Механизмы систем восстановления ДНК

Системы восстановления ДНК представляют собой совокупность клеточных процессов, направленных на выявление и исправление повреждений в молекулах ДНК с целью сохранения генетической стабильности и предотвращения мутаций. Повреждения ДНК могут возникать под воздействием ультрафиолетового излучения, химических мутагенов, окислительного стресса, ошибок репликации и других факторов.

Основные пути восстановления ДНК:

1. Экспрессия и активация сенсорных белков повреждений
   Первым этапом является обнаружение повреждения специализированными белковыми комплексами, например, белками семейства MRN (MRE11-RAD50-NBS1) при разрывах двойной цепи или XP белками при повреждениях, вызванных ультрафиолетом. Эти сенсоры запускают каскад сигнальных реакций, активирующих пути восстановления.

2. Непрямое восстановление (ремонт по образцу)
   Использует неповрежденную комплементарную цепь или сестринский хроматид в качестве шаблона для точного восстановления исходной последовательности. К ключевым механизмам относятся:

   • Базисный эксцизионный ремонт (BER) — удаляет поврежденные основания, возникающие вследствие окисления, алкилирования или депуринизации. Специфичные гликозилазы распознают дефектные основания и удаляют их, после чего эндонуклеазы, ДНК-полимеразы и лигазы восстанавливают целостность цепи.

   • Нуклеотидный эксцизионный ремонт (NER) — устраняет более крупные повреждения, такие как тиминовые димеры и аддукты, связанные с ДНК. Комплекс белков распознает и вырезает участок с повреждением, затем происходит синтез новой цепи и лигирование.

   • Гомологичная рекомбинация (HR) — точный ремонт двуцепочечных разрывов ДНК с использованием сестринского хроматида как шаблона. Происходит инвазия цепи в неповрежденную ДНК и синтез недостающей последовательности.

   • Неконсервативный ремонт путем негомологичного соединения концов (NHEJ) — менее точный механизм, при котором концы двуцепочечного разрыва напрямую соединяются без использования шаблона, что может приводить к небольшим мутациям.

3. Прямой ремонт
   Некоторые повреждения устраняются без удаления оснований, например, действие фотолиаз, которые под воздействием света восстанавливают тиминовые димеры.

4. Контроль клеточного цикла и апоптоз
   При значительных повреждениях системы восстановления инициируют остановку клеточного цикла для предоставления времени на ремонт. Если повреждения неустранимы, запускается программа апоптоза для предотвращения распространения мутаций.

Ключевые белки и ферменты включают ДНК-полимеразы с функцией репарации, эндонуклеазы, лигазы, гликозилазы, хеликазу, а также регуляторные факторы, такие как p53 и ATM/ATR киназы. Координация этих компонентов обеспечивает высокую точность и эффективность восстановления ДНК, поддерживая геномную стабильность и клеточный гомеостаз.

Генетика и механизмы эволюции

Генетика играет ключевую роль в понимании механизмов эволюции, поскольку именно она служит основой для передачи и изменения наследственных признаков. Эволюционные процессы, такие как естественный отбор, мутация, генетический дрейф и миграция, в первую очередь воздействуют на генетический состав популяции, что в свою очередь определяет адаптацию организмов к окружающей среде.

Естественный отбор, один из главных механизмов эволюции, основывается на вариациях в генах, которые могут приводить к различиям в приспособленности особей к внешним условиям. Генетический материал передается от поколения к поколению, и на его основе происходят изменения, которые влияют на выживаемость и репродуктивный успех. Эти изменения происходят через мутации, которые изменяют структуру ДНК и, в случае их полезности, могут быть закреплены в популяции.

Мутации, как случайные изменения в генетическом коде, создают генетическое разнообразие, которое является основой для эволюционного процесса. Важно отметить, что мутации не всегда ведут к благоприятным изменениям. Большинство мутаций нейтральны или вредны, но изредка возникают такие, которые дают индивидууму преимущества в борьбе за ресурсы, размножение или выживание в изменяющихся условиях.

Генетический дрейф, другой важный механизм эволюции, описывает случайные изменения в частотах аллелей в малых популяциях, что также может приводить к эволюционным изменениям. Он может влиять на гены независимо от их полезности или вредности для выживания организма.

Миграция, или генный поток, также влияет на эволюцию, так как перенос генов между популяциями может изменить генетический состав и ускорить или замедлить процесс адаптации.

Таким образом, генетика является основным инструментом для анализа механизмов эволюции, поскольку она позволяет отслеживать, как изменяются гены в ответ на экологические и биологические воздействия, а также как эти изменения влияют на выживание и эволюционное развитие видов.

Этические вопросы в генетических исследованиях

Генетические исследования, особенно в последние десятилетия, открывают новые горизонты в медицине, биологии и других научных дисциплинах. Однако с развитием технологий, таких как редактирование генома, секвенирование ДНК и генетическое тестирование, возникает ряд этических вопросов, которые требуют тщательного рассмотрения и регулирования.

Один из главных вопросов касается конфиденциальности генетической информации. Генетические данные являются личными и уникальными, и их использование должно строго контролироваться для предотвращения дискриминации и нарушений права на частную жизнь. Генетическая информация может раскрывать не только индивидуальные характеристики, но и предрасположенность к различным заболеваниям, что может стать основанием для стереотипов или социальной изоляции.

Другим важным аспектом является вопрос согласия на участие в генетических исследованиях. Информированное согласие должно быть получено от участников, при этом они должны четко осознавать возможные риски, включая психологические последствия, связанные с раскрытием личных генетических данных. Важно, чтобы участники исследований не испытывали давления и могли свободно принять решение о своем участии, а также о дальнейшем использовании их данных.

Кроме того, генетические исследования могут затрагивать вопросы эгоистического использования технологий, например, в сфере редактирования генома. Применение таких методов, как CRISPR, вызывает опасения по поводу их использования для улучшения физических или интеллектуальных характеристик человека, что может привести к созданию «генетически улучшенных» людей и усилению социального неравенства.

Другим важным этическим вопросом является генетическое тестирование на заболевания, которые могут проявиться только в зрелом возрасте. Отрицательные результаты тестов могут вызвать у индивидуума тревогу и привести к необоснованным ограничениям в жизни, а положительные — к предсказаниям будущих болезней, что может вызвать излишний стресс и снизить качество жизни. В таких случаях важно учитывать последствия получения информации о рисках на эмоциональном уровне, а также возможность использования этих данных для профилактики заболеваний.

Не менее важной является этическая проблема в контексте генетического вмешательства в эмбрионы и зародыши. Вопросы, связанные с редактированием генома на ранних стадиях развития человека, касаются не только научных и медицинских аспектов, но и философских: как далеко можно идти в изменении человеческой природы? Наблюдается необходимость в выработке четких этических стандартов для проведения таких вмешательств, чтобы не нарушать фундаментальные права человека, а также учитывать долгосрочные последствия на уровне популяции и человечества в целом.

Таким образом, генетические исследования порождают множество этических вопросов, которые требуют комплексного подхода, регулирования и постоянного анализа. Научное сообщество и общества в целом должны стремиться к установлению этических норм, которые будут учитывать как потенциальные выгоды, так и риски, связанные с развитием генетических технологий.

Роль эпигенетики в наследовании и формировании фенотипа

Эпигенетика представляет собой совокупность наследуемых изменений в активности генов, не связанных с изменением последовательности ДНК. Основные эпигенетические механизмы включают метилирование ДНК, модификации гистонов и регуляцию некодирующими РНК. Эти механизмы влияют на уровень экспрессии генов, тем самым регулируя развитие, дифференцировку клеток и адаптивные реакции организма.

В контексте наследования эпигенетические метки могут передаваться через поколения как в митотическом, так и в мейотическом делении. Несмотря на то, что большинство эпигенетических модификаций подвергается ремоделированию во время гаметогенеза и раннего эмбрионального развития, часть из них может сохраняться, обеспечивая трангенерационную эпигенетическую наследственность. Это позволяет организмам адаптироваться к изменениям среды без изменения последовательности ДНК, что является важным дополнением к классической генетике.

В формировании фенотипа эпигенетика играет ключевую роль, поскольку регулирует активность генов, отвечающих за развитие, физиологию и поведение. Эпигенетические изменения могут возникать под воздействием внешних факторов — питания, стресса, токсинов, и влиять на проявление наследственных признаков. Таким образом, фенотип является результатом не только генетического кода, но и динамического эпигенетического регулирования, обеспечивающего гибкую адаптацию организма.

В результате эпигенетические механизмы обеспечивают сложную интеграцию генетической информации и окружающей среды, играя решающую роль в развитии болезней, наследственных синдромов, а также в эволюционных процессах.

Роль микроРНК в регуляции генной активности

МикроРНК (miRNA) — это короткие некодирующие РНК длиной около 20–24 нуклеотидов, которые играют ключевую роль в посттранскрипционной регуляции экспрессии генов. Механизм действия микроРНК заключается в комплементарном связывании с мРНК-мишенями, что приводит к подавлению трансляции или деградации этих мРНК, таким образом уменьшая уровень соответствующих белков в клетке.

Процесс начинается с транскрипции генов, кодирующих микроРНК, в первичные транскрипты (pri-miRNA), которые затем подвергаются процессингу с участием ферментов Drosha и Dicer, образуя зрелые miRNA, включающиеся в рибонуклеопротеиновый комплекс RISC (RNA-induced silencing complex). В составе RISC микроРНК направляет комплекс к мРНК, имеющим частичное или полное комплементарное соответствие.

В зависимости от степени комплементарности, микроРНК вызывает либо блокировку трансляции (при неполном соответствии), либо индуцирует деградацию мРНК (при полном или почти полном соответствии). Таким образом, микроРНК обеспечивает тонкую и высокоспецифичную регуляцию экспрессии генов на уровне мРНК, что важно для поддержания гомеостаза, клеточной дифференцировки, пролиферации и апоптоза.

Кроме того, микроРНК участвуют в регуляции ответов на стрессовые сигналы, развитии и функционировании иммунной системы, а также в патогенезе различных заболеваний, включая онкологические, неврологические и кардиологические нарушения. Нарушения в экспрессии микроРНК приводят к дисбалансу в регуляции генной активности и способствуют развитию патологий.

Методы изоляции и анализа ДНК

Для изоляции и анализа ДНК в молекулярной биологии используются различные методы, которые обеспечивают получение чистого и пригодного для дальнейших исследований материала. Описание этих методов зависит от целей исследования, типа образца и требований к количеству и качеству ДНК.

1. Изоляция ДНК
   Изоляция ДНК включает несколько этапов: разрушение клеток или тканей, лизис клеточной мембраны и отделение ДНК от других клеточных компонентов. Основные методы изоляции:

   • Метод центрифугирования: Применяется для отделения клеточных компонентов на основе их плотности. В процессе лизиса клеток при высоких скоростях центрифугирования выделяются фракции, содержащие ДНК.

   • Метод использования органических растворителей: Включает применение фенола или хлороформа для разрушения клеточных мембран и белков. Эти растворители позволяют разделить липиды и белки от ДНК, обеспечивая её чистоту.

   • Метод изоляции с помощью силикагелевых колонок: С использованием силикогеля, который связывает ДНК в присутствии соли, а затем очищается от загрязняющих веществ.

2. Анализ ДНК
   После изоляции ДНК проводятся различные методы анализа, которые позволяют оценить её количество, чистоту, структуру и целостность.

   • Гелевый электрофорез: Используется для разделения фрагментов ДНК на основе их размера. Применяется для оценки качества изолированной ДНК, а также для анализа продуктов ПЦР и других молекулярных манипуляций.

   • Полимеразная цепная реакция (ПЦР): Это метод амплификации определённых фрагментов ДНК с помощью специфических праймеров и термостойкой ДНК-полимеразы. ПЦР широко используется для диагностики заболеваний, идентификации организмов и исследований генетических маркеров.

   • Секвенирование ДНК: Позволяет получить полную последовательность нуклеотидов в ДНК. Это может быть сделано с использованием методов секвенирования, таких как метод Сэнгера или секвенирование с использованием нового поколения (NGS).

   • Флуоресцентная спектроскопия: Позволяет детектировать и количественно оценить концентрацию ДНК с помощью флуоресцентных красителей, таких как SYBR Green или PicoGreen.

   • Микрочипы для анализа генов: Используются для одновременного анализа экспрессии тысяч генов. На микрочипах размещены зондовые последовательности, которые связываются с исследуемыми фрагментами ДНК или РНК, что позволяет изучать генные изменения в различных образцах.

3. Дополнительные методы
   Для более специфичных целей могут быть использованы и другие методы, такие как:

   • Реакция полимеразной цепной реакции с анализом в реальном времени (qPCR): Используется для количественного анализа ДНК или РНК, например, для оценки экспрессии генов.

   • Метод рестрикционного анализа: Применяется для изучения структуры ДНК с использованием рестриктаз — ферментов, которые разрезают ДНК в определённых местах. Это позволяет создавать карты рестрикционных сайтов и анализировать генетическую информацию.

Основные типы генетических нарушений и их последствия

Генетические нарушения классифицируются по типу мутаций и их влиянию на геном, хромосомы и отдельные гены. Основные типы генетических нарушений включают:

1. Мутации генов (генные мутации)
   Это изменения в последовательности нуклеотидов ДНК, которые могут быть точечными (замена, вставка, делеция одного или нескольких нуклеотидов) или крупномасштабными (удаление, дупликация участков гена). Последствия: нарушение структуры и функции белка, что приводит к наследственным заболеваниям, например, серповидно-клеточная анемия, муковисцидоз, фенилкетонурия.

2. Хромосомные аберрации
   Изменения в структуре или числе хромосом. К ним относятся:

   • Структурные изменения: делеции, дупликации, инверсии, транслокации. Эти нарушения могут нарушать функцию множества генов и приводить к сложным фенотипическим проявлениям, например, синдром Ди Джорджи (делеция 22q11.2).

   • Анеуплоидии: изменение числа хромосом, например, трисомия (три копии хромосомы вместо двух) или моносомия (одна копия вместо двух). Классический пример — синдром Дауна (трисомия по 21-й хромосоме), синдром Тернера (моносомия по Х-хромосоме).

3. Митохондриальные мутации
   Мутации в митохондриальной ДНК, передающейся по матери, которые влияют на клеточное дыхание и энергетический обмен. Последствия включают миопатии, нейродегенеративные заболевания, такие как митохондриальная миопатия, синдром Лея.

4. Эпигенетические нарушения
   Изменения в регуляции генов без изменения нуклеотидной последовательности, включая метилирование ДНК, модификации гистонов. Они могут влиять на экспрессию генов и вызывать нарушения развития, онкогенез и наследственные болезни с эпигенетическим механизмом (например, синдром Прадера-Вилли, синдром Ангельмана).

5. Мозаицизм
   Наличие в организме клеток с разным генетическим составом вследствие мутации на ранних этапах эмбриогенеза. Последствия зависят от доли изменённых клеток и затрагиваемых тканей; могут приводить к неполному проявлению генетических заболеваний.

В совокупности, генетические нарушения ведут к разнообразным клиническим проявлениям — от легких метаболических сдвигов до тяжелых мультисистемных синдромов, влияющих на рост, развитие, функции органов и систем. Диагностика и понимание типа нарушения критичны для прогноза, лечения и генетического консультирования.

Генетика в борьбе с раковыми заболеваниями

Изучение генетики играет ключевую роль в борьбе с раковыми заболеваниями, поскольку рак является результатом мутаций в генах, которые регулируют нормальное деление клеток. Понимание молекулярных механизмов, лежащих в основе этих изменений, позволяет разработать новые методы диагностики, терапии и профилактики.

Одним из основных направлений применения генетики в онкологии является генетическая диагностика. Современные методы секвенирования ДНК позволяют выявить специфические мутации, которые могут быть предвестниками рака. Например, мутации в генах BRCA1 и BRCA2 связаны с повышенным риском развития рака молочной железы и яичников. Генетический скрининг позволяет выявлять такие мутации у пациентов на ранних стадиях, что способствует ранней диагностике и повышает шансы на успешное лечение.

Кроме того, генетика помогает в разработке таргетной терапии. Таргетные препараты воздействуют непосредственно на молекулы, которые регулируют рост опухолевых клеток, блокируя их активность. Такие лекарства нацелены на конкретные генетические изменения в опухоли, что позволяет эффективно бороться с раком, минимизируя повреждения здоровых тканей. Например, препараты, направленные на подавление активности гена EGFR (эпидермального фактора роста), используются при лечении некоторых типов рака легких.

Биомаркеры, основанные на генетическом анализе, играют важную роль в мониторинге прогресса заболевания и оценки эффективности лечения. Эти маркеры позволяют следить за изменениями в генетическом фоне опухоли, что помогает врачам адаптировать лечение в реальном времени. Таким образом, пациенты могут получать более персонализированную терапию, что значительно повышает шансы на выздоровление.

Изучение эпигенетических изменений также имеет большое значение в онкологии. Эпигенетика изучает механизмы, которые регулируют активность генов без изменения их последовательности. Например, метилирование ДНК и модификации гистонов могут приводить к активации онкогенов или подавлению опухолевых супрессоров, что способствует развитию рака. Исследования эпигенетических изменений открывают новые горизонты для разработки методов лечения, направленных на восстановление нормальной активности генов, вовлеченных в канцерогенез.

Генетика также помогает в исследовании факторов, способствующих возникновению рака, таких как наследственные предрасположенности, воздействия окружающей среды и вирусные инфекции. Например, вирус папилломы человека (ВПЧ) вызывает рак шейки матки, и знания о генетике этого вируса позволяют разработать вакцины, которые предотвращают его инфекцию и, соответственно, развитие рака.

Таким образом, генетика оказывает глубокое влияние на диагностику, лечение и профилактику раковых заболеваний. Современные достижения в области геномики и молекулярной биологии предоставляют новые возможности для разработки персонализированных методов лечения, что значительно повышает эффективность борьбы с раком и улучшает прогноз для пациентов.

Роль и принципы создания генетических банков для сохранения генетического материала

Генетические банки играют ключевую роль в сохранении биологического разнообразия и обеспечении устойчивости экосистем в условиях изменений окружающей среды, а также для разработки новых медицинских и сельскохозяйственных технологий. Создание таких банков направлено на сбор, хранение и использование генетического материала различных видов организмов с целью его защиты от исчезновения, восстановления популяций и использования в научных и прикладных исследованиях.

Основная роль генетических банков заключается в сохранении уникальных и редких генов, которые могут быть утрачены в результате факторов, таких как изменение климата, урбанизация, антропогенное воздействие, эпидемии или естественные катастрофы. Эти банки служат резервами генетического материала, который можно использовать для восстановления популяций, улучшения пород животных и растений, а также для исследований, направленных на улучшение здоровья человека.

Принципы создания генетических банков базируются на нескольких ключевых аспектах:

1. Сбор и отбор образцов. Процесс начинается с определения видов, чей генетический материал подлежит сохранению. Это могут быть как виды, находящиеся под угрозой исчезновения, так и коммерчески важные виды для сельского хозяйства и медицины. Выбор образцов требует строгих научных критериев, чтобы гарантировать репрезентативность и уникальность генетического материала.

2. Методы хранения. Генетический материал может храниться в различных формах: сперма, яйцеклетки, эмбрионы, клетки и тканевые образцы. Хранение осуществляется при экстремально низких температурах (криоконсервация) или с использованием других технологий, таких как лиофилизация. Применение криобанков позволяет сохранять материал на неопределенно долгий срок без значительных изменений в его генетической структуре.

3. Поддержание биологического разнообразия. Генетические банки должны обеспечивать широкий спектр генетических вариантов, которые могут быть использованы для восстановления популяций и улучшения пород. Это способствует поддержанию как видового, так и генетического разнообразия, что критически важно для экосистем и устойчивости к заболеваниям и изменениям окружающей среды.

4. Этика и юридические аспекты. Важным принципом является соблюдение этических норм при сборе, хранении и использовании генетического материала. Это включает в себя соблюдение прав на генетические ресурсы, защиту интеллектуальной собственности и соблюдение принципов справедливого доступа и пользования ресурсами.

5. Инновации и технологии. Современные генетические банки используют новейшие биотехнологии, такие как генная инженерия и секвенирование ДНК, для улучшения процессов сохранения и восстановления генетического материала. Это позволяет не только сохранить, но и улучшить характеристики популяций, а также увеличить точность и эффективность работы банков.

Создание и поддержка генетических банков требует постоянного обновления технологий, мониторинга состояния генетического материала, а также международного сотрудничества для обеспечения глобальной безопасности биологических ресурсов. Развитие таких структур является необходимым условием для долгосрочного сохранения генетического разнообразия планеты.

Основы генетики: структура, функции и механизмы наследственности

1. ДНК и РНК: структура и функции
– Дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК) состоит из двух антипараллельных полинуклеотидных цепей, соединённых водородными связями между азотистыми основаниями (А–Т, Г–Ц). Функции: хранение наследственной информации, передача её при делении, управление синтезом белков.
– Рибонуклеиновая кислота (РНК) — обычно одноцепочечная. Типы: мРНК (перенос информации), тРНК (транспорт аминокислот), рРНК (структурно-функциональные рибосомы).

2. Репликация ДНК
– Полунепрерывный процесс: на ведущей цепи — непрерывна, на отстающей — в виде фрагментов Оказаки. Участвуют: ДНК-полимеразы, хеликаза, примаза, лигаза.
– Значение: точное копирование генома при делении клеток, основа наследственности.

3. Транскрипция и трансляция
– Транскрипция: синтез мРНК на матрице ДНК при помощи РНК?полимеразы. У прокариот — формируется полицистронная мРНК, у эукариот — мРНК подвергается кэппированию, полиаденилированию, сплайсингу.
– Трансляция: на уровне рибосомы мРНК читается по триплетам (кодонам), тРНК доставляют аминокислоты, формируются полипептидные цепи.

4. Ген и его роль
– Ген — участок ДНК, кодирующий РНК и/или полипептид. Обеспечивает наследуемость признаков, продуктом являются белки или функциональные РНК.

5. Хромосомы
– Состоят из ДНК и белков (гистонов и негистоновых). У человека: 46 (23 пары: 22 пары аутосом + Х и Y). Хромосома делится на пучинки: короткое (p) и длинное (q) плечи, центромера, теломеры.

6. Менделевские законы
– Закон единообразия (1?й): при скрещивании гомозигот потомство F? однородно.
– Закон расщепления (2?й): в F? отношение фенотипов 3:1, генотипов 1:2:1.
– Закон независимого наследования (3?й): при дигибридном скрещивании признаки наследуются независимо (соотношение 9:3:3:1).

7. Гаметогенез
– У мужчин: сперматогенез — из сперматогоний > сперматоциты > сперматиды > сперматозоиды.
– У женщин: оогенез — оогонии > ооциты I порядка (стоят с рождения) > II порядка > овулации, вторичные полярные тельца.

8. Типы мутаций
– Точечные (переходы, трансверсии), вставки/делеции, дупликации, инверсии, транслокации, анэдополии/плоидии.
– Последствия: бессмысленные, сдисаинение рамки считывания, изменение функции белка, онкогены, наследственные болезни.

9. Регуляция генов
– В прокариот: оперонная модель (например, лактозный оперон) — регулятор, промотор, оператор, структурные гены, репрессор, индукатор.
– В эукариот: уровни: эпигенетика (метилирование, модификации гистонов), транскрипция (транскрипционные факторы, enhancers/silencers), альтернативный сплайсинг, РНК?интерференция.

10. Эпигенетика
– Наследуемые изменения экспрессии генов без изменений ДНК: метилирование, ацетилирование гистонов, микроРНК. Влияние: развитие, болезнь, пластичность, наследуемая реакция на среду.

11. Методы молекулярной генетики
– ПЦР, секвенирование (Sanger, NGS), клонирование генов, генная карта, микрочипы, CRISPR/Cas9, гибридизация зондами. Применения: диагностика, медицина, судебная генетика, селекция.

12. Геном
– Совокупность ДНК клетки. У вирусов: ДНК или РНК, у бактерий: кольцевая ДНК + плазмиды, у эукариот: ядерный + митохондриальный/хлоропластный.

13. Кариотипирование
– Анализ состава хромосом (метафаза). Позволяет выявлять аберрации: анеуплоидии (синдром Дауна), структурные (транслокации, делеции).

14. Сцепленное наследование
– Гены на одной хромосоме наследуются вместе, если не происходит кроссинговер. Примеры: группа крови, цвет глаз у дрозофилы.

15. Генетика пола
– У человека: XX – женщина, XY – мужчина. Наследование по Х-хромосоме: гемофилия, дальтонизм. Плюсы/минусы — разные проявления.

16. Доминантные и рецессивные признаки
– Доминантный: проявляется в гетерозиготе (например, галактоземия F508del). Рецессивный: требует гомозиготы (например, фенилкетонурия).

17. Аллели и их взаимодействия
– Аллели одного гена могут быть полные доминантные, рецессивные, кодоминантные (оба выражаются, как в группе крови AB), неполное доминирование (промежуточный признак).

18. Хромосомные аберрации
– Анеуплоидии: трисомия 21 – синдром Дауна, 18, 13, полисомии Х. Полиплоидии: чаще у растений. Структурные: делеции, дупликации, инверсии, транслокации — могут вызывать онкологию, бесплодие.

19. Генетическое картирование
– Использует сцепление генов и частоту кроссинговера, SNП?чипы, методы GWAS. В науке: выявление локусов заболеваний.

20. Митохондриальная ДНК
– Кольцевая, наследуется по материнской линии, содержит гены для РНК и белков ОФЭ. Болезни митохондрий передаются от матери.

21. Кроссинговер
– Обмен гомологичных сегментов между хроматидами в профазе I мейоза. Увеличивает генетическую вариативность.

22. Генетические заболевания человека
– Могут быть: моногенные (цитруллинемия), хромосомные (синдром Клайнфельтера), поли- и многофакторные (гипертония). Диагностика: ПЦР, секвенирование, микрочипы, ФISH.

23. Гетерозигота и гомозигота
– Гомозигота: два одинаковых аллеля (AA или aa); гетерозигота: разные (Aa).

24. Селекция
– Искусственный отбор: массовый, индивидуальный, гибридизация. Генетика: в основе – наследуемость признаков, генетический дрейф, мутация.

25. Полимерное наследование
– Несколько генов влияют на один признак (например, рост, цвет кожи).

26. Популяционная генетика
– Изучает гены на уровне популяции: частоты аллелей, генотипов. Задачи: определение факторов эволюции (дрейф, миграция, мутация, отбор).

27. Генетический дрейф
– Случайное изменение частот аллелей, особенно в малых популяциях. Может вести к фиксации или утрате аллеля.

28. Мутагенез
– Спонтанный или индуцированный (радиация, химические агенты): классификация — геномные, хромосомные, точечные.

29. Генная инженерия и биотехнологии
– Инструменты: ПЦР, плазмидный вектор, CRISPR/Cas9, трансгенез. Применение: производство белков, терапия, сельское хозяйство.

30. ПЦР (полимеразная цепная реакция)
– Tо?чный амплификационный метод. Этапы: денатурация, отжиг, удлинение. Применения: диагностика инфекций, мутаций, судмедэкспертиза.

31. Генетический код
– Триплетный, неперекрывающийся, почти универсальный, вырожденный (несколько кодонов — одна аминокислота), без пропускных кодонов.

32. РНК?полимераза в транскрипции
– Связывается с промотором, катализирует синтез РНК. В разных организмах — разные типы (I, II, III в эукариот).

33. Регуляторные элементы
– Прокариот: промотор, оператор, регулятор. Эукариот: enhancers, silencers, insulators, LCR.

34. Наследование групп крови
– Аллели A, B, O: IO, IA, IB. Кодоминантность: AB = оба антигена; неполное? нет.

35. Митоз и мейоз
– Митоз: одна клетка > две генетически идентичные (2n > 2n). Мейоз: > четыре гаплоидные клетки (редукционное деление: 2n > n).

36. Онкогены и супрессоры
– Онкогены (KRAS, MYC): стимулируют рост. Ген-супрессор (RB1, p53): тормозят деление, их инактивация — рак.

37. Репарация ДНК
– Механизмы: прямой ремонт, эксцизионная (NER, BER), mismatch repair, репарация двойного разрыва (гомология, NHEJ).

38. Ген–фенотип и пластичность
– Взаимодействие генов и среды: эпистаз, реакции нормы, полиморфизм, феноменаллотипическая пластичность.

39. Иммуногенетика
– Гены HLA, иммуноглобулины, T?сell рецепторы: полиморфизм обеспечивает разнообразие иммунного ответа.

40. Теломеры и теломераза
– Теломеры защищают концы хромосом; теломераза восстанавливает их, особенно в стволовых/раковых клетках.

41. Полиплоидия
– Наличие более двух полных наборов хромосом. Часто у растений, повышает устойчивость, размер. У животных — летально.

42. Наследственные заболевания и анализ
– Моногенные и сложные болезни. Анализ: цитогенетика, молекулярная диагностика, биоинформатика.

43. Цитоплазматические гены
– Митохондриальная ДНК, хлоропластная ДНК. Наследуются матерински.

44. Генетический полиморфизм
– Различия в ДНК (SNPs, VNTR, INDELs) обеспечивают разнообразие, влияют на восприимчивость к болезням, отклик на лекарства.

45. Генетика бактерий и вирусов
– Горизонтальный перенос (трансформация, конъюгация, транспозоны), плазмиды, вирусы как векторы.

46. Генная терапия
– Методы: экз-виво, ин-виво с использованием векторов, CRISPR. Перспективы: лечение наследственных заболеваний, рак, вирусы.

47. Микросателлиты и VNTR
– Короткие тандемные повторы. Используются в генотипировании, ДНК?фингерпринтинге, популяционных исследованиях.

48. Методы генотипирования
– STR?анализ, SNP?чипы, NGS?панели, секвенирование Sanger, HRM?анализ. Применение: медицина, криминалистика, родословная.

49. Хроматин и экспрессия генов
– Эухроматин: активен; гетерохроматин: закрыт. Модификации гистонов и структура влияют на доступность ДНК.

50. Альтернативный сплайсинг
– Разные варианты экзонов — разные изоформы белков (например, тропомиозин, Dscam у Дрозофилы).

51. Наследование комплексных признаков
– Несколько генов + среда: гипертония, диабет, поведение. Анализ: GWAS.

52. Геномное секвенирование
– Полный геном (WGS), экзом (WES), трансcriptome (RNA?seq). Применение: диагностика, персонализированная медицина.

53. Генетика адаптации
– Мутации + отбор (например, устойчивость бактерий к антибиотикам, адаптация к высоте).

54. Наследование мутаций
– Соматические: не наследуются; половые: передаются потомству.

55. Среда и экспрессия генов
– Эпигенетические изменения, индуцируемая экспрессия, пластичность.

56. Генетический дрейф (повтор)
– См. п. 27.

57. Мобильные элементы
– Транспозоны, ретротранспозоны. Вклад в эволюцию, мутации, регуляцию, масштабное наследование.

58. Дифференцировка и развитие
– Генетические сети, факторы транскрипции, эпигенетика управляют эмбриогенезом и клеточным типом.

59. Эпистаз
– Взаимодействие аллелей разных генов, например, в шляпке мухомора и окраске лошадей.

60. Митохондриальная наследственность
– Болезни: MELAS, LHON; наследуются от матери.

61. Экспрессия генов и уровни регуляции
– Эпигенетика, транскрипция, трансляция, посттрансляционные модификации.

62. Анализ ДНК и белков
– PCR, Western blot, масс?спектрометрия, микрочипы, ELISA, FISH.

63. Генетика человека
– Особенности: низкий дрейф, многие полиморфизмы, эпигенетика, сложные болезни.

64. Мутации и эволюция
– Источник генетической вариативности, на основе которой действует отбор.

65. CRISPR/Cas9
– Система бактериального иммунитета, направленная мутация, редактирование генов.

66. Горизонтальный перенос
– Вирусы, конъюгация, трансдуцирование; пример: антибиотикорезистентность.

67. Х?сцепленное наследование
– Примеры: гемофилия, дальтонизм; передача зависит от пола родителей.

68. Генетика растений
– Трансгенные культуры, полиплоидия, гибриды, устойчивость.

69. РНК?интерференция
– микроРНК, siRNA — регулируют деградацию мРНК, контроль экспрессии.

70. Онкогенез
– Нарастание онкогенов, потеря супрессоров, эпигенетические изменения.

71. Популяционная генетика: методы
– Аллельные частоты, F?статистика, нейтральная теория.

72. Наследственные болезни обмена веществ
– Примеры: фенилкетонурия, галактоземия, муковисцидоз.

73. Теломеры и старение
– Укорачивание теломер — клеточное старение; теломераза приостанавливает этот процесс.

74. Генетические болезни НС
– Альцгеймер, эпилепсия — роль генов (APOE, SCN1A).

75. Генетика и фармакогенетика
– Варианты CYP?ферментов — разная реакция на лекарства; персонализированная терапия.