130. Генетически модифицированные организмы.

Генетически модифицированный организм – живой организм, генотип которого изменен в научных, медицинских или хозяйственных целях. В отличие от естественной изменчивости, возникающей в ходе эволюции, искусственная генетическая модификация отличается целенаправленным изменением генотипа организма. Основным видом генетической модификации в настоящее время является использование трансгенов для создания трансгенных организмов.

Основные этапы создания ГМО:

• Получение изолированного гена

• Введение гена в вектор для переноса в организм

• Перенос вектора с геном в модифицированный организм

• Преобразование клеток организма

• Отбор генетически модифицированных организмов и устранение тех, которые не были успешно и тех, которые не были успешно модифицированы.

131. Структура генома.

Геном организма включает суммарную ДНК гаплоидного набора хромосом и каждого из внехромосомных генетических элементов, содержащихся в отдельной клетке зародышевой линии многоклеточного организма.

Результатом определения нуклеотидной последовательности человека сало картирование и описание всех основных геномных элементов: гены, псевдогены, повторы, транспозоны, ретротранспозоны.

• В геноме человека нуклеотидные последовательности, кодирующие белки, - экзоны – занимают очень небольшую часть от длины всех молекул ДНК.

• Геном человка включает в себя 30-40 тыс. генов, кодирующих белки. У человека в геноме больше некодирующих участков ДНК.

• Белок-кодирующие гены человека сильно различаются по размерам. Самые короткие гены содержат всего два десятка пар нуклеотидов.

• Гены различаются по числу экзонов и интронов. Есть гены без интронов, например, гены гистоновых белков. Наибольшее число экзонов оббнаружено в гене фибриллярного белка титина, ответственного за пассивную эластичность скелетных мышц.

• Гены неравномерно распределены между разными хромосомами. Средняя плотность составляет 1 ген на 100 тысяч пар нуклеотидов.

• Для более 30% генов человека характерен альтернативный сплайсинг. Это обеспечивает появление более чем одного белка при экспрессии одного и того же гена.

• Около 50% мРНК содержит не один, а два АУГ-кодона, являющихся сигнальными для синтеза белка на мРНК. За счет этого в разных ситуациях клетка может начать синтез белка с разных мест мРНК, в результате чего образуются разные белки, различающиеся по длине, а в ряде случаев и по свойствам.

• Многие гены имеют более одного промотора. Это позволяет на одном гене синтезировать разные мРНК, на которых в процессе трансляции будут синтезированы разные белки.

• Как и у вирусов и других высших организмов, у человека в одном и том же участке ДНК может быть записана информация о двух совершенно разных РНК, и соответственно, о совершенно разных белках. Это явление называется перекрыванием генов и относительно редко встречается у человека. Для одного гена смысловой является одна нуклеотидная цепь, а для другого – другая нуклеотидная цепь одного и того же двухцепочечного фрагмента ДНК. Каждая из двух цепей этого фрагмента ДНК обладает своим промотором. (?)

• Изредка встречается явление, когда внутри одного гена целиком содержится другой меньший по размерам ген. Чаще всего один ген расположен в интроне другого гена.

• Многие гены представляют собой члены одного семейства, чьи экзоны родственны между собой, то есть похожи по порядку следования нуклеотидов. В геноме человека присутствуют 1,5 тысячи разных семейств генов. Около сотни семейств специфичны для человека и других позвоночных животных. Они образовались в результате дивергенции, т.е. расхождения генов. Разные члены одного семейства генов возникали в процессе эволюции из одного гена-предшественника путем его дупликации, или удвоения. Некоторые гены после удвоения не изменились; такие гены часто располагаются рядом, следуя друг за другом, тандемно. Это касается генов, кодирующих рРНК и белки гистоны. Скопления одинаковых генов обеспечивают синтез большого количества кодируемого продукта. Однако в большинстве случаев новые «копии» генов изменяются в результате мутаций, в результате чего они в той или иной степени стали отличаться друг от друга. Такой процесс был назван дивергенцией, то есть расхождением, генов. Чем раньше началось расхождение генов, тем выше процент различий между родственными генами. Зная степень дивергенции и скорость мутирования генов, можно определить: сколько времени прошло с момента появления новой мутации. (семейство генов факторов роста, семейство генов, кодирующих кератины, семейства генов глобина – белковой части гемоглобина).

В семействах генов встречаются псевдогены – гены, которые из-за мутаций не способны функционировать. В геноме человека имеется около 20 тысяч псевдогенов.

• Большая часть генома человека не имеет прямого отношения к генам и не транскрибируется: на ней не образуются молекулы РНК. Функции этой части ДНК до конца неизвестны. Одной из характерных особенностей этой части ДНК является наличие многочисленных повторов разного типа. Повторяющиеся последовательности в сумме занимают около 50 % всей ДНК человека.

• Среди диспергированных повторов всех четырех указанных выше типов содержатся элементы, способные перемещаться в геноме. Их называют транспозонами, или мобильными генетическими элементами. Они могут покидать одну хромосому и внедряться в ДНК другой хромосомы. Благодаря открытию мобильных генетических элементов стало ясно, что геном не является полностью стабильной системой, а характеризуется определенным непостоянством и динамичностью. Перемещаясь, мобильные генетические элементы изменяют регуляцию других генов и даже принимают участие в создании многих генов.

• Как и у других организмов, в геноме человека есть гены, которые кодируют разные виды РНК:

• Рибосомные РНК: несколько сотен копий 4-х основных типов рРНК

• Транспортные РНК: 497 генов кодируют типичные тРНК и один ген кодирует тРНК для селеноцита

• Малые ядерные РНК, участвующие в сплайсинге : около 80 генов

• РНК, участвующие в соединении мРНК с ЭПС: 3 гена

• РНК, регулирующие транскрипцию

• РНК, регулирующие трансляцию

• Многочилсенные виды РНК, принимающие участие в регуляции процесса экспрессии генов, называются риборегуляторами: теломеразная РНК – 1 ген.