Билет № 8

1. Экспрессия генов в процессе биосинтеза белков. Генная инженерия. Программа «Геном человека». Генная терапия.

2. Общая характеристика членистоногих. Природно-очаговые заболевания, трансмиссивные и нетрансмиссивные. Болезнь Лайма.

3. Токсоплазма

1.Экспрессия гена, программируемый геномом процесс биосинтеза белков и(или) РНК. При синтезе белков экспрессия гена включает транскрипцию - синтез РНК с участием фермента РНК-полимеразы; трансляцию - синтез белка на матричной рибонуклеиновой кислоте, осуществляемый в рибосомах и (часто) посттрансляционную модификацию белков.

Биосинтез РНК включает транскрипцию РНК на матрице ДНК, созревание и сплайсинг. Экспрессия гена определяется регуляторными последовательностями ДНК; регуляция осуществляется на всех стадиях процесса. Уровень экспрессии гена (количество синтезируемого белка или РНК) строго регулируется. Для одних генов допустимы вариации, иногда в значит.пределах, в то время как для других генов даже небольшие изменения кол-ва продукта в клетке запрещены. Некоторые заболевания сопровождаются повышенным уровнем экспрессии гена в клетках пораженных тканей, например определенных белков, в т. ч. онкогенов при онкологич. заболеваниях, антител при аутоиммунных заболеваниях.

Различают экспрессию гена: 1) конститутивную – происходящую в клетке независимо от внешних обстоятельств. Сюда относят экспрессию генов, определяющих синтез макромолекул, необходимых для жизнедеятельности всех клеток, и спец. генов (тканеспецифичная экспрессия гена), характерных для конкретного вида клеток. 2) Индуцибельная экспрессия гена определяется действием каких-либо агентов - индукторов. Ими м. б. гормоны, ростовые вещества и вещества, определяющие дифференцировку клеток (напр., ретиноевая кислота). Индукция может происходить на определенной стадии развития организма, в определенной ткани; время и место индукции регулируются геномом. Как правило, изменения в экспрессии гена носят необратимый характер, по крайней мере в нормальных клетках. У раковых и трансформированных клеток эта закономерность может нарушаться. В роли индукторов м. б. также и факторы внешней среды, например изменение температуры, питательные вещества. Послепрекращения действия индуктора первоначальная картина экспрессии гена восстанавливается (временная экспрессия гена).

Большое значение экспрессия гена имеет в оптимизации синтеза белков методами генетич. инженерии. В качестве продуцента используют бактерии, дрожжи, растительные и животные клетки и даже живые организмы, такие организмы называют трансгенными. Искусственные гены конструируются таким образом, чтобы получить макс. кол-во желаемого продукта с миним. затратами, другими словами, чтобы достичь максимально высокого уровня экспрессии активного белка. Для сильной экспрессии вискусств, гене используют "сильные" регуляторные последовательности генов, обеспечивающие наибольшую продукцию белка. Часто эти последовательности ДНК имеют вирусное происхождение. Описаны случаи экспрессии целевого продукта в бактериях до уровня 50% от всего клеточного белка, Как правило, суперэкспрессированные белки нерастворимы и секретируются в периплазматич. пространство бактерии. Особую сложность представляет получение белков, токсичных для клетки. В таких случаях используют строго индуцибельные системы (напр., РНК-по-лимеразу фага Т7 и ген с промотором для нее) или системы, позволяющие быстро выводить продукт наружу (секретирую-щие системы). Тем не менее, достичь высокой продукции некоторых белков все же не удается. наиб. дорогим является получение белков в животных клетках.Генетическая инженерия – область молекулярной биологии и генетики ставящая своей задачей конструирование генетических структур по заранее намеченному плану, создание организмов с новой генетической программой. Перенос гена, ответственного за ценное свойство от организма донора к организму реципиенту.

Генная инженерия микроорганизмов создает лекарственные препараты, генная инженерия растений выводит растения, устойчивые к вредителям и климату, генная инженерия животных выводит трансгенных животных.

Этапы генной инженерии:

1. Обнаружение свойства и ответственного за него гена

2. Выделение ДНК из клетки донора

3. Выделение нужного гена

4. Клонирование ДНК in vitro

5. Создание рекомбинантной ДНК

6. Использование вектора (средство, достигающие гена клетки реципиента – плазмиды)

7. Верификация дееспособности генов в ряду поколений

8. Способен ли регулироваться этот ген.

Принципы генной инженерии:

1. замена гена (аномального) в какой-то клеточной популяции

2. замена гена на его здоровую копию во всех клетках особи(сложнее).

2 группы болезней:

• Моногенные заболевание обусловлено дефектом одного гена

• Полигенные - на развитие болезни оказывают влияние несколько разных генов.

Вероятность развития - предрасположенность

Чтобы встроить ген в вектор, используют ферменты — рестриктазы и лигазы, также являющиеся полезным инструментом генной инженерии. С помощью рестриктаз ген и вектор можно разрезать на кусочки. С помощью лигаз такие кусочки можно «склеивать», соединять в иной комбинации, конструируя новый ген или заключая его в вектор. За открытие рестриктаз Вернер Арбер, ДаниелНатанс и Хамилтон Смит также были удостоены Нобелевской премии (1978 г.).

Техника введения генов в бактерии была разработана после того, как Фредерик Гриффитс открыл явление бактериальной трансформации. В основе этого явления лежит примитивный половой процесс, который у бактерий сопровождается обменом небольшими фрагментами нехромосомной ДНК, плазмидами. Плазмидные технологии легли в основу введения искусственных генов в бактериальные клетки.

Векторы доставки генов – ретровирус, которому вместо вирулентного компонента внедрили нормальный ген., а затем в пробирке инкубировали ретровирус и стволовые клетки больных детей. Вирус внедряется в ДНК хозяина, покидает его и часть своей ДНК оставляет в клетке. В клетках появляется фермент, клетки возвращают в кровоток.

СПИД, болезни накопления, гемофилия, наследственная гиперхолестеринемия, онкопатологии, муковисцидоз. потенциально могли бы быть вылечены генной терапией.

Средства доставки нормального гена: ретровирус (тропный к митотически активным клеткам, но встраивается не совсем легко представить куда).

Аденовирусы более точно встраиваются, но их труднее избавить от вирулентных свойств.

Основные проблемы генной инженерии: стабильность внедрения гена, целенаправленность действия, регуляция активности гена, безопасность средства доставки.

Программа «Геном человека» - 9 лекция(первая половина). Там больше.

Проект «Геном человека» (Проект по расшифровке генома человека) (TheHumanGenomeProject, HGP) — международный научно-исследовательский проект, главной целью которого было определить последовательность нуклеотидов, которые составляют ДНК и идентифицировать 20,000-25,000 генов в человеческом геноме. Другая, часто упускаемая из виду цель проекта «Геном человека» — исследование этических, правовых и социальных последствий расшифровки генома.

Проект начался в 1990 году, под руководством Джеймса Уотсона под эгидой Национальной организации здравоохранения США. В 2000 году был выпущен рабочий черновик структуры генома, полный геном — в 2003, однако и сегодня дополнительный анализ некоторых участков ещё не закончен. 

Задачи проекта:

1. Расшифровать структуру ДНК всех хромосом человека, определить последовательность нуклеотидов

2. Разграничить структурные и оперирующие и регулирующие гены, т.е регуляторные (определяют режим активности, условия). Через регуляторные гены структурны гены общаются с окружающей средой

3. Установление факторов, влияющих на работу данного гена

4. Расшифровать все аллельные модификации (от 2 и более). В том числе аномальные

Некоторые гены в течение онтогенеза меняют свое предназначение (смена функции).

Генная терапия- лечение наследственных, мультифакториальных и ненаследственных (инфекционных) заболеваний путем введения генов в клетки пациентов с целью направленного изменения генных дефектов или придания клеткам новых функций.

• Ликвидируется генетическая первопричина.

• Замена дефектного гена

• Лечение онкопатологии

2.Общая характеристика типа членистоногих.

Для животных относящихся к типу членистоногих характерно:

1. Трехслойность

2. Билатеральная симметрия

3. Гетерономная членистость тела, сегменты тела имеют разное строение и выполняют разную функцию

4. Слияние сегментов в отделы тела

5. Появление членистых конечностей, представляющих собой многоколенчатый рычаг

6. Обособление мышц и появление исчерченной мускулатуры

7. Наружный хитинизированный покров

8. Полость тела – миксоцель

9. Наличие систем органов: пищеварительной, дыхательной, выделительной, кровеносной, нервной, эндокринной, половой.

Пищеварительная система: состоит из 3 отделов: переднего, среднего и заднего, заканчивающуюся заднепроходным отверстием. Средний отдел снабжен пищеварительными железами.

Органы дыхания: у водных форм: жабры, у наземных – трахеи и легкие.

Кровеносная система: наличие сердца, расположенного на спинной стороне тела. Кровеносная система не замкнутая.

Нервная система: состоит из надглоточного ганглия, окологлоточных комиссур, брюшной нервной цепочки, как у кольчатых червей. Усложнение заключается в слиянии нервных узлов, особенно в головном отделе.

Сходство членистоногих с кольчатыми червями говорит об их филогенетическом родстве. Однако произошли многочисленные усложнения.

Паразитизм широко распространен в природе. Паразитическими организмами являются все вирусы, многие бактерии и грибы. Среди высших растений также встречаются паразитические, поселяющиеся на других растениях. Из животных паразитический образ жизни ведут многие простейшие, черви, членистоногие.

Основной средой обитания для паразитов является хозяин, но паразиты так же связаны и со средой, окружающей хозяина (среда второго порядка), которая действует на паразитов опосредованно, через тело хозяина. Совокупность всех паразитов, одновременно обитающих в каком – либо организме называется паразитоценозом. А совокупность паразитов вместе с организмом хозяина – симбиоценоз. Симбиоценоз является источником патологических процессов в организме хозяина.

2.Е.Н. Павловский выделил особую группу болезней, характеризующихся природной очаговостью. Природно-очаговыми называются болезни, связанные с комплексом природных условий. Они существуют в определенных биогеоценозах независимо от человека, но когда люди попадают в эти биогеоценозы, то могут подвергнутся заражению. Возбудители природно-очаговых болезней циркулируют среди диких животных и являются сочленами в естественных биогеоценозов.

Существование очагов таких болезней обусловлено наличием трех групп организмов:

1. Организмов, возбудителей болезни.

2. Организмов, являющихся хозяевами возбудителя

3. Организмов – переносчиков возбудителя болезни, если данное заболевание распространяется трансмиссивным путем.

С позиции переносчика заболевания делятся на:

1. Трансмиссивные: облигатно-трансмиссивные (обязательно нужен переносчик), факультативно-трансмиссивные (переносчик может быть, а может и не быть).

2. Нетрансмиссивные.

2. Болезнь Лайма. Один из видов клещевых баррелиозов, переносимых иксодовыми клещами. Это природно-очаговое заболевание, зооантропоноз. Впервые исследования начали в г. Лайм, США, 1975 год. Возбудителем данного заболевания является БаррелияБургдоффера (1982г).

Тюменская область является одним из самых больших нозареалов в России. Переносчики: таежный клещ, собачий, пастбищный и др. Заражение таежных клещей по югу области 20-60%, а 10% клещей заражены одновременно вирусом энцефалита и баррелией. Это ведет к образования микстинфекции. Заражение клеща происходит при питании клеща на мелких млекопитающих. Осуществляется трансовариальная и трансфазовая передача.

Регистрация в России началась в 1992 году. На сегодняшний день лаймбаррелиоз одна из самых частых природно-очаговых инфекций, а регион тюменской области один из самых напряженных эндемических очагов.

В течении болезни выделяют 2 периода:

1. Ранний: локальное кожное инфицирование и диссеминация (разнос). У большинства людей первые синдромы это гиперемия на месте укуса, которая проявляется через неделю. Это пятно увеличивается, в центре проявляется просветление и эритема приобретает вид кольца с ярковыраженными краями. Это клинический маркер, типичный признак болезни. По типу могут быть гриппоподобные состояния. Затем начинается разнос баррелий во все органы и ткани.

Поражение сердца по типу блокад ( все 3 блокады: синатриальная, атриовентрикулярная, блокада пучков Гиса).

Легкие по типу пневмонии, почки – нефриты, нефрозы, суставы – артриты, артрозы, ЦНС – менингиты, параличи, поражение глаз – конъюнктивитного типа.

2)Через 6-12 месяцев развивается поздняя стадия болезни. Хроническая форма всех заболеваний. Возможно субклиническое течение болезни (нет признаков). Баррелиоз передается трансплацентарно.

Диагноз болезни Лайма подтверждается обнаружением в крови антител к возбудителю болезни методом титрования (чем выше титр, тем выше степень поражения), заболевание поддается лечению антибиотиками, прививок нет.

3.

Тип: Protozoa

Класс: Sporozoa

Отряд: Coccidia

Вид: Toxoplazmagondii.

Морфологические особенности: токсоплазмы, локализующиеся внутри клетки хозяина – эндозоид. Имеет форму дольки апельсина. Один конец заострен, другой закруглен. В центре находится в ядро. На заостренном конце находится коноид, который служит для фиксации паразита на поверхности клетки хозяина при проникновении в нее.

Цикл развития: для эндозоида характерно бесполое размножение путем продольного деления и эндогонии (внутреннего почкования). В результате многократных делений в цитоплазме клетки хозяина накапливается большое число токсоплазм, растягивающих наружную мембрану клетки. Скопление токсоплазм под мембраной клетки называется псевдоцистой. После разрушения пораженной клетки токсоплазмы внедряются в новую. При хроническом токсоплазмозе образуются не только псевдоцисты, но и настоящие цисты. Время о времени может осуществляться половое размножение. Оно происходит в теле хищников из семейства кошачьих. При этом в эпителии тонкой кишки из одних эндозоидов образуются сначала макрогаметоциты, а затем макрогаметы, а из других микрогаметоциты, а затем микрогаметы; после копуляции возникает зигота, покрывающаяся плотной оболочкой и называетсяооцистой.

Пути заражения: при опробовании сырого мясного фарша или употреблении мяса, недостаточно термически обработанного. А так же при непосредственном контакте с кошкой.

Патогенное значение: паразиты, попавшие в пищеварительный канал, внедряются в стенки тонких кишок, затем лимфой заносятся в лимфатические узлы, где размножаются и затем распространяются по кровеносным сосудам в места локализации. Это ведет к острому заболеванию с повышением температуры, сыпью, увеличением лимфатических узлов. Заболевание может протекать в хронической форме.