Автор: Шестаков С.В.Статей: 4МетагеномикаМЕТАГЕНОМИКААвторы: С.В. ШестаковМЕТАГЕНОМИКА (от мета... и геномика), изучает структурно-функциональную организацию микробных сообществ, включающих разл. организмы, взаимодействующие между собой. В задачи М. входит определение таксономич. принадлежности и генного состава всех микроорганизмов, обитающих в конкретной экологич. нише. Совокупность геномов организмов, содержащихся в пробе (воды, почвы, содержимого кишечника и т. п.), взятой непосредственно из природной среды, составляет коллективный метагеном, анализ которого с помощью секвенирования нуклеиновых кислот и методов биоинформатики позволяет выяснить закономерности функционирования генных сетей в целостной экосистеме. На основе метагеномных исследований открыты сотни новых видов и тысячи новых генов и белков, реконструированы геномы и пути метаболизма мн. некультивируемых микробов, разработаны новые подходы к изучению симбиотич. систем и механизмов взаимодействия организмов в экосистемах. М., возникшая в нач. 21 в., открыла новую эпоху в развитии микробиологии, экологии, генетики, эволюционной биологии, биотехнологии. Вклад М. в медицину связан с изучением микробиома человека и животных, с внедрением новых методов диагностики, профилактики и лечения инфекционных, аутоиммунных и др. болезней. Генетические элементыГЕНЕТИЧЕСКИЕ ЭЛЕМЕНТЫАвторы: С.В. ШестаковГЕНЕТИЧЕСКИЕ ЭЛЕМЕНТЫ, участки генома, которые не являются структурными генами, кодирующими РНК и белки. Это сборная группа понятий, которую нельзя свести к единой классификации, поскольку они касаются разл. сторон структурно- функциональной организации генома. На долю Г. э., представленных некодирующими последовательностями нуклеотидов, приходится 10-20% в геноме прокариот и более 90-95% у высших эукариот. Одни Г. э. необходимы для регуляции экспрессии генов. К ним относятся промоторы, участвующие в инициации транскрипции, и последовательности нуклеотидов, терминирующие транскрипцию, энхансеры и сайленсеры, соответственно усиливающие или ослабляющие экспрессию генов, находящихся на значит. удалении от них - за сотни и тысячи нуклеотидных пар, а также др. последовательности, взаимодействующие со специфич. белками, контролирующими экспрессию генов, в т. ч. через изменение конформации ДНК. В число регуляторных Г. э. входят также взаимодействующие с белками-репрессорами транскрипции операторы. Последние могут находиться и внутри кодирующих последовательностей структурных генов, как и некоторые промоторы и аттенуаторы (ослабители транскрипции). В молекулярной биологии все эти типы Г. э. нередко рассматривают как регуляторные области самих генов. Др. категория Г. э. представлена спейсерами - последовательностями нуклеотидов, разграничивающими соседние гены, и инсуляторами, выполняющими сходную функцию разделения границ (лимитируют возможности взаимодействия промоторов и энхансеров). Важную роль в организации и функционировании хромосом у эукариот и нуклеотидов у прокариот играют Г. э. с фиксированной локализацией в геноме: участки начала и окончания репликации; теломеры и центромеры; места прикрепления ДНК к мембранам и к разл. клеточным структурам; участки, по которым происходит сайт- специфич. рекомбинация. Немалую долю среди Г. э. составляют короткие повторяющиеся последовательности (прямые и инвертированные повторы), присутствующие иногда в большом числе копий в межгенных и теломерных участках, в мишенях сайт-специфич. рекомбинации. Повторы встречаются и в кодирующих последовательностях внутри генов. Они могут участвовать в изменении конформации ДНК (образование «шпилек»), в геномных перестройках, но в большинстве случаев функциональное значение повторов не установлено. Понятие о Г. э., содержащих последовательности нуклеотидов, кодирующих белки, применимо к мобильным генетическим элементам (инсерционным последовательностям, транспозонам), способным к перемещениям внутри генома и между геномами разных организмов, эписомам, профагам, ретровирусам, «островкам» патогенности, интегронам (генным кассетам). С мобильными элементами связана пластичность геномов прокариот, геномные перестройки, горизонтальный перенос генных блоков, ответственных за вирулентность, устойчивость к ксенобиотикам и многие др. признаки. Мобильные элементы вовлечены в регуляцию генного действия, могут служить основой для создания векторных систем, используемых в генетич. инженерии. Литература Лит.: Щелкунов С.Н. Генетическая инженерия. 2-е изд. Новосиб., 2004; Жимулев И.Ф. Общая и молекулярная генетика. 2-е изд. Новосиб., 2004. РепарацияРЕПАРАЦИЯАвторы: С.В. ШестаковРЕПАРАЦИЯ, свойственный клеткам всех организмов процесс восстановления природной (нативной) структуры ДНК, повреждённой при функционировании клетки, а также при действии физич. или химич. агентов. Осуществляется спец. ферментными системами клетки. Обычно рассматривают 3 осн. механизма Р.: фоторепарацию (фотореактивацию), эксцизионную Р. и пострепликативную Р. Фоторепарация заключается в расщеплении ферментом лиазой, активируемой видимым светом, циклобутановых димеров, возникающих в ДНК под действием УФ- излучения. Эксцизионная Р. связана с узнаванием повреждения ДНК, вырезанием (эксцизией) повреждённого участка и ресинтезом ДНК по матрице интактной цепочки. В процессе пострепликативной Р. воспроизведение повреждённых молекул приводит к образованию однонитевых пробелов и нативная структура восстанавливается с использованием систем рекомбинации. Выявлены системы Р., сопряжённые с процессами транскрипции и регуляции клеточного цикла, с устранением двунитевых разрывов в ДНК. Ферменты Р. принимают участие в редупликации и рекомбинации, а также в контроле мутационного процесса. В клетке работает особый тип индуцибельной Р., склонной к ошибкам и осуществляющей восстановление нативной структуры ДНК с фиксированием мутационного изменения. Мутации, блокирующие процессы Р., часто приводят к повышению или понижению частоты мутационного процесса. Ряд наследств. болезней (напр., пигментная ксеродерма, атаксия-телеангиэктазия, прогерия), а также предрасположенность к онкологич. заболеваниям связаны с дефектами систем Р. Штаммы микроорганизмов и линии клеток млекопитающих, дефектные по Р. и обладающие повышенной чувствительностью к повреждающим агентам, используются в качестве тест-систем в генетич. токсикологии. В радиобиологии под Р. понимают восстановление биологич. объектов от повреждений ионизирующим или УФ-излучением. ЭнхансерыЭНХАНСЕРЫАвторы: С.В. ШестаковЭНХАНСЕРЫ (англ. enhancer - усилитель, увеличитель), генетические регуляторные элементы, усиливающие активность гена. Представляют собой некодирующие последовательности ДНК (неск. сотен пар азотистых оснований) с участками (сайтами) связывания белков, задействованных в инициации транскрипции генов. В геномах высших эукариот Э. находятся на расстоянии многих тысяч пар оснований от промоторов регулируемых ими генов на той же хромосоме. Э. могут быть расположены с разных сторон от гена-мишени как в межгенных участках, так и внутри регулируемого ими гена или др. близлежащих генов. У одного гена может быть неск. Э., имеющих малую гомологию. Функция Э. заключается в том, что они взаимодействуют с разл. факторами инициации транскрипции, белками - индукторами, модуляторами, ядерными белками, участвуя в формировании комплекса, ответственного за инициацию транскрипции и высокий уровень синтеза генного РНК-продукта. Специфически взаимодействуя с белками, Э. обеспечивают образование локальных изгибов, петель ДНК, вызывая изменения конформации хроматина, в результате чего происходит пространственное сближение Э. с промотором и создаются условия для сборки комплекса белков, определяющих инициацию транскрипции гена-мишени. Мутации в Э. могут блокировать или снижать транскрипцию регулируемого ими гена. Эффективность Э. зависит от др. элемента - инсулятор а, который контролирует взаимодействие Э. и промотора, влияя на состояние хроматина. Т. о., дистанционно действующие Э. в кооперации с др. элементами (инсуляторами, сайленсерами - глушителями транскрипции, белками- репрессорами, некодирующими РНК и др.) осуществляют тонкую дифференциров. регуляцию активности гена в процессе развития организма, при функционировании гена в клетках разного типа, при ответе организма на возникающие в нём или поступающие извне сигналы, реализуемые на уровне транскрипции генов. |
 |