Mūsų pasaulyje gyvena įvairūs organizmai: nuo mikroskopinių, matomų tik per galingą mikroskopą, iki didžiulių, sveriančių kelias tonas. Nepaisant tokios rūšių įvairovės, visi organizmai Žemėje turi labai panašią struktūrą. Kiekvienas iš jų susideda iš ląstelių, ir šis faktas vienija visas gyvas būtybes. Tuo pačiu metu neįmanoma sutikti dviejų vienodų organizmų. Vienintelė išimtis yra identiški dvyniai. Kuo kiekvienas mūsų planetoje gyvenantis organizmas yra toks unikalus?
Kiekvienoje ląstelėje yra centrinis organas – tai branduolys. Jame yra tam tikri materialūs vienetai – genai, esantys chromosomose. Cheminiu požiūriu genai yra dezoksiribonukleino rūgštis arba DNR. Ši dvigubos spiralės makromolekulė yra atsakinga už daugelio savybių paveldėjimą. Taigi, DNR reikšmė yra genetinės informacijos perdavimas iš tėvų palikuonims. Norėdami išvesti šią tiesą, visų mokslininkaipasaulis du šimtmečius atliko neįtikėtinus eksperimentus, kėlė drąsias hipotezes, žlugo ir patyrė didžiųjų atradimų triumfą. Puikių tyrinėtojų ir mokslininkų darbo dėka dabar žinome, ką reiškia DNR.
Iki XIX amžiaus pabaigos Mendelis nustatė pagrindinius bruožų perdavimo iš kartos dėsnius. XX amžiaus pradžia ir Thomas Huntas Morganas atskleidė žmonijai faktą, kad paveldimus bruožus perduoda genai, išsidėstę chromosomose tam tikra seka. Apie jų cheminę struktūrą mokslininkai spėliojo XX amžiaus ketvirtajame dešimtmetyje. Iki šeštojo dešimtmečio vidurio buvo atskleista dviguba DNR molekulės spiralė – komplementarumo ir replikacijos principas. 1940-aisiais mokslininkai Borisas Ephrussi, Edwardas Tatumas ir George'as Beadle'as iškėlė drąsią hipotezę, kad genai gamina b altymus, tai yra, jie kaupia specifinę informaciją apie tai, kaip susintetinti konkretų fermentą tam tikroms ląstelėje vykstančioms reakcijoms. Ši hipotezė buvo patvirtinta darbuose Nirenbergo, kuris pristatė genetinio kodo sąvoką ir išvedė dėsningumą tarp b altymų ir DNR.
DNR struktūra
Visų gyvų organizmų ląstelių branduoliuose yra nukleorūgščių, kurių molekulinė masė didesnė nei b altymų. Šios molekulės yra polimerinės, jų monomerai yra nukleotidai. B altymai sudaryti iš 20 aminorūgščių ir 4 nukleotidų.
Yra dviejų tipų nukleino rūgštys: DNR (dezoksiribonukleino rūgštis) ir RNR (ribonukleino rūgštis). Jų struktūra panaši, nes abiejose medžiagose yra nukleotidas: azoto bazė, fosforo rūgšties liekana irangliavandeniai. Tačiau skirtumas tas, kad DNR turi dezoksiribozę, o RNR – ribozę. Azoto bazės yra purinas ir pirimidinas. DNR yra purinai adeninas ir guaninas bei pirimidinai timinas ir citozinas. RNR struktūroje yra tie patys purinai ir pirimidino citozinas ir uracilas. Sujungus vieno nukleotido fosforo rūgšties liekaną ir kito angliavandenius, susidaro polinukleotido karkasas, prie kurio limpa azotinės bazės. Taigi gali susidaryti gana daug įvairių junginių, kurie lemia rūšių įvairovę.
DNR molekulė yra dviejų didelių polinukleotidų grandinių dviguba spiralė. Juos jungia vienos grandinės purinas ir kitos pirimidinas. Šios jungtys nėra atsitiktinės. Jie paklūsta komplementarumo dėsniui: ryšiai gali sudaryti tarp savęs adenilo nukleotidą su timilo nukleotidu ir guanilo nukleotidą su citozilu, nes jie papildo vienas kitą. Šis principas suteikia DNR molekulei unikalią savireplikacijos savybę. Specialūs b altymai – fermentai – judina ir nutraukia vandenilinius ryšius tarp abiejų grandinių azotinių bazių. Dėl to susidaro dvi laisvos nukleotidų grandinės, kurias pagal komplementarumo principą užbaigia laisvieji nukleotidai, esantys ląstelės citoplazmoje ir branduolyje. Dėl to iš vieno iš tėvų susidaro dvi DNR grandinės.
Genetinis kodas ir jo paslaptys
DNR tyrimai leidžia suprasti kiekvieno organizmo individualumą. Tai galima lengvai pastebėti iš audinių nesuderinamumo pavyzdžiu atliekant organų transplantaciją išdonoras gavėjui. „Svetimą“organą, pavyzdžiui, donoro odą, recipiento kūnas suvokia kaip priešišką. Taip prasideda imuninių reakcijų grandinė, gaminasi antikūnai, o organas neįsileidžia. Išimtis šioje situacijoje gali būti tai, kad donoras ir recipientas yra identiški dvyniai. Šie du organizmai kilę iš tos pačios ląstelės ir turi tą patį paveldimų veiksnių rinkinį. Persodinant organus, tokiu atveju antikūnai nesusidaro ir beveik visada organas visiškai įsišaknija.
DNR, kaip pagrindinės genetinės informacijos nešėjos, apibrėžimas buvo nustatytas empiriškai. Bakteriologas F. Griffithsas atliko įdomų eksperimentą su pneumokokais. Jis suleido patogeno dozę pelėms. Vakcinos buvo dviejų tipų: A formos su polisacharidų kapsule ir B formos be kapsulės, abi yra paveldimos. Pirmoji rūšis buvo termiškai sunaikinta, o antroji nekėlė jokio pavojaus pelėms. Kuo nustebino bakteriologas, kai visos pelės mirė nuo A formos pneumokokų. Tuomet mokslininko galvoje kilo pagrįstas klausimas, kaip buvo pernešama genetinė medžiaga – per b altymą, polisacharidą ar DNR? Beveik po dvidešimties metų amerikiečių mokslininkas Oswaldas Theodoras Avery sugebėjo atsakyti į šį klausimą. Jis sukūrė išskirtinio pobūdžio eksperimentų seriją ir nustatė, kad sunaikinus b altymą ir polisacharidą, paveldėjimas tęsiasi. Paveldima informacija buvo perduota tik sunaikinus DNR struktūrą. Tai lėmė postulatą: molekulė, turinti paveldimos informacijos, yra atsakinga už paveldimos informacijos perdavimą.
Atskleista DNR struktūrair genetinis kodas leido žmonijai žengti didžiulį žingsnį į priekį plėtojant tokias sritis kaip medicina, kriminalistika, pramonė ir žemės ūkis.
DNR analizė teismo medicinos ekspertizėje
Šiuo metu progresyvus baudžiamųjų ir civilinių procesų registravimas neapsieina be genetinės analizės. DNR ekspertizė atliekama kriminalistikoje biologinei medžiagai tirti. Naudodami šį tyrimą, kriminalistai gali aptikti įsibrovėlio ar aukos pėdsakus ant daiktų ar kūnų.
Genetinė ekspertizė grindžiama lyginamąja žmonių biologinių mėginių žymenų analize, kuri suteikia mums informacijos apie ryšį tarp jų arba jų nebuvimą. Kiekvienas žmogus turi unikalų „genetinį pasą“– tai jo DNR, kurioje saugoma visa informacija.
Teismo medicinos ekspertizėje naudojamas didelio tikslumo metodas, vadinamas pirštų atspaudų ėmimu. Jis buvo išrastas JK 1984 m. ir yra biologinių mėginių: seilių, spermos, plaukų, epitelio ar kūno skysčių mėginių tyrimas, siekiant juose nustatyti nusik altėlio pėdsakus. Taigi DNR ekspertizė skirta tam tikro asmens k altumui ar nek altumui, padarius neteisėtus veiksmus, išaiškinti, abejotinos motinystės ar tėvystės atvejams.
Praėjusio amžiaus šeštajame dešimtmetyje vokiečių specialistai subūrė draugiją genomo tyrimams propaguoti teisminėje ir teisinėje srityje. Iki devintojo dešimtmečio pradžios sukūrėspeciali komisija, skelbianti svarbius šios srities darbus ir atradimus, būdama teismo ekspertizės darbo standartų įstatymų leidėja. 1991 metais šiai organizacijai suteiktas „Tarptautinės teismo medicinos genetikų draugijos“pavadinimas. Šiandien ją sudaro daugiau nei tūkstantis darbuotojų ir 60 pasaulinių įmonių, kurios užsiima tyrimais teisminių procesų srityje: serologijos, molekulinės genetikos, matematikos, biostatikos. Tai atnešė vienodus aukštus pasaulinės teismo medicinos praktikos standartus, kurie pagerina nusik altimų atskleidimą. DNR ekspertizė atliekama specializuotose laboratorijose, kurios yra valstybės teismų ir teisinės sistemos komplekso dalis.
Teismo ekspertizės genominės analizės problemos
Pagrindinė teismo medicinos ekspertų užduotis – ištirti pateiktus mėginius ir padaryti DNR išvadą, pagal kurią galima nustatyti žmogaus biologinius „įspaudus“arba nustatyti kraujo ryšį.
DNR mėginiai gali būti šiose biologinėse medžiagose:
- prakaito žymės;
- biologinių audinių gabalėliai (oda, nagai, raumenys, kaulai);
- kūno skysčiai (prakaitas, kraujas, sperma, tarpląstelinis skystis ir kt.);
- plaukai (turi turėti plaukų folikulus).
Teismo medicinos ekspertizei specialistui pateikiami daiktiniai įrodymai iš nusik altimo vietos su genetine medžiaga ir įkalčiais.
Šiuo metu daugelyje pažangių šalių kuriama nusikalstamos DNR duomenų bazė. Tai pagerina atskleidimąnusik altimus net ir suėjus senaties terminui. DNR molekulė gali būti saugoma daugelį amžių be pokyčių. Taip pat informacija bus labai naudinga nustatant asmenybę masinės žmonių mirties atveju.
DNR kriminalistikos teisės aktų sistema ir perspektyvos
Rusijoje 2009 m. buvo priimtas įstatymas „Dėl privalomos genomo fiksacijos“. Ši procedūra atliekama kaliniams, taip pat asmenims, kurių tapatybė nenustatyta. Į šį sąrašą neįtraukti piliečiai testą atlieka savanoriškai. Ką gali duoti tokia genetinė bazė:
- mažinti žiaurumus ir nusikalstamumą;
- gali tapti pagrindiniu įrodomuoju faktu išaiškinant nusik altimą;
- išspręskite paveldėjimo problemą ginčytinais atvejais;
- nustatyti tiesą tėvystės ir motinystės klausimais.
DNR išvada taip pat gali suteikti įdomios informacijos apie žmogaus asmenybę: genetinį polinkį sirgti ligomis ir priklausomybėmis, taip pat polinkį daryti nusik altimus. Nuostabus faktas: mokslininkai atrado tam tikrą geną, atsakingą už žmogaus polinkį daryti žiaurumus.
DNR ekspertizė teismo medicinos srityje padėjo išspręsti daugiau nei 15 000 nusik altimų visame pasaulyje. Ypač žavi tai, kad baudžiamąją bylą galima išspręsti tik per plauką ar nusik altėlio odos gabalėlį. Tokios bazės sukūrimas pranašauja dideles perspektyvas ne tik teismų srityje, bet ir tokiose pramonės šakose kaip medicina ir farmacija. DNR tyrimai padeda susidoroti su sunkiai įveikiamomis paveldimomis ligomis.
Procedūraatliekant DNR analizę. Tėvystės (motinystės) nustatymas
Šiuo metu yra daug privačių ir valstybinių akredituotų laboratorijų, kuriose galima atlikti DNR analizę. Šis tyrimas pagrįstas DNR fragmentų (lokusų) palyginimu dviejuose mėginiuose: numatomo tėvo ir vaiko. Logiškai mąstant, vaikas 50% savo genų gauna iš savo tėvų. Tai paaiškina panašumą į mamą ir tėtį. Jei palyginsime tam tikrą vaiko DNR atkarpą su panašia numatomo tėvo DNR dalimi, tai jie bus vienodi su 50 % tikimybe, tai yra, sutaps 6 iš 12 lokusų. %. Jei tik vienas iš dvylikos lokusų atitinka, ši tikimybė sumažinama. Yra daug akredituotų laboratorijų, kuriose DNR tyrimus galima atlikti privačiai.
Analizės tikslumui įtakos turi tyrimui paimtų lokusų pobūdis ir skaičius. DNR tyrimai parodė, kad visų planetos žmonių genetinė medžiaga sutampa 99 proc. Jei paimsime šias panašias DNR dalis analizei, gali pasirodyti, kad, pavyzdžiui, Australijos aborigenas ir anglė bus absoliučiai identiškos asmenybės. Todėl tiksliam tyrimui paimamos individualios sritys. Kuo daugiau tokių sričių bus tiriama, tuo didesnė analizės tikslumo tikimybė. Pavyzdžiui, atlikus išsamiausią ir kokybiškiausią 16 STR tyrimą, išvadaDNR bus gauta 99,9999 % tikslumu, kai patvirtinama motinystės/tėvystės tikimybė, ir 100 %, kai paneigiamas faktas.
Artimų santykių užmezgimas (močiutė, senelis, dukterėčia, sūnėnas, teta, dėdė)
DNR santykių analizė iš esmės nesiskiria nuo tėvystės ir motinystės testo. Skirtumas tas, kad bendrinamos genetinės informacijos kiekis bus perpus mažesnis nei atliekant tėvystės testą ir bus maždaug 25%, jei tiksliai sutaps 3 iš 12 lokusų. Be to, taip pat turi būti laikomasi sąlygos, kad giminaičiai, tarp kurių yra užmegzti giminystės ryšiai, priklausytų tai pačiai giminei (motinos ar tėvo). Svarbu, kad DNR analizės nuorašas būtų kuo patikimesnis.
Brolių ir pusbrolių ir seserų DNR panašumų nustatymas
Broliai ir seserys iš savo tėvų gauna vieną genų rinkinį, todėl DNR tyrimas atskleidžia 75-99% tų pačių genų (identiškų dvynių atveju - 100%). Pusbroliai ir seserys gali turėti ne daugiau kaip 50 % tų pačių genų ir tik tuos, kurie perduodami per motinos liniją. DNR testas gali 100 % tiksliai parodyti, ar broliai ir seserys yra broliai ir seserys, ar patėviai.
DNR testas dvyniams
Biologinės kilmės dvyniai yra identiški (homozigotiniai) arba dizigotiniai (heterozigotiniai). Homozigotiniai dvyniai išsivysto iš vienos apvaisintos ląstelės, yra tik vienos lyties ir yra visiškai identiški genotipui. Heterozigotinis susidaro iš skirtingų apvaisintųkiaušinėlių, yra skirtingų lyčių ir turi nedidelių DNR skirtumų. Genetiniai tyrimai leidžia 100 % tiksliai nustatyti, ar dvyniai yra monozigotiniai, ar heterozigotiniai.
Y chromosomos DNR tyrimas
Y-chromosoma perduodama iš tėvo sūnui. Tokio tipo analizės pagalba galima labai tiksliai nustatyti, ar vyrai yra tos pačios šeimos nariai ir kiek artimi jie yra susiję. Y-chromosomos DNR nustatymas dažnai naudojamas šeimos medžiui sukurti.
Mitochondrijų DNR analizė
MtDNR yra paveldima per motinos liniją. Todėl toks tyrimas yra labai informatyvus, norint atsekti giminystę iš motinos pusės. Mokslininkai mtDNR analizę naudoja siekdami kontroliuoti evoliucijos ir migracijos procesus, taip pat identifikuoti žmones. MtDNR struktūra yra tokia, kad joje galima išskirti du hiperkintamus regionus HRV1 ir HRV2. Atlikę HRV1 lokuso tyrimus ir palyginę jį su standartine Kembridžo seka, galite gauti DNR išvadą, ar tiriamieji yra giminaičiai, ar jie priklauso tai pačiai etninei grupei, tai pačiai tautybei, tai pačiai motininei linijai.
Genetinės informacijos iššifravimas
Iš viso žmogus turi apie šimtą tūkstančių genų. Jie yra užkoduoti į seką, kurią sudaro trys milijardai raidžių. Kaip minėta anksčiau, DNR turi dvigubos spiralės struktūrą, sujungtą cheminiu ryšiu. Genetinį kodą sudaro daugybė penkių nukleotidų variantų, žymimų: A (adeninas), C.(citozinas), T (timinas), G (guaninas) ir U (uracilas). Nukleotidų lokalizacijos tvarka DNR lemia aminorūgščių seką b altymo molekulėje.
Mokslininkai atrado keistą faktą, kad apie 90 % DNR grandinės yra tam tikras genetinis šlakas, kuris neneša svarbios informacijos apie žmogaus genomą. Likę 10 % yra suskirstyti į savo genus ir reguliavimo sritis.
Būna atvejų, kai DNR grandinės padvigubinimas (replikacija) nepavyksta. Tokie procesai sukelia mutacijų atsiradimą. Net minimali vieno nukleotido paklaida gali sukelti paveldimos ligos, kuri gali būti mirtina žmonėms, išsivystymą. Iš viso mokslininkai žino apie 4000 tokių sutrikimų. Ligos pavojus priklauso nuo to, kurią DNR grandinės dalį paveiks mutacija. Jei tai yra genetinių šlakų sritis, klaida gali likti nepastebėta. Tai neturės įtakos normaliam darbui. Jei replikacijos sutrikimas įvyksta svarbiame genetiniame segmente, tokia klaida gali kainuoti žmogui gyvybę. Šios pozicijos DNR tyrimai padės genetikams rasti būdą, kaip išvengti genų mutacijų ir nugalėti paveldimas ligas.
DNR genetinio kodo lentelė padeda genetikos mokslininkams surinkti visą informaciją apie žmogaus genomą.
| Aminorūgštis | mRNR kodonai |
|
Argino rūgštis Lizinas Izoleucinas Alaninas Argininas Leucinas Glicinas Triptofanas Metioninas Glutaminas Valinas Cisteinas Proline Asparto rūgštis Serina Histidinas Asparaginas Treoninas Tirozinas |
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 |
Genetinė patikra nėštumo metu ir nėštumo metu
Genetikai rekomenduoja poroms atlikti genetinį tyrimą palikuonių planavimo etape. Tokiu atveju galite iš anksto sužinoti apie galimus organizmo pokyčius, įvertinti riziką susilaukti patologijų turinčių vaikų ir nustatyti genetiškai paveldimų ligų buvimą. Tačiau praktika rodo, kad moterų DNR tyrimai dažniausiai atliekami tada, kai jos yra nėščios. Tokiomis aplinkybėmis taip pat bus gauta informacija apie vaisiaus apsigimimų tikimybę.
Genetinis patikrinimas yra savanoriškas. Tačiau yra keletas priežasčių, kodėl moteris turi atlikti tokį tyrimą. Šie rodmenys apima:
- biologinis amžius virš 35;
- paveldimos motinos ligos;
- persileidimų ir negyvagimių istorijavaikai;
- mutageninių veiksnių buvimas pastojimo metu: radioaktyvioji ir rentgeno spinduliuotė, tėvų priklausomybė nuo alkoholio ir narkotikų;
- anksčiau gimę vaikai, turintys raidos patologijų;
- virusinės ligos, kurias perduoda nėščia moteris (ypač raudonukė, toksoplazmozė ir gripas);
- ultragarso indikacijos.
DNR kraujo tyrimas greičiausiai nustatys būsimo kūdikio polinkį sirgti širdies ir kraujagyslių, kaulų, plaučių, virškinimo trakto ir endokrininės sistemos ligomis. Šis tyrimas taip pat rodo riziką susilaukti kūdikio su Dauno ir Edvardso sindromais. DNR ataskaita suteiks gydytojui išsamų moters ir vaiko būklės vaizdą ir galės paskirti tinkamą korekcinį gydymą.
Genetinių tyrimų metodai nėštumo metu
Tradiciniai tyrimo metodai apima ultragarsą ir biocheminį kraujo tyrimą, jie nekelia jokio pavojaus moteriai ir vaisiui. Tai vadinamoji nėščiųjų patikra, atliekama dviem etapais. Pirmasis atliekamas 12–14 nėštumo savaičių ir leidžia nustatyti rimtus vaisiaus sutrikimus. Antrasis etapas atliekamas 20-24 savaites ir suteikia informacijos apie nedideles patologijas, kurios gali atsirasti kūdikiui. Jei yra įrodymų ar abejonių, gydytojai gali skirti invazinius analizės metodus:
- Amniocentezė arba vaisiaus vandenų mėginių ėmimas tyrimams. Specialia adata atliekama punkcija į gimdą, surenkamas reikiamas vaisiaus vandenų kiekis.analizė. Ši manipuliacija atliekama kontroliuojant ultragarsu, kad būtų išvengta sužalojimų.
- Choriono biopsija – placentos ląstelių mėginių ėmimas.
- Nėščioms moterims, kurios sirgo infekcija, skiriama placentogenezė. Tai gana rimta operacija, atliekama nuo dvidešimtos nėštumo savaitės, taikant bendrąją nejautrą;
- Virkštelės kraujo mėginių ėmimas ir analizė arba kordocentezė. Tai galima padaryti tik po 18 nėštumo savaitės
Taigi iš genetinės analizės galima sužinoti, koks bus jūsų vaikas, dar gerokai prieš jo gimimą.
DNR tyrimo kaina
Paprastam pasauliečiui, kuris nesusiduria su šia procedūra, perskaičius šį straipsnį kyla pagrįstas klausimas: „Kiek kainuoja DNR tyrimas?“. Verta žinoti, kad šios procedūros kaina priklauso nuo pasirinkto tyrimo profilio. Štai apytikslė DNR tyrimo kaina:
- tėvystė (motinystė) – 23000 rublių;
- glaudūs santykiai - 39000 rublių;
- pusbrolis - 41 000 rublių;
- brolio/pusbrolio (sesers) įsteigimas – 36 000 rublių;
- dvynių testas - 21000 rublių;
- Y chromosomai - 14 000 rublių;
- už mtDNA - 15000 rublių;
- konsultacijos dėl giminystės nustatymo: žodžiu - 700 rublių, raštu - 1400 rublių
Pastaraisiais metais mokslininkai padarė daug puikių atradimų, kurie iš naujo apibrėžia mokslo pasaulio postulatus. DNR tyrimai vyksta. Mokslininkus skatina didžiulis noras atrasti žmogaus genetinio kodo paslaptį. Jau daug kas buvo atrasta ir ištirta, bet kiek nežinomybės laukia! Pažanga nevertavietoje, o DNR technologija yra tvirtai įsitvirtinusi kiekvieno žmogaus gyvenime. Tolesnis šios paslaptingos ir unikalios, daug paslapčių kupinos struktūros tyrimas, atskleis žmonijai daugybę naujų faktų.
