Екологични генетични методи

Темата на днешния урок е посветена на интересна област на знанието - в съседство между екологията и генетиката. Първите, считани за класически, изследвания в областта на екологията се отнасят конкретно до изучаването на адаптациите, тоест адаптациите на организмите към тяхната среда. Сега, когато е известно, че адаптивните черти се определят до голяма степен от генотипа, появата на изследвания в пресечната точка на екологията и генетиката не изглежда необичайна - съвсем естествено класическите изследвания на адаптациите са придобили "генетична" конотация.

От друга страна, във връзка с активната стопанска дейност на човека в околната среда се появиха много вещества и фактори (например допълнителен, техногенен радиационен фон), които са генетично активни. Просто казано, човешката дейност е довела до увеличаване на броя на факторите, които причиняват мутации в околната среда. Това е второто направление на екологичните генетични изследвания: изследване на влиянието на факторите на околната среда върху генетичния апарат и наследствеността.

Екологичната генетика е област на знанието, която изучава взаимното влияние на генетичните процеси и връзките в околната среда.

Има две основни области на екогенетичните изследвания. Генетични изследвания на околната среда:

генетична предопределеност на екологичните отношения.
въздействието на факторите на околната среда върху генетичните процеси (предимно мутагенеза)

Проблемите с оценката на генетичния риск, причинен от факторите на околната среда, са най-важната задача на екогенетиката. Тези изследвания се фокусират върху следните въпроси:

как този фактор влияе върху генетичния материал
колко широко човешката популация е изложена на този фактор
какво е вероятното увеличение на скоростта на мутация в сравнение със скоростта на спонтанна мутация
какви са дългосрочните ефекти от увеличаването на нивата на мутация върху популацията

Но основният въпрос, на който трябва да отговори не генетиката, а цялото общество, е

Каква е степента на увеличаване на броя на мутационните щети, които сме готови да толерираме в замяна на ползите от цивилизацията (използване на рентгенови лъчи, използване на ядрена енергия и производство на атомни оръжия, някои лекарства)?

За изследване на генетичната активност на различни агенти се използват различни тест системи и специфични генетични методи. По правило мишките се използват като лабораторни животни, върху които се изследват генетичните ефекти.

Тест система за откриване на рецесивни мутации. Отгледана е линия от мишки, хомозиготни за седем рецесивни мутации. С други думи, за всяка от седемте черти мишките имат два рецесивни алела (гени).Тази линия се нарича тестова линия, използва се за изследване на мутации в естествени или експериментални популации.

След това мишки от див тип (от естествената популация) се кръстосват с тестерната линия. Ако в изследваната популация е имало една от седемте рецесивни мутации, които мишките от тестовата линия имат, тогава тези мутации ще се появят в потомството. Това се обяснява много просто - просто вземете учебник по биология за 11 клас: рецесивните гени се появяват само ако в един организъм се открият два рецесивни гена - единият от мама, другият от татко. Тъй като всички гени в тестерната линия са рецесивни за всичките седем мутации, когато се срещнат с рецесивните гени на естествената популация, те ще се появят в чертите на потомството. Обикновено такива мутации не се появяват в естествените популации, тъй като рядко се откриват два рецесивни гена.

Ако се появят мутации в потомството, тогава можем да заключим, че има мутации в изследваната популация. Този метод обаче предоставя информация само за ограничен брой локуси (хромозомни региони). Освен това трябва да се има предвид, че честотите на мутациите, предизвикани в различни хромозоми, могат да показват значителни несъответствия.

За откриване на точкови (генни) мутации все повече се използват биохимични методи (включително с помощта на метода на електрофореза). Тези методи позволяват да се открият разлики в структурата на протеините, причинени от мутации.

Тест системи за соматични мутации. За откриване на соматични мутации се използва хромозомен анализ в култури от лимфоцити или в клетки от костен мозък. Лимфоцитната система често се използва при изследвания върху хора. Това наистина е единствената система, която позволява изследване на високорискови групи от хора с минимални негативни последици от генетичните ефекти, причинени от излагане на мутагенни фактори.

Още по-проста тестова система се основава на анализ на хромозоми, облъчени in vitro. Повечето от тези тестове използват култури от човешки лимфоцити. Този метод се използва за изследване на мутагенност на различни агенти - химикали и радиационно облъчване.

Цитогенетичните методи позволяват да се открият хромозомни пренареждания и митотични нарушения. Изследват се дицентрични хромозоми, пръстенни хромозоми и други ефекти.

Метафазният метод се основава на анализа на клетките по време на метафаза. В метафазна клетка е най-лесно да се идентифицират различни хромозомни пренареждания. Например, те изучават хромозомни пренареждания в клетките на костния мозък на мишки.

Широко използван метод е методът на микроядрото. Образуват се микроядратези хромозоми или хромозомни фрагменти, за които се оказа, че не са свързани с митотичния апарат и не участват в митозата като останалите хромозоми. Това е придружено от преждевременна кондензация на такива хромозоми и техните фрагменти. В метафазата микроядрените хромозоми са кондензирани като профазните, така че лесно се откриват под микроскоп. Понякога дори не изисква специални техники за оцветяване. Броят на микроядрата се изследва в различни системи: в клетките на костния мозък на лабораторни животни, в човешките лимфоцити и еритроцити, в епителните клетки.

Микроядрата могат да бъдат резултат както от структурни, така и от числени хромозомни аберации. Те се използват като индикатор за тези смущения, които възникват под въздействието на антропогенни замърсители. Анализът на микроядра може да се извърши в различни пролифериращи човешки клетки, по-специално в клетките на устната кухина, където появата им е свързана с навлизането на ксенобиотици в тялото или през устната кухина, или чрез вдишване.

Наличието на микроядра в клетките може да показва недостатъчна ефективност на защитните свойства на тялото, тъй като обикновено повечето от тези цитогенетично аберантни клетки се елиминират от имунната система.

Децата са особено податливи на натиска на неблагоприятните фактори на околната среда поради факта, че все още нямат достатъчно развити еволюционно фиксирани форми на адаптивна активност, които допринасят за оцеляването на индивида в постоянно променяща се среда. В тази връзка едно от предимствата на детската група от населението като индикатор за антропогенно замърсяване е краткият период от време за проява на негативните ефекти в сравнение с възрастните, което повишава надеждността на изследванията, позволявайки по-обективни изводи за замърсяването на околната среда.неблагоприятна среда.

Един от методите за провеждане на микронуклеарен анализ сред детското население. От деца на възраст 3-7 години се вземат остъргвания от устната лигавица.Събраният със стерилна шпатула материал от вътрешната страна на бузата се прехвърля в бутилки с етанолно-оцетен фиксатор (3 части етанол: 1 част ледена оцетна киселина). За приготвянето на временни натрошени препарати, парчета тъкан се отстраняват от колбите с микробиологична примка върху предметно стъкло. Ацетоорцеинът се използва като багрило. Анализът на препаратите се извършва на светлинни микроскопи. Микроскопията се отнася до микронуклеусите като заоблени образувания с гладки ръбове, 1/20 - 1/5 от диаметъра на клетъчното ядро и цвят, съответстващ на цвета на основното ядро.