Genų žemėlapis – KAM, KODĖL ir KAIP?
Genų žemėlapis (genomo žemėlapis) tai žinoma tam tikrų DNR fragmentų vieta chromosomoje. DNR fragmentai sudaryti iš tam tikrų bazių porų kombinacijų. Pagrindinė genų žemėlapio mintis buvo panaudoti sekas tarp dviejų žinomų genų, atstumui chromosomoje išmatuoti.
Kodėl?
Visko pradžia buvo Žmogaus Genomo Projektas (toliau – ŽGP), kurio tikslas sukurti naują, geresnį, patogesnį naudojimui, pigesnį ir greitesnį būdą kiekvienam mokslininkui rasti juos dominančius genus. Vienas iš tokių būdų – genų žemėlapis. ŽGP buvo pirmasis žingsnis, kuris tam tikrą geną „izoliavo“. Šiais laikais jau trubūt niekam nebekyla klausimų apie genetinius ryšius tarp tėvų ir vaikų, o ir kalbant apie ligų paveldimumą, visi tikriausiai žino, kad tėvai gali perduoti ligą savo vaikams, kuri gali būti liga susijusi su vienu ar daugiau genų. Taip pat, genų žemėlapis, padeda atsekti ne tik kuris genas, susijęs su liga, tačiau ir tiksliai nusako chromosomą bei vietą chromosomoje. Mokslininkų sunkus ir ilgas darbas pasiteisino ir jau nuo 2004 metų naudojamas visiškai pabaigtas genų žemėlapis, kuriame lengvai galima rasti ieškomą geną, atsakingą, tarkime, už santykinai retų paveldimų sutrikimų, tokių kaip cistinė fibrozė ar raumenų distrofija, pasireiškimą. Šie žemėlapiai taip pat tapo mokslininkams įrankiu ieškant ryšių tarp genų, kurie, manoma, gali turėti ryšį tarpusavyje ir pasireikšti kaip labiausiai paplitusios ligos – tokios kaip astma, širdies ligos, diabetas, vėžys ir psichikos sutrikimai.
Kaip?
Tam, kad būtų galima sudaryti genų žemėlapį, mokslininkai ištyrė kraujo ir auginių mėginius, paimtus iš šeimos narių, kur tam tikra liga ar bruožas yra paplitęs. Naudojant įvairius laboratorinius tyrimo metodus, mokslininkai „ištraukė“ iš mėginių DNR ir analizavo jos bazių sekas ir tuos fragmentus, kurie buvo matomi tik tų šeimos narių mėginiuose, kurie sirgo tam tikra liga. Šie specifiniai molekuliniai modeliai vadinami polimorfizmais arba žymenimis (markeriais).
Prieš nustatant geną, kuris atsakingas už tam tikrą ligą ar bruožą, naudojant DNR žymenis galima grubiai nustatyti kurioje chromosomoje tas genas yra. Tai įmanoma dėl natūralaus rekombinacijos proceso ląstelėje. Rekombinacija – natūralus procesas vykstantis ląstelėje, kurio esmė yra persitvarkymas, išsidėstymas naujai, kuomet ir būna prijungiamas žymuo komplementariai prie DNR grandinės. Komplementarus jungimasis – tai reiškia, kad jungiasi adenino, guanino, citozino ir timino bazės viena su kita vandeniliniai ryšiais, kurie visuomet susidaro tik tokiu principu: timinas su adeninu, o citozinas su guaninu.
Kai kiaušialąstė ar spermatozoidas susijungia apvaisinimo metu, 23-ijų chromosomų poros tuo metu tarpusavyje keičiasi genetine medžiaga. Jei ieškomas genas yra arti DNR žymenų, tai tikėtina, kad genas ir žymuo liks kartu per rekombinaciją ir bus perduotas vaikui. Taigi, jei kiekvienas šeimos narys turėjo tam tikrą ligą ar bruožą, paveldėtas bus ir DNR žymuo.
Kuo daugiau DNR žymenų atsiranda genų žemėlpaiuose, tuo labiau tikėtina, kad vienas jų bus susijęs su ligos genu – tuo lengviau bus ją nustatyti. Vienas iš reikšmingiausių indelių į genų žemėlapių tankį ir „didelę“ raišką buvo ŽGP.
Kas yra genetiniai žymenys?
Žymenys (markeriai) paprastai būna sudaryti iš DNR grandinės, kurioje nėra genų, tačiau vis tiek tai padeda tyrėjui tiksliai nustatyti asmenį, iš kurio DNR mėginys buvo paimtas. Šie žymekliai yra itin naudingi paveldėto bruožo iš kartos į kartą stebėjimui. Tikriausiai visi esame matę serialus, kuriuose atliekami tam tikri laboratoriniai tyrimai ir identifikuojamas konkretus asmuo, tačiau vyksta ne tik filmuose, o ir realiame gyvenime žymekliai yra naudojami baudžiamuosiuose ir kituose teismo procesuose.
Nors ir yra keletas skirtingų rūšių genetinių žymenų, tačiau dažniausiai naudojamas žemėlapis yra mikrosatelitų žemėlapis. Tai ne tie satelitai, kuriuos naudojame, kad galėtumėm pasižiūrėti krepšinio varžybas, o kartotinės trumpos bazių sekų DNR atkarpos, sudarytos iš viena po kitos pakartotų nukleotidų, bazių sekų (pvz. AT-AT-AT). Mikrosatelitai taip pat padeda nustatyti ir vėžinius susirgimus.
Yra ir „didesnės raiškos“ žemėlapių, kurie sudaryti naudojant vieno nukleotido polimorfizmus (polimorfiškas – daugelio formų). Abiejų tipų žymenys yra naudojami automatizuotose laboratorijose, todėl mokslininkai gali greitai rasti ligą ar bruožą net esant didelėms mėginių imtims.
Plečiantis „didelės raiškos“ žemėlapių sudarymo galimybėms, darosi vis lengviau naudoti genų žemėlapius kartu su Žmogaus Genomo Projekto sekų nustatytais duomenimis, o tai sukėlė revoliuciją genetikos moksliniuose tyrimuose. Pagerėjus duomenų kokybei, sutrumpėjo ir tyrimų laikas, reikalingas nustatyti tam tikram genui – tai užtrunka nebe metus, o mėnesį ar tik savaitę. Visą informaciją apie žmogaus genomą ir genų žemėlapius tvarko Nacionalinės Bibliotekos Medicinos Nacionalinis Biotechnologijos informacijos centras (NCBI).
Ar tai reikalinga?
2010 metais profesorius Michaelis Snyderis Stanfordo universiteto molekulinės genetikos katedros vadovas sugalvojo, kad reikia atlikti savo genetinius tyrimus ir juos paviešinti plačiąjai visuomenei. Mėginiais tyrimams tapo seiliės, paimtos sterilia kempinėle nuo burnos gleivinės, bei veninis kraujas. Tai buvo pirmas žinomas sveikas tirtas asmuo.
Profesorius M. Snyderis pasinaudojo naujomis technologijomis ir anksčiau kitų mokslininkų atliktais tyrimais, kad kuo greičiau, pigiau ir tiksliau atliktų genomo sekvenavimą. Genomo sekvenavimas tai visų chromosomų DNR sekos bazių porų nustatymas. Žmogaus genomą sudaro apie 3,2 milijardo genetinės informacijos vienetų, kurių kiekvienas nustato tam tikrą bruožą, pvz. ūgį, akių spalvą, bendrą sveikatos būklę.
Pagrindinis atradimas, atliktas Stanfordo universitete, labai nustebino visus dalyvavusius mokslininkus. Profesorius M. Snyderis nors ir neturėjo viršsvorio ar žalingų įpročių, niekas iš giminaičių nesirgo, tačiau jis turėjo labai didelį polinkį susirgti II tipo diabetu. Tačiau per visą tyrimų laiką, kuris užėmė 14 mėnesių laikotarpį, Snyderiui atlikti gliukozės testai parodė, kad gliukozės kiekis kraujyje išliko aukštas net ir po kvėpavimo takų infekcijos. Tik po specialios dietos ir šešių mėnesių pratimų pavyko sumažinti gliukozės koncentraciją kraujyje iki normalios – tai buvo aprašyta žurnale Cell. Pasak Snyder, jei jis nebūtų atlikęs genetinių tyrimų, tai liga būtų išlindus daug vėliau ir tik visu gražumu, o atlikus šiuos testus ir radus diabetą- dieta ir mankšta išgelbėjo nuo tablečių, injekcijų ir ligoninių. Todėl profesorius mano, kad verta išsitirti savo genomą ne tik tiems, kuriems tai įdomu ar būtinai reikia, bet ir kiekvienam – dėl viso pikto.
Ieva Janulaitytė
Šaltiniai:
