Luksuzna kosa 

Mehanizmi koji uzrokuju promjene u genetskim informacijama. Klasifikacija mutacija prema promjenama u sekvenci kodiranja DNK (supstitucije, insercije, delecije) Klasifikacija mutacija prema lokalizaciji u ćeliji

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 bile sposobne za promjenu, tada bi raspon reakcija blisko povezanih organizama na faktore okoline također bio konstantan, a svaka iznenadna promjena za koju se pokazalo da je štetna 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 povezanim, ali genotipski različitim organizmima. 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 se javljaju u otprilike jednom genu na stotine hiljada ili čak milion. 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. 1). 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 lat. generatio - rođenje), a ako u drugim ćelijama tela - somatske mutacije (od grčkog soma - telo). Somatske mutacije se mogu prenijeti na potomstvo vegetativnom reprodukcijom. 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 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 javljaju u populacijama i ne dovode do primjetnog funkcionalnog oštećenja 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. Mutacije koje nastaju kao rezultat mutagenih utjecaja u eksperimentalnim uvjetima ili pod nepovoljnim utjecajima okoline nazivaju se induciranim. Među najvažnijim mutagenim faktorima, prije svega, treba istaći hemijske mutagene – organske i neorganske tvari koje uzrokuju 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 njihovog ispoljavanja i uticaja na životnu sredinu, životinjski svet, uključujući i čoveka. 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 bolesti ljudi, dijagnostici i prevenciji ovih bolesti. Farmaceutska mikrobiologija proučava zarazne bolesti ljekovitog bilja, kvarenje ljekovitog bilja i sirovina pod djelovanjem mikroorganizama, kontaminaciju lijekova u pripremi, kao i gotove dozne oblike, metode asepse i antiseptike, dezinfekciju u proizvodnji lijekova, tehnologija za dobijanje mikrobioloških i imunoloških dijagnostičkih, profilaktičkih i medicinskih preparata. Veterinarska mikrobiologija proučava iste probleme kao i medicinska mikrobiologija, ali s obzirom na mikroorganizme koji uzrokuju bolesti životinja. 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 poremećajima imunološkog sistema (onkološke, autoimune bolesti, transplantacije organa i tkiva itd.).

Transformacije gvožđa

U normalnoj umjerenoj klimi, zdravoj osobi potrebno je 10-15 mg željeza dnevno u hrani. 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 mnogo toga u hemoglobinu krvi - dvije trećine ukupne količine sadržane u tijelu; ostatak se skladišti u unutrašnjim organima, uglavnom u jetri.

Gvožđe iz hrane apsorbuje se 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 u jetri se 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 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

Mineralna voda Mrtvog mora ima visoku toplotnu provodljivost i toplotni kapacitet. Dakle, prvi faktor uticaja je temperatura. Glavno mjesto primjene je koža. Iritacija nervnih receptora kože izaziva difuznu inhibiciju u moždanoj kori, tj. uklanjanje prenapona kao posljedica psihičkog stresa, stresa itd. Kod intenzivnog izlaganja toploti tokom kupanja, prenos toplote je pojačan znojenjem, što doprinosi detoksikaciji 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. Žile trbušnih organa reagiraju na promjene temperature kože: povećanje vanjske temperature, praćeno širenjem krvnih žila 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 veže sa bazama 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 nitrifikacijske, sumporne bakterije, tionske, amonificirajuće, stvarajući velike količine ugljične kiseline, posebno vi. mycoides.

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

Ca3 (PO4) 2 + 2CO2 + 2H2O \u003d 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 ovog štetnog procesa je 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 osigurava metabolizam živih organizama iz okoline kisikom (O2) i odvodi neke od 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 reakcija kemijske fermentacije koju provodi kvasac, a rezultat toga je jedan molekul glukoze koji se 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 - savijati, uvijati, namotati) bakterije koje imaju oblik spiralno uvijenih ili lučno zakrivljenih štapića. Veličine S. variraju kod različitih vrsta 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 vrste S. koje slabo rastu na laboratorijskim hranljivim podlogama; pojedinačne vrste uopće nisu izolirane 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 siliranja, procesi fermentacije prilikom pripreme sjenaže su inhibirani, jer se trave suše u polju do vlažnosti od 45-55%, čime se postiže takozvana 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 specifičan rad potreban za razdvajanje površina. U nekim slučajevima adhezija može biti jača od kohezije, odnosno adhezije unutar homogenog materijala, u takvim slučajevima, kada se primijeni sila kidanja, dolazi do kohezivnog pucanja, odnosno pucanja u zapremini manje čvrstog od 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), sastavni dio složenica, po značenju odgovara 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 hranjivu podlogu, potiču 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 transformacije sumpora


Genske mutacije - promjena u strukturi jednog gena. Ovo je promjena u slijedu nukleotida: ispadanje, umetanje, zamjena, itd. Na primjer, zamjena a sa m. Uzroci - kršenja tokom udvostručavanja (replikacije) DNK

Genske mutacije su molekularne promjene u strukturi DNK koje nisu vidljive pod svjetlosnim mikroskopom. Genske mutacije uključuju sve promjene u molekularnoj strukturi DNK, bez obzira na njihovu lokaciju i utjecaj na održivost. Neke mutacije nemaju utjecaja na strukturu i funkciju odgovarajućeg proteina. Drugi (veći) dio genskih mutacija dovodi do sinteze defektnog proteina koji nije u stanju da obavlja svoju ispravnu funkciju. Mutacije gena određuju razvoj većine nasljednih oblika patologije.

Najčešća monogena oboljenja kod ljudi su: cistična fibroza, hemohromatoza, adrenogenitalni sindrom, fenilketonurija, neurofibromatoza, Duchenne-Beckerove miopatije i niz drugih bolesti. Klinički se manifestuju znacima metaboličkih poremećaja (metabolizma) u organizmu. Mutacija može biti:

1) u supstituciji baze u kodonu, to je tzv misense mutacija(od engleskog, mis - lažno, netačno + lat. sensus - značenje) - supstitucija nukleotida u kodirajućem dijelu gena, što dovodi do supstitucije aminokiselina u polipeptidu;

2) kod takve promjene kodona, koja će dovesti do prestanka čitanja informacija, radi se o tzv. besmislica mutacija(od latinskog non - ne + sensus - značenje) - zamjena nukleotida u kodirajućem dijelu gena dovodi do formiranja terminatorskog kodona (stop kodona) i prestanka translacije;

3) kršenje čitanja informacija, pomak u okviru čitanja, tzv frameshift(od engleskog frame - frame + shift: - pomeranje, kretanje), kada molekularne promene u DNK dovode do promene tripleta tokom translacije polipeptidnog lanca.

Poznate su i druge vrste genskih mutacija. Prema vrsti molekularnih promjena razlikuju se:

divizije(od lat. deletio - uništenje), kada dođe do gubitka segmenta DNK veličine od jednog nukleotida do gena;

dupliranja(od lat. duplicatio - udvajanje), tj. umnožavanje ili re-duplikacija segmenta DNK od jednog nukleotida na čitave gene;

inverzije(od lat. inversio - prevrtanje), tj. okret za 180° segmenta DNK u rasponu veličine od dva nukpeotida do fragmenta koji uključuje nekoliko gena;

umetanja(od lat. insertio - prilog), tj. umetanje fragmenata DNK veličine od jednog nukleotida do cijelog gena.

Molekularne promjene koje utječu na jedan do nekoliko nukleotida smatraju se tačkastim mutacijama.

Fundamentalna i karakteristična za mutaciju gena je da ona 1) dovodi do promjene genetskih informacija, 2) može se prenositi s generacije na generaciju.

Određeni dio genskih mutacija može se klasificirati kao neutralne mutacije, jer ne dovode do promjena u fenotipu. Na primjer, zbog degeneracije genetskog koda, ista aminokiselina može biti kodirana sa dva tripleta koji se razlikuju samo u jednoj bazi. S druge strane, isti gen se može promijeniti (mutirati) u nekoliko različitih stanja.

Na primjer, gen koji kontrolira krvnu grupu AB0 sistema. ima tri alela: 0, A i B, čije kombinacije određuju 4 krvne grupe. Krvna grupa AB0 je klasičan primjer genetske varijabilnosti normalnih ljudskih osobina.

Upravo su mutacije gena one koje određuju razvoj većine nasljednih oblika patologije. Bolesti uzrokovane takvim mutacijama nazivaju se genske, ili monogene, bolesti, odnosno bolesti čiji je razvoj određen mutacijom jednog gena.

Genomske i hromozomske mutacije

Genomske i hromozomske mutacije su uzroci hromozomskih bolesti. Genomske mutacije uključuju aneuploidiju i promjene u plidiji strukturno nepromijenjenih hromozoma. Otkriveno citogenetskim metodama.

Aneuploidija- promjena (smanjenje - monosomija, povećanje - trisomija) broja hromozoma u diploidnom setu, a ne višestruka od haploidnog (2n + 1, 2n - 1, itd.).

Poliploidija- povećanje broja setova hromozoma, višestruko od haploidnog (3n, 4n, 5n, itd.).

Kod ljudi, poliploidija, kao i većina aneuploidija, su smrtonosne mutacije.

Najčešće genomske mutacije uključuju:

trisomija- prisustvo tri homologna hromozoma u kariotipu (npr. za 21. par, sa Downovim sindromom, za 18. par za Edwardsov sindrom, za 13. par za Patau sindrom; za polne hromozome: XXX, XXY, XYY);

monosomija- prisustvo samo jednog od dva homologna hromozoma. Sa monosomijom za bilo koji od autosoma, normalan razvoj embrija je nemoguć. Jedina monosomija kod ljudi koja je kompatibilna sa životom - monosomija na X hromozomu - vodi (do Shereshevsky-Turner sindroma (45, X0).

Razlog koji dovodi do aneuploidije je neraspadanje hromozoma tokom ćelijske deobe tokom formiranja zametnih ćelija ili gubitak hromozoma kao posledica zaostajanja u anafazi, kada jedan od homolognih hromozoma može zaostajati za svim drugim nehomolognim hromozomima tokom kretanje do pola. Izraz "nedisjunkcija" označava odsustvo razdvajanja hromozoma ili hromatida u mejozi ili mitozi. Gubitak hromozoma može dovesti do mozaicizma, u kojem postoji jedan e uploid(normalna) ćelijska linija, i druga monosomski.

Nedisjunkcija hromozoma najčešće se uočava tokom mejoze. Hromozomi, koji se normalno dijele tokom mejoze, ostaju povezani zajedno i kreću se na jedan pol ćelije u anafazi. Tako nastaju dvije gamete, od kojih jedna ima dodatni hromozom, a druga nema ovaj hromozom. Kada se gameta sa normalnim skupom hromozoma oplodi gametom sa dodatnim hromozomom, dolazi do trisomije (tj. postoje tri homologna hromozoma u ćeliji), kada se oplodi gameta bez jednog hromozoma, nastaje zigota sa monosomijom. Ako se na bilo kojem autosomnom (nespolnom) kromosomu formira monosomalni zigot, tada se razvoj organizma zaustavlja u najranijim fazama razvoja.

Hromozomske mutacije- To su strukturne promjene u pojedinačnim hromozomima, obično vidljive u svjetlosnom mikroskopu. Veliki broj (od desetina do nekoliko stotina) gena je uključen u hromozomsku mutaciju, što dovodi do promjene normalnog diploidnog skupa. Iako hromozomske aberacije općenito ne mijenjaju sekvencu DNK u specifičnim genima, promjena broja kopija gena u genomu dovodi do genetske neravnoteže zbog nedostatka ili viška genetskog materijala. Postoje dvije velike grupe hromozomskih mutacija: intrahromozomske i interhromozomske.

Intrahromozomske mutacije su aberacije unutar jednog hromozoma. To uključuje:

—brisanja(od lat. deletio - uništenje) - gubitak jednog od dijelova hromozoma, unutrašnjeg ili terminalnog. To može dovesti do kršenja embriogeneze i stvaranja višestrukih razvojnih anomalija (na primjer, podjela u području kratkog kraka 5. kromosoma, označenog kao 5p-, dovodi do nerazvijenosti larinksa, srčanih mana, mentalne retardacije) . Ovaj kompleks simptoma je poznat kao sindrom "mačjeg plača", jer kod bolesne djece, zbog anomalije larinksa, plač podsjeća na mačje mjaukanje;

—inverzije(od lat. inversio - okretanje). Kao rezultat dvije tačke prekida u hromozomu, rezultujući fragment se ubacuje na prvobitno mjesto nakon okretanja za 180°. Kao rezultat toga, samo redoslijed gena je narušen;

— dupliranja(od lat. duplicatio - udvostručenje) - udvostručavanje (ili umnožavanje) bilo kojeg dijela hromozoma (na primjer, trisomija duž jednog od kratkih krakova 9. kromosoma uzrokuje višestruke defekte, uključujući mikrocefaliju, odloženi fizički, mentalni i intelektualni razvoj).

Sheme najčešćih hromozomskih aberacija:
Divizija: 1 - terminal; 2 - međuprostorni. Inverzije: 1 - pericentrične (sa hvatanjem centromere); 2 - paracentrično (unutar jednog kraka hromozoma)

Interhromozomske mutacije ili mutacije preuređivanja- razmjena fragmenata između nehomolognih hromozoma. Takve mutacije se nazivaju translokacije (od lat. tgans - za, kroz + locus - mjesto). Ovo:

Recipročna translokacija, kada dva hromozoma razmjenjuju svoje fragmente;

Nerecipročna translokacija, kada se fragment jednog hromozoma transportuje u drugi;

- "centrična" fuzija (Robertsonova translokacija) - spajanje dva akrocentrična hromozoma u području njihovih centromera uz gubitak kratkih krakova.

Sa poprečnim rupturom hromatida kroz centromere, "sestrinske" hromatide postaju "zrcalni" krakovi dva različita hromozoma koji sadrže iste skupove gena. Takvi hromozomi se nazivaju izohromozomi. I intrahromozomske (delecije, inverzije i duplikacije) i interhromozomske (translokacije) aberacije i izohromozomi su povezani sa fizičkim promenama u strukturi hromozoma, uključujući mehaničke lomove.

Nasljedna patologija kao rezultat nasljedne varijabilnosti

Prisutnost zajedničkih karakteristika vrsta omogućava ujedinjavanje svih ljudi na zemlji u jednu vrstu Homo sapiensa. Ipak, lako, jednim pogledom, izdvojimo lice osobe koju poznajemo u gomili nepoznatih ljudi. Izuzetna raznolikost ljudi, kako unutar grupe (na primjer, raznolikost unutar etničke grupe), tako i među grupama, posljedica je njihove genetske razlike. Trenutno se vjeruje da je sva intraspecifična varijabilnost posljedica različitih genotipova koji nastaju i održavaju se prirodnom selekcijom.

Poznato je da ljudski haploidni genom sadrži 3,3x10 9 pari nukleotidnih ostataka, što teoretski omogućava da imamo do 6-10 miliona gena. Istovremeno, podaci modernih studija pokazuju da ljudski genom sadrži otprilike 30-40 hiljada gena. Otprilike trećina svih gena ima više od jednog alela, odnosno polimorfni su.

Koncept nasljednog polimorfizma formulirao je E. Ford 1940. godine kako bi objasnio postojanje dva ili više različitih oblika u populaciji, kada se učestalost najrjeđih od njih ne može objasniti samo mutacijskim događajima. Budući da je mutacija gena rijedak događaj (1x10 6), učestalost mutantnog alela, koja je veća od 1%, može se objasniti samo njegovim postepenim nagomilavanjem u populaciji zbog selektivnih prednosti nosilaca ove mutacije.

Mnoštvo lokusa cijepanja, mnoštvo alela u svakom od njih, zajedno sa fenomenom rekombinacije, stvara neiscrpnu genetsku raznolikost čovjeka. Proračuni pokazuju da u čitavoj istoriji čovječanstva nije bilo, nema i u dogledno vrijeme neće biti genetskog ponavljanja na kugli zemaljskoj, tj. svaka rođena osoba je jedinstvena pojava u svemiru. Jedinstvenost genetske konstitucije u velikoj mjeri određuje karakteristike razvoja bolesti kod svake pojedinačne osobe.

Čovečanstvo je evoluiralo kao grupe izolovanih populacija koje dugo vremena žive u istim uslovima životne sredine, uključujući klimatske i geografske karakteristike, ishranu, patogene, kulturne tradicije itd. To je dovelo do fiksiranja u populaciji specifičnih kombinacija normalnih alela za svaki od njih, najadekvatnijih uvjetima okoline. U vezi sa postepenim širenjem staništa, intenzivnim migracijama, preseljavanjem naroda, nastaju situacije kada kombinacije specifičnih normalnih gena koji su korisni pod određenim uslovima u drugim uslovima ne obezbeđuju optimalno funkcionisanje nekih sistema tela. To dovodi do činjenice da dio nasljedne varijabilnosti, zbog nepovoljne kombinacije nepatoloških ljudskih gena, postaje osnova za nastanak tzv. bolesti s nasljednom predispozicijom.

Osim toga, kod ljudi, kao društvenog bića, prirodna selekcija se s vremenom odvijala u sve specifičnijim oblicima, što je proširilo i nasljednu raznolikost. Sačuvano je ono što se kod životinja moglo odbaciti, ili je, obrnuto, izgubljeno ono što su životinje spasile. Dakle, potpuno zadovoljenje potreba za vitaminom C dovelo je u procesu evolucije do gubitka gena L-gulonodakton oksidaze, koji katalizuje sintezu askorbinske kiseline. U procesu evolucije, čovječanstvo je dobilo i neželjene znakove koji su direktno povezani s patologijom. Na primjer, kod ljudi su se u procesu evolucije pojavili geni koji određuju osjetljivost na toksin difterije ili na virus dječje paralize.

Dakle, kod ljudi, kao i kod bilo koje druge biološke vrste, ne postoji oštra granica između nasljedne varijabilnosti koja dovodi do normalnih varijacija u osobinama i nasljedne varijabilnosti koja uzrokuje nastanak nasljednih bolesti. Čovjek, koji je postao biološka vrsta Homo sapiensa, kao da je plaćen za "razumnost" svoje vrste gomilanjem patoloških mutacija. Ova pozicija leži u osnovi jednog od glavnih koncepata medicinske genetike o evolucijskoj akumulaciji patoloških mutacija u ljudskoj populaciji.

Nasljedna varijabilnost ljudskih populacija, održavana i smanjena prirodnom selekcijom, formira takozvano genetsko opterećenje.

Neke patološke mutacije mogu opstajati i širiti se u populacijama istorijski dugo vremena, uzrokujući takozvano segregacijsko genetsko opterećenje; druge patološke mutacije nastaju u svakoj generaciji kao rezultat novih promjena u nasljednoj strukturi, stvarajući mutacijsko opterećenje.

Negativan učinak genetskog opterećenja očituje se povećanjem mortaliteta (odumiranje gameta, zigota, embriona i djece), smanjenom plodnošću (smanjena reprodukcija potomstva), smanjenim životnim vijekom, socijalnom disadaptacijom i invalidnošću, a uzrokuje i povećanu potrebu za medicinskim briga.

Engleski genetičar J. Hoddane prvi je skrenuo pažnju istraživača na postojanje genetskog opterećenja, iako je sam termin predložio G. Meller još kasnih 40-ih godina. Značenje pojma "genetsko opterećenje" povezano je sa visokim stepenom genetičke varijabilnosti neophodne biološkoj vrsti da bi se mogla prilagoditi promenljivim uslovima životne sredine.

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 promjene genotipa, koje nastaju pod utjecajem vanjskih ili unutrašnjih faktora okoline, su naslijeđene. Na molekularnom nivou, ovo je promjena DNK koja traje tokom replikacije NK. Mutageneza je proces stvaranja mutacije. Mutageni faktori uzrokuju mutacije, 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 vidljivog razloga, ili su razlozi nepoznati.

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

Delecija i duplikacija se uvijek manifestiraju fenotipski, budući da 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 životnom ciklusu gljiva koje stvaraju spore, bakterija, jednoćelijskih algi i 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 kršenja hromozomskog seta u zigoti zbog nerazdvajanja 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, tjelesna građa nesrazmjerna, kožni nabori na vratu, zaostajanje u rastu, nerazvijeni unutrašnji genitalni organi, neplodnost, prijevremeno 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, iskrivljenih malih prstiju, letargični i nespretni ljudi. Teška mentalna retardacija, slabo razvijen govor, smanjen imunitet i očekivani životni vijek.

Patau sindrom : trisomija na 13. hromozomu. Duboki idioti. Nerazvijen centralni nervni sistem, umjerena mikrocefalija, zamućenje rožnjače, nisko čelo, udubljeni nosni most, uske očne duplje, bilateralni rascjepi usne i nepca, 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 povlačenjem čeonih kostiju u fontanelu, široki izbočeni potiljak, mala donja vilica i oralni otvor, uske i kratke palpebralne pukotine, niske uši, kratka grudna kost, širok grudni koš, abnormalan 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

Gotovo sva genetska istraživanja temelje se na tom konceptu varijacije . Ovaj koncept uključuje sve vrste promjena u DNK sekvencama ( mutacije ) uočeno na hromozomskom ili genskom nivou. S jedne strane, varijacije genoma služe kao objašnjenje interindividualne raznolikosti, s druge strane, mutacije mogu dovesti do patogenih promjena u vitalnoj aktivnosti organizma, te biti uzrok nasljedne bolesti. Također bismo trebali uvesti nekoliko pojmova koji se koriste za opisivanje procesa mutacijske promjene u DNK: locus - specifičan region hromozoma koji sadrži specifične sekvence DNK ili gene, alel - dva ili više alternativnih oblika gena koji se nalaze u istom lokusu para homolognih hromozoma. Ako se razlika u sekvenci DNK dva alela istog lokusa uoči s učestalošću većom od 1% u općoj populaciji, tada se ova vrsta varijacije označava polimorfizam . Obično se naziva promjena sekvence DNK koja ima nižu frekvenciju mutacija . Postoje dvije glavne vrste mutacija povezanih s nasljednom patologijom: hromozomski (promjena broja i/ili strukture hromozoma u ćeliji) i genetski (promena u DNK sekvenci u određenom genu). Na osnovu ove klasifikacije moguće je izdvojiti pravce genetskih proučavanja poremećaja sekvence DNK koji dovode do nasljednih bolesti, a koje proučavaju medicinska genetika , naime, traženje promjena u sekvencama nukleinskih kiselina i proteina na molekularnom nivou ( molekularna genetika ) i proučavanje promjena u broju, strukturi i organizaciji hromozoma ( medicinska citogenetika ).

Molekularno-genetičke studije zasnovane su na modernim idejama o karakteristikama molekula DNK i biohemijskim procesima transkripcije i translacije. Njihov glavni cilj je identificirati mutacije gena koje dovode do karakterističnih fenotipskih manifestacija. Genske mutacije su promjena lokacije, gubitak i stjecanje DNK u odnosu na njen linearni niz, koji se nalazi u normi. Najčešći tipovi genskih mutacija su supstitucija, gubitak i/ili umetanje jednog nukleotida. Potonji su skraćeni SNP (polimorfizmi jednog nukleotida) i među najčešćim su u ljudskom genomu. U prosjeku, SNP-ovi koji dovode do varijacija između alela u jednoj individui javljaju se u svakih 1500 parova baza. Međutim, većina njih se nalazi u nekodirajućim sekvencama i općenito nemaju fenotipske posljedice. Ako dođe do promjene u sekvenci DNK u genu koji kodira protein, onda je velika vjerovatnoća da će biti povezana s kršenjem vitalnih funkcija tijela. Postoji sljedeća klasifikacija genskih mutacija:

Missense mutacije- supstitucija jednog nukleotida drugim nesinonimne promjene DNK sekvence . Teoretski, mogu se razlikovati dvije vrste takvih mutacija: konzervativan I nekonzervativan . Konzervativne missense mutacije dovode do zamjene jednog kodona ekvivalentnim (kodoni koji kodiraju isti aminokiselinski ostatak) ili kodonom drugog aminokiselinskog ostatka koji ne mijenja fizičko-hemijske osobine proteina koji kodira odgovarajući gen. Nekonzervativne missense mutacije, u pravilu, mijenjaju biokemijska svojstva proteina i, posljedično, dovode do kršenja njegove funkcionalne aktivnosti.

Besmislene mutacije- promjene u kodirajućoj sekvenci DNK, koje dovode do formiranja stop kodona, uslijed čega se sintetizira protein u kojem nedostaje dio njegove sekvence.

Frameshift mutacija- bilo kakve promjene u DNK sekvenci gena (uglavnom gubitak ili umetanje nukleotida) koje dovode do promjene u čitanju sekvence tokom transkripcije. Rezultat toga je sinteza potpuno novog proteina ili formiranje glasničke RNK koja ne nosi nikakvu informaciju o sekvenci aminokiselina.

Nepatogene promjene u sekvenci DNK- varijacije u DNK sekvenci, uključujući konzervativne misense mutacije, ili tzv sinonimne mutacije , koji ne mijenjaju kodirane informacije u DNK gena ili ne utječu na funkcionalnu aktivnost proteinskih makromolekula.

Mutacije se takođe javljaju u nekodirajućim sekvencama DNK (introni). Ova vrsta varijacije obično nema fenotipske posljedice. Međutim, kada se okvir čitanja pomakne ili se formiraju alternativni oblici proteinskih makromolekula ( alternativno spajanje ), ove varijacije mogu dovesti do poremećaja funkcionalne aktivnosti proteinskih makromolekula i, kao rezultat, fenotipskih posljedica. U tom kontekstu, čini se da je identifikacija patogenih mutacija teška, budući da je koncept "norme" u medicinskim genetičkim studijama prilično relativan, zbog činjenice da je na molekularnom nivou ljudski genom u velikoj mjeri nestabilan. Drugim riječima, samo rekurentne mutacije (najčešće remutacije koje se nalaze kod osoba sa poznatom nasljednom bolešću) mogu se prepoznati kao patogene. U slučajevima kada se otkrije nova mutacija, potrebno je provesti molekularne genetske studije bliskih srodnika pacijenta kako bi se utvrdilo je li ona uzrok bolesti.

hromozomske mutacije (anomalije) povezani su ili s različitim strukturnim preuređivanjem kromosoma, ili s promjenom njihovog broja (n). Brojčane promjene u setu hromozoma ( kariotip ) mogu biti dvije vrste: poliploidija - umnožavanje kompletnog hromozomskog seta (3n, 4n, itd.), ili genoma, višestrukog haploidnog broja hromozoma (ponekad se u literaturi naziva genomske mutacije ); aneuploidija - povećanje ili smanjenje broja hromozoma u skupu koji nije višestruki od haploidnog. Ove kvantitativne promjene u kariotipu obično su posljedica poremećaja mejoze ili mitoze. Numeričke hromozomske abnormalnosti u obliku aneuploidije dijele se na monosomija (gubitak hromozoma ili njegovog dijela - parcijalna monosomija) i trisomija ili polisomija (sticanje jednog/više hromozoma ili njegovog dijela - parcijalna trisomija). Ove promjene u kariotipu povezane su s kompleksom kongenitalnih malformacija i, u pravilu, s bolestima praćenim mentalnom retardacijom ili teškim mentalnim poremećajima. Trenutno su opisani slučajevi promjena u hromozomskom setu koji uključuju spolne hromozome i neke autosome kod šizofrenije i autizma. Na primjer, do 5-15% djece s autističnim poremećajima ima hromozomske abnormalnosti. Ovo nam omogućava da smatramo da je hromozomska neravnoteža u tijelu jedan od mogućih uzroka nekih slučajeva mentalnih bolesti.

Strukturne promjene mogu utjecati na cijeli hromozom, kao i biti praćene promjenom količine genetskog materijala u jezgru ili njegovim kretanjem. Uravnotežene hromozomske abnormalnosti su rearanžmani, zbog kojih nastaju kariotipovi s nepromijenjenim skupom gena, ali se njihova lokacija unutar hromozoma ili između hromozoma razlikuje od normalne. U većini slučajeva, nosioci uravnoteženih hromozomskih anomalija su fenotipski normalni, ali njihovo potomstvo ima visok rizik od neuravnoteženog kariotipa, ali u nekim slučajevima nosioci uravnoteženog kariotipa mogu imati različite kongenitalne malformacije i/ili mikroanomalije, kao i poremećaje. neuropsihičkog razvoja. Ako dođe do gubitka ili sticanja genetskog materijala tokom strukturnih hromozomskih mutacija, onda su neuravnotežene hromozomske abnormalnosti .

Citogenetski strukturna preraspodjela klasificiraju se prema principu linearne sekvence gena: brisanja (gubitak hromozomskih regiona), dupliranja (udvostručavanje hromozomskih regiona), inverzije (preokret za 180° u odnosu na normalnu sekvencu hromozomskih regiona), umetanja (umetci hromozomskih regiona) i translokacije (promjena lokacije hromozomskih regija) hromozoma.

Od velikog značaja je proučavanje hromozomskih mutacija pod uticajem faktora sredine. Pokazalo se da su ljudski hromozomi visoko osjetljivi na djelovanje zračenja i hemikalija, koje se obično nazivaju mutageni faktori ( mutageni ). Pri analizi uticaja ovih faktora treba razlikovati poremećaje u somatskim i zametnim ćelijama. Prvi direktno utječu na vitalnu aktivnost organizma koji se proučava, dok se drugi manifestiraju u narednim generacijama. Mutacije hromozoma u zametnim stanicama dovode do stvaranja aberantnih gameta, što može rezultirati smrću zigota, embrija u ranim fazama intrauterinog razvoja, rađanjem djece sa specifičnim ili nespecifičnim hromozomskim abnormalnostima koje se manifestiraju kao određena klinička slika. ili određeni fenotip. Mutacije hromozoma u somatskim ćelijama dovode do stvaranja nespecifičnih hromozomskih abnormalnosti u vidu hromozomskih ili hromatidnih praznina, praznina, razmena u kariotipu, koje ne dovode do specifičnog fenotipa karakterističnog za određenu bolest. Takve mutacije se ne nasljeđuju. Treba napomenuti da se pri proučavanju ovakvog utjecaja mutagenih faktora čini mogućim kvalitativno i kvantitativno ocijeniti djelovanje jonizujućeg zračenja, hemikalija, virusa, ali se dobijeni podaci ne mogu prenijeti na zametne stanice čiji su rezultat kromosomski. bolesti kod dece.

Kromosomske abnormalnosti mogu se manifestirati u takozvanim mozaičnim oblicima, koji su uzrokovani abnormalnom diobom stanica u različitim fazama embrionalnog i postnatalnog razvoja. Ovo omogućava podjelu hromozomskih abnormalnosti na mozaik I redovno (nenormalan kariotip se uočava u svim ćelijama tela). Hromozomski mozaicizam je prisustvo nekoliko populacija ćelija sa različitim skupovima hromozoma jedna od druge. U pravilu, kod mozaičnih oblika hromozomskih anomalija uočava se odsustvo pojedinačnih kliničkih znakova određenog kromosomskog sindroma i blaži tok bolesti, ali su neki simptomi gotovo uvijek prisutni. Mozaičke strukturne hromozomske anomalije uočavaju se prilično rijetko, stoga kada su u pitanju mozaične hromozomske anomalije mislimo uglavnom na numeričke anomalije, čiji mozaični oblici imaju prilično visoku učestalost naseljenosti. Treba napomenuti i fenomen tkivno-specifični hromozomski mozaicizam - ćelije sa abnormalnim hromozomskim setom prisutne su samo u određenom tkivu tela.

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 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 posebno mjesto u svom genomu (ovo "skladište" informacija o virusima naziva se 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.

Kao što je postalo jasno tokom 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 - moderne metode omogućavaju njihovu sintetizaciju 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 pregled najnovijih dostignuća u ovoj oblasti 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 uvedene mutacije u dva gena: jedan je povezan sa imunološkim sistemom, a drugi odgovoran za taloženje masti, što neprozirno nagovještava moguću primjenu metode na homo sapiensa. Možda rješenje problema gojaznosti genetskim inženjeringom nije tako daleka budućnost.