1.7. Как работают гены?

Loading...

Из курса от партнера Novosibirsk State University

ГМО: технологии создания и применение

173 оценки

Novosibirsk State University

ГМО: технологии создания и применение

173 оценки

Знаете, как скрестить мышь с медузой? Или, может быть, хотите научиться собирать конструктор из вируса, человека и быка? В нашем курсе мы расскажем вам о том, какие «пазлы» уже умеют складывать учёные и как трансгенные технологии влияют на нашу жизнь. ГМО — эти три буквы держат в страхе весь мир. Сегодня больше 80% россиян боятся генетически модифицированных организмов, не подозревая о том, что их собственные организмы в своё время уже подверглись генетической модификации. На протяжении миллионов лет вирусы, первые «генные инженеры», успешно меняли геном человека, и каждый из нас на целых 8% вирус. Из нашего курса вы узнаете, что же такое ГМО и зачем человек создал технологии трансгенеза, как работает трансгенная конструкция и какими способами её можно доставить в клетку. Мы познакомим вас с новейшими системами редактирования генома, расскажем о том, как трансгенные животные помогают исследователям в борьбе с наследственными заболеваниями и старением. Вы собственными глазами увидите светящихся рыбок и мышей и побываете в лаборатории, где из опаснейших вирусов делают безопасные для того, чтобы они служили на пользу человечеству. Добро пожаловать на курс «ГМО: технологии создания и применение». Мы научим вас делать из мухи слона!

Из урока

Основы генетической модификации организмов

В первой части курса мы с вам разберём, чем генетически модифицированные организмы отличаются от обычных и расскажем, для решения каких задач создаются модифицированные организмы. Мы также обсудим вопросы безопасности применения ГМО и разберём, какими свойствами можно наделить генетически модифицированный организм. Мы коснёмся технических деталей технологии ГМО: например, ответим на вопросы, как устроена трансгенная конструкция или почему ген от одного организма может работать в геноме другого.

1.7. Как работают гены?7:25

Познакомьтесь с преподавателями

Алексей Мензоров
кандидат биологических наук, старший преподаватель
Кафедра цитологии и генетики факультета естественных наук НГУ
Нариман Баттулин
кандидат биологических наук, старший преподаватель
Кафедра цитологии и генетики факультета естественных наук НГУ
Вениамин Фишман
кандидат биологических наук, преподаватель
Кафедра молекулярной биологии факультета естественных наук НГУ

[МУЗЫКА]

[МУЗЫКА] Мы

уже приводили немало примеров трансгенных организмов.

Я думаю, что настала пора перейти к следующей теме и разобраться с тем,

как же они устроены.

В этой лекции давайте посмотрим, из чего состоит трансгенная конструкция,

какие можно выделить в ней основные части и какие функции выполняют

эти составные части.

Я думаю, что многим знакома фраза «чтобы поймать преступника, нужно думать,

как преступник».

Вот что‐то похожее справедливо и для трансгенеза.

Дело в том, что если вы хотите, чтобы ваш трансген работал в новом геноме,

в новом окружении так, как вы задумали, вам необходимо сделать так,

чтобы трансген, в общем, походил в этом новом окружении на обычный ген.

Собственно говоря, трансген и является обычным генам, но единственное,

что он создан искусственно.

Поэтому для того чтобы понять, из каких частей нужно составлять трансгенную

конструкцию, давайте вспомним, наши школьные знания освежим и узнаем,

и чего состоят обычные гены.

В нашем геноме, который, к слову, состоит из двухцепочечной молекулы ДНК,

насчитывается примерно три миллиарда пар оснований,

то есть таких элементарных единиц ДНК.

По разным оценкам,

в нашем геноме содержится от 20000 до 25000 белок‐кодирующих генов.

При этом средний размер гена составляет 10000–15000 пар оснований.

Если вы любите как‐то визуально представлять различные величины,

то вот вам аналогия.

В каждой клетке нашего тела содержится ДНК, которую если вытянуть в одну линию,

то она будет иметь размер порядка полутора метров.

При этом размер отдельного гена будет составлять всего лишь 0,005 миллиметра,

но это никак не показать.

Зато если объединить все белок‐кодирующие части всех генов вместе,

то получится фрагмент чуть больше двух сантиметров.

То есть это достаточно немного, всего около 1,5 % от общего размера генома.

Все остальные последовательности в геноме являются либо регуляторными,

то есть обеспечивающими правильную работу белок‐кодирующих генов,

либо несут какую‐то функцию, о которой мы пока ещё не знаем, либо вообще не несут

никаких определённых функций, ну то, что грубо называют обычно «мусорная ДНК».

Теперь давайте перейдём к теме, из чего же всё‐таки состоит обычный ген.

И для начала нужно понять, какую функцию выполняют гены в организме.

Если обобщить, то можно сказать, что основная функция гена — это сделать так,

чтобы в клетке в нужный момент появился кодируемый геном белок.

Для выполнения вот этой функции у гена есть несколько составных частей.

Во‐первых, это собственно белок‐кодирующая часть.

На этой схеме, которую вы сейчас видите, она выделена красным цветом.

Ну тут всё понятно, белок‐кодирующая часть — это последовательность,

которая кодирует белок.

Непосредственно перед белок‐кодирующей частью находится участок ДНК,

который называется промотор.

Промотор можно назвать таким менеджером гена, ну самым главным руководителем.

Он задаёт все основные параметры активности гена: когда ген будет работать,

в каких клетках, как долго,

с какой интенсивностью — то есть все самые ключевые параметры активности гена.

Для обеспечения вот этот своей функции в промоторе выделяется небольшая

последовательность, которая непосредственно примыкает к

белок‐кодирующей части, которая называется сайт связывания с РНК‐полимеразой.

РНК‐полимераза — это такой специальный фермент, который садится на промотор

и начинает ехать вдоль гена, создавая РНК‐копию кодирующей части его.

И доезжает таким образом до самого конца гена,

который называется терминатором, или сигналом полиаденилирования.

Как только РНК‐полимераза доезжает до вот этого терминатора, она отваливается с

молекулы ДНК, и таким образом, прекращается синтез РНК‐копии гена.

Этот процесс называется транскрипцией.

Вот эта РНК‐копия гена, которая называется матричная РНК, или мРНК,

по сути является пошаговой инструкцией для синтеза белка.

Все вот эти описанные мною до этого процессы происходят в ядре.

После того как синтезировалась мРНК, она выходит из ядра в цитоплазму,

встречается там со специальным органоидом клетки, который называется рибосомой,

связывается с ней, и рибосома читает инструкцию,

закодированную в мРНК, и синтезирует уже белок.

После того как мРНК синтезировала РНК‐копию гена,

но до того как у этой РНК‐копии синтезируется белок,

с мРНК происходит ещё несколько важных изменений.

И первое изменение называется сплайсинг.

Дело в том, что то, что я называл кодирующей частью гена, на самом деле,

состоит из отдельных блоков.

На этой схеме вы видите их как красные прямоугольники.

Эти блоки действительно кодируют белок и называются экзонами.

Однако между этими блоками есть ещё вставки некодирующих последовательностей,

которые называются интронами.

Суть сплайсинга заключается в том, что из молекулы удаляются интроны,

а экзоны сшиваются вместе.

Таким образом, в результате сплайсинга из молекулы мРНК выкидываются все

некодирующие последовательности, а зрелая мРНК начинает

кодировать белок от самой первой аминокислоты до самой последней

аминокислоты без каких‐либо вставок неинформативных последовательностей.

Что‐то похожее на сплайсинг, можно наблюдать и в обычной жизни.

Если вы, как и я, любите смотреть сериалы по вечерам, то, наверно, смотрите их в

Интернете, потому что по телевизору в каждую серию вставляется несколько блоков

рекламы — назойливой, неинформативной, в общем, которая всех раздражает.

С другой стороны, добрые люди, которые выкладывают серии в Интернет, перед тем,

как их выложить, вырезают из них эти блоки рекламы и соединяют серию воедино.

Можно сказать, что они производят сплайсинг серий.

Ох уж эти сериальщики, я думаю,

придётся теперь ещё и из лекции все эти шуточки неинформативные повыкидывать.

Помимо сплайсинга, с мРНК происходит ещё несколько значимых событий.

Во‐первых, на самое начало молекулы мРНК навешивается

специальная химическая модификация, которая называется 5'‐кэп.

С другой стороны, с конца молекулы, к молекуле мРНК присоединяется длинная

последовательность из одинаковых адениновых нуклеотидов,

так называемый поли‐А хвост.

5'‐кэп и поли‐А хвост повышают стабильность молекулы мРНК.

Это значит, что с каждой молекулы может синтезироваться больше молекул белков.

Таким образом, эти две модификации увеличивают выход белка,

который кодируется нашим геном.

Если подводить итог, то можно сказать, что ген — это последовательность ДНК,

которая обеспечивает появление в клетках соответствующего белка.

Для этого у каждого гена есть белок‐кодирующая часть, есть промотор,

с которым связывается РНК‐полимераза, и начинается процесс транскрипции.

РНК‐полимераза проезжает вдоль гена вплоть до участка,

который называется сигнал полиаденилирования.

В принципе, все вот эти основные части — три — есть и в трансгенных конструкциях.

И таким образом,

эти три части являются минимальной комплектацией трансгенной конструкции.

Ознакомьтесь с нашим каталогом

Присоединяйтесь бесплатно и получайте персонализированные рекомендации, обновления и предложения.

Coursera делает лучшее в мире образование доступным каждому, предлагая онлайн-курсы от ведущих университетов и организаций.

© Coursera Inc., 2018 Все права защищены.

Загрузить из App Store

Загрузить в Google Play