Введение в генетику

это наука о закономерностях и механизмах наследственности и изменчивости, а так же способах управления ими

Развитие генетики:
1 этап Классическая генетика (с 1900 по 1925 г.)
2 этап Эра ДНК
(с1926 по 1953 г.)
3 этап Геномная эра
(1954 г. – по настоящее время)

заседании общества исследования природы в г. Брно

1900 г. Х. Де Фриз в Голландии, К. Корренс в Германии и Э. Чермак в Австрии независимо друг от друга «переоткрыли» законы наследования признаков Г. Менделя. 1905 г. появление термина «Генетика»

1911-1915 г. Томас Морган открытие сцепленного наследования, кроссинговера, формулирование хромосомной теории

1928 г. Фредерик Гриффит открытие феномена трансформации трансдукции

1865 г.

1900 г.

1911 г.

1928 г.

1953 г.

1920 г. Н.И. Вавилов открытие закона гомологических рядов; 1920-1930 гг. Н.К. Кольцов учение о социальной генетике (евгенике)

1920 г.

1929 г. А.С. Серебровский
и Н. П. Дубинин Центровая теория гена (утверждение о сложной структуре и делимости гена); Учение о генофонде и геногеографии.

1929 г.

1960 г. Ф. Жакоб и Ж. Моно схему регуляции группы генов (лактозный оперон)

1960 г.

1970е г.

Развитие генной инженерии.
1975 г. Д. Балтимор, Г. Темин открытие обратной транскрипции

1953 г. Ф. Крик и Дж. Уотсон создали модель молекулы ДНК

друг от друга Фр. Сенгер, У. Гилберт и А. Максем открыли способ расшифровки (секвенирования) генома ДНК

1978-1981 гг. К.Г. Скрябин определение полной последовательности ДНК, кодирующих рибосомные РНК
эукариотического организма.

1983 г. Кэри Бэнкс Муллис открытие
полимеразной цепной реакции
(ПЦР)

1985 г. С. Паабо извлечеие из мумий
генетического материала.
Рождение нового направления –
палеогенетики

1977 г.

1978 г.

1983 г.

1985 г.

1996 г.

2020 г.

2019 г.

…

1996 г. Ян Вилмут, К. Кэмпбелл.
Клонировано первое
млекопитающее - овца Доли.

2015-2020 гг.
Дж. Дудна и Э. Шарпантье и др.
Разработка метода редактирования генов с помощью белка CRISPR-Cas9

2019 г. создание синтетической транскрибируемой ДНК с восьмибуквенным алфавитом.

1990 г.

другому.

Основные понятия генетики

Хромосомная (ядерная) обусловленная генами, расположенными в ядре клетки

Цитоплазматическая (внеядерная) обусловленная органоидами клетки, которые имеют собственные гены (митохондрии и пластиды). Например: у человека все митохондрии наследуются от мамы (митохондрии яйцеклетки)

Истинная
обусловлена генами организма (ядра и цитоплазмы)

Ложная
Обусловлена генами возбудителей болезней (бактерии, вирусы)

родителями признаки

Наследственная

Не наследственная (фенотипическая)

Мутационная

Комбинативная

-генные (точечные мутации внутри гена: вставки, выпадение нуклеотида…);
-хромосомные (изменение части хромосомы: делеции, дуплекации, транслокации…);
-геномные (изменение всего генома: поли-анеуплоидии)

Перекомбинирование исходных родительских признаков в результате: кроссинговера, независимого расхождения хромосом, хроматид в анафазах мейоза, случайной встречи гамет при оплодотворении

Случайная (морфозы - шрамы, ампутации…);

Онтогенетическая (старение)

Модификационная (изменение массы тела, загар…)

первичную структуру полипептида, молекулы транспортной или рибосомной РНК. В широком смысле ген — участок ДНК, определяющий возможность развития отдельного элементарного признака (1 ген отвечает за синтез 1 белка).
Генотип — совокупность генов организма.
Признак - любая особенность строения, любое свойство организма. Развитие признака зависит как от присутствия других генов, так и от условий среды, формирование признаков происходит в ходе индивидуального развития особей. Поэтому каждая отдельно взятая особь обладает набором признаков, характерных только для нее.
Фенотип - совокупность всех внешних и внутренних признаков организма (внешнее проявление генотипа).

Основные понятия генетики

в функциональный продукт – РНК или белок.

Экспрессия гена эукариот

состоянии;
Дерепрессированные гены – около 10% генов, которые активно транскрибируются. Среди дерепрессированной части генома различают:
а) конститутивные гены (гены «домашнего хозяйства») активны всегда, кодируют белки-ферменты метаболических процессов клетки, ;
б) регулируемые гены (гены «роскоши») контролируют специфические функции данной клетки например: синтез гемоглобина, иммуноглобулина и др.

Классификация генов по активности

гаплоидный геном больше 105 (например: сателлитная ДНК, занимает около 10% генома, генов не содержит);
Умерено повторяющиеся
Частота встречаемости на гаплоидный геном от 10 до 105 (например: транскрибируемые и транслируемые гены белков рибосом, гистоновые гены, гены мембранных, цитоскелетных белков, гены иммуноглобулинов;
регуляторные участки: транскрибируемые, но не нетранслируемые гены рРНК, тРНК. Регуляторные участки: Энхансерные модули, промоторы и терминаторы транскрипции. Некодирующие последовательности.
Уникальные последовательности
содержится 1-10 копий на геном. Например: «гены роскоши» (одна копия на геном (ген группы крови по системе AB0)); гены домашнего хозяйства (повторяющиеся (гены белков гистонов))

синтез белков-регуляторов, способных в активном состоянии соединяться с генами-операторами;
- гены-операторы – они включают или выключают транскрипцию структурных генов, в зависимости от наличия или отсутствия связи с белком-регулятором.
Негенетические факторы регуляции транскрипции структурных генов:
- эффекторы – это вещества небелковой природы, расщепляемые или синтезируемые в клетке при участии различных ферментов.
В зависимости от того, как эффектор воздействует на активность генов, различают:
- индукторы, включающие транскрипцию генов;
- корепрессоры, выключающие транскрипцию генов.

и Моно). Оперон – это тесно связанная последовательность структурных генов, определяющих синтез группы ферментов для какой-либо одной цепи биохимических реакций и регулирующаяся как единое целое.

на отдалении от оперона ) синтезирует белок-репрессор, который соединяется с оператором и не дает РНК-полимеразе присоединиться к промотору и начать синтез РНК Оперон «выключен» синтеза ферментов нет.
Оперон «включен»: лактоза поступает в клетку (она является индуктором для данного оперона) и связывается с белком – репрессором, который «сидит» на операторе, репрессор освобождает оператор и РНК-полимераза соединяется с промотором; осуществляется процесс транскрипции. Синтезируется фермент, который расщепляет лактозу (лактаза).
Если в среде лактозы больше нет, то белок репрессор снова «садится» на оператор. Таким образом, лактоза является индуктором, который включает синтез расщепляющих ее ферментов.

и терминирующим кодоном, представляет единицу транскрипции. У эукариот в состав
транскриптона входит, как правило, только один ген.

располагаются в разных частях генома.
Наличие регуляторных сайтов ДНК ускоряющих (энхансеры) и тормозящих (сайленсеры) транскрипцию.
Наличие генов-регуляторов, которые могут управлять несколькими генами, оказывая различные эффекты.
Индукторами транскрипции чаще всего выступают гормоны.
Наличие гистонной регуляции – потеря связи ДНК с гистоном Н1 инициирует транскрипцию.
Амплификация генов – многократное увеличение числа копий одинаковых генов с целью интенсификации синтеза молекул белка

Регуляция экспрессии генов у эукариот

могут кодировать фермент (матураза), который изменяет специфичность ферментов, участвующих в сплайсинге, следовательно, отвечает за правильность сплайсинга.
3. На этапе трансляции:
- На стадии инициации возникает блок, препятствующий связи и-РНК–т-РНК—формилметионин. В результате транскрипция не происходит.
4. На этапе посттрансляционных процессов:
- Селективная активация, инактивация или компартментация молекул белка после синтеза

генов- оперон

Основная форма организации генов - транскриптон

Структурные гены состоят только из кодирующих последовательностей

Структурные гены состоят из интронов и экзонов (мозаичные гены)

Регуляция экспрессии на уровне транскрипции (один ген-регулятор для нескольких структурных генов)

Регуляция экспрессии на всех уровнях реализации генетической информации. Большое число регулируемых генов

Координация экспрессии генов по принципу: «все или ничего»

Комбинационная координация экспрессии

Преобладает негативный контроль регуляции экспрессии

Преобладает позитивный контроль регуляции экспрессии

(клеток), осуществления манипуляций с генами (в том числе получения рекомбинантных РНК и ДНК) и введения их в другие организмы.

клетку. Это перенос наследственной информации от одной клетки прокариот к другой посредством ДНК бактерии – донора или клетки – донора.

что вирусы, покидая бактериальные клетки, в которых они паразитировали, могут захватывать с собой часть их ДНК и, перемещаясь в новые клетки, передавать новым хозяевам свойства прежних.

ДНК вектора. Основное свойство вектора состоит в том, что он может автономно реплицироваться в клетке хозяине. Молекулы ДНК можно соединить путем лигирования (лигирование - сшивание молекул ДНК посредством ферментов ДНК-лигаз).
Введение в клетку хозяина. Большинство бактериальных и эукариотических клеток поглощает «голые» молекулы  ДНК из среды. Эффективность поглощения низка (примерно 1 на 106 молекул ДНК), но в специально подобранных  экспериментальных условиях можно трансформировать значительную часть клеток. Существует и другой метод: клетки заражают реконструированными вирионами, содержащими рекомбинантные молекулы ДНК. В таком синтетическом вирусном геноме интересующий исследователя ген замещает участок вирусной ДНК, не имеющий существенного значения для репликации.

клетки несут рекомбинантную молекулу ДНК, содержащую нужный ген. Такие клоны можно отобрать по признаку присутствия вектора или самого встроенного гена. Например, некоторые плазмидные векторы сообщают клетке устойчивость к какому-либо антибиотику. В качестве репортерных генов могут быть использованы гены, кодирующие флуоресцентные белки

генетически модифицированных бактерий (Е. Соli);
1978 синтез гормона роста человека;
1979 клонирование лягушки;
1987 первые генетически модифицированные растения;
1989 генетически модифицированная вакцина против гепатита B;
2006 открытие РНК- интерференции (эффект гашения активности генов);
2010 создание первой искусственной клетки;
2019 создание векторных вакцин от covid-19