Biohaker Joshua Zayner želi stvoriti svijet u kojem svi mogu i imaju pravo eksperimentirati sa svojim DNK.

"Ovdje imamo nešto DNK i špric", kaže Joshua Zayner u prostoriji punoj sintetičkih biologa i drugih istraživača. On puni iglu i zabija je u kožu. "To će promijeniti moje mišićne gene i dati mi više mišićne mase."

Zainer, biohaker koji eksperimentiše s biologijom u DIY, a ne u konvencionalnoj laboratoriji, govorio je na SynBioBeta konferenciji u San Franciscu sa izvještajem “ Hodati kroz na temu Genetski mijenjaj sebe uz CRISPR, gdje su druge prezentacije uključivale akademike u odijelima i mlade rukovodioce iz tipičnih biotehnoloških start-upova. Za razliku od ostalih, svoj govor je započeo dijeljenjem uzoraka i knjižica koje su objašnjavale osnove DIY genetskog inženjeringa.

Biohaker Zayner govorio je na konferenciji SynBioBeta sa izvještajem "Vodič korak po korak za genetski promjenu sebe koristeći CRISPR"

Ako želite da se genetski modificirate, to nije nužno teško. Kada je okupljenima ponudio uzorke u malim vrećicama, Zayner je objasnio da mu je trebalo oko pet minuta da napravi DNK koji je donio na prezentaciju. Epruveta je sadržavala Cas9, enzim koji seče DNK na određenoj lokaciji, orijentisan duž RNK vodiča, u sistemu za uređivanje gena poznatom kao CRISPR. U ovom primjeru, dizajniran je da isključi gen za miostatin, koji proizvodi hormon koji ograničava rast mišića i smanjuje mišićna masa. U jednoj studiji u Kini, psi uređeni genima imali su udvostručenu mišićnu masu. Ako je bilo ko u publici želio probati, mogao je odnijeti bočicu kući i ubrizgati je kasnije. Čak i ako ga nakapate na kožu, rekao je Zeiner, dobit ćete učinak, iako ograničen.

Zainer ima doktorat iz molekularne biologije i biofizike, a također je radio istraživač u NASA-i o modificiranju organizama za život na Marsu. Ali on vjeruje da bi sintetička biologija za uređivanje drugih organizama ili sebe mogla postati laka za korištenje kao, na primjer, CMS za pravljenje web stranice.

"Ne morate znati koji promotor koristiti da bi pravi gen ili dio DNK funkcionirao", kaže on, koristeći neke tehnički uslovi iz genetskog inžinjeringa. „Ne želite da znate koji terminator da koristite, ili poreklo replikacije... DNK inženjer mora da zna kako to da uradi. Ali jedina stvar koju trebate znati je, pa, ja želim da gljiva bude ljubičasta. Ne bi trebalo biti teže. Sve je to sasvim moguće – to je samo stvaranje infrastrukture i platforme tako da to može učiniti svako.

Naravno, prodavnica aplikacija za genetsko uređivanje tek treba da bude kreirana. Ali priličan broj biohakera je naučio dovoljno da – ponekad nepromišljeno – eksperimentiše na sebi. Nekoliko ljudi koje Zayner poznaje, na primjer, počeli su sebi ubrizgavati miostatin. „Ovo se dešava upravo sada“, kaže on. “Sve su te stvari počele da se pojavljuju bukvalno u posljednjih nekoliko sedmica.” Prerano je reći da li su se injekcije eksperimentatora poboljšale ili su izazvale probleme, ali neki se nadaju da će rezultate vidjeti u narednim mjesecima.

Uprkos svom vremenu provedenom u akademskoj zajednici, Zayner očito nije tipičan istraživač i izbjegava ideju da bi eksperimenti trebali biti ograničeni na laboratorije. Kada je u NASA-i počeo da razgovara sa drugim biohakerima putem mailing liste i saznao za probleme onih koji su želeli da rade „uradi sam“ – dobavljače je bilo teško pronaći i nisu uvek slali prave narudžbe onima koji nemaju laboratorija - on je 2013. godine pokrenuo posao pod nazivom The ODIN (Open Discovery Institute, i omaž nordijskom bogu) za slanje kompleta i alata ljudima koji žele da rade u svojoj garaži ili sobi. 2015. godine, nakon što je odlučio da napusti NASA-u jer nije volio raditi u njihovom konzervativnom okruženju, pokrenuo je uspješnu kampanju prikupljanja sredstava za DIY CRISPR komplet.

„Jedina stvar koju treba da znate je, pa, ja želim da gljiva bude ljubičasta. Ne bi trebalo biti teže."

Godine 2016. prodao je proizvode u vrijednosti od 200.000 dolara, uključujući komplet kvasca koji se može koristiti za gorivo užarenog bioluminiscentnog piva, komplet za detekciju antibiotika kod kuće i kompletnu kućnu laboratoriju po cijeni MacBook Pro-a. U 2017. očekuje da će se prodaja udvostručiti. Mnogi kompleti su jednostavni i većina kupaca ih vjerovatno ne koristi da bi se promijenili (mnogi kompleti idu u škole). Ali Zayner se također nada da će, kako se bude steklo više znanja, ljudi eksperimentirati na neobičnije načine.

Zainer prodaje kompletnu kućnu biohakersku laboratoriju za otprilike cijenu MacBook Pro-a.

Ako promijenite svoj DNK, tada možete sekvencirati svoj genom da vidite da li se promjena dogodila. Ali garažni eksperiment ne može pružiti toliko informacija kao konvencionalne metode. "Možete potvrditi da ste promijenili DNK, ali to ne znači da je siguran i efikasan", kaže George Church, profesor genetike na Harvardskoj medicinskoj školi (koji također djeluje kao savjetnik Zaynerovoj kompaniji, prepoznajući vrijednost biološki pismena javnost u biologiji stoljeća). “Sve što vam to govori je da ste uradili pravi posao, ali to može biti opasno jer ste promijenili i nešto drugo. Možda neće biti efikasno u smislu da nije promijenjeno dovoljno ćelija, ili je možda prekasno i šteta je već učinjena.” Ako se beba rodi s mikrocefalijom, na primjer, promjena gena u njegovom tijelu najvjerovatnije neće utjecati na njegov mozak.

img

"Živimo u nevjerovatnom vremenu u kojem učimo toliko o biologiji i genetici zahvaljujući CRISPR-u, ali još uvijek ne znamo mnogo o sigurnosti uređivanja ljudskih ćelija pomoću CRISPR-a."

Svako ko želi da sebi ubrizga modifikovanu DNK rizikuje da neće imati dovoljno podataka, ili možda bilo kakvih stvarnih podataka, o tome šta bi se moglo dogoditi da bi doneo informisanu odluku. Verovatno se podrazumeva: ne pokušavajte ovo kod kuće. „Živimo u nevjerovatnom vremenu u kojem učimo toliko o biologiji i genetici zahvaljujući CRISPR-u, ali još uvijek ne znamo mnogo o sigurnosti uređivanja ljudskih ćelija pomoću CRISPR-a“, kaže Alex Marson, istraživač mikrobiologije i imunologije u Kalifornijski univerzitet u San Franciscu i stručnjak za CRISPR. „Veoma je važno da prođe kroz rigorozne i validirane sigurnosne testove u svakom slučaju, i to na odgovoran način.“

U Njemačkoj je biohakovanje sada nezakonito, a osoba koja provodi eksperimente izvan licencirane laboratorije može se suočiti s kaznom od 50.000 eura ili tri godine zatvora. Svjetska antidoping agencija sada zabranjuje sve oblike uređivanja gena kod sportista. Međutim, biohakiranje još nije regulirano u SAD-u. A Zainer misli da uopće ne bi trebao, on upoređuje strahove da su ljudi učili da koriste sintetičku biologiju sa strahovima od učenja kako da koriste kompjutere ranih 1980-ih. (On citira intervju iz 1981. u kojem je Ted Koppel pitao Stevea Jobsa postoji li opasnost da ljudi budu kontrolirani kompjuterima.) Zayner se nada da će nastaviti pomagati što većem broju ljudi da postanu "DNK pismeni".

„Želim živjeti u svijetu u kojem se ljudi genetski modificiraju. Želim živjeti u svijetu u kojem su sve ove cool stvari koje vidimo u sci-fi TV emisijama stvarne. Možda sam lud i glup... ali mislim da je to vjerovatno zaista moguće.

Zato je sebi ubrizgao injekciju pred gomilom na konferenciji. „Želim da ljudi prestanu da se svađaju oko toga da li možete koristiti CRISPR ili ne, da li je u redu da se genetski modifikujete“, kaže on. „Prekasno je: ja sam izabrao za tebe. Debata je završena. Hajde da nastavimo. Koristimo genetski inženjering da pomognemo ljudima. Ili im dajte ljubičastu kožu."

Varijabilnost kombinacije

Nasljedna je i uzrokovana je rekombinacijom gena u genotipu. To nije povezano s promjenom gena, već s njihovom kombinacijom! Kombinacije gena doprinose povećanom preživljavanju u promjenjivim uvjetima okoline.

Slučajna kombinacija gameta tokom oplodnje

Razmjena segmenata homolognih hromozoma tokom crossing overa u profazi mejoze 1

Nezavisna divergencija različitih parova hromozoma u anafazi mejoze 1, što dovodi do stvaranja genetski različitih gameta

Mutacijska varijabilnost

Mutacije - iznenadne, nagle, uporne promene genotipa, koje nastaju pod uticajem spoljašnjih ili unutrašnjih faktora sredine, se nasleđuju. Na molekularnom nivou, ovo je promjena DNK koja traje tokom replikacije NK. Mutageneza je proces stvaranja mutacije. Mutageni faktori uzrokuju mutacije, koje po svojoj prirodi mogu biti

- fizički mutageni: zračenje a, b, gama, UV, temperatura, vlažnost,

- hemijski mutageni: organske i neorganske, narkotične supstance, proizvodi industrijske prerade prirodnih jedinjenja (ugalj, nafta), sintetičke supstance koje ranije nisu pronađene u prirodi (pesticidi, insekticidi, herbicidi), konzervansi za hranu, lekovi. Imaju visoku sposobnost prodiranja, uzrokuju genetske mutacije i djeluju tokom replikacije DNK.

Klasifikacija mutacija prema uslovima nastanka

Spontano se javlja bez vidljivih razloga ili nepoznat uzrok.

Inducirane nastaju kao rezultat izlaganja.

Klasifikacija mutacija prema lokalizaciji u ćeliji

Nuklearne - mutacije u ćelijskom jezgru

Citoplazmatske - mutacije mitohondrija i plastida.

Klasifikacija mutacija prema mogućnosti nasljeđivanja

Generativne nastaju u zametnim ćelijama, nasleđuju se tokom seksualne reprodukcije

Somatski nastaju u somatskim ćelijama, nasleđuju se tokom vegetativne reprodukcije

Klasifikacija mutacija prema stepenu uticaja na životnu sposobnost i plodnost

Sterilno utiče na plodnost

Smrtonosni dovod do smrti

Polu-smrtonosno smanjuje održivost

Neutralno ne utiče na održivost

Pozitivno povećava vitalnost

Klasifikacija prema stepenu oštećenja genetskog materijala:

Genetski - promjena gena

hromozomski - promjena u strukturi hromozoma,

Genomski - promjena genoma

Genske mutacije

Poenta, dovesti do promjene u nukleotidnoj strukturi DNK u genu. Promjene u strukturi gena prilikom zamjene baza su dvije vrste: missense mutacije aminokiselina gluposti sa formiranjem terminalnih kodona UAA, UAG, UGA.

- pomeranje okvira čitanja javlja se u slučaju umetanja ili gubitka nekoliko nukleotida. Kao rezultat toga, podjela mRNA na kodone se mijenja, što znači da se mijenja sekvenca aminokiselina u sintetiziranom proteinskom molekulu ili se sinteza prerano završava.

- tranzicija - zamjena purinske baze drugom purinskom bazom i pirimidinske baze drugom pirimidinom: A<-->G i C<-->T.

- transverzija - zamjena purina za pirimidin i obrnuto.

Hromozomske mutacije

Aberacije - promjena u strukturi hromozoma zbog kršenja njihovog integriteta: prekidi, koji su praćeni preuređivanjem gena, dovode do intra/interhromozomskih mutacija.

- brisanje - gubitak segmenta hromozoma: AEF. Brisanje kratkog kraka 5. hromozoma kod ljudi - sindrom mačjeg krika.

- umnožavanje - dupliciranje segmenta hromozoma: ABCDCD, sa pojavom dodatnog naslednog materijala, identičnog onome što je već u genomu.

Delecija i duplikacija se uvijek manifestiraju fenotipski, jer se skup gena mijenja i monosomija se uočava u dijelu hromozoma.

- inverzija - rotacija pojedinih dijelova hromozoma za 180 *. ABCDEF -----> AEDCBF

- translokacija - prijenos posebnog dijela hromozoma na drugo mjesto na istom ili drugom hromozomu: ABCKLM. Gde broj gena se ne menja !!! Prijenos kraka 21. hromozoma na 13, 14, 15 dovodi do razvoja Downovog sindroma.

Inverzije i translokacije se možda neće fenotipski manifestirati ako nema promjena u genetskom materijalu i ako se održava ukupna ravnoteža gena u genomu. Ali konjugacija homolognih hromozoma je teška, što može uzrokovati kršenje genetskog materijala između stanica kćeri

Genomske mutacije

Povezane s promjenom broja hromozoma, dovode do dodavanja ili gubitka jednog, nekoliko ili kompletnog seta hromozoma.

Genom- skup gena haploidnog seta hromozoma. U pravilu se nalazi u zametnim stanicama.

- poliploidija - višestruko haploidno povećanje broja hromozoma u ćelijama. Često se koristi u oplemenjivanju biljaka, obično rezultira većim prinosima. Često se nalazi među kritosjemenjačama, rjeđe među golosjemenjačama. Među životinjama, poliploidija je poznata kod hermafrodita: crva, rakova, insekata, riba, daždevnjaka. Za sisare je poliploidija smrtonosna.

- haploidija - višestruko haploidno smanjenje broja hromozoma. Kao rezultat, postoji jedan set od n hromozoma u ćeliji. Organizam sa haploidnim skupom nehomolognih hromozoma u somatskim ćelijama je haploid. Prirodna haploidija se javlja u životni ciklus gljive koje stvaraju spore, bakterije, jednoćelijske alge, kod pčela trutova. Vijabilnost haploida je smanjena, jer se manifestuju svi recesivni geni sadržani u singularu. Za sisare je haploidija smrtonosna.

- aneuploidija - ponovljena promjena broja hromozoma.

Trisomija je povećanje kariotipa za jedan hromozom (2n + 1).

Polisomija je povećanje kariotipa za više od jednog kromosoma.

Monosomija - smanjenje kariotipa za jedan hromozom (2n-1).

Nulisomija - odsustvo para hromozoma je smrtonosna.

Ljudske hromozomske bolesti

Grupe bolesti povezanih s promjenama u broju hromozoma (genomske mutacije) ili njihovoj strukturi (hromozomske aberacije). Oni nastaju kao rezultat narušavanja hromozomskog skupa u zigoti zbog nedisjunkcije hromozoma tokom redukcijske diobe i raznih hromozomskih aberacija.

triploidija - kršenje hromozomskog seta 3n. Novorođena djeca umiru u prvim satima ili danima nakon rođenja.

trisomija na X hromozomu - XXX. Fenotip je normalan ženski, karakterizira nerazvijenost spolnih žlijezda, blagi stepen mentalne retardacije.

Klinefelterov sindrom - XXY, XXXY, XXXXY, HUU, HUUU, XXYU, XXHUU. Muški fenotip su nerazvijeni testisi. Po izgledu, postoje uska ramena karakteristična za žene, široka karlica, ginekomastija, taloženje masti prema zhentipu. Polisomija na Y hromozomu daje visok rast, antisocijalno ponašanje.

Shereshevsky-Turnerov sindrom : kršenje skupa hromozoma X0, jedina održiva monosomija za X hromozom kod ljudi. Fenotip je ženski, građa tijela je nesrazmjerna, kožnih nabora na vratu, usporavanje rasta, nerazvijenost unutrašnjih genitalnih organa, neplodnost, prerano starenje.

Downov sindrom : trisomija na 21. hromozomu. Niskog rasta, male okrugle glave, ravnog potiljka, nisko postavljenih ušiju, kosih očiju, kratkog nosa sa ravnim mostom, poluotvorenih usta, debelog jezika, niskog tonusa mišića, skraćenih prstiju, krivih malih prstiju, letargičnih i nespretni ljudi. Teška mentalna retardacija, slabo razvijen govor, smanjen imunitet i očekivani životni vijek.

Patau sindrom : trisomija na 13. hromozomu. Duboki idioti. Nerazvijen CNS, umjerena mikrocefalija, zamućenje rožnjače, nisko čelo, udubljeni nosni most, uske očne duplje, bilateralni rascjep gornja usna i nepce, anomalije u razvoju ODS i unutrašnjih organa. Umiru u dobi do godinu dana, samo rijetki dožive do 3 godine.

Edwardsov sindrom : trisomija na 18. hromozomu. Anomalije lobanje i lica: usko čelo sa uvlačenjem čeonih kostiju u fontanelu, široki izbočeni potiljak, mala donja vilica i otvor za usta, uske i kratke palpebralne pukotine, nizak položaj ušiju, kratka, široka grudna kost grudni koš, abnormalni razvoj stopala, patologija strukture srca i krvnih sudova, probavnog sistema, malog mozga. Većina umire prije jedne godine.

Popunite prijavu za pripremu za ispit iz biologije ili hemije

Kratak oblik povratne informacije

Ova brošura pruža informacije o tome šta su hromozomski poremećaji, kako se mogu naslijediti i koje probleme mogu uzrokovati. Ova knjižica ne može zamijeniti vaš razgovor sa vašim ljekarom, ali vam može pomoći da razgovarate o svojim zabrinutostima.

Da bismo bolje razumjeli šta su hromozomski poremećaji, biće od pomoći prvo znati šta su geni i hromozomi.

Šta su geni i hromozomi?

Naše tijelo se sastoji od miliona ćelija. Većina ćelija sadrži kompletan skup gena. Ljudi imaju hiljade gena. Geni se mogu uporediti sa instrukcijama koje se koriste za kontrolu rasta i koordinaciju rada cijelog organizma. Geni su odgovorni za mnoge osobine našeg tijela, kao što su boja očiju, krvna grupa ili visina.

Geni se nalaze na strukturama nalik na niti koje se nazivaju hromozomi. Normalno, većina tjelesnih ćelija sadrži 46 hromozoma. Hromozomi nam se prenose od roditelja - 23 od mame i 23 od tate, tako da često izgledamo kao naši roditelji. Dakle, imamo dva seta od 23 hromozoma, ili 23 para hromozoma. Pošto su geni locirani na hromozomima, nasljeđujemo dvije kopije svakog gena, po jednu kopiju od svakog roditelja. Hromozomi (dakle geni) se sastoje od hemijskog jedinjenja zvanog DNK.

Slika 1: Geni, hromozomi i DNK

Hromozomi (vidi sliku 2), označeni brojevima od 1 do 22, isti su kod muškaraca i žena. Takvi hromozomi se nazivaju autozomi. Hromozomi 23. para su različiti kod žena i muškaraca, a nazivaju se polni hromozomi. Postoje 2 varijante polnih hromozoma: X-hromozom i Y-hromozom. Normalno, žene imaju dva X hromozoma (XX), jedan od njih se prenosi od majke, drugi od oca. Normalno, muškarci imaju jedan X hromozom i jedan Y hromozom (XY), pri čemu je X hromozom naslijeđen od majke, a Y hromozom od oca. Dakle, na slici 2 prikazani su muški hromozomi, pošto je poslednji, 23. par predstavljen kombinacijom XY.

Slika 2: 23 para hromozoma raspoređenih po veličini; hromozom broj 1 je najveći. Posljednja dva hromozoma su polni hromozomi.

Hromozomske promjene

Ispravan skup hromozoma je veoma važan za normalan ljudski razvoj. To je zbog činjenice da se geni koji daju "instrukcije za djelovanje" stanicama našeg tijela nalaze na hromozomima. Svaka promjena u broju, veličini ili strukturi naših hromozoma mogla bi značiti promjenu količine ili slijeda genetskih informacija. Takve promjene mogu dovesti do poteškoća u učenju, zaostajanja u razvoju i drugih zdravstvenih problema kod djeteta.

Hromozomske promjene mogu biti naslijeđene od roditelja. Najčešće se hromozomske promene dešavaju u fazi formiranja jajne ćelije ili sperme, ili tokom oplodnje (novonastale mutacije, ili de novo mutacije). Ove promjene se ne mogu kontrolisati.

Postoje dvije glavne vrste hromozomskih promjena. Promjena broja hromozoma. S takvom promjenom dolazi do povećanja ili smanjenja broja kopija bilo kojeg kromosoma. Promjena strukture hromozoma. S takvom promjenom dolazi do oštećenja materijala bilo kojeg hromozoma ili se mijenja sekvenca gena. Možda pojava dodatnog ili gubitak dijela originalnog kromosomskog materijala.

U ovoj brošuri ćemo se osvrnuti na brisanja hromozoma, duplikacije, umetanja, inverzije i prstenaste hromozome. Ako ste zainteresirani za informacije o kromosomskim translokacijama, pogledajte brošuru "Kromosomske translokacije".

Promjena broja hromozoma.

Normalno, svaka ljudska ćelija sadrži 46 hromozoma. Međutim, ponekad se beba rodi sa više ili manje hromozoma. U ovom slučaju postoji, odnosno, višak ili nedovoljan broj gena neophodnih za regulaciju rasta i razvoja organizma.

Jedan od najčešćih primjera genetskog poremećaja uzrokovanog viškom hromozoma je Downov sindrom. U ćelijama oboljelih od ove bolesti ima 47 hromozoma umjesto uobičajenih 46, jer umjesto dvije postoje tri kopije 21. hromozoma. Drugi primjeri bolesti uzrokovanih viškom hromozoma su Edwards i Patau sindromi.

Slika 3: Hromozomi djevojčice (posljednji par XX hromozoma) sa Downovim sindromom. Umjesto dvije vidljive su tri kopije hromozoma 21.

Promjena strukture hromozoma.

Promjene u strukturi hromozoma nastaju kada je materijal određenog hromozoma oštećen ili se promijeni sekvenca gena. Strukturne promjene također uključuju višak ili gubitak dijela hromozomskog materijala. To se može dogoditi na nekoliko načina, opisanih u nastavku.

Promjene u strukturi hromozoma mogu biti vrlo male, a specijalistima u laboratorijima može biti teško da ih otkriju. Međutim, čak i ako se pronađe strukturna promjena, često je teško predvidjeti učinak ove promjene na zdravlje određenog djeteta. Ovo može biti frustrirajuće za roditelje koji žele sveobuhvatne informacije o budućnosti svog djeteta.

Translokacije

Ako želite saznati više o translokacijama, pogledajte brošuru Kromosomske translokacije.

Brisanja

Izraz "hromozomska delecija" znači da dio hromozoma nedostaje ili je skraćen. Delecija se može dogoditi na bilo kojem hromozomu i na bilo kojem dijelu hromozoma. Brisanje može biti bilo koje veličine. Ako je materijal (geni) izgubljen tokom brisanja sadržavao važne informacije za tijelo, tada dijete može imati poteškoće u učenju, zaostajanje u razvoju i druge zdravstvene probleme. Ozbiljnost ovih manifestacija ovisi o veličini izgubljenog dijela i lokalizaciji unutar hromozoma. Primjer takve bolesti je Joubertov sindrom.

Duplikacije

Pojam "hromozomska duplikacija" znači da se dio hromozoma udvostruči i zbog toga dolazi do viška genetskih informacija. Ovaj višak hromozomskog materijala znači da tijelo prima previše "instrukcija" i to može dovesti do poteškoća u učenju, kašnjenja u razvoju i drugih zdravstvenih problema kod bebe. Primjer bolesti uzrokovane umnožavanjem dijela hromozomskog materijala je motorna senzorna neuropatija tipa IA.

Insertions

Umetanje hromozoma (insert) znači da dio materijala hromozoma nije bio na svom mjestu na istom ili na drugom hromozomu. Ako se ukupna količina hromozomskog materijala nije promijenila, onda je takva osoba obično zdrava. Međutim, ako takvo kretanje dovede do promjene količine hromozomskog materijala, tada osoba može imati poteškoće u učenju, zaostajanje u razvoju i druge zdravstvene probleme djeteta.

Prstenasti hromozomi

Termin "prstenasti hromozom" znači da su se krajevi hromozoma spojili, a hromozom je dobio oblik prstena (normalno, ljudski hromozomi imaju linearnu strukturu). To se obično dešava kada su oba kraja istog hromozoma skraćena. Preostali krajevi hromozoma postaju "ljepljivi" i spajaju se u "prsten". Posljedice formiranja prstenastih hromozoma za organizam zavise od veličine delecija na krajevima hromozoma.

Inverzije

Hromozomska inverzija znači promjenu u hromozomu u kojoj se dio hromozoma odvija, a geni u ovoj regiji su obrnutim redoslijedom. U većini slučajeva, nosilac inverzije je zdrav.

Ako roditelj ima neobičan hromozomski preuređenje, kako bi to moglo uticati na dijete?

Postoji nekoliko mogućih ishoda svake trudnoće:

• Dijete može dobiti potpuno normalan set hromozoma.
• Dijete može naslijediti isto hromozomsko preuređenje koje ima i roditelj.
• Dijete može imati poteškoće u učenju, zaostajanje u razvoju ili druge zdravstvene probleme.
• Moguć je spontani pobačaj.

Tako se zdrava djeca mogu roditi sa nosiocima hromozomskog preuređivanja, a u mnogim slučajevima se upravo to i događa. Pošto je svako preuređenje jedinstveno, o vašoj specifičnoj situaciji treba razgovarati sa genetičarom. Često se dešava da se dete rodi sa hromozomskim preuređenjem, uprkos činjenici da je hromozomski skup roditelja normalan. Takva preuređivanja nazivaju se novonastalim ili nastalim “de novo” (od latinske riječi). U ovim slučajevima, rizik od ponovnog rođenja djeteta s hromozomskim preuređenjem kod istih roditelja je vrlo mali.

Dijagnoza hromozomskih preuređivanja

Moguće je provesti genetsku analizu kako bi se identificirao prijenos kromosomskog preuređivanja. Uzima se uzorak krvi za analizu, a krvna zrnca se pregledavaju u specijaliziranoj laboratoriji radi otkrivanja kromosomskih preuređivanja. Ova analiza se naziva kariotipizacija. Takođe je moguće uraditi test tokom trudnoće kako bi se procenili hromozomi fetusa. Takva analiza se zove prenatalna dijagnoza i o ovom pitanju treba razgovarati sa genetičarom. Za više informacija o ovoj temi pogledajte brošure Biopsija horionskih resica i Amniocenteza.

Kako to utiče na druge članove porodice

Ako se kod nekog od članova porodice pronađe hromozomsko preuređenje, možda biste željeli da o ovom pitanju razgovarate s drugim članovima porodice. To će omogućiti drugim rođacima, po želji, da se podvrgnu pregledu (analizi hromozoma u krvnim stanicama) kako bi se utvrdilo nosivost kromosomskog preuređivanja. Ovo može biti posebno važno za rođake koji već imaju djecu ili planiraju trudnoću. Ako nisu nosioci hromozomskog preuređivanja, ne mogu to prenijeti na svoju djecu. Ako su nosioci, može biti zatraženo da se pregledaju tokom trudnoće kako bi se analizirali fetalni hromozomi.

Nekim ljudima je teško razgovarati o problemima hromozomskog preuređivanja sa članovima porodice. Možda se boje uznemiravanja članova porodice. U nekim porodicama ljudi zbog toga imaju poteškoća u komunikaciji i gube međusobno razumijevanje sa rođacima. Genetičari obično imaju odlično iskustvo u suočavanju sa sličnim porodičnim situacijama i može vam pomoći da razgovarate o problemu sa drugim članovima porodice.

Šta je važno zapamtiti

• Preuređenje hromozoma može biti naslijeđeno od roditelja ili se može dogoditi tokom oplodnje.
• Perestrojka se ne može ispraviti - ostaje za život.
• Restrukturiranje nije zarazno, na primjer, njegov nosilac može biti davalac krvi.
• Ljudi se često osjećaju krivima zbog činjenice da njihova porodica ima takav problem kao što je hromozomsko preuređenje. Važno je zapamtiti da to nije ničija krivica niti posljedica nečijih postupaka.
• Većina nosilaca uravnoteženih preuređivanja može imati zdravu djecu.

Nasljedne informacije se prenose s jedne generacije mikroorganizama na drugu pomoću velikog broja gena sadržanih u nukleotidu svake ćelije. Informacije sadržane u genu se čitaju i koriste za sintezu specifičnog enzimskog proteina. Prisustvo ovog enzimskog proteina stvara hemijsku osnovu za ispoljavanje određene osobine u mikroorganizmu. Kao rezultat toga, sve nasljedne osobine mikroorganizama su krajnji produkti biohemijskih procesa, što je podjednako primjenjivo i na fiziološka svojstva i na morfološka svojstva.

Jedan gen može kontrolirati nasljeđivanje jedne osobine, ili može odrediti nekoliko ili više osobina koje utiču na različite dijelove ćelije mikroorganizma. U drugim slučajevima, nekoliko gena može zajednički kontrolirati ekspresiju bilo koje osobine. U bakterijskom hromozomu svi geni su raspoređeni u linearnom nizu. Geni za određene osobine leže na odgovarajućim lokacijama na hromozomu, koje se nazivaju lokusi. Bakterije su obično haploidne: imaju samo jedan skup gena.

Kompletan skup gena koje posjeduje ćelija mikroorganizma je genotip tog mikroorganizma. Manifestacija naslijeđenih morfoloških osobina i fizioloških procesa kod pojedinaca naziva se fenotip (od grčkog faino - pokazati, pokazati). Mikroorganizmi slični genotipu mogu se značajno razlikovati po fenotipu, odnosno po načinu ispoljavanja nasljednih osobina. Fenotipske razlike između mikroorganizama koji su identični po genotipu nazivaju se modifikacije (fenotipske adaptacije). Dakle, interakcija genetskih sklonosti s vanjskim okruženjem može biti uzrok nastanka različitih fenotipova, čak i ako su genotipovi identični. Međutim, potencijalni raspon takvih fenotipskih razlika kontrolira genotip.

Modifikacije, po pravilu, postoje sve dok djeluje specifični faktor vanjskog okruženja koji ih je uzrokovao, ne prenose se na potomke i ne nasljeđuju ih. Dakle, fenolni tretman bakterija sa flagelama sprečava razvoj flagela kod ovih organizama. Međutim, potomci bakterija bez flagelata tretiranih fenolom, uzgojene na podlozi bez fenola, razvijaju normalne flagele.

Utvrđeno je da su gotovo sve morfološke i fiziološke karakteristike mikroorganizama direktno ili indirektno kontrolirane genetskom informacijom sadržanom u DNK.

Informacija koju DNK nosi nije nešto apsolutno stabilno i nepromjenjivo. Da informacije koje se prenose s jedne generacije na drugu nisu mogle mijenjati, tada bi raspon reakcija blisko povezanih organizama na faktore okoline također bio konstantan, a svaka iznenadna promjena koja bi se pokazala štetnom za mikroorganizme sa smrznutim genotipom mogla bi dovesti do izumiranja vrste.. Shodno tome, informacije koje se prenose s generacije na generaciju nisu apsolutno stabilne, što je korisno za opstanak vrste.

Promjene u genotipu, koje se nazivaju mutacije (od latinskog mutare - promjena), nastaju spontano, odnosno slučajno. Takve mutacije uzrokuju dramatične promjene u pojedinačnim genima odgovornim za informacije sadržane u ćeliji. Po pravilu, rijetke greške u replikaciji DNK nisu praćene masivnim promjenama informacija koje uključuju veliki broj različitih karakteristika. Međutim, organizmi su razvili druge mehanizme koji doprinose nastanku dramatično promijenjenog naslijeđa kod potomstva. Ovi mehanizmi se sastoje u povezivanju i obično u neposrednom mešanju (rekombinaciji) gena koji pripadaju blisko srodnim, ali genotipski raznih organizama. Tokom genetske rekombinacije, fragmenti hromozoma mikroorganizma koji je donor se ubacuju u hromozom jedne mikrobne ćelije koja služi kao primalac.

Kod mikroorganizama, sposobnost rekombinacije gena može se predstaviti u obliku dijagrama.

Trenutno su kod mikroorganizama poznata tri tipa prijenosa osobina sa donora na primatelja: transformacija, konjugacija i transdukcija. mikroorganizam aerobna gvožđa so

Mutacija: Alel koji se javlja u populaciji sa frekvencijom jednakom ili manjom od 1%. Razlog varijabilnosti organizama nije samo kombinacijska varijabilnost, već i mutacije. To su takve promjene u genomu koje se sastoje ili u pojavi novih alela (oni se zovu mutacije gena), ili u preuređenju hromozoma, na primjer, u prijenosu dijela jednog kromosoma na drugi (tada se nazivaju mutacije hromozoma), ili u promjenama u genomu (genomske mutacije). Primjer genomske mutacije je promjena u broju hromozoma u ćeliji. Pojedinačne mutacije se rijetko javljaju. Na primjer, mutacije gena javljaju se u otprilike jednom genu u stotinama hiljada ili čak milionima. Međutim, budući da može biti dosta gena, mutacije daju značajan doprinos varijabilnosti. O mutacijama je gore bilo riječi iu vezi s DNK iu vezi s radom Morgana. Za Morgana, znak mutacije je neka morfološka razlika u Drosophila, koja je naslijeđena. Pokazalo se da u genetskom materijalu mutanta postoji razlika u odnosu na genom muva divljeg tipa. Odakle dolazi, prvo se nije postavljalo pitanje. Mutacije su nasumične trajne promjene u genotipu koje utječu na cijele hromozome, njihove dijelove ili pojedinačne gene. Mutacije mogu biti velike, jasno vidljive, na primjer, nedostatak pigmenta (albinizam), nedostatak perja kod pilića (slika 11), kratke noge, itd. Međutim, najčešće mutacijske promjene su mala, jedva primjetna odstupanja od norme. Termin "mutacija" u genetiku je uveo jedan od naučnika koji je ponovo otkrio Mendelove zakone - G. de Vries 1901. (od latinskog mutatio - promjena, promjena). Ovaj pojam je označavao novonastale, bez učešća ukrštanja, nasljedne promjene. Kao što je već spomenuto, mutacije se dijele na mutacije gena, mutacije hromozoma i genomske mutacije (slika 118). Treba napomenuti da sa hromozomskim i genomskim mutacijama ne nastaju novi geni u genomu; u stvari, to je neko miješanje starih gena. Na prvi pogled, bilo bi logičnije takvu varijabilnost pripisati kombinacijskoj varijabilnosti. Međutim, kada se utvrdi spol, pojava dodatnog X hromozoma u genomu može uzrokovati radikalne promjene u fenotipu. Stoga je istorijski postojala tradicija da se takve promjene u genomu pripisuju mutacijama. Pored klasifikacije mutacija prema načinu na koji se javljaju, one se klasifikuju i prema drugim karakteristikama. jedan). Direktne mutacije su mutacije koje uzrokuju odstupanje od divljeg tipa. Povratne mutacije su povratak divljem tipu. 2). Ako se mutacije javljaju u zametnim stanicama, one se nazivaju generativne mutacije (od latinskog generatio - rođenje), a ako u drugim stanicama tijela - somatske mutacije (od grčkog soma - tijelo). Somatske mutacije se mogu prenijeti na potomstvo vegetativnim razmnožavanjem. 3). Prema rezultatima, mutacije se dijele na korisne, neutralne i štetne (uključujući sterilne, polusmrtonosne i smrtonosne). Poluletalne mutacije su štetne mutacije koje uvelike smanjuju vitalnost, ali ne fatalne, već smrtonosne – dovode do smrti organizma u jednoj ili drugoj fazi razvoja. Sterilne mutacije su one koje ne utiču na vitalnost organizma, ali naglo (često na nulu) smanjuju njegovu plodnost. Neutralne mutacije su mutacije koje ne mijenjaju vitalnost organizma. Normalno, DNK se kopira tačno tokom procesa replikacije i ostaje nepromenjena između dve uzastopne replikacije. Ali povremeno se javljaju greške i DNK sekvenca se mijenja - te greške se nazivaju mutacije. Mutacija je stabilna naslijeđena promjena u DNK, bez obzira na njen funkcionalni značaj. Ova definicija implicira promjenu u primarnoj sekvenci nukleotida, dok se promjene druge vrste, kao što je metilacija, obično nazivaju epigenetskim događajima. Mutacije u somatskim ćelijama mogu uzrokovati starenje, rak i druge manje značajne promjene u tijelu. Mutacije u zametnim ćelijama roditelja nasljeđuju djeca. Koncept stabilnosti mutacije ostaje općenito važeći, ali otkriće dinamičkih mutacija zbog povećanja broja trinukleotidnih ponavljanja pokazuje da se neke mutacije mijenjaju tokom diobe somatskih ili zametnih stanica. Neke su mutacije smrtonosne i ne mogu se prenijeti na sljedeću generaciju, dok druge nisu toliko opasne i ostaju u potomstvu. Sa evolutivnog stanovišta, mutacije pružaju dovoljnu genetsku raznolikost kako bi se omogućilo vrstama da se prilagode uvjetima okoline kroz prirodnu selekciju. Svaki genetski lokus karakterizira određeni nivo varijabilnosti, odnosno prisustvo različitih alela, odnosno varijanti sekvenci DNK, kod različitih pojedinaca. U odnosu na gen, aleli se dijele u dvije grupe - normalne, ili alele divljeg tipa, kod kojih funkcija gena nije narušena, i mutantne, koje dovode do poremećaja gena. U bilo kojoj populaciji i za bilo koji gen, aleli divljeg tipa su dominantni. Pod mutacijom se podrazumijevaju sve promjene u sekvenci DNK, bez obzira na njihovu lokaciju i utjecaj na održivost pojedinca. Dakle, koncept mutacije je širi od koncepta mutiranog alela. U znanstvenoj literaturi, varijante genskih sekvenci koje se često nalaze u populacijama i ne dovode do primjetnih disfunkcija obično se smatraju neutralnim mutacijama ili polimorfizmima, dok se pojmovi "mutacija" i "mutantni alel" često koriste kao sinonimi. Mutacije mogu uhvatiti dijelove DNK različitih dužina. Ovo može biti jedan nukleotid, tada ćemo govoriti o tačkastoj mutaciji, ili proširenom dijelu molekula. Osim toga, s obzirom na prirodu promjena, možemo govoriti o nukleotidnim supstitucijama, delecijama i insercijama (insercijama) i inverzijama. Proces mutacija naziva se mutageneza. Ovisno o faktorima koji uzrokuju mutacije, dijele se na spontane i inducirane. Spontane mutacije se javljaju spontano tokom života organizma u normalnim uslovima životne sredine. Spontane mutacije u eukariotskim stanicama javljaju se na frekvenciji od 10-9-10-12 po nukleotidu po ćelijskoj generaciji. Inducirane mutacije su one koje nastaju kao rezultat mutagenih utjecaja u eksperimentalnim uvjetima ili pod nepovoljnim utjecajima okoline. Među najvažnijim mutagenim faktorima, prije svega, treba istaći hemijske mutagene – organske i neorganske. organska materija izazivaju mutacije, kao i jonizujuće zračenje. Ne postoje značajne razlike između spontanih i indukovanih mutacija.Većina spontanih mutacija je rezultat mutagenog efekta koji eksperimentator nije zabilježio. Treba naglasiti da korisnost ili štetnost mutacija zavisi od uslova okoline: u nekim uslovima sredine određena mutacija je štetna, u drugim je korisna. Na primjer, mutacija koja uzrokuje albinizam bit će korisna za stanovnike Arktika, pružajući bijelu zaštitnu boju, ali štetna, demaskira za životinje koje žive u drugim uvjetima. Promjenljivost daje materijal za djelovanje prirodne selekcije i leži u osnovi evolucijskog procesa. Mutacije daju materijal za rad uzgajivača. Dobijanje i odabir korisnih (za čovjeka) mutacija su u osnovi stvaranja novih sorti biljaka, životinja i mikroorganizama. Klasifikacija mutacija zasniva se na molekularnim procesima njihovog nastanka.

Istorija nastanka mikrobiologije kao nauke

Mikrobiologija (od grč. mikros. mali, bios. život, logos. doktrina) je nauka koja proučava građu, vitalnu aktivnost i ekologiju mikroorganizama najsitnijih oblika života biljnog ili životinjskog porijekla, nevidljivih golim okom.

Mikrobiologija proučava sve predstavnike mikrokosmosa (bakterije, gljive, protozoe, viruse). U svojoj srži, mikrobiologija je fundamentalna biološka nauka. Za proučavanje mikroorganizama koristi metode drugih nauka, prvenstveno fizike, biologije, bioorganske hemije, molekularne biologije, genetike, citologije i imunologije. Kao i svaka nauka, mikrobiologija se dijeli na opću i posebnu. Opća mikrobiologija proučava obrasce strukture i vitalne aktivnosti mikroorganizama na svim nivoima. molekularni, ćelijski, populacijski; genetika i njihov odnos sa okolinom. Predmet proučavanja privatne mikrobiologije su pojedini predstavnici mikrosvijeta, u zavisnosti od njihove manifestacije i utjecaja na okruženje, divlje životinje, uključujući ljude. Privatne sekcije mikrobiologije obuhvataju: medicinsku, veterinarsku, poljoprivrednu, tehničku (odjel biotehnologije), pomorsku, svemirsku mikrobiologiju. Medicinska mikrobiologija proučava patogene mikroorganizme za ljude: bakterije, viruse, gljivice, protozoe. U zavisnosti od prirode proučavanih patogenih mikroorganizama, medicinska mikrobiologija se deli na bakteriologiju, virologiju, mikologiju i protozoologiju. Svaka od ovih disciplina razmatra sljedeća pitanja: - morfologiju i fiziologiju, tj. vrši mikroskopska i druge vrste istraživanja, proučava metabolizam, ishranu, disanje, uslove rasta i razmnožavanja, genetske karakteristike patogenih mikroorganizama; - uloga mikroorganizama u etiologiji i patogenezi zaraznih bolesti; - glavne kliničke manifestacije i prevalencija uzrokovanih bolesti; - specifična dijagnostika, prevencija i liječenje zaraznih bolesti; - ekologija patogenih mikroorganizama. Medicinska mikrobiologija također uključuje sanitarnu, kliničku i farmaceutsku mikrobiologiju. Sanitarna mikrobiologija proučava mikrofloru životne sredine, odnos mikroflore sa telom, uticaj mikroflore i njenih metaboličkih produkata na zdravlje ljudi, razvija mere za sprečavanje štetnog dejstva mikroorganizama na čoveka. Fokus kliničke mikrobiologije. Uloga uslovno patogenih mikroorganizama u nastanku ljudskih bolesti, dijagnostici i prevenciji ovih bolesti. Farmaceutska mikrobiologija istražuje zarazne bolesti ljekovitog bilja, kvarenje ljekovitog bilja i sirovina pod djelovanjem mikroorganizama, kontaminaciju lijekovi u procesu pripreme, kao i gotovih doznih oblika, metoda asepse i antisepse, dezinfekcije u proizvodnji lijekova, tehnologije za dobijanje mikrobioloških i imunoloških dijagnostičkih, preventivnih i terapijskih lijekova. Veterinarska mikrobiologija proučava ista pitanja kao i medicinska mikrobiologija, ali u odnosu na mikroorganizme, izazivaju bolestiživotinje. Mikroflora zemljišta, flora, njen uticaj na plodnost, sastav zemljišta, zarazne bolesti biljaka i dr. su fokus poljoprivredne mikrobiologije. Morska i svemirska mikrobiologija proučava mikrofloru mora i rezervoara i svemira i drugih planeta. Tehnička mikrobiologija, koja je dio biotehnologije, razvija tehnologiju za dobijanje različitih proizvoda od mikroorganizama za nacionalnu ekonomiju i medicinu (antibiotici, vakcine, enzimi, proteini, vitamini). Osnova moderne biotehnologije je genetski inženjering. Brojna otkrića iz oblasti mikrobiologije, proučavanja odnosa između makro- i mikroorganizama u drugoj polovini 19. veka. doprinijelo brzom razvoju imunologije. U početku se imunologija smatrala naukom o imunitetu organizma na zarazne bolesti. Danas je to postala opća medicinska i opća biološka nauka. Dokazano je da imuni sistem služi za zaštitu organizma ne samo od mikrobnih agenasa, već i od svih materija koje su organizmu genetski stranih kako bi se održala postojanost unutrašnje sredine tela, tj. homeostaza. Imunologija je osnova za razvoj laboratorijskih metoda za dijagnostiku, prevenciju i liječenje zaraznih i mnogih nezaraznih bolesti, kao i razvoj imunobioloških preparata (cjepiva, imunoglobulina, imunomodulatora, alergena, dijagnostičkih preparata). Imunobiotehnologija se bavi razvojem i proizvodnjom imunobioloških preparata. samostalna grana imunologije. Savremena medicinska mikrobiologija i imunologija postigle su veliki uspjeh i igraju veliku ulogu u dijagnostici, prevenciji i liječenju infektivnih i mnogih nezaraznih bolesti povezanih s oštećenjem imunološkog sistema (onkološke, autoimune bolesti, transplantacije organa i tkiva itd.).

Transformacije gvožđa

U normalnoj umjerenoj klimi zdrava osoba U hrani je potrebno 10-15 mg gvožđa dnevno. Ova količina je sasvim dovoljna da pokrije svoje gubitke iz organizma. Naše tijelo sadrži od 2 do 5 g gvožđa u zavisnosti od nivoa hemoglobina, težine, pola i starosti. Posebno puno toga u hemoglobinu krvi - dvije trećine ukupne količine sadržane u tijelu; ostatak se skladišti u unutrašnjim organima, uglavnom u jetri.

Gvožđe iz hrane se apsorbuje u crevima i prenosi u krvne sudove, gde ga hvata poseban transportni protein. Ovaj protein je prvi put otkriven davne 1920. godine u krvnom serumu. Ali metode analize koje su postojale u to vrijeme nisu nam omogućile da precizno odredimo njegovu strukturu. Tek 1945. švedski naučnici K-Holmberg i K.-B. Laurell je detaljno proučavao ovaj protein koji sadrži željezo, utvrdio njegovu prirodu i dao mu ime "transferin".

Zanimljivo je da je sličan protein takođe izolovan iz mleka 1939. godine i nazvan je laktoferin. Molekularne težine ovih proteina su približno iste i iznose oko 80 hiljada. Oni su u stanju da vežu 2 atoma gvožđa, dajući im karakterističnu crvenkastu boju. Laktoferin je tada pronađen u suzama, žuči i drugim tjelesnim tečnostima. Strogo govoreći, transportni proteini obavljaju sličnu funkciju kao hemoglobin, samo što ne prenose kisik, već željezo i trovalentno željezo. Prevozi se uglavnom u koštanu srž, manji dio odlazi u jetru i slezinu, gdje se pohranjuje kao rezervni fond; mala količina odlazi na stvaranje mioglobina i nekih enzima tkivnog disanja. Glavni organi u kojima se izmjenjuje željezo su koštana srž, jetra i tanko crijevo, gdje se nalaze posebni receptori koji služe za primanje transferina.

U koštanoj srži se formiraju hemoglobin i crvena krvna zrnca, čije trajanje je oko 4 mjeseca. Nakon tog vremena, hemoglobin se uništava, raspadajući se na hem i globin. Dalje transformacije ovih supstanci idu na različite načine. Globin se hidrolizira u aminokiseline, a hem se u jetri pretvara u žučne pigmente - u zeleni biliverdin, koji se reducira u bilirubin koji ima žuto-narandžastu ili smeđu boju. Samo neznatan dio ovih pigmenata ponovo ulazi u krv, ali se uglavnom izlučuju iz organizma. Kod bolesti jetre kao što je žutica, višak bilirubina ulazi u krvotok, što koži i bjeloočnicama daje karakterističnu žutu boju.

Gore smo rekli da je dio gvožđa u tijelu pohranjen u rezervi. U normalnim uslovima, takvo skladišteno gvožđe je deo crveno-smeđeg proteina rastvorljivog u vodi feritina, koji je široko rasprostranjen u biljnom i životinjskom carstvu. Nalazi se u kralježnjacima, beskičmenjacima, cvijeću, pa čak i gljivama. To govori o njegovoj univerzalnoj ulozi i drevnom evolucijskom porijeklu. Po prvi put, feritin je izolovao F. Laufberger 1937. godine iz slezine konja. Nešto kasnije ustanovljena je njegova uloga jedinjenja koje akumulira gvožđe u organizmu. Molekuli feritina su agregati gvožđa u obliku kompleksnih jedinjenja okruženih apoferitnim proteinom molekulske težine 480 hiljada. Takav kompleks može sadržati do 4,5 hiljada atoma gvožđa. Ako je transferin po svojoj vrijednosti sličan hemoglobinu, onda je feritin u tom pogledu sličan mioglobinu.

Dakle, glavna količina željeza cirkulira u našem tijelu, dio se akumulira u feritinu, a vrlo mala količina se taloži u obliku netopivih granula proteina hemosiderina. U feritinu i hemosiderinu, željezo se može skladištiti dugo vremena - sve dok tijelu nije hitno potrebno, na primjer, tokom gubitka krvi. Zatim se rezervno gvožđe koristi za sintezu hemoglobina. Kako se ekstrahuje iz skladišnih proteina još nije precizno utvrđeno. Kako nije utvrđeno, po svoj prilici, brojne supstance, na ovaj ili onaj način povezane sa gvožđem našeg tela.

Mikroorganizmi i okolina. Fizički faktori (koncentracija soli)

U prethodnim poglavljima opisani su različiti mikroorganizmi, grupirani prema njihovim fiziološkim i biohemijskim svojstvima. Pominjala su se i staništa. Sada dobijene informacije omogućavaju nam da razmotrimo odnos mikroorganizama sa njihovom okolinom. Prvo ćemo se fokusirati na osnovne koncepte i koncepte ekologije. Ova nauka proučava ponašanje organizama u njihovim prirodnim staništima, njihov međusobni odnos i sa okolinom. Prvi tragovi života datiraju prije više od 3 milijarde godina; to su bili mikroorganizmi koji su dominirali Zemljinom biosferom do prije otprilike 0,5 milijardi godina. Dakle, prokarioti ne samo da stoje na početku zemaljskog života, ne samo da se iz njih razvila čitava raznolikost eukariotskih oblika, već su uvijek postojali nakon toga. Viši oblici života tokom svoje evolucije nikada nisu bili sami; stalno su bili ili istisnuti ili podržani od strane sveprisutnih jednoćelijskih organizama. Među modernim višim oblicima života postoje oni koji su se etablirali ne samo u borbi protiv sebi sličnih, već i u odnosima s mikroorganizmima. Mnogi organizmi su u procesu evolucije razvili tolerantna partnerstva – uzajamnu simbioza. Mikroorganizmi su već postojali kada je površina naše planete poprimila svoj sadašnji oblik; već su bili prisutni u vreme kada su se kontinenti pomerali, stvarali sedimenti debljine nekoliko hiljada metara, zemljina kora mnogo puta tonula i savijala, nastajala nalazišta ruda, uglja, nafte i prirodnog gasa. Mikroorganizmi su aktivno učestvovali u mnogim od ovih procesa. Najmanje 80% cjelokupnog perioda organske evolucije, Zemlju su naseljavali isključivo mikroorganizmi. Ako se fosilni ostaci mikroba rijetko nalaze, onda podaci komparativne fiziologije i biokemije služe kao dovoljna potpora za klasifikaciju prokariota prema vrsti metabolizma. Međutim, čitajući dio o evoluciji organizama, treba uzeti u obzir činjenicu da u ovoj oblasti još uvijek postoje mnoge praznine i nagađanja. FIZIČKI FAKTORI

Mineral mrtva voda more ima visoku toplinsku provodljivost i toplinski kapacitet. Dakle, prvi faktor uticaja je temperatura. Glavno mjesto primjene je koža. Iritacija nervnih receptora kože izaziva difuznu inhibiciju u moždanoj kori, tj. otklanjanje prenapona kao posljedica psihičkog stresa, stresa itd. Kod intenzivnog izlaganja toploti tokom kupanja, prenos toplote se povećava znojenjem, što doprinosi procesima detoksikacije organizma. Osim toga, toplinski učinak na mišiće doprinosi njihovom opuštanju. U slanoj kupki Mrtvog mora, stub vode visine 40-50 cm vrši pritisak od 1/5 atmosfere, što stimuliše funkciju disanja i cirkulacije krvi. Plovila reaguju na promjene temperature kože trbušne organe: povećanje vanjske temperature, praćeno vazodilatacijom kože, dovodi do sužavanja žila trbušnih organa i obrnuto. Izuzetak su bubrezi: vazodilatacija kože dovodi do vazodilatacije bubrega. Da bi se postigao adekvatan vaskularni odgovor, temperatura svih dijelova tijela mora biti jednaka prije kupanja. Na primjer, hladna stopala treba zagrijati u lavoru ili pod tekućom toplom vodom. U tom slučaju, vaskularna reakcija će ići u pravom smjeru i učinak kupke će biti pozitivan. Na osnovu gore navedenog, preporučuje se kupanje sa solima Mrtvog mora na temperaturi vode od 37-39 stepeni, u trajanju od 10 do 15 minuta.

Konverzija fosfora

Ciklus fosfora je mnogo jednostavniji od ugljika i dušika. Uglavnom se sastoji od mineralizacije organskog fosfora i transfera fosfatnih soli iz manje rastvorljivih u bolje rastvorljive soli (mobilizacija fosfora). U organizmu životinja i biljaka fosfor je dio proteinskih tvari (nukleoproteina) i nekih lipoida (lecitina). Ovaj fosfor, nakon uginuća životinja i biljaka, kada se razgrađuje od truležnih i drugih mikroba, mineralizira se i pretvara u fosfornu kiselinu, koja se brzo vezuje za baze i pretvara u slabo topljive soli kalcija, magnezija, željeza, nepogodne za ishranu biljaka. Nadalje, prijenos ovih slabo rastvorljivih soli u rastvorljive nastaje kao rezultat biohemijskih procesa praćenih stvaranjem kiseline. Ovi procesi proizvode bakterije koje stvaraju kiseline, odnosno nitrifikujuće, sumporne bakterije, tionske, amonificirajuće, formirajuće velike količine ugljični dioksid, posebno vi. mycoides.

Teško rastvorljiva trikalcijumova so se pretvara u lako rastvorljivu dikalcijum fosfornu so:

Ca3(PO4)2+2CO2+2H2O=2CaHPO4+Ca(HCO3)2

Ca3(PO4)2+4HNO3=Ca(H2PO4)2+2Ca(NO3)2,

koju preuzimaju biljke.

U anaerobnim uvjetima, bakterije u tlu mogu reducirati fosfatne soli do vodikovog fosfida u prisustvu organske tvari. To dovodi do gubitka vrijednih fosfatnih soli. Najbolji lijek Protiv ovoga štetan proces- dobra aeracija tla.

Aerobna razgradnja celuloze

Razgradnja celuloze u aerobnim uslovima. U dobro prozračnim tlima celulozu razgrađuju i koriste aerobni mikroorganizmi (gljive, miksobakterije i druge eubakterije), au anaerobnim uvjetima, uglavnom klostridije. U aerobnim uslovima značajnu ulogu u razgradnji celuloze imaju gljive. U tom pogledu su efikasniji od bakterija, posebno u kiselim zemljištima i u razgradnji celuloze optočene ligninom (drvo). U ovom procesu važnu ulogu imaju predstavnici dva roda, Fusarium i Chaetomium. Celulozu takođe vari Aspergillus fumigatus, A. nidulans, Botrytis cinerea, Rhizoctonia solani, Trichoderma viride, Chaetomium globosum i Myrothecium verrucaria. Posljednje tri vrste služe kao test organizmi za otkrivanje razgradnje celuloze, kao i za ispitivanje agenasa koji se koriste za impregnaciju različitih materijala kako bi se zaštitili od djelovanja mikroorganizama koji razgrađuju celulozu. Gljive formiraju celulaze, koje se mogu izolovati iz micelija i iz hranjivog medija. Cytophaga i Sporocytophaga su aerobne bakterije koje razgrađuju celulozu. Najlakše ih je izolirati uobičajenom metodom kulture obogaćivanja u tečnim medijima. Ova dva roda, blisko povezana sa miksobakterijama, uključuju mnoge vrste. Malo se zna o upotrebi celuloze od strane miksobakterija i njihovom primarnom učinku na nju. Nisu uspjeli otkriti ni ekstracelularnu celulazu niti bilo koje produkte cijepanja celuloze. Ćelije ovih bakterija blisko prianjaju za celulozna vlakna, paralelne su s osi vlakana. Očigledno, oni hidroliziraju celulozu samo u bliskom kontaktu s vlaknom, a proizvodi hidrolize se odmah apsorbiraju. Na agaru sa celulozom kolonije Cytophaga nikada nisu okružene providnom zonom u kojoj bi se nalazili produkti enzimskog cijepanja celuloze.Pored vrsta Cytophaga, mogu rasti i mixo bakterije rodova Polyangium, Sporangium i Archangium koje formiraju plodna tijela. na celulozi. Mnoge od onih aerobnih bakterija koje bi se mogle nazvati "svejedima" također mogu koristiti celulozu kao supstrat za rast. Neki od njih koriste celulozu, očigledno samo kada nema drugih izvora ugljika; sinteza i oslobađanje celulaza u takvim bakterijama regulirani su tipom represije katabolita. Neki oblici slični Pseudomonas ranije su bili grupirani pod Cellvibrio. Sada se opisuju kao Pseudomonas fluorescens var. celuloza. Od coryneform bakterija treba spomenuti Cellulomonas; ova bakterija je čak trebalo da se koristi za dobijanje proteina iz celuloze. Među aktinomicetama opisano je samo nekoliko vrsta koje razgrađuju celulozu: Micromonospora chalcea, Streptomyces cellulosae, Strepto-sporangium. Razgradnja celuloze u anaerobnim uslovima. U anaerobnim uslovima celuloza se najčešće razgrađuje mezofilnim i termofilnim klostridijama. Termofilna vrsta Clostridium thermocellum raste na jednostavnim sintetičkim podlogama, koristeći celulozu ili celobiozu kao supstrat, a amonijeve soli kao izvor dušika; Ova bakterija ne koristi glukozu i mnoge druge šećere. Proizvodi fermentacije celuloze su etanol, sirćetna, mravlja i mliječna kiselina, molekularni vodonik i CO2. Izvan ćelija, celuloza se razgrađuje, vjerovatno, samo do celobioze. Fermentacija celuloze mezofilnom vrstom Clostridium cellobioparum dovodi do sličnih proizvoda. Dugačak štapić Bacillus dissolvens ponaša se slično gore spomenutoj vrsti Cytophaga: ćelije ove bakterije prianjaju usko za celulozna vlakna i ne oslobađaju celulazu u mediju.

Disanje je proces koji obezbjeđuje metabolizam živih organizama iz okoline kisikom (O2) i uklanja dio metaboličkih produkata tijela (CO2, H2O itd.) u okoliš u plinovitom stanju. Disanje je glavni oblik disimilacije kod ljudi, životinja, biljaka i mnogih mikroorganizama. Tijekom disanja, tvari bogate hemijskom energijom koje pripadaju tijelu oksidiraju se do energetski siromašnih krajnjih proizvoda (ugljični dioksid i voda), koristeći za to molekularni kisik.

Termin "anaerobi" uveo je Louis Pasteur, koji je otkrio bakterije maslačne fermentacije 1861. Anaerobno disanje je skup biohemijskih reakcija koje se javljaju u ćelijama živih organizama kada se druge supstance (npr. nitrati) koriste kao konačni akceptor protona i odnosi se na procese energetskog metabolizma (katabolizam, disimilacija) koji se karakterišu oksidacijom. od ugljikohidrata, lipida i aminokiselina do spojeva male molekularne težine.

Fermentacija mliječne kiseline je anaerobna konverzija šećera od strane bakterija mliječne kiseline u mliječnu kiselinu.

Alkoholna fermentacija je kemijska fermentacijska reakcija koju provodi kvasac, kao rezultat koje se jedan molekul glukoze pretvara u 2 molekula etanola i 2 molekula ugljičnog dioksida.

Maslačna fermentacija je proces pretvaranja šećera od strane maslačnih bakterija u anaerobnim uvjetima u stvaranje maslačne kiseline, ugljičnog dioksida i vodika.

Nitrifikacija je mikrobiološki proces oksidacije amonijaka u azotnu kiselinu ili dalje u azotnu kiselinu, koji je povezan ili s proizvodnjom energije (kemosinteza, autotrofna nitrifikacija) ili sa zaštitom od reaktivnih kisikovih vrsta nastalih pri razgradnji vodikovog peroksida (heterotrofna nitrifikacija) .

Denitrifikacija (redukcija disimilacije nitrata) je zbir mikrobioloških procesa redukcije nitrata u nitrite i dalje u plinovite okside i molekularni dušik. Kao rezultat toga, njihov dušik se vraća u atmosferu i postaje nedostupan većini organizama. Izvode ga samo prokarioti (i bakterije i arheje) u anaerobnim uvjetima i povezan je s njihovom proizvodnjom energije.

Fiksacija dušika - fiksacija molekularnog atmosferskog dušika, dijazotrofija. Proces obnavljanja molekule dušika i uključivanje prokariotskih mikroorganizama u sastav njegove biomase. Najvažniji izvor dušika u biološkom ciklusu. U kopnenim ekosistemima fiksatori dušika su uglavnom lokalizirani u tlu.

Streptococci. Streptokoki su okrugli, mali, raspoređeni u lance različitih dužina, kokice. Često se ovi lanci sastoje od uparenih koka - diplo-streptokoka. Boja streptokoka za Gram. U sputumu su kod bronhitisa, apscesa, gangrene pluća. Streptokoki se smatraju patogenima ako su među i unutar leukocita.

Staphylococci. Okrugle koke različitih veličina, smještene u skupinama, kao i pojedinačne obojene konvencionalnim bojama i Gram. Stafilokoki se često nalaze u bijelim krvnim zrncima. U sputumu se streptokoki često uočavaju istovremeno.

Tetracoccus (micrococcus tetragenus). Imaju izgled ovalnih ili okruglih koka različitih veličina, raspoređenih u četiri i okružene zajedničkom kapsulom. Bojana po Gramu. U sputumu se uočavaju kod apscesa i gangrene pluća, bronhitisa, a takođe i kao sekundarna infekcija kod tuberkuloze, češće u prisustvu karijesa.

SARCINA (od lat. sarcina - grozd, čvor), sferne bakterije (koke) koje formiraju kockaste grozdove nalik na paketić. nepomičan; nije patogeno.

BACILLA (od latinskog bacillum - štapić), štapićasta bakterija. U užem smislu, bacili su bakterije u obliku štapića koje formiraju unutarćelijske spore (oblike u mirovanju otporne na visoke temperature, zračenje i druge štetne efekte). Neki bacili izazivaju bolesti kod životinja i ljudi, kao što su antraks, tetanus.

Clostridia (lat. Clostridium) je rod gram-pozitivnih, obveznih anaerobnih bakterija sposobnih za proizvodnju endospora. Odvojene ćelije su izduženi štapići, naziv roda dolazi od grčkog klptfed (vreteno). Mnoge vrste koje su po ovoj morfološkoj osobini pripisane Clostridiji kasnije su ponovo klasifikovane. Endospore mogu biti locirane centralno, ekscentrično i terminalno. Prečnik endospora često premašuje prečnik ćelije.

Spirilla (Novolatin spirilla, umanjenica od latinskog spira, grčkog speira - savijanje, uvijanje, zavoj) bakterije koje imaju oblik spiralno uvijenih ili lučno zakrivljenih štapića. S. veličine variraju na različite vrste u širokom rasponu: širina od 0,6-0,8 do 2-3 mikrona, dužina od 1-3,2 do 30-50 mikrona. C. ne stvaraju spore, gram-pozitivne su, pokretne zahvaljujući snopu flagela koji se nalazi na kraju ćelije. Postoje tipovi S. koji loše rastu na laboratorijskim hranljivim podlogama; određene vrste uopšte nisu bili izolovani u čistoj kulturi. S. - saprofiti; Žive u slatkim i slanim vodnim tijelima, nalaze se iu raspadnutoj stajaćoj vodi, muljci i sadržaju crijeva životinja.

Spirohete (lat. Spirochaetales) - red bakterija sa dugim (3--500 mikrona) i tankim (0,1--1,5 mikrona) spiralno (grč. ureisb "uvijanje") uvijenim (jedan ili više zavoja spirale) ćelijama.

Aktinomicete (zastarjele blistave gljive) su bakterije koje imaju sposobnost formiranja granastog micelija u nekim fazama razvoja (neki istraživači, ističući bakterijsku prirodu aktinomiceta, nazivaju ih analozima tankih filamenata micelija gljiva) promjera 0,4--1,5 mikrona. , što se u njima manifestovalo u optimalnim uslovima za postojanje. Imaju gram-pozitivan tip ćelijskog zida i visok (60-75%) sadržaj GC parova u DNK.

Mikobakterije (Mycobacteriaceae) su porodica aktinomiceta. Jedini rod je Mycobacterium. Neki predstavnici roda Mycobacterium (npr. M. tuberculosis, M. leprae) su patogeni za sisare (vidi tuberkuloza, mikobakterioza, lepra).

Siliranje je jedan od načina očuvanja i skladištenja sočne hrane. Visokokvalitetna silaža ima ugodan aromatičan miris kiselog povrća i voća, svijetlozelene, žućkastozelene i smeđe zelene boje kiselosti 3,9-4,2. Odlična je komponenta ishrane u zimsko-štajskom periodu, lako je jedu životinje.

silaža - dehidracija zelenih biljaka u cilju stvaranja deficita vode koji sprečava razvoj neželjenih bakterija prilikom skladištenja mase bez pristupa vazduha. Za razliku od silaže, inhibirani su procesi fermentacije prilikom pripreme sjenaže, jer se trave suše u polju do vlažnosti od 45-55%, čime se postiže tzv. fiziološka suvoća mase. .

Gram-negativne bakterije (označene Gram (-)) su bakterije koje, za razliku od Gram-pozitivnih bakterija, postaju bezbojne kada se operu metodom bojenja po Gramu. Nakon izbjeljivanja obično se farbaju dodatnom bojom (magenta) roze.

TERMOGENEZA je proizvodnja topline od strane tijela za održavanje stalne tjelesne temperature i osiguranje rada svih njegovih sistema, od funkcionisanja unutarćelijskih procesa, do obezbjeđivanja cirkulacije krvi, varenja hrane, sposobnosti kretanja itd.

Pasterizacija je jednokratni proces zagrijavanja najčešće tekućih proizvoda ili tvari do 60°C u trajanju od 60 minuta ili na temperaturi od 70-80°C u trajanju od 30 minuta. Tehnologiju je sredinom 19. stoljeća otkrio francuski mikrobiolog Louis Pasteur. Koristi se za dezinfekciju prehrambenih proizvoda, kao i za produženje njihovog roka trajanja.

Sterilizacija (od lat. sterilis - jalov) - potpuno oslobađanje raznih supstanci, predmeta, prehrambenih proizvoda iz živih mikroorganizama.

Gram-pozitivne bakterije (označene Gram (+)) su bakterije koje, za razliku od Gram-negativnih bakterija, zadržavaju svoju boju, ne mijenjaju boju kada se peru bojom mikroorganizama po Gramu.

Adhezija (od latinskog adhaesio - lijepljenje) u fizici - prianjanje površina različitih čvrstih i/ili tekućih tijela. Adhezija je posljedica intermolekularne interakcije (van der Waalsova, polarna, ponekad - formiranje kemijskih veza ili međusobna difuzija) u površinskom sloju i karakterizira je specifični rad potreban za razdvajanje površina. U nekim slučajevima adhezija može biti jača od kohezije, odnosno adhezije unutar homogenog materijala, u takvim slučajevima, pri primjeni sile kidanja, dolazi do kohezivnog pucanja, odnosno pucanja u zapremini manje izdržljivog materijala u kontaktu.

Komensalizam (lat. con mensa - doslovno "za stolom", "za istim stolom") je način koegzistencije dva različita tipa živih organizama, u kojem jedna populacija ima koristi od odnosa, a druga ne prima nikakve korist ili šteta (na primjer, obična srebrna ribica i ljudi).

FAGIJA (od grčkog phagos - žder), komponenta složenice, koje po značenju odgovaraju riječima jedenje, upijanje.

Satelitizam je povećanje rasta jedne vrste mikroorganizama pod utjecajem drugog mikroorganizma. Zajedničkim rastom više vrsta mikroba mogu se aktivirati njihove fiziološke funkcije, što dovodi do bržeg djelovanja na supstrat. Na primjer, kolonije kvasca ili sarcina, oslobađajući metabolite u hranljivi medij, stimuliraju rast nekih drugih mikroorganizama oko svojih kolonija.

Fitohormoni su organske tvari niske molekularne težine koje proizvode biljke i imaju regulatorne funkcije. Niske koncentracije fitohormona (do 10-11 M) su aktivne, dok fitohormoni izazivaju različite fiziološke i morfološke promjene u dijelovima biljaka koji su osjetljivi na njihovo djelovanje.

1. Oblici mikroorganizama

2. Struktura bakterijske ćelije

3. Organi kretanja bakterija

4. Mikroskopski uređaj

5. Oblici kolonija

6. Profili kolonija.

7. Rub kolonija

8. Ciklus konverzije dušika

9. Ciklus konverzije fosfora

10. Ciklus konverzije sumpora

Pedesetih godina XX veka naučnici su se suočili sa čudnim fenomenom. Skrenuli su pažnju na činjenicu da neki virusi inficiraju različite sojeve istih bakterija na različite načine. Neki sojevi - na primjer, E. coli - su se lako inficirali i brzo su proširili infekciju po cijeloj koloniji. Drugi su se zarazili vrlo sporo ili su bili potpuno otporni na viruse. Ali nakon što se jednom prilagodio ovom ili onom soju, u budućnosti ga je virus zarazio bez poteškoća.

Biolozima je trebalo dvije decenije da otkriju ovu selektivnu otpornost bakterija. Kako se ispostavilo, sposobnost određenih sojeva bakterija da se odupru virusima - to je nazvano restrikcijom (tj. "ograničenjem") - posljedica je prisustva posebnih enzima u njima koji fizički režu virusnu DNK.

Posebnost ovih proteina - restrikcijskih enzima - je u tome što prepoznaju malu i strogo definiranu sekvencu DNK. Bakterije "ciljaju" restrikcijske enzime na rijetke sekvence koje same izbjegavaju u svojim genima - ali koje mogu biti prisutne u virusnoj DNK. Različiti restrikcijski enzimi prepoznaju različite sekvence.

Svaki soj bakterija ima specifičan arsenal takvih enzima i na taj način odgovara na određeni skup "riječi" u genomu virusa. Ako zamislimo da je genom virusa fraza "mama je oprala okvir", onda virus neće moći zaraziti bakteriju koja prepoznaje riječ "mama", ali bakterija koja cilja riječ "ujak" će biti bespomoćan. Ako virus uspije da mutira i pretvori se u, recimo, "ženu koja pere okvir", tada će i prva bakterija izgubiti zaštitu.

Zašto je otkriće „bakterijskog imuniteta“ na samom vrhu liste najvažnijih dostignuća molekularne biologije? Nisu u pitanju same bakterije, pa čak ni virusi.

Izmjerite dio DNK

Naučnici koji su opisali ovaj mehanizam gotovo su odmah skrenuli pažnju na najvažniji detalj ovog procesa. Restrikcioni enzimi (tačnije, jedan od tipova ovih enzima) su u stanju da preseku DNK na dobro definisanoj tački. Da se vratimo na našu analogiju, enzim koji cilja na riječ "majka" u DNK vezuje se za tu riječ i siječe je, na primjer, između trećeg i četvrtog slova.

Tako, po prvi put, istraživači imaju priliku da iz genoma "izrežu" DNK fragmente koji su im potrebni. Uz pomoć posebnih enzima za "ljepljenje", nastali fragmenti mogli bi se spojiti - također određenim redoslijedom. Sa otkrićem restrikcijskih enzima, naučnici su u svojim rukama imali sve potrebne alate za "sastavljanje" DNK. Vremenom se za ovaj proces ukorijenila malo drugačija metafora - genetski inženjering.

Iako danas postoje i druge metode rada s DNK, velika većina bioloških istraživanja u posljednjih dvadeset ili trideset godina ne bi bila moguća bez restrikcijskih enzima. Od transgenih biljaka do genske terapije, od rekombinantnog inzulina do induciranih matičnih ćelija, svaki rad koji uključuje genetsku manipulaciju koristi ovo "bakterijsko oružje".

Poznaj neprijatelja iz viđenja

Imuni sistem sisara – uključujući ljude – ima urođene i stečene odbrambene mehanizme. Urođene komponente imuniteta obično reaguju na nešto zajedničko što ujedinjuje mnoge neprijatelje tijela odjednom. Na primjer, urođeni imunitet može prepoznati komponente ćelijskog zida bakterije koje su iste za hiljade različitih mikroba.

Stečeni imunitet se oslanja na fenomen imunološkog pamćenja. Prepoznaje specifične komponente specifičnih patogena, "pamti" ih za budućnost. Vakcinacija se zasniva na tome: imuni sistem se „trenira“ na ubijeni virus ili bakteriju, a kasnije, kada živi patogen uđe u organizam, „prepoznaje“ ga i na licu mesta uništava.

Urođeni imunitet je granični prelaz. Štiti od svega odjednom i u isto vrijeme ni od čega posebno. Stečeni imunitet je snajperist koji poznaje neprijatelja iz viđenja. Kako se pokazalo 2012. godine, bakterije imaju nešto slično.

Ako je restrikcija bakterijski analog urođenog imuniteta, onda ulogu stečenog imuniteta kod bakterija obavlja sistem prilično glomaznog naziva CRISPR/Cas9, ili "Crisper".

Suština Crisperovog rada je sljedeća. Kada bakteriju napadne virus, ona kopira dio DNK virusa na posebnu lokaciju u sopstveni genom(Ovo "skladište" informacija o virusima se zove CRISPR). Na osnovu ovih sačuvanih "identičnih kompleta" virusa, bakterija zatim pravi RNA sondu sposobnu da prepozna virusne gene i da se veže za njih ako virus ponovo pokuša da inficira bakteriju.

Sama RNA sonda je bezopasna za virus, ali tu u igru ​​ulazi drugi igrač: protein Cas9. To je "makaze" odgovorne za uništavanje virusnih gena - poput restriktivnog enzima. Cas9 se hvata za RNA sondu i, kao na uzici, predaje se virusnoj DNK, nakon čega mu se daje signal: rezati ovdje!

Ukupno, cijeli sistem se sastoji od tri bakterijske komponente:

1) DNK skladištenje "identikit" starih virusa;

2) RNA sonda napravljena na osnovu ovih "identikit slika" i sposobna da identifikuje virus po njima;

3) proteinske "makaze" vezane za RNK sondu i seku virusnu DNK tačno na mestu sa koje je poslednji put uzet "identikit".

Gotovo odmah nakon otkrića ovog „bakterijskog imuniteta“, svi su zaboravili na bakterije i njihove viruse. Naučna literatura je eksplodirala od entuzijastičnih članaka o potencijalu CRISPR/Cas9 sistema kao alata za genetski inženjering i medicinu budućnosti.

Kao iu slučaju restrikcijskih enzima, Crisper sistem je u stanju da preseče DNK na strogo definisanoj tački. Ali u poređenju sa "makazama" otkrivenim sedamdesetih, ima ogromne prednosti.

Restrikcione enzime koriste biolozi za “montažu” DNK isključivo u epruvetu: prvo morate napraviti željeni fragment (na primjer, modificirani gen), a tek onda ga uvesti u ćeliju ili organizam. "Crisper" može preseći DNK na licu mesta, pravo u živoj ćeliji. Ovo omogućava ne samo proizvodnju umjetno unesenih gena, već i "uređivanje" cijelih genoma: na primjer, uklanjanje nekih gena i umetanje novih umjesto njih. Do nedavno se o tako nešto moglo samo sanjati.

Kako je postalo jasno Prošle godine, CRISPR sistem je nepretenciozan i može raditi u bilo kojoj ćeliji: ne samo bakterijskoj, već i mišjoj ili ljudskoj. "Instalirati" ga u željenu ćeliju je prilično jednostavno. U principu, to se može učiniti čak i na nivou čitavih tkiva i organizama. U budućnosti, to će omogućiti potpuno uklanjanje defektnih gena - na primjer, onih koji uzrokuju rak - iz genoma odraslog čovjeka.

Recimo da fraza "mama je oprala okvir" prisutna u vašem genomu izaziva bolnu žudnju za rodnim stereotipima. Da biste se riješili ovog problema, potreban vam je protein Cas9 - uvijek isti - i par RNK sondi usmjerenih na riječi "mama" i "frame". Ove sonde mogu biti bilo koje - savremenim metodama omogući im da se sintetiziraju za nekoliko sati. Uopšte nema ograničenja u pogledu broja: genom možete "isjeći" barem na hiljadu tačaka u isto vrijeme.

Ciljanje na tijelo

Ali Crisperova vrijednost ide dalje od funkcije škare. Kako napominju mnogi autori, ovaj sistem je prvi nama poznat alat pomoću kojeg je moguće istovremeno organizirati "susret" određenog proteina, određene RNK i određene DNK. To samo po sebi otvara ogromne mogućnosti za nauku i medicinu.

Na primjer, proteinu Cas9 može se isključiti funkcija "makaze" i umjesto toga vezati se za drugi protein - recimo, genski aktivator. Uz odgovarajuću RNA sondu, rezultirajući par se može poslati na pravo mjesto u genomu: na primjer, na inzulinski gen koji loše funkcionira kod nekih dijabetičara. Organizovanjem susreta aktivirajućeg proteina i gena invalida na ovaj način moguće je precizno i ​​fino podesiti funkcionisanje organizma.

Možete vezati ne samo aktivatore, već bilo šta općenito - recimo, protein koji može zamijeniti defektni gen njegovom "rezervnom kopijom" iz drugog kromosoma. Tako će u budućnosti biti moguće izliječiti, na primjer, Huntingtonovu bolest. Glavna prednost CRISPR sistema u ovom slučaju je upravo njegova sposobnost da “pošalje ekspedicije” u bilo koju tačku u DNK koju možemo programirati bez većih poteškoća. Koji je zadatak svake pojedine ekspedicije - određuje samo mašta istraživača.

Danas je teško reći kakve probleme će CRISPR/Cas9 sistem moći riješiti za nekoliko decenija. Globalna zajednica genetičara sada podsjeća na dijete koje je pušteno u ogromnu salu punu igračaka. Vodeći naučni časopis Science nedavno je objavio recenziju nedavna dostignuća područje pod nazivom "The CRISPR Craze" - "Crisper Madness". Pa ipak, već sada je očigledno: bakterije i fundamentalna nauka su nam još jednom dale tehnologiju koja će promijeniti svijet.

U januaru su se pojavili izvještaji o rođenju prvih primata čiji je genom uspješno modificiran pomoću CRISPR/Cas9 sistema. Kao probni eksperiment, majmunima su predstavljene mutacije u dva gena: jedan je povezan sa imunološkim sistemom, a drugi odgovoran za taloženje masti, što neprozirno nagoveštava moguću primjenu metode na homo sapiensa. Možda rješenje problema gojaznosti genetskim inženjeringom nije tako daleka budućnost.