Naš svijet naseljavaju različiti organizmi: od mikroskopskih, vidljivih samo kroz snažan mikroskop, do ogromnih, teških nekoliko tona. Unatoč takvoj raznolikosti vrsta, svi organizmi na Zemlji imaju vrlo sličnu strukturu. Svaki od njih sastoji se od stanica, a ta činjenica ujedinjuje sva živa bića. Istovremeno, nemoguće je susresti dva identična organizma. Jedina iznimka su identični blizanci. Što svaki organizam koji živi na našem planetu čini tako jedinstvenim?
U svakoj stanici postoji središnji organ - to je jezgra. Sadrži određene materijalne jedinice – gene smještene u kromosomima. S kemijskog gledišta, geni su deoksiribonukleinska kiselina ili DNK. Ova makromolekula dvostruke spirale odgovorna je za nasljeđivanje mnogih osobina. Dakle, značenje DNK je prijenos genetskih informacija s roditelja na potomstvo. Kako bi zaključili ovu istinu, znanstvenici svihsvijet je dva stoljeća pravio nevjerojatne eksperimente, iznosio hrabre hipoteze, propao i doživio trijumf velikih otkrića. Zahvaljujući radu velikih istraživača i znanstvenika sada znamo što znači DNK.
Do kraja 19. stoljeća, Mendel je uspostavio osnovne zakone prijenosa osobina u generacijama. Početak 20. stoljeća i Thomas Hunt Morgan otkrili su čovječanstvu činjenicu da se nasljedne osobine prenose genima koji se nalaze na kromosomima u posebnom slijedu. Znanstvenici su nagađali o njihovoj kemijskoj strukturi četrdesetih godina dvadesetog stoljeća. Sredinom pedesetih otkrivena je dvostruka spirala molekule DNK, princip komplementarnosti i replikacije. 1940-ih znanstvenici Boris Ephrussi, Edward Tatum i George Beadle postavili su hrabru hipotezu da geni proizvode proteine, odnosno pohranjuju specifične informacije o tome kako sintetizirati određeni enzim za određene reakcije u stanici. Ova hipoteza potvrđena je u radovima Nirenberga, koji je uveo koncept genetskog koda i zaključio uzorak između proteina i DNK.
struktura DNK
U jezgri stanica svih živih organizama nalaze se nukleinske kiseline čija je molekularna masa veća od bjelančevina. Ove molekule su polimerne, njihovi monomeri su nukleotidi. Proteini se sastoje od 20 aminokiselina i 4 nukleotida.
Postoje dvije vrste nukleinskih kiselina: DNA (deoksiribonukleinska kiselina) i RNA (ribonukleinska kiselina). Njihova je struktura slična po tome što obje tvari sadrže nukleotid: dušičnu bazu, ostatak fosforne kiseline iugljikohidrata. Ali razlika je u tome što DNK ima deoksiribozu, a RNA ribozu. Dušične baze su purin i pirimidin. DNK sadrži purine adenin i guanin i pirimidine timin i citozin. RNA uključuje u svojoj strukturi iste purine i pirimidin citozin i uracil. Kombinacijom ostatka fosforne kiseline jednog nukleotida i ugljikohidrata drugog nastaje polinukleotidni kostur na koji se prianjaju dušične baze. Tako može ispasti dosta različitih spojeva koji određuju raznolikost vrsta.
Molekula DNA je dvostruka spirala od dva velika polinukleotidna lanca. Oni su povezani purinom jednog lanca i pirimidinom drugog. Ove veze nisu slučajne. Pokoravaju se zakonu komplementarnosti: veze mogu između sebe formirati adenil nukleotid s timiličnim i gvanilni s citozilnim, budući da se međusobno nadopunjuju. Ovaj princip daje molekuli DNK jedinstveno svojstvo samoreplikacije. Posebni proteini - enzimi - pomiču i razbijaju vodikove veze između dušičnih baza oba lanca. Kao rezultat, nastaju dva slobodna nukleotidna lanca, koja su upotpunjena slobodnim nukleotidima dostupnim u citoplazmi i jezgri stanice prema principu komplementarnosti. To dovodi do stvaranja dva lanca DNK od jednog roditelja.
Genetski kod i njegove tajne
DNK istraživanje omogućuje nam razumijevanje individualnosti svakog organizma. To se lako može vidjeti na primjeru nekompatibilnosti tkiva u transplantaciji organa izdonator primatelju. Tijelo primatelja doživljava "strani" organ, na primjer, kožu donatora, neprijateljski raspoloženo. To pokreće lanac imunoloških reakcija, stvaraju se antitijela, a organ se ne ukorijenjuje. Iznimka u ovoj situaciji može biti činjenica da su darivatelj i primatelj identični blizanci. Ova dva organizma potječu iz iste stanice i imaju isti skup nasljednih čimbenika. Tijekom transplantacije organa, u ovom slučaju, antitijela se ne stvaraju, a organ se gotovo uvijek ukorijeni u potpunosti.
Definicija DNK kao glavnog nositelja genetskih informacija utvrđena je empirijski. Bakteriolog F. Griffiths proveo je zanimljiv pokus s pneumokokom. Ubrizgao je dozu patogena u miševe. Cjepiva su bila dva tipa: oblik A s kapsulom polisaharida i oblik B bez kapsule, obje su nasljedne. Prva vrsta je termički uništena, dok druga nije predstavljala nikakvu opasnost za miševe. Kakvo je bilo iznenađenje bakteriologa kada su svi miševi umrli od pneumokoka oblika A. Tada se u glavi znanstvenika pojavilo razumno pitanje kako se genetski materijal prenosi - putem proteina, polisaharida ili DNK? Gotovo dvadeset godina kasnije, američki znanstvenik Oswald Theodor Avery uspio je odgovoriti na ovo pitanje. Postavio je niz eksperimenata ekskluzivne prirode i otkrio da se s uništenjem proteina i polisaharida nasljeđivanje nastavlja. Prijenos nasljednih informacija završen je tek nakon uništenja strukture DNK. To je dovelo do postulata: molekula koja nosi nasljedne informacije odgovorna je za prijenos nasljednih informacija.
Otkrivena struktura DNKa genetski kod omogućio je čovječanstvu da napravi ogroman korak naprijed u razvoju područja kao što su medicina, forenzika, industrija i poljoprivreda.
DNK analiza u forenzičkom pregledu
Trenutačno progresivno vođenje evidencije o kaznenim i građanskim procesima nije potpuno bez upotrebe genetske analize. DNK ispitivanje se provodi u forenzici radi proučavanja biološkog materijala. Uz pomoć ove studije, forenzičari mogu otkriti tragove uljeza ili žrtve na predmetima ili tijelima.
Genetička ekspertiza temelji se na usporednoj analizi markera u biološkim uzorcima ljudi, što nam daje informacije o prisutnosti ili odsutnosti međusobne veze. Svaka osoba ima jedinstvenu "genetsku putovnicu" - ovo je njezin DNK, koji pohranjuje potpune informacije.
Sudsko-medicinski pregled koristi visokopreciznu metodu zvanu uzimanje otisaka prstiju. Izumljen je u Velikoj Britaniji 1984. godine i proučavanje je uzoraka bioloških uzoraka: sline, sjemena, kose, epitela ili tjelesnih tekućina kako bi se u njima identificirali tragovi kriminalca. Dakle, forenzičko ispitivanje DNK osmišljeno je da istraži krivnju ili nevinost određene osobe u nezakonitim radnjama, da razjasni slučajeve sumnjivog majčinstva ili očinstva.
Šezdesetih godina prošlog stoljeća njemački stručnjaci organizirali su društvo za promicanje istraživanja genoma u pravosudnoj i pravnoj sferi. Do ranih devedesetih stvorenoposebno povjerenstvo koje objavljuje važna djela i otkrića iz ovog područja, kao zakonodavac standarda u radu forenzičkih vještačenja. Ova organizacija je 1991. godine dobila naziv "International Society of Forensic Geneticists". Danas se sastoji od više od tisuću zaposlenika i 60 svjetskih tvrtki koje se bave istraživanjima u području sudskih postupaka: serologije, molekularne genetike, matematike, biostatike. Time su u svjetsku forenzičku praksu donijeli ujednačeni visoki standardi koji poboljšavaju otkrivanje kaznenih djela. DNK forenzičko ispitivanje provodi se u specijaliziranim laboratorijima koji su dio kompleksa pravosudnog i pravnog sustava države.
Problemi forenzičke genomske analize
Glavni zadatak forenzičara je pregledati dostavljene uzorke i donijeti DNK zaključak prema kojem je moguće utvrditi biološke "otiske" osobe ili utvrditi krvno srodstvo..
Uzorci DNK mogu se nalaziti u sljedećim biološkim materijalima:
- tragovi znoja;
- komadi biološkog tkiva (koža, nokti, mišići, kosti);
- tjelesne tekućine (znoj, krv, sperma, transcelularna tekućina, itd.);
- kosa (mora imati folikule dlake).
Za forenzički medicinski pregled, specijalistu se predoče fizički dokazi s mjesta zločina koji sadrže genetski materijal i dokaze.
Trenutno se stvara baza podataka kriminalne DNK u brojnim progresivnim zemljama. To poboljšava otkrivanjekaznena djela čak i s istekom zastare. Molekula DNK može se pohraniti stoljećima bez promjene. Također, informacije će biti vrlo korisne za identifikaciju osobe u slučaju masovne smrti ljudi.
Zakonodavni okvir i izgledi za DNK forenziku
U Rusiji je 2009. godine usvojen zakon "O obaveznoj genomskoj fiksaciji". Ovaj postupak se provodi za zatvorenike, kao i za osobe čiji identitet nije utvrđen. Građani koji nisu uvršteni na ovaj popis dobrovoljno polažu test. Što takva genetska baza može dati:
- smanjite zvjerstva i smanjite kriminal;
- može postati glavna dokazna činjenica u rješavanju zločina;
- riješi problem nasljeđivanja u kontroverznim slučajevima;
- za utvrđivanje istine u pitanjima očinstva i majčinstva.
DNK zaključak također može pružiti zanimljive podatke o osobnosti osobe: genetsku predispoziciju za bolesti i ovisnosti, kao i sklonost počinjenju zločina. Nevjerojatna činjenica: znanstvenici su otkrili određeni gen koji je odgovoran za sklonost osobe da počini zločine.
DNK ekspertiza u forenzičkoj znanosti pomogla je u rješavanju više od 15.000 zločina diljem svijeta. Posebno je fascinantno da je kazneni predmet moguće riješiti samo dlakom ili komadićem kože zločinca. Stvaranje takve baze predviđa velike izglede ne samo u sferi pravosuđa, već iu industrijama poput medicine i farmaceutskih proizvoda. Istraživanje DNK pomaže u rješavanju teško izlječivih bolesti koje su naslijeđene.
Proceduraobavljanje DNK analize. Utvrđivanje očinstva (majčinstva)
Trenutno postoji mnogo privatnih i javnih akreditiranih laboratorija u kojima se može napraviti DNK analiza. Ovo ispitivanje temelji se na usporedbi fragmenata DNK (lokusa) u dva uzorka: namjeravanog roditelja i djeteta. Logično, dijete 50% svojih gena dobiva od roditelja. To objašnjava sličnost s mamom i tatom. Usporedimo li određeni dio djetetove DNK sa sličnim dijelom DNK namjeravanog roditelja, tada će oni biti isti s vjerojatnošću od 50%, odnosno 6 od 12 lokusa će se poklopiti. %. Ako se samo jedan od dvanaest lokusa podudara, ta je vjerojatnost minimizirana. Postoje mnogi akreditirani laboratoriji u kojima se DNK testiranje može obaviti privatno.
Na točnost analize utječe priroda i broj lokusa uzetih za studiju. DNK studije su pokazale da genetski materijal svih ljudi na planeti odgovara 99%. Ako uzmemo ove slične dijelove DNK za analizu, može se pokazati da će, na primjer, australski aboridžinka i Engleskinja biti apsolutno identične ličnosti. Stoga se za točnu studiju uzimaju područja jedinstvena za svakog pojedinca. Što će takva područja više biti podvrgnuta istraživanju, veća je vjerojatnost točnosti analize. Primjerice, s najtemeljitijom i najkvalitetnijom studijom od 16 STR-ova, zaključakDNK će se dobiti s točnošću od 99,9999% kada se potvrdi vjerojatnost majčinstva / očinstva i 100% kada se pobije činjenica.
Uspostavljanje bliske veze (baka, djed, nećakinja, nećak, tetka, ujak)
DNK analiza za vezu ne razlikuje se bitno od testa za očinstvo i majčinstvo. Razlika je u tome što će količina zajedničkih genetskih informacija biti upola manja od testa očinstva, a bit će približno 25% ako se 3 od 12 lokusa točno podudaraju. Osim toga, također se mora uzeti u obzir uvjet da rođaci između kojih se uspostavlja srodstvo pripadaju istoj liniji (po majci ili ocu). Važno je da prijepis DNK analize bude što je moguće pouzdaniji.
Utvrđivanje DNK sličnosti između braće i sestara i polubraće i sestara
Braća i sestre i braća dobivaju jedan set gena od svojih roditelja, tako da DNK testiranje otkriva 75-99% istih gena (u slučaju jednojajčanih blizanaca - 100%). Polubraća i sestre mogu imati najviše 50% istih gena i to samo onih koji se prenose po majčinoj liniji. DNK test može sa 100% točnošću pokazati jesu li braća i sestre braća i sestre ili polubraća.
DNK test za blizance
Blizanci po prirodi biološkog porijekla su identični (homozigoti) ili dizigoti (heterozigoti). Homozigotni blizanci razvijaju se iz jedne oplođene stanice, samo su jednog spola i potpuno su identični po genotipu. Heterozigot nastaje iz različitih oplođenihjajašca, različitog su spola i imaju male razlike u DNK. Genetsko testiranje može sa 100% točnošću utvrditi jesu li blizanci monozigotni ili heterozigotni.
Y kromosomsko DNK testiranje
Prijenos Y-kromosoma događa se s oca na sina. Uz pomoć ove vrste analize moguće je s velikom točnošću utvrditi jesu li muškarci članovi iste obitelji i koliko su bliski u srodstvu. Određivanje DNK Y-kromosoma često se koristi za stvaranje obiteljskog stabla.
Analiza mitohondrijske DNK
MtDNA se nasljeđuje po majčinoj liniji. Stoga je ova vrsta pregleda vrlo informativna za praćenje srodstva s majčine strane. Znanstvenici koriste mtDNA analizu za kontrolu evolucijskih i migracijskih procesa, kao i za identifikaciju ljudi. Struktura mtDNA je takva da se u njoj mogu razlikovati dvije hipervarijabilne regije HRV1 i HRV2. Provođenjem istraživanja o HRV1 lokusu i usporedbom sa Standardnom Cambridge sekvencom, možete dobiti DNK zaključak o tome jesu li ispitanici rođaci, pripadaju li istoj etničkoj skupini, istoj nacionalnosti, istoj majčinskoj liniji.
Dešifriranje genetskih informacija
Ukupno, osoba ima oko sto tisuća gena. Oni su kodirani u niz koji se sastoji od tri milijarde slova. Kao što je ranije spomenuto, DNK ima strukturu dvostruke spirale, međusobno povezane kemijskom vezom. Genetski kod sastoji se od brojnih varijacija pet nukleotida, označenih: A (adenin), C(citozin), T (timin), G (gvanin) i U (uracil). Redoslijed lokalizacije nukleotida u DNK određuje slijed aminokiselina u proteinskoj molekuli.
Znanstvenici su otkrili zanimljivu činjenicu da je oko 90% DNK lanca vrsta genetske troske koja ne nosi važne informacije o ljudskom genomu. Preostalih 10% razbijeno je na vlastite gene i regulatorna područja.
Postoje slučajevi kada udvostručenje (replikacija) DNK lanca ne uspije. Takvi procesi dovode do pojave mutacija. Čak i minimalna pogreška od jednog nukleotida može uzrokovati razvoj nasljedne bolesti koja može biti kobna za čovjeka. Ukupno, znanstvenici znaju oko 4000 takvih poremećaja. Opasnost od bolesti ovisi o tome na koji dio lanca DNK će mutacija utjecati. Ako je ovo područje genetske troske, tada greška može proći nezapaženo. To neće utjecati na normalan rad. Ako se neuspjeh replikacije dogodi na važnom genetskom segmentu, tada takva pogreška može koštati osobu života. Istraživanje DNK s ove pozicije pomoći će genetičarima pronaći način da spriječe mutaciju gena i poraze nasljedne bolesti.
Tablica genetskih kodova DNK pomaže genetičkim znanstvenicima da dodaju potpune informacije o ljudskom genomu.
| Aminokiselina | mRNA kodoni |
|
arginska kiselina lizin Izoleucin Alanin arginin leucin Glycine Triptofan metionin glutamin Valine Cystein Proline asparaginska kiselina Serina histidin asparagin Threonin tirozin |
TsGU, TsGTS, TsGG, TsGA AAG, AAA CUG, UCA, AUU, AUA, UAC GCC, GCG, GCU, GCA AGG, AHA UUG, CUU, UUA, CUU CAG, CAA UGG AUG GAG, GAA GUTS, GUG, GUU, GUA UHC, UGU CC, CCG, CCU, CCA GAC, GAU UCC, UCG, UCU, UCA CAC, CAU AAC, AAU ACC, ACG, ACC, ACA UAV, UAU |
Genetski probir tijekom planiranja i tijekom trudnoće
Genetički znanstvenici preporučuju parovima da se podvrgnu genetskom istraživanju u fazi planiranja potomstva. U tom slučaju možete unaprijed saznati o mogućim promjenama u tijelu, procijeniti rizike od rođenja djece s patologijama i utvrditi prisutnost genetski naslijeđenih bolesti. No praksa pokazuje da se DNK testovi žena najčešće provode u trudnoći. U takvim okolnostima, također će se dobiti informacije o vjerojatnosti malformacija u fetusa.
Genetski probir je dobrovoljan. Ali postoji niz razloga zašto žena mora proći takvu studiju. Ova očitanja uključuju:
- biološka dob iznad 35;
- nasljedne bolesti majke;
- povijest pobačaja i mrtvorođenihdjeca;
- prisutnost mutagenih čimbenika tijekom začeća: radioaktivno i rendgensko zračenje, prisutnost ovisnosti o alkoholu i drogama kod roditelja;
- prethodno rođena djeca s razvojnim patologijama;
- virusne bolesti koje prenosi trudnica (osobito rubeola, toksoplazmoza i gripa);
- ultrazvučne indikacije.
Krvni test na DNK najvjerojatnije će utvrditi predispoziciju nerođene bebe za bolesti srca i krvnih žila, kostiju, pluća, gastrointestinalnog trakta i endokrinog sustava. Ova studija također pokazuje rizik od rođenja djeteta s Downovim i Edwardsovim sindromom. DNK izvješće će liječniku dati potpunu sliku stanja žene i djeteta i omogućiti im da propisuju ispravan korektivni tretman.
Metode genetskog istraživanja tijekom trudnoće
Tradicionalne metode istraživanja uključuju ultrazvuk i biokemijski test krvi, ne predstavljaju nikakvu opasnost za ženu i fetus. Riječ je o tzv. skriningu trudnica, koji se provodi u dvije faze. Prvi se provodi u gestacijskoj dobi od 12-14 tjedana i omogućuje vam prepoznavanje ozbiljnih poremećaja fetusa. Druga faza se provodi u 20-24 tjedna i pruža informacije o manjim patologijama koje se mogu pojaviti u bebe. Ako postoje dokazi ili sumnje, liječnici mogu propisati invazivne metode analize:
- Amniocenteza ili uzorkovanje amnionske tekućine za istraživanje. U maternici se vrši punkcija posebnom iglom, prikuplja se potrebna količina amnionske tekućine zaanaliza. Ova se manipulacija provodi pod kontrolom ultrazvuka kako bi se izbjegle ozljede.
- Biopsija koriona - uzorkovanje stanica posteljice.
- Trudnicama koje su imale infekciju propisana je placentogeneza. Ovo je prilično ozbiljna operacija i provodi se od dvadesetog tjedna trudnoće, u općoj anesteziji;
- Uzorkovanje i analiza krvi iz pupkovine ili kordocenteza. Može se učiniti tek nakon 18. tjedna trudnoće
Dakle, moguće je iz genetske analize znati kakvo će biti vaše dijete, mnogo prije njegovog rođenja.
Cijena DNK testiranja
Jednostavnom laiku koji se ne susreće s ovom procedurom, nakon čitanja ovog članka nameće se razumno pitanje: "Koliko košta DNK pregled?". Vrijedi napomenuti da cijena ovog postupka ovisi o odabranom profilu studije. Evo približne cijene DNK testa:
- očinstvo (majčinstvo) – 23000 rubalja;
- bliska veza - 39000 rubalja;
- rođak - 41.000 rubalja;
- osnivanje brata ili sestre/polubrata (sestre) – 36.000 rubalja;
- twin test - 21000 rubalja;
- za Y-kromosom - 14.000 rubalja;
- za mtDNA - 15000 rubalja;
- konzultacije o uspostavljanju srodstva: usmeno - 700 rubalja, pismeno - 1400 rubalja
Posljednjih godina znanstvenici su napravili mnoga velika otkrića koja redefiniraju postulate znanstvenog svijeta. Istraživanje DNK je u tijeku. Znanstvenici su vođeni velikom željom da otkriju tajnu ljudskog genetskog koda. Mnogo toga je već otkriveno i istraženo, ali koliko je nepoznatog tek pred nama! Napredak se ne isplatina mjestu, a DNK tehnologija je čvrsto ugrađena u život svake osobe. Daljnja istraživanja ove tajanstvene i jedinstvene strukture, koja je prepuna mnogih tajni, otkrit će čovječanstvu ogroman broj novih činjenica.
