Как сделать мутацию в существа сонариа

Добавил пользователь Алексей Ф.
Обновлено: 05.10.2024

Мутация генов, как полагают ученые, это двигатель эволюции всего живого. К мутациям генов относятся любые изменения молекулярной структуры ДНК, независимо от их локализации и влияния на жизнеспособность. Рассказываем, как изменения генов влияют на человеческую жизнь.

Основные характеристики гена

В настоящее время в молекулярной биологии установлено, что гены — это участки ДНК, несущие какую-либо целостную информацию — о строении одной молекулы белка или одной молекулы РНК. Эти и другие функциональные молекулы определяют развитие, рост и функционирование организма.

В то же время каждый ген характеризуется рядом специфических регуляторных последовательностей ДНК, таких как промоторы, которые принимают непосредственное участие в регулировании проявления гена.

Таким образом, понятие гена не ограничено только кодирующим участком ДНК, а представляет собой более широкую концепцию, включающую в себя и регуляторные последовательности.

Гены могут подвергаться мутациям — случайным или целенаправленным изменениям последовательности нуклеотидов в цепи ДНК. Мутации могут приводить к изменению последовательности, следовательно, изменению биологических характеристик белка или РНК, которые, в свою очередь, могут иметь результатом общее или локальное измененное или анормальное функционирование организма.

Такие мутации в ряде случаев являются патогенными, так как их результатом является заболевание, или летальными на эмбриональном уровне. Однако далеко не все изменения последовательности нуклеотидов приводят к изменению структуры белка (благодаря эффекту вырожденности генетического кода) или к существенному изменению последовательности и не являются патогенными.

Как работает молекулярная эволюция?

Репликация ДНК по большей части чрезвычайно точна, однако ошибки случаются. Частота ошибок в эукариотических клетках может составлять всего 10 −8 в нуклеотиде на репликацию, тогда как для некоторых РНК-вирусов она может достигать 10 −3 . Это означает, что в каждое поколение каждый человек в геноме накапливает 1-2 новые мутации.

Небольшие мутации могут быть вызваны репликацией ДНК и последствиями повреждения ДНК и включают точечные мутации, в которых изменяется одно основание, и мутации со сдвигом рамки, в которых одно основание вставляется или удаляется.

Большие мутации могут быть вызваны ошибками в рекомбинации, чтобы вызвать хромосомные аномалии, включая дублирование, перегруппировку или инверсию больших участков хромосомы.

Кроме того, механизмы восстановления ДНК могут вносить мутационные ошибки при восстановлении физического повреждения молекулы. Восстановление, даже с мутацией, является более важным для выживания, чем восстановление точной копии, например, при восстановлении двухцепочечных разрывов.

Размер генома и количество генов, которые он содержит, значительно варьируют у таксономических групп. Наименьший геном встречаются у вирусов и вироидов (которые действуют как один некодирующий ген РНК).

И наоборот, растения могут иметь очень большие геномы, в рисе содержатся более 46 000 генов, кодирующих белок. Общее количество кодирующих белок генов (протеома Земли), которое оценивалось в 2007 году в 5 млн последовательностей, к 2017 году было снижено до 3,75 млн.

Причины мутаций

Мутации бывают:

Спонтанные мутации возникают самопроизвольно на протяжении всей жизни организма в нормальных для него условиях окружающей среды с частотой на нуклеотид за клеточную генерацию организма около от 10 −9 до 10 −12.

Индуцированными мутациями называют наследуемые изменения генома, возникающие в результате тех или иных мутагенных воздействий в искусственных (экспериментальных) условиях или при неблагоприятных воздействиях окружающей среды.

Мутации появляются постоянно в ходе процессов, происходящих в живой клетке. Основные процессы, приводящие к возникновению мутаций, — репликация ДНК, нарушения репарации ДНК, транскрипции и генетическая рекомбинация.

Многие спонтанные химические изменения нуклеотидов приводят к мутациям, которые возникают при репликации. Например, из-за дезаминирования цитозина напротив гуанина в цепь ДНК может включаться урацил (образуется пара У-Г вместо канонической пары Ц-Г).

Из процессов, связанных с рекомбинацией, наиболее часто приводит к мутациям неравный кроссинговер. Он происходит обычно в тех случаях, когда в хромосоме имеется несколько дуплицированных копий исходного гена, сохранивших похожую последовательность нуклеотидов. В результате неравного кроссинговера в одной из рекомбинантных хромосом происходит дупликация, а в другой — делеция.

Спонтанные повреждения ДНК встречаются довольно часто, такие события имеют место в каждой клетке. Для устранения последствий подобных повреждений имеются специальные репарационные механизмы (например, ошибочный участок ДНК вырезается и на этом месте восстанавливается исходный). Мутации возникают лишь тогда, когда репарационный механизм по каким-то причинам не работает или не справляется с устранением повреждений.

Какие бывают мутации

Существует несколько классификаций мутаций по различным критериям. Мёллер предложил делить мутации по характеру изменения функционирования гена на гипоморфные (измененные аллели действуют в том же направлении, что и аллели дикого типа.

Синтезируется лишь меньше белкового продукта), аморфные (мутация выглядит, как полная потеря функции гена, например, мутация white у Drosophila), антиморфные (мутантный признак изменяется, например, окраска зерна кукурузы меняется с пурпурной на бурую) и неоморфные.

В современной учебной литературе используется и более формальная классификация, основанная на характере изменения структуры отдельных генов, хромосом и генома в целом.

В рамках этой классификации различают следующие виды мутаций:

Геномные — полиплоидизация и анеуплоидия — изменение числа хромосом, не кратное гаплоидному набору. В зависимости от происхождения хромосомных наборов среди полиплоидов различают аллополиплоидов, у которых имеются наборы хромосом, полученные при гибридизации от разных видов, и аутополиплоидов, у которых происходит увеличение числа наборов хромосом собственного генома, кратное n.
Хромосомные. При хромосомных мутациях происходят крупные перестройки структуры отдельных хромосом. В этом случае наблюдаются потеря (делеция) или удвоение части (дупликация) генетического материала одной или нескольких хромосом, изменение ориентации сегментов хромосом в отдельных хромосомах (инверсия), а также перенос части генетического материала с одной хромосомы на другую (транслокация).
Генные. На генном уровне изменения первичной структуры ДНК генов под действием мутаций менее значительны, чем при хромосомных мутациях, однако генные мутации встречаются более часто. В их результате происходят замены, делеции и вставки одного или нескольких нуклеотидов, транслокации, дупликации и инверсии различных частей гена. В том случае, когда под действием мутации изменяется лишь один нуклеотид, говорят о точечных мутациях.

Последствия мутаций для клетки и организма

Мутации, которые ухудшают деятельность клетки в многоклеточном организме, часто приводят к уничтожению клетки (в частности, к программируемой смерти клетки, — апоптозу).

Если внутри- и внеклеточные защитные механизмы не распознали мутацию, и клетка прошла деление, то мутантный ген передастся всем потомкам клетки, и чаще всего приводит к тому, что все эти клетки начинают функционировать иначе.

Мутация в соматической клетке сложного многоклеточного организма может привести к злокачественным или доброкачественным новообразованиям, мутация в половой клетке — к изменению свойств всего организма-потомка.

В стабильных (неизменных или слабо изменяющихся) условиях существования большинство особей имеют близкий к оптимальному генотип, а мутации вызывают нарушение функций организма, снижают его приспособленность и могут привести к смерти особи.

Однако в очень редких случаях мутация может привести к появлению у организма новых полезных признаков, и тогда последствия мутации оказываются положительными; в этом случае они являются средством адаптации организма к окружающей среде и, соответственно, называются адаптационными.

Роль мутаций в эволюции

При существенном изменении условий существования те мутации, которые раньше были вредными, могут оказаться полезными. Таким образом, мутации являются материалом для естественного отбора.

Так, мутанты-меланисты (темноокрашенные особи) в популяциях березовой пяденицы в Англии впервые были обнаружены учеными среди типичных светлых особей в середине XIX века. Темная окраска возникает в результате мутации одного гена. Бабочки проводят день на стволах и ветвях деревьев, обычно покрытых лишайниками, на фоне которых светлая окраска является маскирующей.

В результате промышленной революции, сопровождающейся загрязнением атмосферы, лишайники погибли, а светлые стволы берез покрылись копотью. В результате к середине XX века (за 50-100 поколений) в промышленных районах темная морфа почти полностью вытеснила светлую.

Было показано, что главная причина преимущественного выживания черной формы — хищничество птиц, которые избирательно выедали светлых бабочек в загрязненных районах.

Проблема случайности мутаций

В 1940-е годы среди микробиологов была популярна точка зрения, согласно которой мутации вызываются воздействием фактора среды (например, антибиотика), к которому они позволяют адаптироваться. Для проверки этой гипотезы был разработан флуктуационный тест и метод реплик.

Флуктуационный тест Лурии — Дельбрюка заключается в том, что небольшие порции исходной культуры бактерий рассеивают в пробирки с жидкой средой, а после нескольких циклов делений добавляют в пробирки антибиотик. Затем (без последующих делений) на чашке Петри с твердой средой высевают выживших устойчивых к антибиотику бактерий.

Тест показал, что число устойчивых колоний из разных пробирок очень изменчиво — в большинстве случаев оно небольшое (или нулевое), а в некоторых случаях очень высокое. Это означает, что мутации, вызвавшие устойчивость к антибиотику, возникали в случайные моменты времени как до, так и после его воздействия.

Как выявляют мутации генов?

Сначала у пациента берется биологический материал (кровь, моча, биоптат мышц и др), из них с помощью специальных методик выделяется ДНК. Затем путем специфических методов полученный нами образец ДНК подготавливается к секвенированию гена.

Дальше выявляется, где конкретно у данного пациента произошла замена одного или нескольких нуклеотидов (или какие-либо другие изменения делеции, вставки и т. д).

Молекулярно-генетическое обследование (поиск мутаций в гене, отвечающем за развитие заболевания) позволяет точно установить диагноз наследственного заболевания.

Вы думаете, что такое возможно лишь в научно-фантастическом кино или в фильме ужасов?
Или это можно встретить только в романах Герберта Уэллса ("Остров доктора Моро") и М.Булгакова ("Собачье сердце")?
Вовсе нет: ученые по всему миру проводят эксперименты по скрещиванию человека и животного.

1. Первое скрещивание подобного типа было успешно проведено в лаборатории Шанхая в 2003 году.
Команда ученых использовала генетический материал человека и кролика. Зародыши развились до этапа формирования стволовых клеток, чего и добивались ученые: такой материал требовался для того, чтобы в перспективе выращивать человеческие органы.
Это не первый случай, когда ученые решались на подобные эксперименты.

Исследователи из США пытались провести похожий опыт гораздо раньше, но их эксперимент не увенчался успехом.

2. Некоторые исследователи утверждают, что в далеком 1967 году китайские ученые уже проводили опыты по созданию пугающего гибрида.
Целью экспериментов было оплодотворение самки шимпанзе человеческой спермой.
Однако в планы ученых вмешалась разгоревшаяся в Китае культурная революция, и проект был приостановлен.
И это к лучшему: потенциальная жизнь такого существа обречена на пожизненное заключение в стенах экспериментальных лабораторий.

3. Клиника Мэйо в Миннесоте использовала генетический материал человека и успешно создала первую гибридную свинью.
Цель эксперимента — изучить, как будут взаимодействовать клетки человека и свиньи.
В результате ученые вывели новое животное, которое, впрочем, ничем внешне не отличалось от своих собратьев.
Но группа крови была уникальной: в природе ничего подобного еще не было.

4. В 2009 году российские и белорусские генетики совместно модифицировали коз для производства грудного молока человека. В перспективе трансгенные козы помогут создавать лекарственные средства и продукты питания из нового молока, по составу близкого к человеческому. Вскоре после этого команда китайских ученых использовала целое стадо крупного рогатого скота для похожих экспериментов. Цель состояла в том, чтобы получить возможность конвейерного производства грудного человеческого молока.

Появится ли диковинка в супермаркетах — узнаем в ближайшем будущем.

5. Одна из самых больших идей в мире биотехнологий сегодня — это возможность выращивания животных с человеческими органами, которые могли бы быть донорами для больных по всему миру. Однако во многих странах столь негуманное отношение к живым существам порицается. Профессор Хиромицу Накаучи покинул Японию и переехал в США, чтобы работать над подобным проектом. Пока ученым удалось вырастить мышиные органы в теле крысы. Тем не менее, это прогресс, и Накаучи настаивает, что с каждым днем команда ученых все ближе подходит к заветной цели.

6. В 2010 году в Институте биологических исследований Salk создали мышь с печенью, практически идентичной человеческой. С помощью этого эксперимента ученые изучали малярию и гепатиты В, С, которыми могут болеть лишь человек и шимпанзе. Эксперименты на родственных человеку животных вызывают бурную реакцию общественности, а мыши с человеческими органами позволяют ученым избежать эту проблему. Ученые полагают, что их исследования приведут к новым прорывам в медицине.

В 2008 году правительство Британии разрешило научному сообществу провести особый генетический эксперимент - после двух лет сомнений и разбирательств ученые получили добро на скрещивание человека с животным.
На данный момент уже существует эмбрион человека-коровы.
Ученые, правда, утверждают, что гибрид так и останется на стадии эмбриона, а его изучение поможет выяснить причину болезни Альцгеймера и лучше понять природу стволовых клеток.
Когда корреспондент "Российской газеты" взял интервью у писателя-фантаста Сергея Лукьяненко и выяснила, кому и зачем нужны полулюди-полузвери и чем мы рискуем, воплощая в жизнь мечты фантастов, тот был крайне возмущен этой затеей и заявил, что в реальности такие эксперименты столь же опасны, как и создание и испытание ядерного оружия, так как "играя с собственной природой, мы очень рискуем.
Не говоря уже о том, что все это выходит далеко за пределы человеческой морали, противоречит всем нормам религии и нравственности.
Человек берет на себя роль Создателя, не имея ни малейшего представления, чем все это может обернуться".
В конце он подчеркнул, что "в фантастике существует такое понятие, как "память о будущем", - действительно, люди порой предсказывают то, что еще только будет создано человечеством.
Кто знает, не воплотятся ли сказки о русалочке в аквариумах научных лабораторий?
Конечно, если это произойдет - а учитывая то, с каких фактов мы начали наш разговор, полностью отрицать такую возможность нельзя, - мир станет совершенно иным.
В нем изменимся и мы.
Я понимаю, что вы хотите сказать - мечты, придания и тайны хотелось бы сохранить неприкосновенными.
Сказку, конечно, жалко, но еще больше я жалею реальность, в которой воплощается то, о чем разумнее было бы лишь фантазировать".

Такие опыты неизбежно заставляют ученых задуматься: где пролегает та грань, после которой вмешательство в чужой организм приводит к изменению самой его сущности?

Предложение не интересует

А вот скрещивание внутри вида — нормальный и естественный процесс. Именно таким образом появляются новые породы домашних животных.

Тонкая красная линия

Эксперименты на человеческих эмбрионах, а также изменение их генома в большинстве стран либо вообще запрещены, либо строго регламентированы и контролируются. Нарушение — уголовная статья. Так, за проведение операции по редактированию генома эмбриона, в результате которого родились двое детей с иммунитетом к ВИЧ, известный китайский генетик Хэ Цзянькуй получил три года тюрьмы и огромный штраф. Не говоря уже о том, что излишнее научное рвение стоило ему работы, карьеры и авторитета. Тут нужно пояснить, что сама исследовательская работа с эмбрионами (в рамках официальных исследований, конечно) не криминал. Но ровно до тех пор, пока не пересечена красная линия.

Речь идет о так называемом правиле 14 дней, которое было предложено в 1979 году в качестве международного стандарта. Суть в том, что к этому моменту у эмбриона начинает формироваться нервная система и он получает возможность в той или иной степени воспринимать окружающий мир.

Соответственно, принципы гуманности не позволяют производить с ним далее какие-либо манипуляции. Эксперимент должен быть прерван до этого срока. Правда, в мае нынешнего года Международное общество исследования стволовых клеток (ISSCR) разрешило выращивание эмбрионов сверх двухнедельного предела. Такие случаи будут рассматриваться в индивидуальном порядке.

Как бы иронично это ни звучало, самым похожим на нас животным является… свинья. Ее физиология (строение и принцип работы организма) наиболее соответствует человеческой. Недаром для трансплантации печени, почек, селезенки и сердца можно использовать органы этих животных.

Родня по ДНК

Сравнивать человека со свиньей считается обидным. Однако наши организмы, как ни странно, очень похожи, говорит первый заместитель генерального директора Научно-практического центра НАН по животноводству доктор наук, академик Иван Шейко:

При таких исходных данных совершенно естественно, что ученые пытаются максимально использовать козыри, которые дала природа. Например, решить проблему донорских органов. Конечно, нужен контроль, потому что никто не застрахован от ошибок. Но давайте посмотрим на проблему с другой стороны. Мы считаем совершенно нормальным употреблять мясо свиней в пищу. То есть изначально не ставим их на одну ступень с собой. Почему же мысль о том, что в теле животного может быть выращен человеческий орган (который спасет кому-то жизнь), кажется крамольной?

Не последнюю роль в нагнетании негативных настроений у людей играют СМИ. Некоторые, не разобравшись в сути вопроса, выдают сенсации о мутантах и тому подобные вещи. В свое время мы тоже пережили достаточно неоднозначную реакцию по поводу белорусских трансгенных коз — продуцентов рекомбинантного человеческого лактоферрина. Сейчас этот препарат уже производится в экспериментальной лаборатории НАН, многие ученые используют его в своих работах и получают награды. Но самое главное — продукт способен значительно улучшить здоровье деток, которые в силу разных причин лишены материнского молока, поскольку он обладает антибактериальными, антивирусными, антимикробными, противовоспалительными, иммуномодулирующими и другими полезными свойствами. А начиналось все с трансгенных животных — коз с внедренным человеческим геном. Могу однозначно сказать: после этого наши парнокопытные не стали похожими на людей. Они просто дают более ценное молоко.

Пример генетического химеризма у людей — человек с двумя наборами ДНК. Такое может произойти, когда две оплодотворенные яйцеклетки или эмбрионы сливаются на ранней стадии беременности. На сегодня официально зафиксировано всего около 40 подобных случаев. Существует также такое понятие, как кровяная химера, — это человек, обладающий сразу двумя группами крови (очень редкая мутация при внутриутробном развитии). В принципе, для любого из нас существует вероятность, что он тоже в какой-то степени химера. Дело в том, что, по данным научных исследований, по меньшей мере восемь процентов неоднояйцевых близнецов на этапе эмбрионального развития абсорбируют (поглощают) клетки своих братьев или сестер. В итоге формируется и рождается только один ребенок. Это самый интересный вид химеризма — тетрагаметический.

В науке химерами называют животных или растения, клетки которых содержат генетически разнородный материал в отличие от обычных организмов, у которых каждая клетка имеет один и тот же набор. От химер следует отличать генетически модифицированные организмы — растения и животных, в клетки которых внедрен какой-то один посторонний ген. Эти понятия очень часто путают, хотя разница существенная.

Тейлор Мюль прославилась в сети благодаря необычному заболеванию. В раннем детстве она часто болела, а с возрастом начала понимать, что с ее организмом происходят необъяснимые процессы. Однажды девушка заметила на животе вертикальную линию, по разные стороны которой кожа отличалась по цвету. После длительных обследований врачи выяснили, что девушка поглотила своего близнеца в утробе на ранних сроках беременности матери. Ей был поставлен диагноз химеризм – редкое явление, когда в человеке сочетаются два набора генов. До сих пор Мюль постоянно болеет. Как оказалось, клетки в организме девушки постоянно подвергаются атаке со стороны иммунной системы ее нерожденного близнеца. Она принимает множество лекарств, придерживается диеты, но ее здоровье все равно очень слабое.

Полная перепечатка текста и фотографий запрещена. Частичное цитирование разрешено при наличии гиперссылки.

В Индии родился очередной мутант, морда которого напоминает человеческое лицо. У ягнёнка вытянутый нос и необычный разрез глаз. Впрочем, это далеко не первый случай мутации животных, которые так пугают людей своей схожестью с человеком. Лайф вспомнил 10 самых шокирующих.

О дальнейшей судьбе ягнёнка, родившегося в индийской деревне, сообщает Daily Mail.

Телёнок появился на свет в июне 2017 года на севере Индии, в местечке Уттар-Прадеш, но не прожил и часа. Тело необычного животного сейчас помещено в специальный прозрачный саркофаг. Дело в том, что местные жители считают, что телёнок с физической аномалией — это одно из воплощений индуистского бога Вишну.

Летом 2015 года необычная аномалия напугала жителей дагестанского села Чиркей. У барашка были ярко выраженные нос, губы и подбородок. По одной из версий, причиной мутации стал переизбыток витамина А в корме, которой выдавали его матери.

Поросёнок, напугавший всех

В феврале 2015 года на китайской ферме у обычной свиноматки родилось 19 поросят. Шок у принимавшего роды Тао Лу вызвал последний в помёте детёныш: на свет появилось нечто с лицом человека и копытами. Поросёнок не смог питаться ни молоком матери, ни смесями, и потому вскоре погиб.

Козлёнок с озлобленной мордой

Очередной мутант родился на ферме в Аргентине в июле 2017 года. По словам одной из фермерш, у козлёнка была деформирована голова, но абсолютно нормальное туловище. Животное прожило около трёх часов. "Я хотела напоить его молоком с ложки, но увидела, что ему трудно дышать. Вскоре он умер", — рассказала она.

Ягнёнок, которого лучше никогда не видеть

Странное создание появилось на свет в турецкой деревне близ города Измир в 2014 году. На опубликованных в Сети кадрах видно, что у только что появившегося на свет ягнёнка очень "человеческая" мордочка. Беременность его матери проходила с осложнениями, поэтому ветеринарам пришлось сделать ей кесарево сечение. Ягнёнок появился на свет мёртвым.

Козлёнок с человеческим лицом родился на одной из ферм в Малайзии в апреле 2016 года. Как рассказал фермер, он был шокирован "лицом", носом, короткими ногами и мягким телом козлёнка. Новорождённое животное умерло почти сразу.

Читайте также: