Вопрос 66. Генная инженерия. Современное состояние теории гена

/. Перспективы генной инженерии

2. Основные положения теории гена

1. Обнаружение точной структуры гена послужило предпосылкой к выдвижению идеи переноса генов из одних организмов в другие, т. е. генной инженерии, цель которой — создание новых генети­ческих структур и организмов с новыми наследственными свойствами. Для переноса молекул нуклеиновой кислоты ис­пользуют векторы. В качестве векторов служат вирусы, прони­кающие в клетку, т. е. моделируется принцип трансдукции. Операция по переносу наследственной информации предусматри­вает три этапа:

• получение необходимого вектора;

\/ получение гена или генов, необходимых для переноса и сме­шивания их с вектором, т. е. гибридных молекул;

• введение гибридных молекул в клетку и репликация их. Введенные в клетку молекулы могут существовать в ней в ком­плексе с хромосомами либо в свободном состоянии как плазмиды. Принципиальная возможность искусственного включения новых генов в клетку доказана в ряде экспериментов:

- в колонию бактерий кишечной палочки из штамма, неспособ­ного синтезировать аминокислоту триптофан, с помощью фага был введен соответствующий ген, и бактерии приобрели новое свойство, т. е. стали синтезировать триптофан;

• из клеток южноафриканской лягушки был выделен фрагмент ДНК, введен в клетки кишечной палочки, где обнаружилась его способность синтезировать и-РНК лягушачьего типа. Генная инженерия в будущем, возможно, обеспечит создание организмов с новыми свойствами, например бактерий, синте­зирующих человеческие гормоны, микроорганизмов, обладаю­щих повышенной продуктивностью для получения антибиоти­ков, а в гораздо более отдаленном будущем, может быть, по­может человечеству избавиться от наследственных болезней.

2. В результате исследований элементарных единиц наследствен­ности сложилась теория гена, основные положения которой сво­дятся к следующему.

• ген занимает определенный участок (локус) в хромосоме;

• ген (цистрон) - это часть молекулы ДНК, представляющая собой определенную последовательность нуклеотидов и слу­жащая функциональной единицей наследственной информа­ции. Число нуклеотидов, входящих в состав различных генов, неодинаково;

• внутри гена могут происходить рекомбинации и мутирование;

• существуют структурные и функциональные гены;

- структурные гены кодируют синтез белков, но ген не прини­мает непосредственного участия в синтезе белка. ДНК — мат­рица для синтеза молекул и-РНК;

• функциональные гены контролируют и направляют деятель­ность структурных генов;

• расположение нуклеотидных триплетов в структурных генах коллинеарно последовательности аминокислот в полипептид­ной цепи, кодируемой данным геном;

• молекулы ДНК, входящие в состав гена, способны к репара­ции, поэтому не всякие повреждения гена ведут к мутациям;

• генотип, будучи дискретным (состоящим из отдельных генов), функционирует как единое целое. На функцию генов оказы­вают влияние внутриклеточные факторы и факторы внешней среды.

Вопрос 67. Нехромосомная наследственность

1. Внеядерная наследственность

2. Пластидная и цитоплазматическая наследственность

Признание за ядром главенствующей роли в передаче наслед­ственных свойств не исключает существования внеядерной наследственности, которая связана с органоидами клетки, способными к саморепродукции. Факторы наследственности, расположенные в клетках вне хромосом, получили название плазмид. Функция плазмид, как и генов, находящихся в хро­мосомах, связана с ДНК. Установлено, что собственную ДНК имеют:

• пластиды (пластидная ДНК);

• митохондрии (митохондриальная ДНК);

• центриоли (центриолярная ДНК) и некоторые другие органоиды.

Эти цитоплазматиче-жие структуры способны к авторепродук­ции. С ними связана передача цитоплазматической наследственности. Проявление этой формы наследственности находит­ся под контролем ядерной ДНК.

2. Пластидная наследственность обнаружена у декоративных цветов львиного зева, ночной красавицы и др. У этих растений наряду с расами, имеющими зеленые листья, есть расы пест-ролистости. Признак пестролистости передается только по ма­теринской линии.

Цитоплазматическая наследственность известна у ряда куль­турных растений. У кукурузы существуют сорта с мужской сте­рильностью, которая передается исключительно через цито­плазму женских половых клеток.

В цитоплазме бактерий обнаружены автономно расположенные плазмиды, состоящие из кольцевых молекул двунитчатой ДНК. Эти бактериальные плазмиды обусловливают:

• половую дифференцировку;

• устойчивость к ряду лекарственных веществ;

• синтез некоторых белков.

Феноменом цитоплазматической наследственности объясняют­ся длительные модификации. Иногда генотип материнского ор­ганизма оказывает влияние на следующее поколение через ци­топлазму яйцеклетки. Такое влияние называется предетермина-ции, когда действует наследственная информация, заложенная в хромосомах и определяющая особенности яйцеклетки еще до оплодотворения.