Ģenētika

Augļmušas Drosophila melanogaster izmanto ģenētikas pētniecībā

Ģenētika (grieķu: γενητως (genētikos) — 'uz dzimšanu vai izcelšanos attiecīgs') ir zinātne par gēniem, iedzimtību un organismu dažādību. Vārds "ģenētika" pirmo reizi tika lietots, lai aprakstītu iedzimtības pētīšanu. Terminu piedāvāja britu zinātnieks Viljams Betsons (William Bateson), pirmoreiz to lietojot personiskā vēstulē ģeologam Ādamam Sedžvikam (Adam Sedgwick) 1905. gada 18. aprīlī. Betsons terminu "ģenētika" publiski pirmoreiz lietoja Trešajā Starptautiskajā ģenētikas konferencē Londonā 1906. gadā. Taču plašāk šis termins sāka izplatīties tikai pēc tam, kad dāņu zinātnieks Vilhelms Johansens 1909. gadā ierosināja Mendeļa iedzimtības faktorus saukt par gēniem.

Zināšanas par ģenētiku cilvēki izmantoja jau aizvēsturē, veicot augu un dzīvnieku selekciju un pavairošanu. Mūsdienu pētījumos ģenētika strauji attīstās un nodarbojas, piemēram, ar specifisku gēnu funkciju izpēti, gēnu mijiedarbības analīzi un gēnu inženieriju.

Organismos ģenētiskā informācija galvenokārt tiek pārnesta hromosomās, kur tā ir iekļauta dezoksiribonukleīnskābes (DNS) molekulu ķīmiskajā struktūrā, taču augos ģenētiskais materiāls mēdz būt atrodams ne tikai šūnas kodolā, bet arī hloroplastos, savukārt citos organismos – mitohondrijos, mitohondriālās DNS veidā.

DNS dubultspirāle. DNS ir ģenētiskās informācijas nesēja dzīvajos organismos

Mūsdienās ir zināms, ka dažāda iedzimtības informācija tiek pārnēsāta DNS. Izņēmums ir vīrusi, kas dažreiz pārnēsā informāciju arī RNS veidā. DNS sastāv no dezoksiribozes (cukura molekulas), fosfātgrupas un bāzes (amīna grupas). Ir četri bāzu veidi: adenīns (A), citozīns (C), guanīns (G) un timīns (T). Bāzes, fosfāti un cukuri kopā veido nukleotīdu, kas savienojas garās DNS molekulās. DNS parasti pastāv kā divpavedienu molekula, kas ir savīta dubultspirāles formā. Katrs DNS nukleotīds savienojas ar sev komplementāru nukleotīdu pretējā pavedienā: A ir komplementārs T, bet C ir komplementārs G. Šī DNS struktūra ir iedzimtības fiziskais pamats: DNS replikācija dublē ģenētisko informāciju, sadalot pavedienus un izmantojot katru pavedienu kā veidni jauna komplementāra pavediena sintēzei.

Gēni kodē informāciju, kas nepieciešama olbaltumvielu biosintēzei. Pamatojoties uz DNS nukleotīdu sekvenci, ar īpašu fermentu — RNS polimerāžu — palīdzību tiek sintezētas ribonukleīnskābes (RNS). Šo procesu sauc par transkripciju. Transkripcijas rezultātā tiek iegūta matrices RNS (mRNS), kas savukārt kalpo par pamatu olbaltumvielu biosintēzei translācijā. Translācija norit ribosomās šūnas citosolā. Ribosomu RNS jeb rRNS ir ribosomu uzbūves pamats, bet transporta RNS (tRNS) kalpo aminoskābju nogādāšanai uz ribosomām.

Ģenētika nosaka lielu daļu organisma vizuālo un, iespējams, arī uzvedības pazīmju, taču to iespaido arī apkārtējās vides faktori. Identiskajiem dvīņiem, kloniem, kas rodas, embrijam pārdaloties agrā attīstības stadijā, ir vienāda DNS, bet dažādas personības un pirkstu nospiedumi. Ģenētiski identiski augi, kas aug aukstākā klimatā, mēdz būt īsāki un mazāk sulīgi.

Vēsture

Par mūsdienu ģenētikas pamatlicēju uzskata Gregoru Mendeli, kurš pētīja īpašību pārmantojamību augos. Savā rakstā "Versuche über Pflanzenhybriden" ("Eksperimenti augu hibridizācijā"), kas tika prezentēts 1865. gadā Brno Dabas vēstures biedrībai, Gregors Mendelis izsekoja noteiktu īpašību iedzimtības modeļus zirņos un parādīja, ka tie var tikt izteikti matemātiski. Lai gan ne visās iezīmēs parādās šie Mendeļa iedzimtības modeļi, viņa darbā tika ieteikts iedzimtības studēšanai izmantot statistiskus datus. Kopš tā laika atklātas vairākas daudz sarežģītākas iedzimtības formas.

Mendeļa darba nozīme netika izprasta, līdz 20. gadsimta sākumā viņa pētījumus no jauna atklāja citi zinātnieki, kas strādāja ar līdzīgām problēmām.

Nozīmīgu atklājumu hronoloģija

• 1859 Čārlzs Darvins izdod darbu "Sugu Izcelšanās"
• 1865 Gregora Mendeļa raksts "Versuche über Pflanzenhybriden"
• 1903 Tiek atklāts, ka hromosomas ir iedzimtības vienības
• 1906 Publiski tiek lietots jēdziens "ģenētika", britu biologs Viljams Beitsons, Trešā Starptautiskā ģenētikas konference, Londona
• 1910 Tomass Hants Morgans pierāda, ka gēni atrodas hromosomās šūnu kodolā
• 1913 Alfrēds Sturtevants izveido pirmo hromosomas ģenētisko karti
• 1913 Gēnu kartes rāda hromosomas ar lineāri sakārtotiem gēniem
• 1918 Ronalds Fišers sagatavo rakstu par savstarpējām saistībām starp radiniekiem — sākas modernā sintēze
• 1927 Fizikālas izmaiņas gēnos nosauc par mutācijām
• 1928 Fredriks Grifits atklāj transformēšanu: mirušas baktērijas varēja pārnest ģenētisko materiālu, lai "transformētu" citas joprojām dzīvas baktērijas
• 1944 Osvalds Teadors Avērijs, Kolins Makleods un Makleins Makartijs identificēja DNS kā molekulu, kas ir atbildīga par transformāciju
• 1950 Ervins Čargafs parāda, ka 4 nukleotīdi nav sastopami nukleīnskābē stabilās proporcijās, bet ka daži galvenie likumi tiek ievēroti
• 1952 Eksperimenti pierāda, ka ģenētiskā informācija bakteriofāgos ir DNS
• 1953 Džeimss Votsons un Frānsiss Kriks pierāda, ka DNS struktūra ir stingra dubultspirāle
• 1956 Jo Hins Tjio un Alberts Levans konstatē, ka hromosomu skaits cilvēkiem ir 46
• 1961 Ģenētisko kodu sakārto trijotnēs (nukleotīdu tripletos)
• 1964 Hauards Temins parāda, izmantojot RNS vīrusus, ka Vatsona centrālā dogma (DNS-RNS-olbaltumviela) ne vienmēr ir patiesa
• 1970 Tiek atklāti enzīmi restriktāzes, kas ļauj zinātniekiem izgriezt un kopēt DNS
• 1977 Atklāj DNS sekvencēšanu, to izdara Frederiks Sengers, Valters Gilberts un Allans Maksams, kuri strādāja neatkarīgi viens no otra
• 1983 Karijs Banks Mullis atklāj polimerāzes ķēdes reakciju, kas atļauj pavairot (amplificēt) DNS fragmentu
• 1985 Aleks Džefrijs atklāj "ģenētisko pirkstu nospiedumu"
• 1989 Francis Kollins un Lap-Čē Tsuis nosaka pirmo cilvēka gēna sekvenci
• 1995 Heamophilus influenzae ir pirmais brīvi dzīvojoša organisma sekvencētais genoms
• 1998 Pirmais sekvencētais daudzšūnu organisma genoms
• 2003 Veiksmīga Cilvēka genoma projekta pabeigšana

Ārējās saites

• Vikikrātuvē par šo tēmu ir pieejami multivides faili. Skatīt: Ģenētika.

• Encyclopædia Britannica raksts (angliski)
• Mūsdienu Ukrainas enciklopēdijas raksts (ukrainiski)
• Encyclopædia Universalis raksts (franciski)
• Stanfordas Filozofijas enciklopēdijas raksts (angliski)
• Enciklopēdijas Krugosvet raksts (krieviski)
• Ģenētika | Medicīnas termins (latviski)