Задача 5

Появление новых дисциплин, таких как геномика и протеомика, являющихся современными достижениями в развитии биологии, имеет большое значение в создании новых более эффективных и безопасных лекарственных средств. Название геномика происходит от слова геном, то есть совокупности всех генов организма. Слово протеомика является производным от протеома - под последним подразумевается совокупность всех - структурных и каталитических белков в клетке эукариота или прокариота.

Геномика ставит своей задачей полную генетическую характеристику именно всей клетки: установление количества содержащихся в ней генов и их последовательности, установление количества нуклеотидов в каждом гене, их последовательности, установление функций каждого гена применительно к метаболизму организма или, говоря более общими словами, применительно к его жизнедеятельности. Иными словами геномика позволяет выразить сущность организма - его видовые (и даже индивидуальные) отличия от других организмов, его потенциальные возможности, предвидеть его реакцию на внешние воздействия, зная последовательность нуклеотидов в каждом из его генов и зная число генов. Минимальные геномы у некоторых видов микроорганизмов состоят из нескольких сотен генов. Геном человека приближается к ста тысячам генов. Размеры отдельных генов варьируют - примерно от одной тысячи пар нуклеотидов и выше. Таким образом, количество пар нуклеотидов, составляющих индивидуальный геном измеряется как минимум сотнями тысяч, обычно же многими миллионами пар нуклеотидов.

Отсюда следует, что для полного знания генома организма надо определить последовательность ( sequence ) миллионов пар (А-Т, Г-Ц) нуклеотидов. Провести "секвенирование", согласно вошедшему в употребление выражению, целого генома можно только при автоматизации соответствующего оборудования . Геномика теснейшим образом связана с биоинформатикой, которая базируется на базах данных и компьютерной технике.

Структурная геномика. Ее задача - идентификация генов с помощью специальных компьютерных программ. Ведется поиск открытых рамок считывания со старт-кодонами и терминирующими кодонами, то есть идентифицируются структурные гены. В результате, изучаемый геном характеризуется по молекулярной массе, количеству генов, нуклеотидной последовательности в каждом гене. У прокариот - в геноме-хромосоме, у эукариот - в каждой из хромосом. Сравнительная геномика позволяет получить сведения о степени гомологии родственных генов (степени гомологии по последовательности нуклеотидов в открытой рамке считывания). Сравнительная геномика дает возможность при систематической работе в этом направлении получить ответ на вопрос об эволюционной близости одного организма другому. Можно также вести поиск ингибиторов данного гена (вернее кодируемого им белкового продукта) у патогенного микроорганизма с целью создания на их основе лекарственных средств, если знать есть ли ген с такой или близкой последовательностью нуклеотидов в организме хозяина. Это позволяет определить степень безопасности создаваемых лекарств. Функциональная или метаболическая геномика имеет цель установить связи между геномом и метаболизмом, кластерами генов и многоступенчатыми метаболическими процессами, отдельными генами и конкретными метаболическими реакциями (здесь также есть

О ТВЕТЫ К СИТУАЦИОННЫМ ЗАДАЧАМ 1 ►

БИОТЕХНОЛОГИЯ ММА им. И.М. Сеченова

В начало | Меню | Программа | Литература | Возврат к предыдущему документу | -4 2 ►

специализированные базы данных). В клинике в настоящее время используется порядка ста природных и синтетических антибактериальных веществ. Каждое из них имеет свою мишень. Как правило, это или фермент, или рибосомный белок. Всего реализованных мишеней также около ста.

Генотерапия требует предварительного создания рекомбинантной генетической конструкции с нормальной ("здоровой") копией дефектного гена, а также создания вектора для этой конструкции, переносящего ее в клетки, подвергаемого генотерапии организма.

Наиболее перспективным путем переноса генов при генотерапии пока признается включение их в векторы, построенные на основе ретро-, или адено- вирусов. Вирусы генетически модифицируются так, чтобы при сохранении способности проникать в клетку, они теряли бы способность к автономной репликации. Для направленной доставки сконструированной последовательности принимается во внимание различный тропизм разных вирусов к определенным видам тканей. Так представители аденовирусов высокотропны в отношении клеток эпителия дыхательных путей, вирус герпеса высокотропен в отношении нейронов ЦНС и т.д. Современная генотерапия направлена только на соматические клетки.

Генотерапия ex vivo (вне организма) означает, что нормальная копия гена вводится в соматические клетки, предварительно извлеченные из организма пациента. Исправленные клетки наращиваются и вводятся пациенту путем трансфузии или трансплантации. Рекомендуется для этого использовать клетки именно от больного и их «исправленное» потомство возвращать больному. Это снимает проблему отторжения клеток за счет врожденного иммунитета, но предполагает применение иммуносупрессоров. При генотерапии in vivo доставка нормального гена осуществляется непосредственно в ткани человека (в клетки определенных тканей). К настоящему времени несколько десятков технологий генотерапии различных заболеваний прошли апробацию на тысячах больных и добровольцах (США, Англия, Франция и др.). Имеются сообщения о нескольких случаях возникновения лейкемиеподобных заболеваний, после клинической апробации некоторых технологий генотерапии. Отмечается, что во всех таких случаях использовались векторы на основе ретровирусов. Сообщается также об отдельных случаях, когда введенный ген экспрессировался не столь длительное время как было запланировано.

АНТИСМЫСЛОВЫЕ ОЛИГОНУЮ1ЕОТИДЫ. Известно, что некоторые как наследственные, так и не наследственные заболевания, могут быть связаны не с дефицитом конкретного белка или его дефектом, а, наоборот, с гиперпродукцией нормального функционально активного белка. Отсюда следует задача частичного или полного подавления продукции такого белка с различной вариабельностью. В соответствии с этим была выдвинута концепция создания (в XXI веке) инновационных лекарственных средств, получивших общее название антисмысловые олигонуклеотиды. Предполагается получать комплементарную для ДНК каждого гена (его участка) последовательность нуклеотидов, которая за счет водородных связей будет реагировать с ДНК гена или с информационной РНК, матрицей для которой служит указанная ДНК. В первом случае, подавление образования избыточного белка при связывании с геном будет происходить на стадии транскрипции, а во втором, (при связывании с информационной РНК) -на стадии трансляции. Специфичность антисмысловой последовательности нуклеотидов,

О ТВЕТЫ К СИТУАЦИОННЫМ ЗАДАЧАМ < 2 ►

БИОТЕХНОЛОГИЯ ММА им. И.М. Сеченова

В начало | Меню | Программа | Литература | Возврат к предыдущему документу | -4 3

(избирательность воздействия на выбранный ген) достигается при длине цепочки 15-20 нуклеотидов (отсюда название олигонуклеотиды). Предлагается модификация таких нуклеотидов в соответствующих лекарственных препаратах, мешающая воздействию на них нуклеаз, но не препятствующая реагированию с ДНК - или РНК-мишенью; а также предлагается «упаковка» этих нуклеотидов в липосомы и т.д.

О ТВЕТЫ К СИТУАЦИОННЫМ ЗАДАЧАМ < 3

БИОТЕХНОЛОГИЯ ММА им. И.М. Сеченова

В начало | Меню | Программа | Литература | Возврат к предыдущему документу | 1 ►