Путь информации от генотипа к фенотипу

Еще на рубеже 19-го и 20-го веков было выяснено, что ответст­венными за передачу признаков по наследству являются хромосомы, а именно определенный участок их, называемый геном и определяющий некоторый наследственный признак. Всему набору признаков организма соответствует набор генов всех хромосом - генотип.

Гены наряду с белками содержат ДНК, которые и осуществляют передачу наследственной информации от поколения к поколению в про­цессе репликации.

Существует механизм, который регулирует периодичность реп­ликации ДНК и фазы клеточного цикла. До конца этот механизм еще не выяснен. Синтез ДНК происходит во время фазы, предшествующей деле­нию клетки, после того как синтезируются все необходимые нуклеозидтрифосфаты. До этого клетки диплоидны, т.е. содержат две копии гено­типа. В результате репликации каждая из копий удваивается, и клетка становится тетраплоидной. Во время деления происходит конденсация хроматина и образование хромосом (тетраплоидный набор) с последую­щим делением родительской клетки на две дочерние диплоидные клетки.

Каждому генотипу соответствует определенный фенотип - набор фенотипических признаков организма (проявляющихся как внешне, так и внутренне).

Путь информации от генотипа к фенотипу можно выразить про­стой схемой: ДНК→РНК→белок.

1-я и 2-я стадии этой схемы уже рассмотрены. Таким образом, ген определяет первичную структуру белков: информация, записанная с помощью определенного чередования нуклеотидных остатков, перево­дится в информацию, записанную чередованием аминокислотных остатков. Иначе говоря, ДНК служит матрицей для синтеза РНК, а РНК - мат­рицей для синтеза белков. Это положение - основной постулат молеку­лярной биологии.

Основы генетической инженерии. Целью генетической ин­женерии является получение организмов (животных и растений) с новы­ми наследственными свойствами с помощью чисто лабораторных прие­мов. Осуществить эту цель чрезвычайно сложно, что обусловлено недос­таточностью знаний о структуре и функционировании генов.

Для достижения поставленной цели в организм необходимо вве­сти соответствующий ген или гены. Поэтому первым этапом является синтез гена химическим или биологическим путем либо выделение его из другого организма.

Следующий этап генетической инженерии - перенос генов в клетку - осуществляется тремя способами: трансформацией (перенос генов посредством выделенной и очищенной от примесей ДНК), трансдукцией (перенос генов посредством вирусов) или гибридизацией клеток, полученных из разных организмов.

Заключительный этап сводится к адаптации введенного гена в организме хозяина и уже не зависит от искусства экспериментатора.

Казалось бы, довольно простая схема, но тем не менее в на­стоящее время в генетической инженерии наблюдается некоторый спад. Переход от исследования на клетках прокариот (организмы, клетки кото­рых не имеют ядра как такового) к исследованиям на клетках эукариот встретил ряд технических трудностей из-за мозаичной структуры генов последних. В частности, открытие экзонов и интронов в генотипе ДНК, открытие явления сплайсинга во время формирования матричной РНК указывают на необходимость соблюдения высочайшей точности процеду­ры вырезания необходимого гена из ДНК генотипа соответствующими ферментами (рестриктазами). Иначе могут быть получены не гены, несу­щие информацию, а участки интронов, не кодирующие белок.

После открытия методов искусственного синтеза и сшивки от­дельных участков молекулы ДНК, появилась возможность создания но­вых, неизвестных ранее организмов с заранее заданными свойствами. Сложилось новое направление - биотехнология, занимающаяся решением практических задач здравоохранения и сельского хозяйства. Полученные в лаборатории гены широко используются в микробиологической про­мышленности для приготовления лекарственных препаратов белковой природы (гормонов, ферментов и др.), а также все больше попыток при­менить их при лечении многих наследственных заболеваний (всего их более 2000), генетический дефект которых точно известен пока только для 50 болезней.