Genų mutacijos: priežastys, pavyzdžiai, klasifikacija. Genų mutacijos yra susijusios su chromosomų skaičiaus ir struktūros pokyčiais Genų rinkinio pokyčiai

Genų mutacijos – tai molekuliniai DNR struktūros pokyčiai, kurie nematomi šviesos mikroskopu. Genų mutacijos apima bet kokius DNR molekulinės struktūros pokyčius, neatsižvelgiant į jų vietą ir poveikį gyvybingumui. Kai kurios mutacijos neturi įtakos atitinkamo baltymo struktūrai ar funkcijai. Kita (didelė) genų mutacijų dalis veda prie defektinio baltymo, kuris negali atlikti jam būdingos funkcijos, sintezės. Būtent genų mutacijos lemia daugumos paveldimų patologijos formų išsivystymą.

Dažniausios žmonių monogeninės ligos yra cistinė fibrozė, hemochromatozė, adrenogenitalinis sindromas, fenilketonurija, neurofibromatozė, Duchenne-Becker miopatijos ir daugybė kitų ligų. Kliniškai jie pasireiškia kaip medžiagų apykaitos sutrikimų (medžiagų apykaitos) organizme požymiai. Mutacija gali būti:

1) kodone pakeičiant bazę, tai yra vadinamasis missense mutacija(iš anglų k. mis – klaidinga, neteisinga + lot. sensus – reikšmė) – nukleotido pakeitimas koduojančioje geno dalyje, dėl kurio pakeičiama aminorūgštis polipeptide;

2) tokiame kodonų pasikeitime, dėl kurio sustos informacijos skaitymas, tai yra vadinamasis nesąmonė mutacija(iš lot. non - no + sensus - reikšmė) - nukleotido pakeitimas koduojančioje geno dalyje veda prie terminatoriaus kodono (stop kodono) susidarymo ir vertimo nutraukimo;

3) informacijos skaitymo pažeidimas, skaitymo rėmo poslinkis, vadinamas kadrų poslinkis(iš angliško rėmelio - kadras + poslinkis: - poslinkis, judėjimas), kai molekuliniai DNR pokyčiai lemia tripletų pokyčius polipeptidinės grandinės transliacijos metu.

Taip pat žinomi kiti genų mutacijų tipai. Atsižvelgiant į molekulinių pokyčių tipą, yra:

padalinys(iš lot. deletio – sunaikinimas), kai prarandamas DNR segmentas, kurio dydis svyruoja nuo vieno nukleotido iki geno;

dubliavimosi(iš lot. duplicatio – dvigubinimas), t.y. DNR segmento dubliavimas arba reduplikacija iš vieno nukleotido į visus genus;

inversijos(iš lot. inversio – apvertimas), t.y. DNR segmento, kurio dydis svyruoja nuo dviejų nukleotidų iki fragmento, apimančio kelis genus, pasukimas 180° kampu;

intarpai(iš lot. insertio – priedas), t.y. DNR fragmentų, kurių dydis svyruoja nuo vieno nukleotido iki viso geno, įterpimas.

Molekuliniai pokyčiai, turintys įtakos nuo vieno iki kelių nukleotidų, laikomi taškine mutacija.

Pagrindinis ir išskirtinis genų mutacijos bruožas yra tas, kad ji 1) lemia genetinės informacijos pasikeitimą, 2) gali būti perduodama iš kartos į kartą.

Tam tikra genų mutacijų dalis gali būti klasifikuojama kaip neutralios mutacijos, nes jos nekeičia fenotipo. Pavyzdžiui, dėl genetinio kodo išsigimimo ta pati aminorūgštis gali būti koduota dviem tripletais, kurie skiriasi tik viena baze. Kita vertus, tas pats genas gali pasikeisti (mutuoti) į kelias skirtingas būsenas.

Pavyzdžiui, genas, valdantis AB0 sistemos kraujo grupę. turi tris alelius: 0, A ir B, kurių deriniai lemia 4 kraujo grupes. ABO kraujo grupė yra klasikinis normalių žmogaus savybių genetinės variacijos pavyzdys.

Būtent genų mutacijos lemia daugumos paveldimų patologijos formų išsivystymą. Tokių mutacijų sukeliamos ligos vadinamos genetinėmis, arba monogeninėmis, t.y. ligomis, kurių vystymąsi lemia vieno geno mutacija.

Genominės ir chromosominės mutacijos

Genominės ir chromosominės mutacijos yra chromosomų ligų priežastys. Genominės mutacijos apima aneuploidijas ir struktūriškai nepakitusių chromosomų ploidiškumo pokyčius. Aptikta citogenetiniais metodais.

Aneuploidija- chromosomų skaičiaus pokytis (sumažėjimas - monosomija, padidėjimas - trisomija) diploidiniame rinkinyje, o ne haploidinio rinkinio kartotinis (2n + 1, 2n - 1 ir kt.).

Poliploidija- chromosomų rinkinių skaičiaus padidėjimas, haploidinio kartotinis (3n, 4n, 5n ir kt.).

Žmonėms poliploidija, kaip ir dauguma aneuploidijų, yra mirtinos mutacijos.

Dažniausios genomo mutacijos yra:

trisomija- trijų homologinių chromosomų buvimas kariotipe (pavyzdžiui, 21-oje poroje su Dauno sindromu, 18-oje poroje su Edvardso sindromu, 13-oje poroje su Patau sindromu; lytinėse chromosomose: XXX, XXY, XYY);

monosomija- tik vienos iš dviejų homologinių chromosomų buvimas. Esant monosomijai bet kuriai iš autosomų, normalus embriono vystymasis neįmanomas. Vienintelė monosomija žmonėms, suderinama su gyvybe, monosomija X chromosomoje, sukelia Shereshevsky-Turner sindromą (45, X0).

Priežastis, sukelianti aneuploidiją, yra chromosomų nesusijungimas ląstelių dalijimosi metu formuojantis lytinėms ląstelėms arba chromosomų praradimas dėl anafazės atsilikimo, kai judant į polių viena iš homologinių chromosomų gali atsilikti nuo visų kitų nehomologinių chromosomų. Sąvoka „nesusijungimas“ reiškia chromosomų arba chromatidžių atsiskyrimo nebuvimą mejozės ar mitozės metu. Chromosomų praradimas gali sukelti mozaikiškumą, kuriame yra vienas įkeltas(normali) ląstelių linija ir kita monosominis.

Chromosomų nesusijungimas dažniausiai įvyksta mejozės metu. Chromosomos, kurios paprastai dalijasi mejozės metu, lieka sujungtos ir anafazės metu pereina į vieną ląstelės polių. Taigi atsiranda dvi gametos, iš kurių viena turi papildomą chromosomą, o kita neturi šios chromosomos. Kai gameta su normaliu chromosomų rinkiniu apvaisinama gameta su papildoma chromosoma, įvyksta trisomija (t.y. ląstelėje yra trys homologinės chromosomos, kai apvaisinama gameta be vienos chromosomos, atsiranda zigota su monosoma). Jeigu bet kurioje autosominėje (ne lytinėje) chromosomoje susidaro monosominė zigota, tai organizmo vystymasis sustoja ankstyviausiose vystymosi stadijose.

Chromosomų mutacijos– Tai struktūriniai atskirų chromosomų pokyčiai, dažniausiai matomi pro šviesos mikroskopą. Chromosomų mutacija apima daug (nuo dešimčių iki kelių šimtų) genų, dėl kurių pasikeičia normalus diploidų rinkinys. Nors chromosomų aberacijos paprastai nepakeičia konkrečių genų DNR sekos, genome esančių genų kopijų skaičiaus pokyčiai lemia genetinį disbalansą dėl genetinės medžiagos trūkumo ar pertekliaus. Yra dvi didelės chromosominių mutacijų grupės: intrachromosominės ir tarpchromosominės.

Intrachromosominės mutacijos yra aberacijos vienoje chromosomoje. Tai apima:

—ištrynimai(iš lotynų kalbos deletio - sunaikinimas) - vienos iš chromosomos dalių, vidinės ar galinės, praradimas. Tai gali sukelti embriogenezės sutrikimą ir daugybinių vystymosi anomalijų susidarymą (pavyzdžiui, padalijimas 5-osios chromosomos trumposios rankos srityje, žymimos 5p-, sukelia nepakankamą gerklų išsivystymą, širdies defektus ir protinį atsilikimą). Šis simptomų kompleksas žinomas kaip „katės verksmo“ sindromas, nes sergančių vaikų dėl gerklų anomalijos verksmas primena katės miaukimą;

—inversijos(iš lot. inversio – inversija). Dėl dviejų chromosomų lūžio taškų gautas fragmentas įterpiamas į pradinę vietą po 180° pasukimo. Dėl to sutrinka tik genų tvarka;

— dubliavimosi(iš lotynų kalbos duplicatio - padvigubėjimas) - bet kurios chromosomos dalies padvigubėjimas (arba dauginimasis) (pavyzdžiui, trisomija vienoje iš trumpųjų 9-osios chromosomos žastų sukelia daugybę defektų, įskaitant mikrocefaliją, uždelstą fizinį, protinį ir intelektinį vystymąsi).

Dažniausių chromosomų aberacijų modeliai:
Padalinys: 1 - terminalas; 2 – tarpinis. Inversijos: 1 - pericentrinis (su centromeros užfiksavimu); 2 - paracentrinis (vienoje chromosomos rankoje)

Tarpchromosominės mutacijos arba persitvarkymo mutacijos- fragmentų mainai tarp nehomologinių chromosomų. Tokios mutacijos vadinamos translokacijomis (iš lot. tgans – už, per + locus – vieta). Tai:

Abipusė translokacija, kai dvi chromosomos keičiasi fragmentais;

Neabipusė translokacija, kai vienos chromosomos fragmentas pernešamas į kitą;

- „centrinė“ sintezė (Robertsono translokacija) - dviejų akrocentrinių chromosomų sujungimas jų centromerų srityje prarandant trumpas rankas.

Kai chromatidės skersai prasiskverbia per centromerus, „seserės“ chromatidės tampa „veidrodinėmis“ dviejų skirtingų chromosomų, turinčių tuos pačius genų rinkinius, atšakos. Tokios chromosomos vadinamos izochromosomomis. Tiek intrachromosominės (delecijos, inversijos ir dubliacijos), tiek tarpchromosominės (translokacijos) aberacijos ir izochromosomos yra susijusios su fiziniais chromosomų struktūros pokyčiais, įskaitant mechaninius lūžius.

Paveldima patologija dėl paveldimo kintamumo

Bendrų rūšių ypatybių buvimas leidžia sujungti visus žmones žemėje į vieną rūšį, Homo sapiens. Nepaisant to, mes lengvai, vienu žvilgsniu išskiriame pažįstamo žmogaus veidą nepažįstamų žmonių minioje. Didelę žmonių įvairovę – tiek grupėse (pavyzdžiui, įvairovę etninėje grupėje), tiek tarp grupių – lemia jų genetiniai skirtumai. Šiuo metu manoma, kad visi tarprūšiniai pokyčiai atsiranda dėl skirtingų genotipų, atsirandančių ir palaikomų natūralios atrankos.

Yra žinoma, kad haploidiniame žmogaus genome yra 3,3x10 9 poros nukleotidų liekanų, o tai teoriškai leidžia iki 6-10 milijonų genų. Tuo pačiu metu šiuolaikinių tyrimų duomenys rodo, kad žmogaus genome yra apie 30-40 tūkstančių genų. Maždaug trečdalis visų genų turi daugiau nei vieną alelį, tai yra, jie yra polimorfiniai.

Paveldimo polimorfizmo sąvoką E. Fordas suformulavo 1940 m., siekdamas paaiškinti dviejų ar daugiau skirtingų formų egzistavimą populiacijoje, kai rečiausių iš jų dažnis negali būti paaiškintas vien mutaciniais įvykiais. Kadangi genų mutacija yra retas reiškinys (1x10 6), mutantinio alelio dažnis, kuris yra didesnis nei 1%, gali būti paaiškintas tik laipsnišku jo kaupimu populiacijoje dėl selektyvių šios mutacijos nešiotojų pranašumų.

Atsiskiriančių lokusų gausa, alelių gausa kiekviename iš jų kartu su rekombinacijos reiškiniu sukuria neišsenkamą žmogaus genetinę įvairovę. Skaičiavimai rodo, kad per visą žmonijos istoriją nebuvo, nėra ir artimiausioje ateityje nepasikartos genetinis pasikartojimas, t.y. Kiekvienas gimęs žmogus yra unikalus reiškinys Visatoje. Genetinės konstitucijos unikalumas daugiausia lemia kiekvieno atskiro žmogaus ligos išsivystymo ypatybes.

Žmonija išsivystė kaip izoliuotų populiacijų grupės, ilgą laiką gyvenančios tomis pačiomis aplinkos sąlygomis, įskaitant klimato ir geografines ypatybes, mitybos modelius, patogenus, kultūrines tradicijas ir kt. Dėl to populiacijoje konsolidavosi normalių alelių deriniai, būdingi kiekvienam iš jų, labiausiai atitinkančių aplinkos sąlygas. Dėl laipsniško buveinės plėtimosi, intensyvių migracijų, tautų persikėlimo, susidaro situacijos, kai tam tikromis sąlygomis naudingos specifinių normalių genų kombinacijos neužtikrina optimalaus tam tikrų organizmo sistemų funkcionavimo kitomis sąlygomis. Tai lemia tai, kad dalis paveldimo kintamumo, kurį sukelia nepalankus nepatologinių žmogaus genų derinys, tampa pagrindu vystytis vadinamosioms ligoms, turinčioms paveldimą polinkį.

Be to, žmonėms, kaip socialinei būtybei, natūrali atranka laikui bėgant vyko vis labiau specifinėmis formomis, o tai taip pat išplėtė paveldimą įvairovę. Tai, ką gyvūnai galėjo išmesti, buvo išsaugota arba, atvirkščiai, tai, ką gyvūnai pasiliko, buvo prarasta. Taigi, visiškai patenkinus vitamino C poreikius, evoliucijos procese buvo prarastas L-gulonodaktono oksidazės genas, kuris katalizuoja askorbo rūgšties sintezę. Evoliucijos procese žmonija įgavo ir nepageidaujamų savybių, kurios yra tiesiogiai susijusios su patologija. Pavyzdžiui, evoliucijos procese žmonės įgijo genų, kurie lemia jautrumą difterijos toksinui arba poliomielito virusui.

Taigi žmonėms, kaip ir bet kuriai kitai biologinei rūšiai, nėra ryškios ribos tarp paveldimo kintamumo, lemiančio normalius požymių pokyčius, ir paveldimo kintamumo, sukeliančio paveldimų ligų atsiradimą. Žmogus, tapęs biologine Homo sapiens rūšimi, tarsi sumokėjo už savo rūšies „protingumą“ kaupdamas patologines mutacijas. Ši pozicija yra viena iš pagrindinių medicinos genetikos sampratų apie patologinių mutacijų evoliucinį kaupimąsi žmonių populiacijose.

Paveldimas žmonių populiacijų kintamumas, tiek palaikomas, tiek sumažinamas natūralios atrankos būdu, sudaro vadinamąjį genetinį krūvį.

Kai kurios patologinės mutacijos gali išlikti ir plisti populiacijose istoriškai ilgą laiką, sukeldamos vadinamąją segregacinę genetinę apkrovą; kitos patologinės mutacijos atsiranda kiekvienoje kartoje dėl naujų paveldimos struktūros pokyčių, sukuriančių mutacinį krūvį.

Neigiamas genetinės apkrovos poveikis pasireiškia padidėjusiu mirtingumu (lytinių ląstelių, zigotų, embrionų ir vaikų mirtimi), sumažėjusiu vaisingumu (sumažėja palikuonių reprodukcija), sutrumpėjusia gyvenimo trukme, socialine dezadaptacija ir negalia, taip pat padidina medicininės priežiūros poreikį. .

Anglų genetikas J. Hoddane'as pirmasis atkreipė tyrėjų dėmesį į genetinės apkrovos egzistavimą, nors patį terminą G. Meller pasiūlė dar 40-ųjų pabaigoje. Sąvokos „genetinė apkrova“ reikšmė siejama su dideliu genetiniu kintamumu, būtinu biologinei rūšiai, kad ji galėtų prisitaikyti prie kintančių aplinkos sąlygų.

Čikagos universiteto absolventas daktaras Josiah Zayner sukūrė įrankių ir medžiagų rinkinį, leidžiantį redaguoti savo genomą namuose naudojant CRISPR techniką. Pasak mokslininko, nebrangus rinkinys rodo, kad šiandien DNR trukdžiai yra įprastas amatas, o ne menas, kurio rezultatai nenuspėjami. Pats mokslininkas šią mintį lengvai demonstruoja: jo bute yra daug Petri lėkštelių su genetiškai modifikuotomis bakterijomis, sukurtomis virtuvėje naudojant jo paties rinkinį.

Biologas Josiah Zayneris siūlo naują požiūrį į pažangiausių biologijos mokslų populiarinimą

Genomo redagavimo įrankis CRISPR buvo išrastas prieš trejus metus ir yra paprastas, greitas ir tikslus būdas sugadinti DNR. Tačiau iki šiol CRISPR naudojo tik kvalifikuoti specialistai specializuotose laboratorijose.

CRISPR technika leidžia redaguoti genomą net virtuvėje

Josiah Zayner buvo pirmasis, pateikęs rinkai supaprastintą ir prieinamą CRISPR įrankių rinkinį genomo intervencijai. Tai provokuojanti iniciatyva, nes šiandien visuomenės gyvenimo būdą ir mąstymą didžiąja dalimi formuoja terorizmas. Dėl to genetinė bakterijų modifikacija namuose daugeliu atvejų siejama su mirtinų bioteroristų padermių atsiradimu.

Mokslininkai taip pat baiminasi, kad neprofesionalai gali netyčia sukurti antibiotikams atsparių mikroorganizmų superštamus. Net jei tokios bakterijos ir grybai pasirodytų nekenksmingi žmogui, jie gali sukelti nenuspėjamus aplinkos pokyčius.

Rinkinyje esančios genų modifikacijos yra saugios ir leidžia keisti tik nedidelius mikroorganizmų išorinius parametrus, tokius kaip jų spalva.

Tačiau, pasak Zaynerio, jo rinkinyje yra tik nekenksmingos bakterijos ir mielės, kurios negali išgyventi atšiaurioje išorinėje aplinkoje ir ilgai negyvena. Genetinė modifikacija naudojant rinkinio įrankius leidžia tik nežymiai pakeisti jų savybes, tokias kaip spalva ar kvapas.

Rinkinys, skirtas genų inžinerijos eksperimentams namuose, kainuoja 120 USD

Josiah Zayneris mano, kad jo įdarbinimas daug talentingų, smalsių žmonių gali labai pakeisti biologiją. Susidomėjimas genų inžinerija yra nepaprastai vertingas mokslui, todėl pigus Zaynerio rinkinys gali atlikti dar didesnį vaidmenį biologijos istorijoje nei kelios brangios moderniausios laboratorijos.

Reikėtų pažymėti, kad sutelktinis finansavimas Zainerio projektui atnešė daugiau nei 55 tūkst. USD – 333% daugiau nei planavo namų genų redagavimo rinkinio kūrėjas.

XX amžiaus šeštajame dešimtmetyje mokslininkai susidūrė su keistu reiškiniu. Jie pastebėjo, kad kai kurie virusai skirtingai užkrečia skirtingas tos pačios bakterijos padermes. Kai kurios padermės, pavyzdžiui, E. coli, lengvai užsikrėtė ir greitai išplatino infekciją visoje kolonijoje. Kiti užsikrėtė labai lėtai arba buvo visiškai atsparūs virusams. Tačiau kai jis prisitaikė prie vienos ar kitos padermės, virusas jį užkrėtė be vargo.

Biologams prireikė dviejų dešimtmečių, kad suprastų šį selektyvų bakterijų atsparumą. Kaip paaiškėjo, tam tikrų bakterijų padermių gebėjimas atsispirti virusams - tai buvo vadinamas apribojimu (tai yra "ribojimu") - paaiškinamas specialių fermentų, kurie fiziškai supjausto viruso DNR, buvimu.

Šių baltymų – restrikcijos fermentų – ypatumas yra tas, kad jie atpažįsta mažą ir griežtai apibrėžtą DNR seką. Bakterijos „nutaiko“ restrikcijos fermentus į retas sekas, kurių jos pačios vengia savo genuose, bet kurios gali būti viruso DNR. Skirtingi restrikcijos fermentai atpažįsta skirtingas sekas.

Kiekviena bakterijų padermė turi specifinį tokių fermentų arsenalą ir todėl reaguoja į tam tikrą viruso genomo „žodžių“ rinkinį. Jei įsivaizduosime, kad viruso genomas yra frazė „mama nuplovė rėmus“, tai virusas negalės užkrėsti bakterijos, atpažįstančios žodį „mama“, bet bakterija, kuri nusitaiko į žodį „dėdė“ neapsaugotas. Jei virusui pavyksta mutuoti ir pavirsti, tarkime, „moteris išplovė rėmus“, pirmoji bakterija praras apsaugą.

Kodėl „bakterinio imuniteto“ atradimas atsidūrė pačioje svarbiausių molekulinės biologijos laimėjimų sąrašo viršuje? Tai ne pačios bakterijos ar net virusai.

Išmatuokite DNR dalį

Šį mechanizmą aprašę mokslininkai beveik iš karto atkreipė dėmesį į svarbiausią šio proceso detalę. Restrikcijos fermentai (tiksliau, vienas iš šių fermentų tipų) sugeba perpjauti DNR aiškiai apibrėžtame taške. Grįžtant prie mūsų analogijos, fermentas, nukreiptas į žodį „mama“ DNR, prisijungia prie šio žodžio ir supjausto jį, pavyzdžiui, tarp trečios ir ketvirtos raidės.

Taigi pirmą kartą mokslininkai sugebėjo „iškirpti“ jiems reikalingus DNR fragmentus iš genomų. Specialių „klijavimo“ fermentų pagalba gautus fragmentus buvo galima susiūti – taip pat tam tikra tvarka. Atradę restrikcijos fermentus, mokslininkai savo rankose turėjo visus reikalingus įrankius DNR „surinkimui“. Laikui bėgant šiam procesui apibūdinti įsigalėjo kiek kitokia metafora – genų inžinerija.

Nors šiandien egzistuoja ir kiti darbo su DNR metodai, didžioji dauguma pastarųjų dvidešimties ar trisdešimties metų biologinių tyrimų nebūtų buvę įmanomi be restrikcijos fermentų. Nuo transgeninių augalų iki genų terapijos, nuo rekombinantinio insulino iki indukuotų kamieninių ląstelių – bet koks darbas, susijęs su genetine manipuliacija, naudoja šį „bakterinį ginklą“.

Pažink priešą iš matymo

Žinduolių, įskaitant žmones, imuninė sistema turi ir įgimtus, ir įgytus gynybos mechanizmus. Įgimti imuninės sistemos komponentai dažniausiai reaguoja į kažką bendro, kas vienu metu sujungia daugybę organizmo priešų. Pavyzdžiui, įgimta imuninė sistema gali atpažinti bakterijų ląstelės sienelės komponentus, būdingus tūkstančiams skirtingų mikrobų.

Įgytas imunitetas priklauso nuo imunologinės atminties reiškinio. Jis atpažįsta specifinius konkrečių patogenų komponentus, „prisimindamas“ juos ateičiai. Tuo ir remiasi skiepijimas: imuninė sistema „treniruojasi“ užmuštą virusą ar bakterijas, o vėliau, patekusi į organizmą gyvam sukėlėjui, „atpažįsta“ jį ir sunaikina vietoje.

Įgimtas imunitetas yra pasienio kontrolės punktas. Apsaugo nuo visko iš karto ir nuo nieko konkrečiai. Įgytas imunitetas yra snaiperis, kuris pažįsta priešą iš matymo. Kaip paaiškėjo 2012 m., kažką panašaus turi ir bakterijos.

Jei restricija yra bakterinis įgimto imuniteto analogas, tai įgyto imuniteto vaidmenį bakterijose atlieka sistema gana sudėtingu pavadinimu CRISPR/Cas9 arba „Crisper“.

Crisperio darbo esmė tokia. Kai bakterija patenka į viruso ataką, ji nukopijuoja dalį viruso DNR į specialią vietą savo genome (ši informacijos apie virusus „saugykla“ vadinama CRISPR). Remdamasi šiais saugomais viruso „nuotraukomis“, bakterija padaro RNR zondą, kuris gali atpažinti viruso genus ir prie jų prisijungti, jei virusas vėl bando užkrėsti bakteriją.

Pats RNR zondas yra nekenksmingas virusui, tačiau čia įsijungia kitas žaidėjas: Cas9 baltymas. Tai „žirklės“, atsakingos už viruso genų sunaikinimą – kaip restrikcijos fermentas. Cas9 įsikimba į RNR zondą ir tarsi už pavadėlio patenka į viruso DNR, po to duodamas signalas: pjaukite čia!

Iš viso visa sistema susideda iš trijų bakterijų komponentų:

1) senų virusų „nuotraukų tapatybės“ DNR saugykla;

2) RNR zondas, pagamintas šių „nuotraukų“ pagrindu ir galintis iš jų identifikuoti virusą;

3) baltyminės „žirklės“, pritvirtintos prie RNR zondo ir nupjaunančios viruso DNR tiksliai tame taške, iš kurio paskutinį kartą buvo darytas „foto eskizas“.

Beveik iš karto po šio „bakterinio imuniteto“ atradimo visi pamiršo apie bakterijas ir jų virusus. Mokslinėje literatūroje gausu jaudinančių straipsnių apie CRISPR/Cas9 sistemos, kaip genų inžinerijos ir ateities medicinos įrankio, potencialą.

Kaip ir restrikcijos fermentai, Crisper sistema gali pjaustyti DNR griežtai apibrėžtame taške. Tačiau, palyginti su aštuntajame dešimtmetyje atrastomis „žirklėmis“, ji turi milžiniškų pranašumų.

Restrikcijos fermentus biologai naudoja DNR „surinkimui“ išskirtinai mėgintuvėlyje: pirmiausia turite pagaminti norimą fragmentą (pavyzdžiui, modifikuotą geną), o tik tada įvesti jį į ląstelę ar organizmą. „Crisper“ gali nupjauti DNR vietoje, gyvoje ląstelėje. Tai leidžia ne tik gaminti dirbtinai įvestus genus, bet ir „redaguoti“ ištisus genomus: pavyzdžiui, pašalinti kai kuriuos genus ir į juos įterpti naujus. Visai neseniai apie tai buvo galima tik pasvajoti.

Kaip paaiškėjo per pastaruosius metus, CRISPR sistema yra nepretenzinga ir gali veikti bet kurioje ląstelėje: ne tik bakterijų, bet ir pelės ar žmogaus. „Įdiegti“ jį į norimą langelį yra gana paprasta. Iš esmės tai galima padaryti net ištisų audinių ir organizmų lygyje. Ateityje tai leis visiškai pašalinti sugedusius genus, pavyzdžiui, sukeliančius vėžį, iš suaugusio žmogaus genomo.

Tarkime, jūsų genome esanti frazė „mama nuplovė rėmus“, sukelia skausmingą potraukį lyčių stereotipams. Norėdami atsikratyti šios problemos, jums reikia Cas9 baltymo – visada to paties – ir poros RNR zondų, nukreiptų į žodžius „mama“ ir „rama“. Šie zondai gali būti bet kokie – šiuolaikiniai metodai leidžia juos susintetinti per kelias valandas. Kiekybei apribojimų visiškai nėra: genomą galima „nukirpti“ bent tūkstantyje taškų vienu metu.

Tikslingas kūno koregavimas

Tačiau „Crisper“ vertė neapsiriboja žirklių funkcija. Kaip pažymi daugelis autorių, ši sistema yra pirmasis mums žinomas įrankis, su kuriuo vienu metu galima organizuoti tam tikro baltymo, tam tikros RNR ir tam tikros DNR „susitikimą“. Tai savaime atveria milžiniškas galimybes mokslui ir medicinai.

Pavyzdžiui, galite išjungti Cas9 baltymo žirklinę funkciją, o vietoj to prijungti prie jo kitą baltymą – tarkime, genų aktyvatorių. Tinkamo RNR zondo pagalba gautą porą galima nusiųsti į norimą genomo tašką: pavyzdžiui, į kai kurių cukriniu diabetu sergančių pacientų blogai funkcionuojantį insulino geną. Taip organizuojant aktyvuojančio baltymo ir išjungto geno susitikimą, galima tiksliai ir smulkiai sureguliuoti organizmo funkcionavimą.

Galite susieti ne tik aktyvatorius, bet ir bet ką apskritai – tarkime, baltymą, kuris gali pakeisti sugedusį geną savo „atsargine kopija“ iš kitos chromosomos. Tokiu būdu ateityje bus galima išgydyti, pavyzdžiui, Hantingtono ligą. Pagrindinis CRISPR sistemos pranašumas šiuo atveju yra būtent jos galimybė „nusiųsti ekspedicijas“ į bet kurį DNR tašką, kurį galime suprogramuoti be didelių sunkumų. Kokia kiekvienos konkrečios ekspedicijos užduotis, lemia tik tyrinėtojų vaizduotė.

Šiandien sunku tiksliai pasakyti, kokias problemas CRISPR/Cas9 sistema sugebės išspręsti po kelių dešimtmečių. Pasaulinė genetikų bendruomenė dabar primena vaiką, kuris buvo įleistas į didžiulę salę, užpildytą žaislais. Pirmaujantis mokslo žurnalas „Science“ neseniai paskelbė naujausių šios srities pasiekimų apžvalgą „The CRISPR Craze“. Ir vis dėlto jau dabar akivaizdu: bakterijos ir fundamentinis mokslas mums vėl suteikė technologiją, kuri pakeis pasaulį.

Sausio mėnesį pasirodė pranešimai apie pirmųjų primatų, kurių genomą sėkmingai modifikavo CRISPR/Cas9 sistema, gimimą. Kaip bandomasis eksperimentas, beždžionėms buvo padarytos dviejų genų mutacijos: vienas susijęs su imuninės sistemos veikimu, o kitas atsakingas už riebalų nusėdimą, o tai neaiškiai sufleruoja apie galimą metodo taikymą homo sapiens. Galbūt nutukimo problemos sprendimas naudojant genų inžineriją nėra tokia tolima ateitis.

Vaiko gimimo laukimas – pats nuostabiausias laikas tėvams, bet kartu ir baisiausias. Daugelis žmonių nerimauja, kad kūdikis gali gimti su bet kokia negalia, fizine ar psichine negalia.

Mokslas nestovi vietoje, galima patikrinti kūdikio raidos sutrikimus ankstyvose nėštumo stadijose. Beveik visi šie tyrimai gali parodyti, ar su vaiku viskas normalu.

Kodėl nutinka taip, kad tie patys tėvai gali pagimdyti visiškai skirtingus vaikus – sveiką vaiką ir vaiką su negalia? Tai lemia genai. Neišsivysčiusio kūdikio ar vaiko su fizine negalia gimimą veikia genų mutacijos, susijusios su DNR struktūros pokyčiais. Pakalbėkime apie tai išsamiau. Pažiūrėkime, kaip tai vyksta, kokios yra genų mutacijos ir jų priežastys.

Kas yra mutacijos?

Mutacijos yra fiziologinis ir biologinis ląstelės DNR struktūros pokytis. Priežastis gali būti spinduliuotė (nėštumo metu negalima daryti rentgeno, kad patikrintų, ar nėra traumų ir lūžių), ultravioletiniai spinduliai (ilgas buvimas saulėje nėštumo metu arba buvimas patalpoje su įjungtomis ultravioletinių lempų lempomis). Taip pat tokias mutacijas galima paveldėti iš protėvių. Visi jie skirstomi į tipus.

Genų mutacijos su chromosomų struktūros ar jų skaičiaus pokyčiais

Tai mutacijos, kurių metu pasikeičia chromosomų struktūra ir skaičius. Chromosomų sritys gali iškristi arba padvigubėti, pereiti į nehomologinę zoną arba pasisukti šimtu aštuoniasdešimt laipsnių nuo normos.

Tokios mutacijos atsiradimo priežastys yra perėjimo pažeidimas.

Genų mutacijos yra susijusios su chromosomų struktūros ar jų skaičiaus pokyčiais ir sukelia rimtus kūdikio sutrikimus bei ligas. Tokios ligos yra nepagydomos.

Chromosomų mutacijų tipai

Iš viso yra dviejų tipų pagrindinės chromosomų mutacijos: skaitinės ir struktūrinės. Aneuploidija yra chromosomų skaičiaus tipas, ty kai genų mutacijos yra susijusios su chromosomų skaičiaus pasikeitimu. Tai yra papildomo ar kelių pastarųjų atsiradimas arba kurio nors iš jų praradimas.

Genų mutacijos yra susijusios su struktūros pokyčiais, kai chromosomos suskaidomos ir vėliau vėl sujungiamos, sutrikdant normalią konfigūraciją.

Skaitinių chromosomų tipai

Remiantis chromosomų skaičiumi, mutacijos skirstomos į aneuploidijas, tai yra, tipus. Pažvelkime į pagrindinius ir išsiaiškinkime skirtumą.

• trisomija

Trisomija yra papildomos chromosomos atsiradimas kariotipe. Dažniausias reiškinys yra dvidešimt pirmosios chromosomos atsiradimas. Tai sukelia Dauno sindromą arba, kaip ši liga dar vadinama, dvidešimt pirmosios chromosomos trisomiją.

Patau sindromas nustatomas tryliktoje, o aštuonioliktoje chromosomoje. Tai visos autosominės trisomijos. Kitos trisomijos nėra gyvybingos, jos miršta įsčiose ir prarandamos savaiminių abortų metu. Tie asmenys, kuriems išsivysto papildomos lytinės chromosomos (X, Y), yra gyvybingi. Klinikinis tokių mutacijų pasireiškimas yra labai nereikšmingas.

Genų mutacijos, susijusios su skaičiaus pokyčiais, atsiranda dėl tam tikrų priežasčių. Trisomija dažniausiai gali atsirasti anafazės divergencijos metu (1 mejozė). Dėl šio neatitikimo abi chromosomos patenka tik į vieną iš dviejų dukterinių ląstelių, o antroji lieka tuščia.

Rečiau gali atsirasti chromosomų nesusijungimas. Šis reiškinys vadinamas seserinių chromatidžių divergencijos sutrikimu. Atsiranda esant mejozei 2. Būtent taip yra, kai vienoje gametoje nusėda dvi visiškai identiškos chromosomos, sukeldamos trisominę zigotą. Nedisjunkcija įvyksta ankstyvosiose apvaisinto kiaušinėlio skilimo proceso stadijose. Taip atsiranda mutantinių ląstelių klonas, galintis apimti didesnę ar mažesnę audinio dalį. Kartais tai pasireiškia kliniškai.

Daugelis žmonių dvidešimt pirmą chromosomą sieja su nėščios moters amžiumi, tačiau šis veiksnys nėra vienareikšmiškai patvirtintas iki šiol. Priežastys, kodėl chromosomos neatsiskiria, lieka nežinomos.

• monosomija

Monosomija yra autosomų nebuvimas. Jei taip atsitiks, daugeliu atvejų vaisius negali būti išnešiotas, o priešlaikinis gimdymas įvyksta ankstyvosiose stadijose. Išimtis yra monosomija dėl dvidešimt pirmosios chromosomos. Priežastis, dėl kurios atsiranda monosomija, gali būti chromosomų nesutapimas arba chromosomos praradimas anafazėje patekus į ląstelę.

Lytinėse chromosomose monosomija lemia XO kariotipo vaisiaus formavimąsi. Klinikinis šio kariotipo pasireiškimas yra Turnerio sindromas. Aštuoniasdešimt procentų atvejų iš šimto monosomijos atsiradimas X chromosomoje atsiranda dėl vaiko tėvo mejozės pažeidimo. Taip yra dėl X ir Y chromosomų neatitrūkimo. Iš esmės vaisius su XO kariotipu miršta įsčiose.

Remiantis lytinėmis chromosomomis, trisomija skirstoma į tris tipus: 47 XXY, 47 XXX, 47 XYY. yra trisomija 47 XXY. Esant tokiam kariotipui, tikimybė pagimdyti vaiką yra penkiasdešimt penkiasdešimt. Šio sindromo priežastis gali būti X chromosomų neišsiskyrimas arba X ir Y spermatogenezės neatskyrimas. Antrasis ir trečiasis kariotipai gali atsirasti tik vienai iš tūkstančio nėščiųjų, jų praktiškai neatsiranda ir dažniausiai specialistai atranda visiškai atsitiktinai.

• poliploidija

Tai genų mutacijos, susijusios su haploidinio chromosomų rinkinio pokyčiais. Šie rinkiniai gali būti trigubai arba keturis kartus. Triploidija dažniausiai diagnozuojama tik įvykus savaiminiam abortui. Buvo keli atvejai, kai mamai pavyko išnešioti tokį kūdikį, tačiau jie visi mirė nesulaukę mėnesio amžiaus. Genų mutacijų mechanizmus triplodijų atveju lemia visiškas visų moteriškų arba vyriškų lytinių ląstelių chromosomų rinkinių išsiskyrimas ir nesiskyrimas. Dvigubas vieno kiaušinėlio apvaisinimas taip pat gali būti mechanizmas. Tokiu atveju atsiranda placentos degeneracija. Ši degeneracija vadinama hidatidiforminiu apgamu. Paprastai tokie pokyčiai sukelia kūdikio psichinių ir fiziologinių sutrikimų vystymąsi ir nėštumo nutraukimą.

Kokios genų mutacijos yra susijusios su chromosomų struktūros pokyčiais

Struktūriniai chromosomų pokyčiai yra chromosomų lūžimo (sunaikinimo) pasekmė. Dėl to šios chromosomos yra sujungtos, pažeidžiant ankstesnę jų išvaizdą. Šios modifikacijos gali būti nesubalansuotos arba subalansuotos. Subalansuotose nėra medžiagos pertekliaus ar trūkumo, todėl jie nepasireiškia. Jie gali atsirasti tik tais atvejais, kai chromosomų sunaikinimo vietoje buvo genas, kuris yra funkciškai svarbus. Subalansuotas rinkinys gali sukelti nesubalansuotas gametas. Dėl to kiaušinėlio apvaisinimas tokia gameta gali sukelti vaisiaus su nesubalansuotu chromosomų rinkiniu atsiradimą. Naudojant tokį rinkinį, vaisiui atsiranda daugybė vystymosi defektų, atsiranda sunkių patologijos tipų.

Struktūrinių modifikacijų tipai

Genų mutacijos vyksta gametų formavimosi lygmenyje. Užkirsti kelią šiam procesui neįmanoma, kaip ir iš anksto žinoti, ar tai gali įvykti. Yra keletas struktūrinių modifikacijų tipų.

• ištrynimai

Šis pokytis atsiranda dėl dalies chromosomos praradimo. Po tokios pertraukos chromosoma trumpėja, o toliau dalijantis ląstelėms prarandama nupjauta jos dalis. Intersticinės delecijos yra tada, kai viena chromosoma pažeidžiama keliose vietose vienu metu. Tokios chromosomos dažniausiai sukuria negyvybingą vaisių. Tačiau yra ir atvejų, kai kūdikiai išgyveno, tačiau dėl šio chromosomų rinkinio jie turėjo Wolf-Hirschhorn sindromą, „katės verksmą“.

• dubliavimosi

Šios genų mutacijos vyksta dvigubų DNR sekcijų organizavimo lygiu. Apskritai, dubliavimas negali sukelti patologijų, tokių kaip ištrynimai.

• translokacijos

Translokacija įvyksta dėl genetinės medžiagos perkėlimo iš vienos chromosomos į kitą. Jei lūžis vienu metu įvyksta keliose chromosomose ir jos keičiasi segmentais, tai tampa abipusio translokacijos priežastimi. Tokios translokacijos kariotipas turi tik keturiasdešimt šešias chromosomas. Pati translokacija atskleidžiama tik išsamiai analizuojant ir ištyrus chromosomą.

Nukleotidų sekos pasikeitimas

Genų mutacijos yra susijusios su nukleotidų sekos pokyčiais, kai jos išreiškiamos tam tikrų DNR sekcijų struktūrų modifikacijomis. Pagal pasekmes tokios mutacijos skirstomos į du tipus – be skaitymo kadro poslinkio ir su poslinkiu. Norėdami tiksliai žinoti DNR sekcijų pokyčių priežastis, turite apsvarstyti kiekvieną tipą atskirai.

Mutacija be kadrų poslinkio

Šios genų mutacijos yra susijusios su nukleotidų porų pokyčiais ir pakeitimais DNR struktūroje. Su tokiais pakeitimais DNR ilgis neprarandamas, tačiau aminorūgštys gali būti prarastos ir pakeistos. Yra tikimybė, kad baltymo struktūra bus išsaugota, tai pasitarnaus Leiskite mums išsamiai apsvarstyti abu vystymosi variantus: su aminorūgščių pakeitimu ir be jo.

Aminorūgščių pakeitimo mutacija

Aminorūgščių liekanos pakeitimas polipeptiduose vadinamas missense mutacijomis. Žmogaus hemoglobino molekulėje yra keturios grandinės - dvi „a“ (ji yra šešioliktoje chromosomoje) ir dvi „b“ (užkoduotos vienuoliktoje chromosomoje). Jei „b“ yra normali grandinė ir joje yra šimtas keturiasdešimt šešios aminorūgščių liekanos, o šeštoji yra glutaminas, hemoglobino kiekis bus normalus. Šiuo atveju glutamo rūgštis turėtų būti užkoduota GAA tripletu. Jei dėl mutacijos GAA pakeičiama GTA, tai vietoj glutamo rūgšties hemoglobino molekulėje susidaro valinas. Taigi vietoj normalaus hemoglobino HbA atsiras kitas hemoglobinas HbS. Taigi pakeitus vieną aminorūgštį ir vieną nukleotidą sukelsime rimtą rimtą ligą – pjautuvinę anemiją.

Ši liga pasireiškia tuo, kad raudonieji kraujo kūneliai tampa pjautuvo formos. Šioje formoje jie negali tinkamai tiekti deguonies. Jei ląstelių lygiu homozigotai turi formulę HbS / HbS, tai lemia vaiko mirtį ankstyvoje vaikystėje. Jei formulė yra HbA/HbS, tai raudonieji kraujo kūneliai turi silpną pokyčių formą. Toks silpnas pokytis turi naudingą savybę – organizmo atsparumą maliarijai. Tose šalyse, kuriose yra toks pat pavojus užsikrėsti maliarija, kaip Sibire peršalus, šis pokytis turi naudingų savybių.

Mutacija be aminorūgščių pakeitimo

Nukleotidų pakaitalai be aminorūgščių mainų vadinami seisminėmis mutacijomis. Jei DNR sekcijoje, koduojančioje „b“ grandinę, GAA pakeičiama GAG, tai dėl to, kad jos perteklius, glutamo rūgšties pakeisti negali. Grandinės struktūra nepasikeis, raudonųjų kraujo kūnelių modifikacijų nebus.

Kadrų poslinkio mutacijos

Tokios genų mutacijos yra susijusios su DNR ilgio pokyčiais. Ilgis gali tapti trumpesnis arba ilgesnis, priklausomai nuo nukleotidų porų praradimo arba pridėjimo. Taigi visa baltymo struktūra bus visiškai pakeista.

Gali atsirasti intrageninis slopinimas. Šis reiškinys atsiranda, kai yra dvi mutacijos, kurios kompensuoja viena kitą. Tai momentas, kai nukleotidų pora pridedama praradus vieną ir atvirkščiai.

Nesąmonės mutacijos

Tai ypatinga mutacijų grupė. Tai pasitaiko retai ir atsiranda stop kodonai. Tai gali nutikti tiek praradus, tiek pridėjus nukleotidų poras. Kai atsiranda stop kodonai, polipeptidų sintezė visiškai sustoja. Taip gali susidaryti nuliniai aleliai. Nė vienas iš baltymų tam neatitiks.

Yra toks dalykas kaip tarpgeninis slopinimas. Tai reiškinys, kai vienų genų mutacijos slopina kitų mutacijas.

Ar nėštumo metu nustatomi pokyčiai?

Daugeliu atvejų galima nustatyti genų mutacijas, susijusias su chromosomų skaičiaus pokyčiais. Norint išsiaiškinti, ar vaisius neturi vystymosi defektų ir patologijų, pirmosiomis nėštumo savaitėmis (nuo dešimties iki trylikos savaičių) skiriamas patikrinimas. Tai paprastų tyrimų serija: kraujo paėmimas iš piršto ir venos, ultragarsas. Ultragarsinio tyrimo metu vaisius apžiūrimas pagal visų galūnių, nosies ir galvos parametrus. Šie parametrai, kai smarkiai neatitinka normų, rodo, kad kūdikis turi vystymosi defektų. Ši diagnozė patvirtinama arba paneigiama remiantis kraujo tyrimo rezultatais.

Be to, besilaukiančios mamos, kurių kūdikiams gali išsivystyti genų lygio mutacijos, kurios yra paveldimos, taip pat yra atidžiai prižiūrimos medikų. Tai yra, tai yra tos moterys, kurių giminaičiams buvo atvejų, kai gimė vaikas su psichikos ar fizine negalia, nustatytas kaip Dauno sindromas, Patau sindromas ir kitos genetinės ligos.

Kombinuotas kintamumas

Jis yra paveldimas ir atsiranda dėl genotipo genų rekombinacijos. Tai siejama ne su genų pokyčiais, o su jų deriniu! Genų deriniai prisideda prie didesnio išgyvenimo kintančiomis aplinkos sąlygomis.

Atsitiktinis lytinių ląstelių derinys apvaisinimo metu

Homologinių chromosomų regionų keitimas kryžminimo metu 1 mejozės fazėje

Nepriklausomas skirtingų chromosomų porų atskyrimas 1 mejozės anafazėje, dėl kurio susidaro genetiškai įvairios gametos

Mutacijų kintamumas

Mutacijos – tai staigūs, staigūs, nuolatiniai genotipo pokyčiai, atsirandantys veikiant išoriniams ar vidiniams aplinkos veiksniams ir yra paveldimi. Molekuliniu lygmeniu tai yra DNR pokytis, kuris išlieka NK replikacijos metu. Mutagenezė yra mutacijų formavimosi procesas. Mutageniniai veiksniai sukelia mutacijas, kurios dėl savo prigimties gali būti

- fizinis mutagenai: spinduliuotė a, b, gama, UV, temperatūra, drėgmė,

- cheminis mutagenai: organinės ir neorganinės, narkotinės medžiagos, natūralių junginių pramoninio perdirbimo produktai (anglis, nafta), sintetinės medžiagos, anksčiau neaptiktos gamtoje (pesticidai, insekticidai, herbicidai), maisto konservantai, vaistai. Jie pasižymi dideliu skverbimosi gebėjimu, sukelia genų mutacijas ir veikia DNR replikacijos metu.

Mutacijų klasifikavimas pagal atsiradimo sąlygas

Spontaniški atsiranda be aiškios priežasties arba priežastys nežinomos.

Indukuotos atsiranda dėl poveikio.

Mutacijų klasifikavimas pagal lokalizaciją ląstelėje

Branduolinės – mutacijos ląstelės branduolyje

Citoplazminė – mutacijos mitochondrijose ir plastidėse.

Mutacijų klasifikavimas pagal paveldėjimo galimybę

Generatyvinės atsiranda lytinėse ląstelėse ir yra paveldimos lytinio dauginimosi metu

Somatiniai atsiranda somatinėse ląstelėse ir yra paveldimi vegetatyvinio dauginimosi metu

Mutacijų klasifikavimas pagal įtakos gyvybingumui ir vaisingumui laipsnį

Sterilus turi įtakos vaisingumui

Mirtinas vedimas į mirtį

Pusiau mirtinas mažina gyvybingumą

Neutralus neturi įtakos gyvybingumui

Teigiamos padidina gyvybingumą

Klasifikacija pagal genetinės medžiagos pažeidimo lygį:

Genetinis – genų kaita

Chromosomų - chromosomos struktūros pokyčiai,

Genominis – genomo pokyčiai

Genų mutacijos

Taškai lemia geno DNR nukleotidų struktūros pokyčius. Genų struktūros pokyčiai pakeitus bazes yra 2 tipų: nesąmonė mutacijos su aminorūgščių pakeitimu, nesąmonė susidarant galiniams kodonams UAA, UAG, UGA.

- skaitymo rėmelio poslinkis atsiranda, kai įterpiami arba ištrinami keli nukleotidai. Dėl to pakinta mRNR skilimas į kodonus, vadinasi, pasikeičia aminorūgščių seka susintetinto baltymo molekulėje arba sintezė baigiasi anksčiau laiko.

- perėjimas - purino bazės pakeitimas kitu purinu ir pirimidino pakeitimas kitu pirimidinu: A<-->G ir C<-->T.

- transversija - purino pakeitimas pirimidinu ir atvirkščiai.

Chromosomų mutacijos

Aberacijos yra chromosomų struktūros pokyčiai, atsirandantys dėl jų vientisumo pažeidimo: pertraukos, kurias lydi genų pertvarkymai, sukelia vidines / tarpchromosomines mutacijas.

- ištrynimas - chromosomos sekcijos praradimas: AEF. Trumposios 5 chromosomos rankos ištrynimas žmonėms vadinamas katės verksmo sindromu.

- dubliavimas - chromosomos srities padvigubėjimas: ABCDCD, atsiradus papildomai paveldimai medžiagai, identiškai tai, kas jau yra genome.

Ištrynimas ir dubliavimas visada pasireiškia fenotipiškai, nes keičiasi genų rinkinys ir pastebima kai kurių chromosomų monosomija.

- inversija – atskirų chromosomų pjūvių pasukimas 180*. ABCDEF -----> AEDCBF

- perkėlimas – atskiros chromosomos sekcijos perkėlimas į kitą vietą toje pačioje ar kitoje chromosomoje: ABCKLM. Tuo pačiu metu genų skaičius nekinta !!! 21-osios chromosomos rankos perkėlimas į 13, 14, 15 veda prie Dauno sindromo išsivystymo.

Inversijos ir translokacijos gali nepasireikšti fenotipiškai, jei genetinė medžiaga nepasikeis ir išlaikoma bendra genų pusiausvyra genome. Tačiau homologinių chromosomų konjugacija tampa sunkesnė, todėl gali sutrikti genetinė medžiaga tarp dukterinių ląstelių

Genominės mutacijos

Susijęs su chromosomų skaičiaus pasikeitimu, dėl kurio pridedama arba prarandama viena, kelios arba visas chromosomų rinkinys.

Genomas- haploidinio chromosomų rinkinio genų rinkinys. Paprastai jis randamas lytinėse ląstelėse.

- poliploidija - daugkartinis haploidinis chromosomų skaičiaus padidėjimas ląstelėse. Dažnai naudojamas augalų selekcijoje, tai paprastai padidina derlių. Dažnai aptinkama tarp gaubtasėklių, rečiau tarp gimnastakių. Tarp gyvūnų poliploidija yra žinoma hermafroditams: kirminams, vėžiagyviams, vabzdžiams, žuvims, salamandrai. Žinduoliams poliploidija yra mirtina.

- haploidija - daugkartinis haploidinis chromosomų skaičiaus sumažėjimas. Dėl to ląstelėje yra vienas n chromosomų rinkinys. Organizmas, kurio somatinėse ląstelėse yra haploidinis nehomologinių chromosomų rinkinys, yra haploidas. Natūrali haploidija atsiranda sporas formuojančių grybų, bakterijų, vienaląsčių dumblių ir bičių tranų gyvavimo cikle. Haploidų gyvybingumas mažėja, kai atsiranda visi recesyviniai genai, esantys vienaskaitoje. Žinduoliams haploidija yra mirtina.

- aneuploidija - daugkartinis chromosomų skaičiaus pasikeitimas.

Trisomija – tai kariotipo padidėjimas viena chromosoma (2n+1).

Polisomija yra kariotipo padidėjimas daugiau nei viena chromosoma.

Monosomija – tai kariotipo sumažėjimas viena chromosoma (2n-1).

Nulisomija – chromosomų poros nebuvimas yra mirtina.

Žmogaus chromosomų ligos

Ligų grupės, susijusios su chromosomų skaičiaus pokyčiais (genominėmis mutacijomis) arba jų sandara (chromosomų aberacijomis). Jie atsiranda dėl chromosomų rinkinio zigotoje pažeidimo dėl chromosomų nesusijungimo redukcijos dalijimosi metu ir įvairių chromosomų aberacijų.

triploidija - 3n chromosomų rinkinio pažeidimas. Naujagimiai miršta per pirmąsias valandas ar dienas po gimimo.

trisomija X chromosoma – XXX. Fenotipas yra normali moteriška, kuriai būdingas nepakankamas lytinių liaukų išsivystymas, nedidelis protinis atsilikimas.

Klinefelterio sindromas - ХХУ, ХХХУ, ХХХХУ, ХУУ, ХУУУ, ХХУУ, ХХХУУ. Vyro fenotipas – neišsivysčiusios sėklidės. Išvaizda yra siauri pečiai, platus dubuo, moterims būdinga genikomastija, riebalų nusėdimas. Polisomija Y chromosomoje sukelia didelį augimą ir asocialų elgesį.

Šereševskio-Turnerio sindromas : X0 chromosomų rinkinio pažeidimas, vienintelė gyvybinga monosomija X chromosomoje žmonėms. Moters fenotipas, neproporcinga kūno sandara, odos raukšlės ant kaklo, augimo sulėtėjimas, neišsivystę vidiniai lytiniai organai, nevaisingumas, priešlaikinis senėjimas.

Dauno sindromas : trisomija 21 chromosomoje. Žemo ūgio, maža apvali galva, plokščia pakaušis, žemai pastatytos ausys, pasvirusios akys, trumpa nosis su plokščiu mostu, pusiau atvira burna, storas liežuvis, žemas raumenų tonusas, trumpi pirštai, kreivi mažieji piršteliai, vangūs ir nerangūs žmonių. Sunkus protinis atsilikimas, prastai išvystyta kalba, sumažėjęs imunitetas ir gyvenimo trukmė.

Patau sindromas : trisomija 13 chromosomoje. Gilūs idiotai. Nepakankamai išvystyta centrinė nervų sistema, vidutinė mikrocefalija, ragenos drumstumas, žema kakta, įdubęs nosies tiltelis, siauros akiduobės, abipusis lūpos ir gomurio įskilimas, raumenų ir kaulų sistemos bei vidaus organų vystymosi anomalijos. Jie miršta nesulaukę vienerių metų, tik keli išgyvena iki 3 metų.

Edvardso sindromas : trisomija 18 chromosomoje. Kaukolės ir veido anomalijos: siaura kakta su priekinių kaulų atitraukimu šrifto srityje, platus išsikišęs pakaušis, mažas apatinis žandikaulis ir burnos anga, siauri ir trumpi voko plyšiai, žemos ausys, trumpas krūtinkaulis, plati krūtinė, nenormalus krūtinkaulio vystymasis. pėdos, širdies struktūros ir kraujagyslių, virškinimo sistemos, smegenėlių patologijos. Dauguma miršta nesulaukę vienerių metų.

Užpildykite prašymą pasiruošti vieningam valstybiniam biologijos arba chemijos egzaminui

Trumpa atsiliepimų forma