ЭССЕ по генетике человека

ЭССЕ по генетике человека

«Особенности генетического аппарата вирусов ДНК и РНК вирусы»

Мельчайшие микроорганизмы, не имеющие клеточного строения, белоксинтезирующей системы и способные к воспроизведению лишь в клетках высокоорганизованных форм жизни. Они широко распространены в природе, поражают животных, растения и другие микроорганизмы. В. характеризуются рядом уникальных свойств, отличающих их от простейших, грибков, бактерий — микроорганизмов, имеющих клеточное строение и генетический материал, представленный двунитчатыми ДНК. Вирусы не имеют рибосом и цитоплазматических органелл, их воспроизводство обеспечивает клетка-хозяин. Молекула вирусного генома наделена необычайной способностью перестраивать жизнедеятельность клетки таким образом, что она перестает узнавать собственную генетическую информацию и функционирует в соответствии с генетической программой вируса, синтезируя вирусоспецифические молекулы. С этой точки зрения В. являются генетическими паразитами клетки.

Генетический аппарат и строение вирусов:

Вирусы содержат нуклеиновую кислоту только одного типа: либо ДНК, либо РНК. РНК-содержащие В. — единственные представители в природе, имеющие генетический материал, представленный РНК. Вирусные геномы гаплоидны, т.е. содержат только одну копию генов, за исключением ретровирусов, геном которых является диплоидным. Генетический материал может иметь вид разнообразных структур (двунитчатых, однонитчатых, линейных, кольцевых, фрагментированных молекул). В основе необычного способа воспроизводства В. лежит разобщенный во времени и пространстве (на территории клетки) синтез вирусных нуклеиновых кислот и белков, которые затем независимо друг от друга прибывают к местам сборки вирусных частиц.

Природу В. как генетических паразитов клетки характеризует их способность к интеграции, т.е. к объединению вирусного генома с клеточным. Группа вирусных генов, являющихся частью клеточного генома, называется провирусом. Провирус способен длительное время существовать в виде так называемых молчащих генов, однако в соответствующих условиях он может активироваться, что приводит к развитию болезни. На способности В. к интеграции основан механизм персистенции В. в организме, с которой связано возникновение персистентных вирусных инфекций. Интеграция характерна для умеренных ДНК-содержащих бактериофагов, онкогенных ДНК-содержащих вирусов, для вируса гепатита В, обязательна для ретровирусов, к которым относятся онкогенные РНК-содержащие В. и вирусы иммунодефицита человека. Персистенция В. в организме возможна также при существовании их в клетке в виде кольцевых нуклеиновых кислот типа плазмид бактериальной клетки, реплицируемых самой клеткой. Такие кольцевые ДНК, лишенные собственных белков, описаны при персистенции паповавирусов, В. герпеса.

СТРОЕНИЕ ВИРУСОВ Полноценная по строению и инфекционная, т.е. способная вызвать заражение, вирусная частица вне клетки называется вирионом. Сердцевина (“ядро”) вириона содержит одну молекулу, а иногда две или несколько молекул нуклеиновой кислоты. Белковый чехол, покрывающий нуклеиновую кислоту вириона и защищающий ее от вредных воздействий окружающей среды, называется капсидом. Нуклеиновая кислота вириона является генетическим материалом вируса (его геномом) и представлена дезоксирибонуклеиновой кислотой (ДНК) или рибонуклеиновой кислотой (РНК), но никогда двумя этими соединениями сразу. (Хламидии, риккетсии и все другие “истинно живые” микроорганизмы содержат одновременно ДНК и РНК.) Нуклеиновые кислоты самых мелких вирусов содержат три или четыре гена, тогда как самые крупные вирусы имеют до ста генов. У некоторых вирусов в дополнение к капсиду имеется еще и внешняя оболочка, состоящая из белков и липидов. Она образуется из мембран зараженной клетки, содержащих встроенные вирусные белки. Термины “голые вирионы” и “лишенные оболочки вирионы” используются как синонимы. Капсиды самых мелких и просто устроенных вирусов могут состоять лишь из одного или нескольких видов белковых молекул. Несколько молекул одного или разных белков объединяются в субъединицы, называемые капсомерами. Капсомеры, в свою очередь, образуют правильные геометрические структуры вирусного капсида. У разных вирусов форма капсида является характерной особенностью (признаком) вириона. схеме строения аденовируса, капсомеры, или белковые субъединицы вируса, образуют изометрический белковый чехол, состоящий из 20 правильных треугольников. Вирионы со спиральным типом симметрии, как у вируса табачной мозаики, имеют форму удлиненного цилиндра; внутри белкового чехла, состоящего из отдельных субъединиц – капсомеров, находится свернутая спираль нуклеиновой кислоты (РНК). Вирионы с икосаэдрическим типом симметрии (от греч. eikosi – двадцать, hedra – поверхность), как у полиовируса, имеют сферическую, а точнее, многогранную форму; их капсиды построены из 20 правильных треугольных фасеток (поверхностей) и похожи на геодезический купол. строения вируса табачной мозаики, капсомеры, или субъединицы вируса, формируют спираль вокруг полой трубчатой сердцевины. У отдельных бактериофагов (вирусов бактерий; фагов) смешанный тип симметрии. У т.н. “хвостатых” фагов головка имеет вид сферического капсида; от нее отходит длинный трубчатый отросток – “хвост”. вирусов может быть представлена разными вариантами. Частица бактериофага, показанная на схеме, имеет “головку” правильной геометрической формы и “хвост” со спиральной симметрией. Встречаются вирусы с еще более сложным строением. Вирионы поксвирусов (вирусы группы оспы) не имеют правильного, типичного капсида: между сердцевиной и наружной оболочкой у них располагаются трубчатые и мембранные структуры. РЕПЛИКАЦИЯ ВИРУСОВ Генетическую информацию, закодированную в отдельном гене, в общем можно рассматривать как инструкцию по производству определенного белка в клетке. Такая инструкция воспринимается клеткой только в том случае, если она послана в виде мРНК. Поэтому клетки, у которых генетический материал представлен ДНК, должны “переписать” (транскрибировать) эту информацию в комплементарную копию мРНК. <<НУКЛЕИНОВЫЕ КИСЛОТЫ>>.

ДНК- содержащие и РНК-содержащие вирусы:

ДНК-содержащие вирусы по способу репликации отличаются от РНК-содержащих вирусов. ДНК обычно существует в виде двухцепочечных структур: две полинуклеотидные цепочки соединены водородными связями и закручены таким образом, что образуется двойная спираль. РНК, напротив, обычно существует в виде одноцепочечных структур. Однако геном отдельных вирусов представляет собой одноцепочечную ДНК или двухцепочечную РНК. Нити (цепочки) вирусной нуклеиновой кислоты, двойные или одинарные, могут иметь линейную форму или замыкаться в кольцо. Первый этап репликации вирусов связан с проникновением вирусной нуклеиновой кислоты в клетку организма-хозяина. Этому процессу могут способствовать специальные ферменты, входящие в состав капсида или внешней оболочки вириона, причем оболочка остается снаружи клетки или вирион теряет ее сразу после проникновения внутрь клетки. Вирус находит подходящую для его размножения клетку, контактируя отдельными участками своего капсида (или внешней оболочки) со специфическими рецепторами на поверхности клетки по типу “ключ – замок”. Если специфические (“узнающие”) рецепторы на поверхности клетки отсутствуют, то клетка не чувствительна к вирусной инфекции: вирус в нее не проникает. Для того чтобы реализовать свою генетическую информацию, проникшая в клетку вирусная ДНК транскрибируется специальными ферментами в мРНК. Образовавшаяся мРНК перемещается к клеточным “фабрикам” синтеза белка – рибосомам, где она заменяет клеточные “послания” собственными “инструкциями” и транслируется (прочитывается), в результате чего синтезируются вирусные белки. Сама же вирусная ДНК многократно удваивается (дуплицируется) при участии другого набора ферментов, как вирусных, так и принадлежащих клетке. Синтезированный белок, который используется для строительства капсида, и размноженная во многих копиях вирусная ДНК объединяются и формируют новые, “дочерние” вирионы. Сформированное вирусное потомство покидает использованную клетку и заражает новые: цикл репродукции вируса повторяется. Некоторые вирусы во время отпочковывания от поверхности клетки захватывают часть клеточной мембраны, в которую “заблаговременно” встроились вирусные белки, и таким образом приобретают оболочку. Что касается клетки-хозяина, то она в итоге оказывается поврежденной или даже полностью разрушенной. У некоторых ДНК-содержащих вирусов сам цикл репродукции в клетке не связан с немедленной репликацией вирусной ДНК; вместо этого вирусная ДНК встраивается (интегрируется) в ДНК клетки-хозяина. На этой стадии вирус как единое структурное образование исчезает: его геном становится частью генетического аппарата клетки и даже реплицируется в составе клеточной ДНК во время деления клетки. Однако впоследствии, иногда через много лет, вирус может появиться вновь – запускается механизм синтеза вирусных белков, которые, объединяясь с вирусной ДНК, формируют новые вирионы. У некоторых РНК-содержащих вирусов геном (РНК) может непосредственно выполнять роль мРНК. Однако эта особенность характерна только для вирусов с “+” нитью РНК (т.е. с РНК, имеющей положительную полярность). У вирусов с “-” нитью РНК последняя должна сначала “переписаться” в “+” нить; только после этого начинается синтез вирусных белков и происходит репликация вируса. Так называемые ретровирусы содержат в качестве генома РНК и имеют необычный способ транскрипции генетического материала: вместо транскрипции ДНК в РНК, как это происходит в клетке и характерно для ДНК-содержащих вирусов, их РНК транскрибируется в ДНК. Двухцепочечная ДНК вируса затем встраивается в хромосомную ДНК клетки. На матрице такой вирусной ДНК синтезируется новая вирусная РНК, которая, как и другие, определяет синтез вирусных белков.

В классификации вирусов хочется отметить:

Если вирусы действительно являются мобильными генетическими элементами, получившими “автономию” (независимость) от генетического аппарата их хозяев (разных типов клеток), то разные группы вирусов (с разным геномом, строением и репликацией) должны были возникнуть независимо друг от друга. Поэтому построить для всех вирусов единую родословную, связывающую их на основе эволюционных взаимоотношений, невозможно. Принципы “естественной” классификации, используемые в систематике животных, не подходят для вирусов. Тем не менее система классификации вирусов необходима в практической работе, и попытки ее создания предпринимались неоднократно. Наиболее продуктивным оказался подход, основанный на структурно-функциональной характеристике вирусов: чтобы отличить разные группы вирусов друг от друга, описывают тип их нуклеиновой кислоты (ДНК или РНК, каждая из которых может быть одноцепочечной или двухцепочечной), ее размеры (число нуклеотидов в цепочке нуклеиновой кислоты), число молекул нуклеиновой кислоты в одном вирионе, геометрию вириона и особенности строения капсида и наружной оболочки вириона, тип хозяина (растения, бактерии, насекомые, млекопитающие и т.д.), особенности вызываемой вирусами патологии (симптомы и характер заболевания), антигенные свойства вирусных белков и особенности реакции иммунной системы организма на внедрение вируса. В систему классификации вирусов не вполне укладывается группа микроскопических возбудителей болезней, называемая вироидами (т.е. вирусоподобными частицами). Вироиды вызывают многие распространенные среди растений болезни. Это мельчайшие инфекционные агенты, лишенные даже простейшего белкового чехла (имеющегося у всех вирусов); они состоят только из замкнутой в кольцо одноцепочечной РНК.

«Основы генетической инжинерии»

История развития и достигнутый уровень технологии

Во второй половине XX века было сделано несколько важных открытий и изобретений, лежащих в основе генной инженерии. Успешно завершились многолетние попытки «прочитать» ту биологическую информацию, которая «записана» в генах. Эта работа была начата английским учёным Ф. Сенгером и американским учёным У. Гилбертом (Нобелевская премия по химии 1980 г.). Как известно, в генах содержится информация-инструкция для синтеза в организме молекул РНК и белков, в том числе ферментов. Чтобы заставить клетку синтезировать новые, необычные для неё вещества, надо чтобы в ней синтезировались соответствующие наборы ферментов. А для этого необходимо или целенаправленно изменить находящиеся в ней гены, или ввести в неё новые, ранее отсутствовавшие гены. Изменения генов в живых клетках — это мутации. Они происходят под действием, например, мутагенов — химических ядов или излучений. Но такие изменения нельзя контролировать или направлять. Поэтому учёные сосредоточили усилия на попытках разработать методы введения в клетку новых, совершенно определённых генов, нужных человеку.

Основные этапы решения генноинженерной задачи следующие:

Получение изолированного гена.
Введение гена в вектор для переноса в организм.
Перенос вектора с геном в модифицируемый организм.
Преобразование клеток организма.
Отбор генетически модифицированных организмов (ГМО) и устранение тех, которые не были успешно модифицированы.

Процесс синтеза генов в настоящее время разработан очень хорошо и даже в значительной степени автоматизирован. Существуют специальные аппараты, снабжённые ЭВМ, в памяти которых закладывают программы синтеза различных нуклеотидных последовательностей. Такой аппарат синтезирует отрезки ДНК длиной до 100—120 азотистых оснований (олигонуклеотиды). Получила распространение техника, позволяющая использовать для синтеза ДНК, в том числе мутантной, полимеразную цепную реакцию. Термостабильный фермент, ДНК-полимераза, используется в ней для матричного синтеза ДНК, в качестве затравки которого применяют искусственно синтезированные кусочки нуклеиновой кислоты — олигонуклеотиды. Фермент обратная транскриптаза позволяет с использованием таких затравок (праймеров) синтезировать ДНК на матрице выделенной из клеток РНК. Синтезированная таким способом ДНК называется комплементарной (РНК) или кДНК. Изолированный, «химически чистый» ген может быть также получен из фаговой библиотеки. Так называется препарат бактериофага, в геном которого

встроены случайные фрагменты из генома или кДНК, воспроизводимые фагом вместе со всей своей ДНК.Чтобы встроить ген в вектор, используют ферменты — рестриктазы и лигазы, также являющиеся полезным инструментом генной инженерии. С помощью рестриктаз ген и вектор можно разрезать на кусочки. С помощью лигаз такие кусочки можно «склеивать», соединять в иной комбинации, конструируя новый ген или заключая его в вектор. За открытие рестриктаз Вернер Арбер, Даниел Натанс и Хамилтон Смит также были удостоены Нобелевской премии (1978 г.).Техника введения генов в бактерии была разработана после того, как Фредерик Гриффит открыл явление бактериальной трансформации. В основе этого явления лежит примитивный половой процесс, который у бактерий сопровождается обменом небольшими фрагментами нехромосомной ДНК, плазмидами. Плазмидные технологии легли в основу введения искусственных генов в бактериальные клетки.Значительные трудности были связаны с введением готового гена в наследственный аппарат клеток растений и животных. Однако в природе наблюдаются случаи, когда чужеродная ДНК (вируса или бактериофага) включается в генетический аппарат клетки и с помощью её обменных механизмов начинает синтезировать «свой» белок. Учёные исследовали особенности внедрения чужеродной ДНК и использовали как принцип введения генетического материала в клетку. Такой процесс получил название трансфекция.Если модификации подвергаются одноклеточные организмы или культуры клеток многоклеточных, то на этом этапе начинается клонирование, то есть отбор тех организмов и их потомков (клонов), которые подверглись модификации. Когда же поставлена задача получить многоклеточные организмы, то клетки с изменённым генотипом используют для вегетативного размножения растений или вводят в бластоцисты суррогатной матери, когда речь идёт о животных. В результате рождаются детеныши с изменённым или неизменным генотипом, среди которых отбирают и скрещивают между собой только те, которые проявляют ожидаемые изменения.

Применение в научных исследованиях

Нокаут гена. Для изучения функции того или иного гена может быть применен нокаут гена (gene knockout). Так называется техника удаления одного или большего количества генов, что позволяет исследовать последствия подобной мутации. Для нокаута синтезируют такой же ген или его фрагмент, изменённый так, чтобы продукт гена потерял свою функцию. Для получения нокаутных мышей полученную генно-инженерную конструкцию вводят в эмбриональные стволовые клетки, где конструкция подвергается соматической рекомбинации и замещает нормальный ген, а измененные клетки имплантируют в бластоцисту суррогатной матери. У плодовой мушки дрозофилы мутации инициируют в большой популяции, в которой затем ищут потомство с нужной мутацией. Сходным способом получают нокаут у растений и микроорганизмов.Искусственная экспрессия. Логичным дополнением нокаута является искусственная экспрессия, то есть добавление в организм гена, которого у него ранее не было. Этот способ генной инженерии также можно использовать для исследования функции генов. В сущности процесс введения дополнительных генов таков же, как и при нокауте, но существующие гены не замещаются и не повреждаются.

Схема строения зелёного флуоресцентного белка

Визуализация продуктов генов. Используется, когда задачей является изучение локализации продукта гена. Одним из способов мечения является замещение нормального гена на слитый с репортёрным элементом, например, с геном зелёного флуоресцентного белка (GFP). Этот белок, флуоресцирующий в голубом свете, используется для визуализации продукта генной модификации. Хотя такая техника удобна и полезна, ее побочными следствиями может быть частичная или полная потеря функции исследуемого белка. Более изощрённым, хотя и не столь удобным методом является добавление к изучаемому белку не столь больших олигопептидов, которые могут быть обнаружены с помощью специфических антител.

Исследование механизма экспрессии. В таких экспериментах задачей является изучение условий экспрессии гена. Особенности экспрессии зависят прежде всего от небольшого участка ДНК, расположенного перед кодирующей областью, который называется промотор и служит для связывания факторов транскрипции. Этот участок вводят в организм, поставив после него вместо собственного гена репортерный, например, GFP или фермента, катализирующего легко обнаруживаемую реакцию. Кроме того, что функционирование промотора в тех или иных тканях в тот или иной момент становится хорошо заметным, такие эксперименты позволяют исследовать структуру промотора, убирая или добавляя к нему фрагменты ДНК, а также искусственно усиливать его функции.

Генная инженерия человека

В применении к человеку генная инженерия могла бы применяться для лечения наследственных болезней. Однако, технически, есть существенная разница между лечением самого пациента и изменением генома его потомков.Задача изменения генома взрослого человека несколько сложнее, чем выведение новых генноинженерных пород животных, поскольку в данном случае требуется изменить геном многочисленных клеток уже сформировавшегося организма, а не одной лишь яйцеклетки-зародыша. Для этого предлагается использовать вирусные частицы в качестве вектора. Вирусные частицы способны проникать в значительный процент клеток взрослого человека, встраивая в них свою наследственную информацию; возможно контролируемое размножение вирусных частиц в организме. При этом для уменьшения побочных эффектов учёные стараются избегать внедрения генноинженерных ДНК в клетки половых органов, тем самым избегая воздействия на будущих потомков пациента. Также стоит отметить значительную критику этой технологии в СМИ: разработка генноинженерных вирусов воспринимается многими как угроза для всего человечества.С помощью генотерапии в будущем возможно изменение генома человека. В настоящее время эффективные методы изменения генома человека находятся на стадии разработки и испытаний на приматах. Долгое время генетическая инженерия обезьян сталкивалась с серьёзными трудностями, однако в 2009 году эксперименты увенчались успехом: в журнале Nature появилась публикация об успешном применении генноинженерных вирусных векторов для исцеления взрослого самца обезьяны от дальтонизма. В этом же году дал потомство первый генетически модифицированный примат (выращенный из модифицированной яйцеклетки) — игрунка обыкновенная.Хотя и в небольшом масштабе, генная инженерия уже используется для того, чтобы дать шанс забеременеть женщинам с некоторыми разновидностями бесплодия.Для этого используют яйцеклетки здоровой женщины. Ребёнок в результате наследует генотип от одного отца и двух матерей.Однако возможность внесения более значительных изменений в геном человека сталкивается с рядом серьёзных этических проблем.

Генно-инженерная профилактика наследственных болезней

Задача изменения генома взрослого человека несколько сложнее, чем выведение новых генноинженерных пород животных, поскольку в данном случае требуется изменить геном многочисленных клеток уже сформировавшегося организма, а не одной лишь яйцеклетки-зародыша. Для этого предлагается использовать вирусные частицы в качестве вектора. Вирусные частицы способны проникать в значительный процент клеток взрослого человека, встраивая в них свою наследственную информацию; возможно контролируемое размножение вирусных частиц в организме. При этом для уменьшения побочных эффектов учёные стараются избегать внедрения генноинженерных ДНК в клетки половых органов, тем самым избегая воздействия на будущих потомков пациента. Также стоит отметить значительную критику этой технологии в СМИ: разработка генноинженерных вирусов воспринимается многими как угроза для всего человечества.

С помощью генотерапии в будущем возможно изменение генома человека. В настоящее время эффективные методы изменения генома человека находятся на стадии разработки и испытаний на приматах. Долгое время генетическая инженерия обезьян сталкивалась с серьёзными трудностями, однако в 2009 году эксперименты увенчались успехом: в журнале Nature появилась публикация об успешном применении генноинженерных вирусных векторов для исцеления взрослого самца обезьяны от дальтонизма. В этом же году дал потомство первый генетически модифицированный примат (выращенный из модифицированной яйцеклетки) — игрунка обыкновенная. Хотя и в небольшом масштабе, генная инженерия уже используется для того, чтобы дать шанс забеременеть женщинам с некоторыми разновидностями бесплодия.^[3] Для этого используют яйцеклетки здоровой женщины. Ребёнок в результате наследует генотип от одного отца и двух матерей.Тысячелетия человек работал с животными, приспосабливая их для удовлетворения своих нужд. Биологи для выведения всего разнообразия домашних животных использовали отбор среди той вариабельности, которая создавалась самой природой. А теперь мы живем в эпоху перестройки и ускорения в деле создания разнообразных мутантов, да еще не случайных, а в том именно месте генома, где они нам нужны. Хорошо это или плохо, есть разные мнения, но это неотвратимо должно было случиться и случилось, и это уже никогда не удастся запретить. Как в свое время с атомной энергией, нам надо привыкать жить с новыми организмами, рукотворно и направленно изменяемыми человеком. Делается это с помощью трансгеноза. Животные или растения, в которых произведены изменения геномов путем парасексуальных операций называют трансгенными, а методология, или, если хотите, идеология, использующая трансгенных животных, называется трансгеноз. В самом общем виде трансгеноз может быть определен как перенос генов из одного организма в другой путем операций in vitro. Три критические точки в трансгенозе: интеграция трансгена, его экспрессия и трансмиссия, т.е.перенос через половые клетки потомству. Методами парасексуальной генетики решается на уровне целого организма целый ряд проблем, связанных с механизмами согласованного взаимодействия генов и их продуктов в тех случаях, когда гены экспрессируются в одних типах клеток, а их продукты действуют на другие клетки. Часто при этом индуцируется экспрессия других генов и возникают целые каскады взаимозависимых индукций и ингибирований путем отправления и приема межклеточных сигналов – мессенджеров.Для выяснения механизмов таких сложных процессов используется два подхода, которые кажутся логически противоположными, но на самом деле едины по системе умозаключений. Один из них заключается в том, чтобы выключить “нокаутировать” обе аллели какого либо гена и посмотреть, как живое существо обходится без его продуктов. Этот подход называют методами потери функции ( по английски loss of function). Другой – наоборот,задается вопросом, что будет если в организм ввести функционирующий ген, который производит некий продукт, но этот продукт в чем- то нехарактерен для организма. Это называют методами приобретения функции (по английски – gain of function). Эти последние можно в свою очередь подразделить на три потока. В одном из них мы спрашиваем, что будет, если нормальный ген с нормальной структурой начинает ненормально регулироваться. В другом мы задаемся вопросом, что произойдет если, сам ген изменит свою структуру, станет мутантным, хотя и останется под нормальным контролем.

Трансгеноз

В третьем – ген необычный для данного организма вводят в него и смотрят, что произойдет. В настоящее время трансгеноз превращается в стратегическое направление исследований, дающее ответы на множество фундаментальных вопросов . Он предлагает универсальный методический подход к исследованиям отдельных стадий сложных многостадийных процессов в их взаимосвязи с остальными стадиями. Наверное, в конечном счете это приведет к созданию диаграмм, описывающих эти сети, подобно тому, как карты метаболических путей описывают последовательности биохимических превращений. Но пока разрабатываются методы и накапливается информация о работе разных систем в организме. С помощью трансгеноза мы узнаем, как на уровне всего организма работают промоторы, энхансеры, механизм действия транскрипционных факторов, роль метилирования ДНК, исследуем механизмы эффекта положения. Мы видим его применения и в области иммунологии, и в области эмбриогенеза, и в области развития нервной системы, и в области механизмов кроветворения и ангиогенеза, и в исследовании факторов, определяющих рост и дифференцировку мультипотентных стволовых клеток. и, наконец, в области канцерогенеза. Здесь мы видим исследования онкогенов, которые, в свою очередь, приводят к пониманию взаимодействий, направленных на выбор клеточной судьбы в процессах клеточных дифференцировок. Подобно героям старых русских сказок, клетка часто стоит на перекрестке трех путей: покоиться, делиться или умирать. И трансгеноз помогает понять, как она осуществляет этот выбор. Мы получаем информацию о генах-хозяевах (master -regulatory genes), ответственных за регуляцию больших групп генов. Например, таких, как myoD, который регулируют активности группы генов, специфических для мышц. Трансгеноз дает массу других возможностей. Помимо решения фундаментальных проблем, с помощью трансгеноза пытаются создавать новые породы животных или сорта растений. Есть большие шансы, что создание животных, обладающих новыми полезными признаками, может быть достигнуто с меньшими затратами времени и средств. Как же осуществляется направленное изменение генов в эмбриональных стволовых клетках ? Ведь хотя клетки животных и способны встраивать чужеродную ДНК по механизму гомологичной рекомбинации , гораздо чаще встраивание происходит путем случайной рекомбинации между концевыми участками линейной чужеродной ДНК и геномом. Частота гомологичной рекомбинации очень низка, и в зависимости от локуса может быть – 10-3 – 10-7. Примерно 100 -1000 случайных встраиваний происходит на одно гомологичное, и есть данные, что это еще более редкое событие. Направленное встраивание основывается не на увеличении частоты гомологичной рекомбинации, а на селекции тех редких рекомбинантов, которые образуются за счет гомологичнойрекомбинации.Ген,кодирующий гипоксантинфосфорибозилтрансферазу ген hprt расположенный Х-хромосоме, замещается геном устойчивости к неомицину. В случае клеток животных используют производное неомицина G418 ). Замещение приводит к инактивации гена, к его нокауту . Мы говорим о нокаутированных по какому либо гену животных, когда они не содержат данного гена в функционально пригодном состоянии. Поскольку в данном случае замещаемый ген расположен на Х-хромосоме, то в клетках, взятых от мужской особи, он гемизиготен , т.е. представлен в клетке единственной аллелью. Поэтому его нокаут упрощается. Если в случае генов, расположенных на аутосомах для нокаута необходимо инактивировать обе гомологичные копии, то здесь – только одну. Другим преимуществом этого гена для проведения нокаута является легкая селекция клеток мутантных по нему – они могут расти на среде, содержащей 6-тиогуанин, тогда как клетки , содержащие нормальный фермент на такой среде погибают.