Genetika Terminai Genetika

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 kloną
   
3. 
   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.