Современные представления о структурно-функциональной организации днк. Основные направления молекулярной биологии: геномика, транскриптомика, рн-омика, протеомика.

95% ДНК человека представляет не генная часть. 5% - собственно гены. Преобладающей части.

Негенная часть представлена:

1. Тандемные повторы монотонные повторы нуклеотидов, как правило дуплетного характера, не имеющие смысла. Это так называемые «пустынные участки» ДНК. Смысл этих участков: выполнение структурной функции и площадки для образования генов в эволюции (эволюционный резерв).

2. Псевдогены - неактивные, но стабильные генетические элементы, возникающие в результате мутации в ранее работавших генах (гены, выключенные мутацией). Это побочный продукт и генетический резерв эволюции. Составляют 20 - 30% не генной части ДНК.

3. Мобильные генетические элементы:

- Транспозоны - участки ДНК, способные вырезаться и встраиваться в другие области ДНК. Это так называемые «странники генов».

- Ретротранспозоны - участки ДНК, копирующиеся в пределах генома, как внутри хромосомы, так и между ними. Их копии могут изменять смысл структурных генов человека, приводят к мутациям. Геном человека изменяется в течении жизни на 10 - 30%.

- поврежденные неактивные, мобильные генетические элементы. Не могут ни вырезаться, ни встраиваться из-за отсутствия в клетке обратной трансферазы. Если фрагмент поступает в клетку с вирусом, то тогда эти гены начинают транскрибироваться.

Функциональные элементы генома:

1. Структурные гены. Структурные гены кодируют синтез мРНК, тРНК, рРНК.

2. Регуляторные элементы. Регуляторные элементы не кодируют РНК и, соответственно, белков; влияют на работу структурных генов.

Прочтение генома привело к формированию новой биологии. Предпосылки возможности биологии нового времени: 1953г. Д. УОТСОН и Ф. КРИК открыли структуру ДНК. 1961г. Ф. КРИК расшифровал генетический код. 1970г. Г. ТЕМЕН и Д. БАЛТИМОР открыли ОБРАТНУЮ ТРАНСКРИПТАЗУ (способность на основе РНК синтезировать ДНК). Значение: возможность изучения изолированных генов. 1983г. К. МЮЛЛИС - реакция PCR (ПОЛИМЕРАЗНАЯ ЦЕПНАЯ РЕАКЦИЯ) - управляемое тиражирование ДНК в пробирке. 2001г. первая версия генома человека.

Геномика - отрасль молекулярной биологии, изучающая структуру и механизмы работы гена. В настоящее время установлено и изучено 35000 генов человека. Из них в каждой клетке работает 25%.

СОВРЕМЕННЫЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ О ПРИРОДЕ БИОХИМИЧЕСКОГО ПОЛИМОРФИЗМА.

В 40-е годы 20в БИДЛОМ и ТЕЙТУМОМ выдвинут принцип: 1 ген - I фермент. Они исходили из общей схемы биосинтеза белка, однако этот принцип не объясняет:

1. Фенотипическое различие между клетками,

2. Индивидуальные различия между организмами одного вида. Каждый человек отличается от другого человека на 0,1% генома.

3. Широкое разнообразие белков. На основе 35000 генов синтезируются около 5000000 белков.

В настоящее время нельзя сказать точно, что изучать важнее - геном или белковый состав

организма.

Протеомика - отрасль молекулярной биологии, изучающая структуру и функцию белков, взаимосвязь между ними.

Протеом - совокупность белков клетки или организма. В настоящее время можно составить протеомный портрет человека.

Биодекодомика - раздел молекулярной биологии, занимающийся расшифровкой биологических тестов. Компьютеры помогают расшифровать геном, определять структуру белков, моделировать функции и признаки.

МЕТОДЫ И ПРИНЦИПЫ ГЕНОТЕРАПИИ.

Генотерапия - введение конструкции в организм человека с лечебной целью. Подразделяется на:

1. ГЕНОТЕРАПИЯ ex vivo, т.е. коррекция генов в клетках, выведенных за пределы организма, коррекция и возвращение клеток в организм. Появилась в 1986г. - впервые был вылечен иммунодефицит, что необходимо повторять 2 - 3 года, т.е. временные ограничения.

2. ГЕНОТЕРАПИЯ in vivo - системная генотерапия с заменой или введением вновь нормального гена во все клетки организма. Сложна и пока менее используется.

3. ГЕНОТЕРАПИЯ in situ - генетическую конструкцию вводят в зону патологического процесса. Например, блокаторы онкогенов вводят в место локализации опухоли после её удаления.

ГЕНОТЕРАПИЯ может быть фетальная (в настоящее время запрещена) и соматическая.

Транскриптомика – идентификация всех матричных РНК, кодирующих белки, определение количества каждой индивидуальной мРНК, определение закономерностей экспрессии всех генов, кодирующих белки.

РНомика – идентификация всех не кодирующих РНК, определение количества каждой индивидуальной нкРНК – определение закономерностей экспрессии всех нкРНК.

Метаболомика – идентификация и количественное определение всех метаболитов, синтезируемых (или находящихся) в данных клетках, тканях, органах и в биологических жидкостях.

Биоинформатика – использование вычислительной техники, математики и информационной теории для анализа и моделирования молекулярно-биологических систем, в особенности систем, состоящих из генов, РНК, белков и метаболитов и др. Создание баз данных.