Прамая генетыка

З Вікіпедыі, свабоднай энцыклапедыі

Прамая генетыка (англ.: forward genetics) — гэта малекулярна-генетычны падыход да вызначэння генетычнай асновы, адказнай за фенатыпічны прызнак. Прамая генетыка забяспечвае непрадузяты падыход, таму што яна ў значнай ступені абапіраецца на ідэнтыфікацыю генаў або генетычных фактараў, якія выклікаюць пэўны фенатып або мэтавы прызнак.[1]

Першапачаткова гэта было зроблена з дапамогай натуральных мутацый або індукцыі мутантаў з дапамогай радыяцыі, хімічных рэчываў або інсерцыйнага мутагенезу (напрыклад, з дапамогай транспазонаў). Потым адбываецца размнажэнне, ізаляцыя мутантных асобін, а затым карціраванне гена. Прамую генетыку можна разглядаць як супрацьлегласць зваротнай генетыцы, якая вызначае функцыю гена шляхам аналізу фенатыпічных эфектаў змененых паслядоўнасцей ДНК.[2] Мутантныя фенатыпы часта назіраюцца задоўга да таго, як становіцца зразумела, які ген за адказны за фенатыпічны прызнак, што можа прывесці да таго, што гены будуць называцца ў адпаведнасці з іх мутантным фенатыпам (напрыклад, ген дразафілы rosy (ружовы), які названы ў гонар колеру вачэй у мутантаў па гэтаму гену).[3]

Метады, якія выкарыстоўваюцца ў прамой генетыцы[правіць | правіць зыходнік]

Прамая генетыка дае даследчыкам магчымасць ідэнтыфікаваць генетычныя змены, выкліканыя мутацыямі, якія адказваюць за асобныя фенатыпы ў арганізмах.[1] Падыход прамой генетыкі складаецца з трох асноўных этапаў, якія прадсьауляюць сабой наступнае: унясенне выпадковых мутацый, выбар фенатыпу або рысы (прызнаку) і ідэнтыфікацыю гена і яго функцыі.[4] Прамая генетыка прадугледжвае выкарыстанне некалькіх працэсаў мутагенезу для выклікання выпадковых мутацый ДНК, якія могуць уключаць:

Хімічны мутагенез[правіць | правіць зыходнік]

Хімічны мутагенез — гэта просты інструмент, які выкарыстоўваецца для стварэння шырокага спектру мутантных алеляў. Такія хімічныя рэчывы, як этылметансульфанат (EMS), выклікаюць выпадковыя кропкавыя мутацыі, асабліва пры транзіцыях G/C да A/T з-за алкілавання гуаніну.[3] Гэтыя кропкавыя мутацыі, як правіла, з’яўляюцца стратай функцыі або нулявымі алелямі, таму што яны ствараюць стоп-кадоны ў паслядоўнасці ДНК.[5] Гэтыя тыпы мутагенаў могуць быць карыснымі, таму што яны лёгка прымяняюцца да любога арганізму, але традыцыйна іх было вельмі цяжка карціраваць, хоць з’яўленне секвенавання наступнага пакалення значна палегчыла гэты працэс.

Іншае хімічнае рэчыва, такое як ENU, таксама вядомае як N-этыл-N-нітрозамачавіна, дзейнічае аналагічна EMS. ENU таксама выклікае выпадковыя кропкавыя мутацыі, дзе ўсе кадоны аднолькава схільныя зменам. Гэтыя кропкавыя мутацыі змяняюць функцыю гена шляхам стварэння розных алеляў, у тым ліку мутацыі ўзмацнення або страты функцый у кадуючых або некадуючых бялок абласцях геному.[6]

На малюнку паказаны хімічныя злучэнні этылметансульфанат (паказаны злева) і N-этыл-N-нітрозамачавіна (справа).

Радыяцыйны мутагенез[правіць | правіць зыходнік]

Іншыя метады, такія як выкарыстанне радыяцыі з мэтай стварэння вялікіх дэлецый і храмасомных перабудоў, таксама могуць быць выкарыстаны для стварэння мутантаў.[3] Іанізуючае выпраменьванне можа выкарыстоўвацца для індукцыі мутацый па ўсяму геному, а таксама для падваення храмасом, інверсій і транслакацый.

Кароткахвалевае ўльтрафіялетавае святло дзейнічае гэтак жа, як іанізуючае выпраменьванне, якое таксама можа выклікаць мутацыі, што прыводзяць да храмасомных перабудоў. Калі ДНК паглынае кароткахвалевае ўльтрафіялетавае святло, могуць узнікаць дымерызуючыя і акісляльныя мутацыі, якія могуць выклікаць сур’ёзныя пашкоджанні паслядоўнасці ДНК арганізма.

Інсерцыйны мутагенез[правіць | правіць зыходнік]

Мутацыі таксама могуць узнікаць шляхам інсерцыйнага мутагенезу. Часцей за ўсё дзеля інсерцыйнага мутагенезу выкарыстоўваюцца транспазоны, якія ўносяць драматычныя змены ў геном арганізма. Перамяшчэнне транспазонаў можа ствараць выпадковыя мутацыі ў паслядоўнасці ДНК, змяняючы яе становішча ў геноме, такім чынам мадыфікуючы функцыю гена і змяняючы генетычную інфармацыю арганізма. Напрыклад, транспазоны, якія змяшчаюць маркер, мабілізуюцца ў геноме выпадковым чынам. Гэтыя транспазоны часта мадыфікуюць, каб транспанаваць толькі адзін раз, і пасля ўстаўкі ў геном селектыўны маркер можа быць выкарыстаны для ідэнтыфікацыі мутагенных асобін. Паколькі ўстаўлены вядомы фрагмент ДНК, гэта можа значна палегчыць карціраванне і кланаванне гена.[3][7]

Постмутагенез[правіць | правіць зыходнік]

Пасля мутагенезу і скрынінгу звычайна праводзіцца тэст на камплементацыю, каб пераканацца, што мутантныя фенатыпы ўзнікаюць з адных і тых жа генаў, калі мутацыі рэцэсіўныя.[3][8] Калі нашчадкі пасля скрыжавання двух рецесіўных мутантаў мае фенатып дзікага тыпу, то можна зрабіць выснову, што фенатып вызначаецца больш чым адным генам. Як правіла, алель, які дэманструе найбольш моцны фенатып, падвяргаецца дадатковаму аналізу. Затым можа быць створана генетычная карта з выкарыстаннем счаплення і генетычных маркераў, а затым ген, які цікавіць, можа быць кланаваны і секвенаваны. Калі знойдзена шмат алеляў адных і тых жа генаў, скрынінг лічыцца насычаным і, верагодна, знойдзены ўсе гены, што ўдзельнічаюць у фарміраванні фенатыпу.[8]

Блок-схема асноўных этапаў падыходу прамой генетыкі.

Хваробы чалавека[правіць | правіць зыходнік]

Хваробы і расстройствы чалавека могуць узнікнуць праз мутацыі.[9] Прамыя метады генетыкі выкарыстоўваюцца ў вывучэнні спадчынных захворванняў, каб вызначыць адказныя за іх гены.[10] Пры аднагенных або мендэлевых парушэннях міссэнс-мутацыя можа быць значнай; аднануклеатыдныя палімарфізмы (SNP) могуць быць прааналізаваны для ідэнтыфікацыі генных мутацый, якія звязаны з фенатыпам парушэння. Да 1980 года вельмі нешматлікія гены чалавека былі ідэнтыфікаваныя як локусы расстройстваў, пакуль прагрэс у тэхналогіі ДНК не прывёў да пазіцыйнага кланавання і зваротнай генетыкі. У 1980-х і 1990-х гадах пазіцыйнае кланаванне складалася з генетычнага карціравання, фізічнага карціравання і вызначэння мутацыі гена.[11] Выяўленне локусаў хваробы з выкарыстаннем старых метадаў прамой генетыкі было вельмі доўгім і цяжкім працэсам, і вялікая частка працы прыходзілася на карціраванне і кланаванне гена праз даследаванні асацыяцый і хаджэнню па храмасомах (метад, накіраваны на знаходжанне мэтавага локуса).[3][12] Нягледзячы на працаёмкасць і затратнасць, прамая генетыка дае спосаб атрымаць аб’ектыўную інфармацыю адносна сувязі мутацыі з хваробай.[13] Яшчэ адна перавага прамой генетыкі заключаецца ў тым, што яна не патрабуе папярэдніх ведаў пра ген, які даследуецца.[10] Мукавісцыдоз дэманструе, як падыход прамой генетыкі можа высветліць прыроду генетычнага захворвання чалавека. Даследаванні генетычнай сувязі змаглі з дапамогай бялковых маркераў знайсці локусы захворвання мукавісцыдозу на 7-й храмасоме. Пасля гэтага для ідэнтыфікацыі гена і яго паслядоўнасці выкарыстоўваліся метады хаджэння і скачкоў па храмасомах.[14] Прамая генетыка можа працаваць у сітуацыях з адным генам і адным фенатыпам, але пры больш складаных захворваннях, такіх як рак, замест яе часта выкарыстоўваецца зваротная генетыка.[12] Звычайна гэта адбываецца таму, што складаныя захворванні, як правіла, маюць некалькі генаў, мутацый або іншых фактараў, якія выклікаюць або могуць паўплываць на іх. [9] Прамая і зваротная генетыка працуюць з супрацьлеглымі падыходамі, але абодва карысныя для генетычных даследаванняў.[10] Іх можна аб’яднаць, каб убачыць, ці будуць атрыманыя падобныя вынікі.[10]

Класічная прамая генетыка[правіць | правіць зыходнік]

З дапамогай класічнага генетычнага падыходу даследчык вызначае месцазнаходжанне (локус) гена ў храмасоме шляхам скрыжавання з асобінамі, якія валодаюць іншымі незвычайнымі рысамі, і збіраючы статыстыку аб тым, як часта гэтыя дзве рысы наследуюцца разам. Класічныя генетыкі выкарыстоўвалі б фенатыпічныя рысы для адлюстравання новых мутантных алеляў. У рэшце рэшт ёсць надзея на тое, што такія скрынінгі дасягнуць дастаткова вялікага маштабу, каб большасць ці ўсе новыя мутацыі прадстаўлялі сабой другое трапленне локуса, па сутнасці насычаючы геном мутацыямі. Гэты тып мутагенезу насычэння ў класічных эксперыментах быў выкарыстаны для вызначэння набораў генаў, якія былі мінімальнымі для з’яўлення пэўных фенатыпаў.[15] Тым не менш, такія першапачатковыя скрынінгі былі альбо няпоўнымі, паколькі ў іх адсутнічалі лішнія локусы і эпігенетычныя эфекты, і такія скрынінгі было цяжка правесці для пэўных фенатыпаў, у якіх адсутнічаюць непасрэдна вымерныя фенатыпы. Акрамя таго, класічны генетычны падыход займае значна больш часу.

Гісторыя[правіць | правіць зыходнік]

Грэгар Мендэль эксперыментаваў з фенатыпамі раслін гароху і апублікаваў свае высновы аб генах і спадчыннасці ў 1865 годзе.[10] Прыкладна ў пачатку 1900-х гадоў Томас Хант Морган праводзіў мутагенез дразафілы з дапамогай радыя і спрабаваў знайсці спадчынныя мутацыі.[16] Альфрэд Стэртэвант пазней пачаў карціраваць гены дразафілы з мутацыямі, за якімі яны сачылі.[17] У 1990-х гадах для лепшага разумення генаў дразафілы, важных для развіцця ад эмбрыёна да дарослай мухі, былі выкарыстаны метады прамой генетыкі.[18] У 1995 годзе Нобелеўскую прэмію атрымалі Крысціян Нюслайн, Эдвард Льюіс і Эрыс Вісхаус за іх працу ў галіне генетыкі развіцця.[18] Паслядоўнасць геному чалавека была апублікаваная ў 2003 годзе.[19] Здольнасць ідэнтыфікаваць гены, якія спрыяюць мендэлеўскім парушэнням, палепшылася з 1990 года ў выніку новых дасягненняў генетыкі і тэхналогій.[9]

Гл. таксама[правіць | правіць зыходнік]

Крыніцы[правіць | правіць зыходнік]

  1. ↑ а б Moresco EM, Li X, Beutler B (May 2013). "Going forward with genetics: recent technological advances and forward genetics in mice". The American Journal of Pathology. 182 (5): 1462–1473. doi:10.1016/j.ajpath.2013.02.002. PMC 3644711. PMID 23608223.
  2. ↑ What is the Field of Reverse Genetics. innovateus. Праверана 13 November 2014.
  3. ↑ а б в г д е Forward and Reverse Genetics. Ludwig-maximilians-universitat Munchen. Архівавана з першакрыніцы 13 December 2014. Праверана 31 October 2014.
  4. ↑ Bramwell KK, Teuscher C, Weis JJ (2014-06-05). "Forward genetic approaches for elucidation of novel regulators of Lyme arthritis severity". Frontiers in Cellular and Infection Microbiology. 4: 76. doi:10.3389/fcimb.2014.00076. PMC 4046100. PMID 24926442.
  5. ↑ Kutscher LM, Shaham S (January 2014). "Forward and reverse mutagenesis in C. elegans". WormBook: 1–26. doi:10.1895/wormbook.1.167.1. PMC 4078664. PMID 24449699.
  6. ↑ Bucan, M. (2013-01-01). Maloy, Stanley; Hughes, Kelly (рэд-ры). Mouse Genetics [англійская]. San Diego: Academic Press. pp. 486–488. doi:10.1016/b978-0-12-374984-0.00980-3. ISBN 978-0-08-096156-9. Праверана 2022-11-22. {{cite book}}: Невядомы параметр |encyclopedia= ігнараваны (даведка)
  7. ↑ Hartwell L (2010-09-14). Genetics from genes to genomes (Fourth ed.). New York,NY: McGraw-Hill. p. G-11. ISBN 978-0-07-352526-6.
  8. ↑ а б Hunter. Forward Genetics Topics. UCSanDiego. Архівавана з першакрыніцы 15 December 2014. Праверана 7 November 2014.
  9. ↑ а б в Stearns S (2008). Evolution in Health and Disease. New York: Oxford University Press Inc. ISBN 978-0-19-920746-6.
  10. ↑ а б в г д Brown TA (2018). Genomes 4 (Fourth ed.). New York, NY. ISBN 978-0-8153-4508-4. OCLC 965806746.
  11. ↑ Beutler B (December 2016). "Innate immunity and the new forward genetics". Best Practice & Research. Clinical Haematology. 29 (4): 379–387. doi:10.1016/j.beha.2016.10.018. PMC 5179328. PMID 27890263.
  12. ↑ а б Strachan T, Read A (1999). Human Molecular Genetics 2 (2nd ed.). New York: Garland Science. p. Chapter 15. ISBN 978-1-85996-202-2. Праверана 31 October 2014.
  13. ↑ Gurumurthy CB, Grati M, Ohtsuka M, Schilit SL, Quadros RM, Liu XZ (September 2016). "CRISPR: a versatile tool for both forward and reverse genetics research". Human Genetics. 135 (9): 971–976. doi:10.1007/s00439-016-1704-4. PMC 5002245. PMID 27384229.
  14. ↑ Rommens JM, Iannuzzi MC, Kerem B, Drumm ML, Melmer G, Dean M, et al. (September 1989). "Identification of the cystic fibrosis gene: chromosome walking and jumping". Science. 245 (4922): 1059–1065. Bibcode:1989Sci...245.1059R. doi:10.1126/science.2772657. PMID 2772657.
  15. ↑ Gibson G, Muse SV (2009). A Primer of Genome Science (Third ed.). Sinauer Press.
  16. ↑ Hamilton V (2016-07-19). "The Secrets of Life". Science History Institute. Праверана 2018-09-25.
  17. ↑ An Overview of the Human Genome Project (англ.). National Human Genome Research Institute (NHGRI). Праверана 25 верасня 2018.
  18. ↑ а б Gilbert S (2014). Developmental Biology. Sutherland, MA: Sinauer Associates Inc. ISBN 978-0-87893-978-7.
  19. ↑ An Overview of the Human Genome Project. National Human Genome Research Institute (NHGRI). Праверана 25 верасня 2018.

Узята з "https://be.wikipedia.org/w/index.php?title=Прамая_генетыка&oldid=4711808"