Meie maailmas elavad mitmesugused organismid: alates mikroskoopilistest, ainult võimsa mikroskoobi kaudu nähtavatest kuni tohutute, mitu tonni kaaluvateni. Vaatamata sellisele liigilisele mitmekesisusele on kõik Maa organismid väga sarnase ehitusega. Igaüks neist koosneb rakkudest ja see asjaolu ühendab kõiki elusolendeid. Samal ajal on võimatu kohata kahte identset organismi. Ainsaks erandiks on identsed kaksikud. Mis teeb iga meie planeedil elava organismi nii ainulaadseks?
Igas rakus on keskne organ – see on tuum. See sisaldab teatud materiaalseid ühikuid – kromosoomides paiknevaid geene. Keemilisest vaatenurgast on geenid desoksüribonukleiinhape ehk DNA. See topeltheeliksi makromolekul vastutab paljude tunnuste pärimise eest. Seega on DNA tähenduses geneetilise informatsiooni ülekandmine vanematelt järglastele. Selle tõe järeldamiseks, õpetlased kõikmaailm tegi kahe sajandi jooksul uskumatuid eksperimente, püstitas julgeid hüpoteese, kukkus läbi ja koges suurte avastuste võidukäiku. Tänu suurepäraste teadlaste tööle teame nüüd, mida DNA tähendab.
19. sajandi lõpuks kehtestas Mendel põhiseadused tunnuste ülekandmiseks põlvkondade kaupa. 20. sajandi algus ja Thomas Hunt Morgan paljastasid inimkonnale tõsiasja, et pärilikke tunnuseid edastavad geenid, mis paiknevad kromosoomidel erilises järjestuses. Teadlased arvasid nende keemilise struktuuri kohta kahekümnenda sajandi neljakümnendatel aastatel. Viiekümnendate keskpaigaks selgus DNA molekuli topeltheeliks, komplementaarsuse ja replikatsiooni põhimõte. 1940. aastatel püstitasid teadlased Boris Ephrussi, Edward Tatum ja George Beadle julge hüpoteesi, et geenid toodavad valke, st talletavad spetsiifilist teavet selle kohta, kuidas sünteesida spetsiifilist ensüümi teatud reaktsioonide jaoks rakus. See hüpotees leidis kinnitust Nirenbergi töödes, kes tutvustas geneetilise koodi kontseptsiooni ja tuletas välja mustri valkude ja DNA vahel.
DNA struktuur
Kõigi elusorganismide rakkude tuumades on nukleiinhappeid, mille molekulmass on suurem kui valkude oma. Need molekulid on polümeersed, nende monomeerid on nukleotiidid. Valgud koosnevad 20 aminohappest ja 4 nukleotiidist.
Nukleiinhappeid on kahte tüüpi: DNA (desoksüribonukleiinhape) ja RNA (ribonukleiinhape). Nende struktuur on sarnane selle poolest, et mõlemad ained sisaldavad nukleotiidi: lämmastiku alust, fosforhappe jääki jasüsivesikuid. Kuid erinevus seisneb selles, et DNA-s on desoksüriboos ja RNA-s riboos. Lämmastikku sisaldavad alused on puriin ja pürimidiin. DNA sisaldab puriine adeniini ja guaniini ning pürimidiine tümiini ja tsütosiini. RNA sisaldab oma struktuuris samu puriine ja pürimidiintsütosiini ja uratsiili. Ühe nukleotiidi fosforhappejäägi ja teise süsivesikute kombineerimisel moodustub polünukleotiidi karkass, mille külge kinnituvad lämmastikku sisaldavad alused. Seega võib ilmneda päris palju erinevaid ühendeid, mis määravad liigilise mitmekesisuse.
DNA molekul on kahest suurest polünukleotiidahelast koosnev topeltheeliks. Neid ühendab ühe ahela puriin ja teise pürimidiin. Need ühendused pole juhuslikud. Nad järgivad komplementaarsuse seadust: sidemed on võimelised moodustama omavahel adenüülnukleotiidi tümüüliga ja guanüüli tsütosüüliga, kuna need täiendavad üksteist. See põhimõte annab DNA molekulile ainulaadse isereplikatsiooni omaduse. Spetsiaalsed valgud – ensüümid – liigutavad ja lõhuvad mõlema ahela lämmastikualuste vahel vesiniksidemeid. Selle tulemusena moodustuvad kaks vaba nukleotiidahelat, mida täiendavad komplementaarsuse põhimõttel raku tsütoplasmas ja tuumas saadaolevad vabad nukleotiidid. See viib kahe DNA ahela moodustumiseni ühelt vanem alt.
Geneetiline kood ja selle saladused
DNA-uuringud võimaldavad meil mõista iga organismi individuaalsust. Seda saab kergesti näha koe kokkusobimatuse näitel elundisiirdamisel alatesdoonor retsipiendile. "Võõrast" organit, näiteks doonornahka, tajub retsipiendi keha vaenulikuna. See käivitab immuunreaktsioonide ahela, tekivad antikehad ja elund ei juurdu. Erandiks võib selles olukorras olla asjaolu, et doonor ja retsipient on identsed kaksikud. Need kaks organismi pärinesid samast rakust ja neil on samad pärilikud tegurid. Elundite siirdamise ajal ei moodustu sel juhul antikehad ja peaaegu alati juurdub elund täielikult.
DNA kui peamise geneetilise informatsiooni kandja määratlus kehtestati empiiriliselt. Bakterioloog F. Griffiths viis läbi huvitava katse pneumokokkidega. Ta süstis hiirtele patogeeni annuse. Vaktsiine oli kahte tüüpi: vorm A polüsahhariidide kapsliga ja vorm B ilma kapslita, mõlemad pärilikud. Esimene liik hävis termiliselt, teine aga ei kujutanud hiirtele mingit ohtu. Mis oli bakterioloogi üllatus, kui kõik hiired surid pneumokokki vormi A. Siis tekkis teadlase peas mõistlik küsimus, kuidas pärilik materjal edasi kandis – valgu, polüsahhariidi või DNA kaudu? Peaaegu kakskümmend aastat hiljem suutis sellele küsimusele vastata Ameerika teadlane Oswald Theodor Avery. Ta koostas rea eksklusiivseid eksperimente ja leidis, et valgu ja polüsahhariidi hävitamisega pärandumine jätkub. Päriliku teabe edastamine viidi lõpule alles pärast DNA struktuuri hävimist. See viis postulaadini: pärilikku teavet kandev molekul vastutab päriliku teabe edastamise eest.
DNA struktuur paljastasja geneetiline kood on võimaldanud inimkonnal teha tohutu sammu edasi selliste valdkondade nagu meditsiin, kohtuekspertiis, tööstus ja põllumajandus.
DNA analüüs kohtuekspertiisis
Praegu ei ole kriminaal- ja tsiviilprotsesside progressiivne arvestuse pidamine täielik ilma geneetilist analüüsi kasutamata. DNA-ekspertiisi tehakse kohtuekspertiisis bioloogilise materjali uurimiseks. Selle uuringu abil saab kohtuekspertiis tuvastada sissetungija või ohvri jälgi objektidel või kehadel.
Geneetiline ekspertiis põhineb inimeste bioloogilistes proovides olevate markerite võrdleval analüüsil, mis annab meile teavet nendevahelise seose olemasolu või puudumise kohta. Igal inimesel on ainulaadne "geneetiline pass" – see on tema DNA, mis talletab täielikku teavet.
Kohtuarstlik ekspertiis kasutab ülitäpset meetodit, mida nimetatakse sõrmejälgede võtmiseks. See leiutati Ühendkuningriigis 1984. aastal ja uurib bioloogiliste proovide proove: sülg, sperma, juuksed, epiteel või kehavedelikud, et tuvastada neis kurjategija jälgi. Seega on DNA kohtuekspertiis mõeldud teatud isiku süü või süütuse uurimiseks õigusvastastes tegudes, kaheldava emaduse või isaduse juhtumite selgitamiseks.
Eelmise sajandi kuuekümnendatel aastatel asutasid Saksa spetsialistid ühingu genoomiuuringute edendamiseks kohtu- ja õigussfääris. Üheksakümnendate alguseks looduderikomisjon, mis avaldab selles valdkonnas olulisi töid ja avastusi, olles standardite seadusandjaks kohtuekspertiisi töös. 1991. aastal anti sellele organisatsioonile nimi "Rahvusvaheline Kohtuekspertiisi Geneetikute Ühing". Tänaseks koosneb see enam kui tuhandest töötajast ja 60 ülemaailmsest ettevõttest, mis tegelevad kohtumenetluste uurimisega: seroloogia, molekulaargeneetika, matemaatika, biostaatika. See on toonud maailma kohtuekspertiisi praktikasse ühtsed kõrged standardid, mis parandavad kuritegude avastamist. DNA kohtuekspertiisi tehakse spetsialiseeritud laborites, mis on osa riigi kohtu- ja õigussüsteemi kompleksist.
Kohtuekspertiisi genoomianalüüsi probleemid
Kohtuekspertide põhiülesanne on esitada esitatud proovide uurimine ja DNA järelduse tegemine, mille järgi on võimalik määrata inimese bioloogilisi "jälgi" või luua veresugulust.
DNA proovid võivad sisalduda järgmistes bioloogilistes materjalides:
- higijäljed;
- bioloogiliste kudede tükid (nahk, küüned, lihased, luud);
- kehavedelikud (higi, veri, sperma, transtsellulaarne vedelik jne);
- juuksed (peavad olema juuksefolliikulid).
Kohtuarstlikuks ekspertiisiks esitatakse spetsialistile kuriteopaig alt pärit asitõendid, mis sisaldavad geneetilist materjali ja tõendeid.
Praegu luuakse mitmes progressiivses riigis kriminaalse DNA andmebaasi. See parandab avalikustamistkuriteod isegi aegunud. DNA molekuli saab ilma muutusteta säilitada palju sajandeid. Samuti on teave väga kasulik isiku tuvastamiseks inimeste massilise surma korral.
DNA kohtuekspertiisi õiguslik raamistik ja väljavaated
Venemaal võeti 2009. aastal vastu seadus "Kohustusliku genoomi fikseerimise kohta". See protseduur viiakse läbi kinnipeetavatele, samuti inimestele, kelle isik ei ole kindlaks tehtud. Kodanikud, keda selles nimekirjas ei ole, sooritavad testi vabatahtlikult. Mida selline geneetiline baas annab:
- vähendada julmusi ja vähendada kuritegevust;
- võib saada peamiseks tõendiks kuriteo lahendamisel;
- lahendage pärimise probleem vastuolulistel juhtudel;
- et kindlaks teha tõde isaduse ja emaduse küsimustes.
DNA järeldus võib anda huvitavat teavet ka inimese isiksuse kohta: geneetiline eelsoodumus haigustele ja sõltuvustele, samuti kalduvus sooritada kuritegusid. Hämmastav fakt: teadlased on avastanud teatud geeni, mis vastutab inimese kalduvuse eest toime panna metsikusi.
DNA ekspertiis kohtuekspertiisi valdkonnas on aidanud lahendada üle 15 000 kuriteo kogu maailmas. Eriti paeluv on see, et kriminaalasja on võimalik lahendada vaid juuksekarva või kurjategija nahatüki järgi. Sellise baasi loomine ennustab suuri väljavaateid mitte ainult kohtuvaldkonnas, vaid ka sellistes tööstusharudes nagu meditsiin ja farmaatsia. DNA-uuringud aitavad toime tulla raskesti ravitavate pärilike haigustega.
ProtseduurDNA analüüsi teostamine. Isaduse tuvastamine (emadus)
Praegu on palju era- ja riiklikke akrediteeritud laboreid, kus saab teha DNA analüüsi. See uuring põhineb DNA fragmentide (lookuste) võrdlusel kahes proovis: kavandatud vanem ja laps. Loogiliselt võttes saab laps 50% oma geenidest vanematelt. See seletab sarnasust ema ja isaga. Kui võrrelda lapse DNA teatud lõiku soovitud vanema sarnase DNA lõiguga, siis on need 50% tõenäosusega samad, see tähendab, et 12 lookusest langeb kokku 6. %. Kui ainult üks kaheteistkümnest lookusest ühtib, on see tõenäosus minimaalne. On palju akrediteeritud laboreid, kus DNA-teste saab teha eraviisiliselt.
Analüüsi täpsust mõjutab uuringu jaoks võetud lookuste olemus ja arv. DNA-uuringud on näidanud, et kõigi planeedi inimeste geneetiline materjal ühtib 99%. Kui võtame analüüsimiseks need sarnased DNA lõigud, võib selguda, et näiteks Austraalia aborigeen ja inglanna on absoluutselt identsed isiksused. Seetõttu võetakse täpseks uuringuks iga inimese jaoks ainulaadsed valdkonnad. Mida rohkem selliseid alasid uuritakse, seda suurem on analüüsi täpsuse tõenäosus. Näiteks kõige põhjalikuma ja kvaliteetsema 16 STR-i uuringuga järeldusDNA saadakse 99,9999% täpsusega emaduse/isaduse tõenäosuse kinnitamisel ja 100% täpsusega, kui fakti ümber lükatakse.
Lähisuhte loomine (vanaema, vanaisa, õetütar, õepoeg, tädi, onu)
DNA analüüs suhte jaoks ei erine põhimõtteliselt isaduse ja emaduse testist. Erinevus seisneb selles, et jagatud geneetilise teabe hulk on poole väiksem isadustesti omast ja ligikaudu 25%, kui 12 lookusest 3 kattuvad täpselt. Lisaks tuleb järgida ka tingimust, et sugulased, kelle vahel sugulussuhe luuakse, kuuluksid samasse liini (ema või isa poolt). On oluline, et DNA analüüsi ärakiri oleks võimalikult usaldusväärne.
DNA sarnasuste tuvastamine õdede- ja poolõdede-vendade vahel
Õed-vennad saavad oma vanematelt ühe geenikomplekti, seega avastatakse DNA testimisel 75–99% samadest geenidest (identsete kaksikute puhul 100%). Poolõdedel-vendadel võib olla ainult maksimaalselt 50% samu geene ja ainult neid, mis edastatakse emaliini kaudu. DNA-test võib 100% täpsusega näidata, kas õed-vennad on õed-vennad või kasuvennad.
DNA test kaksikutele
Bioloogilise päritoluga kaksikud on identsed (homosügootsed) või disügootsed (heterosügootsed). Homosügootsed kaksikud arenevad ühest viljastatud rakust, on ainult ühest soost ja on genotüübilt täiesti identsed. Heterosügootne moodustub erinevatest viljastatudmunad, on erinevast soost ja neil on väikesed erinevused DNA-s. Geneetiline testimine võimaldab 100% täpsusega määrata, kas kaksikud on monosügootsed või heterosügootsed.
Y kromosoomi DNA testimine
Y-kromosoomi ülekandmine toimub is alt pojale. Seda tüüpi analüüsi abil on võimalik suure täpsusega kindlaks teha, kas mehed on sama perekonna liikmed ja kui lähedased nad on. Sugupuu loomiseks kasutatakse sageli Y-kromosoomi DNA määramist.
Mitokondrite DNA analüüs
MtDNA pärandub emaliini kaudu. Seetõttu on seda tüüpi uuring väga informatiivne emapoolse suguluse tuvastamiseks. Teadlased kasutavad mtDNA analüüsi evolutsiooni- ja rändeprotsesside juhtimiseks ning inimeste tuvastamiseks. MtDNA struktuur on selline, et selles saab eristada kahte hüpervarieeruvat piirkonda HRV1 ja HRV2. Tehes HRV1 lookuse uuringuid ja kõrvutades seda standardse Cambridge'i järjestusega, saate DNA järelduse selle kohta, kas uuritavad inimesed on sugulased, kas nad kuuluvad samasse etnilisse rühma, samasse rahvusesse, samasse emaliini.
Geneetilise teabe dešifreerimine
Kokku on inimesel umbes sada tuhat geeni. Need on kodeeritud jada, mis koosneb kolmest miljardist tähest. Nagu varem mainitud, on DNA kaksikheeliksi struktuur, mis on omavahel ühendatud keemilise sideme kaudu. Geneetiline kood koosneb paljudest viie nukleotiidi variatsioonidest, mida tähistatakse: A (adeniin), C(tsütosiin), T (tüümiin), G (guaniin) ja U (uratsiil). Nukleotiidide lokaliseerimise järjekord DNA-s määrab aminohapete järjestuse valgumolekulis.
Teadlased on avastanud kurioosse tõsiasja, et umbes 90% DNA ahelast on omamoodi geneetiline räbu, mis ei kanna olulist teavet inimese genoomi kohta. Ülejäänud 10% jagunevad nende enda geenideks ja reguleerivateks piirkondadeks.
On aegu, mil DNA ahela kahekordistamine (replikatsioon) ebaõnnestub. Sellised protsessid põhjustavad mutatsioonide ilmnemist. Isegi minimaalne ühe nukleotiidi viga võib põhjustada päriliku haiguse väljakujunemise, mis võib lõppeda inimesele surmaga. Kokku teavad teadlased umbes 4000 sellist häiret. Haiguse oht sõltub sellest, millist DNA ahela osa mutatsioon mõjutab. Kui see on geneetilise räbu piirkond, võib viga jääda märkamatuks. See ei mõjuta normaalset tööd. Kui replikatsioonitõrge ilmneb olulises geneetilises segmendis, võib selline viga maksta inimesele elu. Sellelt positsioonilt lähtuv DNA-uuring aitab geneetikutel leida viisi, kuidas vältida geenimutatsioone ja võita pärilikke haigusi.
DNA geneetilise koodi tabel aitab geeniteadlastel liita täielikku teavet inimese genoomi kohta.
| Aminohape | mRNA koodonid |
|
Argiinhape Lüsiin Isoleutsiin Alaniin Arginiin Leutsiin Glütsiin Trüptofaan Metioniin Glutamiin Valiin Tsüsteiin Proline Asparagiinhape Seriin Histidiin Asparagiin Treoniin Türosiin |
TsGU, TsGTS, TsGG, TsGA AAG, AAA CUG, UCA, AUU, AUA, UAC GCC, GCG, GCU, GCA AGG, AHA UUG, CUU, UUA, CUU CAG, CAA UGG AUG GAG, GAA GUTS, GUG, GUU, GUA UHC, UGU CC, CCG, CCU, CCA GAC, GAU UCC, UCG, UCU, UCA CAC, CAU AAC, AAU ACC, ACG, ACC, ACA UAV, UAU |
Geneetiline sõeluuring planeerimise ajal ja raseduse ajal
Geeniteadlased soovitavad paaridel läbida geeniuuringud järglaste planeerimise etapis. Sel juhul saab eelnev alt selgeks teha võimalikud muutused organismis, hinnata patoloogiatega laste saamise riske ja teha kindlaks geneetiliselt pärilike haiguste esinemine. Kuid praktika näitab, et naiste DNA-testid tehakse kõige sagedamini siis, kui nad on rasedad. Sellistel juhtudel saadakse teavet ka loote väärarengute tõenäosuse kohta.
Geneetiline sõeluuring on vabatahtlik. Kuid on mitmeid põhjuseid, miks naine peab sellise uuringu läbima. Need näidud hõlmavad järgmist:
- bioloogiline vanus üle 35;
- pärilikud emahaigused;
- raseduse katkemiste ja surnultsündide ajalugulapsed;
- mutageensete tegurite olemasolu eostamise ajal: radioaktiivne ja röntgenikiirgus, alkoholi- ja narkosõltuvus vanematel;
- arengupatoloogiatega varem sündinud lapsed;
- raseda naise poolt edasikanduvad viirushaigused (eriti punetised, toksoplasmoos ja gripp);
- ultraheli näidustused.
DNA vereanalüüs määrab suure tõenäosusega sündimata lapse eelsoodumuse südame- ja veresoonte, luude, kopsude, seedetrakti ja endokriinsüsteemi haigustele. See uuring näitab ka Downi ja Edwardsi sündroomiga lapse sündimise riski. DNA aruanne annab arstile täieliku ülevaate naise ja lapse seisundist ning võimaldab määrata õige korrigeeriva ravi.
Geeniuuringute meetodid raseduse ajal
Traditsioonilised uurimismeetodid hõlmavad ultraheli ja biokeemilist vereanalüüsi, need ei kujuta endast ohtu naisele ja lootele. See on nn rasedate sõeluuring, mis viiakse läbi kahes etapis. Esimene viiakse läbi 12–14-nädalase rasedusnädala jooksul ja see võimaldab teil tuvastada tõsiseid lootehäireid. Teine etapp viiakse läbi 20-24 nädala jooksul ja see annab teavet väiksemate patoloogiate kohta, mis võivad lapsel tekkida. Kui on tõendeid või kahtlusi, võivad arstid määrata invasiivsed analüüsimeetodid:
- Amniotsentees ehk lootevee proovide võtmine uuringuteks. Emakasse tehakse spetsiaalse nõelaga punktsioon, kogutakse vajalik kogus lootevett.analüüs. See manipuleerimine toimub vigastuste vältimiseks ultraheli kontrolli all.
- Koorioni biopsia – platsentarakkude proovide võtmine.
- Infektsiooni põdenud rasedatele määratakse platsentogenees. See on üsna tõsine operatsioon ja seda tehakse alates kahekümnendast rasedusnädalast üldnarkoosis;
- Nabaväädivere proovide võtmine ja analüüs ehk kordotsentees. Seda saab teha alles pärast 18. rasedusnädalat
Seega on geenianalüüsi põhjal võimalik teada, milline on teie lapse seisund juba ammu enne tema sündi.
DNA-testi maksumus
Lihtne võhik, kes selle protseduuriga ei puutu, tekib pärast selle artikli lugemist mõistlik küsimus: "Kui palju maksab DNA-uuring?". Väärib märkimist, et selle protseduuri hind sõltub uuringu valitud profiilist. Siin on DNA-testi ligikaudne maksumus:
- isadus (emadus) – 23000 rubla;
- tihedad suhted - 39000 rubla;
- nõbu - 41 000 rubla;
- õe-venna/poolvenna (õe) asutamine – 36 000 rubla;
- kaksik test - 21000 rubla;
- Y-kromosoomi jaoks - 14 000 rubla;
- mtDNA jaoks - 15000 rubla;
- konsultatsioonid suguluse loomiseks: suuline - 700 rubla, kirjalik - 1400 rubla
Viimastel aastatel on teadlased teinud palju suuri avastusi, mis muudavad teadusmaailma postulaate. DNA-uuringud käivad. Teadlasi juhib suur soov avastada inimese geneetilise koodi saladus. Palju on juba avastatud ja uuritud, aga kui palju tundmatust ootab ees! Edusammud pole seda väärtpaigas ja DNA-tehnoloogia on iga inimese ellu kindl alt juurdunud. Selle salapärase ja ainulaadse, paljude saladustega tulvil ehitise edasine uurimine paljastab inimkonnale tohutul hulgal uusi fakte.
