Программа Генетика

Программа  курса “Основы современной генетики” (для дополнительного образования)
Курс рассчитан на 30-40 часов (1 семестр)
Учебная нагрузка – 2 часа в неделю

 Автор курса: Муравник Галина Леонидовна

Краткая пояснительная записка

     Данный курс предполагает изучение материальных основ наследственности живых организмов, т.е. генетики. Достижения современной генетики основываются на законах классической генетики, открытых  Менделем и имеющих универсальное значение для всего живого.
      В чем автору видится необходимость и актуальность данного курса?

   Современная наука имеет в своем арсенале мощные технологии, которые дают ей почти неограниченные возможности, что является поистине, по выражению ап.Павла "мечом обоюдоострым". В значительной мере эти опасения относятся к фантастическим, иначе и не скажешь, успехам современной генетики, которая за сто лет своего существования (а для научной дисциплины это, можно сказать, еще младенческий возраст) превратилась в лидера современного биологического естествознания.
   Обладает ли история научных поисков, которая будет предметом рассмотрения в рамках данного курса, хоть какой-то полезной назидательностью? Способны ли мы извлекать уроки и предвидеть последствия? Хотелось бы дать утвердительный ответ. Наука наших дней постепенно меняет горделивую уверенность в собственной непогрешимости и всесильности на смирение своих притязаний и осознание того, что неведение по-прежнему является ее неизбежным спутником. Ее же былое рвение к преобразованию мира по собственному разумению - это путь в никуда. Конечно, лишены смысла все чаще раздающиеся призывы остановить развитие того или иного научного направления или какой-либо научной технологии (а во многом это относится именно к генетике). Развитие науки осуществляется в пространстве свободы и направляется творческим духом, а не директивами или запретительными окриками. Однако те дилеммы, которые предъявляют человечеству новые научные достижения, безусловно, нуждаются в нравственном осмыслении. Наверное, в этом способно помочь знание истоков, корней проблемы, поскольку путь, который прошла наука, имеет серьезную духовную значимость. Всякий плод вызревает на своем дереве. Генетика - одна из быстрорастущих ветвей биологического «древа познания». Какие плоды она предлагает нам сегодня? Знакомству с различными областями генетики и посвящен данный курс.
   Прежде всего – это общая, или классическая генетика, связанная с открытиями Менделем основных генетических законов, а также формулированием Томасом Морганом хромосомной теории наследственности.
   Следующий этап - это изучение функционирования ДНК, расшифровка генетического кода, исследование структуры и организации гена, ставшие возможными после открытия  Уотсоном и Криком в 1953 г. структуры ДНК. Это открытие, удостоенное в 1962 г. Нобелевской премии, явилось ключевым для биологии ХХ века. Именно оно легло в основу молекулярной биологии и молекулярной генетики, которые, в свою очередь, сделали возможным развитие генетической инженерии, клонирования и других современных технологий.
   Генетика по мере своего развития делилась на отдельные научные направления. Так возникла медицинская генетика, изучающая законы наследственности и изменчивости у человека в норме и при патологиях. Эта ветвь генетики чрезвычайно важна в настоящее время, поскольку генетический груз у людей все нарастает, количество наследственных синдромов увеличивается. Для медико-генетического консультирования, профилактики и лечения наследственных патологий необходимо знание медицинской генетики.
   Другим направлением являются исследования в области мутагенеза, роль  которых также возросла в последние десятилетия, поскольку среда нашего обитания  все больше загрязняется различными мутагенными факторами (химической, физической и биологической природы).
В последние три десятилетия появилось еще одно научное направление, связанное с открытием перемещающихся генетических последовательностей  («прыгающих генов»). Изучение этого феномена дало возможность манипулирования генами: их перенесение из одного организма в другой с последующим клонированием. Генная инженерия (и биотехнология) стала той областью генетики, без которой теперь не обходится ни медицина, ни фармакология, ни сельское хозяйство, ни пищевая промышленность и пр.
   И, наконец, нельзя не сказать о новом направлении в генетике – так называемой волновой генетике, родоначальником которой по праву может считаться наш соотечественник П.П.Гаряев. Его исследованиями были обнаружены многие необычные свойства генома, которые позволяют совсем по-новому взглянуть на все то, что мы прежде знали о его устройстве и функционировании. Гаряевым показано, что ДНК живых организмов реагирует не только на физические и химические воздействия, но даже и на человеческое слово. Слово способно вызывать как сильнейший мутагенный эффект, так и оказывать репарирующее действие, что было неоднократно продемонстрировано в экспериментах на разных модельных объектах. Эти воздействия имеют волновую природу, однако, у ДНК, как показал Гаряев, имеются возможности для восприятия подобной информации (т.е. она наделена так сказать «волновыми ушами»). Эти исследования открывают принципиально новую страницу в наших знаниях о ДНК, а также дают поистине неограниченные возможности по переносу волновой генетической информации от одного организма к другому, даже совсем неродственному, поверх любых видовых барьеров. Конечно, это направление – «меч обоюдоострый», однако изучение волновых функций ДНК необходимо хотя бы для того, чтобы выявить те опасности, которые могут подстерегать человечество, осознать их и преодолеть.
   Еще одним интересным и важным направлением современной генетики является технология клонирования, вокруг которой сейчас идут жаркие споры. Знакомство с этим разделом, который возник на стыке генетики, эмбриологии и медицины, также предполагается в рамках этого курса.
В целом можно сказать, что все наиболее значимые и интересные исследования в области генетики и смежных с ней дисциплин, будут предметом изучения в предлагаемом курсе «Основы современной генетики».

Программа курса

I. Введение (2 часа)  Генетика, ее предмет, задачи, основные понятия.
История рождения генетики. Доменделевский этап развития генетики (Гиппократ, Аристотель, овисты и анималькулисты эпохи Возрождения, “геммулы” Ч.Дарвина). Библейские истоки генетики. Иоганн Грегор Мендель - родоначальник генетики как науки. Его жизненный путь и научная деятельность.  Работа Менделя “Опыты над растительными гибридами”. Переоткрытие законов Менделя Чермаком, Корренсом и Де Фризом. Путь восхождения: от наблюдения к опыту, гипотезе и теории.


II.Общая генетика (6 часов). Основные понятия генетики. Словарь генетических терминов. Законы Менделя (единообразия, расщепления и независимого наследования),закон чистоты гамет, их современная цитогенетическая интерпретация.
Т.Морган и его школа. Дрозофила - классический объект генетики. Особенности биологии дрозофилы.  Открытие  кроссинговера  и  картирование  генов. Сцепленное наследование. Построение генетических и цитогенетических карт. Хромосомная теория наследственности - важнейшее теоретическое осмысление открытий генетики.   
Аллельные взаимодействия генов (полное доминирование,  неполное доминирование,  кодоминирование).  Генетика  групп  крови. Неаллельные взаимодействия генов (комплементарность, эпистаз, полимерия, плейотропия, гены-модификаторы).
Генетика пола. Хромосомный механизм определения пола. Половые хромосомы, история их открытия. Особенности наследования признаков, сцепленных с полом. Признаки, ограниченные и контролируемые полом. Гены  Х- и У-хромосом. Методы предопределения пола человека.


III. Молекулярная генетика (8 часов)
История открытия и изучения ДНК. Открытие спиральной структуры ДНК Уотсоном и Криком. РНК, ее виды и биологические функции. Основная догма молекулярной биологии: ДНК -- РНК -- белок. Матричный принцип кодирования и передачи информации. Генетический код, его структура и особенности. Расшифровка кода. Семантические знаки в организации кода.
Молекулярно-генетические процессы, обеспечивающие движение потока генетической информации. Репликация, трансктипция, трансляция: механизмы, биологический смысл. Процессинг и сплайсинг. Открытие интронов и экзонов. Ген в гене (“гены-матрёшки”). Обратная транскрипция. Рибосома - ретранслятор информации и “молекулярная машина” по сборке белка. Строение и функционирование рибосом.
Современные представления о структурной организации и регуляции активности генов. Работы Жакоба и Моно. Видоизмененная гипотеза оперона.
IV. Генотипическая изменчивость (4 часа). Проблема стабильности (нестабильности) генома. История открытия и изучения мутаций. Мутационная изменчивость. Мутагенные факторы. Классификация и общая характеристика мутаций. Геномные, хромосомные и генные мутации. Спонтанные и индуцированные мутации. Частота мутирования.
 Репарации. Назначение и механизмы репарационных систем. Антимутагены.
 Генетические последствия загрязнения окружающей среды. Виды мутагенов. Скрининг мутагенов. Поиск и разработка тест систем для контроля качества окружающей среды.
V. Медицинская генетика (4 часа). Предмет и задачи медгенетики. Наследственные синдромы человека. Медико-генетические методы исследования: клинико-генеалогический, цитогенетический, близнецовый и пр. Анализ родословных. Медико-генетическое прогнозирование и консультирование (этапы, пренатальная диагностика, планирование). Евгеника, история возникновения и задачи.
Задачи и первые итоги международной программы “Геном человека”. Перспективы дальнейших исследований.
VI. Генетическая инженерия (4 часа). Задачи генетической инженерии. Открытие рестриктаз и лигаз – путь к манипулированию генами. Работы по созданию векторных последовательностей ДНК. Клонирование ДНК. Прикладное значение генноинженерных исследований. Генетически модифицированные продукты; биосинтез лекарств, генная терапия. Проблемы и возможные опасности.
Нестабильность генома. Перемещающиеся генетические элементы (IS-элементы, транспозоны, эписомы, плазмиды, м.д.г. и пр.) – альтернативный механизм обмена генетичекой информацией.
VII. Клонирование (4 часа). История работ по клонированию высших (многоклеточных) организмов. Теоретические и методологические подходы к клонированию. Современные достижения в этой области. Задачи, проблемы, опасности. Нужно ли клонировать человека?
VIII. Популяцинная генетика (2 часа). Популяция, ее характеристики. Реализация законов Менделя на уровне популяций. Закон Харди-Вайнберга. Факторы,  нарушающие равновесие популяции.  Дрейф генов.  Методы  определения  генетического груза в популяции.
IX.Волновая генетика (2 часа). Новое  направление  генетического  поиска.  Работы П.П.Горяева и соавт. ДНК как голографический компьютер. Мутагенные и репарационные свойства человеческой речи. Новые возможности передачи генетической информации.
X. Заключение (4 часа). Уроки истории генетики: гонения на генетику в СССР в 30-60 г.г. ХХ века. Драматические  события и судьбы: Н.И.Вавилов, В.Н.Тимофеев-Ресовский и др. Лысенко и лысенковщина.  Генетика и всечеловеческая проблема “гения и злодейства”. 

Рекомендуемая литература:

1.    Айала Ф., Кайгер Дж. «Современная генетика» в 3 т.,  М., 1988.
2.    Албертис Б. и др. «Молекулярная биология клетки» в 2 т., М., 1994.
3.    Ауэрбах Ш. «Проблемы мутагенеза», М., 1978.
4.    Бекиш О.Л., Храмцова Л.А. «Практикум по медицинской биологии и общей генетике», Витебск, 1997.
5.    Бочков  Н.П. и др. «Медицинская генетика»,  М., 1984.
6.    Брода П. «Плазмиды», М., 1982.
7.    Гаряев П.П. «Волновой геном», М., 1994.
8.    Гилберт С. «Биология развития в 3 т.,  М., 1993.
9.    Грин Н., Стаут У., Тейлор Д. «Биология» в 3 т.,  М., 1990.
10.    Дарвин Ч. «Пангенезис; с прибавлением глав о наследственности», СПб, 1898.
11.    Дубинин Н.П., Пашин Ю.В. «Мутагенез и окружающая среда», М., 1978.
12.    Дудинцев В. «Белые одежды», М., 1988.
13.    Зазаров  А.Ф. и др. «Хромосомы человека» (атлас),  М., 1982.
14.    «Классики советсткой генетики» (1920-1940 г.г.), Л., 1968.
15.    Крик Ф. «Двойная спираль: как это мне сейчаспредставляется»// Химия и жизнь, 1976, N1, с. 43.
16.    Лильин Е.Т. и др. «Генетика для врачей»,  М., 1987.
17.    Медведев Ж.. «Взлет и падение Лысенко», М., 1993.
18.    Медведев Н. «Практическая генетика», М., 1968.
19.    Мендель Г. «Опыты над растительными гибридами», М., 1965.
20.    Приходько Н.Н., Шкурат Т.П. «Основы генетики человека», Ростов-на Дону, 1997.
21.    Ригер Р., Михаэлис А. «Генетический и цитогенетический словарь», М., 1967.
22.    Свердлов Е.Д. «Молекулярная генетика на рубеже двух тысячелетий» // Молекулярная биология, 1999, т.33, N 1, с.5.
23.    Сингер Р., Берг П. «Гены и геномы» в 3 т , М., 1999.
24.    Сойфер В.Н. «Власть и наука. История разгрома генетики в СССР» // Химия и жизнь, 1994, N 11, с.41.
25.    Соунсон К. и др. «Цитогенетика», М., 1969.
26.    Стент Г., Кэлиндар Р. «Молекулярная генетика», М., 1981.
27.    Томилин Н.В. «Генетическая стабильность клетки», М., 1983.
28.    Уотсон Дж. «Молекулярная биология гена», М., 1978.
29.    Фогель Ф., Мотульски А. «Генетика человека» в 3 т., М., 1990.
30.    Хесин Р.Б. «Непостоянство генома», М., 1984.
31.    «Химические мутагены окружающей среды», М., 1983.
32.    Ширинский В.П. «Гены в генах», Химия и жизнь, 1997, N 12.




             















joomla template 1.6