Ближайшие задачи генетиков кратко

Обновлено: 05.07.2024

Генетика — одна из самых молодых и самых перспективных биологических дисциплин. В зависимости от объекта исследования выделяют генетику растений, животных, микроорганизмов, человека; от используемых методов — молекулярную генетику, биохимическую генетику, цитогенетику; от проблемы, которая стоит перед отдельным направлением, — эволюционную генетику, генетику развития, физиологическую генетику и другие. Генетические исследования широко применяют в медицине, сельском хозяйстве, микробиологической промышленности. Существуют целые области прикладной генетики — селекция и генетическая инженерия.

Основоположник науки — Грегор Мендель. Чешский естествоиспытатель и селекционер изучал закономерности наследования признаков у растений. Современная генетика оперирует понятиями, введенными Менделем и его коллегами, и открывает новые горизонты для исследования генов, хромосом, создания новых сортов и пород, лечения заболеваний.

Генетика, ее задачи

Наука изучает материальную основу наследственных признаков, их передачу, изменение, в связи с эволюцией, всего живого на Земле. В поколениях одного и того же вида проявляются определенные особенности морфологического и анатомического строения, физиологические процессы.

Рис. 1. У. Бэтсон

Еще на заре развития земледелия и животноводство люди замечали, что в поколениях передаются признаки от родителей к потомству. Первые научные опыты по изучению наследственности связаны с именем Грегора Менделя (Рис. 2 ).

Рис. 2 Г. Мендель

Рис. 3. Цветки и семена гороха

Значение работы Менделя научное сообщество оценило лишь после повторения его опытов с другими объектами в исследованиях Г. Де Фриза, К. Корренса и Э. Чермака.

Задачи современной генетики:

Дальнейшее изучение строения и свойств материальных носителей, а также хранения, передачи и реализации генетической информации.
Анализ того, как реализуется генетический потенциал в процессе индивидуального развития, как происходят изменения под влиянием окружающей среды.
Выявление основных типов, причин и механизмов изменчивости.
Создание методов исправления генетического материала, например, при заболеваниях.

К задачам науки также можно отнести поиск эффективных способов защиты от факторов, вызывающих мутации. Ведется разработка новых технологий защиты природы.

Современные задачи генетики вытекают из установленных общих закономерностей, характеризующих наследственность и изменчивость.

К этим задачам относится изучение механизма изменения гена, репродукции генов и хромосом, действия генов и контролирования ими элементарных реакций и образования сложных признаков и свойств в целом организме. Кроме того, необходимо изучить взаимосвязь процессов наследственности, изменчивости и отбора в развитии органической природы.

Задачи современной генетики состоят не только в исследовании указанных теоретических проблем, которые лишь в будущем приобретут глубокое практическое значение. Перед генетикой стоят также и более близкие научные задачи, важные для достижения многих практических целей. Генетика призвана разрабатывать пути и методы конструирования наследственной природы животных, растений и микроорганизмов, помочь медицине в разработке методов борьбы с наследственными болезнями.

Генетика, изучая закономерности наследственности и изменчивости, открывает новые пути для селекции. Как известно, сорт растения или порода животного являются средством производства в сельском хозяйстве. Высокопродуктивные сорта растений и

породы животных повышают производительность труда. Хотя выведение сортов и пород является задачей самостоятельной науки — селекции, последняя не может развиваться без изучения законов наследственности и изменчивости, так же как научная медицина не могла бы развиваться без физиологии и микробиологии. Генетика раскрывает новые методы создания пород животных и сортов растений. Необходимость в этих знаниях особенно возрастает в связи с быстрыми темпами развития производительных сил общества, так как возрастает потребность в новых, более совершенных средствах и способах производства, в том числе в новых высокопродуктивных сортах и породах. Приведем некоторые примеры.

В настоящее время на больших посевных площадях выращивается гибридная кукуруза. Гибридные растения этой культуры оказываются более мощными и урожайными, чем чистые сорта. Гибридные семена получают путем скрещивания растений, относящихся к отдельным линиям одного или разных сортов. Так как кукуруза — однодомное растение, то у растений материнской линии приходится удалять мужские соцветия (метелки) с тем, чтобы женские соцветия (початки) опылились пыльцой другой линии. При большом масштабе производства гибридных семян эта работа требует огромных затрат труда.

Генетики на основе изучения наследственности кукурузы открыли явление мужской цитоплазматической стерильности и нашли такие формы, пыльца которых не способна опылять женские цветки. Высевая такую кукурузу в качестве материнской рядом с кукурузой, имеющей нормальную пыльцу, можно обеспечить опыление ее початков нормальной пыльцой отцовской линии без трудоемкой операции обрезания метелок.

Мужская стерильность у кукурузы была открыта в нашей стране М. И. Хаджиновым еще в 1931 г. Позднее это явление было обнаружено у сорго, лука, сахарной свеклы и других ценных растений. Современное производство гибридных семян этих растений строится на принципе использования мужской стерильности.

Приведем другой пример приложения генетики к решению практических задач. После длительной селекции сахарной свеклы при обычных методах отбора наступил как бы предел дальнейшего повышения ее сахаристости. Однако при совместном решении задачи повышения урожайности генетики и селекционеры нашли новый путь. Если сочетать у свеклы гибридность с увеличением наборов хромосом — триплоидностью, то можно получить увеличение сахаристости даже на 1—1,5 %. При этом снижается содержание вредного азота и золы, а также на 20—30% повышается Урожайность ботвы, которая является ценным кормом для скота. В настоящее время благодаря исследованиям А. Н. Луткова и его сотрудников в Институте цитологии и генетики Сибирского отделения АН СССР в Новосибирске получены высокопродуктивные триплоидные растения сахарной свеклы. Управление явлением изменения числа хромосом в клетке приобретает огромное значение для селекции. Этим путем у ряда растений удается резко повысить урожайность, устойчивость к различным заболеваниям и т. д.

Для разработки основ научной селекции имеет кардинальное значение также исследование проблемы наследственной изменчивости под влиянием химических агентов, ультрафиолетовых лучей, а также ионизирующей радиации.

Не менее важна генетика для решения многих медицинских вопросов. Так, по расчетам генетиков, из 3,2 млрд. человек, населяющих земной шар, 10 млн. человек в каждом поколении могут быть поражены различными наследственными болезнями. К числу наследственных болезней относят ряд тяжелых заболеваний нервной системы (эпилепсия, шизофрения), эндокринной системы (кретинизм), крови (гемофилия, некоторые анемии) и т. д. Кроме того, обнаруживается ряд тяжелых дефектов в строении тела человека: короткопал ость, мышечная атрофия и другие, которые также наследственно детерминированы.

Наследственные болезни человека и животных могут быть вызваны как изменением отдельных генов, так и изменением числа отдельных хромосом и их перестройкой. Нормальное развитие человека осуществляется при наличии полного набора, состоящего из 46 хромосом. Но если отсутствует хотя бы одна из хромосом или присутствует добавочная, то в развитии организма возникают глубокие аномалии, приводящие либо к смерти зародыша, либо к тяжелым заболеваниям (кретинизм, идиотизм, бесплодие и другие болезни). С помощью новейших цитологических методов во многих странах развертываются широкие исследования генетических причин различного рода заболеваний, благодаря чему возник новый раздел медицины — медицинская цитогенетика. Знание причин наследственных болезней позволяет более успешно разрабатывать методы предупреждения развития болезней в раннем возрасте и другие врачебные меры.

Одна из ужасных проблем современности — это угроза атомной войны. Ионизирующие излучения, сопровождающие атомный взрыв, представляют двойную опасность для живых организмов. При облучении поражаются не только соматические клетки (клетки тела), но и половые. Изменение первых ведет к различным заболеваниям тканей и органов (лучевая болезнь), изменение вторых — к различным мутациям генов и перестройкам хромосом. Эти мутации могут передаваться следующему поколению. Генетиками выяснена очень важная закономерность действия ионизирующей радиации на наследственность. Установлено, что под влиянием излучений возникают в большом количестве летальные (смертоносные) мутации. Частота и характер возникновения таких мутаций зависят от дозы облучения; при этом эффект суммируется независимо от времени облучения. Следовательно, систематическое действие даже малых доз облучения приводит к накоплению летальных мутаций в наследственности человека, которые прогрессивно увеличивают наследственную смертность, появление уродств и различных тяжелых заболеваний; причем эти наследственные недуги проявятся в последующих поколениях. Поэтому излучения могут представлять большую генетическую угрозу для будущего человечества.

Развитие радиационной генетики стало особенно важным в связи с исследованиями в космосе. В космических полетах человек попадает под действие космических излучений, которые могут влиять на его наследственность, а также и на наследственность организмов, сопровождающих человека при полетах. Отсюда возникает одна из проблем космической генетики — необходимость генетически оценить опасность космических излучений.

Радиационная генетика имеет прямое отношение и к профилактической медицине. Энергия атома, применение различных источников ионизирующих излучений в разных производственных и научных целях входит в современный быт человека. А между тем уже сейчас установлено, что в потомстве людей, особенно женщин, многократно облучавшихся рентгеновыми лучами, возрастает частота новорожденных с патологическими явлениями. Оказывается, даже незначительные, так называемые малые дозы ионизирующего излучения вызывают в хромосомах делящихся клеток глубокие изменения, которые обусловливают наследственные дефекты.

Особую роль генетика стала играть в фармацевтической промышленности в связи с открытием антибиотиков и возникновением генетики микроорганизмов. К сожалению, наша общественность плохо информирована о том, что доступность антибиотиков (пенициллина, стрептомицина, биомицина и др.), спасших многие тысячи жизней, стала возможной благодаря использованию искусственно получаемых наследственных изменений у продуцентов антибиотиков. Эти мутации были получены под влиянием ультрафиолетовых лучей, химических агентов и рентгеновых лучей. Так, за период с 1946 по 1960 г. советским генетикам удалось благодаря отбору мутаций повысить активность штаммов — продуцентов антибиотиков с 200 до 5000 единиц. Это значит, что затраты на производство антибиотиков сократились в 25 раз.

В последнее время перед генетикой встает проблема производства аминокислот для кормления животных и питания человека. Решение этой задачи возможно лишь на основе получения мутантов с высокой продуктивностью аминокислот. Уже теперь получают сотни тонн некоторых аминокислот для питания человека, например глутаминовую кислоту. В будущем значение аминокислот в рационе человека и животных будет возрастать.

В настоящее время вряд ли у кого из биологов остается сомнение в крайней и срочной необходимости критического изучения всего мирового опыта по наследственности человека. Одна из главных задач генетики в СССР заключается в том, чтобы взять в свои руки заботу о развитии генетики человека как науки и охрану наследственности современного и будущих поколений.

Генетические исследования играют большую роль в сельском хозяйстве, микробиологии, генной инженерии. Именно генетика изучает, как предупреждать и лечить наследственные заболевания. Исследования стали научным обоснованием равенства всех рас.

Что такое генетика

Генетика — наука, изучающая универсальные для всех живых организмов свойства: наследственность и изменчивость. Понятие ввел в 1905 году Уильям Бэтсон.

Наследственность — способность организмов передавать следующему поколению физиологические особенности, специфику строения и развития. Под изменчивостью подразумевается способность живых организмов к изменению определенных признаков.

Выделяют 3 этапа развития генетики:

Первый этап связан с открытиями Грегора Менделя. Он обнаружил делимость (дискретность) факторов наследственности. Позднее, в 1909 году эти факторы были названы генами (В. Иогансен). В 1901-1903 годы де Фриз выдвинул мутационную теорию изменчивости.
На втором этапе в центре внимания было изучение особенностей наследования признаков на уровне хромосом. Ученые обнаружили взаимосвязь между хромосомным распределением и менделевскими законами о наследственности. Было установлено, что гены являются участками хромосом. Благодаря исследованиям на этом этапе была сформулирована хромосомная теория наследования.
Третий этап связан с работами на молекулярном уровне. В 1953 году Ф. Крик и Дж. Уотсон создали модель ДНК спиралевидной формы. Она объяснила природу изменчивости. Сформировалась генная инженерия, которая позволила воссоздавать гены, передавать их другим организмам. Начало 21 века в генетике ознаменовалось расшифровкой генома человека.

Предмет и задачи генетики

Предмет генетики — изучение на различных уровнях (молекулярно-генетическом, клеточном, организменном, популяционном) генов, являющихся основой наследственности.

Ген — часть молекулы ДНК, которая определяет последовательность аминокислот, нуклеотидов и признаков организма.

Гены наделены свойствами:

специфичность означает, что для каждого гена существует индивидуальный порядок расположения нуклеотидов;
целостность дает возможность полипептиду существовать как неделимая единица;
дискретность зависит от наличия субъединиц: мутонов или реконов;
стабильность выражается в редких случаях мутации;
лабильность проявляется в способности мутировать;
экспрессивность определяется степенью проявления гена;
плейотропность выражает способность одного гена отвечать за появление нескольких признаков;
пенетрантность определяет частоту проявления генов.

Задачами генетики являются:

Поиск способов, которые позволяют различным организмам (растениям, животным, человеку, бактериям) сохранять генетическую информацию.
Аналитические исследования методов передачи наследственных признаков между поколениями организмов.
Определение особенностей проявления генетической информации в процессе жизнедеятельности и степени воздействия на нее окружающей среды.
Исследование роли изменчивости в процессе эволюции организмов.
Поиск методов, способных исправлять поврежденные геномы.

Виды и разделы генетики

Закономерности наследования и изменчивости изучает общая генетика. В зависимости от объекта изучения выделяют частные виды генетической науки:

вирусов;
бактерий;
растений;
человека;
животных.

По организационному уровню биологических объектов генетика имеет следующую структуру:

цитогенетика;
молекулярная генетическая наука;
феногенетика (онтогенетика);
популяционная.

Эволюционная отрасль исследует генетические изменения организмов в процессе развития жизни на планете, основываясь на наследственности, изменчивости и отборе.

Экологическая генетика исследует механизмы взаимодействия в экосистемах организмов на генетическом уровне. Ее частью является генетическая токсикология, которая прогнозирует и предотвращает последствия негативного воздействия человека.

Клоны овечки Долли доказали значение генной инженерии.

Важную роль играет медицинская отрасль, которая занимается исследованием наследственных заболеваний, определяет риски и диагностирует их на ранних стадиях.

Среди многочисленных систем генетической науки выделяют разделы:

онкогенетика;
геносоматика;
радиационная;
археогенетика;
судебно-медицинская;
биохимическая;
криминалистическая;
геномика;
молекулярная;
физиологическая;
психиатрическая;
генетическая генеалогия;
генетика развития;
биометрическая;
генетика количественных признаков.

Сфера применения генетики

Генетика стала фундаментом для развития селекции. Селекционеры подбирают сорта растений, породы животных с выраженными особенностями для выведения новых видов. Селекция помогает улучшить урожайность, продуктивность сельскохозяйственных животных и птиц (коровы дают больше молока; куры несутся чаще).

Исследовательский центр John Innes в ДНК помидора добавил ген из ДНК львиного зева для увеличения количества антоцианов в томате. Этот пигмент обладает противовоспалительными антираковыми свойствами. Такие помидоры имеют фиолетовую окраску.

Генетические исследования дали возможность разработать лучшие методы для искусственного разведения промысловых рыб.

Генетическая инженерия занимается выведением штаммов бактерий, которые выделяют гормоны роста или интерфероны человека, для последующей генной модификации организмов.

Наибольшее распространение генетика получила в медицине:

Понимание заболеваний. В 2003 году были опознаны все гены человека. Это достижение дало возможность классифицировать болезни с учетом не только симптомов, но и генетических патологий.
Диагностика расстройств. Некоторые хромосомные заболевания, например, синдром Дауна и синдром Тернера, диагностируют при помощи генетических анализов. А появление нарушений в генах BRCA означает риск развития рака молочных желез и яичников.
Определение рисков. Методом генетического скрининга узнают вероятность появления у пары ребенка с отклонениями и диагностируют возможные нарушения в развитии плода.
Выявление реакции на препараты. Определенные гены помогают сделать прогноз, как человеческий организм отреагирует на лекарство и в каких дозах его можно принимать.
Лечение заболеваний. Генетические исследования пораженных клеток помогают развиваться фармацевтической промышленности. Производители в зависимости от этих данных разрабатывают и выпускают нужные лекарства.

Читайте также: