γενετική

Βασικές Έννοιες Γενετικής

Τι είναι η Γενετική;

Κάθε ζωντανός οργανισμός προέρχεται από έναν άλλο και αυτό αποτελεί βασικό αξίωμα της ζωής. Γενετική είναι η μελέτη της κληρονομικότητας και της ποικιλότητας των ζωντανών οργανισμών σε γονιδιακό επίπεδο. Ταυτόχρονα υπάρχει και μελέτη σε επίπεδο οργανισμών, οπότε μιλάμε για πληθυσμιακή γενετική.

  • Σε λιγότερο εξελιγμένα είδη (μονοκύτταροι οργανισμοί, πολυκύτταροι ερμαφρόδιτοι) ένας οργανισμός γεννά τον απόγονό του. Σε πιο προηγμένα είδη οι μηχανισμοί γίνονται πιο σύνθετοι και στο ανθρώπινο είδος συμμετέχουν δύο οργανισμοί διαφορετικού φύλου για τη δημιουργία του νέου ατόμου και μεταβιβάζουν και οι δύο χαρακτηριστικά σε αυτό.
  • Ο νέος οργανισμός φέρει τις πληροφορίες της δημιουργίας και λειτουργίας του από τους προγόνους του. Αυτές οι πληροφορίες αποτελούν τον γονότυπό του.
  • Ταυτόχρονα, κάθε ζωντανός οργανισμός δημιουργείται και επιβιώνει σε ένα περιβάλλον, που περιλαμβάνει τόσο το στενό σύστημα μέσα στο οποίο δημιουργήθηκε όσο και τις ευρύτερες συνθήκες που επηρεάζουν αυτό το σύστημα.
  • Κάθε οργανισμός δεν είναι πανομοιότυπος με τους πρόγονους του αλλά παρουσιάζει τα δικά του χαρακτηριστικά που καθορίζονται τόσο από τις πληροφορίες κατασκευής του όσο και από το περιβάλλον στο οποίο δημιουργήθηκε και αναπτύχθηκε. Όλα μαζί τα χαρακτηριστικά του αποτελούν τον φαινότυπό του.
  • Η κληρονομικότητα είναι ο τρόπος με τον οποίο τα χαρακτηριστικά των προγόνων (γονότυπος) εκφράζονται στους απογόνους τους κάτω από την επίδραση του περιβάλλοντος και δίνουν πληθώρα διαφορετικών οργανισμών (φαινότυπων).
  • Η βασική μονάδα κληρονομικότητας είναι το γονίδιο, το οποίο αποτελείται από DNA.

Τι είναι το DNA;

Το DNA είναι ξεχωριστή κατηγορία μορίων που υπάρχουν σε όλους τους ζωντανούς οργανισμούς.

  • Αποτελείται από 4 διαφορετικά νουκλεοτίδια, τα Κυτοκίνη (Cytokine), Γουανίνη (Guanine), Αδενytokineη (G), εοτίδια Κυτοκίνη (υτοκίνη (Adenine) και Θυμίνη (Thymine). Αυτά συνδέονται ytokineη (G), εοτίδια Κυτοκίνη (υτοκσυνδέονται μεταξύ τους με συνεχώς εναλλασσόμενους συνδυασμούς και φτιάχνουν 2 μεγάλες αλυσίδες που έχουν τη μορφή σκάλας, δηλαδη η μία αλυσίδα συνδέεται με την άλλη με ειδικούς δεσμούς σαν σκαλοπάτια. Κάθε τέτοια αλυσίδα αποτελεί ένα χρωμόσωμα.
  • Στους εξελιγμένους πολυκύτταρους οργανισμούς τα χρωμοσώματα φιλοξενούνται μέσα στον πυρήνα των κυττάρων. Στον άνθρωπο υπάρχουν 23 ζευγάρια χρωμοσωμάτων μέσα στον πυρήνα όλων των κυττάρων του, δηλαδή 46 στο σύνολό τους χρωμοσώματα. Για κάθε ζεύγος χρωμοσωμάτων, το ένα προέρχεται από τον πατέρα και το άλλο από τη μητέρα. Εξαίρεση αποτελούν τα γενετικά κύτταρα ωοθηκών και όρχεων, όπου υπάρχουν τα 23 διαφορετικά χρωμοσώματα, χωρίς τα ζεύγη τους, καθώς αυτά θα ενωθούν με τα αντίστοιχα του άλλου φύλου για να δημιουργήσουν το νέο οργανισμό.
  • Τα 22 ζεύγη χρωμοσωμάτων στον άνθρωπο είναι ίδια μεταξύ τους και λέγονται αυτόσωμα χρωμοσώματα. Μόνο ένα ζεύγος είναι διαφορετικό: είναι τα χρωμοσώματα του φύλου Χ και Y, που καθορίζουν το φύλο του ατόμου, γι’ αυτό και λέγονται φυλετικά. Συγκεκριμένα τα θήλεα άτομα έχουν 2 ίδια Χ χρωμοσώματα (ΧΧ), ενώ τα άρρενα έχουν ένα και Χ και ένα Υ (ΧΥ). ytokineη (G), εοτίδια Κυτοκίνη (υτοκ

Πώς λειτουργεί το DNA;

Η τρόπος λειτουργίας του DNA ανακαλύφθηκε στον 20ο αιώνα και οδήγησε σε σημαντικές ανακαλύψεις για τη λειτουργία του κυττάρου. Η μεγάλη του σημασία έγκειται στο ότι αποτελεί έναν μεγάλο κατάλογο οδηγιών για την κατασκευή των πρωτεϊνών, που είναι τα βασικά δομικά στοιχεία των έμβιων οργανισμών αλλά και οι ρυθμιστές όλων των λειτουργιών τους. Μερικά λοιπόν δεδομένα είναι:

  • Γονίδια: Σε κάθε χρωμόσωμα υπάρχουν πολλαπλά επιμέρους λειτουργικά τμήματα, που λέγονται γονίδια. Είναι δηλαδή τμήματα DNA που έχουν ξεχωριστή λειτουργία το καθένα. Διακρίνονται σε αυτόσωμα εάν βρίσκονται στα αντίστοιχα χρωμοσώματα και είναι ίδια και στα 2 φύλα και φυλοσύνδετα εάν βρίσκονται στα φυλετικά χρωμοσώματα, οπότε ενδέχεται να διαφέρουν στα 2 φύλα
  • Κάθε γονίδιο φέρει την κωδικοποιημένη πληροφορία για την παραγωγή μιας πρωτεΐνης. Τα γονίδια συνεργάζονται μεταξύ τους για την επίτευξη όλων των λειτουργιών του κυττάρου (πολλαπλασιασμός, εξειδικευμένη λειτουργία, θάνατος). Η συνεργασία αυτή πραγματοποιείται μέσω «οδών» επικοινωνίας μεταξύ τους αλλά και με το περιβάλλον, τα λεγόμενα «κυτταρικά μονοπάτια».
  • Στα διαφορετικά κύτταρα κάθε οργάνου ενδέχεται να εκφράζονται συγκεκριμένα γονίδια ανάλογα με τη λειτουργία τους και άλλα να «σιωπούν», να μην παράγουν δηλαδή την πρωτεΐνη που κωδικοποιούν γιατί δεν είναι απαραίτητη για το συγκεκριμένο κύτταρο. Μέσω της διαδικασίας αυτής επιτυγχάνεται η διαφοροποίηση των κυττάρων, ανάλογα με το όργανο στο οποίο ανήκουν.
  • Τα γονίδια φαίνεται να παρουσιάζουν και διαφορετική ισχύ ανάμεσά τους: διακρίνονται σε επικρατούντα, όταν αρκεί ένα μόνο αντίγραφο του γονιδίου στο ένα χρωμόσωμα για να εκφραστεί η λειτουργία του και σε υπολειπόμενα, όταν χρειάζονται 2 ίδια αντίγραφα και στα δύο χρωμοσώματα για να εκφραστεί το γονίδιο και να παραχθεί η αντίστοιχη πρωτεΐνη. Επίσης, διακρίνονται σε υψηλής διεισδυτικότητας όταν εκφράζονται σε όλα τα άτομα που υπάρχουν και χαμηλής όταν εκφράζονται σε κάποια από αυτά.
  • Κατά τον πολλαπλασιασμό του κυττάρου, κάθε χρωμόσωμα παράγει ένα ακριβές αντίγραφο του εαυτού του, με τα γονίδια που περιέχει, το οποίο μεταβιβάζεται στο νέο κύτταρο. Κατά τη διαδικασία της αντιγραφής ενδέχεται να παρουσιαστεί κάποια βλάβη με αποτέλεσμα αλλαγή στη δομή του γονιδίου. Συνήθως τέτοιες βλάβες διορθώνονται με κατάλληλους μηχανισμούς επιδιόρθωσης.
  • Εάν μία βλάβη δεν διορθωθεί προκύπτει μια μετάλλαξη, που ενδέχεται να αλλάξει τη δομή του γονιδίου και κατ’επέκταση τη δομή και τη λειτουργία της πρωτεΐνης που αυτό το γονίδιο κωδικοποιεί. Ακολουθεί διαταραχή στην αντίστοιχη κυτταρική λειτουργία, η οποία εάν είναι μεγάλη οδηγεί σε κυτταρικό θάνατο. Εάν ωστόσο είναι μικρότερη και αντιρροπούμενη από το κύτταρο μπορεί να «επιβιώσει» ως μετάλλαξη και να οδηγήσει σε συγκεκριμένη πάθηση ή ακόμη και να περάσει απαρατήρητη. Κάθε μετάλλαξη σε ένα γονίδιο που δεν οδηγεί σε κυτταρικό θάνατο περνά στο θυγατρικό κύτταρο και τον διπλασιασμό του κυττάρου.
  • Καθώς τα γονίδια μεταβιβάζονται από τους προγόνους στους απογόνους, μεταβιβάζουν και τις πληροφορίες τους και είναι υπεύθυνα για τη λεγόμενη κληρονομικότητα, για τις ομοιότητες δηλαδή που υπάρχουν μέσα στις οικογένειες αλλά και τις παθήσεις που εμφανίζονται σε συγγενικά πρόσωπα.

ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝ: Τι ρόλο παίζει;

Από τη μελέτη της κληρονομικότητας και της αλληλεπίδρασης των γονιδίων έχουν προκύψει σημαντικά συμπεράσματα:

  • Τα γονίδια έχουν ποικιλία στην έκφρασή τους (π.χ χρώμα ματιών, ύψος)
  • Κάποια γονίδια είναι πιο ισχυρά σε λειτουργία από άλλα
  • Δεν εκδηλώνουν όλα τα άτομα που έχουν την ίδια μετάλλαξη την αντίστοιχη νόσο
  • Υπάρχουν γονιδιακές μεταλλάξεις με άγνωστη σημασία
  • Υπάρχουν παθήσεις που εκδηλώνονται και σε άτομα χωρίς μετάλλαξη σε κάποιο θεωρούμενο υπεύθυνο γονίδιο

Η ερμηνεία για αυτές τις διαφορές είναι ότι το περιβάλλον, δηλαδή οι εξωγενείς επιδράσεις σε ένα οργανισμό, «συνδιαλέγονται» με το γενετικό του υλικό και παράγεται ένα άλλοτε άλλο αποτέλεσμα, στην δομή και τη λειτουργία του οργανισμού. Στην έννοια του περιβάλλοντος συγκαταλέγονται όλοι εκείνοι οι παράγοντες που επιδρούν σε ένα άτομο μετά τη σύλληψή του, οπότε και έχει καθοριστεί το γενετικό του υλικό, τόσο κατά τη δημιουργία του πριν τη γέννηση, συγγενώς όπως αναφέρεται όσο και μετά, κατά την ανάπτυξη και την ώριμη ζωή του. Μερικοί τέτοιοι παράγοντες, όπως μελετώνται από την επιδημιολογία, είναι:

  • Ενδομήτριο περιβάλλον (παράγοντες που επιδρούν στη μητέρα)
  • Διατροφικά στοιχεία
  • Κλίμα – Ατμόσφαιρα – Ακτινοβολία
  • Λοιμώξεις- Εμβόλια
  • Έκθεση σε ουσίες (φάρμακα, ρυπογόνα)
  • Συνήθειες (άσκηση, κάπνισμα)

Καρκίνους Μαστού: γονίδια ή περιβάλλον;

Στο σύνολο των καρκίνων μαστού που διαγιγνώσκονται ένα ποσοστό 80 % χαρακτηρίζεται ως σποραδικός και το υπόλοιπο 20% χαρακτηρίζεται ως οικογενής – κληρονομικός.

  • Σποραδικός είναι ο καρκίνος όταν δεν ανευρίσκεται στο περιβάλλον του ατόμου που νόσησε κανένα άλλο άτομο με καρκίνο του μαστού ή άλλη σχετιζόμενη κακοήθεια και δεν εντοπίζεται γονιδιακή μετάλλαξη.
  • Οικογενής είναι ο καρκίνος μαστού (ή και σχετιζόμενων οργάνων) που εντοπίζεται σε πολλά άτομα που μοιράζονται το ίδιο οικογενειακό δένδρο, αλλά δεν ταυτοποιείται κάποια γνωστή γονιδιακή μετάλλαξη
  • Κληρονομικός είναι ο καρκίνος που οφείλεται σε μετάλλαξη γνωστού γονιδίου.

Σχηματικά η κατανομή έχει την παρακάτω εικόνα:

Φαίνεται ότι για την ανάπτυξη καρκίνου του μαστού υπάρχει κάθε φορά και διαφορετική αλληλεπίδραση περιβάλλοντος και γενετικού υλικού. Συγκεκριμένα:

  • Για το σποραδικό καρκίνο του μαστού, που αποτελεί και την πλειονότητα των περιπτώσεων, θεωρείται ότι η ποικιλία των παραγόντων του περιβάλλοντος που ενισχύουν την καρκινογένεση επιδρά στο υπάρχον υγιές γενετικό υλικό του εκάστοτε ατόμου και το οδηγεί σε εκτροπή και μετάλλαξη, με αποτέλεσμα την καρκινογένεση σε αυτό το άτομο. Συνήθως η νόσος εκδηλώνεται σε μεγαλύτερη ηλικία, που ουσιαστικά εκφράζει το βάθος του χρονικού διαστήματος που χρειάζεται να επιδράσει το περιβάλλον, ώστε η αθροιστική επίδραση να λειτουργήσει καρκινογενετικά.
  • Για τον κληρονομικό καρκίνο έχουν ταυτοποιηθεί αρκετά γονίδια που εμπλέκονται στις διαδικασίες πολλαπλασιασμού και απόπτωσης των κυττάρων, οι μεταλλάξεις στα οποία οδηγούν με μεγάλη πιθανότητα σε καρκινογένεση στο μαστό. Στις περιπτώσεις αυτές το πάσχον άτομο κληρονομεί το μεταλλαγμένο γονίδιο από κάποιο πρόγονό του, δηλαδή γεννιέται με παθολογικό γενετικό υλικό. Συνήθως, το άτομο εκδηλώνει σε νεαρή ηλικία τη νόσο, καθώς η βλάβη του γενετικού υλικού υφίσταται από τη γέννησή του και εκφράζεται σύντομα στη ζωή του, ίσως με την επίδραση και άλλων παραγόντων
  • Τέλος, για τα οικογενή περιστατικά καρκίνου του μαστού (και συχνά και άλλων οργάνων) θεωρείται ότι ευθύνεται μια ποικιλία λιγότερο ισχυρών γονιδίων, οι μεταλλάξεις στα οποία είναι δυνατό να προκαλέσουν σε μικρότερη πιθανότητα καρκίνο του μαστού και αυτή τους η δράση εκδηλώνεται με την επίδραση – «συνεισφορά» και περιβαλλοντικών παραγόντων, που συχνά είναι κοινοί στα οικογενειακά περιβάλλοντα. Ο δε χρόνος εκδήλωσης της νόσου ποικίλλει, με τάση προς μέσες ηλικίες.