экзамен микра. 1. Микроорганизмы как основные объекты исследования молекулярной генетики. Генетический анализ и принципы картирования генов. Понятие о генной инженерии
 Скачать 115.09 Kb.
|
1.Микроорганизмы как основные объекты исследования молекулярной генетики. Генетический анализ и принципы картирования генов. Понятие о генной инженерииМикроорганизмы как основные объекты исследования молекулярной генетики Геномика микроорганизмов имеет прямое отношение к клинической медицине. Закономерности геномной организации патогенных бактерий и вирусов позволяют более точно понять природу инфекционного процесса, определить направление создания вакцин, уточнить патогенные мишени микроорганизмов для создания лекарств. Секвенирование генома бактерий началось в конце 80-х годов XX века, когда уже были созданы методические предпосылки. Первым секвенированным бактериальным геномом был геном Mycoplasma genitalium (1995). За последние годы список полностью секвенированных геномов бактерий увеличился до 20 видов, среди которых представители таких родов патогенных бактерий, как Streptococcus, Staphylococcus, Corynebacferium, Yersinia и др. Как показали геномные исследования, патогенные бактерии весьма разнообразны по комбинаторике генов, определяющих патогенность. У них имеются специфические гены, контролирующие синтез факторов вирулентнтности (адгезины, инвазины, порины, токсины, гемолизины). Большинство таких генов собрано в кластеры («островки патогенности»). Они могут быть локализованы в хромосоме бактерии или в плазмидах. «Островки патогенности» участвуют в геномных перестройках, что и определяет приспособляемость и широкую внутривидовую вариабельность бактерий. Поскольку геномы бактерий небольшие (от 100 000 до 4 млн пар нуклеотидов), многое удалось уже сделать в области функциональной геномики. И структурные, и функциональные исследования геномов патогенных бактерий показывают их высокую пластичность. Эти представления имеют непосредственное практическое значение, во-первых, для разработки экспресс-методов типирования бактерий и оценки риска бактериальной контаминации; во-вторых, для создания лекарств, нацеленных на специфические мишени, блокирующие работу генов патогенности; в-третьих, для более целенаправленного создания вакцин. Что касается геномики вирусов, то для большинства патогенных для человека вирусов (возбудителей вирусных гепатитов, ВИЧ-инфекции и СПИДа, герпесвирусных инфекций, натуральной оспы, гриппа и др.) уже известна первичная нуклеотидная последовательность полноразмерного генома (структурная геномика). Более того, накоплено много данных по функциональной геномике (роль отдельных фрагментов в формировании вторичной структуры генома, в образовании белков вирионов, в репликации и сборке вирионов). Именно геномные исследования вирусов позволили объяснить их высокую пластичность (способность к рекомбинации, наличие гипервариабельных областей). Многие вирусы формируют длительную персистентную инфекцию, в результате которой происходит селекция новых вариантов вируса с изменённой первичной последовательностью, а следовательно, с изменёнными патогенными и антигенными свойствами. Несмотря на интенсивные поиски участков в геномах вирусов (сайтов), ответственных за патогенные свойства вирусов, они до сих пор не обнаружены, т.е. функциональная геномика вирусов ещё не достигла такого уровня, как структурная. Результаты исследований позволяют с большой вероятностью думать о том, что патогенные свойства вирусов являются полифункциональным признаком, детерминируемым многими сайтами генома. Практическое приложение сведений о нуклеотидной последовательности геномов многих патогенных вирусов уже широко реализуется. Генно-инженерным путём создаются непатогенные фрагменты геномов вирусов в составе плазмидных векторов. Такие векторы с вирусом способны к экспрессии в высоких концентрациях белков вирусов, которые необходимы для приготовления диагностических и вакцинных препаратов. Развивается технология получения ДНК-вакцин против СПИДа, гепатита С и других вирусных инфекций. Создана эффективная рекомбинантная вакцина против гепатита В. Как и в геномике патогенных бактерий, сведения о функциональных свойствах отдельных участков геномов вирусов служат основой для молекулярного дизайна лекарственных средств, эффективно подавляющих размножение вируса в клетке. Генетический анализ и принципы картирования генов Генетический анализ — совокупность методов, направленных на определение наследственной обусловленности признаков, лежащих в основе разнообразия живых организмов. Картирование генов - определение положения данного гена на какой-либо хромосоме относительно других генов Используют три основные группы методов картирования генов – физическое (определение с помощью рестрикционных карт, электронной микроскопии и некоторых вариантов электрофореза межгенных расстояний – в нуклеотидах), генетическое (определение частот рекомбинаций между генами, в частности, в семейном анализе и др.) и цитогенетическое (гибридизации in situ, получение монохромосомных клеточных гибридов, делеционный метод и др.) 1)На первом этапе картирования необходимо определить принадлежность гена к группе сцепления. Чем больше генов известно у данного вида, тем точнее результаты картирования. Все гены разбивают на группы сцепления. Число групп сцепления соответствует гаплоидному набору хромосом. Например, у D. melanogaster 4 группы сцепления, у кукурузы – 10, у мыши – 20, у человека – 23 группы сцепления. При наличии половых хромосом они указываются дополнительно (например, у человека 23 группы сцепления плюс Y-хромосома). Как правило, число генов в группах сцепления зависит от линейных размеров соответствующих хромосом. Так, у плодовой мушки имеется одна (IV) точечная (при анализе в световом микроскопе) хромосома. Соответственно число генов в ней во много раз меньше, чем в остальных, значительно превосходящих ее по длине. Следует также отметить, что в гетерохроматических районах хромосом генов нет или почти нет, поэтому протяженные области конститутивного гетерохроматина могут несколько изменить пропорциональность числа генов и длины хромосомы. 2)На основании генетического картирования составляются генетические карты. На генетических картах крайнему гену (т.е. наиболее удаленному от центромеры) соответствует нулевая (исходная) точка. Удаленность какого-либо гена от нулевой точки обозначается в морганидах. 3)Если хромосомы достаточно длинные, то удаление гена от нулевой точки может превышать 50 М – тогда возникает противоречие между отмеченными на карте расстояниями, превышающими 50%, и постулированным выше положением, согласно которому 50 % кроссоверов, полученных в эксперименте, фактически должны означать отсутствие сцепления, т. e. локализацию генов в разных хромосомах. Это противоречие объясняется тем, что при составлении генетических карт суммируются расстояния между двумя наиболее близкими генами, что превышает экспериментально наблюдаемый процент кроссинговера. Понятие о генной инженерии Генная инженерия — это современное направление биотехнологии, объединяющее знания, приемы и методики из целого блока смежных наук — генетики, биологии, химии, вирусологии и так далее — чтобы получить новые наследственные свойства организмов. Так, она позволяет осуществлять индустриальное массовое производство нужных белков, значительно облегчает технологические процессы для получения продуктов ферментации - энзимов и аминокислот, в будущем может применяться для улучшения растений и животных, а также для лечения наследственных болезней человека. Таким образом, генная инженерия, будучи одними из магистральных направлений научно-технического прогресса, активно способствует ускорению решения многих задач, таких, как продовольственная, сельскохозяйственная, энергетическая, экологическая. Но особенно большие возможности генная инженерия открывает перед медициной и фармацевтикой, поскольку применение генной инженерии может привести к коренным преобразованиям медицины. Многие болезни, для которых в настоящее время не существует адекватных методов диагностики и лечения (раковые, сердечнососудистые, вирусные и паразитные инфекции, нервные и умственные расстройства), с помощью генной инженерии и биотехнологии станут доступны и диагностике, и лечению. 2. Открытие микробов (А. Левенгук). Морфологический период в истории микробиологии. Исследования Д.C.Самойловича, Э.Дженнера, Л.C.Ценковского, Ф.А.Леша, П.Ф.Боровского.Открытие микробов Открытие микроорганизмов связано с именем голландского естествоиспытателя Антони ван Левенгука (1632–1723), который, заинтересовавшись строением льняного волокна, отшлифовал несколько грубых линз. Позднее он достиг большого совершенства при изготовлении линз и назвал их «микроскопиями» . Микроскопы А. ван Левенгука, несмотря на простоту конструкции, давали хорошее изображение при увеличении примерно от 50 до 300 раз. С помощью этих микроскопов он рассматривал все, что попадалось под руку: воду из пруда, зубной налет, слюну, кровь, настой перца и многое другое. Результаты своих наблюдений Левенгук посылал в Лондонское королевское общество. В своих письмах он сообщал, что окружающий нас мир густо населен микроскопическими обитателями, которые он назвал живыми маленькими животными –«анималькулями». А. ван Левенгук был убежден,что микроорганизмы устроены так же, как и макро-организмы, т. е. имеют органы пищеварения, ножки, хвостики и др. Морфологический период в истории микробиологии Открытие А. ван Левенгука привлекло всеобщее внимание. Оно явилось основой развития микробиологии, изучения форм микроорганизмов и их распространения во внешней среде. Это был морфологический, или описательный период развития микробиологии, который продолжался с конца XVII до середины XIX в. Этот период для микробиологии был малоплодотворным, так как оптические приборы того времени не позволяли отличить один вид микроорганизма от другого, не могли дать представление о биологических свойствах и роли микро-организмов в природе. Исследования Д.С.Самойловича Основные научные труды Д.С.Самойловича посвящены чуме, в борьбе с которой он принимал самое активное участие. В изучение чумы Д.С.Самойлович внес очень много нового, доказывая ее контагиозность, установил скрытый период (до 16 дней) и указал признаки распознавания болезни. Он разработал методы лечения и профилактики этой инфекции. Очаги чумы носились по всей Европе. И только Самойлович остановил предложения не сжигать большие и маленькие торговые судна, которые прибывали к черноморским причалам. Так, на трёхмачтовом греческом судне с товарами на 40 тыс. рублей была обнаружена чума. Самойлович предложил подвергнуть всё судно обеззараживанию, которое провела команда добровольцев из 4-х человек. Их одели в специальную обувь, балахоны и рукавицы, смазанные дёгтем. На борт поднялся сам Самойлович и после личного досмотра судна разрешил капитану и команде плыть дальше. В 1803 году он подробно описал эти события в своей 4-й книге о чуме. В 1800 году с реорганизацией карантинной службы должность Самойловича упраздняется и он назначается инспектором (руководителем) Черноморской медицинской управы. Исследования Э.Дженнера Эдвард Энтони Дженнер английский врач, разработал первую вакцину — против оспы. Дженнер придумал вводить в организм человека как бы неопасный вирус коровьей оспы. В течение многих лет предпринимались попытки найти приемлемые способы предотвращения оспы. Дженнер постепенно пришел к мысли, что можно искусственно заражать человека именно коровьей оспой и тем самым предохранять его от заболевания натуральной. За двадцать шесть лет наблюдений и сопоставлений фактов опыт накапливался, отрабатывалась методика эксперимента. Дженнер привил коровью оспу восьмилетнему мальчику Джеймсу Фипсу, взяв для этого жидкость из пустулы на руке доярки, болевшей коровьей оспой. Исследования Л.С.Ценковского Последний период своей деятельности Ценковский посвятил тогда совсем новой отрасли знания — бактериологии. Он в высокой степени способствовал развитию практической бактериологии в России, в особенности им были усовершенствованы методы прививок против сибирской язвы. В итоге своих оригинальных исследований он самостоятельно решил проблему аттенуации возбудителя и стабилизации свойств живой вакцины, технологию изготовления и схему применения вакцинного препарата на практике. Специфическая профилактика сибирской язвы животных в России была встречена с большим удовлетворением и воодушевлением, получила множество приверженцев в среде отечественных животноводов и земской ветеринарии; начиная с 1886 г., вакцины Ценковского получает широкое распространение в России. Противосибиреязвенная вакцина Ценковского (первая и вторая вакцины Ценковского) как средство активной специфической профилактики этой инфекции существуют и сохраняют актуальность в настоящее время. Исследования Ф.А.Леша Леш не только открыл возбудителя амебиаза, но описал его морфологию, в том числе ядро амебы и включения в протоплазму, и наблюдал фагоцитоз эритроцитов. Им дано описание патологоанатомических изменений в кишечнике, проведено экспериментальное заражение собак фекалиями больного и доказана патогенность найденной амебы. Далее Леш указал на лабораторные методы диагностики и описал клинику амебиаза. Перевод этой статьи на русских язык и обстоятельный ее разбор опубликован в книге Д. П. Сванидзе «История изучения амебиаза и борьба с ним в СССР» (Entamoeba histolytica,) Возбудителя болезни (дизентерийную амебу) впервые обнаружил Ф. А. Леш в 1875 г. в Петербурге в кале больного, длительное время страдавшего кровавым поносом, назвав ее Amoeba coli. Ф. А. Леш описал морфологию вегетативной стадии амебы с фагоцитированными эритроцитами и изменения в кишечнике при амебиазе. Кроме того, Ф. А. Лешем были предложены методы лабораторной диагностики амебной дизентерии, актуальные и в настоящее время. Исследования П.Ф.Боровского Боровский Петр Фокич (18631932 гг.) российский паразитолог, хирург. В 1894г. начал научные исследования этиологии "восточной язвы" и впервые в мировой литературе (1898г.) описал возбудителя кожного лейшманиоза ("пендинской язвы"). Открытие русского медика было несправедливо приписано англичанину Райту, который лишь в 1903г. описал этого возбудителя. Приоритет Боровского был восстановлен в 1925 г. Боровским было исследовано распространенное в среднеазиатских республиках и Закавказье заболевание — пендинская язва («пендинка», кожный лейшманиоз). Он первым дал правильное описание возбудителя этой болезни и отнёс его к типу простейших (Protozoa), а не к бактериям или грибкам, как считали раньше. В 1898 году он опубликовал свои наблюдения в «Военно-медицинском журнале» (№ 11), но только в 1932 году это открытие получило международное признание. Его открытие позволило в дальнейшем решать вопросы эпидемиологии, лечения и профилактики этого заболевания. Боровский предположил, что передача возбудителя сартовской язвы происходит не путём прямой инокуляции в кожу, а через кровь из пищеварительного или дыхательного аппарата. К. Шульгин, коллега Боровского по Ташкентскому госпиталю, полностью подтвердил его наблюдения и первым, в 1902 году, опубликовал верное предположение о передаче заболевания ночными кровососущими насекомыми. Также Боровским была предложена новая методика наложения швов при ушивании мочевого пузыря. |