Генетика.Начало Человек Крионика Генетика Клонирование Киборг Эликсир Жизни Нанотехника
Генетика.
Проект Геном Человека
Геном прочитан - но не понят
С чего начинается жизнь. Почти
как боги
Генетика и стратегия эволюции
Ген заживления ран и включения сердца.
Генетика продлевает жизнь и
улучшает память.
Генетическое изменение метаболизма(Мечта чревоугодника).
ХОРОШИЙ ПРИМЕР : Трансгенная овца помогает делать сыр.
НОВЫЕ ТЕХНОЛОГИИ : Ген запаха.
ХИМЕРЫ
Ген Бессмертия
ВВЕДЕНИЕ :
Можно ли продлить жизнь подкорректировав генетический код? Этот вопрос не даёт покоя уже нескольким поколениям учёных. Кстати ответ однозначен ... МОЖНО. Но начнём по порядку.
С биологической точки зрения, живым называется всякий объект, способный к самовоспроизведению и воспроизведению себе подобных, т.е. размножению.
Все процессы, протекающие в живых организмах, являются следствием сложнейшего комплекса множества взаимозависимых химических реакций. Нам будут наиболее интересны те из них, которые являются неотъемлемыми для существования любого организма. Это:
В указанных процессах принимают участие белки, нуклеиновые кислоты и разнообразные вспомогательные факторы. Мы не будем рассматривать последние, а остановимся подробно на первых двух.
Нуклеиновые кислоты (НК) подразделяются на два типа: рибо- (РНК) и дезоксирибонуклеиновые (ДНК). И те, и другие состоят из различного числа мономерных звеньев - нуклеотидов - и бывают различной длины: от нескольких десятков (транспортная РНК) до миллионов (геном человека) нуклеотидов. Сами нуклеозиды состоят из связанных друг с другом N-гликозидной связью остатка циклической формы углевода (рибозы в РНК и дезоксирибозы в ДНК) и одного из пяти гетероциклических оснований.
Из этих оснований в состав ДНК входят аденин, гуанин, цитозин и тимин, а в составе РНК тимин заменен на урацил. Между собой нуклеозиды соединяются фосфодиэфирными связями через остатки фосфорной кислоты. В результате получаются довольно устойчивые в обычных условиях макромолекулы
Необходимо отметить, что природные нуклеозиды в составе НК являются оптически активными соединениями, это D-изомеры, т.е. они закручивают угол поляризации плоскополяризованного света вправо.
Цепи ДНК могут взаимодействовать между собой, образуя знаменитую двойную спираль (дуплекс), в то время как цепи РНК более склонны к взаимодействиям сами внутри себя с получением "шпилек", петель, крестов и т.д. Все эти взаимодействия как между цепями, так и внутри одной цепи нуклеиновых кислот (НК) обусловлены специфическим образованием водородных связей между различными гетероциклическими основаниями. В образовании водородных связей участвуют атомы водорода групп-доноров водородной связи и атомы групп-акцепторов, несущие свободную электронную пару. Энергия этой нековалентной связи очень мала, т.е. связь является слабой, но поскольку их образуется очень много, структура НК в целом достаточно устойчива. Существуют наиболее устойчивые сочетания попарно взаимодействующих оснований "пуриновое - пиримидиновое": аденин связывается с тимином или урацилом, а гуанин с цитозином. Такие пары называются каноническими и наиболее часто осуществляются в природе (особенно для ДНК).
В современной живой природе именно ДНК несет на себе функцию хранения генетической информации организма. Совокупность всех молекул ДНК образует геном организма. Возможно, это связано с тем, что молекулы ДНК химически более устойчивы и конформационно менее подвижны, чем молекулы РНК. РНК участвует в процессе реализации генетической информации, кроме того, РНК обладает выраженной ферментативной активностью, т.е. способностью ускорять и направлять биохимические реакции. Однако можно предположить, что молекулы ДНК стали хранилищем генетической информации в процессе эволюции, а на ранних этапах появления и развития жизни геном формировался из более подвижных и активных молекул РНК. РНК геномы существуют и в современном мире, но только у таких "полуживых" существ, как вирусы.
Белки в клетках выполняют самые разнообразные функции: транспортные, структурообразующие, защитные, двигательные, запасные и каталитические. Белки, также как и НК, состоят из мономерных звеньев - аминокислот (АК) .
В природе в составе белков встречается 21 аминокислота, при этом все они обычно являются левовращающими (L-изомеры), т.е. закручивают угол поляризации плоскополяризованного света влево при прохождении им раствора АК. Белки синтезируются в процессе трансляции с помощью рибосом, очень сложно устроенных РНК-белковых комплексов, при этом матрицей, которая определяет последовательность АК в синтезируемом белке, является молекула РНК. Постройка полипептидной (белковой) цепи происходит путем образования между молекулами АК пептидных связей . Белки, в зависимости от последовательности АК в их составе, образуют сложные пространственные структуры, соответствующие их клеточным функциям. Для нас важно, что и в процессе репликации, и в процессе трансляции в современных организмах белки принимают непосредственное участие, реализуя свою ферментативную функцию.
В целом общий вид процесса воспроизводства и реализации генетической информации в большинстве живых организмов можно представить как триаду последовательных реакций:
Однако как уже отмечалось, вполне возможно функционирование организма, не имеющего ДНК. Его геном в этом случае представлен в виде РНК и процессы транскрипции и трансляции совпадают.
Итак - ДНК -
длинная молекула, двойная цепочка,
состоящая из нуклеотидов четырех видов. И
комбинациями этих четырех видов,
варьирующимися по всей длине ДНК,
записывается вся наследственная
информация.
Здесь имеет значение все: и
сочетания между собой нуклеотидов, и место,
которое они занимают в молекуле ДНК. А
отдельные участки этой молекулы,
определяющие какое-то одно, достаточно
простое свойство организма, скажем, рыжий
цвет волос, - это и есть гены, которые
содержат порой несколько тысяч нуклеотидов.
Однако всё не так просто.
Примерное число генов человека - 30 000 ( а не
80000, как считалось еще год назад) Что
удивляет самих ученых - насколько малая
часть человеческого генома напрямую
участвует в построении организма: 23 пары
хромосомов содержат весь чертеж
человеческой жизни. Генетические
инструкции по формированию личности
занимают меньше 2,5 сантиметра на
двухметровой ленте ДНК, заключенной
практически внутри каждой клетки тела.
Удивило и малое количество генов, несущих
эти инструкции, - всего в пять раз больше,
чем нужно для взращивания мухи.
Обнаружилось, что из 3 миллиардов
генетических букв, составляющих
человеческие гены, которые образуют ДНК,
99,9 процента одни и те же. Очевидно, всего
одна десятая процента и делает нас теми, кто
мы есть, - умными или глупыми, добрыми или,
наоборот, жестокими и так далее. Причем
основную ответственность за генетические
ошибки несет мужская сперма, в которой
содержится вдвое больше мутаций, чем в
женской яйцеклетке, но она же является и
главным источником эволюционных инноваций
Далеко не каждый знает, что в ДНК есть участки, которые генами не являются, но тем не менее осуществляют очень важные функции. Вот только мы пока не знаем, какие. Ученые сегодня в состоянии определить эти участки ДНК, но какую информацию они содержат, неизвестно. Более того, эти участки могут "путешествовать" по всей длине ДНК, меняя свое место, вытесняя друг друга....
Интересно что синтез жиров и их распад осуществляются разными белками и соответственно жировой обмен может контролироваться несколькими десятками генов, хотя повреждение какого-либо из них действительно может привести к изменению жирового обмена. Безусловно, могут быть генетические формы ожирения, но уверять, что все это "делает" один ген, некорректно.
Да я не оговорился - существует возможность искусственно сделать клетку бессмертной. Для этого нужно ввести в ее геном соответствующий участок ДНК, его так и называют - ген бессмертия. Такие участки имеются в вирусных онкогенах, которые живут в каждом высшем организме. Из них можно выделить необходимую последовательность ДНК, ввести в геном клетки избранного вида и заставить там работать - производить белок, делающий деление клетки непрерывным.
Пока такой подход используется только для получения биомассы но...
Интересно, что в гене
бессмертия закодирован
термочувствительный белок, который
синтезируется
при температуре культуральной среды 33оС и
делает клетку бессмертной. При повышении
температуры примерно до 40оС синтез быстро
прекращается, и клетка возвращается в
нормальное состояние. Стало быть, регулируя
температуру, можно управлять процессом и
сроками размножения. Это один путь к
бессмертию клеток, проверенный на практике
и вполне надежный.
Другой путь лежит через
трансгенез. Напомним читателям, что
трансгенез - это область генной инженерии,
имеющая целью наделять животных признаками
и свойствами, которых у них нет от природы.
Для этого гены одних животных пересаживают
другим, и если это, например, ген роста, то
получившее его животное начинает быстрее
расти. Коровам в клетки молочной железы
вводят гены лекарственных белков, и они
вместе с молоком вырабатывают лекарства.
Таким же способом можно ввести в геном
нужных нам клеток той же коровы ген
бессмертия, и эти клетки получат
способность безграничного деления.
Таким образом, в арсенале ученых есть две надежные стратегии вызывать непрерывное размножение клеток. По первой из них гены бессмертия вводят в клетки, взятые из какой-либо ткани, под контролем подходящего промотора (регулятора деятельности гена), который позволил бы ему работать в большинстве животных клеток и вводят такие конструкции в оплодотворенные яйцеклетки - зиготы или в соматические клетки, обладающие диплоидным набором хромосом, например в фибробласты, а затем сливают их с яйцеклеткой, у которой удалено ядро с гаплоидным набором хромосом. Подготовленные таким образом зиготы и яйцеклетки с ядром фибробластов вводят в матку приемной матери, в которой развивается трансгенное потомство. Затем из определенных органов трансгенного плода берут клетки и выращивают в культуральной среде организма, и запускают процесс их размножения. К сожалению, эта стратегия не относится к легкому пути, хотя на первый взгляд прельщает простотой.
Вторая стратегия создания
бессмертных клеток - получение трансгенных
животных. В ней для получения
трансгенных животных используют
яйцеклетки, у которых ядра с гаплоидным (одинарным)
набором хромосом заменяют ядрами из
соматических клеток с диплоидным (двойным)
набором хромосом и с
предварительно введенным в них геном
бессмертия. Или сначала культивируют
клетки из молочной железы беременного
животного (в этот период в железе
активируется много стволовых клеток), потом
в них встраивают конструкцию из
необходимого гена и яйцеклетки с
диплоидным набором и вводят в матку
приемной самки.
В настоящее время интенсивно развивается еще один метод трансгенеза, при этом заметен вклад российских исследователей. Суть проста: берут у самца сперматозоиды, вводят в них ДНК с необходимым геном и осеменяют самку. Во всех трех случаях рождаются трансгенные потомки, способные наследовать чужеродные гены бессмертия.
Промышленный рост культуры клеток животных производят (уже сегодня) в биореакторах. Это громадные баки, расположенные в стерильном помещении и опутанные изрядным количеством различных труб, по которым подается все необходимое для поддержания жизни и размножения клеток.
Выращивают мясо в виде клеток мускулатуры тела (или, иначе, скелетных мышц). Эти клетки могут иметь огромные размеры (до полуметра в длину и 100 микрометров в диаметре), поэтому их называют мышечными волокнами. Это то самое мясо, которое используется в нашем обычном рационе. Каждое такое волокно представляет собой слияние многих клеток-предшественников - эмбриональных миобластов и соответственно содержит много ядер в общей цитоплазме. Поэтому клетки скелетных мышц не способны делиться. Миобласт же имеет одно ядро и может делиться, то есть новые клетки могут образоваться только в результате возобновления процесса формирова ния скелетных мышц, каким он бывает в период эмбрионального развития. И процесс этот - деление миобластов.
Таким образом, мышечное волокно можно вырастить в биореакторе при использовании одних только миобластов, которые размножаются, как все клетки. Разница лишь в том, что миобласты и вне организма делятся неограниченно, как это присуще всем стволовым клеткам. При определенных условиях в культуральной среде миобласты синхронно сливаются друг с другом и образуют зрелое мышечное волокно
По статье Кандидата биологических наук Л. ПОПОВА.
Но новые клетки одно - а как ввести ген уже во взрослую клетку ?
Среди многих методов, которые сейчас усиленно разрабатываются, один очень популярен в России, и здесь российский приоритет несомненен. Можно сажать гены на микрочастицы металлов и использовать эти частицы как снаряды: закладывать их в генетическую пушку и палить по клеткам. Частицы проникают в клетки, которые при этом не погибают, и гены начинают работать. Раньше генопушку использовали селекционеры для введения генов в растения, сейчас так пробуют вводить гены в животных. То есть происходит взаимное обогащение: методы, разработанные на растениях, после небольших изменений замечательно работают на клетках человека, информация, полученная на человеке, работает применительно к геному животных и так далее.
1992 год можно считать годом рождения генной терапии. Тогда в США была сделана уникальная операция женщине из Канады, которая в 16 лет перенесла инфаркт, в 20 - операцию на сердце, но продолжала болеть. У нее оказался дефектный ген, который вырабатывал в печени белок-рецептор, адсорбирующий липопротеиды низкой плотности. Последние ответственны за сужение сосудов. Женщина должна была умереть. Ей сделали следующую операцию: отрезали часть печени. Разгомогенизировали ее, в полученные клетки вне организма с помощью трансфекции ввели ген (ДHК), кодирующий нормальный белок-рецептор. Затем эти трансформированные клетки инфузировали в печень пациентки. Часть их прижилась, стала адсорбировать липопротеиды низкой плотности из крови, и женщина выздоровела. Это один из ярких примеров возможностей генной терапии.
Источник : Astronet
Проект Геном Человека
Геном прочитан - но не понят
С чего начинается жизнь
Генетика и стратегия эволюции
Ген заживления ран и включения сердца.
Генетика продлевает жизнь и
улучшает память.
Генетическое изменение метаболизма(Мечта чревоугодника).
ХОРОШИЙ ПРИМЕР : Трансгенная овца помогает делать сыр.
НОВЫЕ ТЕХНОЛОГИИ : Ген запаха.
ХИМЕРЫ.
Начало Человек Крионика Генетика Клонирование Киборгизация Эликсир Жизни Нанотехника
