16.2: Genetyczne badanie skriningowe

Genetyczne badanie skriningowe to narzędzia stosowane do identyfikacji genów i mutacji odpowiedzialnych za interesujące fenotypy. Badania genetyczne pomagają zidentyfikować osoby lub grupy osób narażonych na ryzyko rozwoju chorób genetycznych i pomóc im w wczesnej interwencji, terapii celowanej i opcjach reprodukcyjnych.

Genetyczne badanie skriningowe

Wyprzedzające lub „klasyczne” badania genetyczne polegają na tworzeniu losowych mutacji w DNA organizmu za pomocą promieniowania, mutagenów lub insercji dodatkowych zasad, co skutkuje widocznymi zmianami w fenotypie. Mutant jest inbredowany w celu uzyskania potomstwa homozygotycznego pod względem mutacji. Identyfikuje się mutację i związany z nią fenotyp oraz mapuje się locus genu na chromosomie.

Odwrotne genetyczne badania przesiewowe

Odwrotne badania genetyczne obejmują rozbicie znanych genów, a następnie badanie przesiewowe pod kątem zmutowanych fenotypów powstałych w wyniku tych manipulacji. Skrining ekspresji to rodzaj odwrotnego przesiewu genetycznego, który obejmuje biblioteki wektorów zawierające sekwencje kodujące białka różnych genów wyekstrahowanych z genomu organizmu lub próbek środowiskowych. Badania te pomagają w identyfikacji nowych białek. Na przykład u danio pręgowanego za pomocą odwrotnego badania genetycznego identyfikuje się geny zaangażowane we wczesny rozwój.

Zastosowanie

Badania genetyczne mają kilka zastosowań, takich jak identyfikacja interakcji białek, charakteryzowanie interakcji gen-lek i zrozumienie przyczyn chorób. Na przykład bibliotekę zmutowanych drożdży wygenerowaną przy użyciu losowej mutagenezy na dużą skalę z insercjami transpozonu można hodować w obecności leku. Wpływ leku na każdego mutanta można analizować za pomocą PCR, a następnie mikromacierzy lub analizy sekwencjonowania. Podobnie badania te można wykorzystać do analizy genów i sieci molekularnych uszkodzonych w wyniku chorób ludzkich. Na przykład geny odpowiedzialne za choroby neurodegeneracyjne można zidentyfikować poprzez hodowanie neuronów w obecności wirusów kodujących RNA w celu obniżenia ekspresji różnych genów docelowych. Komórki można następnie poddać barwieniu immunologicznemu i analizie w celu wykrycia nieprawidłowości fizycznych i zidentyfikowania odpowiedzialnych genów.

Badania genetyczne są narzędziami analitycznymi do badania korelacji między genotypem a fenotypem organizmu. Są one szeroko podzielone na przednie genetyczne badania przesiewowe i odwrotne genetyczne badania przesiewowe.

Badania przesiewowe obejmują identyfikację genów odpowiedzialnych za obserwowaną cechę, taką jak kolor płatków, wykorzystując w ten sposób znany fenotyp do badania nieznanego genotypu.

Te badania przesiewowe zwykle obejmują genom organizmu, który jest losowo mutowany w celu wywołania zmiany fenotypu. Następnie zmutowane organizmy są hodowane do momentu, aż geny staną się homozygotyczne, aby zapewnić ekspresję recesywnych fenotypów. Organizmy są następnie badane pod kątem interesujących cech.

Na przykład, aby zidentyfikować geny odpowiedzialne za defekty morfologiczne w zarodkach danio pręgowanego, plemniki dorosłych samców są mutowane za pomocą substancji chemicznej, etylonitromocznika, a następnie krzyżowane z samicą typu dzikiego.

Powstałe samce F1 są ponownie krzyżowane z samicą typu dzikiego i dominującymi mutacjami obserwowanymi w potomstwie F2. Osobniki F2 są następnie inbredowane w celu zidentyfikowania recesywnych mutantów genów u osobników F3.

Geny odpowiedzialne za zmieniony fenotyp można następnie określić różnymi metodami. W jednej z technik sekwencjonowane są genomy wielu zmutowanych i dzikich organizmów. Region, który jest podobny u wszystkich mutantów, ale nie u dzikich typów, pomaga w zlokalizowaniu zmutowanego genu.

Dodatkowo, przesiewowe badania genetyczne mogą być wykorzystywane do identyfikacji mutacji, które zwiększają lub tłumią nasilenie fenotypu w organizmach. Są to tak zwane ekrany modyfikatorów.

W przeciwieństwie do tego, odwrócone genetyczne badania przesiewowe przechodzą od genotypu do fenotypu i badają fenotyp wynikający z mutacji określonego genu o nieznanej funkcji.

Weźmy na przykład pod uwagę geny molekularnych białek opiekuńczych u Drosophila. Molekularne białka opiekuńcze to białka niezbędne do fałdowania innych białek w różnych częściach organizmu. Celowe wyciszenie różnych genów opiekuńczych w oczach Drosophila może skutkować obserwowalnymi defektami morfologicznymi, pomagając w ten sposób określić, które z tych białek opiekuńczych są niezbędne do rozwoju oka.

Alternatywnie, badanie przesiewowe ekspresji jest inną metodą genetyki odwrotnej. W tym przypadku gen o nieznanej funkcji ulega ekspresji w innym organizmie, a zmiany w fenotypie są obserwowane w gospodarzu w celu określenia funkcji genu.