§28. «Адам геномы» атты әлемдік жоба. Жоба шегінде жүргізілген биологиялық зерттеулердің маңызы
Бұл тақырыптың оқу мақсаты: «Адам геномы» атты халықаралық жоба маңызын талқылау.
Геном дегеніміз не? ДНҚ молекуласының қосшиыршықты моделінің авторлары кімдер?
Тақырыпты табысты меңгеру үшін 10-сыныптан 7-параграфты қайталау керек.
Молекулярлық биологияның орталық дәлелденбеген қағидасы (догма). Тұқымқуалаушылық ақпараттың сақталу және жүзеге асуының негізгі үдерістерін зерттеуден кейін ХХ ғасырдың 60-жылдарында молекулярлық биологияның орталық дәлелденбеген қағидасы қалыптасты, оның сызбасы:
Джеймс Уотсон
(1928 жылы туған)
ДНҚ → РНҚ → нәруыз
Молекулярлық биологияның орталық дәлелденбеген қағидасы бойынша кез келген ағзада жүретін химиялық үдерістердің негізгі бағдарламасы ДНҚ молекуласы негіздер жұбының ретімен жазылған. Осыған байланысты мақсат қойылды – ДНҚ-ның 23 хромосомасындағы, ең болмағанда бір адамның барлық нуклеотид ретін толық шифрлау. 1986 жылы АҚШ-та ғалымдар тобы осы жоба бойынша жұмысты бастады. Ал 1988 жылы белгілі ғалым Джеймс Уотсон «Адам геномы» атты халықаралық жоба жасау туралы бастама көтерді. Әлемдегі жетекші елдердің лабораториялары осы күрделі мәселенің шешімін табуда өз күш-жігерлерін біріктірді.
Оның мақсаты – адам жасушасы ДНҚ-сының әрбір 23 молекуласындағы азотты негіздер мен гендер қосымшасының (картаға түсіру) ретін анықтау болды. Жоба негізгі бес кезеңнен тұрды:
1. Бір-бірінен 2 млн-нан көп емес негізге алынатын гендер белгіленген карта жасау. Мамандардың айтуы бойынша айқындауы 2 Мб (мегабаза; ағылш. «base» – негіз);
2. Айқындауы 0,1 Мб әрбір хромосоманың физикалық картасын аяқтау;
3. Жеке клон бойынша сипатталған (0,005 Мб) жиын түрінде барлық геномның картасын алу;
4. ДНҚ-ны толық секвенирлеу (айқындауы – 1 негіз);
5. Айқындауы 1 Мб картаға адамның барлық генінің негіздерін енгізу.
2000 жылы Окинава аралында болған саммитте «Үлкен сегіздік» елдерінің лидерлері адам геномы шифрланғанын ресми түрде жариялады. Мамандардың пікірі бойынша 85% ақпарат абсолютті сенімді, себебі бірнеше рет қайта-қайта тексерілген.
Жүргізілген зерттеулер нәтижесінде адамның көптеген «әлсіздіктерін» оның геномында болатын тұқымқуалаушылық ақпаратының құрылысын және жұмысын нақты зерттеу арқылы түзетуге болады.
Қандай да бір кездейсоқ, «гипотезалық» емес, нақты бір тұлға ДНҚ-сының зерттелгені қызықты факті болып табылады. Зерттеу үшін үлгі ретінде Джеймс Уотсонның ДНҚ-сының биологиялық материалы қолданылды. Джеймс Уотсон – ДНҚ молекуласының моделін ашқан екі ғалымның бірі екені белгілі.
Адам геномын шифрлаудың едәуір маңызды нәтижесінің бірі ретінде зақымдануы адамның тұқымқуалайтын ауруларын тудыратын гендегі нуклеотидтер ретін зерттеуді бөліп көрсетуге болады.
Қазіргі кезде адамның шамамен 10 мыңдай әртүрлі аурулары сипатталған, оның ішінде шамамен 3 мыңы – тұқымқуалайтын аурулар. Олар міндетті түрде тұқымқуалауы, яғни ұрпақтан ұрпаққа берілуі керек емес. «Тұқымқуалаушылық» деген сөз ауру себебі тұқымқуалаушылық аппараттың, яғни геннің (соның ішінде тек генеративті емес, сомалық жасушаларында да) бұзылуында екенін білдіреді. Геннің «бұзылуының» молекулярлық себебін анықтау геномды зерттеу нәтижесінен тікелей шығады. Жыл сайын ауру тудыратын гендер саны артып отырғанын көруге болады. Адам геномын зерттеу негізінде әрбір генді жеке зерттеп қарау болжануда.
Бұл мәліметтер тұқымқуалайтын, сонымен онкологиялық ауруларының пайда болу және қартаю себептерін, адам ағзасының даму және қызмет етуінің генетикалық бағдарламасын талдауға көмектеседі деген үміт бар.
Аурулардың молекулярлық негіздерін анықтау мынадай нәтижелерді қамтамасыз етеді деп болжануда:
1) оларды ерте диагностикалау әдістерін жаңа деңгейге жеткізу, демек, аурулармен табысты күресу;
2) зақымданған жасушаларға «дәріні қажетті жерге жеткізу» әдістерін жетілдіру;
3) ауру гендерді сауымен ауыстыру (жасуша деңгейінде әдістеме бар, бірақ ағза деңгейінде әдістеме жасалмаған);
4) сәйкес гендерді қосу/қоспау және т.б. есебінен метаболизмнің жанама жолдарын қосу/қоспау.
Адамзатта геноммен жасалатын осы көптеген басқа да әрекеттер, оларды жақсарту әдістері фантастардың ойша пайымдауынан заманауи медицина арсеналының бөлігіне айналады деген үміт пайда болды.
Жоғарыда айтылғандардан басқа «Адам геномы» атты халықаралық жобаны жүзеге асыру әртүрлі салада алдыңғы қатарлы технологиялардың дамуына түрткі болды. Ол вирусология, иммунология, фармакология мен медицинадағы зерттеулердің жаңа әдістерінің пайда болуына әсер етті. Жаңа сала – фармакогенетика пайда болды. Генетиктердің жетістіктері тұлғаларды сәйкестендіру үшін криминалистика мен сот медицинасында табысты қолданылады. «Генетикалық дактилоскопия» әдісі жасалды.
Медициналық өнеркәсіп пен адам ауруларын емдеу үшін жаңа өнімдер жасау практикалық саласында едәуір жетістікке қолжеткізілді.
Қазіргі кезде фармацевтикалық өнеркәсіп дүниежүзінде көшбасшылық орын алып отыр. Ол өнеркәсіптік өндіріс көлемінде ғана емес, осы өнеркәсіпке салынатын қаржыдан (экономистердің бағалауы бойынша ол құнды қағаздар нарығында сатып алу-сату мөлшері бойынша озық топқа кірді) да көрініс тапты. Маңызды жаңалық – фармацевтикалық компаниялар өз саласына ауылшаруашылық өсімдіктері мен жануарларының жаңа сорттарын шығаруды қосты. Оған жылына миллиардтаған АҚШ доллар қаржы жұмсайды. Олар тұрмыстық химиялық заттар, құрылыс индустриясы өнімдері қоспасын және т.б. шығаруды монополияландырды. Енді фарминдустрияда он мыңдаған емес, жүз мыңдаған жоғары білікті мамандар зерттеу және өнеркәсіптік секторларда жұмыс істейді. Осы салада геномдық және гендік-инженерлік зерттеулерге қызығушылық өте жоғары.
Болашақтың басты стратегиялық міндеті былай тұжырымдалған: жеке индивидуумның әртүрлі мүшелері мен жасушаларындағы ДНҚ-ның бірнуклеотидті вариацияларын зерттеу және индивидуумдар арасындағы айырмашылықтарды анықтау. Осындай вариациялар анализі адамның жеке гендік портретін жасауға ғана емес, популяциялар арасындағы айырмашылықтарды, қауіптілігі жоғары географиялық аудандарды анықтауға мүмкіндік береді. Бұл аумақты ластанудан тазарту қажеттігі туралы нақты ұсыныстар беруге және қызметкерлер геномының зақымдану қаупі жоғары өндірістерді анықтауға көмектеседі. Жеке айырмашылықтарына келетін болсақ, зерттеулер әрбір адамның жеке ерекшеліктеріне сүйеніп, ауруды дұрыс емдеуге мүмкіндік береді.
Бұл орасан зор міндет жалпыға бірдей игі іс болып қана қоймай, адамның жеке құқығы үшін күресушілер мен заңгерлердің саналы түрде үрейін тудырады. Мысалы, жеке адамға қатысты ақпараттарды оның рұқсатынсыз таратуға қарсы пікірлер айтылуда. АҚШ Конгресі жеке адамға қатысты генетикалық ақпараттарды таратуға қатаң тыйым салуға бағытталған бірқатар заң қабылдады. Бүкіл дүниежүзінде заңгерлер сол бағытта қарқынды жұмыс істеуде.
«Адам геномы» атты әлемдік жоба, фармакогенетика, генетикалық дактилоскопия әдісі.
Білу және түсіну:
1. «Адам геномы» атты халықаралық жоба мақсаты қандай?
2. «Адам геномы» атты халықаралық жоба аяқталды ма?
Қолдану:
1. Адам геномын зерттеудің маңызды болу себептерін атаңдар.
2. Генетикалық зерттеулер мен фармакологиялық өнеркәсіптің дамуы арасындағы байланысты анықтаңдар.
Талдау:
1. Халықаралық жоба аясында адам геномын зерттеу кезеңдерін талдаңдар.
2. Адам геномын зерттеу тек генетикалық емес, көптеген жұқпалы және созылмалы ауруларды емдеу әдістерін жақсарту және алдын алу болашағын ашатынын мысалдармен дәлелдеңдер.
Синтез:
1. Талқылаңдар. «Жеке дәрілерді» жасау және қолдану мүмкін деп есептейсіңдер ме? Болашақта осындай жағдайдың болуына «қарсы» және «қолдау» дәйектерін айтыңдар.
2. Мынадай жағдай моделін жасаңдар: «Жақын уақытта әрбір адам геномының жеке мәліметтерін шифрлау тек ауруды анықтауға және алдын алуға ғана емес, мінез-құлықтағы ауытқуларды, мамандық түрін, тамақ өнімдерін, спорт түрін, өмір жолдасын таңдауды болжауға және т.б. мүмкіндік береді». Сендердің ойларыңша, ол мүмкін бе?
Бағалау:
1. Мынадай пікірді талқылаңдар: «Уақыт өте келе ғылым адам биологиясына жүгінетіні белгілі болды. Ал жалпы биология геномға бағынышты».
2. Кез келген әлеуметтік топ (нәсілдік, ұлттық) адамдарының және әрбір адам геномының аймақтық, ұлттық және жеке ерекшеліктері туралы ақпаратты алу, сақтау және таратудың медициналық, экономикалық және заң тұрғысынан салдарын бағалаңдар.
«Тұқымқуалаушылық және өзгергіштік заңдылықтары» бөлімі бойынша қорытынды
Тұқымқуалаушылық материалдың өзгеруі мутация деп аталады. Олар табиғи және – жасанды – индукцияланған болуы мүмкін. Ең ұсақ және жиі кездесетін өзгерістер бір ген шегінде бір немесе бірнеше нуклеотидтердің өзгеруіне байланысты – нүктелік немесе гендік мутациялар. Әдетте, мұндай мутациялар репликация барысында ДНҚ молекулаларының өзін-өзі көшіру үдерісінің қатесі ретінде пайда болады.
Нуклеотидтер түсіп қалғанда, орналасқанда немесе екі еселенген кезде ДНҚ триплетті барлық «оқып алу шегі» жылжиды да, нәруыздағы аминқышқылдарының барлығы немесе басым бөлігі өзгеруі мүмкін. Нуклеотидтер алмасқан кезде кем дегенде бір аминқышқылы өзгереді.
Едәуір ірі хромосомалық мутациялар (абберациялар) рекомбинациякезінде жүреді. Кең мағынасында рекомбинация деп генетикалық материалдың жаңа үйлесімін түсінеді. Классикалық жалпы гомологты немесе мутантты емес рекомбинация деп 1-мейоз профазасында пайда болатын гаметогенез барысында ата-аналық хромосомалар кроссинговері және конъюгация нәтижелерін айтады. Осылай ұрпаққа ата-ана ағзасына тиісті бөліктерден тұратын комбинацияланған немесе рекомбинацияланған хромосомалар беріледі. Бұл – комбинативті өзгергіштік негізі.
Транслокация сияқты мұндай мутациялар рекомбинация «қателерінен» туындайды. Бұл – бір хромосома бөліктерінің басқасына (хромосомадан осы бөлік түсіп қалып, нәтижесінде қысқа болады) орналасу үдерісі. Транслокацияны заңсыз (мутантты) рекомбинация немесе тең емес кроссинговер деп атайды. Транслокациядан басқа ДНҚ-ның бөгде тұқымқуалаушылық материалгеномына орналасуына байланысты өзгеруінің басқа да түрлері бар. Осындай үдеріс транспозондармен – вирустар сияқты жасушалар арасында жылжуға қабілетті бактерия геномы бөлшектерімен болуы мүмкін. Сайт-ерекше деген атау алған бактерия геномының белгілі бір бөліктеріне орналасуға қабілетті шынайы вирустар геномдарымен (әдетте, қауіпсіз) жүруі ықтимал.
Заманауи молекулярлық генетикадағы болашағы зор зерттеу бағыттарының біріне ДНҚ молекулаларының нуклеотидтік ретінің шифрын табу – секвенирлеу жатады. Секвенирлеу үшін көп мөлшерде ДНҚ-ның қысқа бөліктерінің көшірмелері жасалады. Осы мақсатпен көбінесе ПТР – полимеразалық тізбектік реакция қолданылады. «Адам геномы» атты халықаралық жобаға байланысты ғалымдар Джеймс Уотсон геномын материал ретінде пайдаланып, ДНҚ-ның гаплоидты жиынтығындағы (23 хромосома) барлық нуклеотидтері ретінің шифрын тапты. Алынған нәтижелерді жалпы гендік терапия мен медициналық генетиканы және фармакологияны дамыту үшін қолдану жоспарлануда.