Naš svijet je naseljen raznim organizmima: od mikroskopskih, vidljivih samo kroz moćan mikroskop, do ogromnih, teških nekoliko tona. Uprkos takvoj raznolikosti vrsta, svi organizmi na Zemlji imaju vrlo sličnu strukturu. Svaki od njih se sastoji od ćelija, a ta činjenica ujedinjuje sva živa bića. Istovremeno, nemoguće je sresti dva identična organizma. Jedini izuzetak su identični blizanci. Šta svaki organizam koji živi na našoj planeti čini tako jedinstvenim?
U svakoj ćeliji postoji centralni organ - ovo je jezgro. Sadrži određene materijalne jedinice - gene koji se nalaze u hromozomima. Sa hemijske tačke gledišta, geni su deoksiribonukleinska kiselina ili DNK. Ova makromolekula dvostruke spirale odgovorna je za nasljeđivanje mnogih osobina. Dakle, značenje DNK je prijenos genetskih informacija sa roditelja na potomstvo. Da bi zaključili ovu istinu, naučnici svihsvijet je dva vijeka pravio nevjerovatne eksperimente, iznosio hrabre hipoteze, propao i doživio trijumf velikih otkrića. Zahvaljujući radu velikih istraživača i naučnika sada znamo šta znači DNK.
Do kraja 19. veka, Mendel je uspostavio osnovne zakone prenosa osobina u generacije. Početak 20. stoljeća i Thomas Hunt Morgan otkrili su čovječanstvu činjenicu da se nasljedne osobine prenose genima koji se nalaze na hromozomima u posebnom nizu. Naučnici su nagađali o njihovoj hemijskoj strukturi četrdesetih godina dvadesetog veka. Sredinom pedesetih otkrivena je dvostruka spirala molekule DNK, princip komplementarnosti i replikacije. 1940-ih, naučnici 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 ćeliji. Ova hipoteza je potvrđena u radovima Nirenberga, koji je uveo koncept genetskog koda i zaključio obrazac između proteina i DNK.
struktura DNK
U jezgrima ćelija svih živih organizama nalaze se nukleinske kiseline čija je molekulska masa veća od bjelančevina. Ovi molekuli su polimerni, njihovi monomeri su nukleotidi. Proteini se sastoje od 20 aminokiselina i 4 nukleotida.
Postoje dvije vrste nukleinskih kiselina: DNK (deoksiribonukleinska kiselina) i RNA (ribonukleinska kiselina). Njihova struktura je slična po tome što obje tvari sadrže nukleotid: dušičnu bazu, ostatak fosforne kiseline iugljikohidrata. Ali razlika je u tome što DNK ima deoksiribozu, a RNK ribozu. Dušične baze su purini i pirimidin. DNK sadrži purine adenin i gvanin 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 skelet za koji se prianjaju dušične baze. Tako se može ispostaviti dosta različitih spojeva koji određuju raznolikost vrsta.
Molekul DNK 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 formirati između sebe adenil nukleotid s timilnim, i gvanilni s citozilnim, budući da se međusobno nadopunjuju. Ovaj princip daje molekuli DNK jedinstveno svojstvo samoreplikacije. Posebni proteini - enzimi - pokreću i razbijaju vodonične veze između azotnih baza oba lanca. Kao rezultat, formiraju se dva slobodna nukleotidna lanca, koja su upotpunjena slobodnim nukleotidima dostupnim u citoplazmi i jezgru ćelije prema principu komplementarnosti. Ovo dovodi do formiranja dva lanca DNK od jednog roditelja.
Genetski kod i njegove tajne
DNK istraživanje nam omogućava da razumijemo individualnost svakog organizma. To se lako može vidjeti na primjeru nekompatibilnosti tkiva u transplantaciji organa izdonor primaocu. "Strani" organ, na primjer, koža donatora, tijelo primatelja doživljava kao neprijateljsko. To pokreće lanac imunoloških reakcija, stvaraju se antitijela, a organ se ne ukorjenjuje. Izuzetak u ovoj situaciji može biti činjenica da su donor i primalac identični blizanci. Ova dva organizma su nastala iz iste ćelije i imaju isti skup nasljednih faktora. Tokom transplantacije organa, u ovom slučaju, antitela se ne stvaraju, i skoro uvek se organ potpuno ukorijeni.
Definicija DNK kao glavnog nosioca genetskih informacija ustanovljena je empirijski. Bakteriolog F. Griffiths izveo je zanimljiv eksperiment s pneumokokama. On je miševima ubrizgao dozu patogena. Vakcine su bile dvije vrste: oblik A sa 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 uginuli od pneumokoka forme A. Tada se u glavi naučnika pojavilo razumno pitanje kako se genetski materijal prenosi - preko proteina, polisaharida ili DNK? Gotovo dvadeset godina kasnije, američki naučnik Oswald Theodor Avery uspio je odgovoriti na ovo pitanje. Postavio je niz eksperimenata ekskluzivne prirode i otkrio da se uništavanjem proteina i polisaharida nastavlja nasljeđivanje. Prijenos nasljednih informacija je završen tek nakon uništenja strukture DNK. To je dovelo do postulata: molekul koji nosi nasljedne informacije odgovoran je za prijenos nasljednih informacija.
Otkrivena struktura DNKa genetski kod je omogućio čovječanstvu da napravi ogroman korak naprijed u razvoju takvih područja kao što su medicina, forenzika, industrija i poljoprivreda.
DNK analiza u forenzičkom pregledu
Trenutno progresivno vođenje evidencije krivičnih i građanskih procesa nije potpuno bez upotrebe genetske analize. DNK ispitivanje se obavlja u forenzici radi proučavanja biološkog materijala. Uz pomoć ove studije, forenzičari mogu otkriti tragove uljeza ili žrtve na objektima ili tijelima.
Genetička ekspertiza se zasniva na komparativnoj analizi markera u biološkim uzorcima ljudi, što nam daje informacije o prisutnosti ili odsustvu veze među njima. Svaka osoba ima jedinstveni "genetski pasoš" - ovo je njegov DNK, koji čuva potpune informacije.
Forenzički medicinski pregled koristi metodu visoke preciznosti koja se zove uzimanje otisaka prstiju. Izumljen je u Velikoj Britaniji 1984. godine i radi se o proučavanju uzoraka bioloških uzoraka: pljuvačke, sjemena, kose, epitela ili tjelesnih tekućina kako bi se u njima identificirali tragovi kriminalca. Dakle, DNK forenzičko ispitivanje je osmišljeno da istraži krivicu ili nevinost određene osobe u nezakonitim radnjama, da razjasni slučajeve sumnjivog majčinstva ili očinstva.
Šezdesetih godina prošlog veka, nemački stručnjaci su organizovali društvo za promovisanje istraživanja genoma u pravosudnoj i pravnoj sferi. Do ranih devedesetih stvorenoposebna komisija koja objavljuje značajne radove i otkrića iz ove oblasti, kao zakonodavac standarda u radu forenzičkih vještačenja. Ova organizacija je 1991. godine dobila naziv "International Society of Forensic Geneticists". Danas ga čini više od hiljadu zaposlenih i 60 globalnih kompanija koje se bave istraživanjima u oblasti sudskih postupaka: serologije, molekularne genetike, matematike, biostatike. To je u svjetsku forenzičku praksu donijelo jedinstvene visoke standarde koji unapređuju otkrivanje krivičnih djela. DNK forenzičko ispitivanje obavlja se u specijalizovanim laboratorijama koje su dio kompleksa pravosudnog i pravnog sistema države.
Problemi forenzičke genomske analize
Osnovni zadatak forenzičara je da pregledaju dostavljene uzorke i donesu DNK zaključak, prema kojem je moguće utvrditi biološke "otiske" osobe ili utvrditi krvno srodstvo.
DNK uzorci mogu biti sadržani u sljedećim biološkim materijalima:
- tragovi znoja;
- komadi biološkog tkiva (koža, nokti, mišići, kosti);
- tjelesne tečnosti (znoj, krv, sperma, transcelularna tečnost, itd.);
- kosa (mora imati folikule dlake).
Za forenzički medicinski pregled, specijalistu se prezentira fizički dokaz sa mjesta zločina koji sadrži genetski materijal i dokaze.
Trenutno se kreira baza podataka kriminalne DNK u brojnim progresivnim zemljama. Ovo poboljšava otkrivanjekrivična djela čak i sa istekom zastare. Molekul DNK može se čuvati vekovima bez promena. 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 sprovodi za osuđena lica, kao i za lica čiji identitet nije utvrđen. Građani koji nisu na ovoj listi dobrovoljno polažu test. Šta takva genetska baza može dati:
- smanjite zvjerstva i smanjite kriminal;
- može postati glavna dokazna činjenica u rasvjetljavanju zločina;
- riješi problem nasljeđivanja u kontroverznim slučajevima;
- za utvrđivanje istine u pitanjima očinstva i majčinstva.
DNK zaključak također može pružiti zanimljive informacije o ličnosti osobe: genetskoj predispoziciji za bolesti i ovisnosti, kao i sklonosti činjenju zločina. Nevjerovatna činjenica: naučnici su otkrili određeni gen koji je odgovoran za sklonost osobe da počini zločine.
DNK ekspertiza u forenzičkoj nauci pomogla je u rješavanju više od 15.000 zločina širom svijeta. Posebno je fascinantno da je krivični slučaj moguće riješiti samo dlakom ili komadom kože kriminalca. 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.
Proceduravršenje DNK analize. Utvrđivanje očinstva (materinstva)
Trenutno postoji mnogo privatnih i javnih akreditovanih laboratorija u kojima se može uraditi DNK analiza. Ovo ispitivanje se zasniva na poređenju fragmenata DNK (lokusa) u dva uzorka: planiranog roditelja i djeteta. Logično, dijete 50% svojih gena prima od roditelja. Ovo objašnjava sličnost sa mamom i tatom. Ako uporedimo određeni dio djetetove DNK sa sličnim dijelom DNK predviđenog roditelja, onda će oni biti isti sa vjerovatnoćom od 50%, odnosno 6 od 12 lokusa će se poklopiti.%. Ako se samo jedan od dvanaest lokusa poklapa, ova vjerovatnoća je minimizirana. Postoje mnoge akreditovane laboratorije u kojima se DNK testiranje može obaviti privatno.
Na tačnost analize utiče 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 ispostaviti da će, na primjer, australski aboridžin i Engleskinja biti apsolutno identične ličnosti. Stoga se za preciznu studiju uzimaju područja jedinstvena za svakog pojedinca. Što će više takvih područja biti podvrgnuto istraživanju, veća je vjerovatnoća tačnosti analize. Na primjer, sa najtemeljitijom i najkvalitetnijom studijom od 16 STR, zaključakDNK će se dobiti sa tačnošću od 99,9999% kada se potvrdi verovatnoća materinstva/očinstva i 100% kada se pobije činjenica.
Uspostavljanje bliske veze (baka, djed, nećakinja, nećak, tetka, ujak)
DNK analiza za vezu se suštinski ne razlikuje od testa za očinstvo i majčinstvo. Razlika je u tome što će količina zajedničkih genetskih informacija biti upola manja od testa očinstva, i iznosit će otprilike 25% ako se 3 od 12 lokusa tačno poklapaju. Osim toga, mora se poštovati i uslov da srodnici između kojih se zasniva srodstvo pripadaju istoj liniji (po majci ili ocu). Važno je da transkript DNK analize bude što je moguće pouzdaniji.
Utvrđivanje DNK sličnosti između braće i sestara i polubraće i sestara
Braća i sestre i braća dobijaju 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% tačnošću pokazati da li su braća i sestre braća i sestre ili polubraća.
DNK test za blizance
Blizanci po prirodi biološkog porijekla su identični (homozigotni) ili dizigotni (heterozigoti). Homozigotni blizanci se razvijaju iz jedne oplođene ćelije, samo su jednog pola i potpuno su identični po genotipu. Heterozigot se formira od različitih oplođenihjaja, različitog su spola i imaju male razlike u DNK. Genetsko testiranje može sa 100% preciznošću utvrditi da li su blizanci monozigotni ili heterozigotni.
Y hromozom DNK testiranje
Prenos Y-hromozoma se dešava sa oca na sina. Uz pomoć ove vrste analize moguće je sa velikom preciznošću utvrditi da li su muškarci članovi iste porodice i koliko su bliski u srodstvu. Određivanje DNK Y-hromozoma se često koristi za kreiranje porodičnog stabla.
Analiza mitohondrijske DNK
MtDNK se nasljeđuje po majčinoj liniji. Stoga je ova vrsta pregleda vrlo informativna za praćenje srodstva po majčinoj strani. Naučnici koriste mtDNK analizu za kontrolu evolucijskih i migracijskih procesa, kao i za identifikaciju ljudi. Struktura mtDNK je takva da se u njoj mogu razlikovati dvije hipervarijabilne regije HRV1 i HRV2. Provodeći istraživanje lokusa HRV1 i upoređujući ga sa Standardnom Cambridge sekvencom, možete dobiti DNK zaključak o tome jesu li ispitanici rođaci, pripadaju li istoj etničkoj grupi, istoj nacionalnosti, istoj majčinoj liniji.
Dešifriranje genetskih informacija
Ukupno, osoba ima oko sto hiljada 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 hemijskom vezom. Genetski kod se sastoji od brojnih varijacija pet nukleotida, označenih: A (adenin), C(citozin), T (timin), G (gvanin) i U (uracil). Redoslijed lokalizacije nukleotida u DNK određuje redoslijed aminokiselina u proteinskom molekulu.
Naučnici su otkrili zanimljivu činjenicu da je oko 90% DNK lanca vrsta genetske troske koja ne nosi važne informacije o ljudskom genomu. Preostalih 10% je razbijeno na vlastite gene i regulatorne regije.
Postoje slučajevi kada udvostručenje (replikacija) DNK lanca ne uspije. Takvi procesi dovode do pojave mutacija. Čak i minimalna greška od jednog nukleotida može uzrokovati razvoj nasljedne bolesti koja može biti fatalna za ljude. Ukupno naučnici znaju oko 4.000 takvih poremećaja. Opasnost od bolesti zavisi od toga na koji deo lanca DNK će mutacija uticati. Ako je ovo područje genetske troske, onda greška može proći nezapaženo. Ovo neće uticati na normalan rad. Ako dođe do neuspjeha replikacije na važnom genetskom segmentu, onda takva greška može koštati osobu života. Istraživanje DNK s ove pozicije pomoći će genetičarima da pronađu način da spriječe mutaciju gena i poraze nasljedne bolesti.
Tabela genetskih kodova DNK pomaže genetičkim naučnicima da dodaju potpune informacije o ljudskom genomu.
| Aminokiselina | mRNA kodoni |
|
Arginska kiselina Lizin Izoleucin Alanin arginin Leucine Glycine Triptofan Metionin Glutamin Valine Cysteine Proline asparaginska kiselina Serine histidin asparagin Threonine 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 skrining tokom planiranja i tokom trudnoće
Genetički naučnici 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. Ali praksa pokazuje da se DNK testovi žena najčešće rade u trudnoći. U takvim okolnostima će se dobiti i informacije o vjerovatnoći malformacija na fetusu.
Genetski skrining je dobrovoljan. Ali postoji niz razloga zašto se žena mora podvrgnuti takvoj studiji. Ova očitavanja uključuju:
- biološka dob preko 35 godina;
- nasljedne bolesti majke;
- istorija pobačaja i mrtvorođenihdjeca;
- prisustvo mutagenih faktora tokom začeća: radioaktivno i rendgensko zračenje, prisustvo zavisnosti od alkohola i droga kod roditelja;
- prethodno rođena djeca sa razvojnim patologijama;
- virusne bolesti koje prenosi trudnica (naročito rubeola, toksoplazmoza i gripa);
- ultrazvučne indikacije.
Krvni test na DNK će najvjerovatnije utvrditi predispoziciju nerođene bebe za bolesti srca i krvnih sudova, kostiju, pluća, gastrointestinalnog trakta i endokrinog sistema. Ova studija takođe pokazuje rizik od rođenja bebe sa Down i Edwardsovim sindromom. DNK izvještaj će dati doktoru potpunu sliku stanja žene i djeteta i omogućiti im da prepišu ispravan korektivni tretman.
Metode genetskog istraživanja tokom trudnoće
Tradicionalne metode istraživanja uključuju ultrazvuk i biohemijski test krvi, ne predstavljaju nikakvu opasnost za ženu i fetus. Riječ je o takozvanom skriningu trudnica, koji se provodi u dvije faze. Prvi se provodi u gestacijskoj dobi od 12-14 tjedana i omogućava vam da identificirate ozbiljne poremećaje fetusa. Druga faza se provodi u 20-24 sedmici i pruža informacije o manjim patologijama koje se mogu pojaviti kod bebe. Ako postoje dokazi ili sumnje, doktori mogu propisati invazivne metode analize:
- Amniocenteza ili uzorkovanje amnionske tečnosti za istraživanje. Posebnom iglom se pravi punkcija u materici, prikuplja se potrebna količina amnionske tečnosti zaanaliza. Ova manipulacija se izvodi pod kontrolom ultrazvuka kako bi se izbjegle ozljede.
- Biopsija horiona - uzorkovanje ćelija placente.
- Trudnicama koje su imale infekciju propisuje se placentogeneza. Ovo je prilično ozbiljna operacija i izvodi se od dvadesete nedelje trudnoće, u opštoj anesteziji;
- Uzorkovanje i analiza krvi iz pupčane vrpce ili kordocenteza. Može se uraditi tek nakon 18. sedmice trudnoće
Dakle, iz genetske analize moguće je znati kakvo će biti vaše dijete, mnogo prije njegovog rođenja.
Cijena DNK testiranja
Običan laik koji se ne susreće sa ovom procedurom, nakon čitanja ovog članka postavlja 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-hromozom - 14.000 rubalja;
- za mtDNA - 15000 rubalja;
- konsultacije o uspostavljanju srodstva: usmeno - 700 rubalja, pismeno - 1400 rubalja
Poslednjih godina naučnici su napravili mnoga velika otkrića koja redefinišu postulate naučnog sveta. Istraživanje DNK je u toku. Naučnici 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 nije vrijedan togana mjestu, a DNK tehnologija je čvrsto ugrađena u život svake osobe. Dalja istraživanja ove misteriozne i jedinstvene strukture, koja je prepuna mnogih tajni, otkrit će čovječanstvu ogroman broj novih činjenica.
