Генна інженерія, як метод дослідження впливу змін у геномі людини

властивостей. Близнюковий метод дає можливість також з’ясувати спадкову

схильність людини до захворювань.

Генеалогічний метод полягає у вивченні успадкуванні ознак шляхом

складання і аналізу родоводів. Цей метод можна застосувати, якщо є прямі

родичі, предки того, хто має спадкову ознаку (пробанда) по материнській та

батьківській лініях багатьох поколінь, або тоді, коли відомі нащадки пробанда

також у кількох поколіннях. Аналіз родоводів здійснюється з урахуванням

генетичних закономірностей та використанням генетичних розрахунків. На

основі добре складеного родоводу можна визначити: тип   успадкування ;

генотип багатьох осіб родоводу; ймовірність народження дітей зі спадковою

аномалією. Генеалогічний метод використовують і як метод діагностики

хвороб із спадковою природою, що має важливе значення при проведенні

медико-генетичних консультацій з батьками.

       Моделювання спадкових хвороб. Біологічна модель спадкового

захворювання частіше є зручнішою для дослідження аніж хвора людина.

Моделювання можливе на клітинному та організмовому рівні. Так початкові

механізми галактоземії були виявлені на моделі кишкової палички. У людини і

у бактерії нездатність засвоювати галактозу виникла однаковим спадковим

дефектом - відсутністю активного ферменту галактозо-1-

фосфатилуридилтрансферази.

       Популяційно-статистичний метод. Популяційно-статистичне

вивчення частоти, з якою в даній популяції зустрічається той чи інший ген,

дає можливість визначити не тільки частоту окремих генів і генотипів у

популяції, але й вивчити генетичну структуру популяції.

Важливо знати, яке співвідношення різних генотипів в популяції, яке

розповсюдження спадкових захворювань і ін.

       Вивчення генетичного складу популяції проводиться шляхом визначення

тих або інших генотипів, а також частоти окремих алелей. Частоту окремого

генотипу можна виразити в процентах від загальної кількості особин

популяції, яке приймається за 100%. В популяційній генетиці зазвичай

загальне число особин приймається за одиницю, а частота того чи іншого

генотипу виражається в долях одиниці.

       Біохімічний метод. За допомогою цього методу вдається виявити

причини багатьох патологічних станів людини, що здебільшого

спричиняються порушенням нормального ходу обміну речовин. Наприклад,

цукрова хвороба або діабет спричиняється порушенням нормальної діяльності

підшлункової залози, яка не виділяє в кров потрібної кількості гормону

інсуліну. Внаслідок цього збільшується вміст цукру в крові і відбуваються

глибокі порушення обміну речовин людського організму.

 

       2.2. Генна інженерія, як метод дослідження впливу змін у геномі

              людини

      Генетична інженерія - це система експериментальних прийомів, які дозволяють конструювати лабораторним шляхом в пробірці штучні генетичні структури у вигляді так званих рекомбінантних (гібридних) молекул ДНК. Завдяки розробленими методами вдається не тільки отримати гібридні ДНК із фрагментів   геномів різних організмів, але і вводити такі рекомбінантні молекули в клітину, створюючи умови для роботи (експресії) в нею введених, часто ідеально чужорідних генів. Дослідник в таких експериментах оперує безпосередньо з генами, причому їх перенос в нове генетичне середовище не

залежить від таксономічного роду використаних організмів.

       Основні процедури генетичної інженерії зводяться до того, що із набору отриманих фрагментів ДНК, які містять потрібний ген (гени), а також регуляторні сигнали збирається компактна генетична структура - рекомбінантна ДНК, яка потім вводиться в клітину чужорідного організму. Отримана нова генетична інформація призводить до синтезу в організмі відповідного продукту, який кодується клонованим генам. Послідовно, вводячи в клітину нову генетичну інформацію у вигляді гібридних молекул ДНК, можна отримати

організм, змінений відповідно поставленій меті.

       Генна інженерія є розділом молекулярної біології, пов’язана з свідомим втручанням людини в закономірності функціонування генетичних структур клітини з метою зміни спрямованості їхнього функціонування в умовах, заданих експериментатором. З цього визначення випливає, що методи генної інженерії мають забезпечувати проведення зі спадковими структурами дослідних організмів логічно доцільно але біологічно штучні маніпуляції. Такими маніпуляціями можуть бути: виділення гена або системи чи групи генів з геномів одних видів організмів і перенесення та включення їх у роботу в складі геномів інших видів організмів; штучний синтез генів in vitro; активне розмноження виділеного або синтезованого гена чи генетичних структур; виділення автономних від хромосом клітин - господарів таких генетичних елементів, як плазміди, епісами, і переорієнтація напрямків їхньої функції; сполучення і створення

нових функціональних систем шляхом поєднання геномів від різних таксономічних видіворганізмів.

       Звичайно, можливості генної інженерії досить широкі. Теоретично можна

очікувати, що в майбутньому люди навчаться методами генної інженерії лікувати спадкові хвороби, оздоровлювати генотипи окремих особин шляхом заміни мутантних генів, які входять до складу генетичного тягаря відповідного генотипу, здоровими (немутантними) алельними генами людини тощо. А нині в лабораторіях уже реалізовуються інженерно- генетичні розробки по суттєвому збільшенню ефективності мікробного синтезу   кормових

білків, ферментів, антибіотиків та інших речовин. Науковці вважають, після того, як будуть опрацьовані методи виділення з геномів азотофіксуючих мікроорганізмів генів, здатних фіксувати атмосферний азот, і введення їх у культуру, відпаде потреба у внесенні на поля азотних добрив.

       Крім генної, говорять ще про генетичну інженерію. Вона відрізняється від генної тим, що в процесі конструювання нових генотипів від одних клітин до інших переносять сукупності не контрольованих генів. Тому поняття “генетична інженерія” дещо ширше від поняття “генна інженерія” і вбирає його в себе.

Генетична інженерія маніпулює з генетичним матеріалом на рівні геномних ДНК,

цілих хромосом або їхніх фрагментів, а також на клітинному рівні. Зрозуміло, що поділ методів маніпуляції з генетичними структурами на методи генної інженерії та методи генетичної інженерії є умовним, оскільки ці методи нерідко збігаються.

У розвитку генної та генетичної інженерії криється небезпека, на яку слід зважати.

       Оскільки  об’єктами генно-інженерних досліджень є мікроорганізми, треба усвідомлювати, що експериментальні зміни в їхніх генотипах можуть спричинитися до набуття відповідними мікробами непередбачених властивостей, згубних для здоров’я людини або тварин. Наприклад, одним з головних об’єктів генетичних досліджень на молекулярному

рівні є кишкова паличка (Exherichia coli), котра входить до складу мікрофлори кишечника людини. В генно-інженерних експериментальних дослідженнях над геномом палички вона може набути неочікуваних патогенних властивостей. В процесі еволюції ця паличка глибоко пристосувалася до активної життєдіяльності в кишечнику людини і зрозуміло буде добре почуватися в ньому, коли випадково потрапить туди з якихось причин (наприклад, через елементарну необачність), але вже з набутими патогенними властивостями. Якщо така паличка виявиться не чутливою до антибіотиків, організм людини не зможе протистояти цьому штучно створеному, новому збуднику хвороби, котрий розповсюджуватиметься у відповідній популяції людей із закономірністю ланцюгової реакції. Такі побоювання примусили провідних учених у галузі молекулярної біології та генетики зібратись у 1974 році у США на міжнародну конференцію, і розробити правила виконання дослідних робіт з генної інженерії, які включають

можливість потрапляння піддослідних мікроорганізмів в організм працюючих з ними людей,   а також у зовнішнє середовище.

 

       2.2.1.Суть методу

       В потік науково-технічної революції, що складає характерну рису сучасної епохи, біологія влилася порівняно пізно, і вплив її відкритий на прикладну науку був менш очевидним і глибоким, аніж фізики і хімії. Однак, зараз більшість подій вказують на неприхильну зміну цих відношень.Коротка історія молекулярної біології відмічена видатними відкриттями, які призвели до корінного перегляду багатьох колишніх уявлень. Їх розвиток створив, перш за все, нову   сферу досліджень. Разом із тим він викликав піднесення в суміжних областях, особливо в дослідженні біологічних явищ на клітинному рівні. Найбільш вражаючі, але не єдині її відкриття стосуються законів спадковості. Особливо великі перспективи їх застосування обіцяє генна інженерія .

       Вважають, що генна інженерія виникла на межі 70-х років нашого

століття. Це пов’язано з досягненнями в галузі генетики та хімії нуклеїнових

кислот: створення методів хімічного і фізико-хімічного синтезу генів,

відкриття явища реструкції-модифікації ДНК . Останнім часом у світі спалахнула справжня буря пристрастей, пов’язана з генною інженерією. І справа не обмежилась лише науковими дискусіями. Натовпи схвильованих демонстраторів, чия уява, наполохана появою невинної клонованої вівці. Доллі, змалювала шеренги однакових, немов шахові пішаки, людей, виплеканих у пробірці, застережливий указ президента США, кричущі заголовки у пресі. І можна припустити, що дехто з людей, приголомшений усією цією веремією, гадає: «Указ американського президента на наші терени не поширюється. А чи не станеться так, що з якої-небудь саме української дослідної лабораторії випурхне відкриття, здатне назавжди скалічити людство, перетворивши його на зборисько мутантів?».

        Нині під генетичною інженерією розуміють систему експериментальних

засобів, які дають змогу сконструювати лабораторним шляхом штучні

генетичні структури у вигляді так званих рекомбінантних молекул ДНК. Суть

генетичної інженерії полягає в переміщенні окремих генів з одного оточення в

інше, що призводить до різних фенотипових змін клітин . Сьогодні вчені можуть in vitro (в пробірці) розрізати молекули ДНК в бажаному місці, ізолювати і очистити окремі її фраґменти, синтезувати їх з чотирьох дезоксирибонуклеотидів, можуть зшивати такі фраґменти .

        Будучи синтезований і вмонтований в спеціально підібрану структуру,

такий ген може бути введений в клітину, в якій він здатен розмножуватися. В

результаті проходить зміна спадкових властивостей клітини. При відомих

умовах чужорідний ген починає функціонувати, керувати синтезом певного

продукту. В деяких випадках клітина одержує здатність до посиленого

виробництва цього продукту, що може мати важливе практичне значення .

Генетична інженерія - це одна з багатьох галузей так званої техніки

рекомбінантних ДНК, що відкриває   безмежний простір для фантазії вчених,

кидає справжній виклик існуючим уявленням про можливості людини.

Техніка рекомбінантних ДНК має велике значення не тільки для

практики, вона значно розширює можливості пізнання фундаментальних основ

організації й функціонування геномів.

       З моменту зародження генетична інженерія привертала увагу не тільки

блискучими перспективами, а й потенційною небезпекою деяких досліджень.

Першим висловив переконання Пол Берг, який у США в 1972 році власними

руками сконструював першу рекомбінантну молекулу in vitro. Він разом з

групою відомих молекулярних біологів вказав на необхідність впровадження

певних правил та обмежень у роботах рекомбінантними молекулами,

побоюючись, по-перше, потрапляння робочих матеріалів за межі лабораторії,

а отже, загрози внесення в організм людини або тварини шкідливих речовин

та живих істот з летальною дією. По-друге, вчених турбувала невизначеність

процесу взаємодії рекомбінантних ДНК з генами «реципієнта». Тому в 1975

році представники 16 країн зібралися на конференцію, присвячену питанням

одержання рекомбінантних молекул ДНК. Окрім вчених, у ній брали участь

юристи, представники преси, промислових компаній. Зібрання дійшло

висновку, що генетична інженерія має право на існування, але на існування

під контролем.

       Як правило генетична інженерія здійснюється через ряд послідовних

операцій:

1) одержання гену, який  повинен включатися в організм, за необхідності - його зміна;

2) вмонтовування гену  у вектор;

3) клонування гену та  ідентифікація його функцій;

4) введення гену в «місце  призначення».

Одержання гену може відбуватись різними шляхами. Ще в 60-х роках Г.