GenetikaTerminai

Genetika- mokslas, kuris tiria paveldimumą ir tinkamumąKariotipas- susistemintas chromosomų rinkinys pagal didį ir formąChromosoma- pagrindinis organoidas, kuris saugo ląstelės informacijąIdeograma- schematinis chromosomų atvaizdavimas atitinkantis jų didį ir formąCentromera- mechaninis chromosomos centras, esantis pirminėje persmaukoje, kuris susidaro 1-osios metafazės metuGenas- DNR fragmentas, lokalizuotas chromosomojeGenotipas- individo genetinės informacijos visumaGenofondas- populiacijoje gyvenančių individų genų visumaGenokopija- panašių požymių atsiradimas, kai turi įtakos genai, kurie yra skirtingose chromosomose, arba chromosomos skirtingose dalyseHeterochromatinas- chromatino dalys, kurios yra kondensuotos būklės ląstelės ciklo metuFenotipas- išoriškai matomų požymių visumaKrossingoveris- apsikeitimas genais 1 mejozės profazės metuProbandas- asmuo, nuo kurio pradėtas tyrimasSipsai- probando giminaičiaiLytinis chromatinas- žmogaus ir žinduolių somatinių ląstelių darinys, sudarytas iš chromatino ir matomas interfaziniuose branduoliuose. Jo randama tik moteriškose ląstelėseHaploidas- pusinis chromosomų skaičiusDiploidas- dvigubas chromosomų skaičiusMonosominis- kai ląstelėje trūksta homologoMozocizmas- reiškinys, kai individo ląstelėse yra keletas ląstelių tipų

Mutacija- DNR struktūros pakitimas, sukeliantis naujų požymių atsiradimą ir perduodamas palikuonimsRecesyvinis genas- tas, kurį nustelbia dominantinis genasDominantinis genas- tas, kuris paprastai pasireiškia gyvo organizmo fenotipeEkspresyvumas- genų pasireiškimo intensyvumasPenetrantiškumas- skvarbumas, pasiraiškumas

XX amžiaus genetikos mokslo kryptys

1900- genetikos mokslo pradžia, aprašyta Dauno liga1822-1884- Mendelio gyvenimo metai1953- DNR molekulės modelis1965- Vilniaus universitete pradėtas genetikos mokslas

Sistemingas faktinis medžiagos kaupimas atvėrė kelią genetikai. Nauji tyrimo metodai padėjo vystytis naujoms žmogaus genetikos kryptims. Žmogaus genetika- biologijos pagrindas.

Fundamentalioji- tiria tinkamumą ir paveldimumą. Gauti moksliniai apibendrinimai vertingi ne tik teorine bet ir praktine puse, todėl žmogaus genetika yra ir taikomoji ir eksperimentinė.Citogenetika- nagrinėja chromosomų strukturą, genetinės medžiagos perdavimo ypatumus ateinančioms kartomsImunogenetika- nagrinėja kraujo grupę, žmogaus limfocito antigeną, Rh...Populiarinė- tiria visumą vienos rūšies individu, turinčią bendrą arealą ir tapatingais būdais prisitaikiusių prie konkrečių ekologinių ir geografinių sąlygųMolekulinė- tiria aminorūgščių, baltymų, angliavandenių struktūrą, cheminę sudėtį, normas ir patologijos variantusEkologinė- tiria organizmo santykius su aplinka, tarpusavio ryšius, remiantis genetikos informacijos pasikeitimaisOnkogenetika- tiria vėžio vystymosi genetiką, kancerogenų molekulinių mechanizmų išaiškinimas, vėžio paveldėjimo galimybėFarmakogenetika- tiria vaistinių preparatų pasiskirsttymą, jų metabolizmą žmogaus organizme

Organizmai

Prokariotai Eurariotai

Branduolio funkcijos: Padvigubina genetinę medžiagą (DNR) Palaiko pastovią jos struktūrą Ląstelei dalijantis tolygiai paskirsto genetinę medžiagą tarp dukterinių ląstelių Atlieka genetinės medžiagos rekombinaciją ir užtikrina normalų genetinės medžiagos funkcionavimą

Žmogaus kariotipe 46 chromosomos

Chromosomų struktūra ir morfologija

A 1-3 B 4-5C 6-x-12 D 13-15 E 16-18F 19-20 G 21-22

Viršutinėje schemos dalyje žimimos pačios didžiausios chromosomos, G grupė- mažiausios. D-F grupėse dažniausiai aptinkama anomalijų.

Kiekviena chromosoma sudaryta iš 2 chromatidžių, kurias tarpusavyje jungia centromera. Centromera chromosomą dalyja į 2 dalis. Virš centromeros esanti chromosomos dalis sudaro trumpuosius pėčius. Jeigu centromera padalija chromosomą į 2 lygias dalis, ji vadinama metacentrine. Jeigu centromera išsidėsčiusi taip, kad trumpieji pėčiai tampa trumpesni už ilguosius, tai centromera vadinama submetacentrine.Jeigu trumpieji pėčiai yra labai maži, tokios chromosomos vadinamos akrocentrinėmis.1 ir3 chromosomos yra metacentrinės2 chromosomų pora- submetacentrinė4,5- submetacentrinės C grupė- visos submetacentrinėsD grupėj- stambiosios akrocentrinėsE grupėj- submetacentrinėsF grupėj- mažosios metacentrinės

G grupėj- mažosios akrocentrinėsY chromosoma yra šiek tiek didesnė už G grupęAkrocentrinės chromosomos yra linkusios susijungti tarpusavyje ir sudaro taip vadinamas Robertsono tipo translokacijas

Robertsono tipo translokacijos gali būti subalansuotos ir nesubalansuotos.Subalansuotos translokacijos metu genetinė medžiaga nedingsta, bet persigrupuoja, todėl žmogus fenotipas yra normalus, tačiau toks individas gali perduoti nesubalansuotam variante savo palikuonims. Tada naujagimis gimsta apsigimęs (Potau sindromas)

Jeigu ląstelė netenka centromeros, ji žūsta.Moteriškas kariotipas

Struktūriniai chromosomų pakitimai

Vyriškas kariotipas

Ląstelių dalijimosi būdai

Mitozė(2 dukt.ląst.) Mejozė(4 dukt.ląst.)

Mitozė- tai toks ląstelės branduolio dalijimosi būdas, kai chromosomų kiekis palieka ląstelėje nepakitęs ir išeina dvi dukterinės ląstelės. Mitotiškai dalijasi somatinės ląstelės (kūno). Ne visos ląstelės dalijasi vienodai. Mitozė dalijama į 4 fazes. Viena iš jų yra profazė, kurioje vyksta laipsniška chromosomų kondensacija ir jos pasidaro stambesnės, matomos šviesiniu mikroskopu. Kiekviena siūlinė chromosoma sudaryta iš dviejų chromatidžių sujungtų centromeromis. Išnyksta branduolėlis, kuris pasklinda po visą ląstelės branduolį. Formuojasi mitozės kompleksas su achromatine verpste. Sutrumpinėja branduolio apvalkalėlis. Metafazė. Chromosomos centromeromis susijungusios su achromatinės verpstės siūlais išsidėsto vienoje plokštumoje ir sudaro metafazinę plokštelę. Jų struktūra ryškiausia. Anafazė Tai trumpiausia mitozės fazė, kai kiekvienos chromosomos seserinės chromatidės atsiskiria per jas jungiančią centromerą. Chromatidės tampa chromosomomis ir juda į priešingus ląstelės polius.Telofazė. Du chromosomų rinkiniai susirenka priešinguose verpstės poliuose. Chromosomos dekondensuojasi, pailgėja ir įgauna pirminę interfazinę struktūrą. Formuojasi branduolių apvalkalėliai. Atsiranda branduolėliai. Įvyksta citokinezė (ląstelės dalijasi). Citoplazma pasidalija į dvi lygias dalis ir taip susidaro 2 naujos dukterinės ląstelės. Lytinės ląstelės dalijasi mejotiškai (redukcinis dalijimasis). Iš graikų kalbos- sumažėjimas. Tai toks ląstelės dalijimosi būdas, kai chromosomų skaičius sumažėja dvigubai ir susidaro 4 dukterinės ląstelės, kurios turi haploidinį chromosomų skaičių (pusinį). Mejozėje vyksta du vienas paskui kitą dalijimasis. DNR replikacija ir chromosomų sudvigubėjimas vyksta tik vieną kartą interfazėje iki prasidedant pirmajai mejozės profazei. Pirmajam ląstelės dalijimuisi būdingos tokios pat fazės kaip ir mitozėje. Išskirtinis bruožas- labai ilga profazė, kurioje galima išskirti penkias stadijas: 1. Leptotena- ilgi chromosomų siūlai kondensuojasi ir tampa matomi

šviesiniu mikroskopu2. Zigotena- vyksta homologinių chromosomų suartėjimas,

konjugacija. Tokios konjugavusios chromosomos vadinamos bivalentais. Kiekvienas bivalentas sudarytas iš 4 chromatidžių.

3. Pachitena- bivalentai toliau trumpėja ir storėja4. Diplotena- chromasomos pradeda atsiskirti viena nuo kitos visu

savo ilgiu. Homologinės chromosomos išlieka susijungusios,

susikryžiavimo vietose (hiazmose). Hiazmų kiekis bivalentuose būna įvairus (2-3).

5. Diakinezė- chromosomos toliau storėja ir trumpėja. Išnyksta tarpinės hiazmos. Homologinės chromosomos kartais lieka susikibusios tik galais. Išnyksta branduolėlis ir branduolėlio apvalkalėlis.

I metafazėBivalentai išsidėsto pusiaujo plokštumoje, taip kad homologinių chromosomų centromeros būna nukreiptos į priešingus polius. Homologines centromeras dar jungia hiazmos, dažniausiai esančios chromosomų galuose.

I anafazė Homologinės chromosomos slenka į priešingus polius. Telofazėje chromosomos koncentruojasi poliuose. Pirmasis dalijimasis prasideda ląstelėje, kurioje chromosomų rinkinys yra 2n ir baigiasi susiformavus chromosomų kompleksams, turintiems po dvi sudvigubėjusių chromosomų. Tarp pirmo ir antro dalijimosi interfazė būna labai trumpa arba jos visai nebūna. Šis interkinezės bruožas yra todėl, kad nevyksta DNR replikacija. Prasideda antrasis ląstelės dalijimasis, kuriam būdinga tai, kad chromosomos jau sudvigubėjusios, o jų kiekis sumažėjęs perpus lyginant su moterine ląstele. II profazė būna labai trumpa. II metafazėje chromosomos išsidėsto pusiaujo plokštumoje. II anafazėje kiekvienos chromosomos dukterinės chromatidės atsiskiria per jas jungiančią centromerą. Chromatidės tampa chromosomomis ir slenka į priešingus polius. Telofazėje baigia susiformuoti branduolio apvalkalėlis. Susidaro keturios dukterinės ląstelės su haploidiniu rinkiniu.Apvaisinimo metu susiliejus dviem haploidinėms ląstelėms chromosomų skaičius tampa diploidinis. Susidaro zigotė, iš kurios formuojasi naujas organizmas. Mejozė lytiškai besidauginantiems organizmams užtikrina nepakitusio chromosomų kiekio perdavimą ateinančioms kartoms ir naujų požymių perdavimą.

Autosominės ligos

Chromosomine liga sergančio simptomai būna labai įvairūs. Skirtingų chromosomų pakitimai gali sukelti kai kurias vienodas fenotipines anomalijas. Tam tikroms chromosominėms anomalijoms būdinga labiau geno disbalanso įtaka. Dažniau pažeidžia tam tikrus organus.Autosomose lokalizuojasi genai, kurie lemia specifinius organizmo požymius. Net labai maža netektis chromosomos dalies, kuri sunkiai pastebima šviesiniu mikroskopu gali sukelti sunkius defektus, dažnai nesuderinamus su individo gyvybingumu.Autosomų monosomijos yra embrioletalės (kai žūsta embrionas). Tos anomalijos labai retos, net tarp abortavusių embrionų. Naujagimiams pasitaiko 13,18,21 labai retai 7,8,9,16,22 chromosomų trisomijos. Chromosomų aberacijos yra dalinės chromosomų monosomijos arba trisomijų priežastis. Dalis šių atvejų (15%) būna paveldytos iš tėvų. Kitos atsiranda „denovo“. Teoriškai chromosominių ligų yra labai daug. Pirmiausia gali būti kiekvienos iš 23 chromosomų porų monosomijos arba trisomijos, bei įvairūs aneoploidijų dėriniai toje pačioje ląstelėje. Kiekviena chromosoma gali netekti bet kokio ilgio ir bet kokios lokalizacijos segmento ir prisijungti tokius pat chromosominius fragmentus. Įvairiais atvejais gali derintis įvairūs duplikacijos ir delecijos. Tačiau praktikoje chromosomų ligų kiekis yra ribotas.

Požymiai sukibę su lytimi

Jei recesyvus genas lokalizuojasi X chromosomoje ir neturi alelio kitoje chromosomoje tai jis pasireiškia fenotipiškai. Sisijusiomis su lytimi ligomis serga tik vienos lyties asmenys. Jei recesyvus hemofilijos genas yra Xh chromosomoje moteris nesirgs hemofilija. Pusė jų sūnų sirgs hemofilija, nes paveldės iš motinos Xh chromosomą o iš tėvo Y, kuriame šio lokuso nėra. Tai yra hemizigotiniai pagal geną Xh. Hemofilikų dukterys paveldės iš tėvo Xh chromosomą su recesyviu genu ir taps heterozigotinėmis geno nešėjomis. O sūnūs bus sveiki nes iš tėvo gaus tik Y chromosomą, iš motinos XH antihemofilinį geną.

Katės kniaukmo sindromas(Leženo, Cri du Chat sindromas)

46, xx (xy)1 iš 100000 dažnumasSerga 2,5 kartų dažniau berniukai negu mergaitės. Naujagimiai gimsta laiku, susilpnėjusi psichomotorinė veikla. Sedėti pradeda tik antrais, vaikščioti 4-5 metais. Vaikai taria tik pavienius atskirus žodžius, tačiau sukurti sakinio nepajėgia. Iš įgimtų anomalijų mikrocefalija (maža galva), platus apvalus kaip mėnulis veidas, migdolinės akys, antimongoloidinis akių plyšys, galimas žvairumas, tarpuakis išsikišęs, akies nugarėlė plokščia. Neišsivystęs apatinis žandikaulis, pasitaiko raumenų ir griaučių anomalijų. Labai svarbus ryksmas, balsas silpnas, spiegiškas, monotoniškas, maža burna trukdo mitybai. Jų imuninė sistema silpna.

Patau sindromas47 xx (xy) + 13 46 xx (xy), t D/DPirmą kartą šį sindromą aprašė 1960 metais Patau. Pagrindiniai klinikiniai požymiai:Mikrocefalija, siauri horizontalūs akių plyšiai. Pas tokius naujagimius visada sutinkama anomalijų. Plati plokščia nosis, galas bukas ir įtrauktas. Kaklas trumpas su odos pertekliumi nugaros pusėj. Vilko gomuris, kiškio lūpa- būdingi požymiai. Apie 80% atvejų- išsivystęs kurtumas, ausų kaušeliai deformuoti, ausys išaugusios žemai, smilkiniai įdubę, kakta nuodužni, polidaktelija (pirštų skaičius didesnis). Įgimtos širdies ydos, inkstų šlapimtakių anomalijos 80-100%. Moteriški lytiniai organai pilnai arba iš dalies sudvigubėja. Stebimos kaulų ir raumenų sistemos patologijos. Daugelis šių naujagimių miršta pirmomis savaitėmis arba pirmais gyvenimo mėnesiais. Psichomotorinis atsilikimas 100% atvejų. Būtina atlikti kariologinius tyrimus (ar nėra translokacijos atvejis).Iš 5000- 1 naujagimis su Patau sindromu.

Edvardso sindromas

47, xx (xy) +18 (trisomija)

1 iš 7000-10000 dažnumasBūdingas pernešiojimas. Daugelis iš tokių naujagimių gali gimti su asfiksija (pridusę). Gimsta labai maži (2 kg 200gr). Blikščioji arba mėlynoji asfiksija. Iš mėlynosios nesudėtinga išvesti. Ryški hipotrofija (neišsivysčiusi poodinė narveliena- raukšlėta oda). Klaipėdoje iš 5000- 2 naujagimiai.Pakaušio kryptimi paolgėjusi ir praplatėjusi kaukolė (dolichocefalija)., siauri ir trumpi akių plyšiai, maža burna, žemai pritvirtintos ausys, kaklas trumpas, krūtinės ląsta platil galūnės deformuotos, dubuo siauras, aprašyti klubo sąnario išnerimai. Būdingos fleksinės pirštų anomalijos, beveik visiems. Antras, penktas pirštas sulenkti į kumštį ir įvairiai susikryžiavę. Būdingas išorinių lytinių organų neišsivystymas. Oligofrenija (protinis atsilikimas). Išgyvena neilgai. Daugelis vaikų miršta pirmais gyvenimo mėnesiais. Mergaitės serga beveik 3 kartus dažniau negu berniukai.

Dauno sindromas

47 xx (xy) +21Galimas translokacijos arba mozocizmo variantas. Pirmuosius klinikinius požymius aprašė 1900 metais Daunas, be kariologinių tyrimų. Jis dar vadinamas „mongoloidine ideotija“. 100% protiškai atsilikę. Nėštumas, kuris baigiasi dauno gimimu, dažnai lydimas toksikozės, gali gresti persileidimas. Gimsta mažu svoriu, tačiau ne visada. Galvutę laiko maždaug 4-5 mėnesių. Pirmuosius žodžius taria 1,5-2 metų. Pirmas frazes pasako 4-5 metų. Šiam sindromui būdinga fenotipinė išraiška. Ligonis būna susikuprinęs, galva maža, pakaušis plokščias, veidas apvalus mėnulio formos, akių plyšiai įstrižę. Būdingas hipertelorizmas (akys toliau nutolusios viena nuo kitos). Dėl akies obuolio hipotomijos galimas žvairumas, deformuotos ausys, nosis plati ir plokščia, neišsivystęs viršutinis žandikaulis. Didelis liežuvis dažnai netelpa burnoje. Būdingas žemas ir grūbus balso tembras. Netaisyklingas dantų augimas, oda sausa, veidai rausvi, dažnai stebimi neišsivystę išoriniai lytiniai organai. Dažnos įgimtos širdies ydos. Dauno ligai būdinga skersinė delno raukšlė. Būdingi emociniai ir asmenybės išsivystimo požymiai, nors juose stebimi grūbus intelektualiniai defektai. Vaikai meilūs, geraširdiški, lengvai prisiriša

prie žmogaus, nelinkę į nusikaltimus. Lengvai įsisavina gyvenimo privalumus, prisitaiko šeimoje ir visuomenėje.1 iš 600-700 dažnumas. Mergaitės ir berniukai serga vienodai.

Lytinių chromosomų aneuploidijos (anomalijos)

Lyčių fenotipinius skirtumus lemia žmogaus vidinių ir išorinių lytinių organų sandara bei atitinkami antriniai lytiniai požymiai. Didelė gonosominių (lytinių chromosomų anomalijos) ligonių dalis yra endokrinologinių, ginekologinių, seksopatologinių skyrių pacientai. Literatūroje vienas iš pagrindinių sindromų- protinis atsilikimas. Kuo daugiau X chromosomų skaičius ląsteliuose, tuo didesnis protinis atsilikimas. Gonosominiams sindromams būdingus simptomus gali sukelti ne tik aneuploidijos bet ir gonosomų struktūriniai pokyčiai. Lytinių chromosomų simptomai būna labai įvairūs.

Gonadų disgenezės sindromas(Šereševskio, Ternerio sindromas)

45, xoTai gryna gonadų agenezija (nėra vidinių lytinių organų) arba disgenezija, kai jie šiek tiek išsivystę. Tokios mergaitės yra žemo ūgio ~1,4m. su tipiška odos raukšle ant kaklo. Gali būti vienkartinės menstruacijos arba išvis nebūna. Iš veido atrodo vyresnės negu yra iš tikrųjų. Vėliau pradeda formuotis kaulinis audinys, ilgiau nebūna suaugę kaklo ir juosmens slanksteliai, plokščia ir įdubusi krūtinė, vyriškos proporcijos, kaklas trumpas, odoje daug pigmentinių dėmių. Lytinio infantelizmo (neišsivystę) požymiai pradeda formuotis tik brendimo laikotarpyje. Neauga krūtys, gimda hipoplastiška arba aplastiška. Tokioms ligonėms dažnai pasitaiko širdies ydos, gali sudvigubėti šlapimtakiai. 1 iš 3000 dažnumas

Klainfelterio sindromas(Priedinė X chromosoma vyrams)

47 xxy49 xxxxy

1 iš 500-1000. Fenotipiniai požymiai išryškėja tik brendimo laikotarpyje. Būdingos eunuchoidinės kūno proporcijos, intersticinių ir leidigo ląstelių hiperplazija, sieklinių kanalėlių hializacija. 100% azospermija, nėra spermatozoidų, neturės palikuonių. Kuo didesnis X chromosomų skaičius, tuo didesnis protinis atsilikimas, lėtai auga barzda.

Priedinė Y chromosoma berniukams

1 iš 1000-5000 dažnumas47 xyy48 xyyyBūdingos akromegališkos (didelės) galūnės, aukštaūgiai, linkę į nusikaltimus, gali turėti palikuonių. Jų palikuonys dažniau serga Dauno liga. Neturėtų dalyvauti Olimpinėse žaidynėse.

XY moteris

Kariotipas 46 xy, fenotipas moteriškas. Psichoseksualinė orientacija moteriška. XY mergaičių lytinė sistema primena šereševskio sindromą, gonados disgenezė. Gali būti neišsivystę išoriniai lytiniai organai.

Vyrai su XX

Pagal išvaizdą nesiskiria nuo normalių vyrų. Labai retai pasitaiko skeleto anomalijų. Kojų ir liemens santykis normalus. Plaukotumas nedidelis. Neturės palikuonių. Gali būti išreikšta ginekomastija (kai auga krūtys). Psichoseksualinė orientacija vyriška.

Tikrasis ir pseudohermofroditizmas

46 xx/ 46 xyIr vyriški ir moteriški lytiniai organai. Pseudohermofroditizmas, kai tik vienas kariotipas- arba vyriškas arba moteriškas.

Apsigimimai

Genetinė konsultacijaTai informacijos apie ligas ar požymio paveldimo perdavimus perduodamas asmeniui. Genetinis patarimas šeimai. Yra 5 konsultavimo pakuopos:1. Šeimos genealogijos sudarymas2. Probando ir jo giminių ištyrimas3. Ligos diagnozės nustatymas4. Genetinės prognozės šeimai pateikimas5. Tolimesnis šeimos stebėjimas

Genetinė konsultacija teikiama: Šeimoms, kuriose gimsta vaikai sergantys paveldima liga ar turintys

įgimta paveldėtą defektą Asmenims, kurių giminėje buvo sergančių paveldimomis ligomis Asmenims, kurie patys serga paveldima liga ar turi defektą ir nori

sužinoti tikimybę ar paveldės vaikai tuos defektus. Pirminio nevaisingumo atveju Pirminė amenoreja su neišsivysčiusiais antriniais lytiniais požymiais Eilės savaiminių persileidimų, negyvagimiai, atmetus ginekologinę

patologiją Kenksmingos darbo sąlygos (dažytojas, vibracija- vairuotoja,

ultragarsas, terminiai faktoriai) Didelės vaistų dozės pirmąjį nėštumo mėnesį Kai yra rezus konfliktai

Prenatalinė diagnostika

Šalia paveldimų ligų veikiantys išorinių aplinkos faktorių gali išsivystyti ryškūs fenotipiniai požymiai, tačiau jie yra nepaveldimi. Tai modifikacinis kintamumas

Choreonobiopsija

Alfa-fetoproteino ir chorioninio gonodotropino kiekio nustatymas nėščios moters kraujo venoje. Jei padidėję duomenys, gali gimti vaikas su sunkiais

nervinio vazdelio defektais (spina brifida- atviras nervinis kanalas, anancefalija- be kaukolinės dėžės).

Transabdominalinė amniocentezė

Vaisiaus vandenų paėmimas per pilvo sieną 14-16 savaičių. Ultragarso pagalba nustatoma placentos lokalizacija. Skystyje yra nuo vaisiaus nusilupusių epitelinių ląstelių

Echoskopija

Ultragarso pagalba nustatoma vaisiaus fenotipinė išraiška, ar nėra apsigimimų

Pagrindinės ligos, kurių prenotalinei diagnostikai yra taikomas DNR tyrimas: 1. Suaugusių asmenų inkstų polieistozė2. Įgimta antinkščių hiperplazija3. Hemofilija A,B4. Fenilketonurija 1 iš 10000-150005. Šeimininė hiperholesterolemija6. Įvairūs raumenų distrofijos

Vaisiaus elektrokardiografija

Vaisiaus širdies tono stebimas

Rentgenologinis tyrimas

Šiais laikais netaikomas

Mutacijos

Mutacijų atsiradimas

Dažnai tarp augalų ir gyvūnų netikėtai atsiranda individų, kurie vienokiu ar kitokiu požymiu ryškiai skiriasi nuo kitų tos pačios rūšies individų. Nevisada tokie pakitimai būna mutacijos. Mutacijos būna tik tada kai

atsiradęs pakitimas yra paveldimas ir perduodamas ateinančioms kartoms. Tas pats faktorius gali būti teratogenas arba mutagenas. Jei tas faktorius pakenkia DNR struktūrą tai jis tampa mutogenu. Jeigu struktūra nepakenkta tai tas faktorius vadinamas teratogenu. Teratogeninių faktorių iššaukti fenotipiniai požymiai vadinami morfozėmis. Tokie pakitimai atsiranda staiga, šuoliškai. Mutacijos yra griežtai apriboti pakitimai, tuo jie skiriasi nuo modifikacijų. Mutacijų kryptis yra įvairi. Jos gali būti naudingos ir žalingos. Naujos mutacijų formos yra pastovios, konstantinės. Pakitęs organizmas vadinamas mutantu. Mutacijos gali būti grįžtamos ir negrįžtamos. Sekmė aptikti mutaciją priklauso nuo ištirtų individų skaičiaus.

Mutacijų klasifikacija

Mutacijos reikšminė esmė gludi geno struktūros pasikeitime. Šis pokytis vyksta dėl DNR replikacijos ir jis pereina iš vienos ląstelių kartos į kitą. Genų struktūros pokyčiai gali atsirasti lytinėse arba somatinėse kūno ląstelėse. Lytinių ląstelių arba tų iš kurių vystosi lytinės ląstelės mutacijos vadinamos generativinėmis. Kūno ląstelių mutacijos vadinamos somatinėmis. Generativinės mutacijos gali būti perduodamos ateinančioms palikuonių kartoms. Somatinių ląstelių mutacijos išnyksta kartu su duotojo individo mirtimi. Mutacijų pakenktos lytinės ląstelės dažnai pasižymi skirtinga medžiagų apykaita, todėl jas galima stebėti. Individai su naujais požymiais atsiradusiais mutacijos eigoje vadinami mutantais.

Yra šios mutacijų rūšys:

Genų arba taškinės mutacijos- pro mikroskopą nematomi genų struktūros pokyčiai

Chromosominės mutacijos- tai atskirų chromosomų vidiniai ir tarpchromosominiai persitvarkimai

a) Chromosomos dalies atitrūkimas ir jos prisijungimas prie kitos chromosomos vadinamas translokacija

b) Genų išsidėstimo nuoseklumo chromosomoje pasikeitimus apsisukus genų grupei 1800 kampu vadiname inversija

c) Chromosomos dalies atitrūkimas vadinamas delecijad) Dalies sudvigubėjimas- duplikacijae) Genų persitvarkimas chromosomoje vadinamas insercija

Diploidinių chromosomų skaičiaus sumažėjimas pilnu haploidiniu chromosomų skaičiumi vadinamas haploidija, o padidėjimas vienu ar keliais haploidiniais skaičiais vadinamas poliploidija. O diploidinių chromosomų skaičiaus padidėjimas ar sumažėjimas viena ar keliom chromosomomis vadinamas aneuploidija. Tiesioginės mutacijos dažnai būna recesyvinės. Mutacija, kurios eigoje naujos kartos individas žuva embriono ar brendimo laikotarpiu vadinama letalinė mutacija. Kai kurių augalų bei gyvūnų savaime gamtinėse sąlygose vykstančiose mutacijų dažnumą galima apskaičiuoti. Viena mutacija atitinka 500000 gametų.

Mutogeniniai faktoriai

Mutacijų atsiradimas yra mutogenezė. Pagal tai, kaip jos vyksta (ar žmogus sąmoningai sukelia ar natūrali mutacija) mutacijos skirstomos į indikuotas ir gamtines. Tuo pačiu principu skirstomi ir mutantai. Indikuotus- dirbtinius, ir gamtinius- spontaninius. Indikuotos ir gamtinės mutacijos paprastai atsiranda dėl tų pačių priežasčių. Mutantai skirstomi į fizinius, cheminius (supermutogenai), ir biologinius (gamtiniai). Stipriausias fizinis mutagenas yra ionizuojantys spinduliai, silpniau veikia vibracija, terminiai faktoriai, ultragarsas.Norint sukelti mutacijas organizmai įvairiais būdais veikiami mutagenais. Ląstelių audiniai, sėklos, kurį laiką inkubuojami mutageno tirpaluose. Cheminiai mutagenai, ypač radioaktyvūs elementai gali būti injekuojami į organizmo vidų. Reikia vengti cheminių matagenų ilgos ekspozicijos. Nes per ilgesnį laiką, ypač vandeniniuose tirpaluose vykstant hidrolizei dažnai

susidaro labaii toksiški, tačiau menko mutageninio poveikio produktai. Paveiktų mutagenais organizmų kartas sutarta žymėti M1,2,3,4... , kur 1,2,3,4- kartos. Nustatyta, kad dominuojantys genai pasireiškia M kartoje, o recesyvūs M2,3,4… kartose. Mutageninius faktorius tirinėjo Nadsonas ir Filipovas. Jie nustatė, kad radioaktyvūs radžio elementai pakenkė mieles. Ionizuojantys spinduliai sukelia paveldimus ir nepaveldimus pakitimus. Nepaveldimi pakitimai vadinami radiomorfozėmis. Ionizuojantys spinduliai gali sukelti spindulinę ligą. Šių spindulių veikimo parametras yra letalumas (mirtis). Letali dozė (LD) labai įvairi skirtingiems organizmams. Būdinga tai, kad paprastesnės organizacijos organizmai ionizuojantiems spinduliams daug atsparesni negu sudėtingos organizacijos. Jautriausi yra žinduoliai. Įvairių grupių viduje organizmai išsiskiria ypatingu radiojautrumu arba radiorezistentiškumu. Mažos ionizuojančių spindulių dozės veikia stimuliuojančiai. Šis efektas vadinamas radiostimuliacija.Ionizuojančių spindulių poveikis paveldimiems organizmams pasireiškia ne tik mutacijose. Dėl jų iš esmės gali padidėti genetinės rekombinacijos. Ionizuojantys spinduliai gali sukelti krossingoverį. Ionizuojančių spindulių poveikis susijęs su chromosomų jautrumu šiems spinduliams. Jie gali sukelti chromosomų trūkius ir chromosomos gali sulipti, kad visiškai neįmanoma jų suskaičiuoti.

Genotoksinai- tai veiksniai, kurie saveikauja su genetinėmis struktūromis, sukeldami jų pokyčius. Genotoksinams priklauso ir tie veiksniai, kurie sukelia modifikacijas. Jie yra nepaveldimi ir vadinami morfozėmis. Genotoksinis poveikis viešai pripazįstamas tų veiksnių, kurie bent padvigubina mutacijų dažnumą, lyginant su gamtinių mutacijų lygiu. Dvigubinanti dozė yra pagrįsta statistiniais dėsniais. Aplinkoje veikai ne vienas veiksnis, o veiksnių kompleksas. Tarp jų vyksta įvairios sąveikos dėl kurių susidaro nauji mutageniški produktai arba gali susidaryti veiksniai neutralizuojantys kitų veiksnių mutageniškumą. Dviejų veiksnių sąveika gali būti 4 tipų:1. Adityvi2. Sinerginė3. Komutageninė4. Antimutageninė

Adityvi sąveika yra tada, kai bendras dviejų mutagenų poveikis lygus atskirai paimtų veiksnių mutageninių poveikių sumai

Sinerginė sąveika vyksta tada, kai dviejų mutagenų bendras poveikis didesnis už tų mutageninių išbandytų atskirų poveikių sumai (alkoholis kartu su EDTA sustiprina poveikį 10 kartų)

Sensibilizuojanti sąveika yra tada, kai nuo kokio nors aplinkinio veiksmo organizmas pasidaro jautrus kokiam nors mutagenui. Jei tas organizmas paveiktas mutageno, tai tada tas mutagenas veikia stipriau.

Komutageninė sąveika vyksta tada, kai du atskirai paimti veiksniai yra nemutageniški, o kartu- mutagenai

Antimutageninės sąveikos atveju šie veiksniai panaikina mutagenų veikimą. (glutatijonas veikia kaip antimutagenas)

Senėjančios lytinės ląstelės gali sukelti mutacijų.

Imunogenetika

Imunogenetika išsivystė imunologijos ir genetikos mokslų sandūryje. Ji tirinėja imuninio atsako pagrindus. Mokslininkas, kuris analizavo imunogenetikos pagrindus yra Landšteineris.

Imlumą, natūralų atsparumą ir dirbtinį imunitetą sąlygoja genetiniai mechanizmai. Visi genai dalyvauja imuniteto daliniuose, yra skirstomi į 3 grupes:

1. Genai, koduojantys antigenų sintezę2. Genai, koduojantys antikūnų sintezę3. Genai, kontroliuojantys imuninį atsaką

Antigenas- tai svetima baltyminė medžiaga, kuri patekusi į organizmą sukelia imunines reakcijas.

Antikūnai- tai baltymai, kuriuos sintetina organizmas, reagodamas į antigeną. Tai organizmo apsauginė priemonė. Atrasti gyvūnų bei žmonių imuninio atsako genai ir genetinė sistema, kontroliuojanti audinių suderinamumo genus. Kiekvieno organizmo gebėjimas stipriau ar silpniau reaguoti į tam tikrą antigeną priklauso nuo imuninio atsako geno. Jei

organizme nėra šių genų arba jų poveikis yra silpnas, tai makroorganizmas nesugeba atsakyti pakankama imunine reakcija į antigeno poveikį. Pagrindiniai audinių suderinamumo genai lokalizuoti 6 chromosomoje ir vadinasi HLA. Leukocitų antigenų tyrimas- HLA sistema yra svarbūs parenkant donorus recipientui transplantacijos atveju. Antigenų suderinamumas garantuoja sekmingą audinių bei organų persodinimą. Šie tyrimai naudojami antropologijos srytyje, tėvystės nustatymo klausimu, alotransplantanto atpazįnimo srytyje (vėžio atpažįnimas), padeda spręsti genetikos ir medecinos problemas, kurios susijusios su antigenine struktūra. Antigeninę struktūrą pirmą kartą aprašė Žoržas Dosjė.

Struktūriniu ir funkciniu požymiu antigenai skirstomi į dvi klases:1. Klausimai HLA antigenai, kurias sudaro viena sunkioji ir viena

lengvoji polipeptidinė grandinė2. Antros klasės antigenai asocijuojasi su pirmos klasės antigenais.

Pagal cheminę sandarą jie yra membraniniai glikoproteinai, susiję su ląstelės plazmine membrana

Eritrocitariniai antigenai

HLA ir eritrocitarinė sistemą 1900 metais išaiškino Landšteineris.Nustatyta, kad genetinis lokusas yra 9 chromosomoje. Skirtumus tarp visų keturių kraujo grupių apsprendžia 3 aleliai (A,B,0), kurių deriniai sudaro 6 genotipus, kur du iš jų neturi fenotipo. Pastebėta, kad kraujo perpilimai ne visada baigiasi sėkmingai dėl agliutinacijos, kuri vyksta tarp antigenų esančių raudonosiuose kraujo kūneliuose eritrocitų ir antikūnių esančių kraujo plazmoje.

I(0) I0I0

II(A) I0IA; IAIA

III(B) I0IB; IBIB

IV(AB) IAIB

Citogenetiniai tyrimo metodai

Citogenetiniams tyrimo metodams priskiriamas kariotipo sudarymas ir lytinio chromatino tyrimas.

Lytinio chromatino tyrimas

1949 metais mokslininkai Baras ir Bertranas tirdami katės nervinių ląstelių branduolius, o vėliau ir įvairių gyvūnų audinius pastebėjo, kad lytis genetiškai skiriasi. Patelių branduoliuose aptinkami piknotiški, rombo, ovalo arba trikampio formos dariniai išsidėstę pagal ląstelės branduolio membraną, kurie vadinami lytiniu chromatinu arba Baro kūneliais.1959 metais japonų mokslininkas S.Ocho su bendradarbiais įrodė, kad lytinis chromatinas yra viena įnaktinota X chromosoma, kuri susisukusi į spiralę, nefunkcionuojanti ir atrodo kaip lytinis chromatinas tuo momentu, kita maksimaliai despiralizuota ir atrodo kaip autosomos ir funkcionuoja ląstelėje. Lytinio chromatino kūnelių skaičius apskaičiuojamas pagal formulę n-1, kur n- normalus X chromosomų skaičius individo ląstelėse. Šiuo tyrimu galima nustatyti ar ligoniui yra chromosominės kilmės lytinės sistemos sutrikimas ar pirminė endokrininė patologija. Lytinį chromatiną patogiausia tirti burnos gleivinės epitelio nuograndose arba daugiabranduoliuose leukocituose. Moteriškos lyties individo epitelinėse ląstelėse aptinkama nuo 15-55% baro kūnelių. Analizuojant vyro ląsteles, galima aptikti nuo 0-5% baro kūnelių. Taip yra dėl to, kad ir vyro ir moterų embriogenezės periodu jie vystosi vienodai. Nevienodai tik X chromosomų aneuploidijos atveju. Jeigu chromosomas dažyti fluerisuojančiais akredino dažais, tai švyti Y chromosoma. Kiek švyti kūnelių, tiek yra Y chromosomų.

Dvynių tyrimo metodas

Skirtingi įvairių organizmų požymiai gali būti paveldėti arba atsiradę veikiant išorinei aplinkai. Paveldėjimo ir aplinkos sąveiką lengva tyrinėti su augalais ir gyvūnais. Tirti žmogų galima tik gamtos teikiamu

„eksperimentu“- dvyniais. Dvyniai gali būti monozigotiniai (MD) ir dizigotiniai (DD). MD išsivysto iš vieno apvaisinto kiaušinėlio genetinei medžiagai pasidalijant į dvi dalis, tokie dvyniai yra identiški, tačiau ir juose galima rasti požymių, kurie skiria juos vieną nuo kito. DD išsivysto iš dviejų skirtingų kiaušinėlių ir yra panašūs kaip brolis ir sesuo gimę skirtingu metų laiku. Dvyniai gali būti konkordantiški arba diskonkordantiški pagal tyrimo požymį. Jei abu dvyniai turi šį tyrimo požymį jie yra konkordantiški, jei turi tik vienas tai jie diskonkordandiški. Paprastai tiek MD tiek DD auga kartu, todėl juose pastebėtus skirtumus galima vertinti kaip paveldėjimą. Dvynių metodu nusakome požymio ir aplinkos sąveiką. Negalima nusakyti dvynių metodu kokios konkrečios aplinkos sąlygos sąlygojo fenotipinius skirtumus, koks genas apsprendžia fenotipinius požymius recesyvinis ar dominantinis, kiek genų apsprendė šį požymį (vienas ar daugiau). Dvynių metodu buvo tirtas įvairių ligų paveldimumas. Pirmiausia buvo išsiaiškinta kas iš sergančiųjų turi brolį ar seserį dvynį. Po to nustatytas jų zigotiškumas ir apskaičiuotas jo konkordantiškumas. Buvo tirta šizofrenija, maniakinė depresija mono- ir dizigotinių dvynių grupėje.paaiškėjo, kad jei vienas MD susirgo šizofrenija, tai tikimybė, kad kitas susirgs yra 90%. Jeigu susirgo DD šizofrenija, tai tikimybė,kad kitas sirgs 50%.

Rh

1940 metais mokslininkai Landšteineris ir Vineris imunizavę jūros kiaulytę ir triušius makakos Rh eritrocitais nustatė antikūnus, kurie agliutinavo maždaug 85% žmogaus eritrocitų. Šis faktorius buvo pavadintas Rh faktoriumi. Šiai dienai žinoma, kad yra 52 Rh, tačiau imuniškiausi yra D, E, e, C, c. Todėl šiai dienai perpilant kraują analizuoja ar yra tie faktoriai ar ne.Rh(+)DRh(-)nėra

Rh(+) apsprendžia dominuojantis genas, o Rh(-)- resecyvus genas. Dominuojantis genas pasireiškia homozigotinėje ir heterozigotinėje būsenose. Recesyvus tik homozigotinėje būklėje.

Pagal svarbą Rh užima antrąją vietą po Abnulinės sistemos (kraujo grupės). Šios sistemos nėra giminingos.

Organizmo gebėjimas reaguoti į įvairius antigenus genetiškai užkoduotas. Imuninis atsakas priklauso nuo individualių genetinių ypatybių. Atsparumas ligai glaudžiai susijęs su pagrindinio audinių suderinamumo komplekso MHC ir D regiono. Manoma, kad šiame regione yra imuninio atsako genų, nuo kurių priklauso atsako stiprumas tam tikram antigenui.

Stuburiniai gyvūnai turi specialias ląsteles, kuriomis ryja ir suskaido bakterijas, pirmuonis, ląsteles ir jų liekanas. Tai leukocitai ir makrofagai. Humoralinis atsparumas gali būti bendras ir specifinis. Kraujo serume ir kitose skysčiuose yra specifinių ypatingų baltymų- antikūnių. Stuburiniai gyvūnai turi specialią sistemą, kuri yra iššaukta ir indukuojama, kuri atpažįsta ir pašalina svetimus patogenus. Tai imuninis atsakas. Imuninį atsaką lemia T ir B-limfocitai ir makrofagai. Ši sistema ne tik prieš infekciją bet ir prieš vėžines ląsteles, skaidanti nenormalių ląstelių vystymąsi. Žmonės, kurie turi sutrikusią imuninę sistemą lengvai pažeidžiami, B-limfocitai gamina antikūnius, tai yra dvi imunoglobino versijas

1. humoralinę, kur yra laisva organizmo skysčiuose2. ląstelinę- transmembraninę, tai yra specifiniai baltymai ląstelės

paviršiuje.

B-limfocitai gaminasi kaulų čiulpuose, o T-limfocitai gaminami čiabrialiaukyje.T-limfocitai gamina paviršinį transmembraninį baltymą T-receptorių. T- limfocitai sudaro specializuotas subpopuliacijas:TK – T-kileriai- žudo atipines ląsteles, ląstelių liekanasTH- padejėjai- padeda kitoms ląstelėms defirincijuotis ir dalytisTS- supresoriai- manoma, kad šios ląstelės dalyvauja imuninio atsako valdyme.

Genų sąveika

Alelinių genų sąveika

Diploidinio organizmo branduolyje yra du haploidiniai chromosomų rinkiniai, todėl eukariotams būdingas heterogetiškumas ir alelinių genų sąveika. Tipišku atveju branduolio genome homologinėse chromosomose vienu metu gali būti tik du aleliai. Tapatūs homozigotūs ir skirtingi heterozigotūs. Dėl kartotinių genų ir įvairių genų pokyčių- chromosominių mutacijų, netolygaus krossingoverio, dėl kurio atsiranda duplikacijos, genų aplifikacijos (padvigubėjimas) tas pats genas ir jo aleliai gali būti pakartoti daug kartų arba vienu metu genome gali būti daug to paties geno alelinių variantų. Atrastos naujos alelinių genų sąveikos apraiškos, kurios netelpa į mendelizmo rėmus:

1. Genomo imprintingas (kai alelio veikla priklauso nuo to, iš ko paveldėtas alelis, iš tėvo arba motinos pusės). Nagrinėjant šį reiškinį skiriami dviejų tipų aleliai- bialeliai ir monoaleliai.

2. Transvekcija, kai vienos alelės keičia kitoje homologinėje chromosomoje esančio alelio veiklą. Tai vyksta tada, kai chromosomos yra konjugavusios.

3. Netipiškas mikrosetelitų paveldėjimas. Klasikiniu atveju skiriami 4 alelinių genų sąveikų tipai:

Visiškas dominavimas Nevisiškas dominavimas Kodominavimas Superdominavimas

Visiškas dominavimas yra tada. Kai heterozigotų fenotipas nesiskiria nuo homozigotų su dominuojančiais genais fenotipo.

Nevisiško dominavimo atveju heterozigotiniai individai yra tarpinio tipo. Su dominuojančiais ir recesyviniais genais.

Kodominavimas- tai atvejis, kai sąveikos tarp dominuojančių genų praktiškai nebūna. Heterozigotinis individas turi abejų kodominuojančių genų veiklos produktų (4 kraujo grupė AB). Vienas iš didžiausių alelinių genų sąveikos tipų.

Superdominavimas- sąveika tarp alelinių genų panaši į nevisišką dominavimą tuo, kad heterozigotiniai organizmai skyriasi nuo

homozigotinių tik yra netarpiniai, o požymių išsivystymu pralenkia abu tėvus.

Nealelinių genų sąveika

Atrasta Veitsono viena iš sudėtingiausių genetikos problemų. Pažymėtina, kad alelinių ir nealelinių genų sąveika yra panaši. Nes juos lemiantys mechanizmai yra tapatūs. Skiriami 2 pagrindiniai nealelinių genų sąveikos tipai:

1. Modifikacinis- reguliacinis2. Sumavimosi

Genai modifikatoriai keičia tokias genų savybes: Veiklą sustiprina arba susilpnina Keičia penetrantiškumą ir ekspresyvumą Gali pakeisti alelinių genų sąveikos pobūdį ir mutavimo dažnį

Genai modifikatoriai svarbūs praktiniu atžvilgiu. Jie gali susilpninti nepageidaujamos savybes ir sustiprinti pageidaujamas.

Sąveika, kai vienos poros genai slopina kitos poros genų pasireiškimą vadinama epistazė.

Genai, slopinantys kitų genų pasireiškimą vadinami genais supresoriais arba inhibitoriais.

Epistatiniai genai pagal dominavimo savybes gali būti įvairūs: dominuojantys, recesyviniai, gali pasireikšti dviguba arba mišria epistaze. Kolkas dvigubos epistazės veikimą paaiškinti sunku. Recesyvi epistazė vyksta neįprastu kraujo grupių paveldėjimo atveju.

Suminės nealelinių genų sąveikos

Požymis- daugelio genų veiklos rezultatas. Apie daugelį ne tik eukariotų bet ir prokariotų požymių galima teigti, kad jie yra eilės genų veikimo išdava. Tai patvirtina plejotropijos reiškinys, kai vienas genas veikia kelis požymius.

Plejotropija yra geriausias įrodymas, kad vieno geno veikla yra susijusi su viso genomo veikla. Todėl nenuostabu, kad vieno geno mutacija griauna visą šią suderintą sistemą. Tai priklauso ir nuo geno svarbos, kurią vietą jis užima šioje sistemoje. Atrodo, nereikšminga vienos nukleotidų poros pakaita hemoglobino molekulėje, o nukenčia visos organizmo sistemos. Plejotropija gali būti santykinė, kuri pasireiškia būtent tuo, kad genome veikla suderinta visų genų. Ir užtenka tik vienos mutacijos, kuri išderina visą sistemą. Sudėtingiau yra įrodyti tikrąją plejotropiją, kai genui būdinga daugybinė veikla. Pvz. plejotropijos genas sąlygojo trumpų galūnių vystymąsi, mažina bendrą organizmo gyvybingumą, tas pats genas sąlygoja nenormalų akies lęšiuko vystymąsi, žmogaus „voro pirštų“ vystymąsi, atskirą kurtumo atvejį- otosklerozę ir padidintą kaulų trapumą.

Polimerija

Nealeliniai genai, kurie lemia tą patį požymį ir kurių veikimas sumuojasi vadinami poligenais arba adityviniais genais, o pats sumavimosi reiškinys vadinamas polimerija. Žmogaus ūgį, gabūmus, odos spalvą sąlygoja polimeriniai genai. Manoma, kad žmogaus ūgį apsprendžia 10 poros polimerinių genų. Kiekvieno poligeno svarba kiekvienam požymiui yra tuo mažesnė, kuo daugiau genų nelemia šį požymį. Poligenų įnašas į bendrą fenotipą gali būti nevienodas. Buvo įrodyta, kad sumuojasi ne tik teigiamas bet ir neigiamas poligenų poveikis. Vienas genas gali neutralizuoti kito geno veikimą.

Ekologinė genetika

Dviejų stambių biologijos mokslo šakų ekologijos ir genetikos mokslo sandūroje išsivystė ekologinė genetika.

1968 metai- yra ekologinės genetikos mokslo vystymosi pradžia Lietuvoje. Skirtingai nuo populicijų genetikos, ekologinėje genetikoje plačiau taikomi eksperimentai, gamtos stebėjimai, kiek rečiau atliekami laboratoriniai bandymai. Ši disciplina sutelkia dėmesį į vidurūšinės genetinės įvairovės vaidmenį populiacijose, jų įnašą į gyvų sistemų prisitaikymą prie besikeičiančios aplinkos. Pagrindinis klausimas ekologinėje genetikoje yra genetinis polimorfizmas (įvairovė)- vaidmuo prisitaikymui.

Polimorfizmas- tai dviejų ar daugiau ryškiai besiskiriančių vidurūšinių formų poegzistavimas vienoje gyvenamoje vietoje. Tai genetinės įvairovės populiacijos sinonimas.Ekologinėje genetikoje vartojama ekotipo sąvoka. Tai stambesnis taksonas, jis nusako vidurūšines paveldimas formas arba variantus prisitaikiusius gyventi vietovėse besiskiriančio savo sąlygomis. Morfos terminas laikomas genotipo sininimu. Tai pats smulkiausias taksonas. Šiuo terminu vadinami nepertraukiamai kintančio kiekybiniu požymiu paveldimi variantai. Ekologinė genetika traktuojama, kaip organizmų santykius su aplinka ir jų tarpusavio ryšius remaintys genetinės informacijos pasikeitimu. Vystantis genetikai keitėsi ir ekologiniai tyrimai. Tai procesai, kuriems vykstant keičiasi, persitvarko, atsinaujina ištisų populiacijų rūšių genetinė informacija.Kadangi organizmo gebėjimas perduoti genetinę informaciją sekančioms kartoms yra gyvybės išsilaikymo pagrindas, tai būtent ekologinių reiškinių tyrimai ir turi atskleisti biosferoje vykstančių reiškinių esmę, o tai turi padėti nustatyti ir suprasti atskiras rūšių ir biocenozių evoliucijos kryptis. Kiekvienoje organizmų biocenozėje, kurioje gyvena tik jai būdingos organizmų rūšys, vyksta tik jai būdingi reiškiniai, kuriuos nulemia kiekvienos rūšies populiacijos genofondas. Todėl ekologinė genetika būdama viena pagrindinių evoliucijos teorijų pagalbininkų daugiausia bendrauja su populiacine genetika. Rūšis, kaip biologinis vienetas išlieka tik populiacijoje kryžminantis atskiriems individams. Nuo populiacijų atsako į aplinkos sąlygų pasikeitimą ir kitų organizmų tarpusavio sąveikos priklausys tiek pačios populiacijos, tiek rūšies ekologinis likimas. Todėl pirmiausia visada reikia žinoti, kaip atskiri individai reaguos į bet kokį faktorių, nors kiekvienoje ekologinėje sąrangoje (individas, populiacija, rūšis, biosfera, biocenozė) prisidės vis naujų bendrų tik jai būdingų reagavimo į įvairius faktorius dėsningumui. Ir kuo sudėtingesnė ši sąranga, tuo sudėtingesni bus ekologiniai bei genetiniai ryšiai tiek su negyvąja gamta, tiek tarpusavyje. Kiekvienas rūšies arba jos dalies populiacijos ekologinis likimas priklausys nuo visos biocenozės ir jos abiotinių komponentų (klimatas, vandens sūrumas, rūgštingumas, kietumas, radiacija). Biologinėje nišoje (organizmo gyvenamoje vietoje, kurią jis užima bendrijoje) vykstantys procesai ir bus ta jėga, kuri nulems vienos ar kitos rūšies tolesnę evoliuciją.

Paprastai ekologinę genetiką priimta skirstyti į 3 pagrindines šakas:1. Autekologija (individo ekologija)2. Demekologija (populiacijų ekologija)3. sinekologija (bendrijų ekologija)

Autekologija tiria rūšies individų genetinės informacijos nulemiamų fenotipinių požymių gebėjimą prisitaikyti prie aplinkos ir įvairių ekologinių faktorių poveikio organizmo morfologijai, fiziologijai ir eiksenai. Tai ir yra autekologinių reiškinių nagrinėjimas genetiniu požiūriu. Individualus įvairių organizmų prisitaikymas prie aplinkos nepakeičiant genetinės infomacijos, kurią jis perduoda ateinančioms kartoms, vadinama modifikaciniu kintamumu. Šį ekologinės genetikos šaka taip pat tiria, kaip organizmai reaguos į cheminius, fizinius ir biologinius faktorius.

Demekologija tiria populiacijoje vykstančius aplinkos sąlygų sukeltus genetinius procesus. Ypač svarbi problema, kurią nagrinėja populiacinė genetika yra populiacijų reakcija į gamtos užterštumą ir ypač i jos užterštumą mutogenais.

Sinekologija tiria biologinės nišos organizmo tarprūšinių ryšių ir jų santykius su aplinka, sąlygojmus genetinius procesus. Tai mažiausiai ištirta ekologinės genetikos mokslo šaka.

Biotiniams faktoriams priklauso organizmų tarpusavio ryšiai, mitybinė ir kitokia konkurencija, ryšiai šeimininkas- parazitas, auka- plėšrūnas, infekcinės ligos ir kita.

Visus tuos faktorius biotinius r abiotinius skirstome į: nemutageninius arba silpnai mutageninius mutageninius sukeliančius genų rekombinacijas keičiančius populiacijų genų fondą

Populiacijų ir evoliucinė genetika

Atitinkamų genų paveldėjimų dėsningumas priklauso nuo biologinės organizacijos lygio (ląstelės, organizmų populiacijos). Populiacijose

pasireiškia sąlydi, nauji genetiniai reiškiniai, nebūdingi nei vieniems organizmams, nei vienoms ląstelėms. Johansenas pirmasis pavartojęs populiacijos ir grįžtamosios linijos sąvokas pirmasis pabrežė populiacijų heterogeniškumą. Jam priešingybė yra grynųjų linijų genetinis vienodumas. Populiacijos yra genetiškai skirtingos organizmo grupės, o grynosios linijos yra homozigotės visuose lokusuose. Teoriniuose skaičiavimuose naudojamas terminas- izogeninės populiacijos, kurios atitinka grynąsias linijas. Šiuolaikinėje biologijoje populiacija apibrėžiama, kaip tam tikra organizmų visuma. Kaip ir rūšis populiacija yra realiai egzistuojantis biologijos vienetas. Šiai dienai populiacija suprantama kaip visuma vienos rūšies individų, turinčių bendrą arealą ir tapatingais būdais prisitaikiusių prie konkrečių ekologinių, geografinių sąlygų vienijamų tarpusavio santykiais erdvėje ir laike. Kaip ir rūšį populiaciją formuoja evoliucijos veiksniai:

paveldimumas kintamumas atranka izoliacija

Populiacijų susidarymas yra savotiškas rūšies prisitaikymas prie konkrečios vietovės sąlygų. Genetinės populiacijos sąvybes nulemia ir dauginimosi sistemos. Pagrindinis modelis populiacijų genetikoje yra vadinamas Mendelio populiacija. Taip vadinamos individų grupės, kurių paveldimumas jungiamas laisvo kryžminimosi grupės viduje. Dažnai tokios individo bendrijos pasižymi bendrais morfologiniais bruožais. Tai ypač būdinga gyvūnams bei žmogui. Žmonių etninės grupės taip pat gali turėti bendrus atitinkamus morfologinius bruožus, kurie yra paveldimi. 1908 metais matematikas Hardis ir gydytojas Vainbergas matematiškai įrodė nepriklausomai vienas nuo kito, kad populiacijose irgi galioja Mendelio dėsniai. Jie matematiškai išanalizavo vienos alelių poros pasiskirstimą idealioje populiacijoje. Tokioje, kuri labai gausi, neizoliuota, kurioje visi individai laisvai kryžminasi, nevyksta atranka, neatsiranda naujų mutacijų arba tiesioginių ir grįžtamų mutacijų dažnumas yra lygūs, nesimaišo su kitomis populiacijomis ir kurioje visi genotipai vienodai gyvybingi. Tokiose populiacijose palaikoma pastovi alelinių genų koncentracija, ji nesikeičia. Tačiau, jei populiacija yra maža, jeigu joje nėra atrankos ir neatsiranda naujų mutacijų galimas atsitiktinis genų dažnumo poslinkis. Šis reiškinys vadinamas genų dreifu arba genetiniais automatiniais procesais.

Šį reiškinį išaiškino nepriklausomai vienas nuo kito 1931 metais Dubininas ir Raidas.

Populiacinis statistinis tyrimo metodas

Populiacinė genetika tiria mutacijų atsiradimo dažnumą žmonių populiacijoje, šio proceso ryšį su natūralia atranka, paveldimų anomalijų geografinį paplitimą, genų pasiskirstimo dėsningumus įvairiuose gyventojų grupėse, o taip pat ir izoliatų genetines ypatybes. Populiacinė statistinė analizė rodo, kad sergančiųjų daugelio recesyviai paveldimų ligų tėvus sieja kraujo giminystės ryšiai. Nustatyta, kad pusbrolis- pusseserė santuokų dažnumas yra 1%. Albinosų, gimusių iš tokių santuokų dažnumas yra 18-24%. Jei vienas iš pusbrolių arba pusseserų turi anomalinį geną heterozigotinėje būklėje, tai tikimybė, kad kad kitas šios šeimos partneris turi šį geną yra lygu ¼ . O kad iš šios santuokos gims homozigotinis vaikas yra 6,2%.

Dermatoglifika

Delnų bei padų odos papiliarinių linijų bei lenkiamųjų raukšlių rašto tyrimas. Šis testas yra kaip pagalbinė priemonė diagnozuojant paveldimas ligas. Papiliarinės linijos distalinėse (pradžioje) pirštų falanguose gali sudaryti 3 figuras: ratas, kilpa, lankas. Visų šių linijų suma tarptautinėje literatūroje žimima TRC (Total rich count). Vyrams ji yra 140, o moterims apie 120. Delne ties 1-4 pirštų pagrindu papiliarinės linijos sudaro 3 spindulines žvaigždes, ir triradiusą, o delno proksimalinėje ašyje yra kampas T, kuris sveikų žmonių yra smailus, o sergančių Dauno liga jis tampa bukas- pakila į viršų. Pilnai kampo pavadinimas- ATD. Apie 30% žmonių nešioja šią (skersinę) raukšlę būdami visiškai sveiki. Apie 20% turi vaikai, kurie serga įgimtais medžiagų apykaitos defektais. Apie 30% vaikų gali turėti, jei yra organų defektų. 2/3 vaikų- sergančių chromosominėmis ligomis.

Biocheminis tyrimo metodas

Jo pagalba galima išaiškinti įgimtus medžiagų apykaitos defektus.

Paveldėjimas ir paveldimumas

Paveldėjimas- organizmo gebėjimas perduoti palikuonims savo požymius ir individualias raidos savybes. Tai bendra organizmo savybė, kuri būdinga absoliučiai visiems gyviems organizmams, tame tarpe ir žmogui.

Paveldimumas- yra požymių perdavimo palikuonims būdas. Paveldimi ne požymiai, o genai. Požymis yra sudetingų sąveikų tarp įvairių genų ir tarp genų bei aplinkos veiksnių rezultatas. Požymių paveldėjimo būdas tiesiogiai priklauso nuo organizmo genetinės medžiagos struktūros ir dauginimosi ypatumų.

Genetinė homeostazė

Kiekviena biologinė sistema (ląstelė, organizmas, šeima, populiacija) turi būdingas priemones, adaptacijos mechanizmus prisitaikyti prie aplinkos ir kitų organizmų. Sistemos savybė dinamiškai pakeisti genetinę reakciją į pasikeitusias aplinkos sąlygas, kad nepakistų jos funkcionavimas vadinamas vystymosi arba fiziologinė homeostazė. Dėl šios savybės organizmai regulioja kūno temperatūrą ir apsisaugo nuo išorinių svyravimų. Genetinės populiacijos struktūra gali išlikti ilgą laiką nepakitusi. Altuhobas tyrinėjo juostotojų ir nejuostotojų moliuskų santykį šiuolaikinės Pietų Sahalinos ir iškasamos medžiagos. Per 3-6 tūkstančius metų turėjo pasikeisti apie 2000 moliuskų kartų. Tačiau alelių nulemiančių kriauklių spalvą dažnumas nepakito. Tai genetinės homeostazės reiškinys. Jeigu nusistovėjęs genų dažnumas pasikeistų veikiant aplinkai arba dirbtinei atrankai, dėl gamtinės atrankos genų dažnumas vėl pasiektų dinaminę pusiausvyrą.

Faktoriai lemiantys genų dažnumą populiacijoje

Padažnėjus recesyviniam genui padidėja galimybė tuoktis heterozigotiniams individams pagal tą patį geną. Tai ypač svarbu žmogui. Išplytus žalingam recesyviniam genui padidėja tikimybė pagimdyti palikuonį su įgimtais defektais ar sunkiomis anomalijomis. Genų dažnumas populiacijoje priklauso nuo atrankos, genų dreifo ir izoliacijos.

Gamtinė atranka. Atrankos formos.

Tai pagrindinis veiksnis populiacijoje. Ji yra trijų formų:1. Kryptinga (varomoji)2. Disruptivinė (ardomoji, griaunamoji)3. Stabilizuojanti

Kryptinga atranka veikia vieną kraštutinį fenotipą, todėl populiacija kinta viena kryptimi. Mikroevoliucija vyksta dėl kryptingų poslinkių populiacijų struktūroje.

Disruptivinė atranka tuo pačiu palanki dviems kraštutiniams tipams, nors nevisuomet vienodai pašalinamas tarpinis tipas, todėl populiacija suskyla į dvi naujas polimorfines grupes arba naujas populiacijas. Taip vyksta divergencija (nukrypimas, iškrypimas). Disruptivinė atranka efektyvi tada, kai dėl konkurencijos svarbesnis yra siauras, bet tobulesnis prisitaikymas prie aplinkos sąlygų. Šios atrankos pavyzdžiu gali būti drugių mimikrijos evoliucija. Šefardas stebėjo, kaip pagrindiniai aleliai, lemiantys šios paukščių maistui tinkamos rūšies panašumą į netinkamas maistui rūšis buvo labai neefektyvi. Tik ilgainiui dėl atrankos šie drugiai panašėjo į įvairias nevalgomas drugių rūšis. Kadangi dėl atrankos mimikrija vystėsi įvairiomis kryptimis pamegdžiojant įvairių drugių spalvą veikė disruptivinė atranka.

Stabilizuojanti atranka yra palanki normaliam fenotipui ir eliminuoja kraštutinius fenotipus. Ji eliminuoja fenotipus, apspręstus žalingų genų. Tokiu būdu tobulėja populiacijos prisitaikymas prie aplinkos. Kaip optimaliai populiacija prisitaikytų, stabilizuojančios atrankos poveikis yra nenutrūkstamas.

Adaptacinė (selekcinė) svarba atrankos koeficientas

Genotipų vertė populiacijoje matojama dviem rodykliais- gebėjimu išgyventi ir prisitaikymu.

Įvairūs genotipai nevienodai išgyvena netgi normaliomis sąlygomis, o juo labiau, jeigu jos kinta. Sąlygojančių blogesnį išgyvenimą genotipų koncentracija kitose kartose mažės, o sąlygojančių geresnį išgyvenimą-

priešingai didės. Tarkime, kad dominuojantis genas „A“ visiškai stelbi recesyvų geną „a“. Homozigotinio dominuojančio geno (AA) ir heterozigotinio (Aa) išgyvenimas yra 100%, o recesyvaus geno (aa) išgyvenimas yra 90%.

Šių dydžių skirtumas yra atrankos koeficientas S.Selekcinė vertė= 1 Recesyvaus geno S=0.9Kai abiejų lyginamųjų išgyvenimas yra vienodas atrankos koeficientas S= 0 Kai vienas iš genotipų sąlygoja visišką letalumą arba sterilumą (neturi palikuonių) tai S= 1Pirmuoju atveju pakitimas populiacijoje neįvyks. Antruoju atveju, kai S= 1, atrankos efektyvumas priklausys nuo to, ar požymis dominuojantis ar recesyvus.

Dominuojantys genai ir atranka

Letalumą arba sterilumą sąlyguojančius visiškai dominuojančius genus, kurių penetrantiškumas yra 100% atranka pašalina labai veiksmingai, vos tik atsiradus tokiai mutacijai. Kai genas nevisiškai dominuojatis arba letalus, penetrantiškumas ne 100%, atrankos efektyvumas yra sumažėjęs. Ypatinga situacija susidaro, kai dominuojantis genas nors ir 100% letalus pasireiškia vėlai, o individas jau yra susilaukęs palikuonių. Pvz. gali būti Hentingtono choreja. Tai sunkus nervinės sistemos pasireiškiantis galūnių ir liemens traukuliais, progresuojančia nervinio audinio degradacija, psichikos sutrikimu ir paralyžiumi. Žmonės šia liga suserga sulaukę 40-45 metų amžiaus. Beveik visi jau jie turi palikuonis, kurie bus paveldę šią ligą. Atranka nėra pajėgi pašalinti Hentingtono chorejos ligą. Žalinga recesyvinį geną atranka pašalina sunkiai. Tai yra, kai homozigotos yra arba letalės arba sterilios- tai pačios palankiausios sąlygos atrankai pašalinti tuos žalingus genus. Įrodyta, kad net palankiausiomis negatyvinei atrankai aplinkybėmis, atranka tik iš pradžių būna veiksminga.

Gamtinė atranka žmogaus populiacijoje

Žmogus yra socialinis vienetas ir socialiniai veiksniai iš esmės transformuoja biologinių dėsnių pasireiškimą žmogaus populiacijoje. Tarp

jų ir gamtinės atrankos veiksniai. Dalies paveldimų defektų, kurie yra letalūs, dabartinėse žmogaus populiacijose fenotipas yra išgydomas. Jų neveikia gamtinė atranka, todėl genas gali išplisti populiacijoje. Pavyzdžiui, daltonizmas išplitęs 8% Europoje, 6% azijoje, tarp Amerikos ir Australijos aborigenų šio geno dažnumas siekia nuo 0-2%. Gamtinė atranka veikia dabartines žmonių populiacijas ypač embriono statijoje. Dėl savaiminių abortų eliminuojasi visa eilė chromosomų skaičiaus ir struktūros pakitimai, dalis geninių mutacijų. Pagal Makjuziką šiuo metu mažiau kaip pusė zigotų išgyvena ir turi palikuonių. Apie 15% embrionų žuva iki gimstant, 3% vaikų gimsta negyvi, 1% miršta iškart po gimimo, 3% miršta nesulaukę lyties brandos, 20% žmonių nesituokia, 10% sutuoktiniai bevaikiai. Ankstesnėse žmonių populiacijose esminis atrankos faktorius buvo infekcinės ligos. Išradus antibiotikus šių ligų skaičius sumažėjo. Dabartinėse žmonių populiacijose sukurtas genetinis atsparumas infekcijai. Manoma, kad atsparumą maliarijai sąlygoja glikozo-6 fosfat dehidrogenozės mutantinis genas (G-6-FD). Apie 300 milijonų žmonių yra šio geno donorai. Genų geografija taip pat sutampa su genų išplitimo rajonais. Šiuo metu yra padidėjęs paveldimas atsparumas tuberkuliozei, marui, polimeolitui tose rajonuose, kuriuose anksčiau buvo veiksminga gamtinė atranka.

Molekulinė genetika

Molekulinė genetika vystėsi molekulinės biologijos ir biochemijos mokslų sanduroje. Ligos, kurios vystosi DNR struktūros pakitimo išdavoje vadinammos molekulinės genetikos ligomis. Vienas iš pagrindinių molekulinės genetikos uždavinių yra monogeninių susirgimų molekulinio mechanizmo išaiškinimas. Jeigu pakinta nors vienas struktūrinio geno nuokleotidas, pakinta šio geno teikiama informacija. Todėl gali pakisti nuo šio geno veiklos priklausamo fermento ar baltymo struktūra, kartu ir funkcija. Tokiu būdu sutrinka organizme biocheminiai procesai: nebesistetinamos reikalingos medžiagos arba nebeskaldomi medžiagų apykaitos produktai. Pakitus genetinei informacijai žmogaus organizme gali sutrikti aminorūgščių, baltymų, mukopolisacharidų, riebalų apykaitos procesai, kurie sukelia įvairių organizmo sistemų (nervų, kaulų, raumenų, kvėpavimo, virškinimo) veiklos pakitimus, pasireiškiančiuspaveldimomis ligomis.

Taikant diagnostikai įvairius tyrimo metodus maždaug tūkstančiui paveldimų ligų yra nustatyti apytikriai paveldimumo defektai. Pavyzdžiui, mukopolisacharidų apykaitos pakitimai sukelia jungiamojo audinio vystymosi sutrikimus, pasireiškia kaulų deformacijomis, augimo suletėjimu, šiurkščiais veido bruožais ir kitais požymiais. Žinoma visa eilė aminorūgščių apykaitos sutrikimų, kuriuos lydi silpnaprotystė. Svarbiausias tyrimo metodas yra pačių genų arba nuo jų priklausančių fermentų, baltymų struktūrų pakitimo nustatymas. Šiai dienai gerai ištirta paveldimų ligų grupė- hemoglobinopatijos, kurios pasireiškia hemoglobimo molekulės struktūros pakitimu. Tai raudonųjų kraujo kūnelių pakitimai vystantis anemijai. Šios grupės pakitimai gali išaugti į pjautuvo pavidalo formos anemiją, talosemiją.

Genų struktūra ir funkcija

Geno ir požymio ryšys dažnai yra sudėtingas. Tai liudija polialelizmo reiškinys. Gerai yra ištirtas polialelinis drozofilos lokusas, sąlygojantis akių spalvą. Šis lokusas yra viename X chromosomos gale ir vadinamas white. Jame išsidėstė baltą arba raudoną akių spalvą sąlygojantys genai. Tame pačiame lokuse gali būti dar kelios alelės, kurios apsprendžia akių spalvą, pereinamą tarp baltos ir tamsiai raudonos. Raudoną akių spalvą apsprendžia dominuojantis genas. W (+);Baltą akių spalvą apsprendžia recesyvis genaswwa- abrikosinė akių spalvawch- vyšnių spalvoswe- euzino spalva (morkų)

Jeigu yra genų derinys Wwa; Wwch; Wwe- visų šių drozofilų akys bus raudonos. Jeigu yra genų derinys wwa; wwch; wwe- baltos spalvos akys.

wawa, waw- tamsesnė, ryškesnė abrikosų spalva.Šia faktai rodo, kad požymis priklauso nuo kelių vieno lokuso alelių, kurios gali būti skirtingose būsenose. Toks vieno lokuso kelių alelių apspręstas požymio skirtingų variacijų paveldimumas vadinamas polialelizmas.Polialelinių genų atsiradimo priežastys yra skirtingos to paties lokuso mutacijos. Žmogaus organizme polialelinis lokusas apsprendžia kraujo grupių paveldimumą. Įdomus atvejis yra drozofilų „lozindЗ“ požymio paveldimumas (rombo formos akys). Šį požymį kontroliuoja viena šalia kitos esančios to paties lokuso alelės. Normalias akis apsprendžiančio lokuso atžvilgiu, visos „lozindЗ“ alelės yra recesyvinės. Pažymėkime mutantų „lozindЗ“ lokuso alelės: lz1, lz2, lz3.O aleles normalaus lokuso lz1

+, lz2+, lz3

+. Atliekant yprastus kryžminimus krossingoverių eigoje iš vienos homologinės chromosomos į kitą pereidavo visas „lozindЗ“ lokusas. Bet iš labai didelio kryžminimo skaičiaus pasirodė individų su atskirų lokuso dalių lz1, lz2, lz3 krossingoveriu. Krossingoveris tai apsikeitimas genais ir identiniais rajonais tarp homologinių chromosomų chromatidžių konjugavusių pirmo mejotinio dalijimosi profazėje.

Atrodytų, kad visų heterozigotinių individų akys turėtų būti normalios. Tačiau taip nėra. Heterozigotų fenotipas priklauso nuo to, ar nutantinis „lozindЗ“ alelis yra vienoje arba abiejose homologinėse chromosomose. Jeigu mutantinis „lozindЗ“ alelis yra toje pačioje chromosomoje, vadinamojoje „cis“ padėtyje, akys bus normalios. Jeigu šios alelės yra skirtingose homologinėse chromosomose („trans“ padėtyje) akys bus „lozindЗ“. Kai viena ar kelios mutantinės alelės yra vienoje chromosomoje lokuso funkcija sutrinka, tačiau tai nedaro įtakos kitam homologinės chromosomos lokusui, kuris būdamas nepažeistas apsprendžia normalių akių išsivystymą. Kai mutantinės alelės yra abiejose chromosomose individas neturi nei vieno normaliai veikiančio lokuso, todėl ir išsivysto požymis „lozindЗ“. Šia faktai liudija, kad požymis „lozindЗ“- tai funkcinis vienetas- genas. Alelės lz1, lz2, lz3 yra šio geno sudedamosios dalys. Taip taikant „cis“ ir „trans“ padėčių palyginimo metodą galima nustatyti, ar chromosomos kelios greta esančios srytys priklauso vienam ar dviem skirtingiems genams. Ta chromosomos dalis, kurios ribose recesyvinės mutacijos būdamos „trans“ padėtyje apsprendžia mutantinį fenotipą, o „cis“ padėtyje laukinį fenotipą vadinami „cistron“. Cistrono dydis priklauso ne tik nuo jo atliekamos funkcijos, bet ir nuo organizmo, kuriam jis priklauso. Vienam cistronui vidutiniškai atitenka apie 1000 nukleotidų porų. (Nukleotidas- cheminis junginys trijų medžiagų- azotinės bazės, angliavandenio monosacharidės dezoksiribozės ir fosforo rūgšties. Nukleotidai- monomerai, kurie jungiasi į polimerus ir sudaro DNR). Išnagrinėti atvejai rodo, kad krossingoverio metu chromosomos gali apsikeisti ne tik ištisais genais bet ir genų dalimis ir kad mutacijos gali vykti keliose to paties geno srityse. Šis teiginys paneigia Morgano teoriją, kad genas yra nedalomas. Mažiausia geno dalis, kuria chromosomos pasikeičia krossingoverio metu vadinama „rekonu“. O mažiausia lokuso sritis, kurioje įvyksta mutacija vadima „mutonu“. Tokiu būdu cistronas arba genas yra funkcinis vienetas, kuris apsprendžia tam tikrą požymį. Jis susideda iš smulkių dalelių rekonų ir mutonų.

Nukleotidinės rūgštys. DNR sandara.

Visa informacija apie organizmo savybes yra užkoduota DNR molekulėje keturių azotinių nuklefazių pavidalu. Kiekvienas DNR siūlas yra polimeras, kuris sudarytas iš monomerų- nukleotidų. DNR molekulę sudaro dvi spirale viena apie kitą apsivijusios grandinės. Tokia dviguba spiralė tera tik 2 nm

pločio. Jos ilgis 10000 kartų didesnis ir siekia 100000 nanometrų. 1 nm- yra milioninė milimetro dalis ir žimima 10-9. Viso organizmo DNR sudaro keturių rūšių nekleotidų junginys. Nukleotidai skiriasi tik azotine baze. Jie vadinami: nukleotidas su azotine baze adeninas (A), guaninas (G), timinas (T), citozinas (C). Jungdamiesi į DNR siūlus nukleotidai sukimba tokia tvarka: vieno nukleotido angliavandenis su kito fosforo rūgštimi. Jie susijungia tvirta kovalentine jungtimi. Taigi, kiekvienas DNR siūlas yra polinukleotidas. Tai ilga grandinė, kurioje nukleotidai išsidėstė griežta tvarka. Vienos grandinės azotinės bazės „susiduria“ su kitos grandinės azotinėmis bazėmis. Bazės priartėja viena prie kitos taip arti, kad susidaro vandenilinės jungtys. Nukleotidai išsidėsto dėsningai. Priešais vienos grandinės A visada atsistoja kitos grandinės T. O priešais vienos grandinės G visada tik C. Taip išsidėsčius nukleotidams gali:

1. išsilaikyti vienodas atstumas tarp grandinių per visą per visą dvigubos spiralės ilgį.

2. tarp priešais viena kito esančių bazių susidaryti maksimalus skaičius vandenilinių jungčių. (trys vandenilinės jungtys tarp C ir G ir du tarp A ir T).

Kiekviename šių junginių nukleotidai tarsi „papildo“ vienas kitą. Žodis papildo lotiniškai skamba „komplementu“. Todėl G yra C komplementas, o A- T. jei kurioje nors grandinės dalyje vienos po kito eina nukleotidai A, G, C, T, A, C, C tai priešais esančioje grandinės dalyje- T, C, G, A, T, G, G. Žinant nukleotidų tvarką vienoje grandinėje pagal komplementinį principą iš karto paaiškėja ir nukleotidų eilės tvarka kitoje grandinėje. Kadangi susidaro daug vandenilinių jungčių DNR siūlai sujungiami tvirtai. Tai suteikia molekulei patvarumo ir kartu ji lieka judri. Veikiant dezoksiribonukleazės fermentui ji lengvai išsivynioja. DNR būna ląstelės branduolyje, mitochondrijose ir chloroplastuose. Branduolyje DNR įeina į chromosomos sudėtį, čia ji būna susijungusi su baltymais.

DNR dvigubėjimas.

DNR struktūros pagrindas- komplementinis principas leidžia suvokti kaip sintetinamos naujos DNR molekulės prieš dalijantis ląstelei. Ši sintezė pagrįsta DNR gebėjimu dvigubėti ir nulemia motininės ląstelės savybių perdavimą dukterinėms. Dviguba spiralė veikiama fermento pradeda iš vieno galo išsivynioti. Ant kiekvienos grandinės iš aplinkoje esančiųjų

lasvųjų nukleotidų susidaro nauja grandinė, tiksliai pagal komplementinį principą. Taip iš vienos DNR molekulės atsiranda dvi visiškai tokios pat nukleotidinės sudėties kaip ir pradinė. DNR replikacija yra įdomiausias molekulinės biologijos reiškinys. Jį tyrinėjo M. Meselsonas ir F. Štalis.tyrinėtojai augino žarnyno lazdelę terpėje, kurioje yra sunkusis azotas M15. Šioje terpėje išsivysčiusios bakterijos buvo perkeltos į naują terpę su paprastu azotu M14. Čia išaugo pirmoji ir antroji žarnyno lazdelų karta. Iš kiekvienos bakterijų kartos išgauta DNR, ultracentrifuguojant išskiriamos 3 DNR frakcijos. Pirmosios frakcijos visos DNR molekulės būdingos pradinei kultūrai, antrąją frakciją sudarė DNR, kurios pusė azoto buvo M15 ir pusė M14. Tokia mišri DNR būdinga pirmosios kartos bakterijoms. Trečiosios kartos visas DNR azotas buvo M14. Šiai molekulių rūšiai priklausė antrosios bakterijų kartos pusė DNR molekulių, kitos šios bakterijų kartos DNR molekulių pusė buvo mišri, turėjo po lygiai M14 ir M15. Tai rodo, kad antrosios kartos bakterijos M15 sudarė tik ¼ viso DNR azoto. Minėtasis DNR molekulių santykis susidarys tik tuomet, kai DNR sudarančios dvi grandinės atsiskirs irkiekviena iš jų atkurs naują, tolygią buvusiai.

Informacinė RNR.

Sudaro apie 5% visų ląstelėje aptinkamų nukleininių rūgščių. I-RNR sintetina branduolio DNR. I-RNR yra vienos DNR grandinės kopija. Iš branduolio I-RNR patenka į ribosomas, kur dalyvauja baltymų sintezėje. Apie 90% visų RNR atitenka ribosominei RNR. Čia ji sudaro kompleksinį junginį su baltymu. Kokiu būdu RNR jungiasi su ribosomos baltymais, kaip ji sąveikauja su I-RNR baltymų sintezės metu yra nežinoma. Ribosominės RNR sudėtinė dalis yra ATF (adenin- timino fosfatas). Jos daugiau yra griaučiuose ir raumenyse. Pagal cheminę sudėtį ATF yra nukleotidas. Kaip ir kiekvienas nukleotidas ATF yra sudarytas iš azotinės bazės- adenino, angliavandenio- ribozės ir fosforo rūgšties liekanos. Tačiau ATF molekulė iš esmės skiriasi nuo paprasto nukleotido, nes joje yra ne viena, o trys fosforo rūgšties liekanos. Tai labai nepastovi struktūra. Savaime, ar daug greičiau kai veikia fermentas nutrūksta jungtys tarp fosforo rūgšties liekanų. Prie laisvųjų jungčių prisijungia vandens molekulės ir kartu atskyla fosforo rūgšties molekulės. Kai atskyla viena molekulė adenozin trifosfatas tampa adenozin difosfatu. Kai atskyla dvi rūgšties liekanos ATF tampa adenozin monofosfatu (AMF). Kiekvienos

fosforo rūgšties liekanos atskilimo metu nuo ATF reakcijai būdingas didelis energijos kiekis. Jungtys tarp fosforo rūgšties liekanų ATF vadinamos makroerginėmis ir žimimos ~. Šis procesas atlieka svarbų vaidmenį ląstelės medžiagų apykaitoje.

Baltymų sintezė

Gerai yra žinoma, kad baltymų sintezė vyksta protoplazmos ribosomose. Tuo tarpu pirminis informacijos šaltinis apie baltymų sintezę yra branduolyje. Informaciją apie baltymų sintezę į ribosomas perneša I-RNR. I-RNR perejusi branduolio membraną patenka į protoplazmą, susikabina su ribosomine RNR. Toliau į baltymų sintezę įtraukiama T-RNR. Kiekviena T-RNR dalyvaujant fermentams prisijungia tam tikrą aminorūgštį. Kiekvieną prijungtą aminorūgštį T-RNR perneša ant I-RNR ir čia prijungia prie tam tikrų jos tripletų. Tai, prie kurio I-RNR tripleto tirpioji duotoji prisijungs apsprendžia antikodonas. Kiekviena T-RNR turį jai būdingą antikodoną, kuris yra jos nesusisukusioje į spiralę kilpoje. Antikodonas yra komplementinis I-RNR tripletui (kodonui), koduojančiam vieną aminorūgštį. Nuosekliai jungiantis T-RNR antikodonams su I-RNR kodonais aminorūgštys atsiranda viena šalia kitos ir veikiant fermentams greta esančios aminorūgštys susijungia peptidine jungtimi ir taip sudaro pirminę baltymų struktūrą. Susidarius pirminei baltymų struktūrai T-RNR nuo I-RNR ir nuo aminorūgščių atsijungia ir grįžta į protoplazmą. Čia ji vėl gali pernešti sekančią aminorūgštį. Pirminė baltymų struktūra apsprendžia baltymo funkciją. Vandenilinių jungčių pagalba jos virsta į antrinę, tretinę, ketvirtinę baltymų struktūrą. Ketvirtinę baltymų struktūrą turi hemoglobino molekulė.

Genetinio kodo analizė

Genas išsaugo savo funkciją įjungus ar pašalinus pilną tripletą. Jeigu įjungiamas 1-2 tripleto komponentai, tai sutrinka geno funkcija. Azotinių bazių rinkinys, koduojantis vieną aminorūgštį vadinamas kodonu. Visi kodonai sudaryti iš trijų azotinių bazių, kurios išsidėsčiusios viena paskui kitą. Kaimyniniai kodonai nepersidengia. Koduojančių vienetų seka atitinka aminorūgščių sekai polipeptidinėje grandinėje. Viena aminorūgštis gali būti koduojama ne vieninteliu, o vienu iš keletų tripletų. Šie tripletai

turi panašią struktūrą. Pavyzdžiui, leacino kodonas gali būti vienas iš šių tripletų: UUG, UUC, UUA, UCC. Remiantis šiuo teigimu, kodas vadinamas išreikštu ir tai reiškia, kad ne visoms aminorūgštims atitinka tik vienas tripletas. Atskirais atvejais vienas tripletas gali koduoti daugiau, kaip vieną aminorūgštį. Tačiau tokiais atvejais viena aminorugštis įjungiama mažesniais kiekiais negu kita. Yra tripletų, kurie nėra ne vienos aminorūgšties kodonai. Tai „bereikšmiai“ kodonai. Jų skaičius nedidelis.Skirtingų organizmų kodai yra vienodi. Iki šiai dienai neaptikta ryškių skirtumų tarp tabako mozaikos viruso, ešerichijos koli ir žinduolio kodonų. Tikėtina, kad kodas vienodas visiems gyviems organizmams. Tačiau šis klausimas nėra pakankamai ištirtas ir gali būti, kad ateityje interpretacija keisis. Tačiau šiendien kodas yra universalus.

Genetinė inženerija

Molekulinės genetikos ir molekulinės biologijos metodų sandūroje išsivystė genetinė inženerija. Tai mokslas, tiriantis organizmų genotipus bei genų konstravimą. Terminas genetinė inženerija yra platesnėje prasmėje, kai manipuliuoja ne tik su atskirais genais, bet ir su jų dalimis, organoidais. O genų inženerija tik su atskirais genais ir jų dalimis.Šio mokslo vystymosi pradžia 1972 metai, kai amerikiečių genetikas Bergas su bendradarbiais pasiūlė, kaip dirbtinai sintetinti hibridines DNR molekules. Tačiau pirmiausia reikėjo išsiaiškinti, kaip hibridinės DNR molekulės susidaro natūraliai:1. Konstruojant DNR molekules operuojama tam tikrais genais, todėl

tenka ieškoti būdų, kaip juos išskirti arba dirbtinai sintetinti.2. Būtina išspręsti klausimą, kaip hibridines DNR molekules įterpti į

ląstelę ir į ląstelės genetinį aparatą ne tik tai fiziniu bet ir funkciniu atžvilgiu. Todėl ypač svarbu buvo išsiaiškinti, kaip perkeliama genetinė medžiaga integruojasi į recepiento genomą.

1969 metais Bekvito ir Šapiras pirmą kartą išskyrė geną. Tai buvo ešerichija koli lak- operonas. Jis gautas panaudojant du virusus λ ir e-80 (liamda ir fi- 80), kurie atlieka specifinę ešerichijos koli lak- operono transdukciją (nelytinis bakterijų rekombinacijos tipas, kur pagrindinis tampa virusas). Virusai perneša vieno šeimininko genus kitam ir rekombinacija paveldimas pakitimas, visuomet pasireiškia vienaip ar kitaip derinantis dviejų organizmų genetinei medžiagai). Virusai įsiterpia

ešerichijos koli chromosomoje, šalia lak- operono. Vienas iš vieno galo, kitas kitame. Šiais virusais buvo užkrėstos ešerichijos koli kultūros, padaugintas virusas ir atlikta DNR grandinių hibridizacija (Tai procesas, kuriuo metu gaunamas organizmas suporavus du skirtingus genetinės kilmės taksonus. Tai yra nepriklausomai nuo to, ar sukryžmintos tarpusavyje rasės, porūšiai, rūšys arba gentys).

Dirbtinė genų sintezė

Organizmų baltymų struktūra yra užkoduota DNR smulkiųjų struktūrinių elementų- nukleotidų sekoje. Yra nustatyta kokie nukleotidai sąlygoja konkrečių aminorūgščių įjungimą į baltymų sudėtį. Žinant iš kokių aminorūgščių sudarytas baltymas galima pasakyti kokios sudėties DNR programuoja jo gamybą. H-korana cheminiu būdu susintetino pirmąją kepimo mielių geną, susidedanti iš 77 nukleotidų. Korana susintetintas genas nefunkcionavo inbitro (mėgintuvėlyje). Inbitro organizmo genai sudaryti ne vien iš struktūrų nulemiančių baltymų sudėtį tačiau į juos įeina genai, „paleidžiantys“ pagrindinį geną į darbą ir reguliuojantys to geno intensyvumą. Funkcionuojančius inbitro genus pavyko susintetinti tik 1977 metais. Amerikiečių mokslininkas Teminas ir Baltymoras kai kurių virusų kultūrose rado neįprastą fermentą pavadintą revertaze. Sintetinant baltymus „invivo“ genetinis kodas „nurašomas“ nuo DNR į I-RNR. O revertazė skatina atvirkštinį procesą, kai pagal RNR struktūrą sintetinama DNR. Panaudojus šį fermentą amerikiečių mokslininkai susintetino triušio globiną. Šiai dienai genetinėje inženerijoje plačiai taikomi fermentai restriktazės ir ligazės. Restriktazės išskiriamos iš mikrobų, žarnyno lazdelių ir kitų mikrobų. Jos plyšo DNR į atskirus fragmentus. Šiai dienai yra žinomos 5-6 restriktazių rūšys. Kiekviena iš jų nutraukia DNR ties tam tikra vieta. Susidariusių DNR fragmentų galai yra lipnūs. Juos gali „susiūti“ fermentai ligazės. Specialiais ląstelės kultivavimo metodais galima išskirti norimo ilgio ir norimos struktūros sintetinę DNR.Genetinei inženerijai galima priskirti somatinių hibridų panaudojimą priešvėžinei imunizacijai (skiepams). Į hibridą galima perkelti būdingą vėžinį baltymą ir šiomis ląstelėmis paskiepyti gyvūnus. Tokių skiepų pavyko gauti nuo erlichokarcinomos. Paskiepijus peles hibridinės erlichokorcinomos ir žiurkėnų ląstelėmis. Pelėms reikėjo įterpti net 100 tūkstančių vėžio ląstelių, kad apie 50% pelių žūtų nuo vėžio. Iki skiepijimo pakako tik 10 ląstelių, kad gautųsi tas pats efektas,

Pastaruoju metu didelį susidomėjimą sukelia galimybė genetinės inženerijos metodais gydyti medžiagų apykaitos defektą galaktozemiją (paveldima liga). Šia liga sergančių žmonių organizme nėra fermento skaidančio pieno cukrų- laktozę. Tokius vaikus maitinant pienu, jų apetitas sumažėja, vemia, viduriuoja, gali išsivystyti gelta ir mirtis. Tokie žmonės visą gyvenimą turi laikytis dietos. Jiems negalima vartoti pieno arba pieno produktų. Šia pirmieji eksperimentai turi grynai akademinę reikšmę. Tačiau niekas neabejoja, kad ateityje bus galima keisti genus, kurių pagalba galima gydyti genetines ligas.

Žinduolių klonavimas

Stuburiniams klonavimas- tai individo kopijos padauginimas nelytinio dauginimosi atmaina. Klonavimui reikalingi tik vienos ląstelės genai. Kiekviena stuburinių ląstelė yra totipotentinė, tai yra, kad kiekviena ląstelė turi visų genų kopijas. Vystymosi eigoje kai kurie genai išjungiami dėl ląstelių specializacijos. Pavyzdžiui, nervinės ląstelės praleidžia nervinius impulsus, raumeninės specializuotos susitraukti, liaukinės- išskiria sekretą. Suaugusių stuburinių klonavimui reikia vėl įjungti visus pasirinktus ląstelių genus. Mokslininkai bandė klonuoti bezdžiones, varles, avis, šiuo metu ir žmones. Varlėms buvo galima paimti buožgalvio žarnyno ląstelės branduolį ir jį perkelti į kiaušialąstę su suardytu branduoliu. Kai kada normaliai išsivystydavo varlė. Beždžionėms ląsteles tekdavo paimti iš dar ankstesnės stadijos, iš vos kelias ląsteles turinčio embriono, po to kai buvo įvykusi minimali ląstelės deferinciacija. Branduolys galėjo pereiti suagusios bezdžionės vystymąsi. Klonavimui būtų naudingiau naudoti suagusių gyvūnų ląstelių branduolius, nes tik tada įmanoma numatyti, kokių fenotipinių požymių galėtume laukti. 1997 metais Škotijoje Edinburge Rosino Universitete profesorius Lanas Vilmutas paskelbė, kad jis su bendradarbiais klonuoja avį iš ląstelės, paimtos iš suaugusio gyvūno patelės tešmens, o kiaušialąstę iš kitos avies.

Genų terapija

Genetikos mokslo pažanga atveria naujų galimybių gydyti paveldimas ligas- tai genų terapija. Labai daug ginčyjasi dėl tiesioginių planų keisti vienus žmogaus genus kitais ir dėl žmogaus ląstelės branduolio klonavimo. Kamieninių ląstelių geninė inženerija remiasi šių somatinių ląstelių savybėmis:

1. Iš kamieninių ląstelių gaminasi, deferincijuojasi atitinkamų organų ląstelės. Pavyzdžiui, iš kaulų čiulpų- limfocitai.

2. Deferincijuota ląstelė dalijasi sudarydama kloną3. Nenormalios ląstelės paprastai išstumiamos normalių.

Šiuo metu genų terapija yra viena iš intensyviausiai plėtojamų medicininės genetikos sryčių. Ji skirstoma į genų terapiją eksvivo ir invivo. Eksvivo atliekama taip: Kamieninėje (pzv. limfocito ląstelėje) mutantinis genas pakeičiamas normaliu. Ir tokia ląstelė atgal grąžinama į organizmą, šiuo

atveju į kaulų čiulpus. Kaulų čiulpuose ląstelė dalijasi ir pirmiausia susidaro normalių (pertvarkytų) ląstelių klonas. Realiausia šią procedūrą atlikti žmonėms, kuriems būtina kaulų čiulpų transplantacija. Šis metodas susiduria su imuninio atsako problema, be to yra sunkiai atliekamas ir brangus. Šiuo metu vyrauja somatinių ląstelių genų terapijos kryptis. Naudojami įvairūs genų inženerijos vektoriai, tarp jų ir virusai. Lotyniškai „vektor“- vežąs, nešąs. Tai priemonė, į kurią klonuojamas genas. Tai yra svetima DNR, kad būtų galima ją pernešti į reilkalingas ląsteles ir įterpti į jų genomą. Pernešamas DNR fragmentas turi būti apsaugotas nuo viduląstelinių nukleazių, kartais replikuotis, kai ant senų molekulių kaip ant matricų gaminasi naujas visiškai tapatingas senajai genetinei medžiagai, nesunkiai aptinkamas recipiento genome ir turi normaliai funkcionuoti svetimoje genų veiklos geguliavimo sistemoje. Visa tai numatoma konstruojant vektorių. Ypač sunkiai sprendžiama geno ekspresija. Aukštesniųjų eukariotų genai bakterijų genome dažniausiai yra neekspresyvūs. Net vienas bakterijų grupės genas gali nefunkcionuoti kitos bakterijų grupės genome. Pavyzdžiui, ešerichijos koli genai neveiklūs baciluose. Dažniausiai stengiamasi sukonstruoti vektorių taip, kad perkeliamas genas būtų įterpiamas į kurios nors ląstelės recipiento lokusą. Tada perkeliamo geno transkripcijai ir jos reguliavimui panaudojamos recipiento reguliacinės sekos. Vektoriai dažniausiai konstruojami iš transdukuojančių (nuosaikųjų) virusų ir plazmidžių. Virusai turi genus lemiančius DNR patekimą į ląstelę ir jos integraciją į recipiento chromosomą. Vektoriai sukurti iš plazmidžių ląstelės recipiente gali gali automatiškai reprodukuotis nepriklausomai nuo pačios ląstelės dalijimosi, todėl patekęs genas toje pačioje ląstelėje klonuojamas daug kartų, kad būtų nesunku atskirti ląsteles po rekombinacijos vektorius genetiškai markiruojamas arba į juos įterpiami genai, kurių pasireiškimas nustatomas selektyviomis terpėmis. Pavyzdžiui, galima įterpti genus, sąlygojančius atsparumą įvairiems antibiotikams. Tokiu atveju po sekmingos genomo reorganizacijos ląstelė- recipientas įgija atsparumą antibiotikui ir ji išgyvena terpėje su normaliam ląstelės tipui letalia antibiotikų koncentracija. Kad patekęs į recipiento ląstelę DNR vektorius galėtų automatiškai replikuotis jame turi būti būdingos ląstelės recipientui replikatorius. Tik jį atpažįsta ląstelėje baltymai, kurie atlieka replikaciją.

Rekombinantinė DNR įvedama į specifines ląsteles, kurioms pasidalijus susidaro genetiškai modifikuotų ląstelių klonas. Genų inžinerija gydymo

sekmę gali nulemti ir aplinkinių būdu- per vaistų gamybą. Sukurus mikroorganizmų kamienus antibiotikų gamintojus vaistai tapo visiems prieinami ir atsirado ypač brangių vaistų- interferonas, augimo hormonai, sukurti mikroorganizmų kamienai sintetinantis žmogaus biopolimerus insuliną, aštnto veiksnio hemofilijai gydyti ir kitus. Tačiau sėkmingai galima gydyti organizmą iš vidaus, perkelus genus, kurie koduoja tūkstančius baltymų. Somatinių ląstelių genų terapijos metodu bandoma taikyti įvairiems paveldimiems defektams gydyti tokiems kaip: Fenilketonurija, mukobiscidozė, bandoma taikyti imunitetui pakeisti, kaip, pavyzdžiui, sukurti atsparumą ŽIV. Šiai dienai bandoma gydyti melanomą.

Tuoj po apvaisinimo kiaušinėlis ima dalintis. Per penketą dienų susidaro ląstelių kamuolys- blastulė. Tai yra puslelė, kurią sudaro išorinės ląstelės sluoksnis- dangalas ir prie jo vidinės sienelės prisitvirtinusi ląstelių kekė. Iš išorinio ląstelių sluoksnio vystosi placenta, o iš vidinio- gemalas. Blastulės stadijoje ląstelės dar nediferincijuoja nervų, inkstų ir kitų rūšių ląsteles. Todėl jos vadinamos kamieninėmis. Kadangi iš šių ląstelių susidaro visų rūšių organizmo ląstelės, jos dar vadinamos polipatentinėmis.