Генетика прошла сложный путь развития от Грегора Менделя, открывшего в 1865 году статистические закономерности наследования до современных цитогенетических технологий.
Классическая или «менделеевская» генетика не сразу нашла практическое применение, но уже с начала 20 века, после того как Т. Морган сформулировал «хромосомную теорию наследственности» селекционеры как растений, так и животных стали успешно применять на практике эти величайшие научные открытия.
Не могу не сказать и не почтить память величайшего ученого, генетика и селекционера, академика Николая Ивановича Вавилова, сформулировавшего «Закон гомологических рядов», который позволил в нашей стране, в кратчайшие сроки, вывести новые ценные сорта злаковых культур, которые мы до сих пор успешно применяем.
Однако, тема сегодняшнего обзора – это клеточная и молекулярная генетика и её роль в практической деятельности человека, главным образом, в медицине.
Должен сразу отметить, что величайшие открытия в цитогенетике были сделаны биофизиками, биохимиками в тесном сотрудничестве с биологами и врачами.
Яркий пример тому открытие пространственной структуры ДНК.
В 1953 г. американский генетик Джеймс Уотсон и английский физик Френсис Крик сформулировали основные представления о структуре двойной спирали ДНК.
Модель ДНК Уотсона-Крика позволила объяснить многие фундаментальные биологические феномены, такие как структурная организация молекул ДНК, способ хранения и точного копирования генетической информации, возможность изменения структуры генов в процессе эволюции.
Развитию и внедрению идеи «ДВОЙНОЙ СПИРАЛИ» способствовал Мо́рис Хью Фре́дерик Уи́лкинс английский физик и молекулярный биолог.
Но это величайшее открытии было подготовлено исследованиями Розалинд Франклин английский биофизик и учёный-рентгенограф.
Но сегодня, коллеги, лекция не по истории цитогенетики, а о её практической значимости и поговорим, в начале о таком печальном явлении как смерть!
Точнее о ЖИЗНИ и СМЕРТИ как её естественном, генетически запрограммированном, финале, поскольку
продолжительность жизни, борьба с преждевременной смертью – это основная и главная задача медицины, в которой вы будете работать!
В процессе отнтогенеза, индивидуального развития, все организмы, и человек, не исключение проходят целый ряд стадий и фаз, которые можно свести буквально к трём четырем – зарождение, рост и развитие, старение – смерть.
Самый нежелательный и противный этап – это последний и человек единственное существо на Земле, который это осознаёт и сопротивляется. Поэтому тщательно и уже давно изучает процессы старения, механизмы и способы продлить жизнь, а лучше и вообще сделаться бессмертным.
Цитогенетики, естественно, не остались в стороне и на сегодня, молекулярно-генетические гипотезы старения занимают основное место.
В 1960-е годы 20-го века Леонард Хейфлик профессор анатомии Калифорнийского университета открыл ограничение числа делений у клеток человека в клеточной культуре: клетки умирают приблизительно после 50 делений, и имеют признаки старения при достижении данной границы (предел Хейфлика) или лимит Хейфлика.
А в 1971 году наш соотечественник Алексей Оловников, ученый из Новосибирска, для объяснения экспериментальных данных Леонарда Хейфлика выдвинул теорию маргинотомии — отсчёта клеточных делений и старения вследствие недорепликации последовательностей ДНК на концах хромосом (теломерных участков). Теория предполагала, что «нестарение» бактерий обусловлено кольцевой формой ДНК, а теломерные последовательности в стволовых и раковых клетках защищены благодаря постоянному — при каждом делении клетки — удлинению особым ферментом — тандем-ДНК-полимеразой (современное название — теломераза)
А в 2009 году Нобелевская премия присуждена Элизабет Блэкберн, Кэрол Грейдер и Джеку Шостаку «за открытие того, как теломеры и фермент теломераза защищают хромосомы».
Механизм защиты хромосом от укорачивания при каждом делении был впервые предсказан в 1971 году Алексеем Матвеевичем Оловниковым; впоследствии его теоретические построения были подтверждены на практике экспериментаторами, которые и удостоились этой Нобелевской премии.
Теломеры играют определенную роль в возрастных изменениях клеток и всего организма и в развитии злокачественных заболеваний. Дальнейшие исследования их динамики и принципов работы удлиняющего их фермента теломеразы могут помочь найти новые пути борьбы со старением и раком.
Как и предполагал Оловников, теломеры оказались важным инструментом регуляции как старения, так и возникновения рака. В настоящее время уже разработаны и проходят испытания лекарственные препараты, которые, возможно, позволят бороться с рядом форм рака за счет подавления активности теломеразы в раковых клетках.
С работой теломеразы связано также развитие врожденного дискератоза (dyskeratosis congenita) — редкого наследственного заболевания, которое вызывает преждевременное старение кожи. Симптомы этой болезни связаны с нарушениями в регуляции длины теломер. Врожденный дискератоз пока не умеют лечить, но дальнейшие исследования могут позволить найти способы останавливать его развитие.
Хотя общий принцип работы теломеразы уже ясен, еще предстоит выяснить многие важные подробности, в частности механизмы регуляции, не позволяющие теломерам неограниченно разрастаться и определяющие их сокращение у стареющих клеток. Что касается роли теломер в старении, здесь тоже по-прежнему многое остается неясным, хотя сокращение их длины действительно характерно для стареющих эукариотических клеток.
Что касается продолжительности жизни, то здесь - с одной стороны, всё ясно – генетические часы заведены на 100- 120 лет. А вот почему человек не реализует эту возможность? Вопрос не совсем к генетикам.
Но смерть всё равно, рано или поздно наступает. Это в любом случае печально, но совсем плохо, когда она носит насильственный характер, криминальный.
В настоящее время обнаружение ДНК преступника в его биологических материалах на месте преступления с помощью ПЦР, является рутинной процедурой, так же, как и ПЦР мазка из носоглотки, на предмет обнаружения вируса убийцы SARS-COV -19 (Severe acute respiratory syndrome)
Что такое ПЦР?
Полимеразная цепная реакция (ПЦР) была открыта в 1983 году американским биохимиком Кэри Муллисом, получивший в 1993 году за это революционное открытие Нобелевскую премию.
Итак, речь пойдет о Генети́ческой дактилоскопи́и. Дактилоскопия как вы помните это изучение папиллярных узоров, которые абсолютно индивидуальны у всех.
ДНК-дактилоскопи́я – генетическая, то есть молекулярная идентификации индивидуумов (организмов) на основе уникальности последовательности нуклеотидов ДНК каждого живого существа (за исключением однояйцевых близнецов), своеобразного «генетического отпечатка», остающегося индивидуальным и неизменным на протяжении всей жизни индивидуума (организма)
Метод открыт 10 сентября 1984 года британским генетиком Алеком Джеффрисом Используется во всём мире преимущественно в криминалистике при проведении судебно-медицинских экспертиз для раскрытия самых разных преступлений, а также для установления родства и решения множества других задач, связанных с идентификацией личности.
Сегодня ДНК-дактилоскопия проводится даже в портативных лабораториях, и десятки предприятий в мире выпускают оборудование для геномной идентификации личности.
Павел Леонидович Иванов, первый в России, в 1988 году провел молекулярно-генетическую экспертизу, которая позволила изобличить особо опасного убийцу, жертвами которого стали несколько женщин.
Сразу же, в Бюро Главной судебно-медицинской экспертизы была создана первая в стране лаборатория молекулярно-генетических идентификаций, в которой под руководством П. Л. Иванова проводились экспертизы по самым сложным и запутанным уголовным делам и самым значимым и нашумевшим является экспертиза царских останков.
Однако, возможности ПЦР не ограничиваются только криминалистической.
Генодиагностика вирусных и бактериальных инфекций, наследственных заболеваний, болезней с наследственной предрасположенностью – вот та очень актуальная и перспективная область медицины, где вы сможете проявить свои знания и удовлетворить карьерные амбиции.
И конечно недалекое будущее, которой за вами – это ГЕНОТЕРАПИЯ.
Теперь перейдём к разделу прикладной молекулярной генетики – генной инженерии, а именно биотехнологии и генно модифицированных организмов (ГМО).
Только вакцинация по накалу страстей может сравниться с тем оголтелым ажиотажем, который раздули малообразованные, но весьма агрессивные популяции людей. Невежество во все времена было агрессивным и самоуверенным. Это приводило и приведет к немалым бедам.
Любому здравомыслящему и образованному человеку ясно, что без вакцинации человечество погибнет от инфекций, а без ГМО от голода.
Я не предполагаю устраивать сейчас и здесь дискуссии на эту тему, а просто приведу достижения и перспективы биотехнологии, построенной на генной и клеточной инженерии.
Диабет – одна из наиболее серьёзных проблем человечество решить её радикально может только генотерапия, а пока в основе жизнеобеспечения больных диабетом лежит использование ИНСУЛИНА.
Напомню - гормон белковой природы, образуется в бета-клетках островков Лангерганса поджелудочной железы. Оказывает многогранное влияние на обмен веществ практически во всех тканях. Основное действие инсулина — регулирование углеводного обмена, в частности — утилизация глюкозы в организме.
Долгое время инсулин получали из поджелудочной железы свиней. Дорого и малопродуктивно. А на фоне роста больных диабетом ситуация становилась критичной. На помощь пришла генная инженерия.
Первый генно-инженерный человеческий инсулин получен в 1978 году Артуром Риггсом и Кэйити Итакурой. Теперь инсулин производят пекарские дрожжи и кишечная палочка.
Смотрите сколько на сегодня генноинженерных препаратов инсулина! И никто не вопит, что их надо запретить, что они смертельно опасны! Смертельно опасно невежество!
Также, с помощью генно инженерных методов создаются новые ферменты, используемые в терапии целого ряда заболеваний, защитные белки иммуноглобулины – интерлейкины и интрефероны, антибиотики и вакцины.
В конструировании первого отечественного интерлейкина принимал участие и мой старший товарищ и учитель, доктор биологических наук, профессор Юрий Павлович Винецкий.
Студент Юрий Винецкий МГУ, 1956 год
Доктор биологических наук, профессор Ю.П. Винецкий, 2022 год. Фото В. Софьина
Интерлейкинами называют растворимые медиаторы, продуцируемые в основном лимфоцитами и моноцитами и оказывающие регуляторное действие на другие клетки иммунной системы или клетки, участвующие в иммунной реакции организма.
Многие интерлейкины принимают участие в регуляции дифференцировки и пролиферации клеток-предшественниц гемопоэза. В настоящее время выделено и охарактеризовано более 20 интерлейкинов
Одной из самых актуальная на сегодня проблема – вакцины. Особенно, противовирусные вакцины.
По не совсем ясным причинам, эволюция патогенных вирусов значительно ускорилась.
Их способы внедрения в клетки человека становятся все более изощренными.
Выяснить эти механизмы призваны не только генетики, но и биохимики, биофизики, кибернетики, математики, эволюционисты и даже историки медицины и биологии, палеобиологии и экологи.
В.Софьин, к.м.н., доцент
Преподаватель СОБМК
Классическая или «менделеевская» генетика не сразу нашла практическое применение, но уже с начала 20 века, после того как Т. Морган сформулировал «хромосомную теорию наследственности» селекционеры как растений, так и животных стали успешно применять на практике эти величайшие научные открытия.
Не могу не сказать и не почтить память величайшего ученого, генетика и селекционера, академика Николая Ивановича Вавилова, сформулировавшего «Закон гомологических рядов», который позволил в нашей стране, в кратчайшие сроки, вывести новые ценные сорта злаковых культур, которые мы до сих пор успешно применяем.
Однако, тема сегодняшнего обзора – это клеточная и молекулярная генетика и её роль в практической деятельности человека, главным образом, в медицине.
Должен сразу отметить, что величайшие открытия в цитогенетике были сделаны биофизиками, биохимиками в тесном сотрудничестве с биологами и врачами.
Яркий пример тому открытие пространственной структуры ДНК.
В 1953 г. американский генетик Джеймс Уотсон и английский физик Френсис Крик сформулировали основные представления о структуре двойной спирали ДНК.
Модель ДНК Уотсона-Крика позволила объяснить многие фундаментальные биологические феномены, такие как структурная организация молекул ДНК, способ хранения и точного копирования генетической информации, возможность изменения структуры генов в процессе эволюции.
Развитию и внедрению идеи «ДВОЙНОЙ СПИРАЛИ» способствовал Мо́рис Хью Фре́дерик Уи́лкинс английский физик и молекулярный биолог.
Но это величайшее открытии было подготовлено исследованиями Розалинд Франклин английский биофизик и учёный-рентгенограф.
Но сегодня, коллеги, лекция не по истории цитогенетики, а о её практической значимости и поговорим, в начале о таком печальном явлении как смерть!
Точнее о ЖИЗНИ и СМЕРТИ как её естественном, генетически запрограммированном, финале, поскольку
продолжительность жизни, борьба с преждевременной смертью – это основная и главная задача медицины, в которой вы будете работать!
В процессе отнтогенеза, индивидуального развития, все организмы, и человек, не исключение проходят целый ряд стадий и фаз, которые можно свести буквально к трём четырем – зарождение, рост и развитие, старение – смерть.
Самый нежелательный и противный этап – это последний и человек единственное существо на Земле, который это осознаёт и сопротивляется. Поэтому тщательно и уже давно изучает процессы старения, механизмы и способы продлить жизнь, а лучше и вообще сделаться бессмертным.
Цитогенетики, естественно, не остались в стороне и на сегодня, молекулярно-генетические гипотезы старения занимают основное место.
В 1960-е годы 20-го века Леонард Хейфлик профессор анатомии Калифорнийского университета открыл ограничение числа делений у клеток человека в клеточной культуре: клетки умирают приблизительно после 50 делений, и имеют признаки старения при достижении данной границы (предел Хейфлика) или лимит Хейфлика.
А в 1971 году наш соотечественник Алексей Оловников, ученый из Новосибирска, для объяснения экспериментальных данных Леонарда Хейфлика выдвинул теорию маргинотомии — отсчёта клеточных делений и старения вследствие недорепликации последовательностей ДНК на концах хромосом (теломерных участков). Теория предполагала, что «нестарение» бактерий обусловлено кольцевой формой ДНК, а теломерные последовательности в стволовых и раковых клетках защищены благодаря постоянному — при каждом делении клетки — удлинению особым ферментом — тандем-ДНК-полимеразой (современное название — теломераза)
А в 2009 году Нобелевская премия присуждена Элизабет Блэкберн, Кэрол Грейдер и Джеку Шостаку «за открытие того, как теломеры и фермент теломераза защищают хромосомы».
Механизм защиты хромосом от укорачивания при каждом делении был впервые предсказан в 1971 году Алексеем Матвеевичем Оловниковым; впоследствии его теоретические построения были подтверждены на практике экспериментаторами, которые и удостоились этой Нобелевской премии.
Теломеры играют определенную роль в возрастных изменениях клеток и всего организма и в развитии злокачественных заболеваний. Дальнейшие исследования их динамики и принципов работы удлиняющего их фермента теломеразы могут помочь найти новые пути борьбы со старением и раком.
Как и предполагал Оловников, теломеры оказались важным инструментом регуляции как старения, так и возникновения рака. В настоящее время уже разработаны и проходят испытания лекарственные препараты, которые, возможно, позволят бороться с рядом форм рака за счет подавления активности теломеразы в раковых клетках.
С работой теломеразы связано также развитие врожденного дискератоза (dyskeratosis congenita) — редкого наследственного заболевания, которое вызывает преждевременное старение кожи. Симптомы этой болезни связаны с нарушениями в регуляции длины теломер. Врожденный дискератоз пока не умеют лечить, но дальнейшие исследования могут позволить найти способы останавливать его развитие.
Хотя общий принцип работы теломеразы уже ясен, еще предстоит выяснить многие важные подробности, в частности механизмы регуляции, не позволяющие теломерам неограниченно разрастаться и определяющие их сокращение у стареющих клеток. Что касается роли теломер в старении, здесь тоже по-прежнему многое остается неясным, хотя сокращение их длины действительно характерно для стареющих эукариотических клеток.
Что касается продолжительности жизни, то здесь - с одной стороны, всё ясно – генетические часы заведены на 100- 120 лет. А вот почему человек не реализует эту возможность? Вопрос не совсем к генетикам.
Но смерть всё равно, рано или поздно наступает. Это в любом случае печально, но совсем плохо, когда она носит насильственный характер, криминальный.
В настоящее время обнаружение ДНК преступника в его биологических материалах на месте преступления с помощью ПЦР, является рутинной процедурой, так же, как и ПЦР мазка из носоглотки, на предмет обнаружения вируса убийцы SARS-COV -19 (Severe acute respiratory syndrome)
Что такое ПЦР?
Полимеразная цепная реакция (ПЦР) была открыта в 1983 году американским биохимиком Кэри Муллисом, получивший в 1993 году за это революционное открытие Нобелевскую премию.
Итак, речь пойдет о Генети́ческой дактилоскопи́и. Дактилоскопия как вы помните это изучение папиллярных узоров, которые абсолютно индивидуальны у всех.
ДНК-дактилоскопи́я – генетическая, то есть молекулярная идентификации индивидуумов (организмов) на основе уникальности последовательности нуклеотидов ДНК каждого живого существа (за исключением однояйцевых близнецов), своеобразного «генетического отпечатка», остающегося индивидуальным и неизменным на протяжении всей жизни индивидуума (организма)
Метод открыт 10 сентября 1984 года британским генетиком Алеком Джеффрисом Используется во всём мире преимущественно в криминалистике при проведении судебно-медицинских экспертиз для раскрытия самых разных преступлений, а также для установления родства и решения множества других задач, связанных с идентификацией личности.
Сегодня ДНК-дактилоскопия проводится даже в портативных лабораториях, и десятки предприятий в мире выпускают оборудование для геномной идентификации личности.
Павел Леонидович Иванов, первый в России, в 1988 году провел молекулярно-генетическую экспертизу, которая позволила изобличить особо опасного убийцу, жертвами которого стали несколько женщин.
Сразу же, в Бюро Главной судебно-медицинской экспертизы была создана первая в стране лаборатория молекулярно-генетических идентификаций, в которой под руководством П. Л. Иванова проводились экспертизы по самым сложным и запутанным уголовным делам и самым значимым и нашумевшим является экспертиза царских останков.
Однако, возможности ПЦР не ограничиваются только криминалистической.
Генодиагностика вирусных и бактериальных инфекций, наследственных заболеваний, болезней с наследственной предрасположенностью – вот та очень актуальная и перспективная область медицины, где вы сможете проявить свои знания и удовлетворить карьерные амбиции.
И конечно недалекое будущее, которой за вами – это ГЕНОТЕРАПИЯ.
Теперь перейдём к разделу прикладной молекулярной генетики – генной инженерии, а именно биотехнологии и генно модифицированных организмов (ГМО).
Только вакцинация по накалу страстей может сравниться с тем оголтелым ажиотажем, который раздули малообразованные, но весьма агрессивные популяции людей. Невежество во все времена было агрессивным и самоуверенным. Это приводило и приведет к немалым бедам.
Любому здравомыслящему и образованному человеку ясно, что без вакцинации человечество погибнет от инфекций, а без ГМО от голода.
Я не предполагаю устраивать сейчас и здесь дискуссии на эту тему, а просто приведу достижения и перспективы биотехнологии, построенной на генной и клеточной инженерии.
Диабет – одна из наиболее серьёзных проблем человечество решить её радикально может только генотерапия, а пока в основе жизнеобеспечения больных диабетом лежит использование ИНСУЛИНА.
Напомню - гормон белковой природы, образуется в бета-клетках островков Лангерганса поджелудочной железы. Оказывает многогранное влияние на обмен веществ практически во всех тканях. Основное действие инсулина — регулирование углеводного обмена, в частности — утилизация глюкозы в организме.
Долгое время инсулин получали из поджелудочной железы свиней. Дорого и малопродуктивно. А на фоне роста больных диабетом ситуация становилась критичной. На помощь пришла генная инженерия.
Первый генно-инженерный человеческий инсулин получен в 1978 году Артуром Риггсом и Кэйити Итакурой. Теперь инсулин производят пекарские дрожжи и кишечная палочка.
Смотрите сколько на сегодня генноинженерных препаратов инсулина! И никто не вопит, что их надо запретить, что они смертельно опасны! Смертельно опасно невежество!
Также, с помощью генно инженерных методов создаются новые ферменты, используемые в терапии целого ряда заболеваний, защитные белки иммуноглобулины – интерлейкины и интрефероны, антибиотики и вакцины.
В конструировании первого отечественного интерлейкина принимал участие и мой старший товарищ и учитель, доктор биологических наук, профессор Юрий Павлович Винецкий.
Студент Юрий Винецкий МГУ, 1956 год
Доктор биологических наук, профессор Ю.П. Винецкий, 2022 год. Фото В. Софьина
Интерлейкинами называют растворимые медиаторы, продуцируемые в основном лимфоцитами и моноцитами и оказывающие регуляторное действие на другие клетки иммунной системы или клетки, участвующие в иммунной реакции организма.
Многие интерлейкины принимают участие в регуляции дифференцировки и пролиферации клеток-предшественниц гемопоэза. В настоящее время выделено и охарактеризовано более 20 интерлейкинов
Одной из самых актуальная на сегодня проблема – вакцины. Особенно, противовирусные вакцины.
По не совсем ясным причинам, эволюция патогенных вирусов значительно ускорилась.
Их способы внедрения в клетки человека становятся все более изощренными.
Выяснить эти механизмы призваны не только генетики, но и биохимики, биофизики, кибернетики, математики, эволюционисты и даже историки медицины и биологии, палеобиологии и экологи.
В.Софьин, к.м.н., доцент
Преподаватель СОБМК