mozok.click » Podręczniki w języku polskim » Biologia » Współczesne metody genetyki
Інформація про новину
  • Переглядів: 948
  • Автор: admin
  • Дата: 9-03-2018, 23:37
9-03-2018, 23:37

Współczesne metody genetyki

Категорія: Podręczniki w języku polskim » Biologia

Do diagnostyki schorzeń genetycznych niezbędna jest analiza kariotypu

Klasyczne metody badań genetycznych, opisane w poprzednim paragrafie, nie rozpatrują molekularnych mechanizmów funkcjonowania dziedzicznego materiału. Dlatego te metody mogą przewidzieć tylko prawdopodobieństwo wystąpienia niektórych zaburzeń genetycznych. A czy wystąpiła nowa mutacja i gdzie - za ich pomocą wykryć nie można. Do tego są potrzebne inne metody - molekularno-biologiczne i cytoge-netyczne. Właśnie one bezpośrednio badają strukturę i pracę genów na molekularnym i komórkowym poziomie.

Z § 37 dowiedziałeś się, że wiele genetycznych chorób człowieka jest związanych z chromosomowymi anomaliami. W przypadku takich chorób do wyjaśnienia diagnozy jest potrzebna analiza kariotypu - kariotypowanie. W tym celu dokonuje się wyodrębnienie chromosomów z oddzielnych komórek człowieka, ich barwienie i identyfikację. Stosując odpowiednie barwienie, można w chromosomie wyróżnić ciemniejsze i jaśniejsze prążki, przy czym każdy chromosom ma swój unikalny układ prążków. Takie barwienie chromosomów pozwala uporządkować je w pary, ujawnić nieprawidłowości w budowie i stwierdzić, czy obecna jest ich prawidłowa liczba (ryc. 37.6, B; 37.7).

Bardzo często kariotypowanie jest stosowane w diagnostyce prenatalnej. Przeprowadza się ją w celu ujawnienia genetycznych zaburzeń u zarodka w stadium rozwoju embrionalnego. W tym celu lekarze pobierają komórki z embrionu, a potem ka-riotypują je. Embrionu podczas procedury dotykać nie wolno, żeby nie naszkodzić jego rozwojowi. Tak więc do analizy pobierane są albo komórki embrionalnej części łożyska, albo płyn owodniowy (ryc. 39.1). Komórki łożyska mają kariotyp embrionu, a do owo-dniowego płynu trafia niewielka ilość komórek, które „odpadły” od zarodka. Pierwsza metoda jest bardziej skomplikowana, lecz dostępna we wcześniejszym okresie ciąży w porównaniu z drugą. Natomiast druga metoda jest prostsza w realizacji, jednak wymaga dodatkowego czasu na założenie hodowli komórek potrzebnych do kariotypowania.

Kariotypowanie wykorzystuje się nie tylko w genetyce człowieka. Często jest stosowane do identyfikacji tak zwanych gatunków-sobowtórów. Na przykład wiele gatunków komarów z rodzaju Anopheles praktycznie nie różni się zewnętrznie od siebie, lecz znacznie różni się pod względem budowy chromosomów. Wykrycie takich gatunków ma praktyczne znaczenie, ponieważ nie wszystkie gatunki są przenosicielami zarodźca malarii1.



Polimerazowa reakcja łańcuchowa - to sposób na „rozmnażanie” DNA

W 1983 roku amerykański biochemik Kary Mullis zaproponował metodę dokonania replikacji specyficznego odcinka DNA w probówce - polimerazową reakcję łańcuchową (PCR). Przed replikacją dwułańcuchowe cząsteczki DNA podczas ogrzewania „rozplatają" się na jednołańcuchowe, następnie na nich za pomocą termostabil-nej DNA-polimerazy syntetyzują się nowe komplementarne łańcuchy DNA. W wyniku 20-30 takich cykli rozplatania-syntezy można przez krótki czas (około godziny) zsynte-tyzować miliony kopii z jedynego fragmentu DNA prosto w probówce (ryc. 39.2).

PCR odkrywa mnóstwo możliwości. Z jednej strony badacz może otrzymać dużo kopii odcinka DNA, który go ciekawi, co ułatwi mu pracę z tym fragmentem, na przykład jego sekwencjonowanie (patrz dalej). Z drugiej strony można wyznaczyć, czy jest poszukiwany odcinek DNA w próbce, która nas ciekawi. Tak, na przykład, można dokonać PCR w taki sposób, że będzie odbywała się synteza tylko tego odcinka DNA, który jest specyficzny dla czynnika chorobotwórczego cholery. Wtedy synteza nowych kopii DNA będzie odbywała się pod warunkiem, że w badanej próbce jest DNA chorobotwórczej bakterii.

Można więc łatwo i szybko wykryć obecność infekcji w wodzie, krwi lub komórkach.

Do wykrycia mutacji punktowych niezbędne jest sekwencjonowanie kwasów nukleinowych

Ustalenie genowych mutacji, które wywołują choroby dziedziczne, jest trudniejsze. Nie budzącą wątpliwości metodą poszukiwania mutacji punktowej jest „odczytanie” kolejności nukleotydów w określonym fragmencie, który być może zawiera mutację. Takie ustalenie kolejności nukleotydów nazywa się sekwencjonowaniem kwasów nukleinowych. Pierwszą metodę sekwencjonowania zaproponował angielski biochemik Frederick Sanger w 1977 roku. Początkowo zadanie sekwencjonowania polegało na ustaleniu kolejności genów, lecz dosyć szybko ten proces został zautomatyzowany i wykorzystany do ustalenia kolejności pełnych genomów. W 2003 roku opublikowano pełną sekwencję ludzkiego genomu.

1 Chodzi o to, że komarów z rodzaju Anopheles nalicza się ponad 400 gatunków, lecz tylko niektóre z nich są przenosicielami malarii. Jednak wszystkich komarów tego rodzaju nazywa się malarycznymi. A dla epidemiologów ważne jest wykrycie właśnie niebezpiecznych gatunków komarów.

Obecnie rozszyfro-

wano genomy kilku dziesiątków tysięcy organizmów(dokładniej o tym w dodatku VIII). Znajomość pełnej kolejności genów i genomów pozwala na poznawanie cech ich budowy i funkcjonowania. Oprócz tego, porównując genomy różnych organizmów między sobą, można lepiej zrozumieć historyczne związki między nimi imechanizmy ewolucyjnych przekształceń w żywej przyrodzie (o tym będzie mowa w § 44).

Do wykrycia zaburzeń chromosomów wykorzystuje się fluorescencyjną hybrydyzację in situ

 


Bardziej współczesną i dokładniejszą metodą wykrywania chromosomowych zaburzeń jest fluorescencyjna hybrydyzacja in situ. Ta metoda wykorzystuje jednołańcucho-we fragmenty DNA, znakowane fluorescencyjnym barwnikiem1. Znakowane DNA ma kolejność, która odpowiada zaburzeniom w strukturze chromosomu (delecje, inwersje lub transiokacje). Jeśli kolejność znakowanego DNA odpowiada określonemu fragmentowi DNA komórki, to one się wiążą - hybrydy-zują. Następnie pod fluorescencyjnym mikroskopem na podstawie obecności świecenia się fragmentu w określonym oświetleniu można ustalić, czy odbyła się hybrydyzacja i czy jest poszukiwany fragment w genomie komórki (ryc. 39.3).

Terapia genowa - to próba rywalizacji z przyrodą

Jedną z gałęzi genetycznych technologii jest genetyczna modyfikacja człowieka w celu leczenia chorób genetycznych - terapia genowa. Znaczna część chorób genetycznych związana jest z tym, że człowiek nie posiada funkcjonalnego allelu określonego genu. Taki problem można rozwiązać, sztucznie wprowadzając do ludzkich komórek czynny gen (ryc. 39.4). Zazwyczaj genową terapię przeprowadza się przez infekowanie człowieka gatunkowo zmienionym wirusem: zamiast swego kwasu nukleinowego on posiada gen człowieka. Ten gen trafia do jądra komórki, wbudowuje się do genomu i zaczyna tam pracować zamiast wadliwego genu. W ten sposób udało się wykorzystać broń, skierowaną przeciwko mam - mechanizmy wirusowego ataku - do leczenia nas samych. Obecnie terapię genową wykorzystuje się do leczenia niektórych schorzeń genetycznych i rakowych. Dokładniej o genowej terapii dowiesz się z § 62.


 

Zastanów się

Wybierz jedną poprawną odpowiedź

1

Do wykrycia zespołu Downa najwygodniej jest wykorzystywać A kariotypowanie В hybrydyzację fluorescencyjna

C sekwencjonowanie D PCR E krzyżowanie

2

Do prenatalnego kariotypowania pobiera się komórki A embrionu В łożyska C macicy

D błonę pęcherza o koło płód owego E pępowiny

3

Wirus, który znajduje się w genie ludzkim, zamiast swego kwasu nukleinowego A przenosi gen człowieka do komórki В przenika do komórki w postaci białka C jest wykorzystywany do kariotypowania

D całkowicie zostaje zniszczony w cytoplazmie od razu po dostaniu się do komórki E stale tworzy się w komórkach rakowych

4

W wyniku terapii genowej w genomie znajdują się co najmniej dwa różne allele jednego genu. Z nich prawidłowo funkcjonuje

A wyjściowy В wprowadzony C każdy D żaden E zmutowany

Sformułuj odpowiedź w postaci kilku zdań

5

W jakim celu do fluorescencyjnej hybrydyzacji wykorzystuje się mikroskop? Na czym polega osobliwość pracy tego mikroskopu w porównaniu ze świetlnym?

6

Dlaczego do PCR wykorzystuje się termostabilną polimerazę?

Jednym ze sposobów wykrycia wirusa braku odporności człowieka - PCR z próbką krwi. Jak za pomocą tej metody wykrywa się we krwi HIV?

8

Dlaczego właśnie wirus wybrano jako środek dostarczania celowych genów do komórki?

Znajdź odpowiedź i postaraj się zrozumieć istotę problemu

9

Jak urzeczywistnić PCR z RNA?

10

Czy obowiązkowe jest wykorzystanie w terapii genowej wirusa jako nosiciela genu? Czy można wprowadzić potrzebny gen innymi sposobami?

Dowiedz się samodzielnie i opowiedz innym

11

Jak metoda PCR jest zastosowywana w medycynie, kryminalistyce i praktyce sądowej?

12

Jak, porównując kolejności nukleotydowe jednego genu, można dowiedzieć się o ewolucyjnym pokrewieństwie organizmów? 

 

Źródło: Biologia podręcznika dla klasy 9 Szałamow

 






^