Наука и производство

Методы изучения генетики человека

Методы в Генетике

Экспериментальное разведение

Генетически разнообразные линии организмов могут пересекаться таким образом, чтобы образовывать различные комбинации аллелей в одной линии. Например, родительские линии пересекаются, образуя поколение F 1 , которое затем может подвергаться случайному спариванию с образованием потомства, имеющего чистопородный генотип (т.е. A A , b b , c c или D D ). Этот тип экспериментального размножения является источником нового растения или животных, которые являются важной частью создания лабораторных запасов для фундаментальных исследований.

Применительно к коммерции трансгенные коммерческие линии, полученные экспериментально, называются генетически модифицированными организмами (ГМО). Многие из растений и животных, используемых людьми сегодня (например, коровы, свиньи, цыплята, овцы, пшеница, кукуруза (кукуруза), картофель и рис), были выведены именно таким образом.

Цитогенетические методы

Цитогенетика фокусируется на микроскопическом исследовании генетических компонентов клетки, включая хромосомы, гены и генные продукты. Старые цитогенетические методы включают помещение клеток в парафиновый воск, нарезку тонких срезов и подготовку их для микроскопического исследования.

Более новая и быстрая техника сквоша включает в себя раздавливание целых клеток и изучение их содержимого. Используются красители, которые избирательно окрашивают различные части клетки; гены, например, могут быть локализованы путем избирательного окрашивания ДНК, из которых они состоят.

Радиоактивные и флуоресцентные метки ценны при определении местоположения различных генов и генных продуктов в клетке. Методы культивирования тканей можно использовать для выращивания клеток перед сквошем; лейкоциты могут быть выращены из образцов человеческой крови и изучены с помощью метода сквоша.

Одним из основных применений цитогенетики у людей является диагностика аномальных хромосомных комплементов, таких как синдром Дауна (вызванный дополнительной копией хромосомы 21) и синдром Клайнфелтера (встречающийся у мужчин с дополнительной Х-хромосомой). Некоторый диагноз пренатальный, выполняется на образцах клеток из околоплодных вод или плаценты.

Биохимические методы

Биохимия проводится на клеточном или субклеточном уровне, обычно на клеточных экстрактах. Биохимические методы применяются к основным химическим соединениям генетики, а именно к ДНК, РНК и белку. Биохимические методы используются для определения активности генов в клетках и для анализа субстратов и продуктов, контролируемых генами реакций. При одном подходе клетки измельчают, а химические вещества-заместители фракционируют для дальнейшего анализа.

Специальные методы (например, хроматография и электрофорез) используются для разделения компонентов белков с целью выявления унаследованных различий в их структуре. Например, было идентифицировано более 100 различных типов молекул гемоглобина человека. Радиоактивно меченные соединения ценны при изучении биохимии целых клеток.

Например, тимин – это соединение, содержащееся только в ДНК; если радиоактивный тимин помещается в среду для тканевых культур, в которой растут клетки, гены используют его для размножения. Когда клетки, содержащие радиоактивный тимин, анализируются, результаты показывают, что во время дублирования молекула ДНК расщепляется пополам, и каждая половина синтезирует свои недостающие компоненты.

Особенности изучения генетики человека включают в себя химические тесты, которые используются для различения определенных наследственных состояний, например, анализ мочи и анализ крови показывают наличие определенных наследственных нарушений – фенилкетонурию (ФКУ), цистинурию, алкаптонурию, подагру и галактоземию.

Для изучения генетики человека используют и генетическое тестирование, которое может быть проведено на ДНК человека. Некоторые из этих тестов могут быть применены к плодам в утробе матери.

Физиологические методы

Физиологические методы, направленные на изучение генетики человека, других организмов или функциональных свойств, также используются в генетических исследованиях. У микроорганизмов большинство генетических вариаций включают некоторые важные функции клеток.

Некоторые штаммы бактерий (Escherichia coli), например, способны синтезировать витамин тиамин из простых соединений; другие, у которых отсутствует фермент, необходимый для этого синтеза, не могут выжить, если тиамин не присутствует. Два штамма можно различить, поместив их в смесь без тиамина: у тех, которые растут, есть ген для фермента, у тех, которые не растут, нет.

Этот метод также применяется к человеческим клеткам, поскольку многие наследственные человеческие аномалии вызваны дефектным геном, который не может продуцировать жизненно важный фермент. Методы изучения генетики человека могут помочь при таких заболеваниях, как альбинизм, возникающий в результате неспособности вырабатывать пигментный меланин в коже, волосах или радужной оболочке глаз, является примером дефицита фермента у человека.

Молекулярные техники

Хотя методы молекулярной генетики частично совпадают с биохимическими, они тесно связаны с непосредственным изучением ДНК. Эта область была революционизирована изобретением технологии рекомбинантных ДНК.

ДНК любого интересующего гена донорского организма (такого как человек) может быть вырезана из хромосомы и вставлена в вектор для получения рекомбинантной ДНК, которую затем можно амплифицировать и манипулировать, изучать или использовать для модификации геномов других организмов путем трансгенеза.

Фундаментальным шагом в технологии рекомбинантных ДНК является усиление. Это осуществляется путем вставки молекулы рекомбинантной ДНК в бактериальную клетку, которая реплицирует и производит много копий бактериального генома и молекулы рекомбинантной ДНК (составляющей клон ДНК).

Коллекция большого количества клонов молекул рекомбинантной донорской ДНК называется геномная библиотека. Такие библиотеки являются отправной точкой для секвенирования целых геномов, таких как геном человека. Сегодня геномы можно сканировать на небольшие молекулярные варианты, называемые однонуклеотидные полиморфизмы или SNP («отрывки»), которые действуют как хромосомные метки для ассоциированных специфических областей ДНК и могут быть причиной заболевания или расстройства человека.

Иммунологические методы

Многие вещества (например, белки) антигенные, то есть, будучи введенными в организм позвоночных, они стимулируют выработку специфических белков, называемых антителами. В эритроцитах существуют различные антигены, в том числе те, которые составляют основные группы крови человека (A, B, AB, O).

Эти и другие антигены генетически детерминированы; их изучение представляет собой иммуногенетику. Кровяные антигены человека включают наследственные изменения, и конкретная комбинация антигенов у человека почти так же уникальна, как отпечатки пальцев, и использовалась в таких областях, как тестирование отцовства (хотя этот подход был в значительной степени вытеснен методами, основанными на ДНК).

Иммунологические методы используются в определениях групп крови при переливаниях крови, трансплантации органов и при определении резус – несовместимости при родах. Специфические антигены генов человеческого лейкоцитарного антигена (HLA) коррелируют с заболеваниями человека и предрасположенностью к заболеваниям.

Антитела также имеют генетическую основу, и их кажущаяся бесконечной способность соответствовать любому представленному антигену основана на специальных типах процессов перетасовки ДНК между генами антител. Иммунология также полезна для идентификации конкретных рекомбинантных клонов ДНК, которые синтезируют определенный интересующий белок.

Математические методы

Поскольку большая часть генетики основана на количественных данных, математические методы широко используются в генетике. Законы вероятности применимы к скрещиванию и используются для прогнозирования частоты определенных генетических конституций у потомства. Генетики также используют статистические методы для определения значимости отклонений от ожидаемых результатов в экспериментальных анализах. Многие трудности изучения генетики человека нивелируются популяционной генетикой, которая основана, в основном, на математической логике – например, на равновесии Харди-Вайнберга и его производных.

Биоинформатика использует компьютерные статистические методы для обработки и анализа огромного количества информации, накапливаемой в проектах секвенирования генома. Компьютерная программа сканирует ДНК, ищет гены, определяя их вероятную функцию на основе других аналогичных генов, и сравнивая различные молекулы ДНК для эволюционного анализа. Биоинформатика сделала возможным дисциплину в системной биологии, обработку и анализ генов и генных продуктов клеток в качестве полной и интегрированной системы.

Вы можете обсудить эту статью на нашем форуме, достаточно нажать на кнопку ниже.

Метки
Обсудить статью на форуме

Администратор

Впереди еще много нового!

Related Articles

Back to top button
Close