Изучение наследственности организма и возможности передавать основные данные в виде кода от организма к организму является основой генной инженерии. В учебнике биологии за 11 класс генетика человека кратко изучается, даются основные термины, применяющиеся при изучении генетического материала. Но вопросы, которые касаются молекулярной инженерии, затрагиваются мало. Основной термин характеризуется как наука об изменчивости и наследственности.
Краткая история
Наблюдение за тем, как живые существа наследуют качества своих родителей было основой для дальнейшего развития науки. Ещё в древние времена люди использовали эти наблюдения в сельском хозяйстве, чтобы выращивать разные культуры и создать для них максимально комфортные условия. Позже появились наработки в селекционном выведении.
Что касается современной генетики, то за её основу были взяты работы монаха-августинца Грегора Менделя. Впервые слово «генетика» использовал венгерский ученый Имре Фестерик, изучающий основы науки и позже описавший несколько основных правил наследования в своих трудах. Им был издан «Генетический закон природы». А также учёный сумел изучить основные принципы мутации и даже описал их.
Работе Менделя предшествовали и другие изучения. Например, благодаря трудам Дарвина стало известным, что индивиды наследуют среднее значение черты от обоих родителей.
Работа Менделя в этом плане была более точной, ведь основывалась на примерах, где гены детей формировались не из смеси генов родителей, а из комбинаций отдельных генов. Смешивание признаков так и объяснялось как результат влияния разных генов. Ещё одной теорией, что получила признание, стало наследование приобретённых характеристик. Смысл её заключался в том, что люди могли наследовать черты, укреплённые их родителями.
Позже эту теорию ассоциировали с именем Жана Ламарка и считали её неверной, так как опыт отдельных людей не может повлиять на генетический код и вызвать в нём изменения. Это скорее касалось понятия фенотипа, который как раз формируется под влиянием факторов окружающей среды.
Наука о человеческом коде развивалась и благодаря другим теориям Дарвина и дополнениями Фрэнсиса Гальтона. Сегодня эта наука состоит из разных подтипов и благодаря современным технологиям может не только раскрывать информацию, но и помогать в плане совершенствования человеческих качеств и даже изменений генов на уровне передачи от родителей к детям.
Ген и генетический код
Геном является закодированная последовательность аминокислот, что применяется для синтеза белка. Это часть молекулы ДНК. С помощью процессов транскрипции и трансляции кодируется генетическая информация. В одной молекуле ДНК могут быть зашифрованы тысячи разных белков, но благодаря тому, что разные гены «включены» в свои активы в организме не происходит только один процесс.
Каждая клетка в человеческом теле отвечает за реализацию строго одного или двух генов. Они определены заранее в генетическом коде и поэтому вид может продолжаться, давая потомкам такие же инструкции. Что касается особенностей способа кодирования аминокислот, то для всех живых организмов он будет одинаковым. Благодаря техническим достижениям в области генной инженерии можно выделить ряд особенностей генетического кода:
- Триплетность. Каждая аминокислота соответствует трём нуклеотидам (триплет ДНК, кодон и РНК).
- Непрерывность. Информация считывается непрерывно, ведь в генах нет знаков препинания или элементов, которые бы отвечали за остановку процесса. Между генами, что занимаются кодированием разных белков, могут быть стоп-кодоны. Благодаря этому прослеживается чёткое развитие организма и можно описать его жизненный путь со всем функционалом. Если бы информация с белка считывалась постоянно и между разными генами этот процесс был бы беспрерывным, то контролировать мутации было бы нереально и сама кодификация стала бы динамичной, состоящей из разных постоянно изменяющихся кодов.
- Неперекрываемость означает прикрепление нуклеотида только к одному составу триплета. Это важный элемент в плане изучения и развития генетики.
Специфичность и избыточность также относятся к особенностям генетического кода. Детальное изучение всех элементов характеристики даёт возможность проводить исследования и изучать возможности кода человека.
Гамета и методы генетики
Благодаря половым клеткам возможен процесс размножения и передачи набора генов от одного организма к другому. Человеческий мир не смог бы развиваться и существовать без наличия этой отправной точки зарождения новой жизни. Гаметы определяются генотипом организма. Благодаря процессам, что происходят в гамете позже ребёнок развивает в себе одну хромосому от отца и одну от матери.
Существует несколько методов, из которых состоит эта наука. Наиболее популярным является гибридологический. Смысл метода в изучении свойств организма через скрещивание его с родственной формой и анализом основных признаков потомства. На его основе развивалась генетика на протяжении столетий. К дополнительным методам относятся:
- Цитогенетический. Значение метода в детальном изучении строения и числа хромосом.
- Биохимический. Изучает возможности изменения организма после влияния на генотип. В таком случае проявляются биохимические реакции, что могут отразиться на следующих поколениях.
- Онтогенетический метод изучает проявление гена в процессе онтогенеза.
- Популяционный. Генетические изменения прослеживаются на основе изучений особенностей популяций. Можно узнать распространение отдельных генов в популяции и вычислить частоту генотипов.
Благодаря родословному методу можно охарактеризовать тип и характер наследования признаков. Реже встречается близнецовый метод, в основе которого изучение генетики близнецов.
Благодаря возможностям генной инженерии можно не только описать развитие генотипа организма, но и искусственным путём изменить его, добавив те качества и характеристики, что помогут организму в будущем и, возможно, передадутся его детям.
В старших классах ученики пишут доклады, рефераты и сообщения, тема которых раскрывает типы методик генетики.
Теория наследственности
Благодаря детальному изучению генетики пола учёными было выявлено не только основные качества организма, но и найдено возможности дальнейшего влияния и корректировки процесса. Благодаря этому родители уже сегодня могут предугадывать пол ребёнка. Морган и его сотрудники сформулировали основные положения хромосомной теории наследственности, чтобы было понятно, как в дальнейшем влиять на этот процесс или дополнять его новыми методами. В учебниках не всегда перечисляются все элементы, но ключевые можно изучить, к ним относятся:
- Гены всегда находятся в хромосомах.
- Каждая хромосома может содержать большое количество генов, но не все будут активно одновременно «включаться» в процесс развития организма.
- Те гены, что располагаются в одной хромосоме вместе и наследуются таким же образом. Благодаря этому формируются целые группы сцепления, отвечающие за определённые процессы в организме на разных этапах его развития.
- Группы сцепления не меняются, ведь хромосомы хранят свою целостность и индивидуальность на протяжении всего цикла в организме. Что касается числа групп сцепления, то они равны гаплоидному числу хромосом.
- Расположение генов в хромосомах чётко иерархизировано. Для передачи информации и развития организма это линейный порядок размещения, который также не меняется на протяжении всей жизни организма.
- Может соблюдаться определённая частота нарушений сцепления между генами, которая всегда пропорциональна значению расстояния между ними.
Понимание этих элементов и использование полученных знаний в генной инженерии привело современных специалистов к возможности формировать и изменять генетическое картирование. Произошло первое развитие генетических карт и появились возможности менять генетический код. Это используется в медицинской генетике для того, чтобы лечить людей от сложных генных болезней, таких как нарушение зрения, проблемы с функционированием органов или врождённые недостатки.
Что касается нехромосомного наследования, то роль влияния плазмидов на формирование генотипа и возможные реакции организма ещё недостаточно изучена. Благодаря современным технологиям, что применяются в генной инженерии и других биологических науках можно говорить о проведении исследований, существенно меняющих будущее человека.
