Kiegészítések a genetikához a génműködés szabályozása

Kiegészítések a genetikához
A génműködés szabályozása

A baktériumok génműködés-szabályozásának egyik példája a már tanul laktóz-operon.

A különböző felépítésű- és működésű testi sejtjeink azonos genetikai információt hordoznak, mert minden testi sejtünk a megtermékenyített zigótából mitózisokkal jött létre. Ezért lehetséges a klónozás. Minden gén megvan tehát az összes testi sejtünkben, de nem aktív mindig mindegyik. A gén aktivitása azt jelenti, hogy az adott DNS szakaszról mRNS átirat készül, majd az mRNS fehérje szintézisét vezérli.

A soksejtű élőlények különböző szöveteiben levő sejtek felépítése és működése eltérő. Ez úgy valósul meg, hogy más-más (enzim)fehérjék termelődnek a sejtben, mert más-más gének aktívak, mindegyik sejt a funkciójának megfelelő fehérjéket állítja elő. Például a gyomormirigysejt többek között pepszinogént termel, az izomsejtünk aktint, miozint állít elő.

A gének megnyilvánulását a hormonális állapot is befolyásolja. Például a növekedési hormon befolyásolja a csont- és izomfehérjék termelését (gének aktivitásán keresztül).

Az eukarióta sejt génműködéseinek szabályozásában erősítő és kioltó faktorok vesznek részt.
Daganat (tumor): sejtek kóros osztódása.

Szövettani vizsgálattal dönthető el, hogy jó- vagy rosszindulatú daganat a sejtburjánzás.

A jóindulatú daganat: sejtjei a kiindulási szövetnek megfelelő felépítésűek és működésűek;

a környező szövetektől élesen, sima felülettel határolódik el.

(Ritkán lehet halálos, ha életfontosságú szervet nyom, pl. agydaganat.)

A rosszindulatú daganat: sejtjei szabálytalanok, a kiindulási szövettől és egymástól is eltérnek;

az ép szövetektől nem különül el, azokra ráterjed (beszűrődik); gyakran áttéteket képez.

Áttét (metasztázis): a daganat sejtjei a vér- és nyirokkeringéssel a nyirokcsomókba vagy más szervekbe jutnak, és ott megtelepedve újabb daganatok kiindulási pontjaivá válnak.

A korai felismerés jelentősége: A beteg felépülésének esélyeit minden esetben jelentősen javítja, ha a lehető legkorábban orvoshoz fordul problémájával. Ebben nagyon sokat jelentenek a rendszeresen végzett önvizsgálatok, ill. a szűrések. Még fokozottabban vonatkozik ez azokra, akik családjában előfordult már a rák valamilyen fajtája.

Bőrrákra utaló jelek: nem gyógyuló seb vagy fekély; nedvező, hámló, vagy gyorsan változó anyajegy; különösen figyelni kell, ha a bőrelváltozás szabálytalan körvonalú, nem egyenletes színű, gyorsan növekszik. (Gyakorlott szakorvos tudja eldönteni, hogy rákos elváltozás történt-e.)

Emlőrákra utaló jelek: csomó vagy göb az emlőben, illetve a hónaljban; a mell formája megváltozik; a mellbimbóból véres váladék távozik vagy tartósan visszahúzódik; az emlő bőre megváltozik. (Az emlőrák többnyire fájdalmatlan. Tanácsos havonta – menstruáció idején – önvizsgálatot végezni, illetve részt venni az orvosi szűrővizsgálatokon.)

Hererákra utaló jelek: kicsiny, rendszerint fájdalmatlan csomó megjelenése a herében; a here megnagyobbodása; fájdalom a herében, herezacskóban, alhasban; here hormontermelésének zavarára utaló emlőnövekedés. A korai felismeréshez fontos a herék rendszeres önvizsgálata, amely fürdés, zuhanyzás után végezhető, amikor a here izomzata laza.

Prosztatarákra utaló jel, ha vizelési panasz 2 hétnél tovább fennáll: a vizelés nehezen indul vagy elakad; gyenge vizeletsugár; gyakori vizelés, különösen éjjel; fájdalmas, égető érzés vizeléskor. (Hasonló tüneteket eredményezhet az idős emberekben igen gyakran kialakuló dülmirigytúltengés, valamint a prosztata fertőzéses gyulladása, vagy prosztatakövek jelenléte is. Ezek elkülönítése urulógiai kivizsgálást tesz szükségessé.)

Méhnyakrákra utaló jelek: együttlét utáni vérezgetés, alhasi fájdalom; legfontosabb a rendszeres, évente végzett nőgyógyászati szűrővizsgálat! (18. évtől, illetve a nemi élet megkezdésétől évente kell végezni a vizsgálatot. Különösen veszélyeztettek, akik gyakran váltogatják partnereiket. A korán felfedezett méhnyakrák túlélési aránya 100%!)

(Egyéb rákra utalhat: makacs köhögés, rekedtség; állandó nyelési nehézség; a széklet változásai. Csakúgy mint más testi rendellenesség esetén, az előbbi tünetek jelentkezésekor is orvoshoz kell fordulni.)

Valószínűség: valamely esemény bekövetkezésének esélye. Értéke 0 és 1 között változhat. 0: nem következhet be az esemény, 1: mindenképpen bekövetkezik az esemény. Százalékban kifejezve 0-100%. (A valószínűségi arányok egy családon belül nem érvényesülnek, csak százas, sőt inkább ezres nagyságrend esetén várhatók.)

Gyakoriság: egy populációban valamely allél vagy genotípus előfordulásának aránya. Értéke 0 és 1 között változhat. Összegük 1 vagy 100%.
Mendel genetikai vizsgálatait borsókkal végezte. Az uniformitás, a hasadás, a független öröklődés és a reciprocitás törvényében foglalhatók össze következtetései.

Mendel következtetései, törvényei nem érvényesek korlátlanul az élőlények öröklődésénél. Nem érvényesek ezek kapcsolt öröklődésnél, sejtmagon kívüli öröklődésnél és az ivari kromoszómákon öröklődő jellegeknél.

Kapcsolt öröklődésnél nem érvényes a független öröklődés törvénye. (Mendel külön kromoszómákon található borsógének öröklődését vizsgálta.)

Sejtmagon kívüli öröklődés (extranukleáris, citoplazmás öröklődés) a mitokondriumban és a növényi színtestben levő gének öröklődését jelenti. Ezek a sejtszervecskék csak a petesejt útján adódnak az utódokba. Így itt nem érvényes a reciprocitás mendeli törvénye, mely szerint a tulajdonság öröklődésénél lényegtelen, hogy melyik ivarú utód örökíti azt.

A legtöbb tulajdonság öröklődése csak génkölcsönhatások segítségével magyarázható.
A klón két vagy több genetikailag azonos egyed. Például az indával szaporodó növények sarjai. Egy fejlődő embrió sejtjeinek szétválasztásával létrehozott genetikailag azonos egyedek. A növények vegetatív szaporodása (például a dugványozás) tulajdonképpen klónozás. Ma már emlősöket is tudnak klónozni: petesejt magját eltávolítják, helyére egy testi sejt magját ültetik. Az utód a testi sejtet adó állattal azonos genetikai állományú (klón) lesz.
Baktériumok felhasználása emberi fehérje előállítására

Ez génsebészet (genetikai technológia) segítségével történhet.

Baktériumokból olyan enzimeket állítottak elő, amelyek meghatározott báziskombinációknál hasítják a DNS-t, úgy hogy rövid egyszálú részek is maradnak, ún. „ragadós végek”. ((Ezek a restrikciós endokunkleáz enzimek.))
A beültetendő emberi gén melletti DNS szakaszt a fenti enzimmel hasították. A baktériumban levő kis kör alakú DNS-t (plazmid) ugyanezen enzimmel hasították. Így összeilleszkedő „ragadós végek” keletkeztek, ezek összekapcsoló-dásakor enzimek egyesítették a DNS láncokat. Így emberi gént építettek plazmidba. A plazmidot visszajuttatva a baktériumba, emberi fehérjét termelt a baktérium. Azért lehetséges ez, mert az emberben és a baktériumban is az egyes bázishármasok ugyanazokat az aminosavakat kódolják. (A genetikai kód univerzális.)	beültetendő gén

Néhány példa a genetikai technológia alkalmazására

Genetikai technológia (génsebészet) segítségével egy gént másik fajba át lehet vinni, vagy módosított gént lehet beültetni, így genetikailag módosított (manipulált) organizmus (szervezet) jön létre: GMO.

GMO-baktériumok ma már tetszés szerint előállíthatók. Emberi géneket juttattak baktériumokba, ma már sok gyógyászatilag fontos fehérjét így állítanak elő. Inzulint, növekedési hormont, interferont stb. termeltetnek így olcsón, megbízhatóan, nagy mennyiségben. (Korábban inzulint marhahasnyálmirigyből, növekedési hormont holttestek agyalapi mirigyéből vontak ki.)

Több ma használt vakcina (pl. a hepatitis B elleni) kizárólag génsebészeti eljárással készül.

Mosóporok enzimeit mikroorganizmusokkal termeltetik.

Több transzgénikus (idegen fajból származó gént tartalmazó) növény van már kereskedelmi forgalomban és mezőgazdasági termelésben főleg az USA-ban. Ma az USA szója-, kukorica- és gyapottermésének döntő hányada GMO-növény, azaz egyes gyomirtó szereknek vagy bizonyos fontos rovarkártevőknek ellenálló fajta, amelyekbe ezeket a tulajdonságokat génsebészeti technikával vitték be.

Beültetnek a növénybe olyan gént, ami ellenállóvá teszi egy növényvédő szerrel szemben. A termelő elveti ezt a növényt, majd a növényvédő szerrel kezeli a területet, így a GMO-növényen kívül minden más növény (gyom) elpusztul. Együtt adják el a növényvédőszer-rezisztens GMO-növényt és a növényvédő szert.

GMO-állat gyakorlatilag még nincs a világ mezőgazdaságában. Kísérletek folynak, hogy a vérzékenység egyik típusának kezeléséhez szükséges fehérjét, amelynek baktériumban való termeltetése nem megoldható, kecske vagy juh tejében lehessen termelni. Ez azt jelenti, hogy néhány kecskével a Föld összes ilyen betegének ellátása megoldható lenne.

Géntechnológia melletti érvek, álláspontok

A fent leírt alkalmazások haszna, eredményei mind a géntechnológia (génsebészet) melletti érvként szolgál: sikeres gyógyítás; olcsóbb mezőgazdasági termelés; kozmetikumok; vegyszerek gazdaságos előállítása.

Bizonyos anyagok génsebészeti előállítása lehetővé teszi, hogy a természetesnél előnyösebb tulajdonságú (például a szervezetben gyorsabban vagy éppen lassabban lebomló) változatokat lehessen tervezni és előállítani.

A tudományos kutatást is szolgálja a génsebészet. Az emberi immunrendszer génjeinek átültetésével állíthatók elő olyan egerek, amelyek alkalmas modellek például az AIDS-ellenes gyógyszerek vizsgálatára.

A génsebészetileg módosított baktériumok segítik a környezetvédelmet is. GMO-baktériumokkal lehet megtisztítani kőolajat és kőolajszármazékokat a kénvegyületektől.
Sikerült például olyan paradicsomot előállítani, amely nem romlik meg szállítás közben.

Géntechnológia elleni érvek, álláspontok

Mivel a kutatási költségek nagyok, a bevezetést megelőző hatásvizsgálatot gyakran nem végzik el. Ezért a genetikailag átalakított organizmusok szabadon bocsátása esetén az ökológiai következmények még nem világosak.

Az ipari-mezőgazdasági hasznosítás nem zárt rendszerű, így az organizmusok könnyen kiszabadulhatnak a természeti környezetbe és kiszoríthatnak más, őshonos fajokat, így csökkentve a biodiverzitást.

Ma már alapvetően csak néhány haszonnövény-faját termesztünk, míg az igazi fenntartható mezőgazdaságban sok különböző növényt termesztenek, mivel ez a legjobb védekezés a kártevőkkel, vírusokkal és időjárás változásokkal szemben. A hagyományos fajták sokkal egészségesebbek és finomabbak is, mint a nagy hozammal bíró modernebbek, amiket a mezőgazdasági-vegyipari cégek terjesztenek.

Az emberrel közvetlen érintkezésbe lépő génmanipulált organizmusok egészséget érintő hatásairól kutatások hiányában nem sokat tudhatunk, így alkalmazásuk eddig nem ismert következményekkel járhat az egészségre.

(A Nagy-Britanniában dolgozó magyar Pusztai Árpád kutatócsoportjával transzgénikus burgonya emlősökre gyakorolt hatását vizsgálta. A burgonyába olyan hóvirággént juttattak, ami rovarok számára mérgező, így az ellenáll a rovarkártevőknek. A kísérletsorozat azt mutatta, hogy ez a burgonya károsítja a patkányokat. Amikor Pusztai ezt az eredményt 1998-ban nyilvánosságra hozta, azt is hozzátette, hogy amikor a génmódosított élelmiszerek forgalmazását engedélyezik, nem vizsgálják azok biztonságát kellően, így az embereket használják kísérleti nyúlként. Pusztai ellen ekkor „boszorkányüldözés” indult, elbocsátották állásából. Később tekintélyes folyóiratban közzétette a tudományos vizsgálatsorozat eredményeit. Ma is azt képviseli, hogy a jelenlegi génmódosítási technológia nem biztonságos, és a mostaninál sokkal alaposabban kellene vizsgálni az élelmiszereket, mielőtt emberi fogyasztásukat engedélyezik.)http://www.bbc.co.uk/hungarian/news/story/2005/07/050712_hungintpusztaiarpad.shtml

Ha egy mezőgazdasági termék garantáltan génmanipuláció-mentes, az a termék jobban eladható Európában. A biotermékek jóval értékesebbek a tömegtermékeknél, márpedig génmanipulált növény nem kaphat bio minősítést. (Még a génkezelt fajtákat előállító nagyvállalatok is "GMO-mentes" felirattal jelölik meg a saját hagyományos termékeiket.) Magyarország a kontinens egyik legnagyobb vetőmag-előállítója. Elemi gazdasági érdeke hazánknak a génkezelt haszonnövények távoltartása a magyar termőterületektől, különben jelentősen csökkenhet az értékes hazai vetőmagok eladása.

A rezisztens növényfajták előállítása nem jelent végleges megoldást. Ha egy növénybe olyan gént ültettek amely valamely rovarkártevő számára mérgező fehérjét termel, az állat várhatóan kb. 10 év alatt ellenállóvá válik ezzel a méreggel szemben. (Mutációval olyan enzimje jöhet létre, majd terjed el a populációban, amelyik lebontja azt a mérget.) Így az egész genetikai beavatkozás hosszabb távon értelmetlen.

A transzgénikus növényekkel igazoltan csak néhány százalékkal nőttek a terméshozamok, sokan úgy gondolják, hogy ez nem éri meg, tekintettel a nem kellően tisztázott esetleges hosszú távú veszélyekre.

A genetikai tanácsadás

(Érettségi köv.: Lássa a genetikai tanácsadás lehetőségeit, alkosson véleményt szerepéről.)

Ide fordulhatnak tanácsért a gyermekvállalásra készülő párok. Azoknak érdemes felkeresni a tanácsadót, akiknek korábban született gyermeke öröklődő betegségben, fejlődési rendellenességben szenved, és újabb gyermeket akarnak; a gyermeket vállalóknak vagy közeli családtagjuknak örökletes baja van; vagy ha a nő már nem fiatal. A genetikai tanácsadás során részletes családvizsgálatot készítenek: családfakészítést, elemzést végeznek. Anyagcsere vizsgálatokkal próbálják felderíteni a szülők genotípusát. A betegség ismerete, valamint népesség- és területstatisztikai adatok alapján valószínűség számítással megállapítják a kockázat fokát. Azt azonban, hogy milyen kockázatot vállalnak, a leendő szülőknek kell eldönteni. Törvényeink ugyanis csak a legközelebbi rokonok házasságát tiltják.

Ma már egyre több lehetőség van a magzati diagnosztika alkalmazására: a magzatvízben levő sejtek vizsgálatával derítik fel a gyermek nemét, illetve esetleg az öröklődő betegséget. Ma már ezt minden olyan esetben javasolják, amikor felmerül a kromoszóma-rendellenesség gyanúja, vagy fennáll nemhez kapcsolt súlyos betegség veszélye. X kromoszómán öröklődő betegség esetén a leánygyermek csak nagyon ritkán betegszik meg, általában csak hordozó lesz. Ilyenkor csak fiú magzat esetén megfontolandó a művi terhesség-megszakítás. (Lásd még a Down-kórról tanultakat is!)

Ha egy recesszív betegséget okozó allél tekintetében mindkét szülő heterozigóta, 25% a beteg gyermek születésének valószínűsége. Ilyen pároknak nem javasolták a gyermekvállalást, ha súlyos, gyógyíthatatlan ártalomról volt szó. Ma viszont, amennyiben magzati diagnosztizálásra van lehetőség az adott betegségnél, a fogantatás után lehet dönteni a terhesség megszakításáról, ha ténylegesen betegnek bizonyult a gyermek.

Rendkívüli felelősséget vállal az is aki a tanácsot adja, és az is, aki kapja, mert még a kilátástalannak tűnő helyzetben is lehetséges egészséges gyermek születése, és elfogadható kockázat mellett is születhet beteg gyermek.

(Érettségi köv: Lássa a biológiai alkalmasság (fitness) és az emberi élet értéke közti különbséget.)

Fitness (rátermettség): az egyed azon képessége, hogy génjeit milyen mértékben örökíti át a következő nemzedékre. A sikeres szaporodás az egyed életképességének és termékenysé-gének függvénye.

Az emberi élet értéke nem mérhető ilyen evolúcióbiológiai fogalmakkal. Minden emberi életet értéknek tekintünk. Senki nem gondolkozik azon, hogy valakinek az életét értékesnek minősítsük-e, aki a társadalom hasznos tagja, de valamilyen okból nem lehet gyermeke.

A Humán Genom Program célja az ember teljes genetikai információtartalmának leolvasása, azaz a 3 milliárd nukleotid hosszúságú teljes emberi DNS nukleotidsorrenjének megállapítása volt.

(Ez a kutatás 1990-től folyt az USA-ban, lényegében az emberi genom teljes nukleotid sorrendjét megállapították 2003-ra. Több – különböző rasszokhoz tartozó – emberből származó kevert mintával dolgoztak.)

A kapott óriási adathalmaz A C G T nukleotidok sorrendjét jelenti. Meg vannak a „betűk” de ettől még nem „értjük a szöveget”. Sok génnek ma sem tudják a pontos helyét. Amelyeknek tudják a helyét, azok többségének sem tudják a feladatát. Az kiderült, hogy 30-40 ezerre becsülhető az emberi gének száma (korábban százezernek gondolták). A humán genomnak csak 2%-át teszik ki a gének, a többi DNS szerepéről csak feltételezések vannak.

(Az ember és a csimpánz örökítőanyaga között 98%, ember és egér között 90% az egyezés, de még a banánnal is 40%-ban azonosak génjeink. Két ember között átlagosan minden ezredik nukleotidban van egy különbség, azaz az emberiség egyes egyedei között alig több mint egy ezrelék a különbség, és e különbség mintegy tizenöt százaléka különböző fajták – például a fehérek és feketék – közti különbség, nyolcvanöt százaléka pedig a fajtán belüli, egyedek közti különbség.)

A Humán Genom Program eredményei később sok fontos gyakorlati alkalmazáshoz nyújtanak alapot: A mainál többféle genetikai betegséget lehet majd diagnosztizálni a DNS vizsgálatával. Ma egy jól bevált gyógyszer esetében is vannak olyanok, akikre nem hat, vagy akiknél káros mellékhatásokat okoz. Ennek sok esetben genetikai eltérés az oka. A távolabbi jövőben DNS-teszttel meg lehet majd állapítani, hogy melyik gyógyszer lesz megfelelő a vizsgált személynek.