Молекуларна генетика — разлика између измена

'''Молекуларна генетика''' је област [[Биологија|биологије]] која на [[Молекул|молекуларном]] нивоу проучава структуру и функцију [[Ген|гена]], користећи методе [[Молекуларна биологија|молекуларне биологије]] и [[Генетика|генетике]].<ref>{{Cite web|url=https://plato.stanford.edu/entries/molecular-genetics/|title=Molecular Genetics (Stanford Encyclopedia of Philosophy)|last=|date=|publisher=|language=|access-dateaccessdate=}}</ref> Проучава [[Хромозом|хромозоме]] и [[Ekspresija gena|експресију гена]]. Може дати увид у [[Наслеђивање|наслеђе]], генетичке варијације и [[Мутација|мутације]], због чега је корисна у проучавању, разумевању и лечењу генетских болести.

: Главне генетичке компоненте [[Реакција ланчане полимеризације|реакције ланчане полимеризације]] (PCR) су [[Нуклеотид|ДНК нуклеотиди]], шаблони ДНК, [[Prajmer (molekularna biologija)|прајмери]] и [[Taq полимераза]]. ДНК нуклеотиди чине ланац ДНК шаблона за специфичну секвенцу која се репликује, док су прајмери су кратки ланци комплементарних нуклеотида где почиње репликација ДНК. Taq полимераза је топлотно стабилан [[ензим]] који скоковито покреће продукцију нових молекула ДНК на високим температурама потребним за реакцију.<ref>{{Cite book|title=Bioinformatics: An Introduction|last=Ramsden, Jeremy J|dateyear=2009|publisher=Springer|isbn=978-1-84800-256-2|location=New York|page=191}}</ref>

: Клонирање је процес стварања великог броја идентичних копија секвенце ДНК. Циљна ДНК секвенца се убацује у [[вектор клонирања]] који потиче од самореплицирајућег вируса, [[Плазмид|плазмида]] или више ћелије организма. Када је уметнута одговарајућа секвенца ДНК, циљни и векторски фрагменти ДНК се везују чиме се добија [[Rekombinantna DNK|рекомбинантни ДНК]] молекул.<ref name="NCBI"> {{Cite web|url=https://www.ncbi.nlm.nih.gov/About/primer/genetics_molecular.html|title=NCBI|last=|first=|date=|website=|archive-url=|archive-date=|dead-url=|access-dateaccessdate=}} </ref> Молекул рекомбинантне ДНК се затим убацује у [[Бактерија|бактеријски]] сој (обично ''[[Ешерихија коли|E. coli]]'') који путем транформације производи неколико идентичних копија селектоване секвенце. [[Transformacija (genetika)|Трансформација]] представља механизам којим бактерије уносе одређену ДНК из околине у своје геноме.<ref>{{Cite book|title=Essential Cell Biology|last=Alberts|first=Bruce|dateyear=2014|publisher=Garland Science|isbn=978-0-8153-4454-4|edition=4th|pages=332-333}}</ref> Унутар једне бактеријске ћелије може бити клонирана само једна рекомбинантна ДНК.

:[[Ћелијска култура|Култура ћелија]] за молекуларну генетику представља културу која се узгаја у вештачким условима. Постоје различите технике за сваки тип ћелије. Тако, неке врсте ћелија добро расту у културама, као што су ћелије [[Кожа|коже]], док друге ћелије нису тако продуктивне у ћелијским културама. Недавно су пронађене технике које подстичу раст [[Изворна ћелија|матичних]] и [[Неурон|нервних ћелија]]. Културе за молекуларну генетику су замрзнуте како би се сачувале све копије узорка гена и одмрзнуле само када је то потребно, што омогућава стабилно снабдевање ћелијама.

: Изолацијом ДНК се из ћелије екстрахује ДНК у чистом облику. Прво се ДНК одваја од ћелијских компоненти као што су [[Протеин|протеини]], [[РНК]] и [[липиди]]. То се постиже постављањем изабраних ћелија у тубу са раствором који механички и хемијски отвара ћелије. Овај раствор садржи ензиме, хемикалије и соли, који разграђују све ћелијске компоненте осим ДНК. Садржи ензиме за растварање протеина, хемикалије које уништавају све присутне типове РНК, и соли које помажу да се ДНК изолује из раствора. Затим се раствор [[Centrifugiranje|центрифугира,]] што омогућава да се ДНК сакупи на дну епрувете. Након центрифугирања, раствор се одлије, а ДНК се ресуспендује у другом раствору, ради лакшег даљег рада. На овај начин добијен је концентровани узорак ДНК који садржи хиљаде копија сваког гена. За велике пројекте као што је [[DNK sekvenciranje|секвенцирање]] људског [[Геном|генома]], сав овај посао обављају роботи.<ref>{{Cite web|url=http://www.usfca.edu/fac-staff/dever/DNA_isolation_methods.pdf|title=DNA isolation methods|last=|first=|date=|website=|archive-url=https://web.archive.org/web/20150402204245/http://www.usfca.edu/fac-staff/dever/DNA_isolation_methods.pdf|archive-date=022. 044. 2015|dead-url=yes|access-date=|dfaccessdate=}}</ref>

ДНК која кодира синтезу протеина је крајњи циљ за научнике и та [[Ekspresija gena|експримирана]] ДНК се добија изоловањем иРНК (информациона РНК). Лабораторије користе нормалну ћелијску модификацију иРНК, којој се додаје до 200 [[Adenozin-monofosfat|аденинских нуклеотида]] на крају молекула ([[поли (А) реп]]). Након додања, ћелија пуца и њен садржај се излаже синтетичким куглицама које су обложене [[Timidin-monofosfat|тиминским нуклеотидима]]. Будући да се у молекулу ДНК, аденин и тимин везују водоничним везама, поли (А) реп и синтетичке куглице се привлаче и везују. Након везивања, ћелијске компоненте се могу испрати без уклањања иРНА. Када је иРНА изолована, прво се користи ензим [[Reverzna transkriptaza|реверзна транскриптаза]] која је преводи у једноланчану ДНК, из које се затим производи стабилна дволанчана ДНК коришћењем ензима [[ДНК полимераза|ДНК полимеразе]]. Комплементарна ДНК (цДНК) је много стабилнија од иРНК. Произведена дволанчана ДНК представља ДНК секвенце које се [[Фенотип|фенотипски]] испољавају.<ref>{{Cite web|url=https://www.ncbi.nlm.nih.gov/About/primer/genetics_molecular.html|title=NCBI|last=|first=|date=|website=|archive-url=|archive-date=|dead-url=|access-dateaccessdate=}}</ref>

Засићена рана генетика је метода где се одређени организам излаже мутагеном агенсу, да би се затим пратили односи одређених фенотипа у потомству. Овај тип генетског скрининга се користи за проналажење и идентификацију свих гена укључених у одређену особину.<ref>{{Cite web|url=http://bio.lmu.de/~parsch/evogen/ForRevGen.pdf|title=Forward and Reverse Genetics|last=|first=|date=|website=|archive-url=|archive-date=|dead-url=|access-dateaccessdate=}}</ref>

Реверзна генетика одређује фенотип који је резултат специфично пројектованог гена. Код неких организама, као што су квасци и мишеви, могуће је изазвати делецију одређеног гена, стварајући нешто што је познато као генетички "нокаут" - лабораторијско порекло тзв. "нокаут мишева" за даље истраживање. Другим речима, овај процес укључује стварање трансгених организама који не испољавају ген од интереса. Алтернативне методе реверзног генетичког истраживања укључују насумичну индукцију делеције ДНК и накнадну селекцију за делеције у гену од интереса, као и примену интерференције РНК.<ref>{{Cite book|url=https://www.worldcat.org/oclc/495597806|title=Molecular genetics of bacteria|last=Jeremy W. Dale and Simon F. Park.|first=|dateyear=2010|publisher=|others=|year=|isbn=9780470741856|edition=5th|location=|pagesoclc=|oclcpages=}}</ref>

Мутација у гену може узроковати поремећаје кодираних протеина и ћелија које се ослањају на те протеине. Стања повезана са мутацијама гена називају се [[генетички поремећаји]]. Међутим, мутирање гена се може користити и за лечење одређених болести. Генетичка терапија се може користити за замену мутираног гена са исправном копијом гена, за инактивацију или "нокаут" експресије неисправног гена или за увођење страног гена у тело.<ref>{{Cite web|url=http://ghr.nlm.nih.gov/handbook/therapy/genetherapy|title=What is gene therapy?|last=|first=|date=|website=|archive-url=|archive-date=|dead-url=|access-dateaccessdate=}}</ref> Главне болести које се могу лечити генетичком терапијом јесу вирусне инфекције, рак и наследни поремећаји, укључујући поремећаје имуног система.<ref>{{Cite web|url=https://clinicaltrials.gov/search?term=%22gene%20therapy%22|title=Search of: "gene therapy" - List Results - ClinicalTrials.gov|last=|first=|date=|website=|archive-url=|archive-date=|dead-url=|access-dateaccessdate=}}</ref>

Генетичка терапија, преко модификованог вируса или вектора, уноси копију несталог, мутираног или жељеног гена у циљне ћелије пацијента, тако да се функционална форма протеина тада може произвести и уградити у тело.<ref>{{Cite book|title="Chapter 5: Exploring Genes and Genomes."|last=Berg, Jeremy M., John L. Tymoczko, and Lubert Stryer. Biochemistry|first=|publisher=|year=2012|isbnid=|edition=7th|location=|pages=}}</ref> Ови вектори су често [[Микро РНК|миРНК]]. Лечење може бити [[in vivo]] или [[ex vivo]]. Терапија се мора поновити неколико пута да би пацијент био стабилан, јер стално ћелијско дељење и смрт утичу на однос функционалних и мутираних гена. Генетичка терапија представља атрактивну алтернативу у односу на примену лекова, јер она директно поправља генетички дефект користећи пацијентове ћелије са минималним [[Kontraindikacija|контраиндикацијама]].<ref>{{Cite book|title=Bone Marrow Gene Therapy for HIV/AIDS|last=Herrera-Carrillo E, Berkhout B.|first=|publisher=|year=2015|isbnid=|location=|pages=7(7):3910-36}}</ref> Генетичке терапије су још увек у развоју, углавном се користе само у истраживачким третманима, а у Србији још нису актуелне. Све експерименте и производе контролишу одређени државни органи.<ref>{{Cite web|url=http://ghr.nlm.nih.gov/handbook/therapy/availability|title=Is gene therapy available to treat my disorder?|last=|first=|date=|website=|archive-url=|archive-date=|dead-url=|access-dateaccessdate=}}</ref><ref>{{Cite web|url=http://ghr.nlm.nih.gov/handbook/therapy/safety|title=Is gene therapy safe?|last=|first=|date=|website=|archive-url=|archive-date=|dead-url=|access-dateaccessdate=}}</ref>

Класичне генетичке терапије обично захтевају ефикасан трансфер клонираних гена у болесне ћелије, тако да уведени гени буду експримирани на довољно високим нивоима на којима се мења физиологија пацијента. Постоји неколико различитих физичко-хемијских и биолошких метода које се могу користити за пренос гена у људске ћелије. Величина фрагмената ДНК који се могу пренети је врло ограничена, а често пренесени ген није конвенционални ген. [[Хоризонтални трансфер гена]] је пренос генетичког материјала из једне ћелије у другу, која није њено потомство. Вештачки хоризонтални трансфер гена је облик [[Генетички инжењеринг|генетичког инжењеринга]].<ref>{{Cite web|url=https://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/bv.fcgi?rid=hmg.chapter.2858|title=Human Molecular Genetics|last=|first=|date=|website=|archive-url=|archive-date=|dead-url=|access-dateaccessdate=}}</ref>

На пројекту је радило осамнаест различитих земаља, укључујући Сједињене Америчке Државе, Јапан, Француску, Немачку и Велику Британију. Заједнички пројекат је резултирао откривањем многих предности молекуларне генетике. Открића у областима као што су [[молекуларна медицина]], нови извори енергије и примене у заштити животне средине, ДНК форензика и сточарство, само су неке од користи које молекуларна генетика може пружити.<ref>{{Cite web|url=http://www.ornl.gov/sci/techresources/Human_Genome/home.shtml|title=Human Genome Project Information|last=|first=|date=|website=|archive-url=https://web.archive.org/web/20080315062131/http://www.ornl.gov/sci/techresources/Human_Genome/home.shtml|archive-date=15. 033. 2008|dead-url=yes|access-date=|dfaccessdate=}}</ref>

* Ramsden, Jeremy J (2009). ''Bioinformatics: An Introduction''. New York: Springer. стр. 191. [[Međunarodni standardni knjižni broj|ISBN]] [[Посебно:КњижевниИзвори/978-1-84800-256-2|978-1-84800-256-2]].

* Alberts, Bruce (2014). ''Essential Cell Biology'' (4th изд.). Garland Science. стр. 332—333. [[Međunarodni standardni knjižni broj|ISBN]] [[Посебно:КњижевниИзвори/978-0-8153-4454-4|978-0-8153-4454-4]].

* Jeremy W. Dale and Simon F. Park. (2010). ''Molecular genetics of bacteria'' (5th изд.). [[Međunarodni standardni knjižni broj|ISBN]] [[%D0%9F%D0%BE%D1%81%D0%B5%D0%B1%D0%BD%D0%BE%3A%D0%9A%D1%9A%D0%B8%D0%B6%D0%B5%D0%B2%D0%BD%D0%B8%D0%98%D0%B7%D0%B2%D0%BE%D1%80%D0%B8/9780470741856|9780470741856]]978-0-470-74185-6.

* Berg, Jeremy M., John L. Tymoczko, and Lubert Stryer. Biochemistry (2012). ''"Chapter 5: Exploring Genes and Genomes."'' (7th изд.).

* Herrera-Carrillo E, Berkhout B. (2015). ''Bone Marrow Gene Therapy for HIV/AIDS''. стр. 7(7):3910—36.