Prof. dr hab. n. med. Krzysztof
Prof. dr hab. n. med. Krzysztof
CHOMICZEWSKI
CHOMICZEWSKI
GENETYKA
GENETYKA
(PODSTAWY GENETYKI
(PODSTAWY GENETYKI
MEDYCZNEJ)
MEDYCZNEJ)
Rok akademicki 2009/2010, Studia
magisterskie, rok I
cz.I (wykłady 1-10).
Na prawach rękopisu! Kategoryczny
zakaz rozpowszechniania.
Wykłady oparte głównie na podręcznikach
przedstawionych na przezroczach nr 3 i 4.
1
WPROWADZENIE
MOLEKULARNE PODSTAWY GENETYKI
2
3
4
Genetyka (ze starożytnej
greki: γένεσις genesis -
"pochodzenie„).
Nauka o dziedziczności i
zmienności organizmów, które są
oparte na informacji zawartej w
podstawowych jednostkach
dziedziczności - genach
5
Genetyka jest nauką, która zajmuje się
strukturą i funkcjonowaniem wszystkich
genów w różnych organizmach (analizą
biologicznych różnic).
Najnowsze metody badawcze i obserwacje,
poczynione szczególnie w ostatnich 10-20
latach, pomogły zintegrować ten obszar wiedzy
w główny nurt nauk biologicznych i
medycznych. Obecnie odgrywa on główną,
integrującą rolę w tych dyscyplinach.
6
Genetyka jest ściśle powiązana ze wszystkimi
medycznymi specjalizacjami.
Znajomość podstawowych zasad i zastosowań
genetyki w diagnostyce staje się podstawową
częścią współczesnej edukacji medycznej
7
8
Molekularne podstawy genetyki;
Komórki prokariotyczne i eukariotyczne;
Genetyka klasyczna;
Chromosomy;
Podstawy genomiki;
Interakcje komórkowe;
Genetyka w praktyce klinicznej:
choroby genetycznie uwarunkowane,
aberracje chromosomowe,
choroby monogenowe,
choroby autosomalne dominujące,
choroby sprzężone z chromosomem X,
choroby wywołane mutacjami,
choroby wielogenowe
nowotwory występujące sporadycznie i
rodzinne,
terapia genowa.
Każda komórka osoby dorosłej zawiera w
Każda komórka osoby dorosłej zawiera w
swoim jądrze program z trwałą
swoim jądrze program z trwałą
informacją na całe życie.
informacją na całe życie.
Dzięki niemu człowiek wchodzi w
Dzięki niemu człowiek wchodzi w
interakcje ze środowiskiem zewnętrznym
interakcje ze środowiskiem zewnętrznym
nie tylko przez narządy czuciowe, które
nie tylko przez narządy czuciowe, które
pozwalają mu widzieć, słyszeć, czuć
pozwalają mu widzieć, słyszeć, czuć
smak, odczuwać ciepło, zimno i ból oraz
smak, odczuwać ciepło, zimno i ból oraz
komunikować się ze światem, lecz także
komunikować się ze światem, lecz także
potrafi zapamiętywać i integrować
potrafi zapamiętywać i integrować
bodźce zewnętrzne w spójne zachowanie.
bodźce zewnętrzne w spójne zachowanie.
9
Program ten umożliwia też
Program ten umożliwia też
zamianę tlenu atmosferycznego i
zamianę tlenu atmosferycznego i
przyjmowanego pożywienia w
przyjmowanego pożywienia w
energię oraz regulację syntezy i
energię oraz regulację syntezy i
transportu ważnych biologicznie
transportu ważnych biologicznie
cząsteczek w organizmie.
cząsteczek w organizmie.
10
Immunologiczna obrona
Immunologiczna obrona
organizmu skierowana przeciw
organizmu skierowana przeciw
inwazji np. wirusów, bakterii czy
inwazji np. wirusów, bakterii czy
grzybów jest także częścią tego
grzybów jest także częścią tego
programu.
programu.
Określa on też kształt oraz
Określa on też kształt oraz
ruchomość kości, mięśni i skóry.
ruchomość kości, mięśni i skóry.
11
Los każdej komórki
Los każdej komórki
determinowany jest mechanizmem
determinowany jest mechanizmem
kontroli jej podziału i różnicowania
kontroli jej podziału i różnicowania
się w określone typy komórek,
się w określone typy komórek,
tkanek, wzajemnych interakcji
tkanek, wzajemnych interakcji
międzykomórkowych oraz
międzykomórkowych oraz
właściwego przetwarzania
właściwego przetwarzania
sygnałów zewnątrz- i
sygnałów zewnątrz- i
wewnątrzkomórkowych.
wewnątrzkomórkowych.
12
Nawet tak różne obszary
Nawet tak różne obszary
działania, jak reprodukcja,
działania, jak reprodukcja,
detoksykacja czy wydalanie
detoksykacja czy wydalanie
cząsteczek, które nie są już
cząsteczek, które nie są już
organizmowi potrzebne - jak i wiele
organizmowi potrzebne - jak i wiele
innych funkcji życiowych - zależą
innych funkcji życiowych - zależą
także od tego programu.
także od tego programu.
13
Cały ten program komórkowy
Cały ten program komórkowy
determinowany jest genetycznie.
determinowany jest genetycznie.
Jest przekazywany z komórki do obu
Jest przekazywany z komórki do obu
jej siostrzanych komórek powstałych
jej siostrzanych komórek powstałych
podczas każdego podziału
podczas każdego podziału
komórkowego, a także przekazywany
komórkowego, a także przekazywany
z pokolenia na pokolenie przez
z pokolenia na pokolenie przez
wyspecjalizowane komórki płciowe
wyspecjalizowane komórki płciowe
(oocyty i plemniki).
(oocyty i plemniki).
14
W procesie tym musi być
W procesie tym musi być
bezbłędnie utrzymana zarówno
bezbłędnie utrzymana zarówno
integralność programu
integralność programu
genetycznego, jak i jego
genetycznego, jak i jego
zdolności adaptacyjne do stale
zdolności adaptacyjne do stale
zmieniających się warunków
zmieniających się warunków
środowiska zewnętrznego.
środowiska zewnętrznego.
15
Jest to przedsięwzięcie ogromne
Jest to przedsięwzięcie ogromne
i niezwykle skomplikowane
i niezwykle skomplikowane.
Nie może zatem dziwić fakt, że
Nie może zatem dziwić fakt, że
błędy w przekazywaniu i realizacji
błędy w przekazywaniu i realizacji
informacji genetycznej pojawiają
informacji genetycznej pojawiają
się często, pomimo istnienia we
się często, pomimo istnienia we
wszystkich żyjących organizmach
wszystkich żyjących organizmach
złożonego mechanizmu ich
złożonego mechanizmu ich
rozpoznawania i naprawy.
rozpoznawania i naprawy.
16
Wszystkie procesy biologiczne
Wszystkie procesy biologiczne
są rezultatem reakcji
są rezultatem reakcji
biochemicznych między
biochemicznych między
cząsteczkami biologicznymi -
cząsteczkami biologicznymi -
białkami.
białkami.
Biorą one udział w
Biorą one udział w
produkcji prawie wszystkich
produkcji prawie wszystkich
związków (także innych białek)
związków (także innych białek)
obecnych w komórkach żywych
obecnych w komórkach żywych
organizmów.
organizmów.
17
Białka zbudowane są z
Białka zbudowane są z
dziesiątek, a nawet setek
dziesiątek, a nawet setek
aminokwasów, linearnie ze sobą
aminokwasów, linearnie ze sobą
połączonych w polipeptydy,
połączonych w polipeptydy,
które z kolei organizowane są w
które z kolei organizowane są w
specyficzne, trójwymiarowe
specyficzne, trójwymiarowe
struktury, często w kombinacji z
struktury, często w kombinacji z
innymi polipeptydami.
innymi polipeptydami.
18
19
Informacja genetyczna
Informacja genetyczna
jest komórkowym
jest komórkowym
wzorem, według którego
wzorem, według którego
tworzone są w każdej
tworzone są w każdej
komórce określone
komórce określone
białka !
białka !
Większość komórek nie produkuje
Większość komórek nie produkuje
wszystkich, a tylko niektóre białka,
wszystkich, a tylko niektóre białka,
specyficzne dla danego typu komórki.
specyficzne dla danego typu komórki.
20
Każdy z 20 aminokwasów
Każdy z 20 aminokwasów
wykorzystywanych przez żywe
wykorzystywanych przez żywe
organizmy kodowany jest przez trzy
organizmy kodowany jest przez trzy
specyficzne struktury chemiczne,
specyficzne struktury chemiczne,
nukleotydy
nukleotydy
, będące częścią dużej
, będące częścią dużej
cząsteczki- kwasu
cząsteczki- kwasu
deoksyrybonukleinowego.
deoksyrybonukleinowego.
DNA jest jedyną, odczytywalną
DNA jest jedyną, odczytywalną
pamięcią systemu informacji
pamięcią systemu informacji
genetycznej.
genetycznej.
21
Nukleotydy
Nukleotydy
– organiczne związki
– organiczne związki
chemiczne z grupy estrów fosforanowych. Są
chemiczne z grupy estrów fosforanowych. Są
to estry nukleozydów i kwasu ortofosforowego,
to estry nukleozydów i kwasu ortofosforowego,
podstawowe składniki strukturalne kwasów
podstawowe składniki strukturalne kwasów
nukleinowych.
nukleinowych.
Zbudowane są z reszty cukrowej –
Zbudowane są z reszty cukrowej –
pentozy ( w DNA – dezoksyryboza w RNA –
pentozy ( w DNA – dezoksyryboza w RNA –
ryboza), co najmniej jednej reszty fosforanowej
ryboza), co najmniej jednej reszty fosforanowej
i zasady azotowej.
i zasady azotowej.
Zasady azotowe to: adenina A, guanidyna
Zasady azotowe to: adenina A, guanidyna
G, cytozyna C, tymina T; uracyl U – występuje
G, cytozyna C, tymina T; uracyl U – występuje
tylko w RNA.
tylko w RNA.
W przeciwieństwie do binarnego systemu
W przeciwieństwie do binarnego systemu
zerojedynkowego używanego w komputerach
zerojedynkowego używanego w komputerach
(bit, który tworzy bajt to 8 podwójnych cyfr),
(bit, który tworzy bajt to 8 podwójnych cyfr),
kod genetyczny świata
kod genetyczny świata
ożywionego używa
ożywionego używa
, mówiąc językiem
, mówiąc językiem
potocznym,
potocznym,
czwórkowego systemu
czwórkowego systemu
opartego na czterech
opartego na czterech
nukleotydach, których zapis
nukleotydach, których zapis
A
A
(
(
adenina
adenina
)
)
,
,
C
C
(
(
cytozyna
cytozyna
)
)
,
,
G
G
(guanina)
(guanina)
i
i
T
T
(tymina)
(tymina)
tworzą pierwsze litery ich
tworzą pierwsze litery ich
nazw chemicznych
nazw chemicznych
pochodzące od
pochodzące od
nazw zasad azotowych
nazw zasad azotowych
.
.
23
Linearna sekwencja aminokwasów
Linearna sekwencja aminokwasów
w białku jest kodowana przez
w białku jest kodowana przez
odpowiednią sekwencję kodonu w
odpowiednią sekwencję kodonu w
DNA (
DNA (kod genetyczny
kod genetyczny
).
).
Kod genetyczny jest zapisem
Kod genetyczny jest zapisem
uniwersalnym i używany jest
uniwersalnym i używany jest
przez wszystkie żywe komórki,
przez wszystkie żywe komórki,
także roślinne, oraz wirusy.
także roślinne, oraz wirusy.
24
Każda jednostka informacji
Każda jednostka informacji
genetycznej nazywana jest
genetycznej nazywana jest genem
genem
.
Gen
Gen
stanowi odpowiednik
stanowi odpowiednik
pojedynczego zdania w tekście
pojedynczego zdania w tekście.
W zasadzie można powiedzieć, że istnieje
znaczna analogia pomiędzy informacją
genetyczną a napisanym tekstem, może
być bowiem przechowywana w pamięci.
25
W zależności od złożoności
W zależności od złożoności
organizmu liczba jego genów
organizmu liczba jego genów
może być niewielka, tak jak w
może być niewielka, tak jak w
przypadku wirusów czy bakterii
przypadku wirusów czy bakterii
(10 genów w małym bakteriofagu
(10 genów w małym bakteriofagu
lub 4289 genów w
lub 4289 genów w
Escherichia
Escherichia
coli),
coli),
średnia (6241 genów w
średnia (6241 genów w
drożdżach, 13 601 w
drożdżach, 13 601 w
Drosophila
Drosophila
)
)
lub duża (
lub duża (
około 80 000 u
około 80 000 u
człowieka i innych ssaków
człowieka i innych ssaków
).
).
26
Geny mogą wraz z innymi, o
Geny mogą wraz z innymi, o
podobnych funkcjach genami, tworzyć
podobnych funkcjach genami, tworzyć
rodziny genów, tak jak ma to miejsce u
rodziny genów, tak jak ma to miejsce u
białek pełniących podobne funkcje w
białek pełniących podobne funkcje w
określonych procesach
określonych procesach
metabolicznych.
metabolicznych.
Ocenia się, że ludzkie geny tworzą
Ocenia się, że ludzkie geny tworzą
około 1000 takich rodzin genowych.
około 1000 takich rodzin genowych.
Każda taka rodzina powstaje w
Każda taka rodzina powstaje w
procesie ewolucji z jednego
procesie ewolucji z jednego
pierwotnego genu lub z kilku genów.
pierwotnego genu lub z kilku genów.
27
Całość genów i DNA zawartych w
Całość genów i DNA zawartych w
każdej komórce organizmu nazywana
każdej komórce organizmu nazywana
jest
jest genomem
genomem
.
Analogicznie, całość białek zawartych
Analogicznie, całość białek zawartych
w organizmie nazywana jest
w organizmie nazywana jest
proteomem
proteomem
.
Tak też nazywają się dziedziny badań
dotyczące odpowiednio jednych i drugich:
genomika
i
proteomika
.
28
Interesujący i zastanawiający jest
Interesujący i zastanawiający jest
fakt, że ponad 90% z 3 miliardów (3 x
fakt, że ponad 90% z 3 miliardów (3 x
10
10
9
9
) par zasad w DNA organizmów
) par zasad w DNA organizmów
wyżej zorganizowanych nie zawiera
wyżej zorganizowanych nie zawiera
żadnej zakodowanej informacji.
żadnej zakodowanej informacji.
Linearny tekst z informacją zawartą w
Linearny tekst z informacją zawartą w
zakodowanej sekwencji DNA genu nie
zakodowanej sekwencji DNA genu nie
może być odczytany bezpośrednio.
może być odczytany bezpośrednio.
29
Najpierw jego całkowita sekwencja ulega
Najpierw jego całkowita sekwencja ulega
transkrypcji
transkrypcji
(przepisywaniu)
(przepisywaniu)
na określoną
na określoną
strukturalnie cząsteczkę z odpowiadającymi
strukturalnie cząsteczkę z odpowiadającymi
jej sekwencjami kodonów.
jej sekwencjami kodonów.
Tą cząsteczką jest RNA (kwas
Tą cząsteczką jest RNA (kwas
rybonukleinowy), ponieważ zawiera w
rybonukleinowy), ponieważ zawiera w
swojej strukturze rybozę zamiast
swojej strukturze rybozę zamiast
deoksyrybozy
deoksyrybozy
.
.
Z tej cząsteczki usuwane są przez specjalne
Z tej cząsteczki usuwane są przez specjalne
enzymy introny (części niekodujące),
enzymy introny (części niekodujące),
natomiast eksony (części kodujące) są
natomiast eksony (części kodujące) są
sklejane razem w końcową cząsteczkę,
sklejane razem w końcową cząsteczkę,
zwaną informacyjnym RNA (mRNA)
zwaną informacyjnym RNA (mRNA)
30
W procesie nazywanym
W procesie nazywanym
translacją
translacją
z cząsteczki tej
z cząsteczki tej
zakodowana sekwencja
zakodowana sekwencja
aminokwasów (polipeptyd) jest
aminokwasów (polipeptyd) jest
odczytywana, a dokonuje się to
odczytywana, a dokonuje się to
w złożonej strukturze
w złożonej strukturze
komórkowej (rybosomy).
komórkowej (rybosomy).
31
Geny pełniące takie same lub
Geny pełniące takie same lub
podobne funkcje w różnych
podobne funkcje w różnych
organizmach są identyczne lub
organizmach są identyczne lub
podobne
podobne
.
.
Wyraża się to stopniem
Wyraża się to stopniem
strukturalnego lub funkcjonalnego
strukturalnego lub funkcjonalnego
podobieństwa.
podobieństwa.
Przyczyną takiego stanu rzeczy
Przyczyną takiego stanu rzeczy
był proces ewolucji.
był proces ewolucji.
32
Wszystkie żyjące
Wszystkie żyjące
organizmy są powiązane ze
organizmy są powiązane ze
sobą ze względu na fakt
sobą ze względu na fakt
podobieństwa ich genów.
podobieństwa ich genów.
33
Dlatego też struktury genów
Dlatego też struktury genów
kontrolujących podstawowe funkcje
kontrolujących podstawowe funkcje
życiowe organizmu, np. kontrolujących
życiowe organizmu, np. kontrolujących
cykl komórkowy lub rozwój embrionalny
cykl komórkowy lub rozwój embrionalny
czy procesy różnicowania komórkowego,
czy procesy różnicowania komórkowego,
są chronione i przetrwały w
są chronione i przetrwały w
niezmienionej postaci w ogromnej
niezmienionej postaci w ogromnej
grupie różnych organizmów.
grupie różnych organizmów.
Geny te są podobne, a nawet identyczne
Geny te są podobne, a nawet identyczne
u organizmów bardzo od siebie
u organizmów bardzo od siebie
odległych ewolucyjnie, takich jak
odległych ewolucyjnie, takich jak
drożdże, owady, robaki, kręgowce,
drożdże, owady, robaki, kręgowce,
ssaki, a nawet rośliny.
ssaki, a nawet rośliny.
34
Geny o podstawowym znaczeniu
Geny o podstawowym znaczeniu
nie tolerują zmian (mutacji), ponieważ
nie tolerują zmian (mutacji), ponieważ
skutkowałyby one zmianą ich funkcji.
skutkowałyby one zmianą ich funkcji.
W rezultacie mutacje uszkadzające
W rezultacie mutacje uszkadzające
tych genów nie występują często.
tych genów nie występują często.
Podobne lub identyczne geny
Podobne lub identyczne geny
obecne u różnych organizmów są
obecne u różnych organizmów są
określane mianem konserwatywnych,
określane mianem konserwatywnych,
zachowanych bez zmian w procesie
zachowanych bez zmian w procesie
ewolucji.
ewolucji.
35
Wszystkie żywe organizmy
Wszystkie żywe organizmy
wypracowały mechanizmy i systemy
wypracowały mechanizmy i systemy
komórkowe w celu zachowania pełnej
komórkowe w celu zachowania pełnej
integralności DNA i genów, potrafią
integralności DNA i genów, potrafią
rozpoznawać i eliminować zaistniałe
rozpoznawać i eliminować zaistniałe
błędy (naprawa DNA).
błędy (naprawa DNA).
Mechanizmy
Mechanizmy
te pozwalają np. zniszczyć komórkę
te pozwalają np. zniszczyć komórkę
przez zaprogramowaną jej śmierć
przez zaprogramowaną jej śmierć
(apoptosis),
(apoptosis),
jeśli powstały defekt nie
jeśli powstały defekt nie
może być skutecznie naprawiony.
może być skutecznie naprawiony.
36
Inaczej aniżeli w przypadku struktur
Inaczej aniżeli w przypadku struktur
konserwatywnych DNA zachowanych
konserwatywnych DNA zachowanych
w procesie ewolucji przedstawia się
w procesie ewolucji przedstawia się
problem innych, nie tak ważnych
problem innych, nie tak ważnych
sekwencji DNA.
sekwencji DNA.
Wykazują dużą
Wykazują dużą
zmienność nawet u osobników tego
zmienność nawet u osobników tego
samego gatunku.
samego gatunku.
Te osobnicze różnice (
Te osobnicze różnice (
polimorfizm
polimorfizm
genetyczny
genetyczny
) konstytuują genetyczną
) konstytuują genetyczną
istotę unikalności każdego osobnika.
istotę unikalności każdego osobnika.
37
Co najmniej jedna na 1000 par zasad
Co najmniej jedna na 1000 par zasad
ludzkiego DNA wykazuje
ludzkiego DNA wykazuje
zróżnicowanie osobnicze (polimorfizm
zróżnicowanie osobnicze (polimorfizm
pojedynczych nukleotydów,
pojedynczych nukleotydów,
single
single
nucleotide polymorphism
nucleotide polymorphism
- SNP).
- SNP).
Istnienie wielu innych form
Istnienie wielu innych form
polimorfizmu DNA świadczy także o
polimorfizmu DNA świadczy także o
wysokim stopniu indywidualnej
wysokim stopniu indywidualnej
zmienności genetycznej.
zmienności genetycznej.
38
39
Indywidualne różnice
Indywidualne różnice
genetyczne obecne w
genetyczne obecne w
prawidłowych cyklach
prawidłowych cyklach
metabolicznych kształtują
metabolicznych kształtują
predyspozycje organizmu do
predyspozycje organizmu do
choroby, która jest rezultatem
choroby, która jest rezultatem
interakcji wielu genów ze
interakcji wielu genów ze
specyficznymi czynnikami
specyficznymi czynnikami
środowiska zewnętrznego.
środowiska zewnętrznego.
Różnice te mogą chronić
Różnice te mogą chronić
jedną osobę przed chorobą,
jedną osobę przed chorobą,
podczas gdy inną
podczas gdy inną
predysponować do
predysponować do
zachorowania.
zachorowania.
40
Takie indywidualne różnice
Takie indywidualne różnice
genetyczne mogą być celem
genetyczne mogą być celem
indywidualizowanej terapii
indywidualizowanej terapii
farmakologicznej, w której
farmakologicznej, w której
właściwie dobrany lek decyduje
właściwie dobrany lek decyduje
o wysokiej skuteczności i
o wysokiej skuteczności i
zmniejszaniu ryzyka
zmniejszaniu ryzyka
wystąpienia niekorzystnych
wystąpienia niekorzystnych
efektów ubocznych
efektów ubocznych
(farmakogenomika).
(farmakogenomika).
Populacja ludzka, mimo iż
Populacja ludzka, mimo iż
pochodzeniowo wywodzi się z
pochodzeniowo wywodzi się z
różnych rejonów geograficznych,
różnych rejonów geograficznych,
także ma wspólne korzenie
także ma wspólne korzenie
ewolucyjne.
ewolucyjne.
Fakt ten często interpretuje się
Fakt ten często interpretuje się
błędnie w odniesieniu do ras.
błędnie w odniesieniu do ras.
Współczesny człowiek pochodzi z
Współczesny człowiek pochodzi z
Afryki, z okresu sprzed około 200 000
Afryki, z okresu sprzed około 200 000
lat i zaczął migrację we wszystkie
lat i zaczął migrację we wszystkie
strony świata około 100 000 lat temu.
strony świata około 100 000 lat temu.
41
Konieczność dostosowania
Konieczność dostosowania
się do lokalnych warunków
się do lokalnych warunków
klimatycznych i różnych
klimatycznych i różnych
czynników oraz geograficzna
czynników oraz geograficzna
izolacja doprowadziły do
izolacja doprowadziły do
wyłonienia się różnych grup
wyłonienia się różnych grup
etnicznych.
etnicznych.
42
Są one rozpoznawane
Są one rozpoznawane
przez ocenę całkiem
przez ocenę całkiem
powierzchownych cech,
powierzchownych cech,
takich jak kolor skóry, oczu,
takich jak kolor skóry, oczu,
włosów, które to przejawiają
włosów, które to przejawiają
stosunkowo mały stopień
stosunkowo mały stopień
genetycznej różnorodności w
genetycznej różnorodności w
stosunku do innych populacji.
stosunku do innych populacji.
43
Mówiąc językiem genetycznym,
homo sapiens jest raczej
gatunkiem homogennym o
stosunkowo niedługim rodowodzie.
Patrząc na całość różnic
genetycznych, około 85% z nich ma
charakter różnic indywidualnych
wewnątrz danej grupy, podczas
gdy pozostałe 15% dotyczy różnic
między grupami (populacjami).
44
W przeciwieństwie do tego
W przeciwieństwie do tego
szympansy z jednej grupy w
szympansy z jednej grupy w
Zachodniej Afryce są
Zachodniej Afryce są
genetycznie bardziej
genetycznie bardziej
zróżnicowane aniżeli wszyscy
zróżnicowane aniżeli wszyscy
kiedykolwiek przebadani ludzie.
kiedykolwiek przebadani ludzie.
W efekcie ewolucji człowiek przystosował
W efekcie ewolucji człowiek przystosował
się dobrze do życia w spokoju i w
się dobrze do życia w spokoju i w
relatywnie małych grupach o podobnej
relatywnie małych grupach o podobnej
przeszłości kulturowej i językowej.
przeszłości kulturowej i językowej.
45
Genetyka nie dostarcza żadnych
Genetyka nie dostarcza żadnych
naukowych podstaw do tolerowania
naukowych podstaw do tolerowania
dyskryminacji, natomiast dostarcza
dyskryminacji, natomiast dostarcza
bezpośrednich dowodów na istnienie
bezpośrednich dowodów na istnienie
ewolucji życia na ziemi.
ewolucji życia na ziemi.
Genetyka jest nauką, która zajmuje się
Genetyka jest nauką, która zajmuje się
strukturą i funkcjonowaniem wszystkich
strukturą i funkcjonowaniem wszystkich
genów w różnych organizmach.
genów w różnych organizmach.
Najnowsze metody badawcze i
Najnowsze metody badawcze i
obserwacje, poczynione szczególnie w
obserwacje, poczynione szczególnie w
ostatnich 10-20 latach, pomogły
ostatnich 10-20 latach, pomogły
zintegrować ten obszar wiedzy w główny
zintegrować ten obszar wiedzy w główny
nurt nauk biologicznych i medycznych.
nurt nauk biologicznych i medycznych.
46
47
Genetyka jest ściśle
Genetyka jest ściśle
powiązana ze wszystkimi
powiązana ze wszystkimi
specjalizacjami medycznymi.
specjalizacjami medycznymi.
Znajomość podstawowych
Znajomość podstawowych
zasad i zastosowań genetyki w
zasad i zastosowań genetyki w
diagnostyce staje się podstawową
diagnostyce staje się podstawową
częścią współczesnej edukacji w
częścią współczesnej edukacji w
różnych specjalnościach
różnych specjalnościach
medycznych.
medycznych.
48
Krótki rys
Krótki rys
historyczny
historyczny
W 1906 r. angielski biolog
W 1906 r. angielski biolog
William Bateson (1861--1926)
William Bateson (1861--1926)
wprowadził termin „genetyka"
wprowadził termin „genetyka"
do nowego obszaru nauk
do nowego obszaru nauk
biologicznych poświęconych
biologicznych poświęconych
badaniom reguł, które rządzą
badaniom reguł, które rządzą
dziedzicznością i
dziedzicznością i
różnicowaniem.
różnicowaniem.
W badaniach porównawczych
W badaniach porównawczych
organizmów genealogicznie
organizmów genealogicznie
pokrewnych Bateson odnosił
pokrewnych Bateson odnosił
pojęcie dziedziczności i
pojęcie dziedziczności i
zróżnicowania do
zróżnicowania do
stwierdzanych między nimi
stwierdzanych między nimi
podobieństw i różnic, czyli
podobieństw i różnic, czyli
dwóch aspektów tego samego
dwóch aspektów tego samego
zjawiska.
zjawiska.
Bateson wyjaśnił również
Bateson wyjaśnił również
znaczenie praw Mendla.
znaczenie praw Mendla.
49
Prawa Mendla sformułowane
Prawa Mendla sformułowane
zostały przez mnicha z zakonu
zostały przez mnicha z zakonu
augustlanów - Grzegorza Mendla
augustlanów - Grzegorza Mendla
(1822-1884), który przeprowadził
(1822-1884), który przeprowadził
eksperyment krzyżowania grochu
eksperyment krzyżowania grochu
na terenie przyklasztornego
na terenie przyklasztornego
ogrodu w Brnie.
ogrodu w Brnie.
W 1866 r. Mendel pisał, że
W 1866 r. Mendel pisał, że
dziedziczność jest oparta na
dziedziczność jest oparta na
indywidualnych czynnikach, które
indywidualnych czynnikach, które
są niezależne od siebie.
są niezależne od siebie.
Przekazywanie tych czynników
Przekazywanie tych czynników
następnemu pokoleniu roślin
następnemu pokoleniu roślin
odbywa się w przewidywalnej
odbywa się w przewidywalnej
proporcji.
proporcji.
Termin „gen" dla tego właśnie
Termin „gen" dla tego właśnie
czynnika dziedziczności został
czynnika dziedziczności został
wprowadzony w 1909 r. przez
wprowadzony w 1909 r. przez
duńskiego biologa Wilhelma
duńskiego biologa Wilhelma
Johannsena (1857-1927
Johannsena (1857-1927
).
).
50
Pierwsze prawo Mendla
Pierwsze prawo Mendla
Drugie prawo Mendla
Drugie prawo Mendla
Począwszy od roku 1902, odkrycia
Mendla były systematycznie
sprawdzane na zwierzętach, roślinach
i także na człowieku. Niektóre
choroby występujące u człowieka
zostały rozpoznane jako te, które są
dziedziczne. Postać brachydaktylii
stwierdzona wśród licznego
rodzeństwa w Pensylwanii przez W.
C. Farabee w 1902r. była pierwszą
opisaną u człowieka chorobą
dziedziczoną autosomalnie
dominująco.
W roku 1909 Archibald Garrod (1857-
1936) udowodnił, że cztery wrodzone
choroby metaboliczne (albinizm,
alkaptonuria, cystynuria i pentosuria)
są przekazywane przez autosomalne
recesywne czynniki dziedziczne.
53
Genetyka stała się niezależną dziedziną
Genetyka stała się niezależną dziedziną
wiedzy w 1910 r., kiedy to zainicjowano
wiedzy w 1910 r., kiedy to zainicjowano
badania muszki owocowej
badania muszki owocowej
(Drosophila
(Drosophila
melanogaster),
melanogaster),
prowadzone przez
prowadzone przez
Thomasa H. Morgana (1866 – 1945) na
Thomasa H. Morgana (1866 – 1945) na
Uniwersytecie Columbia w Nowym Jorku.
Uniwersytecie Columbia w Nowym Jorku.
Systematyczne badania genetyczne nad
Systematyczne badania genetyczne nad
Drosophila,
Drosophila,
prowadzone przez wiele lat
prowadzone przez wiele lat
wykazały, że geny są umiejscowione
wykazały, że geny są umiejscowione
linearnie na chromosomach.
linearnie na chromosomach.
Doprowadziło to do powstania teorii
Doprowadziło to do powstania teorii
dziedziczności chromosomalnej (Morgan,
dziedziczności chromosomalnej (Morgan,
1915).
1915).
Otrzymał nagrodę Nobla w 1933
Otrzymał nagrodę Nobla w 1933
roku.
roku.
54
W 1908 r.
W 1908 r.
angielski matematyk Hardy i niemiecki
angielski matematyk Hardy i niemiecki
fizyk
fizyk
Weinberg
Weinberg
zauważyli, że dziedziczenie
zauważyli, że dziedziczenie
mendlowskie jest odpowiedzialne za pewne
mendlowskie jest odpowiedzialne za pewne
regularności spotykane w genetycznej strukturze
regularności spotykane w genetycznej strukturze
populacji .
populacji .
Ich praca przyczyniła się do wprowadzenia
Ich praca przyczyniła się do wprowadzenia
koncepcji genetycznej do uprawy roślin i hodowli
koncepcji genetycznej do uprawy roślin i hodowli
zwierząt.
zwierząt.
Chociaż genetyka była dobrze rozwiniętą nauką
Chociaż genetyka była dobrze rozwiniętą nauką
biologiczną do końca trzeciej dekady ubiegłego
biologiczną do końca trzeciej dekady ubiegłego
wieku, znajomość fizycznej i chemicznej natury
wieku, znajomość fizycznej i chemicznej natury
genów stale była niewystarczająca.
genów stale była niewystarczająca.
Wciąż nie znano struktury i funkcji genów.
Wciąż nie znano struktury i funkcji genów.
55
55
Wielki przełom nastąpił w 1944
roku, kiedy to Avery, MacLeod i
McCarty w Instytucie
Rockefellera w Nowym Jorku
wykazali, że chemicznie prosty,
długołańcuchowy kwas
nukleinowy (kwas
deoksyrybonukleinowy, DNA)
zawiera informację genetyczną u
bakterii. Wiele lat wcześniej F.
Griffith (w 1928 r.) zaobserwował, że
trwałe (genetyczne) zmiany mogą
być wprowadzone do bakterii
pneumococcus przez przeniesienie
do niej ekstraktu z komórek bakterii
należących do innego szczepu
pneumococcus („reguła
transformacji").
Avery i jego współpracownicy
udowodnili, że to właśnie DNA
stanowił czynnik przenoszący
określoną cechę.
56
Oswald T. Avery (1877-
Oswald T. Avery (1877-
1955)
1955)
57
57
Systematyczne badania nad
Systematyczne badania nad
mikroorganizmami doprowadziły do
mikroorganizmami doprowadziły do
innych ważnych odkryć w latach 40. XX
innych ważnych odkryć w latach 40. XX
wieku: na przykładzie bakterii (Lederberg
wieku: na przykładzie bakterii (Lederberg
i Tatum, 1946) i wirusów
i Tatum, 1946) i wirusów
(Delbrück
(Delbrück
i
i
Biley 1947) przedstawiono zjawisko
Biley 1947) przedstawiono zjawisko
rekombinacji genetycznej
rekombinacji genetycznej
( proces wymiany materiału genetycznego, w
( proces wymiany materiału genetycznego, w
wyniku którego powstają nowe genotypy
wyniku którego powstają nowe genotypy
).
).
58
58
W 1947 roku wykazano obecność
W 1947 roku wykazano obecność
spontanicznych mutacji w bakteriofagach
spontanicznych mutacji w bakteriofagach
(Hershey).
(Hershey).
Wyniki badania zjawisk genetycznych
Wyniki badania zjawisk genetycznych
na mikroorganizmach okazały się
na mikroorganizmach okazały się
znaczące dla przyszłego rozwoju genetyki.
znaczące dla przyszłego rozwoju genetyki.
W 1952 r. Hershey
i Chase dowiedli,
że informacja
genetyczna jest
przenoszona
wyłącznie przez
DNA. Dzięki tej
wiedzy, pytanie o
strukturę genu
stało się
niezwykle ważne.
59
Alfred Day Hershey
Alfred Day Hershey
(1908-1997)
(1908-1997)
Nagroda Nobla w
Nagroda Nobla w
1969 roku
1969 roku
Tę zagadkę udało się
rozwikłać Jamesowi D.
Watsonowi, 24-letniemu
Amerykaninowi,
przebywającemu na
stypendium w Europie oraz
Francisowi H. Crickowi, 36-
letniemu angielskiemu
fizykowi z laboratorium w
Cavendish Uniwersytetu w
Cambridge. Ich odkrycia
opublikowane zostały w
magazynie Nature, 25
kwietnia 1953 r. W tym
sławnym artykule Watson i
Crick zaproponowali
koncepcję struktury DNA jako
dwuniciowej helisy.
60
J.D. Watson i F.
J.D. Watson i F.
H.Crick w 1953 roku
H.Crick w 1953 roku
Nagroda Nobla w 1962
Nagroda Nobla w 1962
roku
roku
61
Dwuniciowa
Dwuniciowa
helisa zbudowana
helisa zbudowana
jest z dwóch
jest z dwóch
komplementarnych
komplementarnych
położonych
położonych
przeciwstawnie
przeciwstawnie
łańcuchów cukru
łańcuchów cukru
(deoksyryboza) i
(deoksyryboza) i
monofosforanów.
monofosforanów.
Wewnątrz tych helis
Wewnątrz tych helis
leżą pary zasad
leżą pary zasad
nukleinowych, a
nukleinowych, a
każda z nich zawiera
każda z nich zawiera
purynę i pirymidynę.
purynę i pirymidynę.
Najważniejszą cechą
Najważniejszą cechą
DNA jest to, że pary
DNA jest to, że pary
nukleotydowe leżą
nukleotydowe leżą
wewnątrz cząsteczki,
wewnątrz cząsteczki,
a nie na zewnątrz.
a nie na zewnątrz.
Dowodem na to, że
Dowodem na to, że
autorzy w pełni
autorzy w pełni
zdawali sobie sprawę
zdawali sobie sprawę
ze znaczenia tej
ze znaczenia tej
nowo odkrytej
nowo odkrytej
struktury genów dla
struktury genów dla
genetyki niech
genetyki niech
będzie ostatnie
będzie ostatnie
zdanie z ich
zdanie z ich
artykułu, w którym
artykułu, w którym
stwierdzają: „nie
stwierdzają: „nie
umknął naszej uwagi
umknął naszej uwagi
fakt, że postulowany
fakt, że postulowany
przez nas model
przez nas model
tworzenia par w
tworzenia par w
konsekwencji
konsekwencji
sugeruje możliwość
sugeruje możliwość
istnienia
istnienia
mechanizmu
mechanizmu
kopiowania
kopiowania
materiału
materiału
genetycznego".
genetycznego".
Zasady purynowe:
Zasady purynowe: adenina (A)
adenina (A)
i
i
guanina (G)
guanina (G)
Zasady pirymidynowe
Zasady pirymidynowe
:
: tymina
tymina
(T)
(T)
i
i cytozyna
cytozyna
(C)
(C)
Wyjaśnienie struktury DNA uważa się
Wyjaśnienie struktury DNA uważa się
za początek nowej ery w biologii
za początek nowej ery w biologii
molekularnej i genetyce. Opisanie
molekularnej i genetyce. Opisanie
DNA jako struktury dwuniciowej helisy
DNA jako struktury dwuniciowej helisy
bezpośrednio doprowadziło do
bezpośrednio doprowadziło do
zrozumienia struktury informacji
zrozumienia struktury informacji
genetycznej.
genetycznej.
62
Od samego początku genetyka była tą
Od samego początku genetyka była tą
dziedziną nauki, której rozwój uwarunkowany byt
dziedziną nauki, której rozwój uwarunkowany byt
postępem w zakresie nowych metod badawczych.
postępem w zakresie nowych metod badawczych.
W latach 50. i 60. stworzono podstawy
W latach 50. i 60. stworzono podstawy
genetyki biochemicznej i immunologii. Do genetyki
genetyki biochemicznej i immunologii. Do genetyki
wprowadzono ważne procedury wyodrębniania
wprowadzono ważne procedury wyodrębniania
złożonych cząsteczek przez różnorodne techniki
złożonych cząsteczek przez różnorodne techniki
elektroforezy czy metody syntetyzowania
elektroforezy czy metody syntetyzowania
DNA
DNA
in
in
vitro
vitro
(Kornberg, 1956).
(Kornberg, 1956).
Szczególnie ważny dla badań z zakresu
Szczególnie ważny dla badań z zakresu
genetyki człowieka był rozwój metod hodowli
genetyki człowieka był rozwój metod hodowli
komórek. W roku 1958
komórek. W roku 1958
Pontecorvo
Pontecorvo
zainicjował
zainicjował
badania genetyczne hodowli komórek
badania genetyczne hodowli komórek
eukariotycznych (genetyka komórek
eukariotycznych (genetyka komórek
somatycznych
somatycznych
).
63
Na początku lat 60. XX wieku ogromny
Na początku lat 60. XX wieku ogromny
udział w poszerzeniu ogólnej wiedzy
udział w poszerzeniu ogólnej wiedzy
genetycznej miały wyniki, często
genetycznej miały wyniki, często
prekursorskich, badań nad człowiekiem.
prekursorskich, badań nad człowiekiem.
Analiza chorób determinowanych
Analiza chorób determinowanych
genetycznie u człowieka dostarczyła
genetycznie u człowieka dostarczyła
wielu ważnych wniosków i informacji
wielu ważnych wniosków i informacji
dotyczących prawidłowego
dotyczących prawidłowego
funkcjonowania genów także w innych
funkcjonowania genów także w innych
organizmach. Obecnie wiedza o
organizmach. Obecnie wiedza o
genetyce człowieka jest o wiele większa
genetyce człowieka jest o wiele większa
niż o genetyce innych gatunków.
niż o genetyce innych gatunków.
64
G
G
enetycznie zdeterminowane choroby
enetycznie zdeterminowane choroby
nie mogą być w zasadzie
nie mogą być w zasadzie
wyeliminowane.
wyeliminowane.
Nikt nie jest wolny od obciążeń
Nikt nie jest wolny od obciążeń
genetycznych.
genetycznych.
Każda osoba jest nosicielem około
Każda osoba jest nosicielem około
pięciu lub sześciu poważnych defektów
pięciu lub sześciu poważnych defektów
genetycznych, które choć są
genetycznych, które choć są
niewidoczne mogą ujawnić się u
niewidoczne mogą ujawnić się u
potomstwa.
potomstwa.
65
65
Według aktualnej naszej
Według aktualnej naszej
wiedzy
wiedzy
:
:
W genetyce człowieka pojawiło się wiele
W genetyce człowieka pojawiło się wiele
podspecjalizacji, takich jak:
podspecjalizacji, takich jak:
genetyka biochemiczna,
genetyka biochemiczna,
immunogenetyka,
immunogenetyka,
genetyka komórek somatycznych,
genetyka komórek somatycznych,
cytogenetyka,
cytogenetyka,
genetyka kliniczna,
genetyka kliniczna,
genetyka populacji,
genetyka populacji,
teratologia,
teratologia,
badania nad mutacjami.
badania nad mutacjami.
66
66
67
Genetyka i medycyna
Genetyka i medycyna
Większość procesów chorobowych może
Większość procesów chorobowych może
być rozpatrywana jako rezultat wpływów
być rozpatrywana jako rezultat wpływów
środowiska zewnętrznego, które
środowiska zewnętrznego, które
oddziałują na indywidualną genetyczną
oddziałują na indywidualną genetyczną
strukturę osoby, prowadząc do
strukturę osoby, prowadząc do
zachorowania.
zachorowania.
Choroba jest genetycznie
Choroba jest genetycznie
zdeterminowana, jeśli jest głównie lub
zdeterminowana, jeśli jest głównie lub
wyłącznie powodowana przez zaburzenie
wyłącznie powodowana przez zaburzenie
w komórkowym i tkankowym programie
w komórkowym i tkankowym programie
genetycznym.
genetycznym.
Ponad 3000
Ponad 3000
opisanych chorób
opisanych chorób
genetycznych (genetycznie
genetycznych (genetycznie
uwarunkowanych) człowieka ma związek
uwarunkowanych) człowieka ma związek
z mutacją pojedynczego genu (choroby
z mutacją pojedynczego genu (choroby
monogeniczne) i dziedziczonych jest
monogeniczne) i dziedziczonych jest
zgodnie z prawami Mendla.
zgodnie z prawami Mendla.
Ich zróżnicowanie wynika z różnych
Ich zróżnicowanie wynika z różnych
funkcji zmutowanych genów oraz tego, że
funkcji zmutowanych genów oraz tego, że
mogą ujawniać się we wszystkich grupach
mogą ujawniać się we wszystkich grupach
wiekowych oraz wszystkich narządach i
wiekowych oraz wszystkich narządach i
układach.
układach.
68
69
Ważną grupę chorób stanowią te,
Ważną grupę chorób stanowią te,
które wynikają z interakcji
które wynikają z interakcji
genetycznej predyspozycji oraz
genetycznej predyspozycji oraz
określonych czynników środowiska
określonych czynników środowiska
zewnętrznego (
zewnętrznego (choroby
choroby
wieloczynnikowe
wieloczynnikowe
).
).
Należy do nich wiele chorób
Należy do nich wiele chorób
przewlekłych (np. nadciśnienie
przewlekłych (np. nadciśnienie
tętnicze, hiperlipidemia, cukrzyca,
tętnicze, hiperlipidemia, cukrzyca,
dna, choroby psychiczne, określone
dna, choroby psychiczne, określone
wady wrodzone).
wady wrodzone).
70
70
Inne kategorie chorób
Inne kategorie chorób
genetycznych (uwarunkowanych
genetycznych (uwarunkowanych
genetycznie) to choroby
genetycznie) to choroby
niedziedziczne, determinowane
niedziedziczne, determinowane
zmianami genetycznymi w
zmianami genetycznymi w
komórkach somatycznych
komórkach somatycznych
(niektóre nowotwory) oraz
(niektóre nowotwory) oraz
aberracje chromosomalne.
aberracje chromosomalne.
Jeśli choroba genetyczna dotyczy wielu
Jeśli choroba genetyczna dotyczy wielu
narządów organizmu i występuje we
narządów organizmu i występuje we
wszystkich grupach wiekowych, to często
wszystkich grupach wiekowych, to często
nie jest rozpoznawana jako genetyczna. Jej
nie jest rozpoznawana jako genetyczna. Jej
udział wśród przyczyn chorobowości
udział wśród przyczyn chorobowości
wydaje się mniejszy, aniżeli jest w
wydaje się mniejszy, aniżeli jest w
rzeczywistości.
rzeczywistości.
Choroby genetyczne nie należą do rzadkości.
Choroby genetyczne nie należą do rzadkości.
Ponad 1/3 hospitalizacji w szpitalach dziecięcych
Ponad 1/3 hospitalizacji w szpitalach dziecięcych
spowodowana jest chorobami i zaburzeniami
spowodowana jest chorobami i zaburzeniami
rozwojowymi, których znaczna część
rozwojowymi, których znaczna część
uwarunkowana jest genetycznie.
uwarunkowana jest genetycznie.
71
72
Szacuje się, że częstość występowania chorób
Szacuje się, że częstość występowania chorób
uwarunkowanych genetycznie (różnych
uwarunkowanych genetycznie (różnych
kategorii) w populacji ogólnej wynosi 3,5-5,0%.
kategorii) w populacji ogólnej wynosi 3,5-5,0%.
Znacząca liczba rzadko występujących chorób
Znacząca liczba rzadko występujących chorób
determinowanych genetycznie, a także chorób z
determinowanych genetycznie, a także chorób z
podobnymi objawami klinicznymi, lecz różną
podobnymi objawami klinicznymi, lecz różną
etiologią (zasada genetycznej lub etiologicznej
etiologią (zasada genetycznej lub etiologicznej
heterogenicz-ności) jest dodatkowym
heterogenicz-ności) jest dodatkowym
utrudnieniem w ich diagnozowaniu.
utrudnieniem w ich diagnozowaniu.
Postępujący w ostatnich latach
Postępujący w ostatnich latach
rozwój metod badań molekularnych
rozwój metod badań molekularnych
przyczynił się do ogromnego,
przyczynił się do ogromnego,
niespodziewanego postępu w
niespodziewanego postępu w
zakresie badań nad poznaniem
zakresie badań nad poznaniem
genetycznej etiologii chorób
genetycznej etiologii chorób
człowieka, umożliwiając też wgląd w
człowieka, umożliwiając też wgląd w
strukturę i funkcję prawidłowych
strukturę i funkcję prawidłowych
genów.
genów.
73
Genetyka molekularna
Genetyka molekularna
Odkrycie w roku 1970 odwrotnej
Odkrycie w roku 1970 odwrotnej
transkryptazy, niezwykłego enzymu w
transkryptazy, niezwykłego enzymu w
RNA wirusów zburzyło dogmat - do
RNA wirusów zburzyło dogmat - do
tego czasu uznawany - iż przekaz
tego czasu uznawany - iż przekaz
informacji genetycznej dokonuje się
informacji genetycznej dokonuje się
tylko w jednym kierunku, tzn. od DNA
tylko w jednym kierunku, tzn. od DNA
do RNA i stamtąd do produktu genu
do RNA i stamtąd do produktu genu
(peptydu
(peptydu).
74
W tym samym czasie (1969-1971)w
W tym samym czasie (1969-1971)w
bakteriach odkryte zostały enzymy, które
bakteriach odkryte zostały enzymy, które
przecinają DNA w ściśle określonych
przecinają DNA w ściśle określonych
miejscach - restrykcyjne endonukleazy lub
miejscach - restrykcyjne endonukleazy lub
inaczej
inaczej enzymy restrykcyjne
enzymy restrykcyjne
.
.
Stosując odpowiednie enzymy restrykcyjne,
Stosując odpowiednie enzymy restrykcyjne,
DNA może zostać pocięte na kawałki o
DNA może zostać pocięte na kawałki o
określonych i powtarzalnych rozmiarach,
określonych i powtarzalnych rozmiarach,
umożliwiając tym samym przygotowanie
umożliwiając tym samym przygotowanie
łatwego do identyfikacji obszaru
łatwego do identyfikacji obszaru
badawczego.
badawczego.
Fragmenty DNA różnego pochodzenia mogą
Fragmenty DNA różnego pochodzenia mogą
być łączone, a ich właściwości analizowane.
być łączone, a ich właściwości analizowane.
75
Metody produkowania złożonych
Metody produkowania złożonych
kopii fragmentów DNA i
kopii fragmentów DNA i
sekwencjonowania
sekwencjonowania
ich (określając
ich (określając
kolejność par zasad) zostały
kolejność par zasad) zostały
wynalezione między rokiem 1977 a
wynalezione między rokiem 1977 a
1985.
1985.
Wszystkie te metody mieszczą się
Wszystkie te metody mieszczą się
w procedurach tzw. technologii
w procedurach tzw. technologii
rekombinacji DNA.
rekombinacji DNA.
76
76
Wraz z pojawieniem się
Wraz z pojawieniem się
możliwości molekularnej analizy DNA
możliwości molekularnej analizy DNA
dokonano identyfikacji wielu różnych
dokonano identyfikacji wielu różnych
typów markerów polimorficznych
typów markerów polimorficznych
DNA, np. indywidualnie dziedziczone
DNA, np. indywidualnie dziedziczone
różnice określonych sekwencji
różnice określonych sekwencji
nukleotydowych umożliwiły
nukleotydowych umożliwiły
zmapowanie określonych miejsc na
zmapowanie określonych miejsc na
chromosomie.
chromosomie.
77
77
W rezultacie tego odkrycia
W rezultacie tego odkrycia
chromosomalna lokalizacja
chromosomalna lokalizacja
interesującego nas genu może być
interesującego nas genu może być
ustalona (zmapowana) w wyniku analizy
ustalona (zmapowana) w wyniku analizy
segregacji
segregacji
locus
locus
choroby w stosunku do
choroby w stosunku do
określonych markerów polimorficznych
określonych markerów polimorficznych
DNA (analiza sprzężeń). Po ustaleniu
DNA (analiza sprzężeń). Po ustaleniu
umiejscowienia genu w chromosomie
umiejscowienia genu w chromosomie
możliwa jest z kolei jego izolacja oraz
możliwa jest z kolei jego izolacja oraz
poznanie struktury.
poznanie struktury.
78
Innym, komplementarnym
Innym, komplementarnym
podejściem badawczym jest
podejściem badawczym jest
identyfikacja genu prawdopodobnie
identyfikacja genu prawdopodobnie
odpowiedzialnego za wystąpienie
odpowiedzialnego za wystąpienie
określonej choroby (gen-kandydat)
określonej choroby (gen-kandydat)
przez określenie jego miejsca w
przez określenie jego miejsca w
chromosomie, a następnie wykazanie
chromosomie, a następnie wykazanie
u pacjenta z tą chorobą obecności
u pacjenta z tą chorobą obecności
mutacji w tym genie.
mutacji w tym genie.
79
Klonowanie pozycyjne i
Klonowanie pozycyjne i
identyfikacja genu-kandydata
identyfikacja genu-kandydata
umożliwia identyfikację genów
umożliwia identyfikację genów
odpowiedzialnych za wiele poważnych
odpowiedzialnych za wiele poważnych
chorób genetycznie uwarunkowanych.
chorób genetycznie uwarunkowanych.
80
Do takich chorób należą :
Do takich chorób należą :
achondroplazja, zwyrodnienie
achondroplazja, zwyrodnienie
siatkówki, mukowiscydoza, pląsawica
siatkówki, mukowiscydoza, pląsawica
Huntingtona oraz inne choroby
Huntingtona oraz inne choroby
neurodegeneracyjne, jak: dystrofia
neurodegeneracyjne, jak: dystrofia
mięśniowa Duchenne'a, a także choroby
mięśniowa Duchenne'a, a także choroby
mięśni, tkanek mezenchymalnych z
mięśni, tkanek mezenchymalnych z
defektem kolagenu
defektem kolagenu
(osteogenesis
(osteogenesis
imperfecta),
imperfecta),
zespól Marfana (w wyniku
zespól Marfana (w wyniku
defektu wcześniej nieznanego białka,
defektu wcześniej nieznanego białka,
fibryliny), niektóre choroby
fibryliny), niektóre choroby
immunologiczne i niektóre nowotwory.
immunologiczne i niektóre nowotwory.
81
81