Свойства гена

Как единица функционирования ген имеет ряд свойств:

• аллельное состояние (2, 3 и более альтернативных варианта). В зависимости от сочетания аллелей может наблюдаться гомозиготность или гетерозиготность;

• дискретность – развитие разных признаков контролируется разными генами. Менделирующие признаки: 1 ген – 1 фен;

• дозированность – ген обусловливает развитие признака до определенного количественного предела (дозы). Например: размер ушной раковины, длина спинки носа;

• специфичность – определенный ген обусловливает развитие определенного (специфического) признака или их группы (плейотропное действие гена);

• стабильность – при отсутствии мутации ген передается в ряду поколений в неизменном виде.

Гены подразделяются на аллельные и неаллельные, в связи, с чем выделяют и типы их взаимодействия.

Проект « Геном человека»

Цель проекта: определение полной нуклеотидной последовательности молекул ДНК человека и идентификация всех генов.

Исследования были начаты сотрудниками Института геномных исследований (США) в 1992г. На базе института в 1998г. была создана коммерческая компания «Селера джиномикс», в финансировании которой приняли участие частные фирмы. Именно эта компания первой объявила о завершении работ по расшифровке ДНК человека. Согласно результатам, геном человека составляет около 32тыс генов и вряд ли превышает 35тыс. Уровень точности можно считать удовлетворительным: 1 ошибка на 10⁴ нуклеотидов для 80% генома и 1 ошибка на 10 ⁶ нуклеотидов - для 20% генома. Лучше всего расшифрована нуклеотидная последовательность двух самых маленьких хромосом человека - 21-22-й.

Интересным является тот факт, что коммерческие компании, по сравнению с научными коллективами, не обязаны предавать гласности все свои результаты. Заявление сделано, но сами последовательности в полном объеме в международный банк данных переданы не были. В настоящее время готовятся заявки на патенты, т.к. результаты принесут прибыль фармацевтическим, медицинским и сельскохозяйственным компаниям.

Правительства США, Японии, Великобритании, Германии, Франции стали выделять на работы по проекту «Геном человека» миллиарды долларов. Россия в начале создания проекта участвовала на равных условиях, но затем фактически приостановила свои вклады, и в будущем будет в экономической зависимости от этих стран, хотя многие специалисты, получив образование на родине, мигрировали в США и Западную Европу.

Информация об открытии новых генов

Открытие нового гена означает не только определение локуса в молекуле ДНК, но и обязательную изоляцию всей его кодирующей области а также определение ее нуклеотидной последовательности (1 этап). На 2-м этапе проводится идентификация и анализ последовательностей, участвующих в регуляции работы гена. И только затем прочитываются некодирующие интронные области гена (3 этап).

Ученым удалось отработать механизм искусственного синтеза молекулы ДНК по матрице РНК. Если естественный процесс выглядит так:

ДНК (интроны/экзоны) → преРНК (интроны/экзоны) → мРНК (только экзоны), то теперь синтез идет в обратном направлении:

мРНК (экзоны) → кДНК (составлена только из экзонов гена, т.е. его кодирующей области). Молекула ДНК, образующаяся при таком синтезе, называется комплементарной или копийной (кДНК). Чтобы определить нуклеотидную последовательность кДНК, ее следует клонировать. Клонирование – очень эффективный метод поддержания и размножения любых относительно небольших молекул ДНК.

Метод заключается в присоединении ДНК к векторным молекулам, которые обеспечивают проникновение этой конструкции в культивируемые клетки–хозяина (бактерии, дрожжи, клетки высших организмов, включая клетки тканей человека). При размножении клеток происходит размножение введенных генетических конструкций.

Вектора конструируют на базе биологических молекул, обладающих способностью проникать внутрь клеток, как правило, это ДНК вирусов и плазмид – небольших кольцевых молекул ДНК, присутствующих в бактериальных клетках.

При клонировании генов человека в бактериях, добиваются синтеза в них чужеродных белков - белков человека. Сделать это не сложно, так как клетки любого видового происхождения, за счет общей универсальности генетического кода, легко считывают информацию участков ДНК другого вида. Клонирование лежит в основе всей генной инженерии. Для поиска самого гена используется целый комплекс молекулярных методов, получивших название «позиционное клонирование»:

I. этап - после картирования (1), изолируют (2) из генома участок ДНК, соответствующий цитогенетической области локализации. Изолированную ДНК разрезают на участки меньшей длины и клонируют (3) их;

II. этап - проводят последовательный анализ клонированных фрагментов, идентифицируют в них генные последовательности. Выделяют регуляторные и кодирующие области генов от других участков ДНК. Гены достаточно консервативны, при эволюционных преобразованиях видов они остаются относительно стабильными.

В силу того, что в изолированной ДНК может содержаться не один, а несколько генов, на помощь приходят знания о характере тканеспецифической экспрессии этого гена.

В тех тканях, в которых согласно предположению, ген должен работать, находят мРНК, комплементарные изолированным последовательностям ДНК. С мРНК получают кДНК, представляющую собой кодирующую область искомого гена, определяют нуклеотидную последовательность (4) молекулы кДНК. Все ДНК с известной нуклеотидной последовательностью заносятся в компьютерные базы данных. Сравнивают вновь открытый ген с гомологичными в геноме человека и других живых существ. Расшифровка кДНК автоматически позволяет установить аминокислотную последовательность кодируемого белка (5). Все белки с известной аминокислотной последовательностью также заносят в базы данных и подвергаются компьютерному анализу. По аминокислотной последовательности достаточно точно реконструируется пространственная структура белка (6) и его назначение (функции белка). Имея в наличии кДНК можно синтезировать антитела к этому белку. С помощью антител устанавливают в каких клетках этот белок реально находится, с какими органеллами он связан. Выделяя белок в количестве, достаточном для биохимического анализа, определяют те биологические молекулы, которые взаимодействуют с этим белком.

Итак, открытие нового гена сопровождается расшифровкой молекулярной природы кодируемого им белка, с последующим иммунологическим и биохимическим его анализом.

Находя первичный молекулярный дефект, генетики пытаются разрабатывать новые патогенетические методы терапии наследственных заболеваний.