_{Генетический анализ}_{(см.) невозможен без изучения потомства индивидуальных клеток. В Г. с. к. эта задача решается путем клонирования клеточных культур — выращивания на твердом субстрате клона (генетически однородного потомства отдельной клетки) в виде клеточной колонии. Успех в культивировании изолированных клеток человека, особенно в клонировании, зависит от создания адекватных условий для их размножения, прежде всего от удовлетворения специфических питательных потребностей клеток. Эта проблема окончательно не решена; поиски ведутся по пути создания полностью синтетических питательных сред, учитывающих специфические потребности дифференцированных клеток разных тканей. Необходимое условие проведения генетического анализа на соматических клетках — маркирование клеток по признакам, контролируемым индивидуальными генами. Разработка этой проблемы пока далека от завершения. Она находится в полной зависимости от прогресса в биохимии соматических клеток и создания методов селекции мутантов.}

Билет № 18

1.Если гены, отвечающие за проявление двух не альтернативных признаков, находятся в негомологичных хромосомах, то при мейозе они попадут в гаметы независимо друг от друга. Поэтому при скрещивании двух дигетерозигот расщепление по генотипу:

1ААВВ :2ААВв :1ААвв :2АаВВ :4АаВв :2Аавв :1ааВв :2ааВв :1аавв является результатом двух независимых расщеплений 1АА:2Аа:1аа и 1ВВ:2Вв:1вв. Математически его можно выразить виде произведения (1АА:2Аа:1аа) и (1ВВ:2Вв:1вв) или (1:2:1)2 Такая запись показывает, что среди особей с генотипом АА одна часть несет гены ВВ, две части гены Вв. Одна часть – гены вв. Аналогичные соотношения особей по набору генов будут для генотипов Аа и аа.

Если особи анализируются по нескольким признакам, то общая формула расщепления при скрещивании полностью гетерозиготных особей будет (1:2:1) n, где n – число пар альтернативных признаков. Максимальное значение n равно числу пар гомологичных хромосом. Аналогично обстоит дело с расщеплением по фенотипу. В основе также лежит моногибридное расщепление 3: 1. При скрещивании двух дигетерозиготных организмов для независимого расщепления 3: 1 дают расщепление 9:3:3:1. Общая формула расщепления по фенотипу будет (3: 1). При дигибридном скрещивании у гибридов каждая пара признаков наследуется независимо от других и дает расщепление 3:1, образуя при этом четыре фенотипические группы, характеризующиеся отношением 9:3:3:1 (при скрещивании двух гомозигот, отличающихся по двум и более признакам, различные признаки наследуются независимо друг от друга, комбинируясь у потомков во всех возможных сочетаниях)

Находящиеся в каждом организме пары альтернативных признаков не смешиваются при образовании гамет и по одному от каждой пары переходят в них в чистом виде. Гамета чиста по одной аллели.

2.Репортерный ген- ген, встраиваемый в генно-инженерную конструкцию и кодирующий легко выявляемый продукт, активность которого в норме отсутствует в клетках. Такие гены используют, напр., для того, чтобы убедиться, что данная генетическая конструкция успешно введена в клетку, орган или ткань и сохраняет способность экспрессироваться (напр., гены хлорамфениколацетилтрансферазы, люциферазы, бета-галактозидазы, «цветных» белков и др.). За экспрессией гена-репортера легко следить потому, что существует легкий путь анализа его продукта, обычно фермента. Генов - репортеров много - в их числе ген бактериальной бета-галактозидазы (lacZ ) люциферазы и хлорамфениколацетилтрансферазы, ген CAT .

3. Тот факт, что соматические клетки несут в себе весь объем генетической информации, дает возможность изучать на них генетические закономерности всего организма. Основу метода составляет культивирование отдельных соматических клеток человека и получение из них клонов, так же их гибридизацию и селекцию. Соматические клетки обладают рядом особенностей:

- быстро размножаются на питательных средах;

- легко клонируются и дают генетически однородное потомство;

- клоны могут сливаться и давать гибридное потомство;

- легко подвергаются селекции на специальных питательных средах;

- клетки человека хорошо и долго сохраняются при замораживании. Соматические клетки человека получают из разных органов — кожи, костного мозга, крови, ткани эмбрионов. Однако чаще всего используют клетки соединительной ткани (фибробласты) и лимфоциты крови. С помощью метода гибридизации соматических клеток:

а) изучают метаболические процессы в клетке;

б) выявляют локализацию генов в хромосомах;

в) исследуют генные мутации;

г) изучают мутагенную и канцерогенную активность химических веществ.

При гибридизации соматических клеток двух разных линий образуются гетерокарионы — клетки, которые содержат оба родительских ядра. Затем в результате митоза и деления образуются две одноядерные клетки — синкарионы, имеющие хромосомы обоих родительских клеток. При гибридизации соматических клеток двух разных линий образуются гетерокарионы — клетки, которые содержат оба родительских ядра. Затем в результате митоза и деления образуются две одноядерные клетки — синкарионы, имеющие хромосомы обоих родительских клеток. Использование метода гибридизации соматических клеток дает возможность изучать механизмы первичного действия генов и их взаимодействия, что расширяет возможности точной диагностики наследственных болезней на биохимическом уровне. Использование новых методов и подходов к картированию хромосом позволило обнаружить в геноме человека сверх- изменчивые участки ДНК (мини сателлиты), характерные для каждого человека. Одновременно были выделены последовательности ДНК, изменяющиеся с повышенной частотой. Они локализованы по всему геному и имеют разное число копий. Эта дисциплина изучает наследственность и изменчивость соматических клеток, используя культуру клеток различных тканей и органов.

Методы:

1. Простое культивирование

2. Гибридизация — слияние клеток разных типов, например, клетки человек — мышь постепенно теряют хромосомы; можно устанавливать группы сцепления по исчезающим признакам

3. Клонирование — получение потомства из 1 клетки, например, гибридом.

4. Селекция — отбор клеток с заранее заданными свойствами.

Практическое значение метода соматической гибридизации для генетики в том, что с его использованием можно создавать новые гибриды растений, которые не удается получить половой гибридизацией. Благодаря этому методу удается преодолевать межвидовые и даже межродовые барьеры.

Билет 20

Дата добавления: 2018-02-18; просмотров: 2872; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

⇐ Предыдущая 1 2 3 4 567 8 9 10 Следующая ⇒

Мы поможем в написании ваших работ!