Что представляет собой рекомбинация ДНК
Приоритетная роль ДНК для организма человека велика. Содержание генетического материала в молекуле определяет развитие живых существ в современном мире. Одним из важнейших процессов появления новых генов, эволюционирования и естественного отбора является рекомбинация, которая у эукариот и бактерий представляет собой процесс обмена хромосомами путем разрыва одних и соединения с другими. Для вирусов все это возможно при помощи геномов молекулы РНК. В этом процессе происходит смешивание исходного материала, возникновение новых способностей организмов, определяющих эволюционное развитие. Все это свойственно всем живым организмам — от простейших до высокоразвитых. На подобно явление обратили внимание изначально в начале 20 века благодаря скрещиваниям. Ну а впервые феномен обмена информацией генов между двумя разными бактериофагами, названный генетической рекомбинацией, обнародовал нобелевский лауреат по медицине 1969 года молекулярный биолог Макс Дельбрюк.
История изучения структуры гена
Толчок к развитию генетики как науки произошел в начале 20 века, тогда стало уделяться внимание наследственным изменениям организма. Активно начали изучаться наследственные процессы, происходящие с хромосомами. К концу двадцатых годов прошлого столетия было популярно мнение о неделимости и целостности гена при наследственной передаче. Этому способствовали результаты опытов кроссинговера (рекомбинация у эукариотов). В 1928 году была обнаружена мутация гена на примере дрозофил под воздействием рентгеновских лучей. Некоторые области хромосомы вполне могут мутировать независимо друг от друга. Так появилось понятие аллеломорфизма. Однако мутация гена при помощи кроссинговера долгое время не могла быть достигнута. Только лишь при переходе генетических исследований микроорганизмов на молекулярный уровень стала ясна способность генов к рекомбинации. В 70-х годах двадцатого века в результате экспериментов в сфере бактериальной генетики был получен ряд положительных результатов в данном исследовании.
Принципы действия рекомбинации ДНК
Существует несколько способов достижения данного процесса, суть которого заключается либо в успешной замене одних участков молекулы на другие (реципрокный), либо в полном удалении какого-либо участка (нереципрокный). Подобная замена участков замена характерна как для половых, так и для соматических клеток. Первый способ называется общей или гомологической рекомбинацией. Существует еще и незаконный (неправильный) путь. Благодаря ему происходит изменение структурных перестроек молекулы ДНК — инверсия, транслокация.
Необходимость изменений молекул ДНК
Процесс замены участков молекул ДНК следует считать ответственным за наличие естественного отбора и биологическое существование всего живого. Ее также признают одним из самых таинственных явлений генетики. Генные мутации привели к многообразию, будучи совершенно бесполезными в одной сфере и неожиданно находившими применение в другой. Рекомбинация наряду с появлением самой жизни обеспечивает все новые и новые геномные сочетания, разнообразие фенотипов, постепенно усиливая свою позицию. У эукариотов, отличных от бактерий, изменения отражены уже на последующих поколениях. Суть важности замены участков молекул ДНК можно рассмотреть на примере организмов, для которых характерен половой или бесполый путь размножения. Бесполые организмы (не рекомбинирующие) под воздействием мутаций вынуждены жить с неполезными генами, что снижает их шансы на выживание. Организмы с высокой степенью рекомбинации, которым присущ половой характер размножения, отбраковывают ненужные мутационные гены в следующих поколениях, тем самым получая шансы на процветание в дальнейшем.
Практическое применение для медицины, генетики и перспективы развития
Современные условия жизни предъявляют требования к высоким познаниям, касающихся области генной инженерии. Образование все новых патогенных микроорганизмов требует создание новых лекарственных форм, что также оказывает влияние на появление новых фенотипов заболеваний и инфекций. Одной из задач современной молекулярной медицины является изучение механизма гомологической рекомбинации. Изучения изменений структуры ДНК вносит вклад в развитие понимания характера наследственных заболеваний. Замена «плохого наследственного» гена «хорошим» как метод лечения возможна при применении техники гомологической рекомбинации.
Факты о рекомбинации
Для генной инженерии появилась возможность создавать новые организмы с несвойственными им ранее характеристиками. Был создан рекомбинантный производимый при помощи человеческого гена инсулин. В США и Европе начались работы над созданием трансгенных растений, впоследствии перешедшее в массовое выращивание, ученые практически завершили работы над расшифровкой генома человека. Генетически модифицированные продукты или же организмы уже давно не являются редкостью. Известны случаи появления светящихся поросят, растений, которые светятся при необходимости поливки, зеленые обезьяны и мыши. Трансгенные сельскохозяйственные культуры производятся уже давно в огромных количествах и зачастую превосходят натуральные, даже несмотря на повсеместные протесты и запреты. Впрочем, запросы генной инженерии предполагают не только добавлять новые, но и убирать уже существующие для более детального изучения «отсутствующего» гена. Подобные организмы называют «нокаутными». Нокаутные мыши как предмет научного исследования уже давно пришли на смену дрозофилам.