Acizii nucleici - Cotlet Razvan

Acizii nucleici
Acidul nucleic este o macromoleculă complexă, ce conține informația genetică din celula dată. Acesta este alcătuit din mii de nucleotide. Termenul de acid nucleic a fost propus pentru prima dată de Richard Altmann, pentru a desemna substanțele complexe pe care acesta le observase în nucleu.

Acizii nucleici, componenți vitali ai tuturor organismelor vii, au fost descoperiți, între anii 1869-1871 de către Friedrich Meischer, în nucleii leucocitelor din plăci infectate. Ulterior, prezența acestor substanțe a fost confirmată și în alte surse de origine animală, cum ar fi lapții de somon (Salmo salar). Substanța izolată din nucleii leucocitelor a fost denumită de Meischer, nucleina.

Structura

Acizii nucleici reprezintă lanțuri polinucleotidice, formate din nucleotide, care la rândul lor sunt formate dintr-un radical fosforic, o pentoză și o bază azotată. În cadrul acidului nucleic sunt prezente legături covalente ( în cadrul nucleotidelor între bazele azotate și pentoze) și legături de hidrogen (între bazele azotate a 2 nucleotide diferite, de ex.: între adenină și timină/uracil sau între citozină și guanină).

Structura chimică a acizilor a fost descoperită în anul 1953 de către echipa de cercetători formată din Watson, Crick și Wilkins, care au primit pentru această descoperire premiul Nobel. Acizii sunt substanțe macro-moleculare formate din unități mai mici numite nucleotide. Nucleotidele sunt formate din trei componente: o bază azotată, o grupare glucidică (o pentoză) și un radical fosforic. Bazele azotate, în funcție de structura lor, se împart în: purinice (A=Adenina, G=Guanina) și pirimidinice (T=Timina, C=Citozina, U=Uracil). În structura ADN-ului intră perechi de baze alcătuite din adenină, guanină, timină și citozină, în timp ce, la ARN, timina este înlocuită de uracil. Gruparea glucidică este desemnată de riboză la ARN sau dezoxiriboză la ADN.

ADN-ul este format din două lanțuri de polinucleotide, iar ARN-ul este format dintr-un singur lanț. Structura primară este formată din lanțuri liniare de nucleotide, iar structura secundară dintr-o spirală dublă (dublu helix). O spirală măsoară zece nucleotide. Cele două lanțuri care formează dubla spirală sunt legate prin legături de hidrogen: A=T, T=A, C=G, G=C. Cele două lanțuri sunt antiparalele și sunt complementare (totdeauna adenina se leagă de timină, timina de adenină, citozina de guanină și guanina de citozină).

Molecula de ADN încălzită (peste 94 °C) se denaturează, cele două lanțuri polinucleotidice fiind separate. Dacă ulterir, scăderea temperaturii are loc treptat, dublul helix va fi refăcut, iar în cazul unei răciri bruște, lanțurile rămân separate. Se cunosc trei tipuri de ADN: tipul B (Watson, Crick) cu zece nucleotide, tipul A cu unsprezece nucleotide, tipul Z cu douăsprezece nucleotide. Sinteza ADN-ului se numește replicație. Replicația are loc înainte de diviziunea celulei. Dintr-o moleculă de ADN se formează două molecule identice. ARN-ul este format dintr-un singur lanț de nucleotide (monocatenar). Se găsește la unele virusuri-Ribovirusuri (gripal, turbării, HIV, EBOLA). ARN-ul celular se găsește în trei variante: ARNm-mesager (transcrie informația din ADN), ARNt-de transfer (transferă aminoacizi), ARNr-ribozomal (se găsește în ribozomi).

Dogma centrală a geneticii

Proteinele sunt substanțe azotate formate din aminoacizi. Sunt cunoscuți douăzeci de aminoacizi, ce codifică sinteza a câteva sute de mii de proteine. Sinteza proteinelor are loc pe baza codului genetic, un "cifru" ce utilizează unități de câte trei baze azotate, tripleți numiți codoni. Combinațiile celor 4 tipuri de baze azotate codifică 64 de astfel de tripleți, fiecare fiind responsabil pentru sinteza unui aminoacid (tripleți diferiți pot codifica același aminoacid). Trei combinații codifică secvența de oprire a sintezei proteinei, secvență numită "STOP" și reprezentată de tripleții UAA, UAG și UGA. Codonul AUG semnifică inițierea translației, fiind numit și secvență "START". Codul este universal de la virusuri și până la om. Dogma centrală a geneticii este reprezentată schematic astfel: ADN->ARN->proteine. Cele 2 faze ale decodificării genelor sunt:

1)TRANSCRIPȚIA are loc în nucleu. Se sintetizează ARN mesager în principal, dar și ARN de transfer.

2)TRANSLAȚIA are loc în citoplasmă, în ribozomi și se termină cu sinteza de proteine.

Codul Genetic

Caracteristici: este universal, este fără virgule, este nesuprapus, este degenerat (din cauza vechimii mai mulți codoni codifică același aminoacid).

Sursa: http://ro.wikipedia.org/

Evolutia geneticii, la zece ani de la cartografierea genomului uman-Amisculesei Dragos

Francis Collins, unul din geneticienii care au ajutat la descifrarea hartii genomului uman, a decis abia vara trecuta sa se lase supus unei analize genetice si a fost foarte surprins de ce a descoperit. Collins are predispozitie la diabet de tip 2, lucru pe care nu l-a suspectat niciodata. Exista trei companii care efectueaza astfel de teste, iar Collins a apelat la fiecare din ele, ca sa se asigure ca rezultatele coincid. Rezultatul a fost de fiecare data acelasi, relateaza Reuters, intr-un amplu reportaj.

In consecinta, Collins a slabit 11 kilograme, insa, cu toate acestea, nu considera ca astfel de teste sunt utile, cel putin nu inca. La fel stau lucrurile si in studierea genomului uman, care este inca in stadiu incipient.

Unii oameni de stiinta sunt de parere ca lumea se afla intr-o “epoca de aur” a medicinii genomice, in care analiza structurii ADN poate dezvalui predispozitia pentru boli precum cancerul, diabetul sau bolile cardiovasculare si poate sugera si ce tip de tratament este potrivit pentru fiecare caz in parte. Totusi, Proiectul Genomului Uman, care a fost finalizat in urma cu zece ani, si in care s-au investit aproximativ trei miliarde de dolari, nu adus inca nici un rezultat spectaculos.

Iata o scurta trecere in revista a rezultatelor la care au reusit sa ajunga cercetatorii pana in prezent:

* un test de sange personalizat, care poate determina posibilitatea ca celulele canceroase din oganism sa se raspandeasca, sau ca boala sa reapara, realizat de Dr. Bert Vogelstein, de la Johns Hopkins University Baltimore, si colegii sai;
* un test genetic, denumit Oncotype DX, ce ajuta la identificarea suferinzilor de cancer la san care nu pot fi tratati cu ajutorul chimioterapiei;
* Dr. James Lupski de la Baylor College of Medicine din Houston si-a studiat propria harta genetica si secventele genomice ale membrilor familiei sale, inclusiv ale bunicului decedat, pentru a identifica cauza unei boli genetice rare, numita sindromul Charcot-Marie-Tooth;
* testele genetice pot acum identifica pacientii care nu raspund la unele tratamente anticoagulante.

Cu toate acestea Collins este de parere ca acestea reprezinta tinte usor de atins, iar adevarata munca este abia la inceput.

Intr-un fel, acest domeniu este victima propriului sau succes. Companiile sunt intr-o competitie permanenta si se straduiesc sa produca aparatura, pe care fiecare laborator de specialitate o va avea in dotarea standard. Insa aceasta secventiere a genomului creeaza ceea ce actualul director al National Human Genome Research Institute, dr. Eric Green, numeste “un tsunami de informatii”, care suprasolicita creierele oamenilor de stiinta si capacitatea computerelor.

In mod paradoxal, oamenii au in realitate un numar relativ mic de gene, extensii ale ADN-ului care programeaza celulele pentru a produce proteine. Oamenii au doar 20.500 de gene, comparativ cu 30.000, cate au soarecii sau 50.000, cate se gasesc in orez. Aceasta a fost una din marile surprize generate de Proiectul Genomic Uman.

Ca urmare, cea mai mare parte a informatiilor de interes este continuta de asa-numitul “ADN junk”, care constituie aproape doua treimi din codul genetic uman. “Exista o materie neagra a genomului, care inca mai asteapta sa fie descoperita”, a explicat Collins.

O parte a acestei “vanatori” incepe intr-o cladire din vestul Londrei, unde o serie de voluntari sunt dispusi sa isi dezvaluie cele mai ascunse secrete. Desi multi au mai donat sange inainte, de aceasta data doneaza propriile structuri ADN si dosare medicale, trecute si viitoare, in sprijinul unui vast experiment care ii va urmari pentru tot restul vietii.

Toate acestea suna de parca ar fi desprinse dintr-un roman de Orwell, insa voluntarii sunt dispusi sa participe la acest experiment, care le-ar putea fi de mare folos fiilor si nepotilor lor.

Cercetatorii au ales sa lucreze cu un grup de voluntari cu varste cuprinse intre 40 si 69 de ani, tocmai pentru ca, lucrand cu aceasta categorie de varsta, nu vor fi nevoiti sa astepte prea mult pana cand vor aparea simptomele unor afectiuni de mare interes precum cancerul, artrita, diabetul, bolile cardiovasculare sau dementa.

Pana in prezent, in experiment s-au inscris 450.000 de britanici, iar tinta de 500.000 de voluntari va fi atinsa probabil in luna iulie. Coordonatorul cercetarii, dr. Rory Collins, spune ca numai in acest mod oamenii de stiinta vor putea identifica modul in care stilul de viata interactioneaza cu lunga lista de variatii genetetice rare, care declanseaza bolile comune.

“Daca esti in cautarea efectelor a mii si mii de variatii genetice diferite, care produc efecte modeste si interactioneaza cu numerosi factori non-genetici, atunci trebuie sa poti efectua un studiu de dimensiuni foarte foarte mari”, a explicat el. “Abia acum tehnologia este in masura sa permita efectuarea unor astfel de experimente”.

Astfel de banci de gene mai exista si in alte state, precum China sau Suedia, insa cea britanica este cea mai vasta, din punctul de vedere al numarului de factori studiati. Cercetatorii spera sa depaseasca rezultatele altor studii similare, precum cele dezvoltate de compania islandeza Decode. Acolo, oamenii de stiinta din Reykjavik au imbogatit literatura de specialitate cu date cu privire la anumite variatii ale structurii ADN, care au fost asociate cu schizofrenia, cancerul si alte afectiuni, studiind mostenirea genetica a islandezilor. Aceasta a suferit foarte putine modificari de la popularea Islandei de catre vikingi, din urma cu aproximativ 1.000 de ani.

Experienta islandeza a fost unul din primele eforturi de amploare in domeniul genomicii, care a oferit tehnologia necesara pentru intelegerea interactiunii dintre gene si diverse boli. Multe companii specializate din intreaga lume au cedat dupa numai cativa ani, insa nu toate.

Human Genome Sciences Inc pare in sfarsit pregatita pentru aceasta incercare. Actiunile companiei au crescut foarte mult incepand cu anul trecut, cand au fost inregistrate rezultate surprinzator de bune, in urma testarii unui medicament experimental impotriva lupusului, numit Benlysta. Daca va fi aprobat, Benlysta va fi primul tratament nou pentru aceasta grava boala autoimuna din ultimii 50 de ani.

Insa asemenea realizari sunt rare, iar investitorii sunt in continuare ingrijorati ca producatorii de medicamente supraevalueaza perspectivele genomicii, avand in vedere faptul ca medicamentele noi au nevoie de 10–15 ani pentru a ajunge pe piata.

In realitate, ultima decada s-a dovedit a fi una din cele mai proaste din istoria industriei farmaceutice. Problema pe care si-o pun companiile si investitorii este aceea ca mai multa informatie atrage dupa sine si o complexitate mai mare, spulberand sperantele intr-o rezolvare relativ simpla a bolilor complexe.

Cancerul si genetica

Pentru multi pacienti care sufera de cancer, cea mai mare teama este aceea ca medicul chirurg sa nu fi omis ceva, iar boala sa se raspandeasca din nou in organism. In prezent, singura modalitate de a afla daca este asa sau nu este sa astepte ca tumoarea sa creasca suficient de mare pentru a fi detectata de aparatura medicala.

Acest lucru insa, s-ar putea schimba, in curand. Un test genetic care poate analiza secvente ADN preluate de la nivelul tumorii ar putea sa previna doctorii si sa le atraga atentia in cazul in care au omis ceva. “Acest lucru poate deveni posibil numai prin aparitia urmatoarei generatii din asa-numita tehnologie de secventiere“, a declarat cel care se ocupa de crearea acestui test, dr. Bert Vogelstein, de la Johns Hopkins University in Baltimore.

Dezvoltarea testului beneficiaza de progresele in tehnologia necesara secventierii genomului. Ultimele realizari din acest domeniu pot cartografia codul ADN in numai cateva saptamani, iar costurile se ridica la doar 5.000 de dolari, comparativ cu cei 13 ani si trei miliarde de dolari de care au avut nevoie Collins si colaboratorii sau pentru a cartografia primul genom uman.

Vogelstein spune ca scaderea rapida a costurilor se va reflecta intr-un pret rezonabil al testelor, astfel incat acestea ar putea fi disponibile pe piata in aproximativ doi ani. Nu peste mult timp, toti pacientii care sufera de cancer isi vor putea monitoriza boala si vor afla din timp daca aceasta se raspandeste in organism.

“Cancerul este poate cea mai buna boala pentru a incepe un asemenea demers”, este de parere geneticianul Richard Lifton, de la Yale Medical School. “Motivul este acela ca stim deja ca aceasta boala este in mare masura dependenta de modificarile la nivelul ADN-ului”.

“Prima secventiere genetica a unei forme de cancer s-a efectuat in 2008. Anul trecut s-au mai realizat inca aproximativ 100 de astfel de secventieri. In acest an vor fi realizate alte cateva sute, daca nu chiar 1000″, a declarat Mathew Meyerson de la Dana-Farber Cancer Institute.

Lifton este de parere ca, in urmatorii doi ani, oamenii de stiinta vor avea la dispozitie secventierea genetica a tuturor formelor majore de cancer uman. “Multe din acestea vor identifica noi gene, despre al caror rol in evolutia cancerului nu stiam inainte”, a spus el. “Unele din acestea se vor dovedi a fi incredibil de importante pentru dezvoltarea de noi tratamente”, sau noi teste, asa cum sugereaza Collins.

Doctorul Eric Green nu a mai vazut niciodata asa ceva. La o întâlnire pe care a denumit-o “tocilarii secventializarii”, care a avut loc pe Insula Marco, Florida, în februarie, o companie aflata la inceput de drum, numita Ion Torrent, a efectuat o demonstratie a aparatului de secventializare a ADN-ului. “E de dimensiunea unei imprimante”, a spus el. “Secventializarea s-a produs intr-o camera de hotel”.

Experimentul a uimit expertii care folosisera in demersurile lor stiintifice camere de dimensiunea unui teren de fotbal pentru a decoda genomul uman.

Green a spus ca institutul sau a directionat fonduri catre Guilford, Connecticut, şi San Francisco a finantat Ion Torrent cu 50.000 de dolari pentru aparatul de secventializare. “Experimentul putea sa esueze”, a marturisit Green, dar si el, si altii au fost surprinsi de metoda descoperita de companie de a detecta molecule individuale de hidrogen printr-un sistem compact, pentru a secventializa genele A, C, T, G ale ADN-ului.

Intr-o alta incapere se afla aparatul de secventializare realizat de Pacific Biosystems. “Este Vestul Salbatic”, a spus Green. “Este emblematic pentru procesul prin care trece acest domeniu in prezent, cu nu una, nu doua, nu trei, ci multiple tehnologii”. Ei executa ceea ce companiile si cercetatorii solicita, iar preturile scad. “Este un amalgam de stiinta si afaceri aici”, a explicat Green. “Ceea ce se intampla iti taie rasuflarea”.

Daca descifrarea hartii genomului uman va transforma medicina, acest lucru trebuie sa se intample repede si usor. “Ne putem imagina ca decodarea structurii genetice va face parte, intr-o buna zi, din setul de analize de rutina”. “Ceea ce fac aceste companii ne sugereaza felul in care arata viitorul medicinei”, a declarat Green.

Dr. Richard Gibbs, directorul Human Genome Sequencing Center at Baylor College of Medicine, Houston, spune ca, in prezent, aproximativ 20-30 de companii lucreaza la dezvoltarea de noi tehnologii.

Toate acestea insa nu inseamna ca oamenii ar trebui sa se grabeasca sa isi decodeze structura ADN la companiile specializate in prezent in astfel de proceduri. “Unele companii care efectueaza astfel de teste se straduiesc din greu sa puna la dispozitie date valoroase din punct de vedere stiintific. In acest moment insa, nu avem inca datele stiintifice necesare pentru a demonstra ca acestea sunt intr-adevar utile”, a explicat Frances Flinter, membru al Comisiei Britanice pentru Genetica Umana.

Comisia pentru Genetica Umana, care are in componenta inclusiv membri ai companiilor care efectueaza astfel de analize ADN, spune ca acestea ar trebui sa se asigure ca clientii inteleg exact in ce consta demersul lor, si la ce tip de rezultate sa se astepte. De asemenea, sugereaza ca ar trebui sa fie efectuate teste numai pentru bolile incurabile, precum Huntington sau Parkinson, iar clientii ar trebui sa beneficieze de consiliere inainte si dupa efectuarea testelor. In ceea ce priveste celelalte teste, oamenii trebuie sa fie constienti de limitarile si rolul relativ, pe care il au in evolutia acestora, genetica si stilul de viata.

“Pentru marea majoritate a oamenilor, deciziile cu privire la stilul de viata vor avea probabil un impact substantial asupra starii de sanatate”, a spus Flinter. Collins subscrie. Pana la urma, cele mai grave boli cu care se confrunta populatia din statele dezvoltate: cancerul, bolile cardiovasculare, accidentele vasculare cerebrale, diabetul, toate pot fi prevenite in mare masura prin exercitii fizice, evitarea tutunului si prin consumul de alimente cu continut scazut de zahar si grasimi, de preferinta legume si fructe.

Dar, totusi, Collins nu are nici un membru al familiei care sa fi fost bolnav de diabet. “Toti din familia mea au o constitutie subtire si atletica, asa ca, probabil, au contracarat riscurile genetice prin stilul de viata pe care au ales sa il aiba”, a spus el.

“Eu nu eram atat de subtire si atletic vara trecuta, cand am facut testele, si acest lucru mi-a atras atentia asupra unui lucru caruia ar fi trebuit sa ii acord mai multa atentie cu mult timp inainte”. SURSA: Hotnews.ro

Genetica --Roman Andrei

GENETICA

I           INTRODUCERE   Genetica, este stiinta care se ocupa cu  studiul transmiterii fizice, biochimice si comportamentale a trasaturilor de la parinti la urmasi. Cuvantul genetica a fost introdus in 1906 de biologul englez William Bateson. Geneticienii pot determina mecanismele mostenirii genetice deoarece urmasii organismelor care se reproduc nu sunt identice cu parinti, si deoarece unele diferentieri si similaritati reapar dupa generatii . Cercetarea acestora a adus biologiei moderne unele realizari importante . Aceste realizari adunate din crearea  de animale modificate genetic servesc la producerea unor medicamente de valoaree pentru umanitate sau din producerea de recolte modificate genetic care ofera beneficii  prin marirea duratei de viata sau prin o mai mare rezistenta in fata daunatorilor.

II PRIMII PASI IN GENETICA

            Stiinta geneticii a inceput in 1900, cand mai multi crescatori de plante  au derscoperit lucruri interesante in lucrarea calugarului austriac Gregor Johann Mendel, a carui lucrare desi fusese publicata in 1866, a fost ignoratã. Lucrand cu boabe de mazare , Mendel a descris principii  ale mostenirii genetice pe baza a sapte trasaturi ce se observa la varietatile de mazare . El a observat ca trasaturile au fost mostenite ca unitati separate, fiecare fiind mostenita  independent de celelalte. Atunci Mendel a apreciat ca fiecare parinte are  perechi de unitati  si ca contribuie doar cu una din fiecare pereche la formarea urmasului.unitatile descries de Mendel au primit mai apoi denumirea de gene.

III BAZELE FIZICE ALE EREDITATI
Imediat ce opera lui Mendel a fost redescoperita, oameni de stiinta si-au dat seama ca principiile ereditatii pe care le-a descris paralel au cu actiunea cromozomilor in celulele care se divid, si astfel au vazut ca genele sunt purtate de cromozomi. Acest lucru a dus la intense cercetari in domeniul diviziunii celulelor.

Fiecare celula de la animale superioare este compusa dintr-un material vascos, citoplasma, care contine particule mici. Acest material citoplasmic inconjura nucleul. Fiecare nucleu contine un numar de cromozomi. Toate formele de viata ale caror cellule contin nuclee sunt numite eucariote – o categorie care include toate plantele si animalele si bineneteles si alte organisme. Cateva organisme simple, procariotele ,cum ar fi cianobacteria sau bacteria nu au nucleu dar au citoplasma care contine unul sau mai multi cromozomi.

  Drosophila - cromozomi
Cromozomii variaza in marime si forma si de obicei apar perechi. Membri ficarei perechi se numesc cromozomi omologi. Numarul de cromozomi difera pentru fiecare organism – cele mai multe cellule din corpul omenesc au 23 de perechi de cromozomist , de exemplu, in timp ce majoritatea celulelor musculitei  Drosophila au patru perechi , si bacteria Escherichia coli are un singur cromozom in forma de inel.

Fiecare celula vine din diviziunea unei cellule preexistente. Toate celulele care constituie un om , de exemplu, deriva dintr-o succesiune de diviziuni a unei singure celule, care se formeaza din uniunea unui ovul si a unui  sau mai multor spermatozoizi. In acest process numit mitoza o noua celula ia nastere cu un

   Mitozã  

                                                                        Meiozã 

numar identic de cromozomi cu celula mama. In diviziunea mitotica fiecare cromozom se divide in doua parti egale si fiecare parte se duce spre capatul celulei. Astfel celulele nou formate vor fi identice cu celula mama. Fiecare celula nou formata are aceeasi suprafata de material genetic ca cea din care a luat nastere. Organismele formate dintr-o singura celula si chiar si unele organisme pluricelulare se reproduc prin mitozã; este deasemenea procesul prin care organismele complexe cresc si isi schimba tesuturile uzate.

Organismele superioare care se reproduc sexual se formeaza din uniunea a doua cellule speciale numite gameti. La oameni gametii sunt spermatozoizi si ovulul. Gametii  se produc in meiozã, un fel de diviziune a celulelor care se difera de mitozã prin faptul ca in meiozã un singur cromozom din fiecare pereche se transmite celulei noi. Fiecare gamet contine jumatate din numarul de cromozomi care se afla in alte cellule. Cand doi gameti se unesc in procesul de fecundatie, celula rezultanta, zigotul, contine setul dublu de cromozomi. Jumatate din acesti cromozomi vin in mod normal de la unul din parinti si jumate de la celalalt.

                IV     TRANSMISIA GENELOR

 Uniunea de gene aduce aduce impreuna doua seturi de gene, cate unul de la fiecare parinte.Fiecare gena afectează o tarãsaturã particularã si este de obicei reprezentata prin doua copii, una de la tata si una de la mama. Fiecare copie se afla pe aceasi poziţie pe fiecare din cromozomii din pereche zigotului. Când doua copii sunt identice , individul este homozigot pentru gena respectiva. Când doua gene sunt diferite, deci când fiecare din parinti a contribuit cu o alela, a aceleaşi gene—individul este heterozigot pentru o gena. Ambele allele sunt carate in materialul genetic, dar numai una este dominanta si deci doar ea se va manifesta. In generaţiile următoare, după cum arata Mendel recesiva se poate arata din nou  (la indivizi homozigoti de aceasta alela).

Cromozomi umani

De exemplu, abilitatea unei persoane de a-si forma pigment in piele, par, si ochi depinde de prezenta unei allele particulare (A); lipsa acestei abilitaţi duce la albinism, care este cauzat de o alta alela (a) a aceleaşi gene. Efectele alelei A sunt de dominanta; ale alelei a, de recesivitate. Aşadar, Persoanele heterozigote (Aa),   ca si cele homozigote (AA) pentru alela producătoare de pigmenţi, au pigmentaţie normala. Persoanele homozigote pentru allela ce rezulta din lipsa pigmentului (aa) sunt albinotici. Fiecare copil a unui cuplu care sunt ambii heterozigoti (Aa) are o probabilitate de 1 la 4 de a fi homozigot AA, 1 din 2 de a fi heterozigot Aa, si 1 din 4 de a fi homozigot aa. Doar purtători de aa vor fi albinotici. Deci fiecare copil are o şansa de1 la 4 de a fi afectat de albinism; dar nu se garantează ca ¼ din copii unei familii vor avea sindromul. Fiecare alela care va fi dusa in materialul genetic al copiilor heterozigoti, va produce gameţi care vor ajunge in allele fie unul fie celalalt. Trasaturile care se observa sunt fenotipul unui organism, iar conjunctura genetica este genotipul organismului.

Cromozomi umani

In  unele cazuri, moştenirea unei alele dominante si a unei recesive duce la formarea unei alele cu caracteristici intermediare. De exemplu planta Ora Patru, are flori roşii albe sau roz. Plantele cu flori roşii au doua copii ale alelei R si sunt homozigote RR. Plantele cu flori albe au doua copii ale alelei r si sunt homozigote rr. Plantele cu o copie din fiecare alela sunt roz si heterozigote Rr.

Acţiunea genelor este a unei gene care controlează  o trăsătura. Deseori o gena controlează mai multe trasaturi, sau o trăsătura depinde de mai multe gene.

                            

 

NOTIUNI DE GENETICA UMANA-Roman Andrei & Botez Alexandru

NOŢIUNI DE GENETICĂ UMANĂ

Scurt istoric

Primele observaţii asupra unor maladii şi malformaţii ereditare la om au fost făcute încă în antichitate de către Hippocrates (460-370 î.e.n.), întemeietorul medicinei, care a remarcat că unele marformaţii au o frecvenţă mult mai mare în unele familii.

În secolul XVIII-lea medicul P. Maupertius a început unele cercetări privind incidenţa familială pe baze statistice a unor malformaţii cum este polidactilia, sau a unor maladii ereditare cum este albinismul.

În secolul al XIX-lea F. Galton a elaborat metoda studiului gemenilor monozigoţi.

Redescoperirea legilor lui Mendel la începutul secolului XX a determinat avântul cercetărilor de genetică umană şi au dus la descoperirea faptului că unele caractere ereditare se transmit după tipul mendelian. O contribuţie remarcabilă la dezvoltarea cercetărilor de genetică umană a avut medicul englez A.E. Garrod, care a descoperit existenţa unor maladii metabolice ereditare.

Dezvoltarea citogeneticii a dus, printre altele, şi la studiul amănunţit al cromozomilor umani. Astfel, în anul 1956 doi cercetători suedezi au publicat un articol în care arătau că numărul cromozomilor în celulele umane este de 46, ca urmare a studiilor întreprinse asupra a peste 265 de celule embrionare cultivate artificial.

În anul 1958, odată cu descoperirea că fitohemaglutinina, o substanţă extrasă din fasole, este capabilă să inducă diviziunea leucocitelor, a devenit posibilă cultura de sânge periferic, metodă rapidă şi foarte eficientă de studiu a cromozomilor umani.

În anul 1959, J.Lejeune, M.Gautier şi R.Turpin au descoperit că sindromul Down, cunoscut încă din secolul XIX, este cauzat de trisomia 21. Din acest moment se poate spune că citogenetica umană a devenit o disciplină medicală. Ulterior, o dată cu elaborarea metodelor de bandare cromozomială s-au făcut progrese importante în studiul cariotipului uman, în identitatea restructurărilor numerice şi structurale ale cromozomilor, corelat cu diverse maladii ereditare şi malformaţii congenitale.

Cercetările de genetică umană au luat în ultima vreme amploare, astfel că s-a reuşit identificarea a cca 2500 de maladii ereditare, număr în continuă creştere. S-au făcut progrese în elaborarea hărţii genetice a omului, până în prezent reuşindu-se plasarea exactă a câtorva sute de gene pe diferiţi cromozomi, precum şi în studiul comparativ al cariotipului uman şi a diferitelor specii de primate.

Pentru elaborarea hărţilor cromozomiale se folosesc următoarele metode:

De asemenea, s-a elaborat o metodă rapidă şi foarte eficientă de determinare a sexului genetic, prin testul cromatinei sexuale, iar dezvoltarea geneticii medicale a permis punerea pe baze ştiinţifice a consultaţiilor genetice. Deoarece în prezent se admite că circa 12% din populaţie este constituită din indivizi cu maladii genetice sau parţial genetice, problema profilaxiei maladiilor ereditare, precum şi a prognozei apariţiei lor are o importanţă deosebită. Ca urmare au apărut şi s-au extins clinicile de boli ereditare, precum şi centrele de sfaturi genetice, care permit stabilirea unui diagnostic corect al maladiilor ereditare, detectarea purtătorilor etc.

Determinismul genetic al unor caractere ereditare normale

Studiile de genetică umană au arătat modul cum se transmit la descendenţi o seamă de caractere normale şi patologice. Astfel s-a dovedit că mutaţiile genelor nu determină întotdeauna maladii ereditare. În multe cazuri ele determină apariţia unor genotipuri şi respectiv fenotipuri variate, fapt care măreşte variabilitatea în interiorul speciei umane. Existenţa unei mari variabilităţi intraspecifice contribuie la realizarea unei adaptări mai bune la condiţiile schimbătoare ale mediului. De exemplu, existenţa unor gene pentru pigmentaţie cu caracter aditiv, măreşte posibilităţiile de adaptare umană la condiţii variate de insolaţie existente pe glob.

Un capitol bine studiat îl constituie determinismul genetic al grupelor sanguine şi frecvenţa lor în cadrul speciei umane. Încă din anul 1900, K.Landsteiner a remarcat că prin amestecarea globulelor roşii ale sângelui de la o persoană, cu serul sanguin de la altă persoană, în unele cazuri se observă fenomenul de aglutinare, iar în altele nu. Pe baza a numeroase cercetări s-a ajuns la concluzia că oamenii aparţin la 4 grupe de sânge: A, B, AB, şi 0. S-a descoperit că la oameni există două tipuri de anticorpi A şi B în serul sângelui şi două tipuri de antigene A şi B în globule roşii. Indivizii din grupa de sânge A posedă antigene A şi anticorpi B, cei din grupa B posedă anticorpi A, cei din grupa AB posedă antigene A şi B dar nu posedă anticorpi, iar indivizii din grupa 0 nu posedă antigene, dar posedă ambele tipuri de anticorpi A şi B.

Maladii metabolice ereditare

În anul 1909 Garrod emite ipoteza că patru maladii (albinismul, alcaptonuria, cistinuria şi pentosuria) se datoresc unor deficienţe enzimatice ereditare. Această ipoteză s-a dovedit corectă, maladiile respective fiind datorate unor mutaţii genice ce determină sinteza unor enzime inactive sau cu activitate redusă. Acest tip de maladii au primit numele de enzimopatii.

Mutaţiile genelor la om pot provoca tulburări grave ale metabolismului celular. Până în prezent au fost identificate peste 2500 de maladii ereditare. Cele mai cunoscute sunt tulburările înnăscute în metabolismul enzimelor şi proteinelor, deşi au fost identificate tulburări şi în metabolismul glucidelor, lipidelor şi mineral. Exemple: oligofrenia fenil piruvică (fenilcetonuria), albinismul, cretinismul sporadic cu guşe, hemoglobinopatiile, intoleranţa la fructoză cu hipoglicemie, diabetul zaharat, hiperlipemia idiopatică, hemocromatoza, etc.

Îngineria genetică

Este una din cele mai moderne ramuri ale biologiei, a cărei apariţie a fost determinată de aprofundarea cunoştiinţelor de genetică la nivel molecular, de dezvoltarea cercetărilor privind genele, cromozomii şi în general materialul genetic al vieţuitoarelor, fapt care a permis elaborarea unor metode complet noi de izolare şi de sinteză a genelor, de transfer de la o specie la alta, de cultură “in vitro” a celulelor şi de hibridare celulară.

Ingineria genetică poate fi definită ca un ansamblu de metode şi tehnici prin care este posibilă manipularea materialului genetic la nivel celular şi molecular.

Astfel, prin cultura “in vitro” de celule vegetale este posibilă obţinerea de organisme haploide şi diploide pornind de la o singură celulă, transferul de gene în celulele lipsite de peretele celuler (protoplaşti) sau chiar hibridarea între celule vegetale, între celule animale sau celule vegetale sau animale.

Ingineria genetică la nivel molecular se realizează prin izolarea şi sinteza artificială de gene, realizarea de ADN recombinat şi transferul de gene de la un organism la altul (de la procariote la eurocariote şi invers). Astfel, prin acţionarea la nivel celular şi molecular se pot produce artificial genotipuri noi cu caracteristici determinate anticipat.

Primele cercetări de inginerie genetică s-au realizat încă din anul 1944 când O.T.Avery, C.M.Mac Leod şi M.Mac Carty au reuşit transferarea genetică la bacterii, adică transferul artificial al unor gene de la un tip de pneumococi la altul,prin intermediul ADN.

Aceste cercetări au constituit prima experienţă de genetică şi biologie moleculară, ştiinţa care studiază ereditatea la nivel molecular. Ulterior, experienţe de transformare genetică s-au realizat la alte bacterii, precum şi la organismele mai evoluate de tip eucariot.

Un alt domeniu al ingineriei genetice în care s-a realizat unele cercetări valoroase îl constituie aşa-numita chirurgie cromozomială, prin care s-a reuşit transferarea de cromozomi sau segmente cromozomiale de la o specie la alta. Primele cercetări în această direcţie au fost efectuate de geneticianul J.G.O’Mara (1940), care a elaborat o metodă de combinare a caracterelor a două specii prin transferul unuia sau mai multor cromozomi de la o specie la alta.

Izolarea şi sinteza artificială a genelor

Progresele mari realizate în studiul structurii moleculare şi funcţiei genelor au fost posibile izolarea şi sinteza lor artificială. Să vedem mai întâi cum s-a efectuat izolarea artificială a genelor.

Operaţia izolării genei a fost realizată în anul 1969 la Universitatea Havard din Statele Unite de către J.Beckwith şi colaboratorii săi. Cercetările, publicate în revista engleză “Nature”, din noiembrie 1969, s-a efectuat pe bacteria Escherichia coli, care are un singur cromozom de formă circulară pe care se găsesc circa 3000 de gene. Printre acestea se află trei gene notate cu literele x,y,şi a ce determină sinteza a trei enzime: β-galactozidaza, galactozid-permeaza şi transacetilaza, care intervin în procesul de metabolizare a lactozei, zahăr ce se găseşte în lapte. Aceste gene fac parte dintr-o unitate genetică mai mare denumită operonul lactozei (prescurtat lac), din care mai fac parte şi alte trei gene care intervin în reglajul genetic al operonului respectiv.

Transferul interspecific al genelor

Până recent, transferul de informaţie genetică, de gene şi cromozomi, s-a realizat pe cale sexuată. Ca urmare, geneticienii şi amelioratorii de plante şi animale aveau posibilitatea să realizeze organisme hibride care conţineau informaţie genetică provenită de la doi sau mai mulţi genitori. Prin recombinare genetică s-au creat numeroase forme noi de plante şi animale utile pentru practică, organisme care prezentau noi combinaţii de gene.

În ultimii ani, mai ales după descoperirea faptului că genele sunt constituite din ADN, s-a dezvoltat noi tehnici prin care este posibil “in vitro” ruperea şi realipirea moleculelor de ADN, crearea de molecule hibride. Aceasta înseamnă că recombinarea genetică se poate realiza la nivelul ADN, fără a mai fi necesar procesul sexual. De asemenea s-a reuşit transferarea genelor de la o specie la alta, prin acţionare la nivel molecular.

ACIZII  NUCLEICI

MATERIALUL GENETIC (informatia genetica) - ACIZI NUCLEICI - GENA – CROMOZOM

Definitie: Compusi chimici macromoleculari (POLINUCLEOTIDICI) ce au rol in

stocare,decodificare si transmitere de informatie genetica.

Structura: Acidul nucleic prezinta ca unitate de baza NUCLEOTIDA

-baza azotata

-zaharul

-radicalul fosforic

BAZA  AZOTATA:

1) purinica: adenina si guanina

2) pirimidinica: citozina,timina si uracil (in ARN)

ZAHARUL:

RADICALUL FOSFORIC realizeaza legaturi intre nucleotide

-intre adenina si tinina  A=T/T=A

-intre guanina si citozina C=G/G=T

TIPURI FUNDAMENTALE (clasificare):

ACIDUL DEZOXIRIBONUCLEIC

CARACTERISTICI GENERALE

-structura monocatenara (alcatuita dintr-o singura catena)

Arn-ul este de 3 tipuri ce sunt esentiale pentru realizarea procesului de BIOSINTEZA PROTEICA:

ACIDUL RIBONUCLEIC

CARACTERISTICI GENERALE

-structura bicatenara (2 catene polinucleotidice) -antiparalele

-rasucite in jurul unui ax central dublu helix

-unite prin punti de hidrogen

PROPRIETATI

1)   denaturarea

1)    Denaturarea

-     atunci cand ADN este incalzit la temperaturi ridicate apar modificari in    structura acesteia.

-     procesul care se realizeaza in nucleu;in interfaza celulara si are ca rezultat dublarea cantitatii de AND.

Colac Catalin-Ionut

                                                              Ingineria genetica

 

Prin inginerie genetica se intelege ansamblul de tehnici prin care omul intervine asupra codului genetic. Efectele tehnologiei ADN-ului recombinat sunt mult mai mari decat in cazul fertilizarii artificiale. Eventuale schimbari ale codului genetic, care trebuie inteles ca un patrimoniu al intregii omeniri, presupun schimbari care ar putea afecta, in timp, generatii intregi. In foarte multe cazuri de experimente si clonari, nu se poate face o distinctie intre ingineria genetica si manipularea genetica, mai ales cand nu se urmareste in mod evident procreatia.

Toate tehnicile uzuale, specifice ingineriei genetice, urmaresc transferul unei noi informatii genetice in structura celulei unei fiinte vii. S-au facut astfel de cercetari pentru identificarea unor gene patogene. E vorba de recunoasterea si izolarea unor gene care determina diverse boli genetice, urmarindu-se prevenirea ei sau oprindu-se evolutia si transmiterea ei la urmasi. S-au obtinut, prin diferite tehnici, molecule necesare tratarii multor boli grave. Pe aceasta cale, s-au obtinut produse noi, cu efecte mari terapeutice: insulina, interferonul, hormonul de crestere si diferite vaccinuri.

Prin introducerea unor gene in celulele somatice sau germinale, au fost produse plante sau animale cu anumite caracteristici particulare. Au fost imbunatatite astfel diferite rase de animale, urmarindu-se producerea de carne si lapte de calitate superioara. Exista deja cateva soiuri de plante cu caracteristici specifice, care cresc pe terenuri aride, au fructe fara seminte, sunt rezistente la conditii aspre.

Cercetatorii din domeniul geneticii lucreaza deja la proiecte care, cu putin timp in urma, erau de ordinul science fiction-ului. Hartile genetice permit localizarea genelor, a cromozomilor si a enzimelor. Acestea sunt necesare pentru localizarea genelor asociate cu anumite maladii. In 1993, sub egida UNESCO, a luat fiinta Comitetul International de Bioetica, care a elaborat o declaratie pentru protectia genomului uman. Acest text, luat ca referinta de comunitatea oamenilor de stiinta, subliniaza ideea ca genomul uman constituie un patrimoniu comun al speciei umane, care "trebuie protejat pentru a salva integritatea speciei umane."

Toate cercetarile si aplicatiile din domeniul geneticii trebuie astfel orientate incat sa se desfasoare in sensul salvarii vietii si identitatii genetice ale oricarui individ uman. Alterarea patrimoniului genetic al unei persoane, pericol care a devenit iminent, reprezinta o grava ofensa adusa umanitatii si se cuvine sa fie
inteleasa ca un semn al dominatiei omului asupra altui om. In aceasta categorie de manipulari genetice intra schimbarea sexului embrionului, prin injectie de ADN. Interventiile cu motivatie terapeutica trebuie facute doar in beneficiul persoanei umane.

Cei care folosesc tehnicile de alterare sau modificare genetica in scopul imbunatatirii speciilor, la animale si plante, ar trebui sa aiba in vedere pastrarea si salvarea ambientului. Omul nu este doar un beneficiar, ci este investit sa protejeze toate valorile creatiei. Industria genetica, producatoare de plante si animale cu caracteristici imbunatatite, dezvoltata sub imperiul cresterii productivitatii, nu ia in seama efectele nocive ale acestor modificari asupra organismului uman, a plantelor si animalelor modificate genetic. La aceste decizii trebuie sa ia parte nu numai specialistii, oamenii de stiinta, ci si reprezentantii comunitatilor implicate in ansamblu.

Nu exista suficiente informatii despre siguranta biotehnologiilor, care, daca nu este garantata prin lege, poate conduce la realitati terifiante, in care bomba biologica poate teroriza comunitati mari de oameni. Tehnicile care functioneaza dupa metoda alternativa presupun modificarea electiva si selectiva a unui patrimoniu genetic sanatos, apartinand omului, caz in care cercetatorii manifesta tendinta de a se substitui lui Dumnezeu. Trupul este o componenta constitutiva a persoanei umane, iar tendinta de a-i impune anumite caracteristici, asa-zis superioare, arata ca fantasmele eugenismului revin, fantasme ale caror principii au determinat mari drame in istoria umanitatii.

Clonarea

Clonarea ("klon", in greaca, inseamna "germen", "vlastar", "ramurica", "crenguta") este definita ca o metoda prin care se produc clone, adica organisme, celule sau molecule identice. Exista o clonare naturala, cand, pornind de la acelasi zigot, apar gemenii. In antichitate, a fost cunoscuta clonarea la plante (vita-de-vie, pomii fructiferi), care se pot inmulti astfel, cu pastrarea caracteristicilor genetice. Cultivate in vitro, celulele vegetale, cat si cele animale, pot evolua in clone. Dupa diviziune, rezulta doi embrioni identici din punct de vedere genetic. Cele doua organisme au acelasi patrimoniu genetic, dar au organisme proprii. Pornind de la modelul natural, a fost perfectata o tehnica, ce consta in separatia blastomerilor, cand embrionii au 60-80 de celule, dupa 6-7 zile de la concepere. Metoda a fost pusa in practica in Franta, in 1982.32 Prin aceasta tehnica, care se desfasoara, in principiu, ca si reproducerea sexuata din natura, se obtin cupluri de gemeni identici genetic.

Cea mai frecventa metoda consta in obtinerea unei clone, prin transplant de nuclei in ovule. Inca din 1955, cand s-au facut primele experiente pe broasca, s-a observat ca transferul de nucleu trebuie realizat in faza cand celulele au totipotenta, adica au capacitatea de a regenera. Celula este denucleata si, in citoplasma ei, se introduce nucleul unei celule adulte. Zigotul va mosteni intreg patrimoniul genetic al donatorului. Organismul rezultat nu mai pastreaza nimic de la cele de la care au provenit gametii.

Primul mamifer clonat cu succes, din celulele unui animal adult, s-a nascut la 5 iulie 1996. Profesorul Ian Wilmut, de la Institutul Roslin din Edinburgh, a transferat nuclee, provenite din glanda mamara a unei oi mature, in ovulele unei oi din alta rasa. Din 277 de transferuri s-au obtinut 29 de embrioni, care au ajuns in faza de blastocist. Dupa 148 de zile, din singurul embrion, care a supravietuit dupa implantare, s-a nascut oaia Dolly. Aceasta realizare a fost capitala pentru evolutia acestor experimente, pentru ca nu s-au mai folosit nuclee de embrioni, ci celule de la un organism adult. Dupa nasterea oitei Dolly, cercetarea in domeniul clonarii a evoluat mult. In 1998, s-a anuntat nasterea a doua vaci si obtinerea a 20 de copii de soareci.

In Romania, au fost facute cu succes experiente de clonare a animalelor domestice, pe baza nucleelor din celule embrionare de la taurine, la Universitatea de Stiinte agricole din Timisoara, iar de la ovine, la Statiunea de Crestere si Ameliorare a Ovinelor de la Pallas-Constanta.

Clonarea umana

Tehnica transferului nuclear a fost aplicata, pana la urma, si fiintelor umane. Primele informatii despre rezultate ale cercetarii in acest domeniu au aparut in 1993, cand doi cercetatori americani, J.Hall si R. Stilmann, au anuntat intentiile lor de a face asemenea experimente pe celule umane. Mai tarziu, in 1998, intr-un centru de sterilitate al unui spital din Seul, a fost obtinut, prin tehnica Honolulu, un embrion uman. Nucleul folosit apartinea aceleiasi persoane de la care fusese prelevat ovulul. Procesul a fost intrerupt in momentul in care divizarea ajunsese la patru celule, datorita restrictiilor impuse de guvernul coreean. Oameni de stiinta din Statele Unite au declarat, in 2001, ca au clonat cu succes embrioni de maimuta. Peste cateva luni, la 24 noiembrie 2001, cercetatorii de la Advanced Cell Technology au anuntat obtinerea mai multor embrioni umani clonati in scop de cercetare a celulei stem.

Acestia au murit insa in stadiul de 2, 4 si 6 celule. La 25 decembrie 2002, Brigitte Boisselier, biochimista, reprezentanta a companiei Clonaid, a anuntat nasterea primului copil clonat. Ea este membra a gruparii Rael, o secta infiintata de ziaristul francez, stabilit in Canada, Claude Vorilhon. Mentorul acestei miscari, denumite "Raelian Movement", care numara de mii de membri, proveniti din 84 de tari, pretinde ca a fost contactat de Elohim, in 1973. Potrivit acestui mesaj, viata pe pamant ar fi fost creata in mod artificial de reprezentanti ai altui sistem solar, iar omul a aparut acum 25 de mii de ani, prin clonare. Un studio recent, publicat in revista britanica British Medical Journal, contrazice declaratiile companiei Clonaid, sustinand ca, pana in acest moment, clonarea umana ar fi imposibil de realizat.

Clonarea reproductiva nu este admisa deocamdata nicaieri in lume. Rezolutia Comisiei pentru probleme de bioetica a Parlamentului Europei, din 7 septembrie 2000, interzice "utilizarea embrionilor umani pentru producerea de celule tulpinare".

Printr-o decizie a UNESCO, din 1997, se interzice in spatiul european clonarea reproductiva umana. Parlamentul Romaniei a ratificat, la 22 februarie 2001, conform Constitutiei Romaniei, art.74, alin.2, Conventia Europeana pentru protectia drepturilor omului si a demnitatii fiintei umane, fata de aplicatiile biologiei si medicinei, Conventia privind drepturile omului si biomedicina, semnate la Oviedo, la 4 aprilie 1997, si Protocolul aditional la Conventia Europeana pentru protectia drepturilor omului si a demnitatii fiintei umane fata de aplicatiile biologiei si medicinii, referitor la interzicerea clonarii fiintelor umane, semnat la Paris la 12 ianuarie 1998.

Exista, totusi, unele tari (Suedia, Marea Britanie, Franta) unde cercetarile terapeutice pe embrionii umani clonati continua, iar cercetarile in domeniul clonarii terapeutice implica si perfectionarea tehnicilor clonarii reproductive. Marea Britanie a fost prima tara care a autorizat asemenea tip de cercetare, in 1990, instituind cel mai liberal cadru juridic in acest sens. Embrionii umani folositi in cercetari distructive se obtin prin aceleasi tehnici utilizate in cazul oii Dolly. Dupa care se extrag celulele stem din embrionii clonati si acestia sunt distrusi. Potrivit cercetatorilor, celulele stem, obtinute prin asa-zisa clonare terapeutica, au multe avantaje fata de cele obtinute in mod conventional, din embrioni neclonati. Tesuturile sau organele create prin aceasta tehnica nu ar mai fi respinse pentru ca acestea ar contine aceeasi structura genetica, ca si adultul caruia i se face operatia de transplant.

Clonarea terapeutica, care are aceleasi etape, ca orisice clonare, implica crearea si distrugerea de embrioni umani. Toate problemele de etica, create de cercetarea pe embrioni, se pastreaza in acest caz, pentru ca embrionii umani clonati au acelasi statut ca si cei creati prin alte tehnici. Daca ar fi sa ajunga la maturitate, fiintele umane clonate ar putea fi fizic identice cu cele de la care au fost prelevate nucleele transferate. Evident, ar avea o personalitate si o identitate separata.

Celulele stem

Celulele stem (din engleza, "tulpinare") au capacitatea de a se reinnoi nelimitat, de a se reproduce, fara sa se diferentieze, putand da nastere unor celule cu putere proliferatorie limitata, din care sa rezulte populatii de celule bine diferentiate, cum sunt celulele nervoase, musculare sau hepatice. Studiile asupra celulelor stem dureaza de aproape 30 de ani. Oamenii de stiinta cred ca, pe aceasta cale, vor gasi cea mai sigura solutie pentru tratarea unor boli degenerative, caci nu exista reactii imunitare, de respingere.

Cercetarile de pana acum au aratat ca celulele stem se gasesc in multe din tesuturile organismului uman. Acestea insa au capacitatea foarte redusa de a da nastere altui tip de tesut, decat cel pentru care au fost produse de organism. Au fost descoperite, in ultimii ani, celule provenite de la organismul uman, in stare sa dea nastere la mai multe tipuri de tesuturi, in special hematic, muscular si nervos. Asemenea celule stem pluripotente au fost descoperite in maduva osoasa, in creier, in tesuturile conjunctive ale diverselor organe si in cordonul ombilical. Se utilizeaza deja celule stem neurale vii, care sunt obtinute din cadavrele adultilor, la cateva ore dupa moartea acestora. Se vorbeste astazi tot mai mult despre recuperarea celulelor stem din tesuturile organismelor adulte si reprogramarea lor, cu scopul obtinerii de culturi de tesuturi specializate. Celulele stem de adult au o mare elasticitate, iar capacitatea lor depinde in mare masura de informatia genetica ce poate fi reprogramata. Au fost tratate boli genetice rare, la soareci, prin inserarea genei lipsa in celulele stem ale acestora. Revista Science a anuntat, in aprilie 2000, primul succes inregistrat in terapia genelor umane, tratand diverse boli imunodeficitare la copii, prin inserarea genelor lipsa in celulele stem din maduva osoasa.

Cercetari recente au pus in evidenta faptul ca celulele adultilor pot fi mai usor de manipulat, o data ce li se dau semnale noi ele se transforma in diferite tipuri de celula, care pot fi folosite dupa aceea la repararea unor tesuturi bolnave.

Pentru eliminarea pericolului proliferarii acestor celule nelimitat si fara control, fapt care ar duce la crearea unor tumori canceroase, cercetatorii americani au descoperit diferite tehnici, prin care li se poate "programa" maturizarea, identificand factori de crestere si proteine reglatoare. Oamenii de stiinta de la Universitatea din Texas au identificat enzima telomeraza, care poate "imortaliza" culturile celulelor stem de adult, fara riscul cresterii necontrolate, specifica celulelor canceroase. Alti cercetatori au pus la punct si tehnici noi de multiplicare la celulele stem ale maduvei osoase, care pot sa capete un ritm de inmultire de un miliard in sase saptamani.

Cercetatorii de la Cambridge au gasit o cale de a transforma celulele dezvoltate complet de la un adult in celulele stem, iar specialisti din California au transformat tesut de grasime in muschi, oase si cartilaje. O companie din New Jerssey a declarat ca a elaborat o noua tehnica de obtinere a unei surse bogate de celule stemice din placenta expulzata la nastere din uterul unei femei. Medici din Canada au tratat un copil de 9 luni, bolnav de cancer, cu celule stem extrase din cordonul sau ombilical.

Compania, care a finantat cercetarile pentru clonarea oitei Dolly, a anuntat ca cercetatorii sai au inregistrat succese in transformarea pielii de vaca in celule ale inimii, iar cercetatori din Sheffield si Cardiff au descoperit un mod de regenerare a oaselor si a celulelor creierului. Compania Osiris Therapeutics din Baltimore (SUA) s-a specializat in restaurarea tesutului distrus sau bolnav. Au fost obtinute celule care pot reface tesuturi de maduva osoasa, oase, cartilagii, ligamente, tendoane, grasime precum si muschi. Aceasta companie considera ca a gasit tehnici, prin care sa se trateze multe afectiuni, imbatranirea si bolile degenerative. e crede ca celulele stem embrionare ar avea un potential mai mare decat celulele stem de adult. Folosirea lor insa reprezinta un grav atentat la adresa vietii umane. Recoltarea celulelor presupune moartea embrionilor. Exista tendinta de a se produce embrioni umani pentru a se obtine celule stem, de fapt, pentru a fi distrusi.

Se prefigureaza deja o industrie destinata comercializarii celulelor stem. Se recurge la subterfugii, pentru a se depasi limitele impuse de legi in tarile unde exista deja un asemenea sistem legislativ. Se procura celule stem de la producatori din tari in care nu exista legi in domeniu.

Probleme de natura etica la clonare

Opinia publica, la toate nivelele ei (stiintific, politic sau religios), si-a exprimat nelinistile in legatura cu amploarea care au luat-o cercetarile in domeniul clonarii umane. Clonarea, ca metoda generala, atenteaza la viabilitatea organismelor, mergand in directia unei fixatii genotipice, in contra principiului naturii, care asigura dezvoltarea vietii, ce duce la diversitate genetica.

Nasterea omului pe aceasta cale ignora principiul valorii personale a corpului uman. Statutul omului, in felul acesta, este schimbat chiar de la conceptie. Nu mai ia nastere prin intalnirea a doi gameti, ceea ce presupune zestrea genetica a doi parinti. Prin tehnicile de laborator, copilului i se asigura descendenta doar a unui singur parinte. In mod violent i se impune un anumit destin. Prin manipulare genetica exista posibilitatea crearii de organisme identice, ce ar putea fi mai usor dominate si utilizate de sisteme politici totalitare. Clonarea unor indivizi dotati numai cu o anumita functiune, care sunt rezistenti doar la radiatii nucleare sau la anumite medii poluante, poate fi utilizata in activitati diverse, preponderent politice. Crearea de indivizi identici, din punct de vedere biologic, ar putea rasturna relatiile de familie. Fiul, nascut prin clonare, poate fi considerat un geaman sau un frate al tatalui. Asa stau lucrurile din punct de vedere genetic, situatie ce duce la distrugerea echilibrului psihologic al familiei, nemaiexistand suport pentru relatii de tip paternal. Lucrurile s-ar complica si mai mult, daca copilul-clona ar apartine unui homosexual sau unei lesbiene.

Din punct de vedere psihologic, cea mai mare trauma o constituie insa lipsa originalitatii. Omul, fiind o creatie a unei lumi ce are la baza relatiile sociale si principiul diversitatii, nu se impaca cu ideea de duplicat. Dificultatile de natura psihologica sporesc, atunci cand cel care asigura paternitatea ADN-ului este un necunoscut sau tine sa ramana anonim. Copilul nu mai poate afla nimic despre descendenta sa biologica. Clonarea presupune un anumit determinism care il lipseste pe om de posibilitatea de a avea un destin. Din punct de vedere biologic, un asemenea om este legat de evolutia modelului sau, caci in programul sau genetic sunt inscrise toate calitatile sau defectele antecesorului.

Si clonarea terapeutica presupune probleme de ordin moral nerezolvate. Existenta tesuturilor sau a organelor de schimb, create in vederea transplantului, deschide oportunitatea unui adevarat marketing, iar ca subiect de comercializare, persoana umana este diminuata, devenind mijloc si nu scop. Manipularea genetica asigura punerea in practica a unor capricii ale omului. In felul acesta poate fi judecata chiar dorinta acelora care-si doresc reproducerea unei persoane disparute, in conditii tragice, sau copierea unor personalitati din lumea politicii, culturii sau sportului.Multi cercetatori considera ca aceste probleme, de ordin legal sau moral, pot fi rezolvate daca se produce clonarea pana in a 14-cea zi de viata. Raportul Warnock (1984), dar si alte documente, sustine ca nu se poate vorbi de o identitate biologica, specifica unei fiinte umane, pana la formarea placii neurale.

Tehnica clonarii ofera inca sanse reduse de reusita. La clonarea oitei Dolly au fost inregistrate pe parcurs 236 de esecuri. Foarte multi embrioni mor, fie la implantare, fie pe parcursul gestatiei, inainte ca, doar prin accident, sa ajunga la nastere. Iar tehnicile de pana acum nu asigura dezvoltarea fara pericolul aparitiei unor anormalitati.

Ramane nerezolvata in continuare problema fertilitatii si longevitatii fiintelor clonate. Dupa datele de pana acum, imbatranirea presupune o scurtare a secventelor ADN, situate la extremitatea cromozomilor, ceea ce inseamna ca organismele clonate au la nastere varsta persoanelor de la care a fost prelevat materialul genetic.

BAZELE GENETICII de Brinzei Alexandra si Zamfir Mihai-Gabriel

     
                           Acizi nucleici   

Acizii nucleici sunt compuşi macromoleculari cu structură complexă şi mase moleculare cuprinse între câteva zeci de mii şi milioane. Sunt, împreună cu proteinele, componentele nucleoproteidelor, compuşi de importanţă biologică, existenţi în celulele vii. După provenienţa lor, respectiv după materialele din care au fost extrase, acizii nucleici erau consideraţi de două tipuri: acizi timonucleici (acizi nucleici din timus sau acizi nucleici animali) şi acizi zimonucleici (acizi nucleici din drojdie sau acizi nucleici vegetali). Întrucât s-a constatat că deosebirea dintre ei constă în natura componentului glucidic (acizii timonucleici conţin în molecula lor dezoxi-D-riboza, iar acizii zimonucleici conţin D-riboza), denumirile lor au fost înlocuite cu denumirile de acizi dezoxiribonucleici (ADN), şi acizi ribonucleici (ARN). Cercetări ulterioare au dovedit, însă, că aceste două tipuri de acizi nucleici sunt prezente în toate organismele vii, având rol important în desfăşurarea proceselor vitale normale şi patologice; acizii dezoxiribonucleici sunt substanţele de bază în aparatul genetic, care asigură ereditatea şi variabilitatea, pe când acizii ribonucleici au mai mult rol funcţional legat de sinteza proteinelor.

                                ADN

ADN-ul reprezintă materialul genetic din care sunt alcătuite genele majorităţii organismelor şi este localizat exclusiv în cromozom; fiecare cromozom conţine câte o moleculă de ADN. Rezultă din polimerizarea unor monomeri denumiţi dezoxiribonucleotizi. Prezenţa în cromozom a ADN-ului a fost relevată de chimistul german R.Feulgen, în 1924, prin utilizarea unui colorant vital -fuxina bazică- care colorează roşu-violaceu cromozomii; substanţa din cromozomi, care reacţionează specific cu colorantul, era ADN.

        James Watson şi Francis Crick, au făcut cunoscut un model al moleculei de ADN pentru care au primit Premiul Nobel (în 1962). Modelul se bazează pe combinarea a patru nucleotizi. Fiecare nucleotid constă dintr-un radical fosforic monoacid, o pentoză (dezoxiriboza) şi o bază azotată (una din următoarele patru): adenina(A), guanina(G), -A şi G sunt baze purinice- timina(T), citozina(C) - T şi C sunt baze pirimidinice.

        Combinaţia dintre o bază şi o pentoză se numeşte dezoxiribonucleotid, iar combinaţia celor trei componente dezoxiribonucleotid.

          ADN-ul ca şi ARN-ul constă dintr-un lanţ lung de molecule de zahăr, cu o nucleotidă ataşată-un inel de atomi de carbon şi azot. ADN-ul prezintă două lanţuri lungi unite într-o spirală, cu nucleotidele în interior, aşa încât întreaga moleculă gigantică are aspectul unei scări răsucite.

          Secvenţe de trei nucleotide de pe lanţurile ADN-ului formează un cod special care stabileşte ordinea în care sunt legaţi aminoacizii pentru a forma molecule de proteine. Acesta este cunoscut sub numele de cod genetic. Unii aminoacizi sunt codificaţi prin mai mult de un triplet. Deoarece proteinele sunt moleculele de construcţie ale organismului şi, ca şi enzimele, controlorii săi metabolici, codul ADN stabileşte cum arată, creşte şi funcţionează corpul. În concluzie, ADN-ul este materialul genetic al corpului.

Legătura dintre pentoză şi una din bazele azotate este N-glucidică. La dezoxiribonucleosidele purinice legătura N-glucidică se formează între  poziţia N₉ a heterociclului dublu purinic şi poziţia C₁ a pentozei, iar la nucleosidele pirimidinice legătura se realizează între poziţia N₃ a nucleului pirimidinic şi poziţia C₁ a pentozei. Adiţionarea  radicalului fosforic se realizează, obişnuit, prin intermediul poziţiei 5’ a nucleosidului. Astfel rezultă nucleotizii, care sunt esteri ai acidului fosforic cu nucleosidele. Atât conectarea bazelor cu pentoza, cât şi a nucleosidului cu acidul fosforic se realizează prin pierderea unei molecule de H₂O. Fiecare radical fosforic al unui nucleotid poate, prin grupările acid libere, să se lege fie cu un radical fosforic, fie cu un alt nucleotid prin poziţia 3’ a dezoxinucleosidului. În primul caz, dezoxinucleotizii  pot apărea sub formă de monofosfat, difosfat sau trifosfat. În funcţie de numărul grupelor fosfat şi de baza din constituţia nucleotidului, dezoxinucleotizii monofosfat se numesc: adenozin 5’-fosfat (AMP), guanozin 5’-fosfat (GMP), citidin 5’-fosfat (CMP) şi timidin 5’-fosfat (TMP);dezoxinucleotizii difosfaţi: ADP, GDP, CDP şi TDP, dezoxinucleotizii trifosfaţi:ATP, GTP, CTP şi TTP. În al doilea caz, dezoxinucleotizii se leagă unul de altul prin legături fosfodiesterice astfel: primul nucleotid, prin grupul fosfat la nivelul unei grupări acid libere, se leagă de nucleotidul adiacent inferior prin poziţia 3’, iar de nucleotidul adiacent superior prin poziţia 5’ etc. În acest fel, între nucleotizi se stabileşte o legătură in zigzag. Se formează astfel un lanţ polidezoxiribonucleotidic cu o lungime variabilă. Aceasta este stuctura primară a ADN sau monocatenară.

 Obişnuit, molecula de ADN este constituită din două lanţuri polinucleotidice sau două catene: aceasta este structura secundară. Analiza chimică a arătat că există o relaţie de 1:1 între adenină (o purină) şi timină (o pirimidină) şi între citozină (o pirimidină) şi guanină (o purină). O asemenea relaţie nu există între cele două purine sau între cele două pirimidine. Legătura dintre cele două catene se realizează prin punţi de hidrogen între perechi de baze situate la acelaşi nivel în cele două catene: două punţi de hidrogen între adenină şi timină A=T şi T=A şi trei punţi între guanină şi citozină. Faptul că la acelaşi nivel adiţionarea radicalului fosforic la dezoxiriboză este diferită (într-o catenă la poziţia 3’, iar în catena complementară  la poziţia 5’) a dus la concluzia că cele două catene sunt îndreptate în direcţii opuse. Prin urmare cele două catene complementare au o orientare spaţială inversă sau antiparalelă. Studiul structurii moleculei de ADN a relevat faptul că bazele azotate sunt aşezate spre interior, perpendicular pe axa principală lungă, la o distanţă una de alta de 3,4A. Deoarece unghiul între doi nucleotizi apropiaţi ai aceleiaşi catene este de 36^o, structura se repetă la fiecare 10 nucleotizi, adică la 34A. Dubla spirală helicoidală coaxială are un diametru de 20A. Molecula de ADN are dimensiuni foarte mari (fiind cea mai mare macromoleculă biologică), cu o greutate  moleculară care poate ajunge la 12 şi 16*10⁶. Majoritatea moleculelor de ADN au o răsucire a helixului la dreapta (“forma B de ADN”); există însă şi molecule cu o răsucire  a helixului spre stânga: Z-ADN.

Însuşirea genetică conţinută într-o moleculă de ADN aste determinată de însuşirea perechilor de baze de-a lungul moleculei. Cum numărul secvenţelor posibile de baze este egal cu 4ⁿ, unde n este egal cu numărul de nucleotizi per catenă, se ajunge la un număr astronomic de variante posibile de informaţie genetică. În timpul replicării cele două catene ale moleculei de ADN se separă enzimatic, fapt ce permite sinteza unor catene complementare noi pe matricele reprezentate de cele două monocatene vechi. Rezultă astfel două bicatene de ADN identice. Bicatenele de ADN se pot separa -denatura- prin expunere la temperaturi apropiate de punctul de fierbere şi la pH extrem (pH<3 şi pH>10) şi se pot combina -renatura- formând helice duble native prin expunerea monocatenelor complementare la temperatura de aproximativ 65^oC.  

                                                         ARN

Complex macromolecular, structural şi funcţional, similar în anumite privinţe, ADN-ului. ARN-ul rezultă din polimerizarea unor ribonucleotizi, care determină formarea unor lanţuri lungi, monocatenare (structură primară).

 Pe anumite porţiuni monocatena de ARN se poate răsuci în jurul ei, determinând apariţia unei structuri duble între secvenţele complementare de baze (structură secundară). Polimerizarea implică patru tipuri de ribonucleotizi legaţi împreună prin legături fosfodiesterice în poziţiile 3’-5’. Componentul pentozic al ARN-ului este riboza, iar bazele azotate sunt: adenina, guanina, citozina şi uracilul. Sunt două clase de ARN şi anume: ARN genetic care controlează ereditatea la unii viruşi, alta, ARN negenetic care este implicată în sinteza substanţelor proteice(v. Sinteza proteinelor).

          ARN negenetic implicat în sinteza proteinelor sau ARN celular. Există trei tipuri de acid ribonucleic celular prezente în toate celulele, şi care, având structuri şi funcţii diferite , joacă un rol esenţial în biosinteza proteinelor. Aceste tipuri sunt : acidul ribonucleic mesager-mARN, acidul ribonucleic solubil sau de transfer-sARN sau tARN şi acidul ribonucleic ribozomal-rARN(v.anexa2). În celule se găseşte o mare cantitate de rARN (80-90% din ARN-ul celular) o cantitate oarecare de sARN(10-15%) şi o cantitate mică de mARN(mai puţin de 5%).

          ARN mesager. mARN este sintetizat în timpul transcripţiei mesajului genetic de pe o catenă de ADN şi serveşte ca tipar pentru sinteza proteinelor. A fost găsit în strânsă legătură cu ADN-ul cromozomal. mARN are următoarele caracteristici: este foarte repede sintetizat, are o singură catenă, complementară uneia dintre catenele ADN-ului propriu, la nivelul căreia a fost sintetizat. În mARN mesajul este înscris codificat în codoni care conţin triplete de baze azotate (ribonucleotizi). La capătul 3’, moleculele de mARN conţin o secvenţă de acid poliadenilic-poly-A (între 70-250 nucleotizi). Aceste “cozi” poly-A sunt adăugate posttranscripţional. Terminaţia 5’ a mARN-urilor sunt blocate prin adiţia unor capete de m⁷ Gppp (7-metilguanozine reziduale legate de mARN prin legături trifosfat).

          ARN solubil, de transfer sau adaptor. sARN-ul sau tARN-ul este similar ca structură  cu orice acid ribonucleic. Este caracterizat printr-o slabă polimerizare , are rolul de a activa enzimele din citoplasmă. Apoi reacţionează cu aminoacizii specifici –prin formarea grupărilor aminoacil-sARN- care sunt transferaţi la locul de biosinteză a proteinelor: complexe mARN-ribozomi sau poliribozomi. Anumite părţi din catena de sARN, constituite din serii scurte de nucleotizi, reprezintă bazele complementare ale codului mARN pentru un aminoacid caracteristic. În asemenea porţiuni reprezentate de tripleţi de baze, denumite anticodoni, sARN-ul diferitelor specii este identic. Faptul că în citoplasmă există toţi sau aproape toţi cei circa 20 de aminoacizi proteici, presupune că trebuie să existe un număr de minimum 20 de tipuri de sARN, câte unul pentru fiecare aminoacid (maximum 64, câţi codoni se pot forma de cele patru baze azotate). Moleculele de sARN constau dintr-o singură catenă, alcătuită din 75-80 de ribonucleotizi. La un capăt al catenei (capătul 5’) se găseşte acid guanilic (G), iar la capătul 3’ se găseşte un triplet format din bazele CCA (citozină-citozină-adenină).

Între braţul scurt, cu G, şi braţul lung la nivelul primului nucleotid C, se formează punţi de hidrogen. Regiunile bicatenare includ trei bucle monocatenare intermediare. Regiunea de curbură a lanţului polinucleotidic reprezintă celălalt capăt al moleculei de sARN. Curbura este constituită dintr-un segment de trei nucleotizi necomplementari, deci legaţi prin punţi hidrogenice. Acest triplet de baze a căpătat denumirea de anticodon tocmai pentru a indica complementaritatea lui faţă de codonii mARN.

          ARN ribozomal. Una din caracteristicile principale care deosebeşte  rARN de celelalte tipuri de ARN constă în aceea că el apare întotdeauna legat de proteine. Lanţul rARN-ului este constituit atât din porţiuni monocatenare cât şi din porţiuni bicatenare helicoidale cu bucle monocatenare. În lanţul polinucleotidic al rARN-ului raportul molar între bazele azotate componente este în favoarea bazelor purinice. Astfel conţinutul în adenină/uracil=21:19, guanină/citozină=36:25, iar raportul general purine/pirimidine circa 1,3. Molecula de rARN are peste 1000 de nucleotizi.

                   Sinteza proteinelor

         

          Proces care constă în polimerizarea aminoacizilor, în celule sau în vitro.Intr-o celulă pot exista circa 10000 proteine care au rol esenţial în funcţionarea şi reproducerea celulei  şi organismului. Biosinteza proteinelor se desfăşoară în următoarele momente.

 În primul moment are loc transcripţia, care constă în sinteza mARN de către una dintre catenele de ADN dintr-o genă. Acest mARN are o structură complementară catenei de ADN matrice, reprezentând o “imagine în oglindă” a acestuia, o transcriere mecanică a codonilor catenei de ADN, respectiv a mesajului genetic, cu simboluri complementare.
 

 În al doilea moment are loc translaţia care constă în migrarea mARN în citoplasmă şi asocierea mARN cu ribozomii activi în sinteza proteică. Catena de mARN se fixează simultan prin absorbţie pe mai mulţi ribozomi la distanţa între ei de 300-350A, formând poliribozomi.

 În al treilea moment are loc activarea aminoacizilor, care constă în reacţia unui aminoacid cu adenozin-trifosfat (ATP) catalizată de aminoacil-ARN sinteza, şi formarea de aminoacil-adenilat (aminoacil AMP), care se ataşează de o moleculă de tARN, determinând apariţia unui complex aminoacil-tARN. Acest complex este transportat în locul lui propriu în lanţul proteic, determinat de mARN din polizomi. Pe catena mARN din polizom, se vor amplasa, la nivelul fiecărui ribozom, numai acele complexe aminoacil-tARN care, pe bucla centrală, reprezentând anticodonul, posedă o secvenţă de trei ribonucleotizi complementară codonilor mARN din complexul polizomului. În acest fel aminoacizii sunt legaţi enzimatic într-o ordine impusă de ADN care a matriţat mARN şi care joacă un rol direct în biosinteza proteinelor.

În al patrulea moment are loc translaţia, polimerizarea sau asamblarea aminoacizilor. Legătura se realizează între gruparea COOH a primului aminoacil care reprezintă punctul activ al biosintezei progresive, cu gruparea NH₂, a celui de al doilea aminoacil, în prezenţa enzimei peptid-polimeraza, care catalizează formarea legăturilor peptidice între aminoacizi; încorporarea aminoacizilor este ireversibilă; iau astfel naştere lanţuri polipeptidice care se eliberează de polizom, prin translocarea  ultimului complex aminoacil-tARN de ultimul ribozom din polizom, când acesta a ajuns în urma rotirii la extremitatea matricei mARN de care se detaşează. Un lanţ polipeptidic se sintetizează într-un minut.