Molekularna genetika

S Vikipedije, slobodne enciklopedije
Molekularna struktura DNK i proteina

Molekularna genetika je oblast biologije koja na molekularnom nivou proučava strukturu i funkciju gena, koristeći metode molekularne biologije i genetike.[1] Proučava hromozome i ekspresiju gena. Može dati uvid u nasleđe, genetičke varijacije i mutacije, zbog čega je korisna u proučavanju, razumevanju i lečenju genetskih bolesti.

Tehnike u molekularnoj genetici[uredi | uredi izvor]

Umnožavanje[uredi | uredi izvor]

Umnožavanje ili amplifikacija gena predstavlja višestruku replikaciju određenog gena ili DNK sekvence u procesu koji se zove replikacija DNK.

Reakcija lančane polimerizacije[uredi | uredi izvor]

Glavne genetičke komponente reakcije lančane polimerizacije (PCR) su DNK nukleotidi, šabloni DNK, prajmeri i Taq polimeraza. DNK nukleotidi čine lanac DNK šablona za specifičnu sekvencu koja se replikuje, dok su prajmeri su kratki lanci komplementarnih nukleotida gde počinje replikacija DNK. Taq polimeraza je toplotno stabilan enzim koji skokovito pokreće produkciju novih molekula DNK na visokim temperaturama potrebnim za reakciju.[2]

Kloniranje bakterijske DNK[uredi | uredi izvor]

Kloniranje je proces stvaranja velikog broja identičnih kopija sekvence DNK. Ciljna DNK sekvenca se ubacuje u vektor kloniranja koji potiče od samoreplicirajućeg virusa, plazmida ili više ćelije organizma. Kada je umetnuta odgovarajuća sekvenca DNK, ciljni i vektorski fragmenti DNK se vezuju čime se dobija rekombinantni DNK molekul.[3] Molekul rekombinantne DNK se zatim ubacuje u bakterijski soj (obično E. coli) koji putem tranformacije proizvodi nekoliko identičnih kopija selektovane sekvence. Transformacija predstavlja mehanizam kojim bakterije unose određenu DNK iz okoline u svoje genome.[4] Unutar jedne bakterijske ćelije može biti klonirana samo jedna rekombinantna DNK.

Razdvajanje i detekcija[uredi | uredi izvor]

Pri razdvajanju i detekciji, DNK i iRNK se izoluju iz ćelija i jednostavno detektuju izolacijom. Da bi se obezbedile spremne ćelije za izolaciju, uzgajaju se odgovarajuće ćelijske kulture.

Ćelijske kulture[uredi | uredi izvor]

Kultura ćelija za molekularnu genetiku predstavlja kulturu koja se uzgaja u veštačkim uslovima. Postoje različite tehnike za svaki tip ćelije. Tako, neke vrste ćelija dobro rastu u kulturama, kao što su ćelije kože, dok druge ćelije nisu tako produktivne u ćelijskim kulturama. Nedavno su pronađene tehnike koje podstiču rast matičnih i nervnih ćelija. Kulture za molekularnu genetiku su zamrznute kako bi se sačuvale sve kopije uzorka gena i odmrznule samo kada je to potrebno, što omogućava stabilno snabdevanje ćelijama.

Izolacija DNK[uredi | uredi izvor]

Izolacijom DNK se iz ćelije ekstrahuje DNK u čistom obliku. Prvo se DNK odvaja od ćelijskih komponenti kao što su proteini, RNK i lipidi. To se postiže postavljanjem izabranih ćelija u tubu sa rastvorom koji mehanički i hemijski otvara ćelije. Ovaj rastvor sadrži enzime, hemikalije i soli, koji razgrađuju sve ćelijske komponente osim DNK. Sadrži enzime za rastvaranje proteina, hemikalije koje uništavaju sve prisutne tipove RNK, i soli koje pomažu da se DNK izoluje iz rastvora. Zatim se rastvor centrifugira, što omogućava da se DNK sakupi na dnu epruvete. Nakon centrifugiranja, rastvor se odlije, a DNK se resuspenduje u drugom rastvoru, radi lakšeg daljeg rada. Na ovaj način dobijen je koncentrovani uzorak DNK koji sadrži hiljade kopija svakog gena. Za velike projekte kao što je sekvenciranje ljudskog genoma, sav ovaj posao obavljaju roboti.[5]

Izolacija iRNK[uredi | uredi izvor]

DNK koja kodira sintezu proteina je krajnji cilj za naučnike i ta eksprimirana DNK se dobija izolovanjem iRNK (informaciona RNK). Laboratorije koriste normalnu ćelijsku modifikaciju iRNK, kojoj se dodaje do 200 adeninskih nukleotida na kraju molekula (poli (A) rep). Nakon dodanja, ćelija puca i njen sadržaj se izlaže sintetičkim kuglicama koje su obložene timinskim nukleotidima. Budući da se u molekulu DNK, adenin i timin vezuju vodoničnim vezama, poli (A) rep i sintetičke kuglice se privlače i vezuju. Nakon vezivanja, ćelijske komponente se mogu isprati bez uklanjanja iRNA. Kada je iRNA izolovana, prvo se koristi enzim reverzna transkriptaza koja je prevodi u jednolančanu DNK, iz koje se zatim proizvodi stabilna dvolančana DNK korišćenjem enzima DNK polimeraze. Komplementarna DNK (cDNK) je mnogo stabilnija od iRNK. Proizvedena dvolančana DNK predstavlja DNK sekvence koje se fenotipski ispoljavaju.[6]

Genetički snimci[uredi | uredi izvor]

Rana genetika[uredi | uredi izvor]

Ova tehnika se koristi za identifikaciju gena ili genetičkih mutacija koji proizvode određeni fenotip. Za ubrzavanje ovog procesa se vrlo često koristi neki od mutagenih agenasa. Kada su izolovani, mutirani geni se mogu molekularno identifikovati.

Zasićena rana genetika je metoda gde se određeni organizam izlaže mutagenom agensu, da bi se zatim pratili odnosi određenih fenotipa u potomstvu. Ovaj tip genetskog skrininga se koristi za pronalaženje i identifikaciju svih gena uključenih u određenu osobinu.[7]

Reverzna genetika[uredi | uredi izvor]

Reverzna genetika određuje fenotip koji je rezultat specifično projektovanog gena. Kod nekih organizama, kao što su kvasci i miševi, moguće je izazvati deleciju određenog gena, stvarajući nešto što je poznato kao genetički "nokaut" - laboratorijsko poreklo tzv. "nokaut miševa" za dalje istraživanje. Drugim rečima, ovaj proces uključuje stvaranje transgenih organizama koji ne ispoljavaju gen od interesa. Alternativne metode reverznog genetičkog istraživanja uključuju nasumičnu indukciju delecije DNK i naknadnu selekciju za delecije u genu od interesa, kao i primenu interferencije RNK.[8]

Genetička terapija[uredi | uredi izvor]

Mutacija u genu može uzrokovati poremećaje kodiranih proteina i ćelija koje se oslanjaju na te proteine. Stanja povezana sa mutacijama gena nazivaju se genetički poremećaji. Međutim, mutiranje gena se može koristiti i za lečenje određenih bolesti. Genetička terapija se može koristiti za zamenu mutiranog gena sa ispravnom kopijom gena, za inaktivaciju ili "nokaut" ekspresije neispravnog gena ili za uvođenje stranog gena u telo.[9] Glavne bolesti koje se mogu lečiti genetičkom terapijom jesu virusne infekcije, rak i nasledni poremećaji, uključujući poremećaje imunog sistema.[10]

Genetička terapija, preko modifikovanog virusa ili vektora, unosi kopiju nestalog, mutiranog ili željenog gena u ciljne ćelije pacijenta, tako da se funkcionalna forma proteina tada može proizvesti i ugraditi u telo.[11] Ovi vektori su često miRNK. Lečenje može biti in vivo ili ex vivo. Terapija se mora ponoviti nekoliko puta da bi pacijent bio stabilan, jer stalno ćelijsko deljenje i smrt utiču na odnos funkcionalnih i mutiranih gena. Genetička terapija predstavlja atraktivnu alternativu u odnosu na primenu lekova, jer ona direktno popravlja genetički defekt koristeći pacijentove ćelije sa minimalnim kontraindikacijama.[12] Genetičke terapije su još uvek u razvoju, uglavnom se koriste samo u istraživačkim tretmanima, a u Srbiji još nisu aktuelne. Sve eksperimente i proizvode kontrolišu određeni državni organi.[13][14]

Klasične genetičke terapije obično zahtevaju efikasan transfer kloniranih gena u bolesne ćelije, tako da uvedeni geni budu eksprimirani na dovoljno visokim nivoima na kojima se menja fiziologija pacijenta. Postoji nekoliko različitih fizičko-hemijskih i bioloških metoda koje se mogu koristiti za prenos gena u ljudske ćelije. Veličina fragmenata DNK koji se mogu preneti je vrlo ograničena, a često preneseni gen nije konvencionalni gen. Horizontalni transfer gena je prenos genetičkog materijala iz jedne ćelije u drugu, koja nije njeno potomstvo. Veštački horizontalni transfer gena je oblik genetičkog inženjeringa.[15]

Projekat humanog genoma[uredi | uredi izvor]

Projekat humanog genoma je projekat molekularne genetike koji je započeo 1990-ih i predviđeno je da će trajati petnaest godina. Međutim, zahvaljujući tehnološkom napretku projekat je završen 2003. godine. Projekat je pokrenulo Ministarstvo energetike SAD i Nacionalni institut zdravlja u SAD, u nastojanju da dostignu šest postavljenih ciljeva. Ovi ciljevi su uključivali:

  • identifikovanje 20.000 do 25.000 gena u humanoj DNK (iako su početne procene bile približno 100.000 gena),
  • određivanje sekvenci hemijskih baznih parova u humanoj DNK,
  • čuvanje svih pronađenih informacija u bazi podataka,
  • poboljšanje alata koji se koriste za analizu podataka,
  • prenošenje tehnologija u privatne sektore, i
  • bavljenje etičkim, pravnim i socijalnim pitanjima (ELSI) koja mogu proizaći iz projekata.

Na projektu je radilo osamnaest različitih zemalja, uključujući Sjedinjene Američke Države, Japan, Francusku, Nemačku i Veliku Britaniju. Zajednički projekat je rezultirao otkrivanjem mnogih prednosti molekularne genetike. Otkrića u oblastima kao što su molekularna medicina, novi izvori energije i primene u zaštiti životne sredine, DNK forenzika i stočarstvo, samo su neke od koristi koje molekularna genetika može pružiti.[16]

Vidi još[uredi | uredi izvor]

Reference[uredi | uredi izvor]

  1. ^ „Molecular Genetics (Stanford Encyclopedia of Philosophy)”. 
  2. ^ Ramsden, Jeremy J. (2009). Bioinformatics: An Introduction. New York: Springer. str. 191. ISBN 978-1-84800-256-2. 
  3. ^ „NCBI”. 
  4. ^ Alberts, Bruce (2014). Essential Cell Biology (4th izd.). Garland Science. str. 332—333. ISBN 978-0-8153-4454-4. 
  5. ^ „DNA isolation methods” (PDF). Arhivirano iz originala (PDF) 2. 4. 2015. g. 
  6. ^ „NCBI”. 
  7. ^ „Forward and Reverse Genetics” (PDF). Arhivirano iz originala (PDF) 13. 12. 2014. g. 
  8. ^ Dale, Jeremy W.; Park, Simon F. (2010). Molecular genetics of bacteria (5th izd.). ISBN 9780470741856. 
  9. ^ „What is gene therapy?”. Arhivirano iz originala 06. 04. 2016. g. 
  10. ^ „Search of: "gene therapy" - List Results - ClinicalTrials.gov”. 
  11. ^ Berg, Jeremy M.; John L. Tymoczko; Stryer, Lubert (2012). Biochemistry, Chapter 5: Exploring Genes and Genomes. (7th izd.). 
  12. ^ Herrera-Carrillo E, Berkhout B. (2015). Bone Marrow Gene Therapy for HIV/AIDS. str. 7(7):3910—36. 
  13. ^ „Is gene therapy available to treat my disorder?”. 
  14. ^ „Is gene therapy safe?”. 
  15. ^ „Human Molecular Genetics”. 
  16. ^ „Human Genome Project Information”. Arhivirano iz originala 15. 3. 2008. g. 

Literatura[uredi | uredi izvor]

Spoljašnje veze[uredi | uredi izvor]

Molekularna genetika na Vikimedijinoj ostavi.
Preuzeto iz „https://sr.wikipedia.org/w/index.php?title=Молекуларна_генетика&oldid=26943238”