ОТКРЫТИЕ ТРАНСПОЗИРУЮЩИХ ГЕНЕТИЧЕСКИХ СИСТЕМ

ВВЕДЕНИЕ
Актуальность темы исследования. Транспонирующие генетические системы или транспозоны – это подвижные генетические элементы, которые были открыты Барбарой Мак Клинток (1902-1992) в 1951 году. В результате ряд экспериментов автор пришла к выводу, что существуют мобильные участки ДНК, которые приводят к мозаицизму среди растений, в частности к мозаицизму зерен кукурузы. Транспозоны – это элементы, которые состоят из 2000-2500 пар нуклеотидов, мигрируют по хромосоме, а также из хромосомы в плазмиду, они не способны к самостоятельной репликации, реплицируется только в составе хромосомы, выполняет регуляторную и кодирующую функцию. При включении в ДНК транспозоны вызывают в ней дупликацию, при перемещении из ДНК – делеции и инверсии. Транспозоны могут быть и в свободном виде, имея форму кольца.
Транспозоны имеют гены, которые кодируют специальные белки-ферменты, например транспозазу. Эти ферменты необходимы для процесса встраивания вырезания и молекулы. Также существует непрямой путь перемещения транспозонов, который осуществляется через вспомогательную РНК.
На сегодняшний день известно, что транспозоны есть не только у растений, хотя часто именно здесь они имеют самую высокую долю в геноме, но встречаются у животных, в том числе и у человека, бактерий. При этом транспозоны являются не только важным механизмов, который обеспечивает эволюционный процесс, но и приводят к целому ряду мутаций, в том числе к опасным мутациям, которые вызывают заболевания. В частности, транспозоны принимают участие в канцерогенезе.
Также важно помнить о том, что именно транспозоны в большей части случаев являются причиной развития у бактерий антибиотикорезистентности.
Таким образом, изучение транспозонов в целом и характеристика процесса их открытия в частности – это актуальная задача современной науки.
Цель исследования состоит в том, чтобы охарактеризовать особенности открытия транспозонов.
Задачи исследования:
1. Изучить биографию Барбары Мак Клинток.
2. Дать понятие, изучить особенности транспозонов, их разнообразие.
3. Изучить механизм транспозиции.
4. Выявить значение транспозонов для природы и человека.
5. Охарактеризовать процесс открытия Б. Мак Клинток транспозонов.
6. Изучить современные методы генной инженерии в селекции растений.
7. Разобрать метод построения рестрикционных карт.
Методы исследования: анализ литературы по проблеме исследования.


ГЛАВА 1. БИОГРАФИЯ БАРБАРЫ МАК КЛИНТОК
Барабара Мак Клинток (1902-1992) – это американский цитогенетий.
Б. Мак Клинток родилась 19.06.1902 года в Хартфорде (штат Коннектикут, США). Отцом был врач Томас Генри МакКлинток, матерью – Сара Хенди МакКлинток. В семье кроме Барбары было 4 детей.
С 3 лет и до момент поступления в школу будущий Нобелевский лауреат жила в семье своих дяди и тети, т.к. родители испытывали финансовые проблемы.
В 1908 году Барбара вернулась к родителям, они переехали во Флэтбуш (пригород Бруклина), а Барбара поступила в Бруклинскую среднюю школу, которую окончила в 1918 году. Девочка отдавала предпочтение естественным наукам.
Мать девочки была против поступления дочери в университет, считала, что ей лучше удачно выйти замуж. Во время Первой мировой войны отец Барбары служил полевым хирургом, а она вынуждена был работать в агентстве по трудоустройству. Когда война закончилась и отец вернулся домой, он отстоят право Барбары на образование и в 1919 году она поступила в Корнеллский сельскохозяйственный колледж, где к 1923 году получила степень бакалавра по ботанике.
В 1921 году у Мак Клинток появился интерес к генетике, тогда же были прослушаны первые курсы по данному предмету, которые читал селекционер и генетик Хатчинсон К.Б. Проведение женщина исследований в области генетики в те годы не приветствовались, поэтому официально Барбара получила магистерскую степень в 1925 году и докторскую степень в 1927 году по ботанике .
Свою работу по транспозонам Мак Клинток провела в лабораториях Колд-Спринг-Харбор, за которые в 1983 году и получила Нобелевскую премию. Интересно, что результаты были опубликованы не сразу, т.к. они не было приняты сообществом и лишь после того, как Франсуа Жакоб (1920-2013) и Жак Моно (1910-1976) описали генную регуляцию lac оперона, она опубликовала свой труд, который был признан мировой наукой .
Таким образом, путь Барбары Мак Клинток к открытию, за которое она получила Нобелевскую премию, был сложен.

ГЛАВА 2. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ТРАНСПОЗИРУЮЩИХ ГЕНЕТИЧЕСКИХ СИСТЕМАХ
1.1. Понятие о транспозирующих генетических системах
В геноме живых организмов широко распространены мобильные генетические элементы. Мобильные генетические элементы – это участки ДНК, которые способны перемещаться по геному. К мобильным генетических элементам можно отнести:
– плазмиды – кольцевые нехромосомные ДНК бактерии;
– бактериофаги – вирусы бактерий;
– интроны группы 2 – обладающие автокаталитической способностью рибозимы;
– транспозоны – последовательность ДНК, которые способны перемещаться при помощи транспозиции.
Таким образом, транспонирующие генетические системы или транспозоны представляют собой мобильные повторяющиеся генетические элементы, которые широко распространены у прокариот и эукариот, оказывают существенное влияние на эволюцию генома, его состав.
Встраиваюсь в геном транспозоны могут вызывать различные мутации, хромосомные перестройки .
В целом транспозоны – это участки нуклеиновой кислоты, которые обладают способностью перемещаться из одного места в геноме в другое. Формально эти участки относятся к некодирующей части генома, т.е. к части генома, которая не принимает участие в передаче той или иной части информации об аминокислотных последовательностях в белках.
У различных видов живых организмов транспозоны имеют разный вес. Так, в геноме человека до 45% транспозонов, в геноме дрозофилы – 15-20% транспозонов , а геном кукурузы более чем на 85% состоит из данных подвижных элементов .
Транспозоны можно разделить на два класса:
– ДНК-транспозоны.
– Ретротранспозоны.
ДНК-транспозоны – это транспозоны, которые передвигаются по геному геному, используя способ «вырезать и вставить» (механизма репликативной транспозиции). Для этого используется транспозаза – фермент (класс ЕС 2.7.7.), который способен связать одноцепочечную ДНК и встроить ее в геномную ДНК (рисунок 1).

Рисунок 1 – Транспозаза