Mūsu pasauli apdzīvo dažādi organismi: no mikroskopiskiem, kas redzami tikai caur spēcīgu mikroskopu, līdz milzīgiem, kas sver vairākas tonnas. Neskatoties uz šādu sugu daudzveidību, visiem organismiem uz Zemes ir ļoti līdzīga struktūra. Katrs no tiem sastāv no šūnām, un šis fakts vieno visas dzīvās būtnes. Tajā pašā laikā nav iespējams satikt divus identiskus organismus. Vienīgais izņēmums ir identiskie dvīņi. Kas padara katru uz mūsu planētas dzīvojošo organismu tik unikālu?
Katrā šūnā ir centrālais orgāns – tas ir kodols. Tas satur noteiktas materiālās vienības - gēnus, kas atrodas hromosomās. No ķīmiskā viedokļa gēni ir dezoksiribonukleīnskābe jeb DNS. Šī dubultās spirāles makromolekula ir atbildīga par daudzu īpašību pārmantošanu. Tādējādi DNS nozīme ir ģenētiskās informācijas nodošana no vecākiem uz pēcnācējiem. Lai izsecinātu šo patiesību, visi zinātniekipasaule divus gadsimtus veica neticamus eksperimentus, izvirzīja drosmīgas hipotēzes, cieta neveiksmi un piedzīvoja lielu atklājumu triumfu. Pateicoties lielu pētnieku un zinātnieku darbam, mēs tagad zinām, ko nozīmē DNS.
Līdz 19. gadsimta beigām Mendels noteica pazīmju nodošanas paaudzēs pamatlikumus. 20. gadsimta sākums un Tomass Hants Morgans atklāja cilvēcei faktu, ka iedzimtības pazīmes tiek pārnestas ar gēniem, kas atrodas uz hromosomām īpašā secībā. Zinātnieki uzminēja to ķīmisko struktūru divdesmitā gadsimta četrdesmitajos gados. Līdz piecdesmito gadu vidum tika atklāta DNS molekulas dubultspirāle, komplementaritātes un replikācijas princips. 1940. gados zinātnieki Boriss Efrusi, Edvards Tatums un Džordžs Bīdls izvirzīja drosmīgu hipotēzi, ka gēni ražo olb altumvielas, proti, tajos glabā specifisku informāciju par to, kā sintezēt konkrētu fermentu noteiktām reakcijām šūnā. Šī hipotēze tika apstiprināta Nirenberga darbos, kurš ieviesa ģenētiskā koda jēdzienu un secināja modeli starp olb altumvielām un DNS.
DNS struktūra
Visu dzīvo organismu šūnu kodolos ir nukleīnskābes, kuru molekulmasa ir lielāka nekā olb altumvielām. Šīs molekulas ir polimēras, to monomēri ir nukleotīdi. Olb altumvielas sastāv no 20 aminoskābēm un 4 nukleotīdiem.
Ir divu veidu nukleīnskābes: DNS (dezoksiribonukleīnskābe) un RNS (ribonukleīnskābe). To struktūra ir līdzīga, jo abas vielas satur nukleotīdu: slāpekļa bāzi, fosforskābes atlikumu unogļhidrātu. Bet atšķirība ir tāda, ka DNS ir dezoksiriboze un RNS ir riboze. Slāpekļa bāzes ir purīns un pirimidīns. DNS satur purīnus adenīnu un guanīnu un pirimidīnus, timīnu un citozīnu. RNS savā struktūrā ietver tos pašus purīnus un pirimidīna citozīnu un uracilu. Apvienojot viena nukleotīda fosforskābes atlikumu un cita ogļhidrātu, veidojas polinukleotīda karkass, pie kura pieķeras slāpekļa bāzes. Tādējādi var izrādīties diezgan daudz dažādu savienojumu, kas nosaka sugu daudzveidību.
DNS molekula ir divu lielu polinukleotīdu ķēžu dubultspirāle. Tos savieno vienas ķēdes purīns un citas ķēdes pirimidīns. Šie savienojumi nav nejauši. Viņi pakļaujas komplementaritātes likumam: saites var izveidot savā starpā adenila nukleotīdu ar timiljonu un guanilu ar citozilu, jo tās viena otru papildina. Šis princips piešķir DNS molekulai unikālu pašreplikācijas īpašību. Īpaši proteīni – fermenti – pārvieto un sarauj ūdeņraža saites starp abu ķēžu slāpekļa bāzēm. Rezultātā veidojas divas brīvas nukleotīdu ķēdes, kuras pēc komplementaritātes principa noslēdz šūnas citoplazmā un kodolā pieejamie brīvie nukleotīdi. Tas noved pie divu DNS virkņu veidošanās no viena vecāka.
Ģenētiskais kods un tā noslēpumi
DNS pētījumi ļauj izprast katra organisma individualitāti. To var viegli redzēt no piemēra par audu nesaderību orgānu transplantācijās nodonors saņēmējam. "Svešu" orgānu, piemēram, donora ādu, saņēmēja ķermenis uztver kā naidīgu. Tas sāk imūnreakciju ķēdi, tiek ražotas antivielas, un orgāns neiesakņojas. Izņēmums šajā situācijā var būt fakts, ka donors un saņēmējs ir identiski dvīņi. Šie divi organismi cēlušies no vienas šūnas un tiem ir vienāds iedzimto faktoru kopums. Orgānu transplantācijas laikā šajā gadījumā antivielas neveidojas, un gandrīz vienmēr orgāns pilnībā iesakņojas.
DNS kā galvenā ģenētiskās informācijas nesēja definīcija tika noteikta empīriski. Bakteriologs F. Grifits veica interesantu eksperimentu ar pneimokokiem. Viņš injicēja pelēm patogēna devu. Vakcīnas bija divu veidu: A forma ar polisaharīdu kapsulu un B forma bez kapsulas, abas ir iedzimtas. Pirmā suga tika termiski iznīcināta, bet otrā pelēm nekādas briesmas neradīja. Kāds bija bakteriologa pārsteigums, kad visas peles nomira no pneimokoku A formas. Tad zinātnieka galvā radās pamatots jautājums par to, kā tika pārnests ģenētiskais materiāls - caur proteīnu, polisaharīdu vai DNS? Gandrīz divdesmit gadus vēlāk amerikāņu zinātniekam Osvaldam Teodoram Eiverijam izdevās atbildēt uz šo jautājumu. Viņš izveidoja virkni ekskluzīvu eksperimentu un atklāja, ka, iznīcinot proteīnu un polisaharīdu, mantojums turpinās. Iedzimtas informācijas nodošana tika pabeigta tikai pēc DNS struktūras iznīcināšanas. Tas noveda pie postulāta: molekula, kurā ir iedzimta informācija, ir atbildīga par iedzimtas informācijas pārraidi.
DNS struktūra atklātaun ģenētiskais kods ir ļāvis cilvēcei spert milzīgu soli uz priekšu tādu jomu kā medicīna, kriminālistika, rūpniecība un lauksaimniecība attīstībā.
DNS analīze tiesu ekspertīzē
Šobrīd progresīvā kriminālprocesu un civilprocesu uzskaite nav pilnīga bez ģenētiskās analīzes izmantošanas. DNS ekspertīzi veic tiesu ekspertīzē bioloģiskā materiāla izpētei. Ar šī pētījuma palīdzību kriminālistika var atklāt iebrucēja vai upura pēdas uz priekšmetiem vai ķermeņiem.
Ģenētiskā ekspertīze balstās uz marķieru salīdzinošu analīzi cilvēku bioloģiskajos paraugos, kas sniedz mums informāciju par saistību esamību vai neesamību starp tiem. Katrai personai ir unikāla "ģenētiskā pase" - tā ir viņa DNS, kas glabā pilnīgu informāciju.
Tiesu medicīnas ekspertīzē tiek izmantota augstas precizitātes metode, ko sauc par pirkstu nospiedumu noņemšanu. Tas tika izgudrots Apvienotajā Karalistē 1984. gadā un ir bioloģisko paraugu: siekalu, spermas, matu, epitēlija vai ķermeņa šķidrumu paraugu izpēte, lai tajos identificētu noziedznieka pēdas. Tādējādi DNS ekspertīze ir paredzēta, lai noskaidrotu noteiktas personas vainu vai nevainību prettiesiskās darbībās, noskaidrotu apšaubāmas mātes vai paternitātes gadījumus.
Pagājušā gadsimta sešdesmitajos gados vācu speciālisti organizēja biedrību genoma izpētes veicināšanai tiesu un juridiskajā jomā. Līdz deviņdesmito gadu sākumam izveidotsspeciāla komisija, kas publicē šajā jomā nozīmīgus darbus un atklājumus, būdams standartu likumdevējs tiesu ekspertīzes darbā. 1991. gadā šai organizācijai tika piešķirts nosaukums "Starptautiskā kriminālistikas ģenētiķu biedrība". Šobrīd tajā ir vairāk nekā tūkstotis darbinieku un 60 globāli uzņēmumi, kas nodarbojas ar pētījumiem tiesvedības jomā: seroloģija, molekulārā ģenētika, matemātika, biostatika. Tas pasaules tiesu medicīnas praksē ir ieviesis vienotus augstus standartus, kas uzlabo noziegumu atklāšanu. DNS tiesu ekspertīzi veic specializētās laboratorijās, kas ir daļa no valsts tiesu un tiesību sistēmas kompleksa.
Tiesu genomiskās analīzes problēmas
Tiesu medicīnas ekspertu galvenais uzdevums ir izmeklēt iesniegtos paraugus un veikt DNS slēdzienu, pēc kura iespējams noteikt personas bioloģiskos "nospiedumus" vai konstatēt asinsradniecību.
DNS paraugus var saturēt šādos bioloģiskajos materiālos:
- sviedru pēdas;
- bioloģisko audu gabaliņi (āda, nagi, muskuļi, kauli);
- ķermeņa šķidrumi (sviedri, asinis, sperma, transcelulārais šķidrums utt.);
- mati (jābūt matu folikulām).
Tiesu medicīnas ekspertīzes veikšanai speciālistam tiek uzrādīti lietiskie pierādījumi no nozieguma vietas, kas satur ģenētisko materiālu un pierādījumus.
Šobrīd vairākās progresīvās valstīs tiek veidota noziedzīgo DNS datubāze. Tas uzlabo atklāšanunoziegumi pat ar beidzies noilguma termiņš. DNS molekulu var uzglabāt daudzus gadsimtus bez izmaiņām. Tāpat informācija lieti noderēs personas identificēšanai cilvēku masveida nāves gadījumā.
Tiesību akts un DNS kriminālistikas perspektīvas
Krievijā 2009. gadā tika pieņemts likums "Par obligāto genoma fiksāciju". Šī procedūra tiek veikta ieslodzītajiem, kā arī personām, kuru identitāte nav noskaidrota. Pilsoņi, kuri nav iekļauti šajā sarakstā, pārbaudi veic brīvprātīgi. Ko var dot šāda ģenētiskā bāze:
- samazināt zvērības un samazināt noziedzību;
- var kļūt par galveno pierādījumu faktu nozieguma atklāšanā;
- atrisiniet mantojuma problēmu strīdīgos gadījumos;
- lai noskaidrotu patiesību tēva un mātes statusa jautājumos.
DNS slēdziens var sniegt arī interesantu informāciju par cilvēka personību: ģenētisko noslieci uz slimībām un atkarībām, kā arī tieksmi izdarīt noziegumus. Pārsteidzošs fakts: zinātnieki ir atklājuši noteiktu gēnu, kas ir atbildīgs par cilvēka tieksmi pastrādāt zvērības.
DNS ekspertīzes ekspertīzes jomā ir palīdzējušas atrisināt vairāk nekā 15 000 noziegumu visā pasaulē. Īpaši aizraujoši ir tas, ka krimināllietu iespējams atrisināt tikai pēc mata vai noziedznieka ādas gabala. Šādas bāzes izveide paredz lielas perspektīvas ne tikai tiesu jomā, bet arī tādās nozarēs kā medicīna un farmācija. DNS izpēte palīdz tikt galā ar grūti ārstējamām iedzimtām slimībām.
ProcedūraDNS analīzes veikšana. Paternitātes noteikšana (maternitāte)
Šobrīd ir daudzas privātas un valsts akreditētas laboratorijas, kurās var veikt DNS analīzi. Šī pārbaude ir balstīta uz DNS fragmentu (lokusu) salīdzinājumu divos paraugos: paredzētajam vecākam un bērnam. Loģiski, ka bērns 50% savu gēnu saņem no vecākiem. Tas izskaidro līdzību ar mammu un tēti. Ja salīdzinām noteiktu bērna DNS sadaļu ar līdzīgu iecerētā vecāka DNS sadaļu, tad tās būs vienādas ar 50% varbūtību, tas ir, sakritīs 6 no 12 lokusiem.%. %. Ja sakrīt tikai viens no divpadsmit lokiem, šī varbūtība tiek samazināta līdz minimumam. Ir daudzas akreditētas laboratorijas, kurās DNS testēšanu var veikt privāti.
Analīzes precizitāti ietekmē pētījumam ņemto loku raksturs un skaits. DNS pētījumi ir parādījuši, ka visu planētas cilvēku ģenētiskais materiāls sakrīt par 99%. Ja ņemsim analīzei šīs līdzīgās DNS daļas, var izrādīties, ka, piemēram, Austrālijas aborigēns un angliete būs absolūti identiskas personības. Tāpēc precīzam pētījumam tiek ņemtas katrai personai unikālas jomas. Jo vairāk šādu apgabalu tiks pakļauti pētījumiem, jo lielāka ir analīzes precizitātes iespējamība. Piemēram, ar visrūpīgāko un kvalitatīvāko 16 STR izpēti, secinājumsDNS tiks iegūta ar precizitāti 99,9999%, apstiprinot maternitātes/paternitātes iespējamību un 100%, ja atspēkojot faktu.
Tuvu attiecību nodibināšana (vecmāmiņa, vectēvs, brāļameita, brāļadēls, tante, onkulis)
DNS analīze attiecībām būtiski neatšķiras no paternitātes un mātes stāvokļa pārbaudes. Atšķirība ir tāda, ka koplietotās ģenētiskās informācijas apjoms būs uz pusi mazāks nekā paternitātes testā, un tas būs aptuveni 25%, ja 3 no 12 lokusiem precīzi sakrīt. Turklāt jāievēro arī nosacījums, ka radinieki, starp kuriem nodibināta radniecība, pieder vienai līnijai (pēc mātes vai tēva). Ir svarīgi, lai DNS analīzes atšifrējums būtu pēc iespējas ticamāks.
DNS līdzību noteikšana starp brāļiem un māsām
Brāļi un māsas no saviem vecākiem saņem vienu gēnu komplektu, tāpēc DNS testēšana atklāj 75-99% vienādu gēnu (identisko dvīņu gadījumā - 100%). Pusbrāļiem un māsām var būt tikai ne vairāk kā 50% vienādu gēnu un tikai tie, kas tiek nodoti pa mātes līniju. DNS tests var ar 100% precizitāti parādīt, vai brāļi un māsas ir brāļi un māsas vai pabrāļi.
DNS tests dvīņiem
Bioloģiskās izcelsmes dvīņi ir identiski (homozigoti) vai dizigoti (heterozigoti). Homozigoti dvīņi attīstās no vienas apaugļotas šūnas, ir tikai viena dzimuma un ir pilnīgi identiski pēc genotipa. Heterozigots veidojas no dažādiem apaugļotiemolas, ir dažāda dzimuma un tām ir nelielas atšķirības DNS. Ģenētiskā pārbaude spēj ar 100% precizitāti noteikt, vai dvīņi ir monozigoti vai heterozigoti.
Y hromosomu DNS pārbaude
Y-hromosomas pārnešana notiek no tēva uz dēlu. Ar šāda veida analīžu palīdzību ir iespējams ar augstu precizitāti noteikt, vai vīrieši ir vienas ģimenes locekļi un cik cieši viņi ir radniecīgi. Y-hromosomas DNS noteikšanu bieži izmanto, lai izveidotu ciltskoku.
Mitohondriju DNS analīze
MtDNS tiek mantota caur mātes līniju. Tāpēc šāda veida pārbaude ir ļoti informatīva, lai izsekotu radniecību caur mātes pusi. Zinātnieki izmanto mtDNS analīzi, lai kontrolētu evolūcijas un migrācijas procesus, kā arī identificētu cilvēkus. MtDNS struktūra ir tāda, ka tajā var atšķirt divus hipermainīgos reģionus HRV1 un HRV2. Veicot HRV1 lokusa izpēti un salīdzinot to ar Kembridžas standarta secību, var iegūt DNS slēdzienu par to, vai pētāmās personas ir radinieki, vai viņi pieder vienai etniskajai grupai, vienai tautībai, vienai mātes līnijai.
Ģenētiskās informācijas atšifrēšana
Kopā cilvēkam ir aptuveni simts tūkstoši gēnu. Tie ir iekodēti secībā, kas sastāv no trīs miljardiem burtu. Kā minēts iepriekš, DNS ir dubultās spirāles struktūra, kas ir savstarpēji savienota ar ķīmisku saiti. Ģenētiskais kods sastāv no daudzām piecu nukleotīdu variācijām, kas apzīmētas: A (adenīns), C(citozīns), T (timīns), G (guanīns) un U (uracils). Nukleotīdu lokalizācijas secība DNS nosaka aminoskābju secību proteīna molekulā.
Zinātnieki ir atklājuši dīvainu faktu, ka aptuveni 90% DNS ķēdes ir sava veida ģenētiski izdedži, kas nenes svarīgu informāciju par cilvēka genomu. Atlikušie 10% ir sadalīti savos gēnos un regulējošajos reģionos.
Ir gadījumi, kad DNS ķēdes dubultošana (replikācija) neizdodas. Šādi procesi izraisa mutāciju parādīšanos. Pat minimāla viena nukleotīda kļūda var izraisīt iedzimtas slimības attīstību, kas cilvēkiem var būt letāla. Kopumā zinātnieki zina aptuveni 4000 šādu traucējumu. Slimības bīstamība ir atkarīga no tā, kuru DNS ķēdes daļu mutācija ietekmēs. Ja šī ir ģenētisko izdedžu zona, kļūda var palikt nepamanīta. Tas neietekmēs normālu darbību. Ja replikācijas kļūme notiek svarīgā ģenētiskā segmentā, tad šāda kļūda var maksāt cilvēkam dzīvību. DNS izpēte no šīs pozīcijas palīdzēs ģenētiķiem atrast veidu, kā novērst gēnu mutācijas un uzveikt iedzimtas slimības.
DNS ģenētiskā koda tabula palīdz ģenētiskajiem zinātniekiem apkopot pilnīgu informāciju par cilvēka genomu.
| Aminoskābe | mRNS kodoni |
|
Argīnskābe Lizīns Izoleicīns Alanīna Arginīns Leicīns Glicīns Triptofāns Metionīns Glutamīns Valīns Cisteīns Proline Asparagīnskābe Serīna Histidīns Asparagīns Treonīns Tirozīns |
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 |
Ģenētiskā skrīnings plānošanas laikā un grūtniecības laikā
Ģenētikas zinātnieki iesaka pāriem veikt ģenētisko izpēti pēcnācēju plānošanas stadijā. Tādā gadījumā jau iepriekš var uzzināt par iespējamām izmaiņām organismā, izvērtēt riskus radīt bērnus ar patoloģijām un noteikt ģenētiski pārmantotu slimību klātbūtni. Taču prakse rāda, ka sievietēm DNS testi visbiežāk tiek veikti grūtniecības laikā. Šādos apstākļos tiks iegūta informācija arī par augļa anomāliju iespējamību.
Ģenētiskā skrīnings ir brīvprātīgs. Bet ir vairāki iemesli, kāpēc sievietei jāveic šāds pētījums. Šie rādījumi ietver:
- bioloģiskais vecums virs 35;
- iedzimtas mātes slimības;
- spontāno abortu un nedzīvi dzimušo bērnu vēsturebērni;
- mutagēno faktoru klātbūtne ieņemšanas laikā: radioaktīvais un rentgena starojums, alkohola un narkotiku atkarības klātbūtne vecākiem;
- iepriekš dzimuši bērni ar attīstības patoloģijām;
- vīrusu slimības, ko pārnēsā grūtniece (īpaši masaliņas, toksoplazmoze un gripa);
- ultraskaņas indikācijas.
Asins analīze DNS noteikšanai, visticamāk, noteiks gaidāmā mazuļa noslieci uz sirds un asinsvadu, kaulu, plaušu, kuņģa-zarnu trakta un endokrīnās sistēmas slimībām. Šis pētījums parāda arī risku iegūt bērnu ar Dauna un Edvarda sindromu. DNS ziņojums sniegs ārstam pilnīgu priekšstatu par sievietes un bērna stāvokli un ļaus viņiem noteikt pareizu koriģējošu ārstēšanu.
Ģenētiskās izpētes metodes grūtniecības laikā
Tradicionālās pētniecības metodes ietver ultraskaņu un bioķīmisko asins analīzi, tās nerada nekādu apdraudējumu sievietei un auglim. Šī ir tā sauktā grūtnieču skrīnings, kas tiek veikts divos posmos. Pirmais tiek veikts 12-14 nedēļu gestācijas vecumā un ļauj identificēt nopietnus augļa traucējumus. Otrais posms tiek veikts 20-24 nedēļā un sniedz informāciju par nelielām patoloģijām, kas var rasties mazulim. Ja ir pierādījumi vai šaubas, ārsti var nozīmēt invazīvas analīzes metodes:
- Amniocentēze vai amnija šķidruma paraugu ņemšana pētniecībai. Ar speciālu adatu tiek veikta punkcija dzemdē, tiek savākts nepieciešamais amnija šķidruma daudzums.analīze. Šīs manipulācijas tiek veiktas ultraskaņas kontrolē, lai izvairītos no savainojumiem.
- Horiona biopsija - placentas šūnu paraugu ņemšana.
- Grūtniecēm, kurām ir bijusi infekcija, tiek nozīmēta placentoģenēze. Šī ir diezgan nopietna operācija un tiek veikta, sākot no divdesmitās grūtniecības nedēļas vispārējā anestēzijā;
- Nabassaites asiņu paraugu ņemšana un analīze vai kordocentēze. To var izdarīt tikai pēc 18. grūtniecības nedēļas
Tādējādi no ģenētiskās analīzes ir iespējams uzzināt, kāds būs jūsu bērnam, ilgi pirms dzimšanas.
DNS testēšanas izmaksas
Vienkāršam nespeciālistam, kurš ar šo procedūru nesaskaras, pēc šī raksta izlasīšanas rodas pamatots jautājums: "Cik maksā DNS ekspertīze?". Ir vērts atzīmēt, ka šīs procedūras cena ir atkarīga no izvēlētā pētījuma profila. Šeit ir norādītas aptuvenās DNS testa izmaksas:
- paternitāte (maternitāte) – 23000 rubļu;
- ciešas attiecības - 39000 rubļu;
- brālēns - 41 000 rubļu;
- brāļa/pusbrāļa (māsas) dibināšana – 36 000 rubļu;
- dvīņu tests - 21000 rubļu;
- Y-hromosomai - 14 000 rubļu;
- par mtDNA - 15000 rubļu;
- konsultācijas par radniecības nodibināšanu: mutiski - 700 rubļi, rakstiski - 1400 rubļi
Pēdējos gados zinātnieki ir veikuši daudzus lieliskus atklājumus, kas no jauna definē zinātniskās pasaules postulātus. DNS izpēte turpinās. Zinātniekus virza liela vēlme atklāt cilvēka ģenētiskā koda noslēpumu. Daudz kas jau ir atklāts un izpētīts, bet cik daudz nezināmā vēl priekšā! Progress nav tā vērtsvietā, un DNS tehnoloģija ir stingri iestrādāta katra cilvēka dzīvē. Šīs noslēpumainās un unikālās struktūras, kas ir daudz noslēpumu pilna, turpmāka izpēte atklās cilvēcei milzīgu skaitu jaunu faktu.
