Гомеостаз- саморегуляция, способность открытой системы сохранять постоянство своего внутреннего состояния посредством скоординированных реакций, направленных на поддержание динамического равновесия



Дата02.10.2019
өлшемі220.78 Kb.
Лекция: Генетичекий аппарат клетки. Генетичекий гомеостаз.

Гомеостаз, биологическая сущность, виды гомеостаза.

Гомеостаз- саморегуляция, способность открытой системы сохранять постоянство своего внутреннего состояния посредством скоординированных реакций, направленных на поддержание динамического равновесия. Стремление системы воспроизводить себя, восстанавливать утраченное равновесие, преодолевать сопротивление внешней среды.

Виды:

Экологический гомеостаз наблюдается в климаксовых сообществах с максимально возможным биоразнообразием при благоприятных условиях среды.

Биологически - Гомеостаз выступает в роли фундаментальной характеристики живых организмов и понимается как поддержание внутренней среды в допустимых пределах.



Клеточный -Регуляция химической деятельности клетки достигается с помощью ряда процессов, среди которых особое значение имеет изменение структуры самой цитоплазмы, а также структуры и активности ферментов. Авторегуляция зависит от температуры, степени кислотности, концентрации субстрата, присутствия некоторых макро- и микроэлементов.

В организме человека: Разные факторы влияют на способность жидкостей организма поддерживать жизнь. В их числе такие параметры, как температура, солёность, кислотность и концентрация питательных веществ — глюкозы, различных ионов,кислорода, и отходов — углекислого газа и мочи. Так как эти параметры влияют на химические реакции, которые сохраняют организм живым, существуют встроенные физиологические механизмы для поддержания их на необходимом уровне.

Гомеостаз нельзя считать причиной процессов этих бессознательных адаптаций. Его следует воспринимать как общую характеристику многих нормальных процессов, действующих совместно, а не как их первопричину. Более того, существует множество биологических явлений, которые не подходят под эту модель — например, анаболи



Генетический гомеостаз на молекулярно-генетическом, клеточном и организменном уровнях направлен на поддержание сбалансированной системы генов, содержащей всю биологическую информацию организма. Механизма организменного гомеостаза закреплены в исторически сложившемся генотипе. На популяционно-видовом уровне генетический гомеостаз – это способность популяции поддерживать относительную стабильность и целостность наследственного материала, которые обеспечиваются процессами редукционного деления и свободным скрещиванием особей, что способствует сохранению генетического равновесия частот аллелей.

Способы поддержания генетического гомеостаза

Механизмы нарушений генетического гомеостаза

Репликация ДНК

Замена,выпадение,дупликация,перестановка нуклеотидов, сдвиг рамки считывания

Репарация ДНК

1. Наследственное и ненаследственное повреждение репаративной системы 2. Функциональная недостаточность репаративной системы

Точное распределение наследственного материала при митозе

1. Нарушение формирования веретена деления 2.  Нарушение расхождения хромосом

Иммунитет

1. Иммунодефицит наследственный и приобретенный. 2.  Функциональная недостаточность иммунитета

 

Поддержание генетического гомеостаза на организменном уровне. Неспецифические клеточные и гуморальные факторы защиты.

На организменном уровне гомеостаз регулируется центральной нервной системой и эндокринной системой.

Поддержание гомеостаза обеспечивает:

1) неспецифические защитные механизмы (барьерные свойства кожи, фагоцитоз)



2) специфические защитные механизмы (клеточный и гуморальный иммунитет, аллергические реакции)

Иммунитет – механизм специфической защиты от генетически чужеродных факторов. Клеточный и гуморальный иммунитет, его основные механизмы.


Формы защиты

Биологическая сущность

Неспецифические факторы

Естественная индивидуальная неспецифическая устойчивость к чужеродным агентам

Защитные барьеры организма: Кожа,эпителий,гематолимфатический, печеночный, гематоэнцефалический, гематофтальмичесий, гематотестикулярный, гематофолликулярный, гематосаливарный

Препятствуют проникновению в организм и органы чужеродных агентов

Неспецифическая клеточная защита (клетки крови и соединительной ткани)

Фагоцитоз, инкапсулирование, образование клеточных агрегатов, коагуляция плазмы

Неспецифическая гуморальная защита

Действие на патогенные агенты неспецифических веществ в выделениях кожных желез, слюне, слезной жидкости, желудочном и кишечном соке, крови(интерферон) и т.д.

Иммунитет

Специализированные реакции иммунной системы на генетически чужеродные агенты, живые организмы, злокачественные клетки

Конституциональный иммунитет

Генетически предопределенная устойчивость отдельных видов, популяций и особей к возбудителям определенных заболеваний или агентам молекулярной природы, обусловленная несоответствием чужеродных агентов и рецепторов клеточных мембран, отсутствием в организме определенных веществ, без которых чужеродный агент не может существовать; наличие в организме ферментов, уничтожающих чужеродный агент

Клеточный

Появление повышенного количества избирательно реагирующих с данным антигеном Т-лимфоцитов

Гуморальный

Образование циркулирующих с кровью специфических антител к определенным антигенам

Проблемы трансплантации органов и тканей, связанные со способностью организмов поддерживать генетический гомеостаз. Ауто-, алло- и ксенотрансплантация. Перспективы пересадки органов и тканей.

Ауто- (изо-) трансплантация — пересадка тканей и органов собственного или генетически идентичного организма. Препятствия к пересадке отсутствуют.

Алло- (или гомо-) трансплантация — пересадка тканей или органов донора (или трупа) этого же вида

Ксено ( гетеро-) трансплантация — пересадка тканей и органов организма другого вида (возникает тканевая несовместимость).

Пути преодоления тканевой несовместимости: подбор совместимых доноров и реципиентов, иммунодепрессивная терапия, создание искусственной толерантности путем перехвата антигенов антителами

Гомеостаз внутренней среды организма должен обеспечиваться, помимо только что изложенных фундаментальных механизмов, надѐжностью генетического контроля генной активности. Механизмы такого контроля на молекулярном и надмолекулярном уровнях пока не раскрыты. Однако кажется несомненным, что такой контроль удивительно помехоустойчив. Хотя еще не полностью выяснено, какими механизмами генетическая детерминация гомеостаза обеспечивает постоянство внутренней среды организма (фенотипический уровень), всѐ же можно предположить, что речь при этом идѐт о молекулярно-генетических и биохимических цепочках событий от гена до признака. В ряде примеров можно расчленить физиологические механизмы гомеостатической реакции на составляющие.

Два вида генетической детерминации гомеостаза. В общей форме можно говорить о двух видах генетической детерминации гомеостаза. Один из них – контроль элементарных проявлений гомеостаза организма (выделение гормона, синтез фермента и т.д.). Другая группа проявлений гомеостаза – системные проявления. Разумеется, границы между элементарными и системными проявлениями гомеостаза условны. Чем больше расшифровывается цепочек генетической детерминации элементарных проявлений гомеостаза, чем глубже познаются звенья каждой из них, тем полнее и предметнее становятся наши представления о генетике и физиологии гомеостаза в целом. В качестве примеров генетической обусловленности элементарной гомеостатической реакции можно привести генетический контроль свертываемости крови. Генетический анализ системных проявлений гомеостаза представляет трудную задачу. Эти проявления интегральны, их невозможно свести к простой сумме элементарных реакций, за которыми стоят конкретные цепочки: ген первичный его продукт и метаболические превращения продукта. На более высоком, системно-органном, уровне вступают в действие физиологические механизмы регуляции функций. Однако и в этом случае глубинную основу таких регуляций составляют унаследованные нормы реакций.

Лекция: Генетический аппарат клетки.

Современные представления о природе генетического аппарата позволяют выделить три уровня его организации: генный, хромосомный, геномный. Элементарной функциональной единицей наследственности, определяющей возможность развития отдельного признака клетки или организма, является ген. Под признаком понимают единицу морфологической, биохимической, иммунологической, физиологической и любой другой дискретности клетки .или организма в целом, иными словами, отдельное качество или свойство, по которому они отличаются друг от друга. Признак или группа признаков обусловлен действием конкретного гена (с участием или без участия факторов среды). Развитие признака требует синтеза многих веществ, но, прежде всего, - белков, имеющих специфические свойства: ферментативные, структурные, транспортные и т.д. Свойства белковой молекулы определяют ее аминокислотный состав. Он кодируется последовательностью нуклеотидов в ДНК соответствующего 30 гена. Ген – это участок молекулы ДНК, содержащий информацию о первичной структуре одного определенного белка. Гены характеризуются определенными свойствами: Стабильность -способность гена сохранять структуру (ген мутирует редко) Специфичность - каждый ген обладает, присущим только ему, порядком расположения нуклеотидов. Лабильность - способность мутировать или изменяться. Экспрессивность -степень выраженности признака или степень фенотипического проявления данного гена. Пенетрантность - частота проявления гена или его признака. Целостность - ген, кодирующий полипептид (белок) выступает как неделимая частица. Дискретность- это наличие двух субъединиц гена: структурная- это пара комплементарных нуклеотидов, функциональная – это кодон. Плейотропия - множественный эффект действия гена, когда один ген отвечает за проявление нескольких признаков.Аллельность- в генотипе у организмов есть только две формы генов, кодирующих один признак. Амплификация - увеличение количества копий гена. Дозированность - ген обуславливает развитие признаков до определенных пределов дозы. Параллельно дозе усиливается развитие признака Существует несколько вариантов классификации генов. В наиболее распространенном варианте - функциональном - гены делятся на структурные и функциональные. Структурные гены несут информацию о белках, гистонах, а также о последовательностях нуклеотидов в различных видах РНК. Функциональные гены (или последовательности) регулируют работу структурных генов. 1.Структурные гены- гены кодирующие белки, тРНК, рРНК. 2. Регуляторные гены- регулирует функции различных генов. 3. Мигрирующие генетические элементы - транспозоны – перемещаются по геному с помощью ферментов, влияют на активность соседних генов. 4. Псевдогены – копии известных генов лишенные интронов.Они не транскрибируются из-за мутаций в регуляторной области или кодирующей части. Период функционирования гена называется временем действия гена.

Основные свойства гена определяются его химической организацией. Место расположения гена на хромосоме называется локусом. В 1902 г. два исследователя Саттон США) и Бовери (Германия) высказали предположение, что гены находятся в хромосомах. В настоящее время установлено, что в основе строения хромосомы лежит хроматин – сложный комплекс ДНК, белка, РНК и других веществ. Если проложить все ДНК в В-конформации в линию, то их общая длина превысит 2 метра. Уместить такой длины ДНК в ядре возможно только путем ее определенной упаковки. При образовании третичной структуры ДНК у эукариот происходит в среднем уменьшение ее размеров в 100 тысяч раз. Третичная структура ДНК у эукариотических клеток отличается тем, что многократная компактизация ДНК, сопровождается образованием комплексов с белками - гистонами и негистоновыми белками. Комплекс ДНК с белками называется хроматином. Гистоны — это белки небольшого размера (мол. масса около 20 000) с очень высоким содержанием положительно заряженных аминокислот (лизина и аргинина). Хроматин содержит 5 типов гистонов: Н2А, Н2В, НЗ, Н4 (нуклеосомные гистоны) и H1. Суммарный положительный заряд позволяет им прочно связываться с ДНК. Негистоновые белки — это разные типы регуляторных белков, связывающихся со специфическими последовательностями ДНК, а также ферменты, участвующие в матричных биосинтезах. Первый этап упаковки хроматина - нуклеосома. Гистоны Н2А, Н2В, НЗ, Н4 образуют нуклеосомный кор или нуклеосомную частицу. Это октамер, содержащий по 2 молекулы гистона Н2а, гистона Н2b, гистона Н3 и гистона Н4. На нуклеосомный кор наматывается спираль ДНК. Свободные участки ДНК называются линкерными. Это первый уровень упаковки хроматина, d -10нм Он называется нуклеосомным (модель «жемчужное ожерелье»). На этом этапе ДНК укорачивается в 2. 4 раза. Рис. 18. Нуклеосомный кор с намотанной спиралью ДНК линкерный участок (модель модель «жемчужное ожерелье») (Иллюстрация Матиас Бадер (Mathias Bader) Второй этап – образование хроматиновой фибриллы - d -30нм. С линкерными участками взаимодействует гистон Н1, который подтягивает нуклеосомные коры друг к другу. Образуется хроматиновая фибрилла (нуклеофиламент). На этом этапе ДНК укорачивается в 17 раз. Третий этап называется хромомерно – петлевым. Хроматиновая фибрилла диаметром 300 нм, образует петельную структуру с помощью 32 негистоновых белков «скрепок». На этом этапе ДНК укорачивается в 25 раз. Четвертый этап – интерфазная хромонема, образование розеток. Розетки образуются из петель при объединении негистоновых белков – «скрепок». Хромонемы дополнительно сворачиваются, образуя хроматиды диаметром 600-700 нм. Это последний уровень упаковки ДНК в интерфазном ядре. Дальнейшая конденсация хроматина с образованием хромосом начинается перед делением клетки. Хроматиды входят в состав метафазной хромосомы, диаметр которой составляет 1400 нм или 1,4 мкм.

Понятие о геноме. Знание основ медицинской генетики позволяет врачу понимать механизмы индивидуального течения болезни и выбирать соответствующие методы лечения. На основе медико-генетических знаний приобретаются навыки диагностики наследственных болезней, а также появляется умение 34 направлять пациентов и членов их семей на медико-генетическое консультирование для первичной и вторичной профилактики наследственной патологии. Приобретение медико-генетических знаний способствует формированию чѐтких ориентиров в восприятии новых медико- биологических открытий, что для врачебной профессии необходимо в полной мере, поскольку прогресс науки быстро и глубоко изменяет клиническую практику. Наследственные болезни длительное время не поддавались лечению, а единственным методом профилактики была рекомендация воздержаться от деторождения. Эти времена прошли. Современная медицинская генетика вооружила клиницистов методами ранней, досимптомной (доклинической) и даже пренатальной диагностики наследственных болезней. Интенсивно развиваются и в некоторых центрах уже применяются методы преимплантационной (до имплантации зародыша) диагностики. Понимание молекулярных механизмов патогенеза наследственных болезней и высокие медицинские технологии обеспечили успешное лечение многих форм патологии. Сложилась стройная система профилактики наследственных болезней: медико-генетическое консультирование, преконцепционная профилактика, пренатальная диагностика, массовая диагностика у новорождѐнных наследственных болезней обмена, поддающихся диетической и лекарственной коррекции, диспансеризация больных и членов их семей. Внедрение этой системы обеспечивает снижение частоты рождения детей с врождѐнными пороками развития и наследственными болезнями на 60-70%. Врачи и организаторы здравоохранения могут активно участвовать в реализации достижений медицинской генетики.



ХХ век вошел в историю как молекулярной генетики. Молекулярно- биологические и компьтерные методы анализа данных обеспечили прорыв представлений о том, как устроен и как функционирует геном. Группа ученых, таких как Марк Адам (ведущий сотрудник института геномных исследований в штате Мэриленд (США), частной исследовательской компании, занимающейся исключительной работой в области картирования генов), Крэйк Вентер (директор этого института) и соавторами, разрабатывается проект «Геном человека». Цель этого проекта заключается в выяснении последовательности оснований во всех молекулах ДНК в клетках человека. Одновременно должна быть установлена локализация всех генов, что помогло бы выяснить причину многих наследственных заболеваний и этим открыть пути к их лечению. Было сформулировано пять основных целей проекта: 1. Завершить составление детальной генетической карт 2. составить физические карты каждой хромосомы 3. получить карту всего генома в виде охарактеризованных клонов 35 4. завершить к 2004 году полное секвенирование ДНК 5. нанести на завершенную карту все гены человека (к 2005 году). В настоящее время термин «геном» означает полный состав ДНК клетки, т.е. совокупность всех генов и межгенных участков. Можно считать, что геном – полный набор инструкций для формирования и функционирования индивида. Комплексное изучение структуры и функции генома изучает геномика, которая проводит секвенирование, картирование и идентификацию функций генов и внегенных элементов. Предмет этой науки – изучение строения генов человека и других существ. Для медицины первостепенное значение имеют исследования в области геномики патогенных микроорганизмов, т.к. они проливают свет на природу инфекционного процесса и создание лекарств, направленных на специфические мишени бактерий. Задачи – применить полученные знания для улучшения качества жизни человека. Методы геномики направлены на расшифровку новых закономерностей биологических систем и процессов. Геномика человека – это основа молекулярной медицины и имеет важнейшее значение для разработки методов диагностики, лечения и профилактики наследственных и ненаследственных болезней. Геномика подразделяется на структурную, функциональную, сравнительную, эволюционную, медицинскую направлений, а также раздел изучающий генетическое разнообразие людей. Структурная геномика изучает последовательность нуклеотидов в геномах, определяет границы и строение генов, межгенных участков и других структурных генетических элементов (промоторов, энхансеров и т.д.), т.е. составляет генетические , физические и транскриптные карты организма. Функциональная геномика проводит исследования, направленные на идентификацию функций каждого гена и участка генома, их взаимодействие в клеточной системе. Функциональная геномика дает характеристику различным генам, составляющим геномы, изучает механизмы их регуляции, взаимодействия друг с другом и с факторами среды в норме и при патологии. Функционирование и регуляция примерно 25000 генов генома человека требует длительного междисциплинарного исследонания. После расшифровки генома начинается изучение белковых продуктов генов. Эту область исследований называют протеомикой. Ее задача: определить все белки, синтезируемые в клетке, выяснить их строение, количество, локализацию, модификацию и механизмы взаимодействия. Второе направление функциональной геномики- транскриптомика - изучает координированную работу генов, образование первичных транскриптатов, процессы сплайсинга и формирования зрелых м РНК. Третье направление функциональной геномики – цитомика. Цитомика исследует генетические механизмы и генетический контроль клеточной дифференцировки и гистогенеза, а также образования субклеточных структур. Достижения функциональной геномики находят применение в медицинской практике. За последние 70 лет идентифицировано около 1700 36 генов, мутации в которых приводят к моногенным болезням, выявлено около 100 генов, обусловливающих различные формы рака. Установлено, что моногенные болезни характеризуются значительным клиническим полиморфизмом даже внутри семей с одинаковой мутацией. Тяжесть клинической картины определяется присутствием в генотипе различных модифицирующих генов, действие которых часто отсрочено. Средовые факторы также могут изменять фенотип. Эти данные используются для определения носительства мутаций. Молекулярно-биологический подход оказался полезным и при изучении канцерогенеза. Данные о механизмах трансформации протоонкогенов и генов супрессоров опухолевого роста позволили классифицировать определенные опухоли по характеру экспрессии различных наборов генов, а благодаря технологии микрочипов удалось показать, что разные варианты генной экспрессии определяют различный прогноз. Этот факт дает возможность сделать терапию рака более функционально направленной. Например, при формах рака, сопровождающихся низкой активностью тирозинкиназы, вместо радио- и химиотерапии, уничтожающих и раковые и здоровые клетки, можно назначить больным тирозинкиназу, действующую только на клетки опухоли. ДНК диагностика помогает выявить носителей мутаций и проводить своевременное профилактическое лечение пораженных индивидов. Например, диспансеризация и своевременное хирургическое лечение носителей гена семейного аденоматозного полипоза могут предотвратить развитие у них рака толстой кишки. Исследования в данном направлении только начались, но, возможно, что со временем они послужат основой для разработки программ популяционного скрининга рака. Для исследования генов мультигенных систем, позволило идентифицировать ген предрасположенности к диабету второго типа. Этот результат свидетельствует о том, что до сих пор существуют не описанные пути регуляции метаболизма и недостаточности наших знаний о биохимических процессах, происходящих в наших организмах, и непонимании механизмов развития мультифакториальных заболеваний. Сравнительная геномика изучает сходства и различия в организации геномов разных организмов с целью выяснения общих закономерностей их строения и функционирования или их продуктов в разных органах и тканях. Сравнения белковых продуктов внутри и между видами организмов помогают получить информацию об их потенциальных функциях. Изучение координации внутри клетки и организма действия пакетов генов путем сравнения геномов разных видов основано на том, что жизненно важные регуляторные функции сохранились у многих видов организмов на протяжении эволюции. Например, информация о регуляции клеточного цикла, была получена путем сравнения с аналогичными процессами у дрожжей. Избирательная инактивация у мышей позволила определить функции многих эффекторов иммунной системы и регуляторов ранних стадий кроветворения. 37 Эволюционная геномика объясняет пути эволюции геномов, происхождение генетического полиморфизма и биоразнообразия, роль горизонтального переноса генов. Эволюционный подход к изучению генома человека позволяет проследить за деятельностью формирования комплекса генов, отдельных хромосом, стабильностью его частей, недавно обнаруженными элементами «непостоянства» генома, процессом разнообразия, эволюцией наследственной патологии. Применительно к геному человека можно сказать, что эволюция человека – это эволюция генома. Такое представление подтверждается многочисленными молекулярно-генетическими исследованиями, постольку стало возможным сопоставление геномов разных видов млекопитающих, в том числе человекообразных обезьян, а также в пределах вида Homo sapiens геномов разных рас, этносов, популяций человека и отдельных индивидов. Организация генома каждого эукариотического вида представляет собой последовательную иерархию элементов: нуклеотидов, кодонов, доменов, генов с межгенными участками, сложных генов, плеч хромосом, хромосом, гаплоидного набора вместе с внехромосомной и внеядерной ДНК. В эволюционном преобразовании генома каждый из этих иерархических уровней мог вести себя совершенно дискретно (изменяясь, комбинируясь с другими и т.д.). Медицинская геномика решает прикладные вопросы клинической и профилактической медицины на основе знания геномов человека и патоген- ных организмов (например, диагностика наследственных болезней, геноте- рапия, причины вирулентности болезнетворных микроорганизмов и т.д.). Несмотря на колоссальные возможности геномных технологий для профилактики, диагностики и лечения заболеваний, не следует пренебрегать традиционными подходами и методами клинической медицины. Стремительное развитие геномики привело к постановке ряда вопросов о целеобразности, экономической эффективности, безопасности и доступности использования ряда ее результатов, а использование геномных технологий породило ряд биоэтических, социальных и правовых проблем. Наши представления о геноме человека – обширная область генетики человека, включающая понятия «инвентаризация» генов, групп сцепления, картирования генов, секвенирования всей ДНК (генов, их мутаций и хромосом в целом), мейотических преобразований, функционирования отдельных генов и их взаимодействий, интегрировании структуры и функции генома в целом. На решении всех этих вопросов была сосредоточена обширная многолетняя международная программа «Геном человека». Геномика патогенных бактерий и вирусов. Геномика микроорганиз- мов имеет прямое отношение к клинической медицине. Закономерности геномной организации патогенных бактерий и вирусов позволяют более точно понять природу инфекционного процесса, определить направление создания вакцин, уточнить патогенные мишени микроорганизмов для создания лекарств. 38 Секвенирование генома бактерий началось в конце 80-х годов XX века, когда уже были созданы методические предпосылки. Первым секвенированным бактериальным геномом был геном Mycoplasma genitalium (1995). За последние годы список полностью секвенированных геномов бактерий увеличился до 20 видов, среди которых представители таких родов патогенных бактерий, как Streptococcus, Staphylococcus, Corynebacterium, Yersinia и др. Как показали геномные исследования, патогенные бактерии весьма разнообразны по комбинаторике генов, определяющих патогенность. У них имеются специфические гены, контролирующие синтез факторов вирулентности (адгезины, инвазины, порины, токсины, гемолизины). Большинство таких генов собрано в кластеры («островки патогенности»). Они могут быть локализованы в хромосоме бактерии или в плазмидах. «Островки патогенности» участвуют в геномных перестройках, что и определяет приспособляемость и широкую внутривидовую вариабельность бактерий. Поскольку геномы бактерий небольшие (от 100 000 до 4 млн пар нуклеотидов), многое удалось уже сделать в области функциональной геномики. И структурные, и функциональные исследования геномов патогенных бактерий показывают их высокую пластичность. Эти представления имеют непосредственное практическое значение, во-первых, для разработки экспресс-методов типирования бактерий и оценки риска бактериальной контаминации; во-вторых, для создания лекарств, нацеленных на специфические мишени, блокирующие работу генов патогенности; в-третьих, для более целенаправленного создания вакцин. Что касается геномики вирусов, то для большинства патогенных для человека вирусов (возбудителей вирусных гепатитов, ВИЧ-инфекции и СПИДа, герпес вирусных инфекций, натуральной оспы, гриппа и др.) уже известна первичная нуклеотидная последовательность полноразмерного генома (структурная геномика). Более того, накоплено много данных по функциональной геномике (роль отдельных фрагментов в формировании вторичной структуры генома, в образовании белков вирионов, в репликации и сборке вирионов). Именно геномные исследования вирусов позволили объяснить их высокую пластичность (способность к рекомбинации, наличие гипервариабельных областей). Многие вирусы формируют длительную персистентную инфекцию, в результате которой происходит селекция новых вариантов вируса с изменѐнной первичной последовательностью, а следовательно, с изменѐнными патогенными и антигенными свойствами. Несмотря на интенсивные поиски участков в геномах вирусов (сайтов), ответственных за патогенные свойства вирусов, они до сих пор не обнаружены, т.е. функциональная геномика вирусов ещѐ не достигла такого уровня, как структурная. Результаты исследований позволяют с большой вероятностью думать о том, что патогенные свойства вирусов являются полифункциональным признаком, детерминируемым многими сайтами генома. 39 Практическое приложение сведений о нуклеотидной последовательности геномов многих патогенных вирусов уже широко реализуется. Генно- инженерным путѐм создаются непатогенные фрагменты геномов вирусов в составе плазмидных векторов. Такие векторы с вирусом способны к экспрессии в высоких концентрациях белков вирусов, которые необходимы для приготовления диагностических и вакцинных препаратов. Развивается технология получения ДНК-вакцин против СПИДа, гепатита С и других вирусных инфекций. Создана эффективная рекомбинантная вакцина против гепатита В. Как и в геномике патогенных бактерий, сведения о функциональных свойствах отдельных участков геномов вирусов служат основой для молекулярного дизайна лекарственных средств, эффективно подавляющих размножение вируса в клетке. Последние 10 лет интенсивного развития геномики и особенно геномики человека обеспечили новый этап в развитии медицины и еѐ переход на молекулярный уровень. Геномика человека является основой молекулярной медицины. Резкое увеличение геномной информации стало стартовой точкой для переосмысления процессов развития человека и его болезней. Развитие патологических процессов прослеживается на молекулярном уровне от первичного продукта гена до исхода заболевания. Полные данные по нуклеотидной последовательности генома ускоряют генетический анализ человека. В связи с этим изменяется фокус направлений в биомедицинских исследованиях. В предыдущие годы основное внимание в изучении наследственности человека было сосредоточено на структурной геномике (секвенировании генома). Теперь фокус исследований направлен на функциональную геномику (межгенные сети, протеомика). С середины 80-х годов XX века обнаружение генов (их идентификация вплоть до нуклеотидной последовательности) осуществлялось главным образом через картирование генов (метод позиционного клонирования). Сведения по геному человека позволяют обнаруживать гены на уровне нуклеотидных последовательностей быстрее и точнее. До последнего времени акцент в изучении наследственной патологии был на моногенных болезнях и на анализе одного гена. Теперь он сдвигается в сторону мультифакториальных болезней, анализа множественных генов и мониторинга предрасположенности. Изучение действия гена (первичных продуктов) всегда считалось «высшим пилотажем» в генетике, но теперь исследования должны больше концентрироваться на механизмах регуляции действия гена. С точки зрения общей патологии достижения геномики изменяют направление от изучения этиологии наследственных болезней (специфические мутации) к их патогенезу (механизмы формирования патологического фенотипа). При обсуждении значимости секвенирования генома человека нередко 40 раздаются необоснованные обещания. В науке не раз бывало так (например, в онкологии), что вполне объективно прогнозируемые результаты разработок не сбывались, потому что проблема (явление, болезнь) оказывалась сложнее, и прямая экстраполяция прогресса не оправдывалась. Знание генома человека, несомненно, приведет к прогрессу во многих (если не во всех) разделах медицины, но маловероятно, что это единственное направление, в котором будет развиваться медицина. Исходя из уже реализуемых в практическом здравоохранении достижений генетики, можно прогнозировать следующие перспективы использования результатов геномных исследований: ● широкое применение генодиагностики наследственных болезней, в том числе пренатальной; ● техническая доступность преимплантационной диагностики в основных медико-генетических центрах; ● генетическое тестирование на болезни с наследственным предрасположением и принятие профилактических мер; ● новые подходы и методы лечения, в том числе генная терапия отдельныхзаболеваний; ● создание новых типов лекарств на основе геномной информации (фармакогеномика). Накопление генетической информации в широком плане будет проверяться медициной, и использоваться здравоохранением для разных контингентов населения. Новорождѐнных детей будут обследовать на наличие болезни, беременных – на наличие патологии плода. Уже есть предпосылки для выявления детей с высоким риском раннего атеросклероза с целью раннего начала лечения, чтобы предупредить изменения в сосудах во взрослом состоянии, Супруги могут получить сведения об их генетическом статусе в отношении наследственной болезни у ребѐнка до планирования деторождения. Население среднего и более старшего возраста может быть обследовано на предмет риска многих болезней, которые могут быть предупреждены (или облегчены) путем диетического или лекарственного подхода. Проверка индивидуальной чувствительности к лекарствам молекулярно-генетическими методами должна стать стандартной процедурой перед лечением. В молекулярной генетике под термином «геном» понимают содержание ДНК в гаплоидном наборе хромосом (1С) или диплоидном наборе (2С). В настоящее время термин «геном» означает полный состав ДНК клетки, т.е. совокупность всех генов и межгенных участков. Можно считать, что геном – полный набор инструкций для формирования и функционирования индивида. Общее количество ДНК в геноме (размер генома) принято измерять в тысячах пар нуклеотидов (т.п.н.), пикограммах (1пк =10-9 мг) и в дальтонах. Общее количество ДНК гаплоидного набора человека составляет 3,2 х 1109 т.п.н. Основное количество ДНК локализовано в хромосомах (95%). Внехромосомная часть генома человека – ДНК митохондрий (95%). 41 Незначительное количество составляют отдельные кольцевые молекулы ДНК в ядре и цитоплазме. У человека они изучены недостаточно. В строгом смысле они являются не составными элементами генома, а его продуктом. Их размер колеблется от 150 до 20 000 пар нуклеотидов. Являются эти молекулы продуктом фрагментации хромосомной ДНК в клетке или образуются за счет других генетических процессов, пока не ясно. Исследованные у млекопитающих большие кольцевые молекулы размером от 150 до 900 000 пар нуклеотидов, локализованные только в ядрах, представляют собой амплифицированные участки онкогенов или генов устойчивости к ядам и ентиметаболитам. Предположительно с ними связывают устойчивость клеток к лекарствам и способномть клеток к неограниченному росту. Их происхождение связывают с делециями соответствующих областей хромосом.

Достарыңызбен бөлісу:


©dereksiz.org 2019
әкімшілігінің қараңыз

    Басты бет