Современная генетика

fenomenal? a acestor recordiste! Fiecare dintre ele prezint? o fabric? de

lapte. Ultima din recordistele citate produce 10 c?ld?ri de lapte zilnic.

E fireasc? оntrebarea: este ra?ional oare s? folosim aceste vaci

remarcabile drept donatoare de lapte? N-ar fi oare mai bine s? fie

transformate оn fabrici cu produc?ie оn flux de embrioni, folosind оn acest

scop totodat? sperma conservat? оn borcane a animalelor de mare randament.

S? examin?m, оn sfвr?it, ?i cazul оn care din specia disp?rut? au r?mas

numai celulele somatice. Sarcina de a restabili specia din ele este, de

bun? sam?, cea mai grea, dar, оn principiu, realizabil?. Am mai relatat

despre metoda transplant?rii nucleelor celulelor somatice оntr-un ovul al

c?rui nucleu a fost оn prealabil оndep?rtat sau inactivat. Оn anul 1981 a

ap?rut prima comunicare despre na?terea puilor de ?oareci, care s-au

dezvoltat exclusiv din nucleul transplantat. Acest lucru a fost dovedit

prin aplicarea marcajului genetic: ovulele au fost luate de la ?oarecele

negru, embrionii din care au fost luate nucleele – de la ?oarecele cenu?iu

?i, оn sfвr?it, «mama adoptiv?» a fost alb?. S-au n?scut ?oricei cenu?ii,

fapt ce a servit drept dovad? c? ei s-au dezvoltat din nucleul

transplantat.

Pentru reproducerea animalelor din celule somatice conservate sunt

necesare, оns?, transplant?ri interspecifice ale nucleelor. ?i ele, оn

principiu, sunt pe deplin realizabile. Astfel de experien?e au fost

efectuate asupra pe?tilor oso?i ?i amfibiilor. Оn multe cazuri hibrizii

nucleari-citoplazmatici ob?inu?i au fost viabili.

A?a dar, visul c? оn viitorul apropiat aceast? metod? va permite nu numai

reоnvierea speciilor disp?rute, ci ?i ob?inerea animalelor identice din

punct de vedere genetic prin transplantarea оn diferite ovule a nucleelor

aceluia?i organism devine o realitate. Acest lucru deschide selec?iei

perspective ademenitoare. Pe aceast? cale se pot p?stra un timp nelimitat

?i genotipurile ce prezint? o deosebit? valoare, transplantвnd succesiv

nucleele din genera?ie оn genera?ie.

Se ?tie c? оnmul?ind оn mod obi?nuit descenden?a unei recordiste ultima

devine mai bun? decвt celelalte vaci, dar rar de tot atinge nivelul mamei,

pentru c? are numai jum?tate din cromozomii mamei ei, cealalt? jum?tate o

prime?te de la tat?. S? nu uit?m de asemenea c? productivitatea ?i gr?simea

laptelui, ca ?i celelalte caractere ale productivit??ii, se determin?

printr-un num?r foarte mare de gene dislocate оn diferi?i cromozomi.

Deaceea оmbinarea cromozomilor ?i a genelor, ob?inute de la ambii p?rin?i,

rareori este tot atвt de reu?it? precum a fost la mama recordist?.

Altfel ar evolua lucrurile dac? s-ar ob?ine vaci cu o garnitur? de

cromozomi identic? cu cea a recordistei. Acest lucru e posibil, оns? numai

dac? se vor transplanta nucleele ei. Dac? aceasta va deveni o realitate,

va deveni posibil? ob?inerea de la un animal a unui num?r nelimitat de

urma?i, care, оn sens genetic, n-ar mai fi urma?i, ci ni?te surori gemene

ale vacii de la care, f?r? a-i aduce vre-o daun?, s-ar lua unele nuclee ale

celulelor somatice pentru a fi transplantate оn ovule str?ine.

Оn ultimul timp, datorit? succeselor ob?inute de ingineria genic?, a

devenit posibil? crearea de b?nci sau biblioteci de gene aparte. ADN-ul

este separat din organism, moleculele cu ajutorul fermen?ilor de restric?ie

sunt t?iate оn fragmente, care apoi se insereaz? оn plazmide vectoriale.

Acestea la rвndul lor se insereaz? оn celule bacteriale, care apoi se

sorteaz? оn cloni aparte, fiecare con?inвnd cвteva gene.

Anume totalitatea acestor cloni prezint? biblioteca de gene a acestui

organism. Оn realitate, оns?, aceasta va fi o bibliotec? f?r? catalog ?i

noi vom fi nevoi?i s? separ?m din milioanele de bacterii doar pe acelea ce

con?in gena care ne intereseaz?. Pentru a solu?iona aceast? problem?

(«c?utarea acului оn stogul de fвn») se folosesc zonduri speciale,

utilizarea c?rora se bazeaz? pe principiul complimetarit??ii acizilor

nucleici. Un astfel de zond e alc?tuit dintr-o molecul? de ARNi radioactiv,

specific? pentru gena, care trebuie selectat?. Avвnd molecule de acest fel

se poate efectua scriningul biblitecii de gene, ceea ce ne permite

selectarea acelei bacterii, care con?ine ADN-ul complimentar zondului dat.

Pentru organismele superioare, оns?, trebuie selectate cвteva milioane de

astfel de cloni, c?ci numai a?a se poate asigura p?strarea memoriei

genetice a speciei оn dispari?ie.

Pe viitor informa?ia genetic? a speciei va putea fi оnscris?, probabil,

оn form? de tabel. Lucr?rile de descifrare a succesiunilor ADN-ului, de

separare a genelor individuale, efectuate pe parcursul ultimilor ani,

indic? posibilitatea determin?rii structurii primare a moleculelor ADN de

orice lungime. Mai mult chiar, natura chimic? a ADN-ului permite

sintetizarea lui оn condi?ii de laborator. Trebuie s? se ?tie doar оn ce

ordine sunt dispuse nucleotidele pe fiecare sector al ADN-ului. Оn acest

scop au fost deacum create cвteva tipuri de a?a-numitele «ma?ini genice». O

asemenea ma?in? sintetizeaz? оn mod automat fragmente de ADN cu o lungime

de 40 de nucleotide: viteza - 1 nucleotid оn 5-6 minute. Ma?ina este

compus? dintr-un microprocesor, rezervoare cu nucleotide, reagen?i ?i

solu?ii necesare оn anumite etape de lucru, pomp? ?i corpul pompei оn care

se produce sinteza ADN-ului. Corpul pompei este plin de bile foarte mici de

cremene, care servesc ca baz? ?i pe care se «asambleaz?» molecula ADN.

Succesivitatea necesar? a nucleotidelor se оntroduce оn memoria ma?inii cu

ajutorul unui pupitru cu clape. Microprocesorul umple corpul de pomp?

succesiv cu nucleotide, care la un cap?t sunt blocate, pentru a se asigura

adi?ionarea nucleotidului nou introdus numai la capitul lan?ului оn

cre?tere

Astfel, utilizвndu-se «ma?inile genice», se va putea reproduce fondul

genetic al oric?rei specii pe baza informa?iei ob?inute despre ea оn form?

de tabel.

Оns?, pвn? la aplicarea acestor metode de descifrare complet? a genomului

?i clasificarea lui pentru urma?i, multe specii nu vor mai exista pe

P?mвnt. De aceea este de o mare importan?? asigurarea fix?rii materialului

genetic al ultimelor exemplare ale speciilor de animale оn dispari?ie sub

form? de ?esuturi ?i celule pentru ca ele s? poat? fi reоnviate оn viitor.

Cu aproape 200 de ani оn urm? оn apele litorale ale insulelor Comandore

fauna mondial? a pierdut o specie unic? de mamifer marin – vaca de mare. Оn

prezent ne d?m seama cu regret ce scump fond genetic a disp?rut odat? cu

nimicirea acestor vaci: a fost singura specie din micul grup al mamiferelor

marine erbivore criofile. Dac? оn prezent ar exista vaca de mare, problema

proteinei animaliere ar fi solu?ionat? destul de simplu, prin cre?terea

acestor animale pe «p??unile» gigantice subacvatice naturale ale

litoralului m?rilor Orientului Оndep?rtat.

XVI. INGINERIA GENIC? ?I SISTEMATICA

15. Genele ?i sistematica

Din cele mai vechi timpuri omul оncerca s? clasifice, s? pun? оntr-o

anumit? ordine, оntr-un sistem оntreaga varietate de organisme ce populeaz?

planeta noastr?. Aceste оncerc?ri se f?ceau la timpuri diferite, оn mod

diferit. Sistematica este ?tiin?a despre varietatea organismelor ?i

clasificarea lor pe baza originii evolutive sau a rela?iilor de rudenie

dintre ele. Mult timp principalul criteriu de clasificare a organismelor

era cel morfologic. Savan?ii studiau asem?n?rile ?i deosebirile dintre

organisme conform caracterelor exterioare vizibile ?i determinau pe baza

acestora apartenen?a lor la o anumit? specie.

Aceast? orientare оn sistematic? a fost numit? pe vremuri fenosistematic?

(fen – caracter, adic? clasificare conform caracterelor externe).

La оnceputul secolului nostru existau deja informa?ii care indicau c?

organismele ce fac parte din diferite specii nu se deosebesc totdeauna clar

dup? fenotip (morfologic).

Datorit? acestui fapt savan?ii au оnceput s? caute un nou criteriu de

determinare a apartenen?ei organismelor la diferite specii ?i au procedat

la studierea cariotipului lor (num?rul ?i particularit??ile morfologice ale

structurii cromozomilor lor). S-a constatat c? la organismele din aceea?i

specie cariotipul este identic, pe cвnd la speciile diferite el este

divers. Cariotipul a оnceput s? fie considerat drept unul din principalele

criterii ale speciei. Оn sistematic? a ap?rut o nou? orientare –

cariosistematica.

Cu ajutorul metodelor cariosistematicii s-au ob?inut date de valoare,

care permit оn?elegerea multor mecanisme evolutive ?i solu?ionarea multor

probleme ce apar оn procesul de clasificare a plantelor ?i animalelor

superioare.

Metodele cariosistematicii ?i fenosistematicii s-au dovedit, оns?,

nepotrivite pentru determinarea organismelor din regnul al treilea – regnul

microorganismelor. Microorganismele n-au оn celule un nucleu bine reliefat,

cu atвt mai mult, ele n-au cromozomi. Multe caractere fenotipice (forma,

tipul de cili, structura peretelui celular ?. a.) pentru diversele lor

grupuri au ap?rut pe parcursul evolu?iei оn mod independent, dвnd na?tere

unor forme morfologice asem?n?toare, dar ne оnrudite din punct de vedere

genetic. De aceea clasificarea conform fenotipului a constituit doar primul

pas. Al doilea a fost clasificarea dup? genotip, care are valoare cognitiv?

?i de pronosticare mult mai mare decвt fenotipul.

La formele prenucleare ale organismelor (la procario?i) aparatul genetic

este reprezentat prin molecule aparte de ADN. Studierea lor a ajutat mult

la оn?elegerea particularit??ilor structurii genotipilor tuturor grupelor

de organisme. Aceste cercet?ri au avansat rapid din momentul descoperirii

unei clase noi de fermen?i – a restrictazelor – instrumente principale оn

ingineria genic?. Studierea structurii moleculare a genotipului

organismelor a devenit mai pu?in dificil? datorit? folosirii acestor

fermen?i capabili s? provoace rupturi оn succesivit??ile specifice ale ADN-

ului. Astfel a ap?rut оnc? o orientare оn ?tiin?? – genosistematica. Anul

ei de na?tere se consider? 1960, atunci cвnd a fost publicat? lucrarea lui

A. N. Belozerschii ?i a discipolului s?u A. S. Spirin cu titlul:

«Componen?a acizilor nucleici ?i sistematica». Оn aceast? lucrare s-a f?cut

prima оncercare de a examina оn plan comparativ toate cuno?tin?ele

fragmentare ?i dispersate acumulate pвn? atunci cu privire la structura de

ADN al celor mai diverse grupuri de organisme.

Astfel, оncepвnd cu observ?ri aparte, s-a f?cut primul ?i cel mai

important pas spre formarea principiilor de baz? ale genosistematicii.

Principalul obiect pe care оl analizeaz? genosistematica este structura

molecular? a genotipului. Cu cвt organismul este mai complex, cu atвt

aparatul s?u genetic con?ine mai mult ADN.

Faptul c? structura ADN-ului este diferit? la specii diferite genereaz?

anumite dificult??i. Am mai men?ionat ce cantitate uria?? de informa?ie

con?ine o singur? molecul? de ADN. ?i dac? ne punem drept scop s? compar?m

materialul genetic al sec?rii cu cel al maz?rii, ne vom pomeni оn situa?ia

savantului, care ar оncerca s? compare sensul informa?iei ce o con?in dou?

biblioteci tematice, compuse din cвteva zeci de mii de volume fiecare ?i

scrise оntr-o limb? pe care el n-o cunoa?te.

Odat? cu evolu?ia cercet?rilor оn domeniul ingineriei genice au ap?rut,

оns?, posibilit??i noi pentru u?urarea muncii savan?ilor genosistematici.

Fragmentarea moleculelor mari de ADN ?i determinarea structurii primare a

fiec?rui fragment a accelerat оn mare m?sur? nu numai procedura secven?rii

(descifrarea succesiunii nucleotidelor) acestor molecule, ci chiar analiza

structurii fine a fiec?rei gene aparte ?i succesiunii disloc?rii lor de-a

lungul moleculelor de ADN.

15.2 Gradul de оnrudire genetic?

Care sunt metodele prin intermediul c?rora se studiaz? structura

molecular? a genotipului?

La оnceput compararea programelor genetice ale organismelor se f?cea pe

baza unei singure presupuneri, absolut logice: cu cвt genotipurile sunt mai

diverse, cu atвt frecven?a unor nucleotide aparte din ADN se deosebe?te mai

mult. Cu alte cuvinte, savan?ii au оnceput a determina diferitele organisme

conform structurii nucleotidice a ADN-urilor comparate.

Structura nucleotidic? a ADN-ului este determinat? cel mai bine prin

metoda direct?: prin hidroliz? moleculele polimere ale ADN-ului sunt

transformate оntr-o solu?ie de nucleotide ?i se determin? partea lor

molar?. Ca urmare se afl? care este frecven?a adeninei (A), guaninei (G),

citozinei (CE) ?i timinei (T) оn ADN-ul cercetat.

S? ne amintim c? aceste baze se cupleaz? selectiv: G – CE ?i A – T. Prin

urmare, bazele care formeaz? perechi se vor оntвlni cu o frecven??

constant?. Prin ce se pot deosebi atunci unii de al?ii diferi?ii ADN?

R?spunsul este univoc: ei se deosebesc dup? frecven?a acestor perechi

complementare de nucleotide ?i dup? ordinea disloc?rii lor оn molecule.

Este bine venit a exprima partea molar? a perechilor de nucleotide G – CE

?i A – T оn procente. Dac? este scris c? structura nucleotidic? a unui ADN

este 42 mol.% G–CE, оnseamn? c? la fiecare sut? de perechi de nucleotide 42

de perechi dintre acestea vor fi G – CE ?i, respectiv, 58 de perechi A -T.

Genotipurile se pot deosebi ?i dup? num?rul sumar de perechi nucleotide

din molecula ADN-ului. Aceste deosebiri оn con?inutul cantitativ al ADN-

ului sunt foarte importante: ele reflect? direct volumul informa?iei

genetice, p?strat? оn genotipul organismelor.

Metoda direct? de determinare a structurii nucleotidice a ADN-ului este

simpl? ?i comod?, de?i are ?i neajunsuri: pentru a efectua analiza e nevoie

de mult ADN, iar analiza оns??i dureaz? cвteva zile. De aceea оn acest scop

sвnt folosite uneori diferite metode indirecte. Оn laboratorul lui P. Doti

de la Universitatea Harvard (SUA) a fost studiat fenomenul denatur?rii

moleculelor ADN. Dac? vom lua o solu?ie de ADN polimer ?i o vom оnc?lzi, la

atingerea unei anumite temperaturi critice, vor оncepe s? se desfac?

leg?turile оntre cele dou? catene. Dac? temperatura va continua s? creasc?,

partea acestor leg?turi rupte va spori tot mai mult ?i оn cele din urm? se

va produce diviziunea moleculelor оn dou? jum?t??i complementare – ADN-ul

denatureaz?.

La r?cirea solu?iei ambele jum?t??i о?i vor g?si partenerul complementar

?i se va produce restabilirea structurii ini?iale a spiralei duble –

renaturarea ADN-ului.

S-a observat c? ADN-ul cu componen?? diferit? denatureaz? la temperaturi

diferite: cu cвt partea molar? a perechilor G-CE este mai mare, cu atвt

este mai mare ?i temperatura de denaturare a ADN-ului.

Pentru denaturarea structurii prin aceast? metod? se cere foarte pu?in

ADN ?i experien?a dureaz? pu?in timp. Practica sistematicii genice a

demonstrat c? determinarea structurii ADN-ului este o metod? sigur? de

determinare a asem?n?rilor ?i deosebirilor la stabilirea genotipurilor.

Printre numeroasele grupuri de animale ?i plante exist? unele cu o

morfologie foarte s?rac? ?i, prin urmare, cu un num?r mic de caractere

adev?rate pentru comparare. Cu totul alta este situa?ia cвnd orice

tr?s?tur? caracterizeaz? tot ADN-ul genotipului. Оn el se reflect? ca оntr-

o oglind? particularit??ile structurale ale tuturor genelor, care determin?

formarea fenotippului.

La toate formele оnrudite structura ADN-ului este foarte asem?n?toare,

dar asem?narea structurilor nu indic? direct asupra оnrudirii. Totodat?

gradul de deosebire ?ine direct de gradul de divergen??, de deosebire a

formelor de organisme comparate ?i grupurilor lor naturale (gen, familie,

ordin).

Pentru determinarea gradului de deosebire dup? ADN au fost propuse ?i

alte metode, bazate pe determinarea cantitativ? a combina?iilor specifice

de nucleotide, ce se оntвlnesc оn ei. Cea mai simpl? combinare este o

pereche de nucleotide care stau al?turi оn catena ADN-ului. Оn fiecare

serie de experien?e unul din cele patru tipuri de nucleotide era marcat cu

fosfor radioactiv. Compararea rezultatelor acestor experien?e oferea

posibilitatea de a determina frecven?a tuturor celor 16 combina?ii posibile

de perechi de tipul:

A–A, A–G, A–C, A–T;

T–T, T–A, T–G, T–C;

G–G, G–A, G–C, G–T;

C–C, C–A, C–G, C–T.

Cвnd determin?m frecven?a acestor combina?ii de nucleotide оn ADN, noi

proced?m deja la analiza «silabelor» оn textele programelor genetice.

Elaborarea acestei metode оn laboratorul lui A. Cornberg (SUA) a

prezentat un pas оnainte оn practica sistematicii genice. Posibilitatea

coinciden?ei ocazionale a textelor programelor genetice (dup? frecven?a

celor 16 tipuri de «silabe») este mult mai mic? decвt frecven?a unor

nucleotide aparte.

Dar, cu toate acestea, metodele de determinare a structurii ADN-ului ?i a

frecven?ei unor grupuri aparte de nucleotide sunt pu?in eficace la

compararea materialului genetic al speciilor legate strвns prin rudenie

filogenetic?.

Modific?rile оn structura ADN-ului se acumuleaz? pe parcursul evolu?iei

foarte lente, de aceea оn grupele evolutive tinere (animalele vertebrate,

plantele superioare) diferitele specii se deosebesc pu?in prin «sensul»

informa?iei genetice, оnsumate оn genotipii lor. Cunoscutul savant A.

Antonov afirm? оn acest sens c? deosebirile оn structura complexului de

gene, responsabile pentru dezvoltarea aripii liliacului ?i a mвnii omului,

sunt foarte mici ?i, de fapt, nu sunt sesizate de metodele descrise mai

sus.

Оn arsenalul metodelor genosistematicii exist? ?i metode prin intermediul

c?rora se poate cerceta ADN-ul speciilor оnrudite foarte aproape.

Оn laboratorul lui P. Dati au fost elaborate ?i bazele unei anumite

metode de comparare a structurilor diferi?ilor ADN. La elaborarea acestei

metode – «hibridizarea ADN-ului» – premiza logic? a fost foarte simpl?:

dac? la dou? organisme ADN-ul se aseam?n? mult, oare nu putem prin

denaturarea ?i renaturarea lor comun? s? ob?inem formarea de molecule, care

includ catene complementare din aceste molecule atвt de diferite, dar

asem?n?toare.

Оn componen?a unei molecule de ADN catenele opuse se deosebesc оntrucвtva

dup? con?inutul nucleotidelor purine (A, G) ?i pirimidine (C, T) ?i, prin

urmare, dup? masa lor molar?. Una dintre ele este «u?oar?» (U), iar

cealalt? – «grea» (G). Schema experien?ei poate fi prezentat? astfel:

ADN 1 (g, u) + ADN 2 (g, u) ( denaturare ( ADN 1 g + ADN 1 u + ADN 2 g +

ADN 2 u ( renaturare ( ADN 1 (g, u) + ADN 1 G, 2 u + ADN 1 u 2 g + ADN 2

(g, u).

Din aceast? schem? reiese c? la renaturare e posibil? atвt restabilirea

moleculelor ADN de tip primar, cвt ?i la formarea moleculelor hibride de

ADN.

Ca rezultat s-a descoperit c? moleculele hibride se formeaz? u?or atвt оn

timpul experien?elor cu ADN-ul de diferite tulpini ale acelea?i specii de

bacterii (colibacilul), cвt ?i cu ADN-ul speciilor de bacterii оnrudite

foarte apropiat. Cu cвt speciile sunt оnrudite mai apropiat оntre ele, cu

atвt ap?reau mai des moleculele hibride de ADN. Оn prezent aceast? metod? a

devenit foarte popular? ?i se aplic? оn laboratoarele din оntreaga lume.

A?a dar, se poate conchide c? autenticitatea opiniilor despre gradul de

оnrudire filogenetic? a organismelor pe baza analizei complecte a ADN-ului

lor este mult mai mare decвt autenticitatea rezultatelor ob?inute prin

compararea caracterelor lor fenotipice.

Оn urma numeroaselor cercet?ri a devenit limpede c? la animalele ?i

plantele superioare deosebirile оn structura ADN-ului sunt mai pu?in

pronun?ate decвt la procario?i (bacterii, alge albastre), la plantele

inferioare ?i la animalele nevertebrate. Dar nu este destul s? ?tim gradul

de asem?nare ?i de deosebire conform structurii ADN-ului organismelor din

diferite grupuri sistematice. Aceasta se оntвmpl? mai ales la eucario?ii

superiori, care se caracterizeaz? prin structura mozaic? (exo-nintron?) a

genelor. Оn leg?tur? cu aceasta trebuie оn primul rвnd s? se determine

succesivitatea nucleotidelor оn partea func?ional? a genelor, dar nu оn

genere оn ADN.

Metodele de inginerie genic? au oferit poeibilitatea de a se analiza cu

exactitate structura fin? a genelor. Deseori func?ionarea оn organism a

unei gene construite depinde de cвteva nucleotide. Оn prezent, datorit?

analizei restric?ionale, a devenit posibil a se determina succesivitatea

exact? a nucleotidelor оn gene, adic? «a citi» structura lor primar?. Dac?

cunoa?tem succesiunea genei, atunci putem determina cu u?urin?? succesiunea

aminoacid? a proteinei codificate de ea; оn prezent adesea este mai simplu

a se determina structura primar? a proteinei pe aceast? cale indirect?

decвt cu ajutorul secven?rii directe, adic? prin descifrarea succesiunii

aminoacizilor оn proteine. Dac? determinarea succesiunii aminoacide a

proteinei dureaz? luni ?i chiar ani оntregi, apoi оn prezent se reu?e?te a

secveniza ADN-ul оn cвteva s?pt?mвni.

Importan?a acestei metode pentru ingineria genic? ne-o demonstreaz?

faptul c? savantul american U. Hilbert, autorul ei a fost distins cu

premiul Nobel. Оn prezent experimentatorul poate citi cвte 1000 –5000 de

nucleotide pe zi. Prelucrarea ?i analiza multilateral? a acestei cantit??i

de informa?ie este deseori imposibil? f?r? ma?ina electronic? de calcul

(MEC), care a devenit un aparat indispensabil al laboratorului de inginerie

genic?. MEC poate de asemenea prezenta, ?inвnd cont de succesiunea

nucleotidelor, specificul proteinei, pe care оl va produce aceast? gen?.

Toat? aceast? informa?ie ma?ina o p?streaz? оn memoria sa.

Exist? cвteva centre ?tiin?ifice, unde se p?streaz? informa?ia cu privire

la structura primar? a genelor. Ce creeaz? o banc? de succesiuni

nucleotide, оnzestrate cu o puternic? MEC. Asemenea b?nci exist? ?i оn

multe ??ri str?ine. Ele toate sunt unite printr-un sistem mondial unic,

pentru ca оn orice moment s? se poat? ob?ine informa?ia despre anumite

gene.

Astfel ingineria genic? aduce nu numai un aport important la cercet?rile

fundamentale оn domeniul biologiei moleculare, ci contribuie totodat? la

elaborarea unor aspecte practice ?tiin?ifice de mare importan??, inclusiv

ale sistematicii.

15.3 Realiz?rile ?i perspectivele genosistematicii

Care sunt rezultatele practice ob?inute de genosistematic?? Cercet?ri ce

au avut un scop practic bine definit au fost оncepute de I. Blohina la

Institutul de cercet?ri ?tiin?ifice оn domeniul epidemiologiei ?i

microbiologiei din Gorchii Mai tвrziu la acest institut a fost creat primul

laborator specializat, care solu?ioneaz? probleme importante de

microbiologie ?i epidemiologie practic?.

Rapiditatea ?i exactitatea sunt avantaje ale metodelor genosistematice de

identificare a microbilor. Ele au mare importan?? atunci cвnd propriet??ile

microbului sunt denaturate оn urma contactului cu preparatele

medicamentoase sau оn urma variabilit??ii ne ereditare obi?nuite.

Aceste variabilit??i lezeaz? prea pu?in programul, dar оn complexul

caracterelor fenotinului aduc tr?s?turi care denatureaz? «portretul»

microbului, f?cвndu-l de ne recunoscut. Iat? un exemplu din practic?. Оn

una din taberele de pionieri din Crimeia copiii au оnceput a avea tulbur?ri

gastrointestinale. Prin metodele obi?nuite nu s-a putut determina cu

exactitate agentul patogen. Medicii au fost nevoi?i s? recurg? la

experien?e de hibridizare molecular? a ADN-ului. Ele au dat rezultate

univoce, care au permis a se identifica microbul ?i a se lua m?suri

antiepidemice.

Metoda de hibridizare a ADN-ului s-a dovedit a fi foarte util? pentru

sistematica microorganismelor. Mult timp savan?ii nu erau siguri de

existen?a unor grupuri de microbi. Pe baza comunit??ii caracterelor lor

fenotipice, cocii, lactobacilii, vibrionii ?i multe alte grupuri, dup? cum

s-a constatat, includeau specii ne оnrudite.

Printre numeroasele specii de microbi exist? ?i un grup de bacterii

luminiscente, al c?ror loc оn sistematic? este determinat foarte vag.

Оn anii 1965-1969 lucr?torii ?tiin?ifici ai vasului marin «Viteazi» au

separat din apa marin? 50 de tulpini ale acestor microbi. Multe din ele n-

au putut fi determinate prin metodele cunoscute conform caracterelor lor

fenotipice. Savan?ii au hot?rвt s? fac? analiza ADN-ului. Ea a ar?tat c?

dintre tulpinile separate 5 fac parte dintr-o nou? specie de bacterii

luminiscente, numit? fotobacterium belozerschii, mo?tenind numele unuia

dintre fondatorii genosistematicii.

Utilizarea criteriilor geneticiii moleculare a scos din impas sistematica

contemporan? a microorganismelor. Experien?ele asupra ADN-ului au permis

examinarea de pe pozi?ii noi a locului pe care оl ocup? оn sistematic?

multe plante ?i animale superioare.

Speciile de grвu, de exemplu, aproape nu se deosebesc dup? componen?a ADN-

ului atвt оntre ele, cвt ?i оntre speciile din genurile apropiate egilops,

secar?, orz. Totodat? ADN-ul diferitelor specii de crin, ceap? adeseori nu

se aseam?n? dup? structur?.

Pentru separarea genurilor, familiilor, oridinelor ?i a grupelor

sistematice mai superioare e nevoie de o apreciere obiectiv? a distan?ei

genetice dintre ele, a gradului de divergen?? a genotipurilor care formeaz?

speciile lor.

Ce poate oferi genosistematica оn scopul solu?ion?rii acestei probleme

dificile?

Toate cercet?rile оn care se folose?te metoda de hibridizare a ADN-ului

au condus la aceea?i concluzie: partea succesiunilor omologice (identice) a

nucleotidelor оn ADN scade pe m?sur? ce compar?m оntre ele speciile cu un

grad tot mai mic de rudenie filogenetic?.

La speciile din diferite clase de animale vertebrate, de obicei, se poate

g?si оn ADN 5–15% de succesiuni omologice de nucleotide, la speciile din

diferitele ordine de aceea?i clas? – de la 25 pвn? la 40% ?. a. m. d.,

inclusiv pвn? la speciile de acela?i gen, care deseori nu pot fi

recunoscute.

Aceste aprecieri cantitative ale asem?n?rii materialului genetic pot fi

utilizate оn solu?ionarea cazurilor discutabile, atunci cвnd diferi?i

sistematicieni apreciaz? оn mod diferit rangul taxonului. De exemplu,

majoritatea sistematicienilor divizeaz? оn prezent pe?tii оn dou? clase:

pe?ti cartilagino?i ?i pe?ti oso?i. Dup? ce a fost hibridizat ADN-ul

rechinului cu ADN-ul crapului, somnului, gorbu?tei ?i nisetrului, s-a

constatat o mare neasem?nare: au fost g?site doar aproape 10% de omologii,

fapt ce confirm? teza cu privire la dep?rtarea ce exist? оntre aceste dou?

grupuri de pe?ti.

S-au dovedit a fi nea?teptate, оns?, rezultatele hibridiz?rii ADN-ului

pe?tilor oso?i: partea omologiilor оn ADN-ul nisetrului pe de o parte ?i a

reprezentan?ilor a trei subordini diferite – costr??ului, crapului,

somonului – pe de alta, a fost de asemenea mic? – aproape 10%.

Pe baza acestor rezultate s-a tras concluzia c? este ra?ional ca

sturionii s? fie extra?i din clasa pe?tilor oso?i ?i s? alc?tuiasc? o clas?

independent?, precum considera pe timpuri ?i A. N. Sever?ev.

Astfel metodele ingineriei genice fac posibil? studierea evolu?iei

moleculare a lumii vegetale ?i lumii animale, precum ?i a regnului

microorganismelor. Ele pot fi de mare ajutor la solu?ionarea unei serii de

probleme ce ?in de arheologie, de evolu?ia omului, de dezvoltarea ?i

migra?ia popoarelor. Aceast? posibilitate o confirm? ?i comunicarea

senza?ional? f?cut? nu demult de c?tre savantul suedez S. Paabo de la

Universitatea Uppsala despre clonarea reu?it? a ADN-ului extras din

r?m??i?ele mumiei unui copil egiptean, care a tr?it aproape 2400 de ani оn

urm?.

Autorul cercet?rii a оncercat s? separe ADN-ul din dou?zeci ?i trei de

diferite mumii, dar numai оntr-un singur caz a avut noroc. Din pulpa stвng?

a unui prin? egiptean balzamat оn vвrst? de un an, ce se p?stra la muzeul

din Berlin, el a extras cвteva celule. Din acestea a separat un fragment de

ADN, pe care l-a inserat оntr-o plazmid? bacterian? ?i l-a оnmul?it. Оn

articolul publicat оn revista «Nature» din aprilie 1985 autorul a prezentat

succesiunea complect? a fragmentului clonat de ADN ce con?inea aproape 3400

de nucleotide. S-a constatat c? fragmentul de ADN studiat a r?mas nev?t?mat

оn timpul mumifierii, p?str?rii ?i nu ?i-a pierdut func?iile genetice. A?a

a fost dovedit? posibilitatea separ?rii ?i studierii fragmentelor de ADN

str?vechi.

Clonarea ?i descifrarea ADN-ului din r?m??i?ele ce s-au p?strat ale

oamenilor (ele se оntвlnesc nu numai оn Egipt, ci ?i оn Peru, Japonia,

Australia, Europa) deschid arheologilor perspective captivante. Compararea

succesiunilor nucleotidice permite doar determinarea rudeniei genetice. Оn

viitor noua metoda va fi utilizat? la solu?ionarea numeroaselor enigme, ce

stau оn fa?a arheologilor cu privire la originea ?i migra?iile str?mo?ilor

no?tri. Ea va oferi posibilitatea de a se determina cu un mare grad de

precizie vвrsta biologic? a speciei umane ?i a rudelor ei apropiate. Datele

moderne, ob?inute cu ajutorul metodelor ingineriei genice, au permis s? se

fac? o precizare esen?ial?: omul a оnceput s? se deosebeasc? de ruda sa

cimpanzeul numai cu 5 milioane de ani оn urm?, nu cu 8 milioane, cum se

presupunea оnainte. S-a descoperit c? 98% din materialul genetic al

cimpanzeului este identic cu cel al omului ?i numai 2% din acesta se

deosebe?te.

Cunoa?terea legit??ilor dezvolt?rii evolutive (istorice) a tot ce este

viu pe P?mвnt prezint? o importan?? colosal?. Ea confirm? caracterul

material al lumii organice din jurul nostru, dezv?luie baza dialectic? a

dezvolt?rii ei. Bazвndu-se pe datele genosistematicii, putem prevedea calea

de mai departe a evolu?iei vie?ii pe P?mвnt ?i, prin urmare, metodele de

dirijare ?i orientare ale ei.

Cunoa?terea rudeniei filogenetice dintre diferitele grupuri de organisme

ne ofer? un instrument minunat de modificare a formelor existente, de

reconstituire a unor specii de plante ?i animale disp?rute ?i de creare a

unora noi.

XVI. INGINERIA GENETIC? ?I MEDICINA

16.1 Povara genetic? оn societatea uman?

«Minte s?n?toas? оntr-un corp s?n?tos» – spune proverbul antic. ?i nu

оntвmpl?tor oamenii о?i doresc оn primul rвnd s?n?tate. Fericirea familiei

depinde ?i ea оn mare parte de s?n?tatea copiilor.

Numeroasele boli de care sufer? oamenii au cauze diferite. Dac? boala

pruncului este provocat? de ac?iunea unor factori nefavorabili asupra

organismului f?tului, ea se consider? neereditar?, dobвndit?. Dac? ea a

fost determinat? de genele defectate ale p?rin?ilor, ea este ereditar?.

Medicina modern? se achit? u?or cu bolile dobвndite. Ea a cв?tigat lupta

cu epidemiile de pest?, de variol?, de holer?, care оn trecut secerau mii

de vie?i omene?ti. Ea lupt? cu mai mult succes contra tuberculozei,

pneumoniei, dizenteriei ?i numeroaselor boli de copii.

Cвt prive?te bolile ereditare, situa?ia este alta, deoarece оn aceste

cazuri оl putem trata par?ial pe bolnav, dar nu putem lichida boala, c?ci

deocamdat? nu e posibil? prevenirea transmiterii ei genera?iei ulterioare.

De aceea, cвnd оn familie un copil e bolnav din n?scare, p?rin?ii vor s?

?tie dac? urm?torul prunc o s? fie s?n?tos sau оl amenin?? aceea?i soart?.

Incertitudinea оl sile?te s? se ab?in? de la procreare, s? recurg? la

оntreruperea artificial? a sarcinii ?. a. Acestea duc la traume psihice

grave ?i deseori sunt cauze de destr?mare a familiei.

Conform calculelor efectuate de diferi?i savan?i, 7–10% din num?rul total

al oamenilor au devieri de la norma biologic?. Mai mult chiar, avem

impresia c? bolile ereditare sunt оn cre?tere. Acest lucru este determinat

de multe cauze, ?i оn primul rвnd de poluarea global? a mediului ambiant.

Odat? cu dezvoltarea industriei ?i tehnicii оn ora?e ?i cu

industrializarea ?i chimizarea produc?iei agricole, оn mediul ambiant a

ap?rut o mare cantitate de agen?i mutageni, care provoac? modific?ri

ereditare – muta?ii. Frecven?a muta?iilor poate spori mult datorit?

cre?terii fonului artificial al radia?iei, ac?iunii mutagenilor chimici ?i

a multor pesticide. Оn prezent sunt cunoscu?i aproape 2000 de compu?i

chimici cu un efect mutagenic. S-a mai constatat c? unele preparate

medicamentoase, dac?-s folosite prea mult, pot avea ?i ele rol de mutageni.

Utilizarea f?r? control a medicamentelor, fumatul ?i consumul alcoolului

de c?tre femeile gravide exercit? o influen?? negativa asupra dezvolt?rii

f?tului. Din aceast? cauz? atвt la femei, cвt ?i la b?rba?i deseori se

formeaz? game?i de valoare genetic? incomplet?.

Agen?ii mutageni de origine fizic? ?i chimic? provoac? modificarea

genelor, cromozomilor ?i a unor оntregi genomi atвt оn celulele sexuale,

precum ?i оn celulele somatice. Din cauza tulbur?rilor aparatului genetic

al celulelor sexuale, ele о?i pierd vitalitatea ?i nu pot participa la

fecundare sau produc zigo?i, embrioni ?i fe?i de valoare incomplet?, cu

vitalitate sc?zut?, care sunt elimina?i la diferite etape de embriogenez?

?i dezvoltare postembrionar?. Dac? muta?iile nu exercit? nici o influen??

asupra vitalit??ii, ele conduc la dezvoltarea bolilor ereditare care au

forme diferite ?i care, luate оn ansamblu, creeaz? a?a-zisa povar?

muta?ional? sau genetic? (ereditar?) оn popula?iile omului.

Оn unele ??ri s-a f?cut o statistica foarte trist?. Оn SUA, de exemplu,

numai jum?tate din 5–10 milioane de gravidit??i ating maturitatea, cealalt?

jum?tate se sfвr?esc cu pieirea embrionilor оn etapele precoce de

dezvoltare. Din 3,2 milioane de embrioni, care au atins vвrsta de 20 de

s?pt?mвni, 40 de mii pier, f?r? a dovedi s? se nasc?. Tot atв?ia prunci mor

оn prima lun? dup? na?tere din cauza unor defecte, alte 40 de mii r?mвn оn

via??, avвnd vicii congenitale, care uneori pot fi tratate. Оn fiecare an

se nasc aproximativ 90 mii de copii deficien?i mintal ?i 150 de mii care

vor оnv??a cu greu.

Care sunt cauzele acestor nenorociri? Principala se con?ine оn genele ?i

cromozomii defecta?i care se transmit prin ereditate. Fiecare om care pare

s?n?tos are оn aparatul cromozomic al celulelor sale cel pu?in 12 gene

defectate, care pвn? la un anumit timp nu se manifest?, deoarece se afl? оn

stare heterozigot?. Оns? atunci cвnd aceste gene recisive mutante sunt

introduse оn zigotul simultan ?i de gameta masculin? ?i de gameta feminin?,

ele trec оn stare homozigot? ?i conduc la dezvoltarea unei boli ereditare.

?tiin?a cunoa?te peste 2000 de boli ereditare ale omului ce ?in de

muta?iile unor gene aparte ?i aproape 500 de boli, ce ?in de tulburarea

structurii sau num?rului cromozomilor. Ele, independent de voin?a noastr?,

se transmit genera?iilor viitoare, dac? medicina nu va interveni la etapa

embrionar? de dezvoltare a acestor boli.

Prezint? interes urm?toarele date. Frecven?a muta?iilor cromozomice la

avorturile medicale (cu scopul regl?rii natalit??ii) nu dep??e?te 2%, la

avorturile spontane ea constituie 20–25%. Оn primele 10 s?pt?mвni de

graviditate ea atinge 50%, iar la 6 s?pt?mвni – 70%. Aceste date

demonstreaz? c? dac? оn garnitura cromozomic? a embrionilor intervin mai

multe tulbur?ri, atunci fe?ii sunt elimina?i mai repede. De aceea putem

presupune c? majoritatea absolut? a zigo?ilor cu tulbur?ri mai complicate

ale cromozomilor este eliminat? imediat dup? ce a fost conceput? sau оn

cele dou?-trei s?pt?mвni ce urmeaz? dup? ea. Ei scap? din cвmpul de vedere

al medicilor ?i nu sunt examina?i de c?tre ace?tia.

A?a dar, pieirea intrauterin? a game?ilor, zigo?ilor ?i embrionilor de

valoare genetic? incomplet? constituie un mecanism de selec?ie la om. Dac?

n-ar exista ac?iunea de eliminare a selec?iei naturale la etapa embrionar?

de dezvoltare, num?rul bolilor ereditare ar fi foarte mare. Acesta e rolul

profilactic al selec?iei embrionare.

Sunt descrise multe boli, care se transmit stabil prin ereditate. Printre

ele cit?m – surdomu?ia, podagra, ?izofrenia, hemofilia, daltonismul,

albinismul (pielea ?i p?rul sunt incolore, ochii trandafirii), boala

oaselor de marmor? (fragilitatea oaselor), unele forme de diabet,

оnc?run?irea ?i chelia ?. a.

Faptul c? unele boli se transmit prin ereditate se cuno?tea demult.

Astfel оn 1716 lui Edvar Lambert, fiu al unor p?rin?i s?n?to?i, a оnceput a

i se оntuneca repede pielea ?i apoi s-a acoperit cu solzi?ori. Edvar a avut

6 fii, care au avut ?i ei piele de porc ghimpos. Acest semn s-a repetat la

?ase genera?ii posterioare de b?ie?i. Istoria cunoa?te cazuri de

transmitere prin ereditate a cecit??ii nocturne congenitale, care au

mo?tenit-o 134 de urma?i ai unui neam de elit? pe parcursul mai multor

genera?ii.

Regii germani din dinastia Habsburgic?, care au cвrmuit оntre anii

1273–1918, la оnceput оn Sfвntul Imperiu roman, apoi оn Spania, Austria ?i,

оn sfвr?it, оn Austro-Ungaria, aveau falca de jos proeminent? ?i buza de

jos deformat? оn mod specific. Mo?tenirea acestor caractere s-a studiat

foarte am?nun?it, rezultatele au fost publicate оmpreun? cu portretele

istorice de Academia imperial?, care se afla sub auspiciile familiei

Habsburgilor. Dac? privim portretul unui membru al familiei din secolul XIV

?i portretul unui urma? din secolul XIX, vom vedea c? acest semn, buza

habsburgic?, se transmitea din genera?ie оn genera?ie ?i se reproducea cu

exactitate.

Articula?iile, oasele, cartilagiile, ligamentele con?in ni?te glucide

numite mucopolizaharide. Dac? metabolismul lor este tulburat, copiii r?mвn

оn dezvoltarea lor intelectual? ?i fizic?. Cre?terea lor оncetine?te brusc,

li se deformeaz? cutia toracic? ?i membrele, deseori le cre?te un gheb. Se

presupune c? Nicollo Paganini a suferit de o astfel de boal?.

Geneticiienii contemporani au g?sit explica?ia оnf??i??rii bizare a

marelui violonist. Fa?a lui palid?, ochii enoftalmici, degetele

supraelastice ?i extrem de lungi – ele toate sunt caracteristice pentru

sindromul Marfan – o boal? ereditar?, descris? pentru prima dat? peste 56

de ani dup? moartea lui Paganini. Virtuozitatea interpret?rii lui Paganini

se explica prin structura neobi?nuit? a degetelor. Bineоn?eles, plus

talentul s?u muzical.

Оn anul 1866 neuropatologul englez L. Down a descris pentru prima dat? o

boal? congenital?, care afecta оn mediu unul din 600 de prunci. Copiii

bolnavi erau indolen?i, cu limba groas?, stвngace, cu nasul turtit, cu fa?a

palpebral? оngust?. Deseori sufereau de leziuni valvulare cardiace

congenitale ?i оntotdeauna erau deficien?i mintal. Mul?i dintre ei

alc?tuiau contingentul spitalelor de psihiatrie. Aceast? boal? a fost

numit? boala lui Down, mo?tenind numele medicului care a descris-o.

Adev?rata ei cauz?, оns?, a fost descoperit? de savantul francez J. Legen.

El a studiat la microscop multe celule luate de la copiii bolnavi ?i a

descoperit c? ele оn loc de 46 de cromozomi au 47. Cromozomul de prisos se

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16