![]() |
ÐÓÁÐÈÊÈ |
Ñîâðåìåííàÿ ãåíåòèêà |
ÐÅÊËÀÌÀ |
|
Ñîâðåìåííàÿ ãåíåòèêàfoarte lente, de aceea în grupele evolutive tinere (animalele vertebrate, plantele superioare) diferitele specii se deosebesc pu?in prin «sensul» informa?iei genetice, însumate în genotipii lor. Cunoscutul savant A. Antonov afirm? în acest sens c? deosebirile în structura complexului de gene, responsabile pentru dezvoltarea aripii liliacului ?i a mânii omului, sunt foarte mici ?i, de fapt, nu sunt sesizate de metodele descrise mai sus. În arsenalul metodelor genosistematicii exist? ?i metode prin intermediul c?rora se poate cerceta ADN-ul speciilor înrudite foarte aproape. În laboratorul lui P. Dati au fost elaborate ?i bazele unei anumite metode de comparare a structurilor diferi?ilor ADN. La elaborarea acestei metode – «hibridizarea ADN-ului» – premiza logic? a fost foarte simpl?: dac? la dou? organisme ADN-ul se aseam?n? mult, oare nu putem prin denaturarea ?i renaturarea lor comun? s? ob?inem formarea de molecule, care includ catene complementare din aceste molecule atât de diferite, dar asem?n?toare. În componen?a unei molecule de ADN catenele opuse se deosebesc întrucâtva dup? con?inutul nucleotidelor purine (A, G) ?i pirimidine (C, T) ?i, prin urmare, dup? masa lor molar?. Una dintre ele este «u?oar?» (U), iar cealalt? – «grea» (G). Schema experien?ei poate fi prezentat? astfel: ADN 1 (g, u) + ADN 2 (g, u) ( denaturare ( ADN 1 g + ADN 1 u + ADN 2 g + ADN 2 u ( renaturare ( ADN 1 (g, u) + ADN 1 G, 2 u + ADN 1 u 2 g + ADN 2 (g, u). Din aceast? schem? reiese c? la renaturare e posibil? atât restabilirea moleculelor ADN de tip primar, cât ?i la formarea moleculelor hibride de ADN. Ca rezultat s-a descoperit c? moleculele hibride se formeaz? u?or atât în timpul experien?elor cu ADN-ul de diferite tulpini ale acelea?i specii de bacterii (colibacilul), cât ?i cu ADN-ul speciilor de bacterii înrudite foarte apropiat. Cu cât speciile sunt înrudite mai apropiat între ele, cu atât ap?reau mai des moleculele hibride de ADN. În prezent aceast? metod? a devenit foarte popular? ?i se aplic? în laboratoarele din întreaga lume. A?a dar, se poate conchide c? autenticitatea opiniilor despre gradul de înrudire filogenetic? a organismelor pe baza analizei complecte a ADN-ului lor este mult mai mare decât autenticitatea rezultatelor ob?inute prin compararea caracterelor lor fenotipice. În urma numeroaselor cercet?ri a devenit limpede c? la animalele ?i plantele superioare deosebirile în structura ADN-ului sunt mai pu?in pronun?ate decât la procario?i (bacterii, alge albastre), la plantele inferioare ?i la animalele nevertebrate. Dar nu este destul s? ?tim gradul de asem?nare ?i de deosebire conform structurii ADN-ului organismelor din diferite grupuri sistematice. Aceasta se întâmpl? mai ales la eucario?ii superiori, care se caracterizeaz? prin structura mozaic? (exo-nintron?) a genelor. În leg?tur? cu aceasta trebuie în primul rând s? se determine succesivitatea nucleotidelor în partea func?ional? a genelor, dar nu în genere în ADN. Metodele de inginerie genic? au oferit poeibilitatea de a se analiza cu exactitate structura fin? a genelor. Deseori func?ionarea în organism a unei gene construite depinde de câteva nucleotide. În prezent, datorit? analizei restric?ionale, a devenit posibil a se determina succesivitatea exact? a nucleotidelor în gene, adic? «a citi» structura lor primar?. Dac? cunoa?tem succesiunea genei, atunci putem determina cu u?urin?? succesiunea aminoacid? a proteinei codificate de ea; în prezent adesea este mai simplu a se determina structura primar? a proteinei pe aceast? cale indirect? decât cu ajutorul secven?rii directe, adic? prin descifrarea succesiunii aminoacizilor în proteine. Dac? determinarea succesiunii aminoacide a proteinei dureaz? luni ?i chiar ani întregi, apoi în prezent se reu?e?te a secveniza ADN-ul în câteva s?pt?mâni. Importan?a acestei metode pentru ingineria genic? ne-o demonstreaz? faptul c? savantul american U. Hilbert, autorul ei a fost distins cu premiul Nobel. În prezent experimentatorul poate citi câte 1000 –5000 de nucleotide pe zi. Prelucrarea ?i analiza multilateral? a acestei cantit??i de informa?ie este deseori imposibil? f?r? ma?ina electronic? de calcul (MEC), care a devenit un aparat indispensabil al laboratorului de inginerie genic?. MEC poate de asemenea prezenta, ?inând cont de succesiunea nucleotidelor, specificul proteinei, pe care îl va produce aceast? gen?. Toat? aceast? informa?ie ma?ina o p?streaz? în memoria sa. Exist? câteva centre ?tiin?ifice, unde se p?streaz? informa?ia cu privire la structura primar? a genelor. Ce creeaz? o banc? de succesiuni nucleotide, înzestrate cu o puternic? MEC. Asemenea b?nci exist? ?i în multe ??ri str?ine. Ele toate sunt unite printr-un sistem mondial unic, pentru ca în orice moment s? se poat? ob?ine informa?ia despre anumite gene. Astfel ingineria genic? aduce nu numai un aport important la cercet?rile fundamentale în domeniul biologiei moleculare, ci contribuie totodat? la elaborarea unor aspecte practice ?tiin?ifice de mare importan??, inclusiv ale sistematicii. 15.3 Realiz?rile ?i perspectivele genosistematicii Care sunt rezultatele practice ob?inute de genosistematic?? Cercet?ri ce au avut un scop practic bine definit au fost începute de I. Blohina la Institutul de cercet?ri ?tiin?ifice în domeniul epidemiologiei ?i microbiologiei din Gorchii Mai târziu la acest institut a fost creat primul laborator specializat, care solu?ioneaz? probleme importante de microbiologie ?i epidemiologie practic?. Rapiditatea ?i exactitatea sunt avantaje ale metodelor genosistematice de identificare a microbilor. Ele au mare importan?? atunci când propriet??ile microbului sunt denaturate în urma contactului cu preparatele medicamentoase sau în urma variabilit??ii ne ereditare obi?nuite. Aceste variabilit??i lezeaz? prea pu?in programul, dar în complexul caracterelor fenotinului aduc tr?s?turi care denatureaz? «portretul» microbului, f?cându-l de ne recunoscut. Iat? un exemplu din practic?. În una din taberele de pionieri din Crimeia copiii au început a avea tulbur?ri gastrointestinale. Prin metodele obi?nuite nu s-a putut determina cu exactitate agentul patogen. Medicii au fost nevoi?i s? recurg? la experien?e de hibridizare molecular? a ADN-ului. Ele au dat rezultate univoce, care au permis a se identifica microbul ?i a se lua m?suri antiepidemice. Metoda de hibridizare a ADN-ului s-a dovedit a fi foarte util? pentru sistematica microorganismelor. Mult timp savan?ii nu erau siguri de existen?a unor grupuri de microbi. Pe baza comunit??ii caracterelor lor fenotipice, cocii, lactobacilii, vibrionii ?i multe alte grupuri, dup? cum s-a constatat, includeau specii ne înrudite. Printre numeroasele specii de microbi exist? ?i un grup de bacterii luminiscente, al c?ror loc în sistematic? este determinat foarte vag. În anii 1965-1969 lucr?torii ?tiin?ifici ai vasului marin «Viteazi» au separat din apa marin? 50 de tulpini ale acestor microbi. Multe din ele n- au putut fi determinate prin metodele cunoscute conform caracterelor lor fenotipice. Savan?ii au hot?rât s? fac? analiza ADN-ului. Ea a ar?tat c? dintre tulpinile separate 5 fac parte dintr-o nou? specie de bacterii luminiscente, numit? fotobacterium belozerschii, mo?tenind numele unuia dintre fondatorii genosistematicii. Utilizarea criteriilor geneticiii moleculare a scos din impas sistematica contemporan? a microorganismelor. Experien?ele asupra ADN-ului au permis examinarea de pe pozi?ii noi a locului pe care îl ocup? în sistematic? multe plante ?i animale superioare. Speciile de grâu, de exemplu, aproape nu se deosebesc dup? componen?a ADN- ului atât între ele, cât ?i între speciile din genurile apropiate egilops, secar?, orz. Totodat? ADN-ul diferitelor specii de crin, ceap? adeseori nu se aseam?n? dup? structur?. Pentru separarea genurilor, familiilor, oridinelor ?i a grupelor sistematice mai superioare e nevoie de o apreciere obiectiv? a distan?ei genetice dintre ele, a gradului de divergen?? a genotipurilor care formeaz? speciile lor. Ce poate oferi genosistematica în scopul solu?ion?rii acestei probleme dificile? Toate cercet?rile în care se folose?te metoda de hibridizare a ADN-ului au condus la aceea?i concluzie: partea succesiunilor omologice (identice) a nucleotidelor în ADN scade pe m?sur? ce compar?m între ele speciile cu un grad tot mai mic de rudenie filogenetic?. La speciile din diferite clase de animale vertebrate, de obicei, se poate g?si în ADN 5–15% de succesiuni omologice de nucleotide, la speciile din diferitele ordine de aceea?i clas? – de la 25 pân? la 40% ?. a. m. d., inclusiv pân? la speciile de acela?i gen, care deseori nu pot fi recunoscute. Aceste aprecieri cantitative ale asem?n?rii materialului genetic pot fi utilizate în solu?ionarea cazurilor discutabile, atunci când diferi?i sistematicieni apreciaz? în mod diferit rangul taxonului. De exemplu, majoritatea sistematicienilor divizeaz? în prezent pe?tii în dou? clase: pe?ti cartilagino?i ?i pe?ti oso?i. Dup? ce a fost hibridizat ADN-ul rechinului cu ADN-ul crapului, somnului, gorbu?tei ?i nisetrului, s-a constatat o mare neasem?nare: au fost g?site doar aproape 10% de omologii, fapt ce confirm? teza cu privire la dep?rtarea ce exist? între aceste dou? grupuri de pe?ti. S-au dovedit a fi nea?teptate, îns?, rezultatele hibridiz?rii ADN-ului pe?tilor oso?i: partea omologiilor în ADN-ul nisetrului pe de o parte ?i a reprezentan?ilor a trei subordini diferite – costr??ului, crapului, somonului – pe de alta, a fost de asemenea mic? – aproape 10%. Pe baza acestor rezultate s-a tras concluzia c? este ra?ional ca sturionii s? fie extra?i din clasa pe?tilor oso?i ?i s? alc?tuiasc? o clas? independent?, precum considera pe timpuri ?i A. N. Sever?ev. Astfel metodele ingineriei genice fac posibil? studierea evolu?iei moleculare a lumii vegetale ?i lumii animale, precum ?i a regnului microorganismelor. Ele pot fi de mare ajutor la solu?ionarea unei serii de probleme ce ?in de arheologie, de evolu?ia omului, de dezvoltarea ?i migra?ia popoarelor. Aceast? posibilitate o confirm? ?i comunicarea senza?ional? f?cut? nu demult de c?tre savantul suedez S. Paabo de la Universitatea Uppsala despre clonarea reu?it? a ADN-ului extras din r?m??i?ele mumiei unui copil egiptean, care a tr?it aproape 2400 de ani în urm?. Autorul cercet?rii a încercat s? separe ADN-ul din dou?zeci ?i trei de diferite mumii, dar numai într-un singur caz a avut noroc. Din pulpa stâng? a unui prin? egiptean balzamat în vârst? de un an, ce se p?stra la muzeul din Berlin, el a extras câteva celule. Din acestea a separat un fragment de ADN, pe care l-a inserat într-o plazmid? bacterian? ?i l-a înmul?it. În articolul publicat în revista «Nature» din aprilie 1985 autorul a prezentat succesiunea complect? a fragmentului clonat de ADN ce con?inea aproape 3400 de nucleotide. S-a constatat c? fragmentul de ADN studiat a r?mas nev?t?mat în timpul mumifierii, p?str?rii ?i nu ?i-a pierdut func?iile genetice. A?a a fost dovedit? posibilitatea separ?rii ?i studierii fragmentelor de ADN str?vechi. Clonarea ?i descifrarea ADN-ului din r?m??i?ele ce s-au p?strat ale oamenilor (ele se întâlnesc nu numai în Egipt, ci ?i în Peru, Japonia, Australia, Europa) deschid arheologilor perspective captivante. Compararea succesiunilor nucleotidice permite doar determinarea rudeniei genetice. În viitor noua metoda va fi utilizat? la solu?ionarea numeroaselor enigme, ce stau în fa?a arheologilor cu privire la originea ?i migra?iile str?mo?ilor no?tri. Ea va oferi posibilitatea de a se determina cu un mare grad de precizie vârsta biologic? a speciei umane ?i a rudelor ei apropiate. Datele moderne, ob?inute cu ajutorul metodelor ingineriei genice, au permis s? se fac? o precizare esen?ial?: omul a început s? se deosebeasc? de ruda sa cimpanzeul numai cu 5 milioane de ani în urm?, nu cu 8 milioane, cum se presupunea înainte. S-a descoperit c? 98% din materialul genetic al cimpanzeului este identic cu cel al omului ?i numai 2% din acesta se deosebe?te. Cunoa?terea legit??ilor dezvolt?rii evolutive (istorice) a tot ce este viu pe P?mânt prezint? o importan?? colosal?. Ea confirm? caracterul material al lumii organice din jurul nostru, dezv?luie baza dialectic? a dezvolt?rii ei. Bazându-se pe datele genosistematicii, putem prevedea calea de mai departe a evolu?iei vie?ii pe P?mânt ?i, prin urmare, metodele de dirijare ?i orientare ale ei. Cunoa?terea rudeniei filogenetice dintre diferitele grupuri de organisme ne ofer? un instrument minunat de modificare a formelor existente, de reconstituire a unor specii de plante ?i animale disp?rute ?i de creare a unora noi. XVI. INGINERIA GENETIC? ?I MEDICINA 16.1 Povara genetic? în societatea uman? «Minte s?n?toas? într-un corp s?n?tos» – spune proverbul antic. ?i nu întâmpl?tor oamenii î?i doresc în primul rând s?n?tate. Fericirea familiei depinde ?i ea în mare parte de s?n?tatea copiilor. Numeroasele boli de care sufer? oamenii au cauze diferite. Dac? boala pruncului este provocat? de ac?iunea unor factori nefavorabili asupra organismului f?tului, ea se consider? neereditar?, dobândit?. Dac? ea a fost determinat? de genele defectate ale p?rin?ilor, ea este ereditar?. Medicina modern? se achit? u?or cu bolile dobândite. Ea a câ?tigat lupta cu epidemiile de pest?, de variol?, de holer?, care în trecut secerau mii de vie?i omene?ti. Ea lupt? cu mai mult succes contra tuberculozei, pneumoniei, dizenteriei ?i numeroaselor boli de copii. Cât prive?te bolile ereditare, situa?ia este alta, deoarece în aceste cazuri îl putem trata par?ial pe bolnav, dar nu putem lichida boala, c?ci deocamdat? nu e posibil? prevenirea transmiterii ei genera?iei ulterioare. De aceea, când în familie un copil e bolnav din n?scare, p?rin?ii vor s? ?tie dac? urm?torul prunc o s? fie s?n?tos sau îl amenin?? aceea?i soart?. Incertitudinea îl sile?te s? se ab?in? de la procreare, s? recurg? la întreruperea artificial? a sarcinii ?. a. Acestea duc la traume psihice grave ?i deseori sunt cauze de destr?mare a familiei. Conform calculelor efectuate de diferi?i savan?i, 7–10% din num?rul total al oamenilor au devieri de la norma biologic?. Mai mult chiar, avem impresia c? bolile ereditare sunt în cre?tere. Acest lucru este determinat de multe cauze, ?i în primul rând de poluarea global? a mediului ambiant. Odat? cu dezvoltarea industriei ?i tehnicii în ora?e ?i cu industrializarea ?i chimizarea produc?iei agricole, în mediul ambiant a ap?rut o mare cantitate de agen?i mutageni, care provoac? modific?ri ereditare – muta?ii. Frecven?a muta?iilor poate spori mult datorit? cre?terii fonului artificial al radia?iei, ac?iunii mutagenilor chimici ?i a multor pesticide. În prezent sunt cunoscu?i aproape 2000 de compu?i chimici cu un efect mutagenic. S-a mai constatat c? unele preparate medicamentoase, dac?-s folosite prea mult, pot avea ?i ele rol de mutageni. Utilizarea f?r? control a medicamentelor, fumatul ?i consumul alcoolului de c?tre femeile gravide exercit? o influen?? negativa asupra dezvolt?rii f?tului. Din aceast? cauz? atât la femei, cât ?i la b?rba?i deseori se formeaz? game?i de valoare genetic? incomplet?. Agen?ii mutageni de origine fizic? ?i chimic? provoac? modificarea genelor, cromozomilor ?i a unor întregi genomi atât în celulele sexuale, precum ?i în celulele somatice. Din cauza tulbur?rilor aparatului genetic al celulelor sexuale, ele î?i pierd vitalitatea ?i nu pot participa la fecundare sau produc zigo?i, embrioni ?i fe?i de valoare incomplet?, cu vitalitate sc?zut?, care sunt elimina?i la diferite etape de embriogenez? ?i dezvoltare postembrionar?. Dac? muta?iile nu exercit? nici o influen?? asupra vitalit??ii, ele conduc la dezvoltarea bolilor ereditare care au forme diferite ?i care, luate în ansamblu, creeaz? a?a-zisa povar? muta?ional? sau genetic? (ereditar?) în popula?iile omului. În unele ??ri s-a f?cut o statistica foarte trist?. În SUA, de exemplu, numai jum?tate din 5–10 milioane de gravidit??i ating maturitatea, cealalt? jum?tate se sfâr?esc cu pieirea embrionilor în etapele precoce de dezvoltare. Din 3,2 milioane de embrioni, care au atins vârsta de 20 de s?pt?mâni, 40 de mii pier, f?r? a dovedi s? se nasc?. Tot atâ?ia prunci mor în prima lun? dup? na?tere din cauza unor defecte, alte 40 de mii r?mân în via??, având vicii congenitale, care uneori pot fi tratate. În fiecare an se nasc aproximativ 90 mii de copii deficien?i mintal ?i 150 de mii care vor înv??a cu greu. Care sunt cauzele acestor nenorociri? Principala se con?ine în genele ?i cromozomii defecta?i care se transmit prin ereditate. Fiecare om care pare s?n?tos are în aparatul cromozomic al celulelor sale cel pu?in 12 gene defectate, care pân? la un anumit timp nu se manifest?, deoarece se afl? în stare heterozigot?. Îns? atunci când aceste gene recisive mutante sunt introduse în zigotul simultan ?i de gameta masculin? ?i de gameta feminin?, ele trec în stare homozigot? ?i conduc la dezvoltarea unei boli ereditare. ?tiin?a cunoa?te peste 2000 de boli ereditare ale omului ce ?in de muta?iile unor gene aparte ?i aproape 500 de boli, ce ?in de tulburarea structurii sau num?rului cromozomilor. Ele, independent de voin?a noastr?, se transmit genera?iilor viitoare, dac? medicina nu va interveni la etapa embrionar? de dezvoltare a acestor boli. Prezint? interes urm?toarele date. Frecven?a muta?iilor cromozomice la avorturile medicale (cu scopul regl?rii natalit??ii) nu dep??e?te 2%, la avorturile spontane ea constituie 20–25%. În primele 10 s?pt?mâni de graviditate ea atinge 50%, iar la 6 s?pt?mâni – 70%. Aceste date demonstreaz? c? dac? în garnitura cromozomic? a embrionilor intervin mai multe tulbur?ri, atunci fe?ii sunt elimina?i mai repede. De aceea putem presupune c? majoritatea absolut? a zigo?ilor cu tulbur?ri mai complicate ale cromozomilor este eliminat? imediat dup? ce a fost conceput? sau în cele dou?-trei s?pt?mâni ce urmeaz? dup? ea. Ei scap? din câmpul de vedere al medicilor ?i nu sunt examina?i de c?tre ace?tia. A?a dar, pieirea intrauterin? a game?ilor, zigo?ilor ?i embrionilor de valoare genetic? incomplet? constituie un mecanism de selec?ie la om. Dac? n-ar exista ac?iunea de eliminare a selec?iei naturale la etapa embrionar? de dezvoltare, num?rul bolilor ereditare ar fi foarte mare. Acesta e rolul profilactic al selec?iei embrionare. Sunt descrise multe boli, care se transmit stabil prin ereditate. Printre ele cit?m – surdomu?ia, podagra, ?izofrenia, hemofilia, daltonismul, albinismul (pielea ?i p?rul sunt incolore, ochii trandafirii), boala oaselor de marmor? (fragilitatea oaselor), unele forme de diabet, înc?run?irea ?i chelia ?. a. Faptul c? unele boli se transmit prin ereditate se cuno?tea demult. Astfel în 1716 lui Edvar Lambert, fiu al unor p?rin?i s?n?to?i, a început a i se întuneca repede pielea ?i apoi s-a acoperit cu solzi?ori. Edvar a avut 6 fii, care au avut ?i ei piele de porc ghimpos. Acest semn s-a repetat la ?ase genera?ii posterioare de b?ie?i. Istoria cunoa?te cazuri de transmitere prin ereditate a cecit??ii nocturne congenitale, care au mo?tenit-o 134 de urma?i ai unui neam de elit? pe parcursul mai multor genera?ii. Regii germani din dinastia Habsburgic?, care au cârmuit între anii 1273–1918, la început în Sfântul Imperiu roman, apoi în Spania, Austria ?i, în sfâr?it, în Austro-Ungaria, aveau falca de jos proeminent? ?i buza de jos deformat? în mod specific. Mo?tenirea acestor caractere s-a studiat foarte am?nun?it, rezultatele au fost publicate împreun? cu portretele istorice de Academia imperial?, care se afla sub auspiciile familiei Habsburgilor. Dac? privim portretul unui membru al familiei din secolul XIV ?i portretul unui urma? din secolul XIX, vom vedea c? acest semn, buza habsburgic?, se transmitea din genera?ie în genera?ie ?i se reproducea cu exactitate. Articula?iile, oasele, cartilagiile, ligamentele con?in ni?te glucide numite mucopolizaharide. Dac? metabolismul lor este tulburat, copiii r?mân în dezvoltarea lor intelectual? ?i fizic?. Cre?terea lor încetine?te brusc, li se deformeaz? cutia toracic? ?i membrele, deseori le cre?te un gheb. Se presupune c? Nicollo Paganini a suferit de o astfel de boal?. Geneticiienii contemporani au g?sit explica?ia înf??i??rii bizare a marelui violonist. Fa?a lui palid?, ochii enoftalmici, degetele supraelastice ?i extrem de lungi – ele toate sunt caracteristice pentru sindromul Marfan – o boal? ereditar?, descris? pentru prima dat? peste 56 de ani dup? moartea lui Paganini. Virtuozitatea interpret?rii lui Paganini se explica prin structura neobi?nuit? a degetelor. Bineîn?eles, plus talentul s?u muzical. În anul 1866 neuropatologul englez L. Down a descris pentru prima dat? o boal? congenital?, care afecta în mediu unul din 600 de prunci. Copiii bolnavi erau indolen?i, cu limba groas?, stângace, cu nasul turtit, cu fa?a palpebral? îngust?. Deseori sufereau de leziuni valvulare cardiace congenitale ?i întotdeauna erau deficien?i mintal. Mul?i dintre ei alc?tuiau contingentul spitalelor de psihiatrie. Aceast? boal? a fost numit? boala lui Down, mo?tenind numele medicului care a descris-o. Adev?rata ei cauz?, îns?, a fost descoperit? de savantul francez J. Legen. El a studiat la microscop multe celule luate de la copiii bolnavi ?i a descoperit c? ele în loc de 46 de cromozomi au 47. Cromozomul de prisos se afl? în perechea 21. De aceea aceast? tulburare mai poart? numele ?i de trizomia-21. Odat? cu înaintarea în vârst? a mamei, spore?te pericolul na?terii unor astfel de copii. La femeile între 19–21 ani un «daun» se na?te la 2500 de copii, iar la femeile de 45 de ani – unul la 40. Bolnavii cu sindromul «daun» tr?iesc câteva zeci de ani. Tratamentul este ineficient. Uneori ei pot fi înv??a?i s? citeasc? ?i s? scrie. O alt? boal? cromozomic? este sindromul Edvards, provocat? de neconcordan?a cromozomilor în perechea 18. El este întotdeauna mortal. Copiii mor peste câteva luni de la na?tere. Ei au ochi mici, urechile dispuse neregulat, sternul scurt, le lipse?te gâtul, au defecte la degete ?. a. Feti?e cu sindromul Edvards se nasc de dou? ori mai des decât b?ie?ei. Ca ?i în cazul trizomiei-21, trizomia-18 depinde de vârsta mamei: cu cât mama este mai în vârst?, cu atât este mai posibil? neconcordan?a perechii a 18-ea a cromozomilor. «Sindromul Patau» este numit trizomia-13 (lipsa de concordan?? în perechea 13 de cromozomi). În cazul acestei boli la copii nu se sudeaz? buza de sus cu bolta palatin? de sus. În popor aceast? anomalie se nume?te «buza de iepure». Ea este înso?it? de leziunea valvular? cardiac? congenital? ?i pruncii pot avea ?ase degete. Copiii cu trizomia-13 se nasc cu o mic? mas? a corpului (mai pu?in de 2,5 kg) ?i mor, de regul?, în primele luni ale vie?ii. Am adus exemple de boli genice ?i cromozomice, care formeaz? povara genetic? a umanit??ii. Men?ion?m c? ereditatea s?n?toas? serve?te drept baz? a form?rii personalit??ii multilateral dezvoltate. Ereditatea patologic? dimpotriv?, devine o povar? pentru societate, familie ?i pentru bolnav. De aceea grija pentru ereditatea f?r? anomalii a omului trebuie s? devin? o sarcin? comun? a tuturor oamenilor: de stat, savan?i, medici din întreaga lume. Politica consecvent? cu privire la prevenirea catastrofei nucleare, lichidarea armelor chimice, biologice ?i a altor arme reflect? n?zuin?ele tuturor oamenilor de a men?ine via?a pe mica noastr? planet? ?i ereditatea s?n?toas? ne întregul glob p?mântesc. Mai sunt vii în amintirea noastr? evenimentele ce au demonstrat uria?a for?? de distrugere a radia?iei nucleare. Dup? exploziile din august 1945 a bombelor atomice în Japonia 18,7% din femeile gravide nu au mai devenit mame din cauza avorturilor, 23,3% au n?scut copii mor?i, 26% din prunci au murit curând dup? na?tere din cauza leziunilor provocate de radia?ie. Chiar acum, dup? atâ?ia ani, la Herosima continu? s? moar? mul?i oameni din cauza iradierii bunicilor lor. Consecin?e la fel de triste provoac? folosirea armei chimice. Avia?ia american? a aruncat deasupra Vietnamului ?i a raioanelor învecinate ale Campuciei mii de tone de armament chimic, numit «substan?? portocalie». Reprezentan?ii oficiali ai Pentagonului ?tiau, desigur, c? acest preparat, folosit, chipurile, numai pentru nimicirea frunzelor din p?duri, pentru a descoperi partizanii, poate provoca multe boli. Utilizarea de c?tre armata american? a substan?elor chimice toxice se resimte ?i acum, consecin?ele lor au afectat câteva genera?ii de vietnamezi. Defoliantul care con?inea una dintre cele mai toxice substan?e, dioxina, nu i-a cru?at nici pe solda?ii americani. În lista jertfelor lui se înscriu 20 mii de veterani ai r?zboiului american, care sufer? în urma aplic?rii de c?tre ei a acestei toxine. ?i aceast? lista continu? s? sporeasc?. Pentru ei ?i membrii familiilor lor intoxicarea cu «substan?? portocalie» a devenit cauza îmboln?virii de cancer a ficatului, pierderii echilibrului psihic, avorturilor la femei, na?terea unor copii anormali. Serviciile medicale din ?ara noastr? lucreaz? mult în aceast? direc?ie, în scopul prevenirii bolilor ereditare. Au fost deschise ?i func?ioneaz? cabinete consultative ?i sec?ii de genetic? medical?. Medicina genetic? nu dispune înc? de mijloace efective pentru tratamentul multor boli ereditare, dar în viitorul apropiat, pe m?sura dezvolt?rii metodelor ingineriei genice, vor apare noi posibilit??i de terapie genetic? a bolilor ereditare. În continuare vom relata unele realiz?ri ale ingineriei genetice în domeniul acesta. 16.2 Medicamentele – sub controlul genelor În domeniul medicinii sarcinile ingineriei genetice ?in de producerea diferitelor preparate a c?ror fabricare este imposibil? prin metodele tradi?ionale sau necesit? un volum mare de munc?. În prezent se aplic? mult interferon – un medicament care permite combaterea numeroaselor infec?ii, ?i în primul rând a celor virotice. Printre ele se num?r? toate felurile de grip?, hepatita virotic?, scleroza difuz? ?. a. Interferonul exercit? un efect pozitiv ?i la tratamentul unor boli canceroase cum sunt osteosarcomul, mielomul, melanomul, tumoarea laringelui, meningeomul ?i cancerul pulmonar. Interferonul e foarte necesar, dar el se produce deocamdat? în cantit??i foarte mici, deoarece este un preparat specific. Pentru tratamentul oamenilor este eficient numai acel care se ob?ine din sângele omului. Componen?a chimic? a interferonului o constituie o protein? elaborat? de celulele omului ?i ale celorlalte vertebrate drept reac?ie la infec?ia virotic?. Interferonul omului se extrage din leucocitele sângelui sau din celulele ?esutului conjunctiv – din fibrola?ti. Dintr-un litru de sânge se extrage o cantitate de interferon suficient? pentru o singur? injec?ie. S-a calculat c? interferonul ob?inut din sângele tuturor oamenilor ce tr?iesc pe P?mânt ar ajunge doar pentru tratamentul a 20 mii de oameni. În prezent ingineria genic? a procedat la solu?ionarea problemei interferonului. Firmele mari «Biogen» ?i «Ghenenteh», precum ?i laboratoarele din Belgia, Elve?ia ?i Japonia au început producerea lui din a doua jum?tate a anului 1980. Ce s-a realizat deocamdat?? Culturile celulelor de leucocite ?i de fibrobla?ti ai omului au fost contaminate cu virus ?i în ele a început elaborarea interferonului. Din aceste celule s-a separat ARNi ?i din el, cu ajutorul revertazei, a fost sintetizat ADNc. Apoi ADN-ul purt?tor al genei necesare a fost inclus în plasmida colibacilului. Astfel bacteria a ob?inut o proprietate nou? de a produce interferonul omului. În anul 1982 s-a ob?inut sintetizarea în celulele colibacilului a interferonului leucocitar. Prima etap? a cercet?rilor const? în clonarea ?i identificarea genei, iar a doua – în ob?inerea din leucocitele sângelui omului a ARN-ului informativ, care codific? sinteza interferonului. În acest scop în leucocitele sângelui a fost inserat virusul bolii de Newcastl – un stimulator puternic al interferonului, care genereaz? sinteza lui. Dup? aceea gena interferonului a fost inserat?, cu ajutorul plasmidei, în gena colibacilului. ?i bacteriile au început s? produc? interferonul. Dintr- un litru de mediu de cultur? (recalculat la 1 litru de sânge) se poate ob?ine de 1000 de ori mai mult interferon. Astfel s-a f?cut un pas important spre producerea industrial? a interferonului leucocitar relativ ieftin. Pentru munca rodnic? în domeniul acesta savan?ilor sovietici Iu. Ovcinnicov, E. Sverdlov, S. ?arev ?. a. li s-a decernat premiul Lenin. Bacteriile «programate» special în acest scop elaboreaz? ?i medicamente antitumorale. Unul din ele – limfotoxina este o protein?, elaborat? de celulele sistemului imun al omului (limfocite). El are capacitatea de a ucide celulele tumorale f?r? a influen?a celulele s?n?toase. Limfocitele, îns?, produc aceast? protein? în cantit??i foarte mici ?i de aceea pân? în prezent nu s-a reu?it s? se cerceteze am?nun?it însu?irile ei. Pentru a ob?ine aceast? protein? minunat? în cantit??i mai mari, colaboratorii uneia din firmele de inginerie genetic? din SUA au hot?rât s? utilizeze bacteriile cu care se lucreaz? mult mai u?or ?i-s mult mai ieftine decât culturile de limfocite. În acest scop a fost nevoie de o gen?, care s? codifice limfotoxina. Pentru a sintetiza aceast? gen?, savan?ii au început s? determine succesiunea aminoacizilor din limfotoxin?. Ei au reu?it s? descifreze un fragment compus din 155 de aminoacizi, care alc?tuia 90% din lungimea moleculei proteice. Utilizând datele codului genetic, ei au sintetizat gena, care codific? limfotoxina scurtat? ?i au inserat-o în bacteria E. coli. Dar experimentatorii au r?mas decep?iona?i: proteina «scurtat?», elaborat? de bacterii, nu era activa din punct de vedere biologic. Urm?toarea etap? a fost g?sirea acelei p?r?i a genei care lipsea. Din limfoci?i a fost separat ARNi-ul din care s-au ob?inut copii de ADN. Între acestea trebuia de g?sit copia care codific? limfotoxina. În acest scop a fost utilizat? metoda de hibridizare a ADN-ului. Apoi din copia de ADN c?utat? a fost t?iat un sector ce codifica fragmentul final care lipsea ?i a fost sudat la gena sintetic?. Bacteriile în care a fost inserat? gena «sudat?» au început s? produc? limfotoxina, însu?irile ?i gradul de activitate ale c?reia nu se deosebeau de însu?irile celei naturale. Producerea ei prin aceast? metod? a fost de 500 de ori mai mare decât cea produs? de cultura limfoci?ilor. Când aceast? limfotoxin? a fost administrat? ?oarecilor în tumoarea provocat? de cancerogenele chimice, tumoarea pierea. Speciali?tii americani au reu?it printr-o metod? analog? s? cloneze în bacterii gena unei alte proteine anticanceroase a omului – a a?a-numitului factor al necrozei tumorii. Dac? proteinele ob?inute pe calea ingineriei genice vor putea fi utilizate pentru tratamentul oamenilor, ele vor deveni medicamente de tip nou. Preparatele anticanceroase folosite pân? în prezent sunt ne specifice: ele ac?ioneaz? atât asupra celulelor canceroase, cât ?i asupra celulelor normale. Afar? de aceasta , ele sunt ni?te substan?e str?ine organismului, pe când limfotoxina ?i factorul necrozei tumorilor sunt proprii organismului. Aceste preparate se afl? în etapa experimentelor clinice. Ingineria genic? a f?cut posibil? crearea a?a-numitelor vaccinuri vii. Vaccinul viu se ob?ine atunci când «se sutureaz?» la un loc, bun?oar?, ADN- ul virusului de variol? ?i o anumit? gen? a hepatitei care func?ioneaz? în caliate de vaccin antihepatic. Vaccinarea obi?nuit? a acestui -!reparat provoac? simultan rezisten?a contra variolei ?i hepatitei. Lucr?rile de creare a vaccinului contra hepatitei (boala Botchin sau icter), boal? grav? ?i foarte r?spândit?, sunt efectuate de doctorul în ?tiin?e biologice I?tvan Fodor, conduc?tor de laborator la Institutul de biochimie ?i fiziologie a microorganismelor din - ora?ul Pu?chino. Conform planurilor savan?ilor, principalul avantaj al acestei substan?e pe lâng? eficacitate trebuie s? devin? ?i producerea ei în cantit??i ce-ar face posibil? vaccinarea în mas? a popula?iei. Vaccinul contra icterului, elaborat în SUA, se f?cea din sângele omului care a suferit de aceast? boal?. Acest vaccin îl cost? pe pacient o sut? de dolari. Bazându-se pe datele ingineriei genetice, grupul ?tiin?ific al lui I. Fodor primul în practica medical? a reu?it s? insereze gena hepatitei în genomul vaccinei contra variolei. A fost ob?inut? o vaccin? hibrid?, care poate fi utilizat? contra a dou? boli simultan. Juste?ea presupunerilor, f?cute de c?tre savan?i, au confirmat-o ?i examenele de laborator. În sângele iepurilor de cas?, c?rora li s-a administrat preparatul recombinat, au fost descoperi?i anticorpi nu numai contra variolei, dar ?i contra hepatitei. Experien?ele efectuate, asupra animalelor nu puteau fi, îns?, absolut conving?toare. Doar hepatita e o boal? de care sufer? în primul rând oamenii. Savan?ii din laboratorul doctorului Fodor au luat benevol decizia de a deveni primii oameni în lume vaccina?i contra icterului, fiind absolut convin?i teoretic c? aceasta nu poate provoca consecin?e grave. În acest fel unsprezece oameni de pe P?mînt de acum înainte nu mai sunt amenin?a?i de icter. Ace?tia sunt membrii colectivului condus de I. Fodor. Organismul fiec?ruia din ei a ac?ionat la vaccin prin reac?ia imun?. Autorii noii inven?ii sunt convin?i c? în viitorul apropiat vaccinarea în mas? contra hepatitei va deveni posibil? în orice col? al planetei; fiecare vaccin va costa câteva copeici. Astfel pentru întâia dat? o singur? fiol? con?ine un preparat contra a dou? boli – a variolei ?i a icterului. E posibil? oare ob?inerea unui vaccin mai universal? Savan?ii sunt foarte optimi?ti în acest sens. Tehnologia ADN-ului recombinat, ingineria genic? ?i noile metode de biotehnologie vor permite, probabil, crearea de vaccinuri care «ar func?iona» simultan contra unei serii de virusuri agen?i patogeni ai bolilor infec?ioase. Biologia virusurilor permite «înghesuirea» în genomul vaccinului de variol? înc? a dou?zeci-treizeci de gene. Astfel dup? vaccinare organismul omului va ob?ine un scut sigur contra multor boli. Unul dintre domeniile medicinii, în care este deosebit de necesar? interven?ia ingineriei genice, este endocrinologia. Aceast? ?tiin?? studiaz? bolile legate de tulburarea cre?terii ?i dezvolt?rii organismului, precum ?i tulbur?rile metabolismului provocate de insuficien?a sau excesul unor proteine speciale – a hormonilor. Hormonii se sintetizeaz? în anumite organe ale animalelor ?i omului ?i este imposibil a-i ob?ine în cantit??i mai mari în afara ingineriei genice. De exemplu, pentru a se produce un miligram de hormon tiroliberin? a fost nevoie s? se prelucreze 7 tone de hipotalamus, luate de la 5 milioane de oi. Unul din primii hormoni ob?inu?i de ingineria genic? în celulele colibacilului a fost somatostatina, despre care am mai relatat. Ea este elaborat? în organism de hipotalamus (o gland? ce se afl? la baza creierului). Somatostatina regleaz? secre?ia hormonului cre?terii (somatotropinei) ?i a insulinei. Ea se folose?te pentru tratamentul acromegaliei ?i diabetului. Cu ajutorul somatotropinei, ob?inute ?i ea prin metodele ingineriei genice, le putem ajuta oamenilor cu în?l?imea de 120–130 centimetri s? mai creasc?. Unii pacien?i cresc timp de un an cu 3 cm, ?i nu numai în perioada copil?riei, ci ?i în cea a adolescen?ei. Medicii lituanieni au reu?it s?-i fac? s? creasc? pe oamenii de 25–28 de ani. Aceste date confirm? o dat? în plus posibilit??ile mari de care dispune terapia hormonal?. Insuficien?a în organism a hormonului pancreasului, a insulinei, provoac? o boal? grav? – diabetul zaharat. Peste 60 de milioane de oameni din lumea întreag? sufer? de aceast? boal?, care se transmite ?i prin ereditate ?i care ocup? locul trei, în ce prive?te cazurile de mortalitate, dup? bolile cardio-vasculare ?i canceroase. Num?rul bolnavilor de diabet spore?te cu fiecare an ?i insulina, ob?inut? prin metoda tradi?ional? din pancreasul porcilor ?i vi?eilor, nu mai ajunge. Chiar mai mult, preparatul provoac? unor bolnavi, mai alee copiilor, reac?ii alergice. De aceea s-a propus ob?inerea insulinei de la om, nu de la animale prin metodele ingineriei genice. Au fost elaborate dou? metode de ob?inere a insulinei. Prima – clonarea artificial? a genei sintetizate a insulinei. Dac? sintetizarea genei pe cale chimic? este dificil?, atunci se procedeaz? la o metod? de ocol. Din celulele eucario?ilor se separ? o gen? matur? (ARNi) de insulin?. Apoi, cu ajutorul fermentului, a transcriptazei reversibile (revertazei) din acest ARNi se ob?ine o copie complementar? a ADN-ului – ADNc. Catena ARNi este distrus? ?i cu ajutorul fermentului ADN-polimeraza este sintetizat? o a doua caten? ADNc. Pentru a se putea insera în vector-gena sintetizat?, cu ajutorul ligazei se sutureaz? la capetele ei succesiuni nucleotidice scurte – lincherii. Lincherii au o structur? de nucleotide pe care o recunosc restrictazele. În continuare construirea vectorului hibrid se face pe cale obi?nuit?. Dup? prelucrare cu restrictaz? a vectorului ?i a ADNc cu ajutorul ligazei se ob?ine un ADN recombinat, care poate func?iona în celula bacterian?. Dar, pentru ca noua gen? s? func?ioneze eficace, în componen?a moleculei recombinate, înaintea ei, se pune un promotor bacterial ?i un sector de ADN responsabil pentru leg?tura dintre ARNi cu ribozoma bacterian?. Abia dup? aceasta încep s? se produc? moleculele de proinsulin? în bacterie. Molecula de insulin? este compus? din dou? catene proteice: catena A cu o lungime de 21 de aminoacizi ?i catena B constituit? din 30 de aminoacizi. Catenele sunt legate între ele prin leg?turi bisulfide. De aceea cea de-a doua metod? de ob?inere a insulinei se bazeaz? pe sintetizarea artificial? a genelor catenelor A ?i B în form? de ADN. Aceasta se ob?ine cu ajutorul «ma?inii genice», al c?rei principiu de func?ionare a fost examinat. Se sintetizeaz? separat catena A a ADN-ului cu lungimea de 63 de nucleotide ?i catena B cu lungimea de 90 de nucleotide. La capetele ambelor catene se sutureaz? câte trei nucleotide, care codific? aminoacidul metionina, ?i cu ajutorul unei plazmide cu promotor bacterian ?i a genei ?- galactozidazei sunt reunite într-un ADN recombinat, care transform? bacteriile. În acest fel colibacilul «în?elat» de prezen?a promotorului s?u propriu ?i de gena ?-galactozidazei sintetizeaz? totodat? ?i insulina. La început se produce o protein? intermediar?, care con?ine r-galactozidaz? ?i proinsulin?. Apoi ?-galactozidaza se separ?, ac?ionând asupra tripletei metioninei cu ajutorul bromcianului. Dup? aceasta ambele catene proteice se unesc într-o molecul? de valoare complect? de insulin?, care este separat? ?i purificat? minu?ios. Aceast? metod? de ob?inere a insulinei are avantaje, ?i în primul rând pentru c? dispare munca dificil? de ob?inere a genei dintr-o surs? natural? din celulele pancreasului. Primele loturi de insulin?, ob?inute prin metod? de inginerie genic?, au fost deja livrate pe pia?a mondial?. De la un fermentor cu o capacitate de 2000 litri, în care se cresc bacterii cu ADN recombinat, se ob?in 100 g de insulin? pur?. Prin metoda tradi?ional? un asemenea rezultat se ob?ine dup? prelucrarea a 275 chilograme de pancreas de porc. Se efectueaz? lucr?ri intense de producere prin metoda ingineriei genice ?i a altor preparate medicamentoase: hormonul glandei tiroide – calcitoninei, factorului VIII, urochinazei, plazminogenei ?. a. Calcitonina este o protein? ce con?ine 32 de aminoacizi ?i care fere?te oasele de pierderea calciului în timpul cre?terii organismului ?i gravidit??ii. A?a-numitul factor VIII este un medicament de care au nevoie oamenii ce sufer? de o boal? ereditar? grea – de hemofilie, când sângele nu se coaguleaz?, fapt ce provoac? hemoragii mari ?i chiar moartea. Acest factor îi restituie sângelui capacitatea de a se coagula. Este absolut contrarie ac?iunea celorlalte dou? preparate – a urochinazei ?i a activatorului tisular plazminogenei. Ele sunt destinate resorb?iei trombilor, care apar deseori în cursul na?terii, bolilor infec?ioase ?i dup? opera?iile chirurgicale. Deseori trombii cauzeaz? atacuri de cord ?i accidente vasculare cerebrale. În centrul aten?iei ingineriei genice se afl? ?i un grup mare de hormoni speciali – neuropeptidele (unul din ei este ?-endorfina), care ac?ioneaz? asupra sistemelor creierului ?i ?in de senza?ia durerii. Majoritatea substan?elor farmaceutice ob?inute pân? în prezent prin metodele ingineriei genice au o însu?ire comun? – toate sunt produse naturale ale organismului uman ?i servesc drept scut contra diferi?ilor du?mani. Uneori ele se afl? în cantit??i insuficiente pentru ca organismul s? poat? s?-i înving? singur pe vr?jma?i. În aceste cazuri introducerea proteinelor proprii omului îi va ajuta s? biruie boala sau s?-?i u?ureze starea. 16.3 Genoterapia ?i perspectivele ei Domeniul cel mai tân?r ?i cel mai atractiv al medicinei, dar deocamdat? înc? pu?in accesibil ingineriei genice, se - consider? terapia genelor. Aceast? direc?ie, abia ap?rut?, a stârnit bucluc. În anul 1980 în SU A o fat? de 21 de ani, care suferea de talassemie, a fost supus? terapiei genice, dar tratamentul a e?uat. Ideea terapiei genelor a r?mas, totu?i, la ordinea zilei. În octombrie 1985, dup? o discu?ie ce-a durat ?apte luni în SUA au fost adoptate ni?te reguli de care trebuie s? ?in? cont savan?ii care se ocup? cu problemele terapiei genelor. În etapa actual? este permis? numai terapia somatic? ?i sunt interzise opera?iile care pot conduce la modific?ri ereditare. În sens larg terapia genelor include atât profilaxia, cât ?i tratamentul bolilor genetice. Pentru profilaxia bolilor ereditare se cer metode de diagnosticare prenatal?. Apar aici multe probleme ce ?in de conceperea copilului de c?tre p?rin?ii purt?tori ai acestor boli. Din cele peste 500 de boli cromozomice, câteva zeci ?in de anomalii foarte mari ale cromozomilor care pot fi diagnostica?i la microscop. Aici se înscrie ?i tulburarea balan?ei cromozomilor sexuali, motiv ce nu permite dezvoltarea complect? a sistemului sexual ?i care provoac? apari?ia sindromului Clainfelter la b?rba?i (XXV – un cromozom de prisos) ?i ?ere?evschii-Turner la femei (XO – lipse?te un cromozom X), precum ?i anomalii în perechile 21, 18 ?. a. de autozome. Aceste anomalii pot fi eviden?iate atât la p?rin?i (astfel se poate prezice posibilitatea mo?tenirii lor la copii), cât ?i la f?t. Sarcina const? în diagnosticarea cât mai devreme a acestor anomalii. |
|
© 2007 |
|