Страница:
ГЕ́ННАЯ ИНЖЕНЕ́РИЯ(генетическая инженерия), совокупность методов молекулярной генетики, направленных на искусственное создание новых, не встречающихся в природе сочетаний генов. Те или иные чужеродные для данного организма гены вводят в его клетки и встраивают в его геном с различными целями: для изучения строения и функций генетического аппарата, для эффективной наработки продукта данного гена (напр., гормона или антибиотика), для придания организму-хозяину каких-либо желаемых свойств (напр., для сельскохозяйственных растений и животных – большей продуктивности или большей устойчивости к инфекциям или паразитам), для замещения (компенсации) генов, дефекты которых вызывают наследственные заболевания, и др.
Генно-инженерная технология использует всё разнообразие сложных и тонких методов современной генетики, позволяющих работать с ничтожными количествами генетического материала. Основные этапы и операции генной инженерии включают: выделение из клеток ДНК, содержащей нужный ген; разрезание ДНК на мелкие фрагменты с помощью специальных ферментов; соединение фрагментов ДНК с т.н. векторами, обеспечивающими проникновение в клетку; клонирование (размножение) нужного гена; создание рекомбинантной (гибридной) ДНК из участков ДНК (генов) разного происхождения; введение (микроинъекция) генетического материала в культивируемые клетки организма-хозяина или в его яйцеклетку.
После того как в нач. 70-х гг. 20 в. был разработан метод получения рекомбинантных ДНК, чужеродные гены стали вводить в клетки бактерий, растений и животных. Такие организмы получили название трансгенных. Очень быстро генная инженерия нашла практическое применение как основа биотехнологии. Уже в 80-е гг. 20 в. с помощью бактериальных клеток, в которые вводили гены человека, ответственные за синтез гормонов инсулина и соматотропина и антивирусного белка интерферона, было налажено производство этих важных для медицины препаратов. В мощную индустрию превратилось получение и разведение используемых в сельском хозяйстве трансгенных растений и трансгенных животных.
Большинство учёных связывает с развитием генной инженерии решение таких сложных проблем, как обеспечение человечества продовольствием и энергией, успешную борьбу с болезнями и с загрязнением окружающей среды. Вместе с тем высказываются опасения, что ничем не ограниченные генетические эксперименты и широкое использование в пищу трансгенных организмов может привести к непредсказуемым последствиям и спорно с точки зрения традиционной морали и этики.
ГЕНО́М, характерный для каждого вида организмов гаплоидный (одинарный) набор хромосом; совокупность всех генов (всей ДНК), заключённых в гаплоидном наборе. Термин «геном» относят и к генетическому материалу бактерий (прокариот) и вирусов, представленному одной молекулой ДНК или РНК. В геном эукариот не включают ДНК митохондрий и других органоидов цитоплазмы.
Размер генома, определяемый количеством ДНК (измеряется числом пар, образующих ДНК нуклеотидов, или в единицах массы), изменялся в ходе эволюции и различен у разных групп организмов. Геном бактерий состоит в среднем из 106 пар нуклеотидов, грибов – из 107 пар, геном большинства животных и многих растений – из 109 нуклеотидных пар. У значительной части семенных растений, а также у саламандр и некоторых древних рыб он достигает размера в 1010 пар нуклеотидов. Геном человека включает примерно 3 млрд. (3·109) пар нуклеотидов. Хотя у более продвинутых групп геном обычно больше, чем у их эволюционных предшественников, прямого и однозначного соответствия между сложностью организма и размером генома нет.
Клетки диплоидных организмов содержат два генома – один от «отца», другой от «матери». Но в природе, чаще у растений, встречаются виды, у которых хромосомный набор представлен несколькими геномами. Это явление – полиплоидию – можно вызвать искусственно. Путём гибридизации разных видов получают организмы – аллополиплоиды, в клетках которых одновременно присутствуют геномы разных видов.
В 2001 г. в основном завершился начатый в кон. 1980-х гг. международный научный проект «Геном человека», ставивший своей целью полную расшифровку нуклеотидной последовательности всех генов человека. «Прочитан» весь «текст» нуклеотидной последовательности ДНК человека, включающий от 30 до 40 тыс. генов. При этом оказалось, что работающие гены занимают всего лишь менее 5% генома; функции остальной части ДНК не ясны. Полученные данные позволят сделать принципиальный вклад в решение самых сложных проблем биологии и здоровья человека.
ГЕНОТИ́П, все гены организма, в совокупности определяющие все признаки организма – его фенотип. Если геном есть генетическая характеристика вида, то генотип является генетической характеристикой (конституцией) конкретного организма. При изучении наследования определённых признаков генотипом называют не все гены, а только те, которые эти признаки определяют.
Генотип представляет собой не механическую сумму автономных, независимо действующих генов, а сложную и целостную систему – генотипическую среду, в которой работа и реализация каждого гена зависят от влияния других генов. Так, при взаимодействии аллельных генов, помимо простых случаев доминантности и рецессивности, возможны неполное доминирование, кодоминирование (проявление сразу двух аллельных генов) и сверхдоминирование (более сильное проявление признака у гетерозигот по сравнению с гомозиготами).
При взаимодействии неаллельных генов возможны комплементарность (взаимодополняемость генов) и эпистаз (подавление одним геном другого). Эти формы взаимодействия относятся к качественным признакам. Степень развития многих т.н. количественных признаков (к ним относятся, напр., высота растений, масса и рост животных, жирность молока, яйценоскость кур и другие хозяйственно ценные свойства) зависит от совместного действия ряда неаллельных доминантных генов. Это явление называется полимерией, а гены, действующие в одном направлении, – полимерными генами. Обратное явление, когда один ген влияет на развитие нескольких признаков, называется плейотропией. В основе всех этих проявлений генотипической среды лежит то обстоятельство, что развитие любого признака происходит в результате целого ряда последовательных биохимических реакций, каждая из которых контролируется отдельным геном.
Особи с одинаковым генотипом, развивающиеся в разных условиях внешней среды, могут иметь различные фенотипы. В связи с этим в генетике было разработано представление о норме реакции, т.е. о тех границах, в пределах которых под влиянием разных условий среды может изменяться фенотип при данном генотипе. Таким образом, размах фенотипической изменчивости тоже определяется генотипом, или, другими словами, фенотип есть результат взаимодействия генотипа и внешней среды. Получение клеток и особей с одинаковым генотипом путём вегетативного размножения и клонирования важно как для решения научных проблем, так и практических задач сельского хозяйства, медицины, биотехнологии.
ГЕНОФО́НД, совокупность всех генов или генотипов в популяции или группе популяций какого-либо вида организмов. Генофонд достаточно большой популяции, в которой происходит свободное скрещивание организмов, обладает определённой целостностью и устойчивостью: частоты встречаемости тех или иных генов (аллелей) и генотипов поддерживаются в популяции в относительном равновесии. Вместе с тем, если популяция подвергается действию т.н. элементарных факторов эволюции (мутаций, изоляции,естественного отбора и др.), происходит нарушение этого равновесия. Со временем устойчивое изменение частот генов (микроэволюция) может дать толчок видообразованию.
Термин «генофонд» употребляют не только по отношению к природным популяциям. Напр., говорят о генофонде какой-либо породы домашних животных, сорта культурного растения или о генофонде всех пород и сортов. Необходимость сохранения генофонда всех живых существ Земли вытекает из признания генетической уникальности, неповторимости биологических видов, каждый из которых есть результат длительной эволюции.
Изучение генофонда человечества важно для решения многих проблем антропологии и медицины.
ГЕОРГИ́НА(далия), род многолетних травянистых растений сем. сложноцветных. Название «георгина», данное в честь российского ботаника (немца по национальности) И.И. Георги, используется только в России. Второе название – далия, данное в честь шведского ботаника А. Даля, – международное.
Род включает ок. 25 видов, дико произрастающих в Мексике и Гватемале. Многие виды издавна выращивают как декоративные. Все культурные георгины объединены в один вид – георгина культурная. Корни у георгины клубневидные (корнеклубни). Стебель ветвистый, полый в междоузлиях, древеснеющий у основания. Соцветия – корзинки диам. от 3 до 30 см, состоят из трубчатых и язычковых цветков. Язычковые цветки расположены по периферии соцветия. Они разнообразны по величине, форме, окраске и придают соцветию декоративность. Известно несколько десятков тысяч сортов, которые разделяют на 11 групп: простые (немахровые), воротничковые, анемоновидные, нимфейные, кактусовые, хризантемовидные, декоративные, декоративно-кактусовые, шаровидные, помпонные, рассечённые. Размножают делением корнеклубня (перед посадкой) и черенками (черенкуют в феврале—марте, используя побеги с подрощенных корнеклубней). Высаживают в мае—июне. Цветут с июля до поздней осени. После первых заморозков корнеклубни выкапывают из земли и хранят до весны при температуре 3—8 °С. Георгины используют для групповых посадок, срезки. Низкорослые сорта пригодны для рабаток, бордюров, ваз, озеленения лоджий и балконов.
Гепати́ты вирусные, инфекционные болезни, вызываемые вирусами А, В и С. Характеризуются поражением печени, протекают с явлениями интоксикации и часто с желтухой.
Гепатитом А болеют преимущественно дети в возрасте от 4 до 15 лет в осенне-зимний период в коллективах (детских садах, школах, интернатах). Источник инфекции – больной гепатитом человек или вирусоноситель. Возбудитель выделяется из организма через кишечник в инкубационном (скрытом) периоде и в самом начале болезни. Здоровые заражаются через воду, продукты питания, предметы обихода. Инкубационный период в среднем 3—4 недели. Затем у ребёнка повышается температура, наблюдаются головная боль, тошнота, рвота, боли в животе. Появляется желтушная окраска кожи, слизистых оболочек, склер, печень увеличивается в размерах, моча становится тёмной, кал обесцвеченным. Желтуха длится до 2 недель. Полное выздоровление наступает через 2—3 мес. Развивается пожизненный иммунитет. Лицам, находившимся в контакте с больным, вводится гамма-глобулин.
Гепатит В отличается от гепатита А и С высокой устойчивостью вируса к физическим и химическим факторам и механизмом его передачи здоровому человеку. Болеют взрослые. Заражение происходит через кровь при использовании недостаточно стерилизованных медицинских инструментов, при переливании крови или её препаратов, при различных манипуляциях (бритье, маникюре, нанесении татуировки), при сексуальных контактах. Крайне высока опасность заражения наркоманов, для которых гепатит В типичное заболевание. Инкубационный период от 1 до 3 мес. Болезнь развивается постепенно, часто без повышения температуры. Принимает хрониче-ское течение, формируется вирусоносительство, продолжающееся св. 10 лет. Часто присоединяются осложнения в виде цирроза печени (замещение клеток печени соединительной тканью с нарушением всех функций печени). Профилактика заключается в тщательном лабораторном контроле донорской крови, надёжной стерилизации инструментов, использовании одноразовых шприцев.
Гепатит С протекает по типу гепатитов А и В. Болеют взрослые. Путь передачи аналогичен гепатиту А. Инкубационный период от 2 недель до 6 мес. Течение более тяжёлое, чем у гепатита А, однако, в отличие от гепатита В, протекает более легко, хронического течения не наблюдается.
Лицам, переболевшим любой формой гепатита, категорически запрещаются употребление алкоголя, жирных и острых блюд, приём лекарств без назначения врача.
ГЕРА́НЬ (пеларгония), род растений сем. гераниевых. Включает ок. 200 видов. Родина – Южная и Юго-Западная Африка. Низкорослые кустарники и полукустарники, клубненосные, многолетние и однолетние растения. Стебель прямостоячий или ползучий. Листья супротивные или очередные, с черешками и двумя прилистниками, цельные или рассечённые. Цветки различной окраски, обычно собраны в зонтиковидное или почти шаровидное соцветие. Как цветочную культуру выращивают пеларгонию зональную, крупноцветковую и др. Гибридные формы пеларгонии зональной были получены в 19 в. в Англии, затем во Франции и других странах. Группу сортов пеларгонии крупноцветковой впервые получили путём селекционной работы в Англии. Эти сорта (их называют английскими) используют в ландшафте Буккенгемского дворца в цветочных композициях. Растения выращивают в теплицах (в контейнерах), а в период цветения высаживают в открытый грунт или выставляют в нужных местах. Отцветшие соцветия регулярно срезают.
ГЕРМАФРОДИТИ́ЗМ, наличие у одной особи признаков мужского и женского пола. При этом в одном организме образуются как женские половые клетки (яйцеклетки), так и мужские (сперматозоиды). Естественный гермафродитизм встречается у кишечнополостных, многих плоских червей, у некоторых раков, рыб (у морского окуня). Такое животное может выполнять функции самца и самки одновременно, либо последовательно выступать в роли то одного, то другого пола. Как патология это явление наблюдается во всех группах животных, а также у человека и, как правило, обусловлено генетическими нарушениями полового развития.
У человека гермафродитизм может быть истинным и ложным. При истинном гермафродитизме одновременно имеются не только мужские и женские наружные половые органы, но и оба вида недоразвитых половых желёз. При ложном – признаки двуполости имеют только наружные половые органы. Гермафродитизм встречается у одного из 2 тыс. новорождённых детей. При подозрении на гермафродитизм новорождённого осматривают эндокринолог, уролог, гинеколог, исследуют его кариотип, определяют концентрацию гормонов надпочечников в крови и др. В одних случаях для исправления пола достаточно только пластической операции, в других – необходимо лечение гормонами в течение всей жизни. Деторождение у людей с наличием гермафродитизма невозможно.
Происхождение термина «гермафродитизм» связано с одним из древнегреческих мифов, в соответствии с которым сын Гермеса и Афродиты – Гермафродит в наказание за неразделённую любовь силою колдовства был превращён в двуполое существо.
Гермафродитизм, встречающийся у двудольных растений, проявляется в развитии тычинок у женских цветков и пестиков – у мужских.
ГЕТЕРОГА́МИЯ, способ размножения (тип полового процесса), при котором происходит слияние подвижных гамет одинаковой формы, но разного размера. Свойственна низшим растениям и простейшим.
ГЕТЕРОЗИГО́ТА, клетка или особь, у которой два гена, определяющие какой-либо признак, различны. То есть аллельные гены (аллели) – отцовский и материнский – не одинаковы. Напр., в опытах Г. Менделя по скрещиванию сортов гороха с разной окраской семян в качестве родителей были использованы гомозиготные особи по доминантному гену жёлтой окраски (А) и гомозиготные особи по рецессивному гену зелёной окраски (а). Все полученные гибриды первого поколения имели наследственную структуру Аа, т.е. были гетерозиготами. Семена у них были жёлтого цвета, как и у гомозигот по доминантному гену.
Сравнение признаков гетерозиготных особей с признаками гомозиготных родителей позволяет изучать различные формы взаимодействия между аллелями одного гена (характер доминирования и др.). В целом гетерозиготность обеспечивает организмам бо́льшие жизнеспособность и приспособляемость, чем гомозиготность. Сравни Гомозигота.
ГЕТЕРО́ЗИС (гибридная мощность, гибридная сила), превосходство гибридов первого поколения над родительскими формами по жизнеспособности, урожайности, плодовитости и ряду других признаков. Для получения эффекта гибридной мощности важно в качестве родителей выбирать неродственные формы, представляющие различные линии, породы, даже виды. На практике наилучшие родительские пары, дающие наиболее ценные гибриды, отбираются в результате многочисленных скрещиваний, позволяющих выявить наиболее удачную сочетаемость различных линий. При скрещивании между собой следующих поколений гетерозис ослабевает и затухает.
В основе гетерозиса лежит резкое повышение гетерозиготности у гибридов первого поколения и превосходство гетерозигот по определённым генам над соответствующими гомозиготами. Таким образом, явление гибридной мощности противоположно результату близкородственного скрещивания – инбридинга, имеющему для потомства неблагоприятные последствия. Генетический механизм гетерозиса (он до конца не выяснен) связывают также с наличием у гибрида по сравнению с родителями большего числа доминантных генов, взаимодействующих между собой в благоприятном направлении.
Гетерозис широко используется в практике сельского хозяйства для повышения урожайности с.-х. культур и продуктивности с.-х. животных. В 1930-е гг. селекционеры США резко повысили урожайность кукурузы, применяя гибридные семена. Одна из важных задач селекции – поиски путей «закрепления» гетерозиса, т.е. сохранения его в ряду поколений.
ГЕТЕРОТРО́ФЫ, организмы, существующие за счёт использования готовых органических веществ, синтезированных автотрофами. Эти вещества, разлагаясь до более простых соединений, дают гетеротрофам как материал для построения тела, так и энергию для жизненных процессов. К гетеротрофам относятся растительноядные и плотоядные животные, человек, грибы, а также растения и микроорганизмы, не обладающие способностью к фотосинтезу и хемосинтезу – образованию органических веществ за счёт энергии химических реакций. Особыми типами гетеротрофного питания являются паразитизм и сапрофитизм. Последний характерен для грибов (напр., для дрожжей) и бактерий, поглощающих органические вещества в растворённом виде через клеточные стенки. Граница между автотрофами и гетеротрофами не всегда бывает чёткой. Так, некоторые простейшие, в темноте питающиеся как гетеротрофы, на свету превращаются в автотрофов.
ГИАЦИ́НТ, род многолетних луковичных растений сем. лилейных. Включает 4 вида. В цветоводстве используется один вид – гиацинт восточный. Выс. стебля 20—25 см. Цветонос сочный, безлистный. Цветки колокольчатые, простые или махровые, собраны в рыхлое кистевидное соцветие, душистые, разнообразной окраски. Листья линейные, прикорневые. Луковицы ширококонические. В культуру введён в нач. 15 в. Его выращивали в садах Турции и Греции. В 1562 г. луковицы были завезены в Венецию, а затем в Англию и Голландию, которая стала второй родиной гиацинтов. В России появились в 1730 г. Современные сорта по окраске цветков подразделяют на 6 групп: синие, сиреневые, розовые, красные, белые, жёлтые и оранжевые. Луковицы сортов с синими, голубыми и фиолетовыми цветками имеют фиолетовые наружные чешуи, с белыми – светло-серые, с жёлтыми – серовато-кремовые, с розовыми – сиреневые. Размножают в основном вегетативно – луковицами-детками. Семенной способ применяют для получения новых сортов. Используют гиацинты для разных видов цветочного оформления, срезки и выгонки в зимнее время.
