Lidský karyotyp, specifika lidské genetiky, způsoby výzkumu, využití.

Mutace – dělení podle vzniku, rozsahu a typu zasažené buňky a její životaschopnost, dědičné choroby a dispozice.

• Zvláštnosti lidské genetiky:
  • Na člověku nelze z etických důvodů provádět některé experimenty a selekce
  • Člověk má většinou za život velmi malé množství potomků
  • Generační doba člověka je velmi dlouhá, genetik může sledovat max. 4 generace
  • Fenotyp je do velké míry ovlivňován vnějším prostředím (sociální podmínky) – polygenní znaky
  • Velká složitost lidského genomu – 50000 genů
  • Člověk se často kříží pouze s jedinci z určité populace (stejný národ, společenská vrstva, stejné vyznání)
• Metody zkoumání:
  • Genealogie
  • Výzkum dvojčat – jednovaječných
  • Zkoumání populací
  • Studium lidského genomu – HUGO – Human Genom Organisation
  • Genealogie
    • Pomocí genealogické metody se sestaví rodokmen a sledují se výskyty sledovaných znaků v rodinách
    • Na základě výskytu, četnosti opakování a pohlaví nositelů znaku se vyvodí způsob dědičnosti tohoto znaku a také se pokusit odhadnout výskyt znaku u další generace
    • Největší využití tak má tato metoda v klinické genetice, kde slouží pro predikci rizika, na základě rodinné anamnézy (tedy výskytu choroby v rodině)
  • Výzkum dvojčat
    • Monozygotní (0,3%)
      • Z 1 vajíčka a 1 spermie vzniká oplozené vajíčko, které se před rýhováním dělí na 2
      • Totožná genetická informace
      • Vždy stejného pohlaví
      • Dokazují vliv prostředí na fenotyp
    • Dizygotní (1,2%)
      • Ze 2 vajíček a 2 spermií vznikají 2 oplozené vajíčka
      • 50% společné genetické informace – jako sourozenci
      • Stejného i opačného pohlaví
      • Pro genetiku méně významní

Mutace

• Změny genetické informace vyvolané působením tzv. mutagenních faktorů (mutagenů)
• Dělení podle vzniku:
  • Spontánní
  • Indukované
• Spontánní
  • Nahodilé
  • Vznikají bez zásahu člověka
  • Nepatrná četnost, zvyšuje se zhoršujícím životním prostředím
  • Chyby při replikaci, transkripci – opravné systémy = DNA-polymeráza, reparační enzymy, mohou chybu napravit
  • Pravděpodobnost chyby – v řádech 10^-7
• Indukované
  • Vyvolané člověkem (i když sám nechce)
  • Mutageny = faktory vyvolávající mutace
    • Nežádoucí produkty vnějšího prostředí, které mohou poškodit genetickou informaci
    • Kancerogeny – vznik rakovinných bujení
    • Teratogeny – poškozují plod
  • Fyzikální:
    • 1) UV záření
      • Zdrojem je Slunce
      • Nebezpečné hlavně kvůli slábnoucí ozonové vrstvě
    • Jiná záření – rentgenové, gama záření,…
  • Chemické:
    • 1) aromatické uhlovodíky
      • V tabákovém kouři a produktech spalování
    • 2) barviva – např. akridinová barviva
    • 3) organická rozpouštědla
    • 4) součástí plastů (PCB), hnojiv, herbicidů, insecticidů (DDT) i léčiv
    • 5) bojové látky
  • Biologické:
    • 1) viry – některé viry (retroviry) mohou porušit sekvenci některého struktur. genu, nebo jeho regulační oblasti, promotor aj.
  • Dělení podle rozsahu:
    • Genové (bodové)
    • Chromozomové
    • Genomové
  • Genové
    • Změna v rámci genu, probíhají na molekulární úrovni, probíhají na úrovni vlákna DNA
    • A) Adice
      • = inzerce
      • Zařazení jednoho nebo více nadbytečných nukleotidových párů
      • Dojde k posunu čtecího rámce nebo k předčasnému ukončení proteosyntézy vznikem terminačního kodonu
      • Např. ACUGUCCA – ACUGGUCCA
    • B) Delece
      • Jde o ztrátu 1 nebo více nukleotidů původní sekvence
      • Účinek podobný jako adice
      • Např. ACUGUCCA – ACU_UCCA
    • C) Substituce
      • Náhrada báze původní sekvence bází jinou
      • Transice – záměna purinové báze za purinovou nebo pyrimidinové za pyrimidinovou
      • Transverze – záměna purinové báze za pyrimidinovou a naopak
    • Chromozomové
      • Aberace
      • Změna počtu nebo struktury chromozomu
      • A) Duplikace
        • Znásobení úseku jednoho chromozomu
        • Například při nerovnoměrném crossing-overu
      • B) Delece
        • Část chromozómu chybí
        • Chybět může konec raménka (=terminální delece) nebo střední část z raménka chromozomu (=intersticiální delece)
      • C) Inverze
        • Dochází k vyštěpení částí chromozomu, jejímu převrácení a následnému napojení
      • D) Translokace
        • Část chromozomu je vyštěpena z původního chromozomu a připojena k jinému chromozomu
      • E) Ring-chromozom
        • Spojení koncových částí chromozomů – vznikne kolečko – tedy kruhový chromozom
      • F) Numerické změny chromozomu
        • Způsobeny poruchou chromozomů (nondisjunckí) při dělení buňky
        • Standardně je každý chromozom v buňce přítomen ve 2 kopiích = tzn. Disomie
        • Odchylky od tohoto stavu – aneuplodie
          • A) monosomie – přítomen pouze 1 chromozom
          • B) polysomie – trisomie – chromozom ve 3 kopiích
        • Downův syndrom – trisomie 21. chromozom. Páru
        • Edwardsův syndrom – trisomie 18. chromozom. Páru
        • Turnerův syndrom – monosomie chromozomu X
        • Supermuž – trisomie 23. chromozomu
    • Genomové
      • Dochází ke změně samostatného genomu, většinou znásobení celé chromozomové sady
      • Znásobení celé chromozomové sady = polyploidie
        • 4n, 3n – tetraploidní, triploidní
      • U člověka neslučitelné se životem
      • Červené krvinky – bezjaderné = nuliploidie
      • U rostlin úplně normální
      • Mozaicismus
        • Nondisjunkce (neoddělení) chromozomů, může nastat i během mitózy ve vyvíjejícím se organismu
        • Takový jedinec je potom tvořen několika liniemu buněk, z nichž každá linie vykazuje jiný karyotyp
      • Chimerismus
        • Jedinec tvořen 2 liniemu buněk, které vznikly ze 2 různých zygot, které následně splynuly v jednoho jedince
        • Př. Srostlá dvojčata, jedinec s transplantovaným orgánem

Význam mutací

• Negativní
  • Poškozují organismus, neslučitelné se životem (smrt, potrat,…)
  • Karcinogeny – nádorové bujení
  • Teratogeny – znetvoření plodu
• Pozitivní
  • Způsobují evoluci druhu (vznik nových druhů)
  • Genové inženýrství, transgenní rostliny