Principalele notiuni de genetica in medicina

Rezumat:

Corpul uman este format din miliarde de celule microscopice. O celula-umana obisnuita este de aproape zece ori mai mica decat diametrul unui fir de par. Celulele dumneavoastra sunt clasificate in aproximativ 200 de tipuri diferite. De exemplu, celulele din piele, cele musculare, cele osoase si cele sangvine indeplinesc functii diferite: fac pielea moale, muschii flexibili, oasele solide si sangele lichid. Functia fiecarei celule depinde in cea mai mare masura de tipul genelor activate din totalul celor aproximativ 40000 de gene.

Abstract:

The human body consists of billions of microscopic cells. An ordinary human cell is ten times smaller than the diameter of a hair strand. Your cells are classified in about 200 different types. For example, skin, muscle, bone and blood cells. Most perform different functions: make skin soft, flexible muscles, strong bones and blood fluid. The function of each cell depends largely on the type of activated genes from a total of approximately 40,000 genes.

Cromozomi, gene si ADN

Fiecare celula, cu exceptia hematiilor mature, are un centru de control numit nucleu. Nucleul adaposteste ADN-ul continut in doua seturi a cate 23 de cromozomi, in total 46 de cromozomi. Un set de cromozomi provine de la mama dumneavoastra, celalalt, de la tata. Doi dintre acesti 46 de cromozomi – numiti X si Y – sunt cromozomii sexuali, care va determina sexul, masculin sau feminin. Femeile au doi cromozomi X. Barbatii au un cromozom X si un cromozom Y. Toti ceilalti cromozomi se numesc autozomi. Singurele celule care nu contin doua seturi de cromozomi sunt ovulul si spermatozoidul.

Numite si celule sexuale, fiecare contine un singur set de cromozomi. Cand un ovul si un spermatozoid se unesc pentru a formaaun zigot, acesta va contine toti cei 46 de cromozomi. In acest mod, mosteniti cate un set de 23 de cromozomi de la fiecare parinte. ADN-ul continut in cromozomii dumneavoastra are o structura dublu spirala compusa din molecule zaharidice si fosfati, unite prin niste perechi de substante numite bazenucleotidice.

In ADN se gasesc patru tipuri de baze nucleotidice: adenina (A), timina (T), citozina (C) si guanina (G). Intotdeauna adenina se cupleaza cu timina si citozina cu guanina. Rezultatul final, cunoscut ca dublul helix, seamana cu o scara spiralata lunga.

Proteinele celulare

Una dintre cele mai importante functii ale genelor este sinteza de proteine. Numarul proteinelor care indeplinesc diferite functii in organism este la fel de mare ca numarul genelor care va controleaza trasaturile. Unele au rol de componente structurale si altele functioneaza ca enzime care controleaza reactiile chimice din organism. Alte proteine participa la transformarea alimentelor ingerate in energie.

Proteinele sunt esentiale pentru dezvoltarea si functionarea organismului. De fapt, principalele componente ale organismului sunt apa si proteinele. Aminoacizii sunt unitatile elementare din care sunt compuse proteinele. In total, exista 20 de tipuri de aminoacizi, acestia combinandu-se in diverse moduri pentru a forma proteine diferite. Proteinele pot avea o structura simpla, compusa doar din cativa aminoacizi, sau complexa, formata din mai multe lanturi de aminoacizi.

Unele gene sunt permanent implicate in sinteza de proteine necesare pentru metabolismul celular, in timp ce altele sunt activate doar cand este nevoie de proteinele a caror sinteza depinde de informatia codata in ele. De fapt, unele gene dintr-o anumita celula pot fi permanent inactive. Cu alte cuvinte, nu toate genele sunt active intr-o anumita celula, la un anumit moment. Cand o celula are nevoie de o anumita proteina, se declanseaza un proces numit transcriptie.

Transcriptia foloseste tiparul furnizat de ADN pentru a produce o proteina. Initial, o enzima numita ARN-polimeraza copiaza una dintre genele din ADN. Copia, numita ARN mesager (ARNm), va iesi din nucleu in compartimentul exterior al celulei, unde se va lega de o enzima numita ribozom. Ribozomul formeaza un lant de amnioacizi corespunzator secventei genetice transportate de ARNm. Acest lant de aminoacizi se va plia apoi intr-o forma unica si va forma o proteina pregatita sa-si indeplineasca functia.

Controlul functiilor celulare

Pe tot parcursul vietii, organismul produce noi celule. In timpul perioadei de crestere si dezvoltare dinainte de maturitate, celulele sunt ocupate mai ales sa se divida si sa se specializeze pentru dezvoltarea creierului, cresterea in inaltime si formarea unui sistem imun complet functional, printre nenumarate alte lucruri. Modul exact in care celulele activeaza selectia sau dezactiveaza anumite parti din genom ramane inca necunoscut, dar sanatatea dumneavoastra depinde de acesta.

De exemplu, in cazul cancerului, se considera ca una din cauze consta intr-un defect de inactivare al unei gene care controleaza cresterea sau intr-un defect de activare al unei gene care inhiba cresterea tumorala, rezultatul fiind cresterea celulara necontrolata. Pentru a sti ce trebuie sa faca si cand trebuie sa faca, fiecare celula noua trebuie sa aiba un set complet din materialul genetic (genom). Cand o celula se divide, ADN-ul ei se replica, astfel incat celulele nou formate au fiecare o copie completa a genomului.

Totusi, spermatozoizii si ovulele rezulta dintr-un alt tip de diviziune din care se obtin patru celule, fiecare continand jumatate din cantitatea initiala de material genetic. Acest proces pregateste spermatozoizii si ovulele pentru fecundatie. Cand se unesc un spermatozoid si un ovul, se formeaza o celula noua (zigotul) care va avea 46 de cromozomi dispusi in 23 de perechi. In acest mod, numarul de cromozomi si de gene ramane acelasi de la o generatie la alta.

Genele si ereditatea

Genele mostenite de la parinti se exprima in diferite moduri, dar probabil ca cele mai evidente sunt trasaturi fizice, de exemplu, forma urechilor, culoarea ochilor sau forma corpului. Genele pot influenta si anumite caractere mentale si ale personalitatii cum ar fi talentul muzical sau organizatoric. Genele pot fi dominante sau recesive. In cadrul unei perechi de gene, efectele genei dominante au prioritate fata de cele ale genei recesive.

De exemplu, daca mosteniti de la mama o gena pentru ochi caprui – care este dominanta – si gena pentru ochi albastri – care este recesiva – de la tata, ochii dumneavoastra vor fi caprui pentru ca gena dominanta are prioritate. Acest mod de transmitere a caracterelor se numeste transmitere autozomal dominanta. Pe de alta parte, daca mosteniti doua gene recesive pentru ochi albastri, ochii dumneavoastra vor avea culorea albastra.

Acest tip de transmitere a caracterelor se numeste transmitere autozomal recesiva. In general, pentru ca o gena recesiva sa se poata exprima, trebuie sa fie cuplata cu o gena recesiva similara. Variatiile genelor (polimorfismul) sunt obisnuite si pot influenta modul in care se exprima genele. In putine cazuri, o trasatura specifica este controlata de o singura pereche de gene. Cel mai frecvent, caracterele sunt determinate prin asocierea mai multor gene.

Bolile genetice

Daca intelegeti cum functioneaza ADN-ul in mod normal, puteti intelege mai bine cum apar erorile legate de informatia genetica. Subiectul legaturii dintre informatia genetica si boli apare frecvent in presa, multe articole speculand asupra modului in care o anumita boala poate fi legata de structura genetica.

Este, deci, de inteles ca printre intrebarile adresate cel mai frecvent medicilor in prezent sunt cele cu privire la posibilitatea ca o boala sa fie mostenita. Bolile genetice pot fi determinate de o anomalie (mutatie) a ADN-ului suficient de semnificativa pentru a afecta functia unei anumite proteine. Aceasta anomalie poate afecta un intreg cromozom, o singura gena sau o pereche de gene.

Anomalii cromozomiale

In general, anomaliile cromozomiale sunt de tipul lipsei unui cromozom, existentei unui cromozom supranumerar sau prezentei unui cromozom incomplet. Un exemplu il constituie sindromul Down, o afectiune determinata de prezenta unui surplus de material genetic la nivelul cromozomului 21 (trisomia 21). Anomaliile cromozomiale de tipul trisomiei 21 pot produce retard mental si alte defecte congenitale.

Anomalii la nivelul genelor

Bolile pot fi determinate si de anomalii ale unei singure gene sau perechi de gene, numite adesea mutatii. Un exemplu obisnuit de boala genetica determinata de anomalia unei singure gene este fibroza chistica. In Statele Unite exista aproximativ 30000 de persoane care sufera de aceasta boala. Este determinata de anomalii ale unei gene cunoscute ca reglatorul transmembranar al fibrozei chistice.

Fibroza chistica este o boala recesiva, deci o persoana, pentru a face boala, trebuie sa aiba doua copii ale genei mutante. Unele boli, numite afectiuni multifactoriale, se considera ca apar in prezenta uneia sau mai multor mutatii genetice si a unor factori specifici de mediu. Cercetatorii au descoperit ca unele persoane care fac cancer au atat predispozitie genetica pentru tipul respectiv de cancer, cat si un istoric de expunere la toxine din mediu.

Cancerul mamar este un exemplu foarte mediatizat. Defectul uneia dintre cateva gene – in special BRCA1 sau BRCA2 – creste riscul aparitiei cancerului mamar. In mod obisnuit, aceste gene contribuie la prevenirea aparitiei cancerului prin sinteza de proteine care inhiba cresterea celulara anormala. Daca aceste gene sufera o mutatie, nu vor mai fi la fel de eficiente in stapanirea cresterii celulare nedorite. Dintre factorii de mediu, excesul de greutate si expunerea indelungata la estrogeni pot creste riscul cancerului mamar. De asemenea, asocierea intre defectul genetic si fumat poate creste riscul pentru aceasta boala.

Mutatiile genelor se produc in mai multe moduri

Substitutie. In procesul de copiere al ADN-ului, o baza nucleotidica poate fi inlocuita cu alta (de exemplu, C in loc de T), rezultand o secventa diferita de cea originala. Cand un ribozom va citi ADN-ul pentru a selecta aminoacizi corespunzator proteinei dorite, va alege un aminoacid gresit.
Deletie sau insertie. Uneori, o baza nucleotidica este scapata sau ignorata la citirea ADN-ului. Alteori, secventei corecte i se adauga o faza in plus. In ambele cazuri, va rezulta un lant diferit de aminoacizi.
Repetitie. O portiune a benzii de ADN poate fi, accidental, copiata de mai multe ori decat trebuie, rezultand o proteina mai lunga. Toate aceste anomalii ale genelor determina modificari ale conformatiei si functiei proteinelor, care pot afecta procesele chimice din organism si produce boala.