Современная генетика

citozinei (CE) ?i timinei (T) оn ADN-ul cercetat.

S? ne amintim c? aceste baze se cupleaz? selectiv: G – CE ?i A – T. Prin

urmare, bazele care formeaz? perechi se vor оntвlni cu o frecven??

constant?. Prin ce se pot deosebi atunci unii de al?ii diferi?ii ADN?

R?spunsul este univoc: ei se deosebesc dup? frecven?a acestor perechi

complementare de nucleotide ?i dup? ordinea disloc?rii lor оn molecule.

Este bine venit a exprima partea molar? a perechilor de nucleotide G – CE

?i A – T оn procente. Dac? este scris c? structura nucleotidic? a unui ADN

este 42 mol.% G–CE, оnseamn? c? la fiecare sut? de perechi de nucleotide 42

de perechi dintre acestea vor fi G – CE ?i, respectiv, 58 de perechi A -T.

Genotipurile se pot deosebi ?i dup? num?rul sumar de perechi nucleotide

din molecula ADN-ului. Aceste deosebiri оn con?inutul cantitativ al ADN-

ului sunt foarte importante: ele reflect? direct volumul informa?iei

genetice, p?strat? оn genotipul organismelor.

Metoda direct? de determinare a structurii nucleotidice a ADN-ului este

simpl? ?i comod?, de?i are ?i neajunsuri: pentru a efectua analiza e nevoie

de mult ADN, iar analiza оns??i dureaz? cвteva zile. De aceea оn acest scop

sвnt folosite uneori diferite metode indirecte. Оn laboratorul lui P. Doti

de la Universitatea Harvard (SUA) a fost studiat fenomenul denatur?rii

moleculelor ADN. Dac? vom lua o solu?ie de ADN polimer ?i o vom оnc?lzi, la

atingerea unei anumite temperaturi critice, vor оncepe s? se desfac?

leg?turile оntre cele dou? catene. Dac? temperatura va continua s? creasc?,

partea acestor leg?turi rupte va spori tot mai mult ?i оn cele din urm? se

va produce diviziunea moleculelor оn dou? jum?t??i complementare – ADN-ul

denatureaz?.

La r?cirea solu?iei ambele jum?t??i о?i vor g?si partenerul complementar

?i se va produce restabilirea structurii ini?iale a spiralei duble –

renaturarea ADN-ului.

S-a observat c? ADN-ul cu componen?? diferit? denatureaz? la temperaturi

diferite: cu cвt partea molar? a perechilor G-CE este mai mare, cu atвt

este mai mare ?i temperatura de denaturare a ADN-ului.

Pentru denaturarea structurii prin aceast? metod? se cere foarte pu?in

ADN ?i experien?a dureaz? pu?in timp. Practica sistematicii genice a

demonstrat c? determinarea structurii ADN-ului este o metod? sigur? de

determinare a asem?n?rilor ?i deosebirilor la stabilirea genotipurilor.

Printre numeroasele grupuri de animale ?i plante exist? unele cu o

morfologie foarte s?rac? ?i, prin urmare, cu un num?r mic de caractere

adev?rate pentru comparare. Cu totul alta este situa?ia cвnd orice

tr?s?tur? caracterizeaz? tot ADN-ul genotipului. Оn el se reflect? ca оntr-

o oglind? particularit??ile structurale ale tuturor genelor, care determin?

formarea fenotippului.

La toate formele оnrudite structura ADN-ului este foarte asem?n?toare,

dar asem?narea structurilor nu indic? direct asupra оnrudirii. Totodat?

gradul de deosebire ?ine direct de gradul de divergen??, de deosebire a

formelor de organisme comparate ?i grupurilor lor naturale (gen, familie,

ordin).

Pentru determinarea gradului de deosebire dup? ADN au fost propuse ?i

alte metode, bazate pe determinarea cantitativ? a combina?iilor specifice

de nucleotide, ce se оntвlnesc оn ei. Cea mai simpl? combinare este o

pereche de nucleotide care stau al?turi оn catena ADN-ului. Оn fiecare

serie de experien?e unul din cele patru tipuri de nucleotide era marcat cu

fosfor radioactiv. Compararea rezultatelor acestor experien?e oferea

posibilitatea de a determina frecven?a tuturor celor 16 combina?ii posibile

de perechi de tipul:

A–A, A–G, A–C, A–T;

T–T, T–A, T–G, T–C;

G–G, G–A, G–C, G–T;

C–C, C–A, C–G, C–T.

Cвnd determin?m frecven?a acestor combina?ii de nucleotide оn ADN, noi

proced?m deja la analiza «silabelor» оn textele programelor genetice.

Elaborarea acestei metode оn laboratorul lui A. Cornberg (SUA) a

prezentat un pas оnainte оn practica sistematicii genice. Posibilitatea

coinciden?ei ocazionale a textelor programelor genetice (dup? frecven?a

celor 16 tipuri de «silabe») este mult mai mic? decвt frecven?a unor

nucleotide aparte.

Dar, cu toate acestea, metodele de determinare a structurii ADN-ului ?i a

frecven?ei unor grupuri aparte de nucleotide sunt pu?in eficace la

compararea materialului genetic al speciilor legate strвns prin rudenie

filogenetic?.

Modific?rile оn structura ADN-ului se acumuleaz? pe parcursul evolu?iei

foarte lente, de aceea оn grupele evolutive tinere (animalele vertebrate,

plantele superioare) diferitele specii se deosebesc pu?in prin «sensul»

informa?iei genetice, оnsumate оn genotipii lor. Cunoscutul savant A.

Antonov afirm? оn acest sens c? deosebirile оn structura complexului de

gene, responsabile pentru dezvoltarea aripii liliacului ?i a mвnii omului,

sunt foarte mici ?i, de fapt, nu sunt sesizate de metodele descrise mai

sus.

Оn arsenalul metodelor genosistematicii exist? ?i metode prin intermediul

c?rora se poate cerceta ADN-ul speciilor оnrudite foarte aproape.

Оn laboratorul lui P. Dati au fost elaborate ?i bazele unei anumite

metode de comparare a structurilor diferi?ilor ADN. La elaborarea acestei

metode – «hibridizarea ADN-ului» – premiza logic? a fost foarte simpl?:

dac? la dou? organisme ADN-ul se aseam?n? mult, oare nu putem prin

denaturarea ?i renaturarea lor comun? s? ob?inem formarea de molecule, care

includ catene complementare din aceste molecule atвt de diferite, dar

asem?n?toare.

Оn componen?a unei molecule de ADN catenele opuse se deosebesc оntrucвtva

dup? con?inutul nucleotidelor purine (A, G) ?i pirimidine (C, T) ?i, prin

urmare, dup? masa lor molar?. Una dintre ele este «u?oar?» (U), iar

cealalt? – «grea» (G). Schema experien?ei poate fi prezentat? astfel:

ADN 1 (g, u) + ADN 2 (g, u) ( denaturare ( ADN 1 g + ADN 1 u + ADN 2 g +

ADN 2 u ( renaturare ( ADN 1 (g, u) + ADN 1 G, 2 u + ADN 1 u 2 g + ADN 2

(g, u).

Din aceast? schem? reiese c? la renaturare e posibil? atвt restabilirea

moleculelor ADN de tip primar, cвt ?i la formarea moleculelor hibride de

ADN.

Ca rezultat s-a descoperit c? moleculele hibride se formeaz? u?or atвt оn

timpul experien?elor cu ADN-ul de diferite tulpini ale acelea?i specii de

bacterii (colibacilul), cвt ?i cu ADN-ul speciilor de bacterii оnrudite

foarte apropiat. Cu cвt speciile sunt оnrudite mai apropiat оntre ele, cu

atвt ap?reau mai des moleculele hibride de ADN. Оn prezent aceast? metod? a

devenit foarte popular? ?i se aplic? оn laboratoarele din оntreaga lume.

A?a dar, se poate conchide c? autenticitatea opiniilor despre gradul de

оnrudire filogenetic? a organismelor pe baza analizei complecte a ADN-ului

lor este mult mai mare decвt autenticitatea rezultatelor ob?inute prin

compararea caracterelor lor fenotipice.

Оn urma numeroaselor cercet?ri a devenit limpede c? la animalele ?i

plantele superioare deosebirile оn structura ADN-ului sunt mai pu?in

pronun?ate decвt la procario?i (bacterii, alge albastre), la plantele

inferioare ?i la animalele nevertebrate. Dar nu este destul s? ?tim gradul

de asem?nare ?i de deosebire conform structurii ADN-ului organismelor din

diferite grupuri sistematice. Aceasta se оntвmpl? mai ales la eucario?ii

superiori, care se caracterizeaz? prin structura mozaic? (exo-nintron?) a

genelor. Оn leg?tur? cu aceasta trebuie оn primul rвnd s? se determine

succesivitatea nucleotidelor оn partea func?ional? a genelor, dar nu оn

genere оn ADN.

Metodele de inginerie genic? au oferit poeibilitatea de a se analiza cu

exactitate structura fin? a genelor. Deseori func?ionarea оn organism a

unei gene construite depinde de cвteva nucleotide. Оn prezent, datorit?

analizei restric?ionale, a devenit posibil a se determina succesivitatea

exact? a nucleotidelor оn gene, adic? «a citi» structura lor primar?. Dac?

cunoa?tem succesiunea genei, atunci putem determina cu u?urin?? succesiunea

aminoacid? a proteinei codificate de ea; оn prezent adesea este mai simplu

a se determina structura primar? a proteinei pe aceast? cale indirect?

decвt cu ajutorul secven?rii directe, adic? prin descifrarea succesiunii

aminoacizilor оn proteine. Dac? determinarea succesiunii aminoacide a

proteinei dureaz? luni ?i chiar ani оntregi, apoi оn prezent se reu?e?te a

secveniza ADN-ul оn cвteva s?pt?mвni.

Importan?a acestei metode pentru ingineria genic? ne-o demonstreaz?

faptul c? savantul american U. Hilbert, autorul ei a fost distins cu

premiul Nobel. Оn prezent experimentatorul poate citi cвte 1000 –5000 de

nucleotide pe zi. Prelucrarea ?i analiza multilateral? a acestei cantit??i

de informa?ie este deseori imposibil? f?r? ma?ina electronic? de calcul

(MEC), care a devenit un aparat indispensabil al laboratorului de inginerie

genic?. MEC poate de asemenea prezenta, ?inвnd cont de succesiunea

nucleotidelor, specificul proteinei, pe care оl va produce aceast? gen?.

Toat? aceast? informa?ie ma?ina o p?streaz? оn memoria sa.

Exist? cвteva centre ?tiin?ifice, unde se p?streaz? informa?ia cu privire

la structura primar? a genelor. Ce creeaz? o banc? de succesiuni

nucleotide, оnzestrate cu o puternic? MEC. Asemenea b?nci exist? ?i оn

multe ??ri str?ine. Ele toate sunt unite printr-un sistem mondial unic,

pentru ca оn orice moment s? se poat? ob?ine informa?ia despre anumite

gene.

Astfel ingineria genic? aduce nu numai un aport important la cercet?rile

fundamentale оn domeniul biologiei moleculare, ci contribuie totodat? la

elaborarea unor aspecte practice ?tiin?ifice de mare importan??, inclusiv

ale sistematicii.

15.3 Realiz?rile ?i perspectivele genosistematicii

Care sunt rezultatele practice ob?inute de genosistematic?? Cercet?ri ce

au avut un scop practic bine definit au fost оncepute de I. Blohina la

Institutul de cercet?ri ?tiin?ifice оn domeniul epidemiologiei ?i

microbiologiei din Gorchii Mai tвrziu la acest institut a fost creat primul

laborator specializat, care solu?ioneaz? probleme importante de

microbiologie ?i epidemiologie practic?.

Rapiditatea ?i exactitatea sunt avantaje ale metodelor genosistematice de

identificare a microbilor. Ele au mare importan?? atunci cвnd propriet??ile

microbului sunt denaturate оn urma contactului cu preparatele

medicamentoase sau оn urma variabilit??ii ne ereditare obi?nuite.

Aceste variabilit??i lezeaz? prea pu?in programul, dar оn complexul

caracterelor fenotinului aduc tr?s?turi care denatureaz? «portretul»

microbului, f?cвndu-l de ne recunoscut. Iat? un exemplu din practic?. Оn

una din taberele de pionieri din Crimeia copiii au оnceput a avea tulbur?ri

gastrointestinale. Prin metodele obi?nuite nu s-a putut determina cu

exactitate agentul patogen. Medicii au fost nevoi?i s? recurg? la

experien?e de hibridizare molecular? a ADN-ului. Ele au dat rezultate

univoce, care au permis a se identifica microbul ?i a se lua m?suri

antiepidemice.

Metoda de hibridizare a ADN-ului s-a dovedit a fi foarte util? pentru

sistematica microorganismelor. Mult timp savan?ii nu erau siguri de

existen?a unor grupuri de microbi. Pe baza comunit??ii caracterelor lor

fenotipice, cocii, lactobacilii, vibrionii ?i multe alte grupuri, dup? cum

s-a constatat, includeau specii ne оnrudite.

Printre numeroasele specii de microbi exist? ?i un grup de bacterii

luminiscente, al c?ror loc оn sistematic? este determinat foarte vag.

Оn anii 1965-1969 lucr?torii ?tiin?ifici ai vasului marin «Viteazi» au

separat din apa marin? 50 de tulpini ale acestor microbi. Multe din ele n-

au putut fi determinate prin metodele cunoscute conform caracterelor lor

fenotipice. Savan?ii au hot?rвt s? fac? analiza ADN-ului. Ea a ar?tat c?

dintre tulpinile separate 5 fac parte dintr-o nou? specie de bacterii

luminiscente, numit? fotobacterium belozerschii, mo?tenind numele unuia

dintre fondatorii genosistematicii.

Utilizarea criteriilor geneticiii moleculare a scos din impas sistematica

contemporan? a microorganismelor. Experien?ele asupra ADN-ului au permis

examinarea de pe pozi?ii noi a locului pe care оl ocup? оn sistematic?

multe plante ?i animale superioare.

Speciile de grвu, de exemplu, aproape nu se deosebesc dup? componen?a ADN-

ului atвt оntre ele, cвt ?i оntre speciile din genurile apropiate egilops,

secar?, orz. Totodat? ADN-ul diferitelor specii de crin, ceap? adeseori nu

se aseam?n? dup? structur?.

Pentru separarea genurilor, familiilor, oridinelor ?i a grupelor

sistematice mai superioare e nevoie de o apreciere obiectiv? a distan?ei

genetice dintre ele, a gradului de divergen?? a genotipurilor care formeaz?

speciile lor.

Ce poate oferi genosistematica оn scopul solu?ion?rii acestei probleme

dificile?

Toate cercet?rile оn care se folose?te metoda de hibridizare a ADN-ului

au condus la aceea?i concluzie: partea succesiunilor omologice (identice) a

nucleotidelor оn ADN scade pe m?sur? ce compar?m оntre ele speciile cu un

grad tot mai mic de rudenie filogenetic?.

La speciile din diferite clase de animale vertebrate, de obicei, se poate

g?si оn ADN 5–15% de succesiuni omologice de nucleotide, la speciile din

diferitele ordine de aceea?i clas? – de la 25 pвn? la 40% ?. a. m. d.,

inclusiv pвn? la speciile de acela?i gen, care deseori nu pot fi

recunoscute.

Aceste aprecieri cantitative ale asem?n?rii materialului genetic pot fi

utilizate оn solu?ionarea cazurilor discutabile, atunci cвnd diferi?i

sistematicieni apreciaz? оn mod diferit rangul taxonului. De exemplu,

majoritatea sistematicienilor divizeaz? оn prezent pe?tii оn dou? clase:

pe?ti cartilagino?i ?i pe?ti oso?i. Dup? ce a fost hibridizat ADN-ul

rechinului cu ADN-ul crapului, somnului, gorbu?tei ?i nisetrului, s-a

constatat o mare neasem?nare: au fost g?site doar aproape 10% de omologii,

fapt ce confirm? teza cu privire la dep?rtarea ce exist? оntre aceste dou?

grupuri de pe?ti.

S-au dovedit a fi nea?teptate, оns?, rezultatele hibridiz?rii ADN-ului

pe?tilor oso?i: partea omologiilor оn ADN-ul nisetrului pe de o parte ?i a

reprezentan?ilor a trei subordini diferite – costr??ului, crapului,

somonului – pe de alta, a fost de asemenea mic? – aproape 10%.

Pe baza acestor rezultate s-a tras concluzia c? este ra?ional ca

sturionii s? fie extra?i din clasa pe?tilor oso?i ?i s? alc?tuiasc? o clas?

independent?, precum considera pe timpuri ?i A. N. Sever?ev.

Astfel metodele ingineriei genice fac posibil? studierea evolu?iei

moleculare a lumii vegetale ?i lumii animale, precum ?i a regnului

microorganismelor. Ele pot fi de mare ajutor la solu?ionarea unei serii de

probleme ce ?in de arheologie, de evolu?ia omului, de dezvoltarea ?i

migra?ia popoarelor. Aceast? posibilitate o confirm? ?i comunicarea

senza?ional? f?cut? nu demult de c?tre savantul suedez S. Paabo de la

Universitatea Uppsala despre clonarea reu?it? a ADN-ului extras din

r?m??i?ele mumiei unui copil egiptean, care a tr?it aproape 2400 de ani оn

urm?.

Autorul cercet?rii a оncercat s? separe ADN-ul din dou?zeci ?i trei de

diferite mumii, dar numai оntr-un singur caz a avut noroc. Din pulpa stвng?

a unui prin? egiptean balzamat оn vвrst? de un an, ce se p?stra la muzeul

din Berlin, el a extras cвteva celule. Din acestea a separat un fragment de

ADN, pe care l-a inserat оntr-o plazmid? bacterian? ?i l-a оnmul?it. Оn

articolul publicat оn revista «Nature» din aprilie 1985 autorul a prezentat

succesiunea complect? a fragmentului clonat de ADN ce con?inea aproape 3400

de nucleotide. S-a constatat c? fragmentul de ADN studiat a r?mas nev?t?mat

оn timpul mumifierii, p?str?rii ?i nu ?i-a pierdut func?iile genetice. A?a

a fost dovedit? posibilitatea separ?rii ?i studierii fragmentelor de ADN

str?vechi.

Clonarea ?i descifrarea ADN-ului din r?m??i?ele ce s-au p?strat ale

oamenilor (ele se оntвlnesc nu numai оn Egipt, ci ?i оn Peru, Japonia,

Australia, Europa) deschid arheologilor perspective captivante. Compararea

succesiunilor nucleotidice permite doar determinarea rudeniei genetice. Оn

viitor noua metoda va fi utilizat? la solu?ionarea numeroaselor enigme, ce

stau оn fa?a arheologilor cu privire la originea ?i migra?iile str?mo?ilor

no?tri. Ea va oferi posibilitatea de a se determina cu un mare grad de

precizie vвrsta biologic? a speciei umane ?i a rudelor ei apropiate. Datele

moderne, ob?inute cu ajutorul metodelor ingineriei genice, au permis s? se

fac? o precizare esen?ial?: omul a оnceput s? se deosebeasc? de ruda sa

cimpanzeul numai cu 5 milioane de ani оn urm?, nu cu 8 milioane, cum se

presupunea оnainte. S-a descoperit c? 98% din materialul genetic al

cimpanzeului este identic cu cel al omului ?i numai 2% din acesta se

deosebe?te.

Cunoa?terea legit??ilor dezvolt?rii evolutive (istorice) a tot ce este

viu pe P?mвnt prezint? o importan?? colosal?. Ea confirm? caracterul

material al lumii organice din jurul nostru, dezv?luie baza dialectic? a

dezvolt?rii ei. Bazвndu-se pe datele genosistematicii, putem prevedea calea

de mai departe a evolu?iei vie?ii pe P?mвnt ?i, prin urmare, metodele de

dirijare ?i orientare ale ei.

Cunoa?terea rudeniei filogenetice dintre diferitele grupuri de organisme

ne ofer? un instrument minunat de modificare a formelor existente, de

reconstituire a unor specii de plante ?i animale disp?rute ?i de creare a

unora noi.

XVI. INGINERIA GENETIC? ?I MEDICINA

16.1 Povara genetic? оn societatea uman?

«Minte s?n?toas? оntr-un corp s?n?tos» – spune proverbul antic. ?i nu

оntвmpl?tor oamenii о?i doresc оn primul rвnd s?n?tate. Fericirea familiei

depinde ?i ea оn mare parte de s?n?tatea copiilor.

Numeroasele boli de care sufer? oamenii au cauze diferite. Dac? boala

pruncului este provocat? de ac?iunea unor factori nefavorabili asupra

organismului f?tului, ea se consider? neereditar?, dobвndit?. Dac? ea a

fost determinat? de genele defectate ale p?rin?ilor, ea este ereditar?.

Medicina modern? se achit? u?or cu bolile dobвndite. Ea a cв?tigat lupta

cu epidemiile de pest?, de variol?, de holer?, care оn trecut secerau mii

de vie?i omene?ti. Ea lupt? cu mai mult succes contra tuberculozei,

pneumoniei, dizenteriei ?i numeroaselor boli de copii.

Cвt prive?te bolile ereditare, situa?ia este alta, deoarece оn aceste

cazuri оl putem trata par?ial pe bolnav, dar nu putem lichida boala, c?ci

deocamdat? nu e posibil? prevenirea transmiterii ei genera?iei ulterioare.

De aceea, cвnd оn familie un copil e bolnav din n?scare, p?rin?ii vor s?

?tie dac? urm?torul prunc o s? fie s?n?tos sau оl amenin?? aceea?i soart?.

Incertitudinea оl sile?te s? se ab?in? de la procreare, s? recurg? la

оntreruperea artificial? a sarcinii ?. a. Acestea duc la traume psihice

grave ?i deseori sunt cauze de destr?mare a familiei.

Conform calculelor efectuate de diferi?i savan?i, 7–10% din num?rul total

al oamenilor au devieri de la norma biologic?. Mai mult chiar, avem

impresia c? bolile ereditare sunt оn cre?tere. Acest lucru este determinat

de multe cauze, ?i оn primul rвnd de poluarea global? a mediului ambiant.

Odat? cu dezvoltarea industriei ?i tehnicii оn ora?e ?i cu

industrializarea ?i chimizarea produc?iei agricole, оn mediul ambiant a

ap?rut o mare cantitate de agen?i mutageni, care provoac? modific?ri

ereditare – muta?ii. Frecven?a muta?iilor poate spori mult datorit?

cre?terii fonului artificial al radia?iei, ac?iunii mutagenilor chimici ?i

a multor pesticide. Оn prezent sunt cunoscu?i aproape 2000 de compu?i

chimici cu un efect mutagenic. S-a mai constatat c? unele preparate

medicamentoase, dac?-s folosite prea mult, pot avea ?i ele rol de mutageni.

Utilizarea f?r? control a medicamentelor, fumatul ?i consumul alcoolului

de c?tre femeile gravide exercit? o influen?? negativa asupra dezvolt?rii

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28, 29, 30, 31, 32, 33