Molekularna genetika

**Molekulska genetika** je oblast genetike koja proučava nasljedive životne pojave, procese i odnose u i među molekulama.
Interaktivno i difuzno pokriva interdisciplinarno područje biohemije, biofizike,  biologije makromolekula i bioinformatike.

U suštini, molekulska genetika istražuje krucijalno područje prelaska neživih spojeva u živu materiju, sinteze reproducibilnih makromolekula i njihove kontrole struktura i funkcija žive supstance. To je oblast proučavanja sistema centralne dogme molekulske biologije, tj. prirode skladištenja, prepisivanja i prevođenja genetičke informacije, te regulacije i kontrole molekulskih osnova života.

## Terminologija 
**Biohemijska genetika** je skoro napušteni termin kojim se naziva oblast genetike koja se danas najčešće označava kao **molekulska genetika** ili *molekularna genetika*, po latinskom, engleskom, njemačkom i francuskom pridjevu (*molecularis*, *molecular*, *molekular*, *moléculaire*).
## Tehnike u  molekulskoj genetici 
### Umnožavanje 
Umnožavanje ili amplifikacija  gena je  postupak u kojem se  višestruko repliciraju određeni geni ili sekvence DNK  u procesu koji se zove  replikacija DNK.

;**Polimerazna lančana  reakcija**

Glavna  genetičke  komponente polimerazne lančane reskcije (PCR) su nukleotidne jedinice DNK, predlošci DNK, prajmeri i Taq polimeraza . Nukleotidi  čine kalup polulanca  DNK za specifične sekvence koje se umnožavaju, prajmeri su kratki lanci komplementarnih nukleotida, gdje  počinje  replikacija DNK, a Taq polimeraza je toplinski stabilni enzim  koji skokovito pokreće proizvodnju novih  molekula DNK na visokim temperaturama potrebnim za reakciju.

;'*Kloniranje bakterijske  DNK

Kloniranje je proces stvaranja mnogih identičnih kopija sekvence DNK.  Ciljna sekvenca  DNK se ubaci u klonirajući vektor.  Budući da  vektor potiče iz samorazmnožavajućeg  virusa, plazmida  ili ćelije  viših  organizama kada se odgovarajuće veličina sekvence  DNK ubaci ciljnu DNK  i  fragment vektorske  DNK se „ligira“  (ugradi), svojevrsnim lijepljenjem njegovih krajeva, kada se stvara molekula rekombinantne RNK.
Molekule rekombinantne DNK  se zatim  ugrađuju i  ćelije bakterijskog  (obično  *E. coli*)  koje proizvode mnoštvo identičnih kopija, putem transformacije. Transformacija je mehanizam unošenja  DNK kojeg posjeduju  bakterije. Međutim, unutar jedne bakterije ćelije može biti klonirani samo jedna molekula  rekombinantne DNK, tako da  je svaki klon samo jedan umetak DNK.

### Separacija i detekcija
Prilikom separacije i detekcije DNK i iRNK se izoliraju iz ćelija, a zatim  identificiraju jednostavnom izolacijom.  Da bi se obezbijedilo stalno snabdijevanje ćelijama za izolaciju, održavaju se odgovarajuće kulture ćelija.

;Kulture ćelija
 
Kultura ćelija za molekulsko  genetičke postupke,  uzgaja se  u veštačkim uslovima. Neke vrste ćelija rastu  dobro u kulturama, kao što su ćelije  kože, ali druge  nisu toliko produktivne u kulturama. Postoje različite tehnike za svaki tip ćelija, od kojih su  neke tek nedavno  proglašene podobnim  za podsticanje rasta matičnih i nervnih ćelija. Kulture za molekulsku  genetiku su zamrznute u cilju očuvanja svih  uzorka kopija  gena i odmrzavaju se samo kada je to potrebno. Ovo omogućava stabilno snabdevanje ćelijama.
;Izolacija DNK
Izolacije  i ekstrakcija DNK se obavlja iz čistih ćelijskih formi.  DNK se prvo odvoji od ostalih ćelijskih sastojaka, kao što su  proteini, RNK i lipidi.  To se radi postavljanjem odabrane ćelije u tubi sa rastvorom koji, mehanički i  hemijski,  otvara ćelije. Ovaj rastvor sadrži enzime, hemikalije i soli,  koje razgrađuju sve sastojke ćelije, osim DNK. Sadrži enzime za rastvaranje proteina, hemikalije da uništi sve  prisutne molekule RNK, a soli da pomognu ekstrakciju  DNK iz rastvora. Zatim se DNK izdvaja iz rastvora, pomoću obrtanja  u centrifugi,  što omogućava da se  DNK prikupi  u dnu tube. Nakon ovog ciklusa u centrifugi, rastvor se odlije  i DNK resuspendira u drugom rastvoru,  koji čini DNK lahko obradivom  u budućim postupcima. To rezultira dobijanjem koncentriranog uzorka  DNK, koji sadrži na hiljade  kopija svakog gena. Za projekte velikih razmjera, kao što je  sekvenciranje ljudskog  genoma, sav ovaj posao obavljaju roboti.

;Izolacija iRNK
DNK koja kodira sintezu proteina je konačni cilj za naučnike i  DNK  koja ima sposobnost ekspresije  dobija se  izolacijom  iRNK (informacijska RNK).
Prvo, laboratorije koristite normalne  ćelijske modifikacija iRNK,  kojoj se  dodaje do 200 adeninskih  nukleotida na kraju molekule (poli (A) rep). Kada je to dodano, ćelija  puca  i njen sadržaj je  izloženi sintetskim  kapljicama  koje su obložene timinskim  nizom  nukleotida.  Budući da su  adenin i timin komplementarni  par u lancu  DNK, poli (A) rep i sintetske kapljice međusobno se  privlače i kada je vežu u ovom procesu komponente ćelije mogu se isprati bez skidanja iRNK. Kada se iRNK  izoloirana, reverzna transkriptaza je  je pretvara  u jednolančanu DNK, od koje se proizvodi  stabilna dvostruka (puna)  molekula  DNK,  pomoću DNK polimeraze. Komplementarna DNK (cDNK) je mnogo stabilnija nego iRNK, pa   se  tako dobije potpuni lanac  DNK, čije se  sekvence fenotipski  ispoljavaju, što je glavni ccilj cjelokupnog postupka.

## Genetički  snimci
;Genetika unaprijed

Ova tehnika se koristi za identifikaciju koji su geni ili genetička  mutacije proizvela određeni fenotip.  Za ubrzavanja tog procesa, obično se koristi neki od mutagenih  agenasa . Kada su  mutanti su izolirani, u mutirani geni mogu biti i molekulski  identificirani.

Zasićena genetika unaprijed je metoda za tretiranje organizama mutagenim agenssom,  a zatim se  snimaju odnosi u potomstvu organizma za određene fenotipove. Ovaj tip genetičkog  skrininga  se koristi za pronalaženje i identifikaciju svih gena koji su  uključeni u  kontrolu određenog svojstva.

;Reverzna genetika – Genetika unazad 

Genetikom unazad  određuje se fenotip koji rezultira iz posebno konstruiranog  gena. U nekim organizama, kao što su kvasac i miševi, moguće je izazvati deleciju određenog gena, stvarajući ono što je poznato kao genski "nokaut" – laboratorijsko poreklo tzv "nokaut miševa" za dalje proučavanje . Drugim riječima,  ovaj proces uključuje stvaranje transgenih organizama koji ne ispoljavaju  gen od interesa. Alternativne metode obrnutih  genetičkih istraživanja uključuju slučajne indukcije delecija  DNK  i naknadni izbor za delecije  u genu od interesa, kao i primjenu  nterferencije RNK.
## Genska terapija 
Mutacija u genu može uzrokovati  poremećaje kodiranih  proteina i ćelija koje se na njih  oslanjaju . Promjene  koje se odnose na genske mutacije nazivaju se genetski poremećaji. Međutim, mijenjanje gena pacijenta ponekad može se dobro iskoristiti za liječenje ili izliječenje  bolesti. Genska terapija može se koristiti za zamjenu mutiranih gena njegovim  ispravnim kopijama, da deaktivira ili nokautiranje  ispoljavanja  neispravnog  gena ili  se unosi strani gen u tijelo  da pomogne u borbi  protiv bolesti. Glavne  bolesti koje se mogu tretirati sa genskom  terapijom  uključuju virusne  infekcija, rak  i nasljedna  oboljenja, uključujući i  poremećaja imunskog sistema.
Genska terapija unosi nedostajuću kopiju, mutirane ili željeni gene   preko modificiranih virusa ili vektora do ciljne ćelije pacijenta, tako da je moguća proizvodnja  djelotvorne forma proteina i ugrađeni u tijelo.  Ovi vektori su često siRNK. Liječenje može biti *in vivo* ili * ex vivo*. Terapija mora da se ponovi nekoliko puta  da bi pogođeni pacijent stalno biti  stabilan, jer  ponovna  podjela ćelija i  smrt ćelija  polahko nasumično odabiru  odnosi  funkcionalnih i mutant nih gena. Genska terapija je privlačan alternativni  pristupa nekim lijekovima, jer  popravlja osnovni genetički defekt koristeći vlastite ćelije pacijenata sa  minimalnim nuspojavama.  Genska  terapija je  još u razvoju i uglavnom se koristi u  istraživačkim tretmanima. Svi eksperimenti i proizvodi su pod kontrolom  odgovarajućih državnih organa. U Bosni i Hercegovini nije aktualna, a nema takvih  podataka o  eventualnom tretmanu bh. građana u inozemstvu. 
Klasična genska  terapije obično zahtijeva efikasan transfer kloniranih gena u  bolesne ćelije,  tako da se uvedeni  geni  izražavaju  na dovoljno visokom nivou  da mogu promijeniti fiziologiju pacijenta. Postoji nekoliko različitih fizičkih  i bioloških metode koje se mogu koristiti za prijenos gena u ljudske ćelije. Veličina fragmenta DNK koji se može prenijeti je vrlo ograničena,a  preneseni  gen često nije konvencionalni  gen. Horizontalni prijenos gena  je transfer genetičg materijala iz jedne ćelije u drugu koja  nije njen  potomak. Vještački  horizontalni prijenos gena je oblik  genetičkog inženjerstva.
## Projekt ljudskog genoma 
 Projekt ljudskog genoma (*Human   Genome Project'')  je molekulskogenetički  projekt koji je počeo 1990-ih, a  i predviđeno  je da se  završi  za petnaest godinai. Međutim, zahvaljujući  napretku  tehnoloških dostignuća, projekat  je  neplanirano uznapredovao  i  završen je  u 2003. godini, u   samo trinaest godina. Pokrenule su ga   Sjedinjene Američke Države,  Ministarstvo energetike i Nacionalni  instituta za zdravlje,  u nastojanju da dostigne šest postavljenih ciljeva. Ovi ciljevi su:
# Identifikaciji 20.000 do 25.000 gena u ljudskoj  DNK (iako je po  prvim procjenama bilo oko 100.000 gena),
# Određivanje sekvence hemijskih parova baza u ljudskoj DNK,
# Čuvanje svih  pronađenih informacije u bazama podataka,
# Poboljšanje alata za analizu podataka,
# Transfer tehnologija u privatnom sektoru, i
# Rješavanje etičkih, pravnih i socijalnih pitanja (ELSI) koja  mogu nastati iz projekata. . 
Projekat se ostvarivao u  osamnaest različitih zemalja, a glavninu posla su obavile : SAD, Japan, Francuska, Njemačka i Velika Britanija. Zajednički napor rezultirao je  otkrićem mnogih prednosti molekularne genetike. Otkrićau oblasti  molekulske  medicine, novih  izvora  energije i aplikacija  na  okoliš, DNK forenzike  i uzgoja  stoke, samo su neke od prednosti koje  može pružiti molekulska genetika.

## Također pogledajte 
*Molekula
*Atom
*Genetika
*Bakteriophag
*Reparacija DNK
*Replikacija DNK
*Epigenetika
*Gensko mapiranje
*Genetički kod
*Genetička recombinacija
*Historija genetike
*Mutageneza
*Mutacija
*Ekspresija gena
*Regulacija ekspresije gena
*Semikonzervativna replikacija
*Transformacija (genetika)

## Reference
## Vanjski linkovi
NCBI: http://www.ncbi.nlm.nih.gov/About/primer/genetics_molecular.html

*[https://web.archive.org/web/20051012104453/http://www.infobiogen.fr/services/chromcancer/dblinks.html ]

Kategorija:Genetika
Kategorija:Mikrobiologija
Kategorija:Molekularna genetika