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.