Задачи и методология генетической инженерии. Методы выделения и синтеза генов. Понятие о векторах. Векторы на основе плазмид и ДНК фагов.

С начала 1970-х гг., когда появилась первая публикация о получении in vitro рекомбинантной ДНК, возникла новая наука — генная инженерия. Ее основные направления — создание трансгенных животных и растений и разработка принципов генной терапии. Генетическая инженерия - это комплекс молекулярно-генетических или клеточных методов, которые позволяют создавать нужные (для эксперимента или производства) генетические программы избранных организмов. В том случае, когда манипуляции идут на уровне отдельных генов или на их частях, говорят о генной инженерии. В зависимости от задач можно указать на следующие уровни приложения методов биотехнологического и общего генетико-инженерного: 1) молекулярный, когда дело касается отдельных частей генов; 2) генный; 3) хромосомный; 4) уровень плазмид; 5) клеточный; 6) тканевый; 7) организменный и 8) популяционный.

В задачу генетической инженерии входит решение трех основных задач: 1) конструирование функционально активных генетических структур в виде рекомбинантных ДНК, пригодных для переноса в другие клетки; 2) разработка методов введения рекомбинантных ДНК в клетку; 3) создание условий для нормальной экспрессии генов, введенных в данную клетку. Организмы, полученные в результате внедрения чужеродного генетического материала, называют трансгенными. Технологии, возникшие на основе методов молекулярной генетики, используются в самых разнообразных областях, таких как диагностика наследственных заболеваний у человека и животных, криминалистика и этнография, производство хозяйственно ценных и биологически активных веществ, получение штаммов микроорганизмов, трансгенных животных и растений с заданными свойствами, клонирование целых организмов, органов или отдельных клеток.

Генетическая инженерия на клеточном, хромосомном уровнях и при помощи суммарной ДНК обеспечивает неконтролируемый во время переноса переход генов от одной клетки к другой. Методы генной инженерии отличаются тем, что они обеспечивают контролируемое внедрение индивидуальных избранных генов. Эти методы основываются на возможностях выделения отдельных генов и затем их внедрения в клетку реципиента, в первую очередь с помощью гибридных молекул — векторов.Имеется ряд способов выделения генов. Среди них основными являются: 1) ферментативный синтез генов; 2) химический синтез генов; 3) выделение генов с помощью ферментов рестрикции. 1. Ферментативный синтез гена.В пробирке происходит транскрибирование нити ДНК на молекулах иРНК от данного индивидуального гена, который выделяется из клетки. При наличии фермента обратной транскриптазы происходит транскрибирование молекул ДНК с матриц молекул иРНК. Синтезированные гены, полученные с помощью обратной транскриптазы, не имеют в своем составе регуляторных частей (промотора и др.) и не содержат модифицированных оснований, в результате чего они функционально неактивны. Поэтому желательно иметь матрицы РНК не только со структурными, но и с регуляторными частями генов в виде так называемой про-мРНК. 2. Химический синтез генов.Химический синтез гена впервые осуществил в 1970 г. Гобинд Хорана (США). В лаборатории этого ученого удалось химическим путем связать 77 дезоксирибонуклеотидов в цепочку ДНК, комплементарную к аланиновой транспортной РНК (г-РНК) пекарских дрожжей. Отрезки цепочки соединялись встык с помощью фермента лигазы. Две синтезированные нити соединялись химическими связями в спирализованную двутяжевую структуру. Такой искусственно созданный биополимер и стал геном аланиновой т-РНК, содержащейся в геноме дрожжей.Химический синтез гена технически очень труден и требует знания его нуклеотидной структуры.3. Выделение генов с помощью ферментов рестрикции.Выделение фрагментов ДНК в хромосомах, несущих гены с необхо­димыми свойствами, производят с помощью вырабатываемых клетками бактерий ферментов рестрикции (рестриктаз).В клетках кишечной палочки и других бак­терий были обнаружены ферменты, разрезающие на куски ДНК вирусов и других фагов (там где расположены специфические последовательности нуклеотидов), и тем самым защищающие клетку от разрушения. Рестриктазыраспознают в ДНК специфичные для них участки длиной в 4-6 пар нуклеотидов и разрезают обе цепи ДНК посередине этих участков или с некоторым смещением. В первом случае образуются обрывки с ровными (тупы­ми) концами, во втором - стороны оборванных цепочек ДНК чуть-чуть заходят одна за другую. Такие концы называются липкими, они могут слипаться между собой в силу комплиментарности.Две совершенно не схожие между собой последовательности ДНК (например, слона и лягушки) образуют одинаковые липкие концы, если эти ДНК обработать одной и той же рестрикта­зой. В настоящее время известно более 500 рестриктаз, способных рубить ДНК в 120 различных последовательностях. Это дало возможность получать фрагменты ДНК, содержащие желаемые гены. При наличии выделенного гена его надо доставить в клетку, наследственность которой предстоит изменить. Основным способом такой доставки служит использование рекомбинантных молекул ДНК плазмид. Рекомбинантными, или гибридными, плазмидами называют их искусственные формы, сочетающие или гены от разных плазмид, или плазмиды, несущие гены, выделенные из хромосом прокариот или эукариот. Рекомбинантная плазмида с включенным в нее участком чужеродной ДНК становится «плазмидным вектором». Введение в клетку и последующее размножение рекомбинантной плазмиды обеспечивают клонирование приобретенного ею чужеродного фрагмента ДНК. В качестве векторов используется ряд природных плазмид, а также векторы, искусственно сконструированные с помощью рестриктаз и лигаз. Скрепить липкие концы помогает ДНК-лигаза,сшивающая фосфодиэфирные связи.

59) Геномные библиотеки. Способы получения рекомбинантных молекул ДНК, методы клонирования генов. Получение с помощью генетической инженерии трансгенных организмов. Под рекомбинантными понимают ДНК, образованные объединением in vitro (в пробирке) двух или более фрагментов ДНК, выделенных из различных биологических источников. Ключевыми в этом определении являются слова "фрагмент ДНК" и "объединение in vitro", что указывает на сущность генетической инженерии и ее отличие от всех остальных методов получения гибридных (или химерных) организмов, таких как генетическая селекция, эмбриональная инженерия и т.д. Фрагменты ДНК, в том числе и фрагменты, содержащие гены, получают с использованием ферментов рестриктаз. Рестриктазы могут образовывать фрагменты как с тупыми, так и с липкими концами. Сшивка фрагментов ДНК производится тремя основными методами, зависящими от того, какие концы имеют фрагменты сшиваемых ДНК. Сшивка по одноименным "липким" концам (рестриктазно лигазный метод). Этот метод является самым распространенным и популярным. Впервые этим способом гибридная ДНК была получена С. Коэном с сотрудниками в 1973 году. Некоторые рестриктазы, внося в цепи ДНК симметричные, расположенные наискось друг от друга разрывы на равных расстояниях от центра сайта узнавания и образующие "ступеньку". Эти комплементарные друг другу участки имеют тенденцию к ассоциации за счет спаривания оснований, и поэтому их называют комплементарными или липкими концами. Спаривание оснований происходит только между комплементарными последовательностями. Для сшивания, или лигирования нитей используют фермент ДНК-лигазу. Этот фермент в живой клетке выполняет ту же функцию - сшивание фрагментов ДНК, синтезирующихся при репликации. Сшивка по "тупым" концам (коннекторный метод) : Липкие концы не абсолютно необходимы для связывания фрагментов ДНК. Тупые концы также могут быть соединены за счет действия ДНК-лигазы, если и лигаза, и тупые концы присутствуют в реакционной смеси в высоких концентрациях. В этом случае реакция лигирования имеет свои особенности и ее эффективность ниже, чем при сшивке по липким концам. Впервые такие эксперименты были выполнены в 1972 году Полем Бергом. Липкие концы также можно ферментативным путем присоединить к молекулам ДНК с тупыми концами. Для этого используют фермент - концевую трансферазу, которая присоединяет нуклеотиды к 3 -концам цепей ДНК. Для ковалентного соединения двух фрагментов используется ДНК-лигаза. Эти процедуры составляют основу для второго общего метода получения рекомбинантных молекул ДНК. Сшивка фрагментов с разноименными липкими концами : В ситуации, когда необходимо сшить фрагменты, образованные разными эндонуклеазами рестрикции, и имеющие разные, то есть некомплементарные друг другу липкие концы, применяют так называемые линкеры (или "переходники"). Линкеры - это химически синтезированные олигонуклеотиды, представляющие собой сайты рестрикции или их комбинацию. Впервые эту идею предложил Шеллер в 1977 году. Существуют большие наборы таких генных "переходников". Естественно, что при использовании линкеров должна учитываться необходимость соблюдения правил экспрессии генетической информации. Часто в середину линкера помещают какой-либо регуляторный генетический элемент, например, промотор или участок, связанный с рибосомой. В этом случае линкеры обеспечивают не только объединение генов, но и обуславливают их экспрессию. Существуют линкеры "тупой конец - липкий конец". При необходимости липкие концы можно превратить в тупые. Это достигается либо отщеплением липких концов с помощью фермента - эндонуклеазы S1, которая разрушает только одноцепочечную ДНК, либо липкие концы "застраивают", то есть с помощью ДНК-полимеразы I на однонитевых липких концах синтезируют вторую нить. После того, как ДНК сшита в пробирке, ее необходимо размножить. Используя микроорганизмы, можно создавать два типа библиотек ДНК: геномную и клоновую (кДНК). Геномная библиотека. Если геном какого-либо организма разрезать, вставить в плазмидные или вирусные вектора и ввести в клетку, то в таком виде его можно сохранить. При разрезании плазмидной или фаговой ДНК вероятность выпадения целых и неизмененных кусков генома довольно высока. Такой способ получения геномной библиотеки получил название «метод дробовика», так как геном в данном случае представлен отдельными фрагментами. Методы клонирования ДНК: Полимеразная цепная реакция. К анализируемому образцу ДНК добавляют в избытке 2 синтетических олигонуклеотида - праймера размером около 20 нуклеотидов. Каждый из них комплементарен одному из 3'-концов фрагмента ДНК. ДНК нагревают для разделения цепей двойной спирали, а при охлаждении происходит гибридизация праймеров с комплементарными участками фрагментов ДНК. В результате в растворе будут находиться однонитевые ДНК с короткими двухцепочечными участками - затравками (праймерами). При добавлении нуклеотидов и ДНК-полимеразы синтезируются комплементарные цепи и образуются идентичные фрагменты ДНК (первый цикл). Обычно при проведении ПЦР выполняется 20—35 циклов. см схему. Клонирование генов— это процесс выделения генов и, в результате генноинженерных манипуляций, получения большого количества продукта данного гена. ПЦР используется для того, чтобы амплифицировать ген, который затем вставляется в вектор — фрагмент ДНК, переносящий чужеродный ген в тот же самый или другой, удобный для выращивания, организм. В качестве векторов используют, например, плазмиды или вирусную ДНК. трансформация клеток высших организмов, введение генов в зародышевые и соматические клетки животных. Трансгенез – искус-й перенос гена или группы генов из одного орг. в др. и создание условий для его/их экспресии (т.е. выражения: транскрипции, трансляции, приводящих к появлению в кл. орг.-реципиента биол. актив. генного продукта). Работы по созданию трансгенных организмов можно разделить на несколько этапов: выделение или исскуственный синтез нужного гена, встраивание этого гена в другую молекулу ДНК (вектор), способную к автономному существованию в клетке и обеспечивающую систему экспрессии гена в чужеродном окружении, введение вектора носителя гена в организм - реципиент, отбор клеток или особей - носителей данного гена. Трансгенные раст.Современный арсенал методов трансформации, однако, довольно обширен и включает такие подходы, как введение ДНК в голые клетки (протопласты), электропорация клеток, микроинъекций ДНК в клетки, опосредованная вирусами инфекции и так далее. Так как множество растений подвержены нападению и поеданию со стороны насекомых, то ученые генетической инженерии провели эксперимент с давно известной бактерией Bacillus-Thiringiensis, которая продуцирует белок. Оказалось, она является очень токсичной для многих видов насекомых, но в то же время безопасна для млекопитающих. Встраивание гена этого белка в геном растений дает возможность получить трансгенные растения, не поедаемые насекомые. Трансгенные животные.Большой интерес представляют работы по созданию трансгенных животных, которые синтезируют незаменимые аминокислоты. Например, в овцеводстве имеет актуальность способность овец синтезировать метионин, который необходим для роста шерсти. В Австралии удалось получить трансгенное животное с интегрированным гормоном роста овцы. Для этого был выделен ген гормона роста, который потом был введен в геном зиготы. Полученная трансгенная овца в трехлетнем возрасте была в полтора раза больше по живой массе, чем сверстницы. Получение трансгенных особей проводится в трех направлениях; картирование геномов сельскохозяйственных животных, производство дополнительных продуктов эндогенного происхождения, использование их для селекционно-генетического улучшения, акклиматизации и одомашнивания. Наиболее применимым может быть создание линий трансгенных животных, имеющих ген соматотропина или устойчивых к целому ряду заболеваний (генетически иммунных форм).

60) Векторы эукариот. Дрожжи как объекты генетической инженерии. Основы генетической инженерии растений и животных: трансформация клеток высших организмов, введение генов в зародышевые и соматические клетки животных. Понятие о векторах. Векторы на основе плазмид и ДНК фагов. При наличии выделенного гена его надо доставить в клетку, наследственность которой предстоит изменить. Основным способом такой доставки служит использование рекомбинантных молекул ДНК плазмид. Рекомбинантными, или гибридными, плазмидами называют их искусственные формы, сочетающие или гены от разных плазмид, или плазмиды, несущие гены, выделенные из хромосом прокариот или эукариот. Введение в клетку и последующее размножение рекомбинантной плазмиды обеспечивают клонирование приобретенного ею чужеродного фрагмента ДНК. В клетки млекопитающих внедряется онкогенный обезьяний вирус SV40, его используют для внесения в эти клетки чужеродной ДНК. Кроме того, этот вирус способен давать псевдовирионы, которые в своей белковой оболочке (капсиде) несут не геном вируса, а фрагмент ДНК той клетки, в которой происходило образование псевдовириона. В 1980 г. ген инсулина человека, введенный в клетки бактерий, кодировал в них синтез человеческого инсулина. Этот инсулин прошел испытания на людях и оказался очень эффективным. Инсулин, который в клетках бактерий кодировался человеческим геном, не вызывает побочных явлений, что свойственно инсулину, получаемому из поджелудочных желез свиней. В 1980 г. через плазмиду pBR322 в клетку кишечной палочки С. Нагата и сотрудники, а также Д. Гёддель и сотрудники ввели ген лейкоцитарного интерферона. В 1981 г. Т. Танигучи и сотрудники ввели в Е. coli ген фибробластного и в 1982 г. П. Грей и сотрудники - ген иммунного интерферона. Были получены линии бактерий, продуцирующие интерферон. Для интерферона типа а-F его продукция была получена в клетках Е. coli. Эта задача в 1982 г. была решена Ю. А. Овчинниковым и сотрудниками. Трансформация — процесс поглощения клеткой организма свободной молекулы ДНК из среды и встраивания её в геном, что приводит к появлению у такой клетки новых для неё наследуемых признаков, характерных для организма-донора ДНК. Иногда под трансформацией понимают любые процессы горизонтального переноса генов, в том числе трансдукцию, конъюгацию и т. д. Транспортировка функциональных генов в ткани может сделать возможной коррекцию генной недостаточности и мутаций, следствием которых являются тяжелые наследственные патологии или раковые опухоли. В настоящее время разработан целый ряд приемов для введения ДНК в клетки, среди которых наиболее распространены преципитация фосфатом кальция или диэтиламиноэтил-декстраном (ДЕАЕ-декстраном), электропорация, микроинъекция, встраивание ДНК в реконструированную оболочку вирусов или липосомы (искусственные мембранные липидные везикулы). В качестве переносчиков ДНК используются ретровирусные векторы, векторы на основе ДНК-содержащих вирусов и ВИЧ, липосомы на основе катионных липидов, полимерные ДНК-связывающие катионы. Использование синтетических полимеров в качестве переносчиков ДНК имеет ряд преимуществ: удобство хранения и очистки, простота тестирования токсичности и безопасности и, что особенно важно для генной терапии, снижение риска патогенетических и иммунологических осложнений. Перенос генов в клетки других организмов. Известны многочисленные методы, с помощью которых можно внедрить чужеродную ДНК в геном того или иного организма. В качестве реципиентов, в геном которых встраиваются чужеродные гены, используют клетки культуры, эмбриональные клетки млекопитающих, некоторых растений, дрозофилы, пронуклеусы млекопитающих, у растений - протопласты, изолированные клетки и ткани, микроспоры, незрелые зиготические зародыши. Микроинъекция. С помощью тонких стеклянных микропипеток (диаметром 0,1 — 0,5 мкм) и микроманипулятора можно ввести в ядро клетки млекопитающих векторную ДНК с включенным в нее трансгеном. Эффективность (частота интеграции трансгена в геном) такой трансформации достигает 50 %, т. е. в 50 из 100 инъецированных клеток происходит трансформация. Число молекул ДНК, вводимых за одну инъекцию, колеблется от 100 до 300 000. Для микроинъекций в клетки растений используются микроиглы с наружным диаметром 2 мкм. Трансформация растительных клеток происходит с эффективностью 10 — 20% независимо от типа вектора.

Электропорация. Метод основан на том, что импульсы высокого напряжения обратимо увеличивают проницаемость биомембран. На растительные протопласты (или животные клетки) и находящуюся в окружающей среде ДНК действуют высоковольтным импульсом (200 — 350 В, длительность 54 мс). Через образующиеся на короткое время поры ДНК проникает в клетку. Трансфекции. Это встраивание чужеродной ДНК в культивируемые эукариотические клетки в результате обработки их изолированной ДНК. Эффективного поглощения ДНК удалось достичь при добавлении к ней ионов кальция. Предполагают, что клетки преимущественно поглощают частицы кальциевого преципитата ДНК по механизму фагоцитоза, а затем небольшая часть проникших в клетку молекул встраивается в хромосомную ДНК. Упаковка в липосомы. Это один из методов, используемых для защиты трансформирующего генетического материала от разрушительного действия нуклеаз, присутствующих вне клеток. Липосомы — это сферические образования, оболочки которых состоят из фосфолипидов и внутри которых располагается трансформирующая ДНК. Липосомы захватываются клетками, и ДНК попадает внутрь. Бомбардирование микрочастицами. Это один из самых эффективных методов трансформации однодольных растений. В качестве исходного материала для трансформации берется суспензионная культура, каллусная ткань или 4 — 5-дневные культивируемые незрелые зародыши однодольных. Для бомбардирования используют частицы золота или вольфрама размером 0,6 — 3 мкм, на которые наносится ДНК вектора, содержащего необходимый для трансформирования трансген. Этими частицами заряжают «генные пушки», после выстрелов из которых частицы, содержащие гены, проникают в клетки и ядра. Клетки в направлении выстрела чаще всего гибнут, в то время как в зоне 0,6-1 см от центра находятся наиболее удачно трансформированные клетки. Частицы могут проникать на глубину 2 — 3 клеточных слоев. Дрожжи как объекты генетической инженерии: Многие данные по цитологии, биохимии и генетике эукариот были впервые получены на дрожжах рода Saccharomyces. Особенно это положение касается биогенеза митохондрий: дрожжи оказались одними из немногих организмов, способных существовать только за счёт гликолиза и не гибнущих в результате мутаций в геноме митохондрий, препятствующем их нормальному развитию. Для генетических исследований важен короткий жизненный цикл дрожжей и возможность быстрого получения большого числа их особей и поколений, что позволяет изучать даже очень редкие явления.

61) Проблемы генотерапии. Значение генетической инженерии для решения задач биотехнологии, сельского хозяйства, медицины и различных отраслей народного хозяйства. Использование методов генетической инженерии для изучения фундаментальных проблем генетики и других биологических наук. Социальные аспекты генетической инженерии. Генотерапия — совокупность генноинженерных (биотехнологических) и медицинских методов, направленных на внесение изменений в генетический аппарат соматических клеток человека в целях лечения заболеваний. Новые подходы к генной терапии соматических клеток можно поделить на две большие категории: генная терапия ex vivo и in vivo. Разрабатываются специфические лекарственные препараты на основе нуклеиновых кислот: РНК-ферменты, модифицированные методами генной инженерии олигонуклеотиды, корректирующие генные мутации in vivo и т. д. Существует несколько способов введения новой генетической информации в клетки млекопитающих. Это позволяет разрабатывать прямые методы лечения наследственных болезней — методы генотерапии. Используют два основных подхода, различающиеся природой клеток-мишеней: фетальная генотерапия, при которой чужеродную ДНК вводят в зиготу или эмбрион на ранней стадии развития; при этом ожидается, что введенный материал попадет во все клетки реципиента (и даже в половые клетки, обеспечив тем самым передачу следующему поколению); соматическая генотерапия, при которой генетический материал вводят только в соматические клетки и он не передается половым клеткам. Пациент, проходивший лечение в 2007 и 2008 годах был излечен от ВИЧ методом повторной трансплантации гематопоэтических стволовых клеток. Статья, опубликованная в апреле 2010 года, описала технологию генной терапии для лечения форм ахроматопсии у собак. Ахроматопсия или полная цветовая слепота, используется в виде идеальной модели для разработки методов генной терапии, направленных на конусные фоторецепторовы. Функция конусов и дневное зрение было восстановлено, по крайней мере, в течение 33 месяцев у двух молодых собак с ахроматопсией. На сегодняшний день поддаются излечению с помощью трансгенеза уже около 10 болезней человека. К числу важных практических достижений генной инженерии следует также отнести создание диагностических препаратов. На сегодняшний день в медицинскую практику введено более 200 новых диагностикумов. Генетическая инженерия — совокупность приёмов, методов и технологий получения рекомбинантных РНК и ДНК, выделения генов из организма (клеток), осуществления манипуляций с генами и введения их в другие организмы. Генная инженерия служит для получения желаемых качеств изменяемого или генетически модифицированного организма. В отличие от традиционной селекции, в ходе которой генотип подвергается изменениям лишь косвенно, генная инженерия позволяет непосредственно вмешиваться в генетический аппарат, применяя технику молекулярного клонирования. Примерами применения генной инженерии являются получение новых генетически модифицированных сортов зерновых культур, производство человеческого инсулина путём использования генномодифицированных бактерий, производство эритропоэтина в культуре клеток или новых пород экспериментальных мышей для научных исследований. Создание приёмов химического или радиационного мутагенеза было выдающимся достижением биологии и широко применяется в современной биотехнологии. В применении к человеку генная инженерия могла бы применяться для лечения наследственных болезней. Однако, технически, есть существенная разница между лечением самого пациента и изменением генома его потомков. Для этого предлагается использовать вирусные частицы в качестве вектора. Вирусные частицы способны проникать в значительный процент клеток взрослого человека, встраивая в них свою наследственную информацию; возможно контролируемое размножение вирусных частиц в организме. Применение методов генной инженерии к человеку вызывает ряд этических проблем и вопросов. Можно ли вводить гены в половые клетки человека не с целью лечения, а с целью улучшения каких-то признаков потомства? Можно ли проводить диагностику наследственных заболеваний, если о результатах может узнать больной, а методов лечения пока не существует? Что лучше: применение генной диагностики в предродовой период, когда выявление наследственных дефектов может привести к отказу от рождения ребенка, или отказ от такой диагностики, из-за чего родители, имеющие гены наследственной болезни, могут принять решение вообще не иметь детей? Проблемы: Иммунный ответ организма на вторжение в него чужеродного материала не только увеличивает риск тяжелой иммунной реакции на генно-терапевтическое вмешательство, но и мешает генной терапии встать на ноги как лечебной дисциплине. Другие проблемы генной терапии, которые приходится преодолевать, включают в себя трудности длительного сохранения и функционирования терапевтической ДНК в организме пациента; риск использования вирусов в качестве векторов; мультигенность многих болезней, делающую их трудной мишенью для генной терапии. Но исследования продолжаются, и обещают они много.

62) Понятие о виде и популяции. Понятие о частотах генов и генотипов. Закон Харди - Вайнберга, возможности его применения. С.С. Четвериков - основоположник экспериментальной популяционной генетики. Биологический вид — это совокупность особей, занимающих определенный ареал, имеющих морфологическое, физиологическое, генетическое и поведенческое сходство, свободно скрещивающихся между собой и дающих плодовитое потомство. Популяция- это совокупность особей одного вида, длительно населяющих одну территорию, относительно изолированных от других групп особей этого вида, свободно скрещивающихся между собой и дающих плодовитое потомство. Совокупность генов популяции называется генофондом. Генофонды популяций составляют генофонд вида. Особи одной популяции имеют разные генотипы (АА, Аа, аа), т.е. обладают генетическим полиморфизмом в отличие от чистых линий, представляющих совокупность однородных гомозиготных особей (либо АА, либо аа). Отбор не может идти в чистых линиях, он идет только в популяциях. Популяции называются панмиксными, если в них происходит случайное, ничем не ограниченное скрещивание между особями, свободный выбор партнера. Под идеальной популяцией понимают бесконечно большую по численности особей популяцию, которая характеризуется полной панмиксией, отсутствием мутаций и: естественного отбора. Понятно, что в природе такие популяции не существуют, но большие по численности популяции по своим характеристикам приближаются к идеальной. Изменчивость генофонда может быть описана либо частотами генов, либо частотами генотипов. Если мы знаем соотношение между генотипами и соответствующими им фенотипами, то по частотам наблюдаемых фенотипов мы можем рассчитать частоты соответствующих генотипов. Частоты аллелей можно рассчитать по частотам генотипов, учитывая, что в гомозиготах содержится по два одинаковых аллеля, а в гетерозиготах – по одному аллелю каждого типа. Таким образом, что бы получить частоту аллелей каждого типа, нужно к частоте индивидуумов, гомозиготных по данному аллелю, прибавить половину частоты гетерозигот по этому аллелю. Если частоты генотипов представить как: гомозиготных (АА) – D, (аа) – R, гетерозиготного (Аа) – H, то частоты аллелей считаются как: p = D + 1/2 H q = R + 1/2 H. Одна из причин, по которым генетическую изменчивость популяций часто предпочтительнее описывать, используя частоты аллелей, а не генотипов, состоит в том, что различных аллелей обычно бывает гораздо меньше, чем генотипов. При двух аллелях число возможных генотипов равно трем, при трех аллелях – шести, при четырех – десяти. В общем случае, если число различных аллелей одного локуса равно k, то число возможных генотипов равно k(k + 1)/2. Закон Харди-Вайнберга дает возможность рассчитать частоты генов и генотипов в ситуациях, когда не все генотипы могут быть выделены фенотипически в результате доминантности некоторых аллелей. Как уже отмечалось, закон Харди-Вайнберга имеет две составляющие, из которых одна говорит о том, что происходит в популяции с частотами аллелей, а другая — с частотами генотипов, содержащих данные гены, при переходе от поколения к поколению. Напомним, что равенство Харди-Вайнберга не учитывает воздействия множества внутренних и внешних факторов, определяющих состояние популяции на каждом шагу ее эволюционного развития. Закон Харди-Вайнберга выполняется, когда в популяции: 1) отсутствует мутационный процесс; 2) отсутствует давление отбора; 3) популяция бесконечно велика; 4) популяция изолирована от других популяций и в ней имеет место панмиксия. Сергей Сергеевич Четвериков(24 апреля (6 мая) 1880, Москва — 2 июля 1959, Горький) — выдающийся русский биолог, генетик-эволюционист, сделавший первые шаги в направлении синтеза менделевской генетики и эволюционной теории Ч. Дарвина. Он раньше других учёных организовал экспериментальное изучение наследственных свойств у естественных популяций животных. Эти исследования позволили ему стать основоположником современной эволюционной генетики. Работы Четверикова, особенно его основной труд «О некоторых моментах эволюционного процесса с точки зрения современной генетики», опубликованный в 1926 г., легли в основу синтетической теории эволюции.