Naš svet naseljujejo različni organizmi: od mikroskopskih, vidnih le z močnim mikroskopom, do ogromnih, ki tehtajo več ton. Kljub takšni raznolikosti vrst imajo vsi organizmi na Zemlji zelo podobno zgradbo. Vsaka od njih je sestavljena iz celic in to dejstvo združuje vsa živa bitja. Hkrati je nemogoče srečati dva enaka organizma. Edina izjema so enojajčni dvojčki. Kaj naredi vsak organizem, ki živi na našem planetu, tako edinstven?
V vsaki celici je osrednji organ - to je jedro. Vsebuje določene materialne enote – gene, ki se nahajajo v kromosomih. S kemičnega vidika so geni deoksiribonukleinska kislina ali DNK. Ta makromolekula dvojne vijačnice je odgovorna za dedovanje številnih lastnosti. Tako je pomen DNK prenos genetskih informacij s staršev na potomce. Da bi ugotovili to resnico, znanstveniki vsehsvet je dve stoletji delal neverjetne eksperimente, postavljal drzne hipoteze, spodletel in doživel zmagoslavje velikih odkritij. Zahvaljujoč delu velikih raziskovalcev in znanstvenikov zdaj vemo, kaj pomeni DNK.
Do konca 19. stoletja je Mendel vzpostavil osnovne zakonitosti prenosa lastnosti v generacije. Začetek 20. stoletja in Thomas Hunt Morgan sta človeštvu razkrila dejstvo, da se dedne lastnosti prenašajo z geni, ki se nahajajo na kromosomih v posebnem zaporedju. Znanstveniki so ugibali o njihovi kemični strukturi v štiridesetih letih dvajsetega stoletja. Do sredine petdesetih let je bila razkrita dvojna vijačnica molekule DNK, princip komplementarnosti in replikacije. V štiridesetih letih prejšnjega stoletja so znanstveniki Boris Ephrussi, Edward Tatum in George Beadle postavili drzno hipotezo, da geni proizvajajo beljakovine, torej shranjujejo specifične informacije o tem, kako sintetizirati določen encim za določene reakcije v celici. Ta hipoteza je bila potrjena v delih Nirenberga, ki je predstavil koncept genetske kode in izpeljal vzorec med beljakovinami in DNK.
struktura DNK
V jedrih celic vseh živih organizmov so nukleinske kisline, katerih molekulska masa je večja od molekulske mase beljakovin. Te molekule so polimerne, njihovi monomeri so nukleotidi. Beljakovine so sestavljene iz 20 aminokislin in 4 nukleotidov.
Obstajata dve vrsti nukleinskih kislin: DNK (deoksiribonukleinska kislina) in RNA (ribonukleinska kislina). Njihova zgradba je podobna, ker obe snovi vsebujeta nukleotid: dušikovo bazo, ostanek fosforne kisline inogljikovi hidrati. Toda razlika je v tem, da ima DNK deoksiribozo, RNA pa ribozo. Dušikove baze sta purin in pirimidin. DNK vsebuje purine adenin in gvanin ter pirimidine timin in citozin. RNA vključuje v svoji strukturi iste purine ter pirimidin citozin in uracil. Z združevanjem ostanka fosforne kisline enega nukleotida in ogljikovega hidrata drugega nastane polinukleotidni skelet, na katerega se oprimejo dušikove baze. Tako lahko nastane kar nekaj različnih spojin, ki določajo vrstno pestrost.
Molekula DNK je dvojna vijačnica dveh velikih polinukleotidnih verig. Povezani so s purinom ene verige in pirimidinom v drugi. Te povezave niso naključne. Upoštevajo zakon komplementarnosti: vezi lahko med seboj tvorijo adenilni nukleotid s timilnim in gvanilni s citozilnim, saj se med seboj dopolnjujejo. To načelo daje molekuli DNK edinstveno lastnost samoreplikacije. Posebni proteini - encimi - premikajo in lomijo vodikove vezi med dušikovimi bazami obeh verig. Posledično nastaneta dve prosti nukleotidni verigi, ki ju dopolnjujejo prosti nukleotidi, ki so na voljo v citoplazmi in jedru celice po principu komplementarnosti. To vodi do tvorbe dveh verig DNK iz enega starša.
Genetska koda in njene skrivnosti
raziskave DNK nam omogočajo razumevanje individualnosti vsakega organizma. To je zlahka razvidno iz primera nezdružljivosti tkiv pri presaditvah organov izdarovalec prejemniku. "Tuj" organ, na primer kožo darovalca, prejemnikovo telo dojema kot sovražno. S tem se začne veriga imunskih reakcij, proizvajajo se protitelesa in organ se ne ukorenini. Izjema v tej situaciji je lahko dejstvo, da sta darovalec in prejemnik enojajčna dvojčka. Ta dva organizma izvirata iz iste celice in imata enak nabor dednih dejavnikov. Med presaditvijo organov se v tem primeru ne tvorijo protitelesa in skoraj vedno se organ popolnoma ukorenini.
Definicija DNK kot glavnega nosilca genetskih informacij je bila ugotovljena empirično. Bakteriolog F. Griffiths je izvedel zanimiv poskus s pnevmokoki. Miši je vbrizgal odmerek patogena. Cepiva sta bila dveh vrst: oblika A s kapsulo polisaharidov in oblika B brez kapsule, obe dedni. Prva vrsta je bila termično uničena, druga pa za miši ni predstavljala nobene nevarnosti. Kakšno je bilo presenečenje bakteriologa, ko so vse miši poginile zaradi pnevmokoka iz oblike A. Potem se je v znanstvenikovi glavi pojavilo razumno vprašanje, kako se je genetski material prenašal – preko beljakovin, polisaharida ali DNK? Skoraj dvajset let pozneje je ameriški znanstvenik Oswald Theodor Avery uspel odgovoriti na to vprašanje. Postavil je vrsto eksperimentov ekskluzivne narave in ugotovil, da se z uničenjem proteina in polisaharida dedovanje nadaljuje. Prenos dednih informacij je bil končan šele po uničenju strukture DNK. To je privedlo do postulata: molekula, ki nosi dedne informacije, je odgovorna za prenos dednih informacij.
razkrita struktura DNKin genetska koda je človeštvu omogočila izjemen korak naprej v razvoju področij, kot so medicina, forenzika, industrija in kmetijstvo.
analiza DNK v forenzični preiskavi
Trenutno postopno vodenje evidence kazenskih in civilnih postopkov ni popolno brez uporabe genetske analize. DNK preiskava se izvaja v forenziki za preučevanje biološkega materiala. S pomočjo te študije lahko forenziki zaznajo sledi vsiljivca ali žrtve na predmetih ali telesih.
Genetska ekspertiza temelji na primerjalni analizi markerjev v bioloških vzorcih ljudi, ki nam daje informacije o prisotnosti ali odsotnosti povezave med njimi. Vsaka oseba ima edinstven "genetski potni list" - to je njegov DNK, ki hrani popolne informacije.
Forenzični zdravniški pregled uporablja visoko natančno metodo, imenovano prstni odtis. Izumili so ga v Združenem kraljestvu leta 1984 in je študija vzorcev bioloških vzorcev: sline, semena, las, epitelija ali telesnih tekočin, da bi v njih prepoznali sledi zločinca. Tako je forenzična preiskava DNK namenjena preiskovanju krivde ali nedolžnosti določene osebe pri nezakonitih dejanjih, razjasnitvi primerov dvomljivega materinstva ali očetovstva.
V šestdesetih letih prejšnjega stoletja so nemški strokovnjaki organizirali društvo za spodbujanje raziskav genoma v sodni in pravni sferi. Do zgodnjih devetdesetih ustvarjenposebna komisija, ki objavlja pomembna dela in odkritja na tem področju, ki je zakonodajalec standardov pri delu forenzičnih preiskav. Leta 1991 je ta organizacija dobila ime "International Society of Forensic Geneticists". Danes jo sestavlja več kot tisoč zaposlenih in 60 globalnih podjetij, ki se ukvarjajo z raziskavami na področju sodnih postopkov: serologije, molekularne genetike, matematike, biostatike. To je v svetovno forenzično prakso prineslo enotne visoke standarde, ki izboljšujejo odkrivanje kaznivih dejanj. Forenzični pregled DNK se izvaja v specializiranih laboratorijih, ki so del kompleksa sodnega in pravnega sistema države.
Problemi forenzične genomske analize
Glavna naloga sodnih izvedencev je pregled oddanih vzorcev in izdelava DNK zaključka, po katerem je mogoče ugotoviti biološke "odtise" osebe ali ugotoviti krvno sorodstvo.
Vzorci DNK so lahko v naslednjih bioloških materialih:
- potne sledi;
- kosi bioloških tkiv (koža, nohti, mišice, kosti);
- telesne tekočine (znoj, kri, seme, transcelularna tekočina itd.);
- lasje (morajo imeti lasne mešičke).
Za forenzični zdravniški pregled se specialistu predložijo fizični dokazi s kraja zločina, ki vsebujejo genetski material in dokaze.
Trenutno se v številnih naprednih državah ustvarja baza podatkov kriminalne DNK. To izboljša razkritjekazniva dejanja tudi s pretečenim zastaranjem. Molekula DNK se lahko shranjuje več stoletij brez sprememb. Prav tako bodo informacije zelo koristne za identifikacijo osebe v primeru množične smrti ljudi.
Zakonodajni okvir in obeti za forenziko DNK
V Rusiji je bil leta 2009 sprejet zakon "O obvezni genomski fiksaciji". Ta postopek se izvaja za zapornike, pa tudi za osebe, katerih identiteta ni bila ugotovljena. Državljani, ki niso uvrščeni na ta seznam, opravljajo test prostovoljno. Kaj lahko da takšna genetska osnova:
- zmanjšajte grozodejstva in zmanjšajte kriminal;
- lahko postane glavno dokazno dejstvo pri reševanju kaznivega dejanja;
- rešite problem dedovanja v spornih primerih;
- ugotoviti resnico v zadevah očetovstva in materinstva.
DNK zaključek lahko zagotovi tudi zanimive informacije o osebnosti osebe: genetsko nagnjenost k boleznim in odvisnostim ter nagnjenost k kaznivim dejanjem. Neverjetno dejstvo: znanstveniki so odkrili določen gen, ki je odgovoren za človekovo nagnjenost k grozodejstvu.
Strokovno znanje o DNK v forenzični znanosti je pomagalo rešiti več kot 15.000 zločinov po vsem svetu. Posebej fascinantno je, da je kazensko zadevo mogoče rešiti le z lasiščem ali s koščkom zločinčeve kože. Ustvarjanje takšne baze napoveduje velike obete ne le v pravosodju, ampak tudi v panogah, kot sta medicina in farmacevtska industrija. Raziskave DNK pomagajo pri soočanju z neozdravljivimi boleznimi, ki so podedovane.
Postopekopravlja DNK analizo. Ugotavljanje očetovstva (materinstva)
Trenutno obstaja veliko zasebnih in javnih akreditiranih laboratorijev, kjer je mogoče opraviti analizo DNK. Ta pregled temelji na primerjavi fragmentov (lokusov) DNK v dveh vzorcih: predvidenega starša in otroka. Logično je, da otrok 50 % svojih genov prejme od staršev. To pojasnjuje podobnost z mamo in očetom. Če primerjamo določen del otrokove DNK s podobnim delom DNK predvidenega starša, bosta enaka z verjetnostjo 50 %, torej bo 6 od 12 lokusov sovpadalo. %. Če se le eden od dvanajstih lokusov ujema, je ta verjetnost minimalna. Obstaja veliko akreditiranih laboratorijev, kjer je testiranje DNK mogoče opraviti zasebno.
Na natančnost analize vplivata narava in število lokusov, vzetih za študijo. Študije DNK so pokazale, da se genetski material vseh ljudi na planetu ujema 99%. Če vzamemo te podobne dele DNK za analizo, se lahko izkaže, da bosta na primer Avstralski aborigin in Angležinja popolnoma enaki osebnosti. Zato se za natančno študijo vzamejo področja, ki so edinstvena za vsakega posameznika. Več kot bo takšnih področij podvrženih raziskavam, večja je verjetnost točnosti analize. Na primer, z najbolj temeljito in kakovostno študijo 16 STR, sklepDNK bo pridobljen z natančnostjo 99,9999% pri potrditvi verjetnosti materinstva/očetovstva in 100% pri ovrženju dejstva.
Vzpostavljanje tesnega odnosa (babica, dedek, nečakinja, nečak, teta, stric)
Analiza DNK za razmerje se bistveno ne razlikuje od testa za očetovstvo in materinstvo. Razlika je v tem, da bo količina skupnih genetskih informacij polovica manjša od testa očetovstva in bo približno 25 %, če se 3 od 12 lokusov natančno ujemajo. Poleg tega je treba upoštevati tudi pogoj, da so sorodniki, med katerimi se ugotavlja sorodstvo, pripadajo isti liniji (po materi ali očetu). Pomembno je, da je prepis analize DNK čim bolj zanesljiv.
Ugotavljanje podobnosti DNK med sorojenci in polbrati in sestrami
Brojetje in sestre in bratje prejmejo en niz genov od svojih staršev, tako da testiranje DNK razkrije 75-99 % istih genov (v primeru enojajčnih dvojčkov - 100 %). Polbratje in sestre imajo lahko največ 50 % enakih genov in le tiste, ki se prenašajo po materini liniji. DNK test lahko s 100-odstotno natančnostjo pokaže, ali so bratje in sestre bratje in sestre ali polbratje.
DNK test za dvojčka
Dvojčki so po naravi biološkega izvora identični (homozigotni) ali dizigoti (heterozigoti). Homozigotni dvojčki se razvijejo iz ene oplojene celice, so samo enega spola in so po genotipu popolnoma enaki. Heterozigot nastane iz različnih oplojenihjajca, so različnih spolov in imajo majhne razlike v DNK. Genetsko testiranje lahko s 100-odstotno natančnostjo ugotovi, ali so dvojčki monozigotni ali heterozigotni.
Testiranje DNK kromosoma Y
Prenos Y-kromosoma poteka z očeta na sina. S pomočjo tovrstne analize je mogoče z visoko natančnostjo ugotoviti, ali so moški člani iste družine in kako tesno so povezani. Določitev DNK Y-kromosoma se pogosto uporablja za ustvarjanje družinskega drevesa.
analiza mitohondrijske DNK
MtDNK se podeduje po materini liniji. Zato je tovrstni pregled zelo informativen za sledenje sorodstva po materini strani. Znanstveniki uporabljajo analizo mtDNA za nadzor evolucijskih in migracijskih procesov ter za identifikacijo ljudi. Struktura mtDNA je taka, da je v njej mogoče razlikovati dve hipervariabilni regiji HRV1 in HRV2. Če izvedete raziskavo o lokusu HRV1 in ga primerjate s standardno cambriško sekvenco, lahko dobite sklep DNK o tem, ali so preučevane osebe sorodnike, ali pripadajo isti etnični skupini, isti narodnosti, isti materinski liniji.
Dešifriranje genetskih informacij
Skupaj ima oseba približno sto tisoč genov. Zakodirani so v zaporedje, sestavljeno iz treh milijard črk. Kot smo že omenili, ima DNK strukturo dvojne vijačnice, ki je med seboj povezana s kemično vezjo. Genetska koda je sestavljena iz številnih različic petih nukleotidov, označenih: A (adenin), C(citozin), T (timin), G (gvanin) in U (uracil). Vrstni red lokalizacije nukleotidov v DNK določa zaporedje aminokislin v proteinski molekuli.
Znanstveniki so odkrili zanimivo dejstvo, da je približno 90 % verige DNK neke vrste genetska žlindra, ki ne nosi pomembnih informacij o človeškem genomu. Preostalih 10 % je razdeljenih na lastne gene in regulativne regije.
Včasih, ko podvojitev (podvajanje) verige DNK ne uspe. Takšni procesi vodijo do pojava mutacij. Že minimalna napaka enega nukleotida lahko povzroči razvoj dedne bolezni, ki je lahko usodna za človeka. Skupno znanstveniki poznajo približno 4000 takšnih motenj. Nevarnost bolezni je odvisna od tega, na kateri del verige DNK bo prizadela mutacija. Če je to območje genetske žlindre, potem lahko napaka ostane neopažena. To ne bo vplivalo na normalno delovanje. Če pride do napake pri replikaciji na pomembnem genetskem segmentu, lahko takšna napaka človeka stane življenja. Raziskave DNK s tega položaja bodo genetikom pomagale najti način za preprečevanje mutacije genov in premagovanje dednih bolezni.
Tabela genetskih kod DNK pomaga genetskim znanstvenikom sešteti popolne informacije o človeškem genomu.
| aminokislina | kodoni mRNA |
|
arginska kislina lizin Izolevcin Alanin arginin levcin Glycine triptofan metionin glutamin Valine Cysteine Proline asparaginska kislina Serina histidin šparagin Threonin tirozin |
TsGU, TsGTS, TsGG, TsGA AAG, AAA CUG, UCA, AUU, AUA, UAC GCC, GCG, GCU, GCA AGG, AHA UUG, CUU, UUA, CUU CAG, CAA UGG AVG GAG, GAA DREVJEVA, GUG, GUU, GUA UHC, UGU CC, CCG, CCU, CCA GAC, GAU UCC, UCG, UCU, UCA CAC, CAU AAC, AAU ACC, ACG, ACC, ACA UAV, UAU |
Genetski pregled med načrtovanjem in med nosečnostjo
Genetski znanstveniki priporočajo, da pari opravijo genetske raziskave v fazi načrtovanja potomcev. V tem primeru se lahko vnaprej pozanimate o možnih spremembah v telesu, ocenite tveganja za otroke s patologijami in ugotovite prisotnost genetsko dednih bolezni. Toda praksa kaže, da se DNK testi žensk najpogosteje izvajajo, ko so noseče. V takih okoliščinah bodo pridobljeni tudi podatki o verjetnosti malformacij pri plodu.
Genetski pregled je prostovoljen. Toda obstaja več razlogov, zakaj mora ženska opraviti takšno študijo. Ti odčitki vključujejo:
- biološka starost nad 35;
- dedne bolezni mater;
- zgodovina splavov in mrtvorojenih otrokotroci;
- prisotnost mutagenih dejavnikov med spočetjem: radioaktivno in rentgensko sevanje, prisotnost odvisnosti od alkohola in drog pri starših;
- prej rojeni otroci z razvojnimi patologijami;
- virusne bolezni, ki jih prenaša nosečnica (zlasti rdečke, toksoplazmoza in gripa);
- indikacije ultrazvoka.
Krvni test za DNK bo najverjetneje ugotovil nagnjenost nerojenega otroka k boleznim srca in krvnih žil, kosti, pljuč, prebavil in endokrinega sistema. Ta študija kaže tudi na tveganje za otroka z Downovim in Edwardsovim sindromom. Poročilo DNK bo zdravniku dalo popolno sliko o stanju ženske in otroka ter mu omogočilo, da predpiše pravilno korektivno zdravljenje.
Metode genetskih raziskav med nosečnostjo
Tradicionalne raziskovalne metode vključujejo ultrazvok in biokemični krvni test, ki ne predstavljata nobene nevarnosti za žensko in plod. To je tako imenovano presejanje nosečnic, ki se izvaja v dveh fazah. Prvi se izvaja v gestacijski starosti 12-14 tednov in vam omogoča odkrivanje resnih motenj ploda. Druga faza se izvaja pri 20-24 tednih in zagotavlja informacije o manjših patologijah, ki se lahko pojavijo pri otroku. Če obstajajo dokazi ali dvomi, lahko zdravniki predpišejo invazivne metode analize:
- Amniocenteza ali vzorčenje amnijske tekočine za raziskave. S posebno iglo se v maternici naredi punkcija, zbere se potrebna količina amnijske tekočine zaanaliza. Ta manipulacija se izvaja pod nadzorom ultrazvoka, da se izognemo poškodbam.
- Chorion biopsija - vzorčenje placente.
- Nosečnicam, ki so imele okužbo, je predpisana placentogeneza. To je precej resna operacija in se izvaja od dvajsetega tedna nosečnosti v splošni anesteziji;
- Vzorčenje in analiza popkovnične krvi ali kordocenteza. To je mogoče storiti šele po 18. tednu nosečnosti
Tako je mogoče iz genetske analize vedeti, kakšen bo vaš otrok, že dolgo pred njegovim rojstvom.
Stroški testiranja DNK
Preprost laik, ki se s tem postopkom ne sreča, se po branju tega članka poraja razumno vprašanje: "Koliko stane DNK preiskava?". Omeniti velja, da je cena tega postopka odvisna od izbranega profila študije. Tukaj je približna cena DNK testa:
- očetovstvo (materinstvo) – 23000 rubljev;
- tesna zveza - 39000 rubljev;
- bratranec - 41.000 rubljev;
- ustanovitev brata in sestre/polbrata (sestre) – 36.000 rubljev;
- twin test - 21000 rubljev;
- za Y-kromosom - 14.000 rubljev;
- za mtDNA - 15000 rubljev;
- posvetovanja o ugotavljanju sorodstva: ustno - 700 rubljev, pisno - 1400 rubljev
V zadnjih letih so znanstveniki naredili veliko velikih odkritij, ki na novo definirajo postulate znanstvenega sveta. Raziskave DNK so v teku. Znanstvenike žene velika želja po odkrivanju skrivnosti človeške genetske kode. Veliko je že odkritega in raziskanega, a koliko neznanega je pred nami! Napredek ni vredenin tehnologija DNK je trdno vpeta v življenje vsakega človeka. Nadaljnje raziskovanje te skrivnostne in edinstvene strukture, ki je polna številnih skrivnosti, bo človeštvu razkrilo ogromno novih dejstev.
