Giới thiệu
Gen là một đơn vị vật chất di truyền nhỏ bé, chứa đựng thông tin mã hóa cho một sản phẩm nhất định, có thể là ARN hoặc chuỗi polipeptit. Gen đóng vai trò quan trọng trong việc hình thành, phát triển và hoạt động của cơ thể.
Gen xấu
Gen xấu là những gen bị đột biến, gây ra những tác hại cho cơ thể. Đột biến gen có thể xảy ra do nhiều nguyên nhân, bao gồm:
- Tác nhân vật lý: Tia UV, bức xạ ion hóa,...
- Tác nhân hóa học: Hóa chất độc hại, thuốc trừ sâu,...
- Tác nhân sinh học: Virus, vi khuẩn,...
Gen xấu có thể gây ra nhiều bệnh lý nguy hiểm, bao gồm:
- Ung thư: Gen sinh ung [oncogene] là những gen có chức năng giúp tế bào phát triển, nhưng khi bị đột biến, nó sẽ trở thành gen xấu, kích thích tế bào phát triển một cách bất thường, dẫn đến ung thư.
- Bệnh di truyền: Một số gen có thể bị đột biến và di truyền từ thế hệ này sang thế hệ khác, gây ra các bệnh di truyền như bệnh máu khó đông, bệnh bạch tạng,...
- Các bệnh lý khác: Gen xấu cũng có thể gây ra các bệnh lý khác như bệnh tim mạch, bệnh tiểu đường,...
Phương pháp loại bỏ gen xấu khỏi nhiễm sắc thể
Hiện nay, có nhiều phương pháp được sử dụng để loại bỏ gen xấu khỏi nhiễm sắc thể, bao gồm:
- Chỉnh sửa gen: Sử dụng các công nghệ sinh học để sửa chữa những đoạn DNA bị đột biến, giúp gen trở lại hoạt động bình thường. [Image of Chỉnh sửa gen]
- Thay thế gen: Sử dụng các kỹ thuật di truyền để thay thế gen bị đột biến bằng một gen lành. [Image of Thay thế gen]
- Xóa bỏ gen: Sử dụng các kỹ thuật di truyền để xóa bỏ hoàn toàn gen bị đột biến. [Image of Xóa bỏ gen]
Vận dụng hiện tượng
Các phương pháp loại bỏ gen xấu khỏi nhiễm sắc thể được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực, bao gồm:
- Chẩn đoán và điều trị bệnh: Các phương pháp này giúp phát hiện và điều trị các bệnh di truyền, ung thư,...
- Cải thiện giống cây trồng và vật nuôi: Các phương pháp này giúp loại bỏ các gen gây hại, cải thiện năng suất và chất lượng cây trồng, vật nuôi.
- Cải thiện sức khỏe con người: Các phương pháp này giúp ngăn ngừa các bệnh lý, cải thiện chất lượng cuộc sống.
Các phương pháp loại bỏ gen xấu khỏi nhiễm sắc thể là một lĩnh vực nghiên cứu đầy tiềm năng, có thể giúp cải thiện sức khỏe con người và nâng cao chất lượng cuộc sống.
Vai trò sinh lý và vai trò bảo vệ của các cấu trúc tế bào, có tác dụng khống chế mạnh mẽ đột biến ở phân tử DNA. Nguyên phân và giảm phân ở tế bào vừa có thể duy trì sinh trưởng và phát dục bình thường của các cá thể, vừa là nền tảng vật chất của phát dục bình thường và di truyền tính trạng giới tính cho thế hệ sau, đảm bảo tính liên tục và tính ổn định tương đối của vật nuôi. Sự ổn định tương đối của số lượng và cấu trúc của nhiễm sắc thể là cơ sở phát sinh đột biến ở mức độ tế bào, duy trì tính ổn định tương đối của vật chất di truyền.
2, Cơ chế ức chế đột biến ở mức độ DNA
Phân tử DNA và cấu trúc đặc biệt, cách thức phục chế đặc biệt, cơ chế biểu hiện đặc biệt duy trì tối đa tính ổn định của trình tự nucleotit. Trước tiên, một phân tử DNA do hai nucleotit di chuyển ngược hướng và gặp nhau tại 1 trục, tấm dextrose cuộn thành kết cấu xoắn ốc; tiếp nữa, khi phục chế, phân tử DNA dưới tác dụng của polymerase DNA mở ra, mỗi chuỗi đều tự tổng hợp thành chuỗi mới, dưới tác dụng của polymerase DNA, dựa vào nguyên tắc ghép đôi codon, hấp thu các nucleotit có chứa codon tương hỗ, sau đó hình thành chuỗi phosphodiester giữa các ncleotit gần nhau; thứ ba, biểu hiện của phân tử DNA là ức chế tổng hợp protein bằng hình thức mã.
3, Cơ chế ức chế đột biến ở mức độ mã di truyền
Tính thoái hóa của mã di truyền và mã di truyền tương ứng mà axitamin có kết cấu và tính chất tương tự là cơ sở của sự ức chế đột biến ở mức độ mã di truyền, đột biến đồng nghĩa và đột biến trung tính là kết quả sau ức chế đột biến. Ba nucleotit liên tiếp trên mRNA hoặc mã di truyền quyết định axit amin do codon tạo thành , codon tổ thành mRNA có 4 loại, 4 loại này có thể cấu thành 64 mã di truyền. trong 20 loại axit amin, ngoài methionine và tryptophan, axit amin khác đều có vài loại mã di truyền, được gọi là tính thoái hóa của codon. Vì thế sau khi DNA thay thế condon, thay đổi mã di truyền của mRNA. Do tính thoái mã, có thể không thay đổi axitamin của mật khẩu mã hóa gốc, cũng do axit amin giống nhau sẽ có mã di truyền tương tự nhau, sẽ gây ra việc thay thế axitamin tương tự.
4, Cơ chế ức chế đột biến ở mức độ sửa chữa
Khi phân tử DNA xuất hiện condon không tiêu chuẩn, glycosylase sẽ loại bỏ cac codon này; khi phân tử DNA xuất hiện dimer pyrimidine, enzyme resurrection ánh sáng sẽ phân giải chúng thành trạng thái đơn thể, khi phân tử DNA có hiện tượng mất codon, có thể tiến hành sửa chữa bằng endonuclease trong AP và chèn codon.
4, Cơ chế ức chế đột biến ở mức độ di truyền tế bào chất
Di truyền tế bào chất và di truyền nhân tế bào là hai hệ thống di truyền trong tế bào, chúng phối hợp hài hòa với nhau, hình thành một chỉnh thể thống nhất với trọng tâm là điều khiển gen hạt nhân. Lý thuyết di truyền vô sinh chỉ ra rằng, trong té bào chất tồn tại gen có tác dụng giống gen hạt nhân. Khi gen hạt nhân có đột biến, sẽ mất đi chức năng vốn có, gen tế bào chất có thể thể bù đắp vào đó, có tác dụng ức chế đối với đột biến kiểu hình.
5, Cơ chế ức chế đột biến ở mức độ biểu hiện
Đột biến phát sinh mà không thể biểu hiện, cũng không có ứng dụng trong di truyền. Mô hình operon cho chúng ta thấy rằng, biểu hiện gen cần phải có thiết bị khởi động tương ứng, điều khiển nhu cầu gen và sự trao đổi chất của cơ thể, nếu không sẽ dẫn đến trạng thái đóng. Trong cơ thể sinh vật, có rất nhiềutrình tự nucleotidt không có biểu hiện, chúng có thể đã mất đi thiết bị khởi động cần thiết trong việc sao chép.
6, Cơ chế ức chế đột biến ở mức độ cá thể
Đại đa số sinh vật là sinh vật lưỡng bội, trong tế bào có hai hệ gen, khi bị chi phối, dòng lai và dòng thuần có biểu hiện giống nhau, đây là cơ chế sinh vật ức chế biểu hiện đột biến gen lặn. đột biến gen trong điều kiện bình thường sẽ hình thành gen đông vị lặn, còn gen lặn ở trạng thái lai biểu hiện hiệu ứng gen, chỉ có ở trạng thái thuần mới biểu hiệu dạng đột biến.
7, Cơ chế ức chế đột biến ở mức độ quần thể
Đột biến ở mỗi cá thể sinh vật đều cần có sự giao lưu thông tin di truyền trong quần thể mà chúng sống, bởi vì các cá thể sinh vật đều phải thông qua quần thể mới có thể sinh sản thế hệ sau. Một quần thể động vật sinh sản hữu tính có thể hấp thu và lưu trữ tối đa đột biến di truyền, nhưng đồng thời cũng là cơ chế hạn chế hoặc làm giảm phát sinh đột biến. Chúng không thể ngăn chặn sự đột biến, quần thể có thể hạn chế phát sinh đột biến. Ức chế tái tổ hợp tương đồng đôi, ngăn chặn sự giao lưu thông tin giữa các sinh vật khác nhau trongtrình tự DNA ngoài quần thể hoặc trong quần thể sinh vậ, từ đó ức chế đột biến dạng này và từ đó giữa các loài khác nhau trong mỗi thế hệ về cơ bản vẫn giống nhau.
Sự phát triển và chức năng của một sinh vật phần lớn do gen điều khiển. Các đột biến gen có thể dẫn đến những thay đổi trong cấu trúc của một protein được mã hóa, làm giảm hoặc mất hoàn toàn sự biểu hiện của nó. Bởi vì sự thay đổi trong trình tự DNA ảnh hưởng đến tất cả các bản sao của protein được mã hóa, các đột biến có thể gây tổn hại đặc biệt cho tế bào hoặc sinh vật.
Các nhà di truyền học thường phân biệt giữa kiểu gen và kiểu hình của một sinh vật. Nói một cách chính xác, toàn bộ tập hợp các gen trong một cá nhân là kiểu gen của nó, trong khi chức năng và ngoại hình của một cá thể được gọi là kiểu hình của nó. Tuy nhiên, hai thuật ngữ thường được sử dụng theo nghĩa hạn chế hơn: Kiểu gen thường biểu thị liệu một cá nhân có mang đột biến trong một gen đơn lẻ [hoặc một số lượng nhỏ gen] hay không và kiểu hình sẽ biểu thị các hậu quả về mặt vật lý và chức năng do đột biến gen đó gây ra.
1. Đột biến gen lặn và đột biến gen trội
Sự khác biệt cơ bản về di truyền giữa các sinh vật là liệu tế bào của chúng mang một bộ nhiễm sắc thể đơn hay hai bản sao của mỗi nhiễm sắc thể. Trước đây, đó được gọi là đơn bội và lưỡng bội. Nhiều sinh vật đơn bào có nhiễm sắc thể là đơn bội, trong khi các sinh vật đa bào phức tạp như ruồi giấm, chuột, người mang bộ nhiễm sắc thể lưỡng bội.
Các dạng khác nhau của một gen được gọi là các alen. Vì sinh vật lưỡng bội mang hai bản sao của mỗi gen, chúng có thể mang các alen giống hệt nhau, nghĩa là đồng hợp tử về một gen hoặc mang các alen khác nhau, tức là dị hợp tử về một gen.
Đột biến gen lặn là một tình trạng trong đó cả hai alen phải đột biến để tạo ra kiểu hình đột biến được quan sát; tức là cá thể đó phải đồng hợp tử về alen đột biến thì mới biểu hiện ra kiểu hình đột biến. Ngược lại, hậu quả kiểu hình của một đột biến trội được quan sát thấy ở cá thể dị hợp mang một đột biến và một alen bình thường.
Đột biến lặn làm bất hoạt gen bị ảnh hưởng và dẫn đến mất chức năng. Ví dụ, đột biến lặn có thể loại bỏ một phần hoặc toàn bộ gen khỏi nhiễm sắc thể, làm gián đoạn sự biểu hiện của gen hoặc thay đổi cấu trúc của protein được mã hóa, do đó làm thay đổi chức năng của nó.
Ngược lại, đột biến trội thường dẫn đến hiện tượng tăng chức năng.Ví dụ, các đột biến trội có thể làm tăng hoạt động của một sản phẩm do gen đó tạo ra. Tuy nhiên, đột biến trội cũng có thể liên quan đến mất chức năng. Bởi trong một số trường hợp, cần có hai bản sao của gen để thực hiện chức năng bình thường, do đó, việc loại bỏ một bản sao cũng sẽ dẫn đến kiểu hình đột biến. Những gen như vậy được gọi là không đủ haplo.
Trong các trường hợp khác, đột biến ở một alen có thể dẫn đến sự thay đổi cấu trúc của protein, gây cản trở chức năng của protein được mã hóa bởi alen kia. Chúng được gọi là đột biến âm tính trội.
Đột biến gen có các dạng đột biến gen trội và đột biến gen lặn
2. Các dạng đột biến gen liên quan đến sự thay đổi DNA lớn hoặc nhỏ
Một đột biến liên quan đến một sự thay đổi trong một đơn cặp base, thường được gọi là đột biến điểm hoặc việc xóa một vài cặp base thường ảnh hưởng đến chức năng của một đơn gen. Những thay đổi trong một cặp bazơ duy nhất có thể tạo ra một trong ba dạng đột biến:
- Đột biến lệch: Dẫn đến một protein, trong đó, một axit amin được thay thế cho một axit amin khác.
- Đột biến vô nghĩa: Trong đó, codon dừng thay thế codon axit amin, dẫn đến kết thúc sớm quá trình dịch mã.
- Đột biến lệch khung: Gây ra sự thay đổi trong khung đọc, dẫn đến việc đưa các axit amin không liên quan vào protein, thường theo sau là codon dừng.
Sự mất đoạn nhỏ có tác động tương tự như đột biến dịch chuyển khung, mặc dù một phần ba trong số này sẽ nằm trong khung và dẫn đến loại bỏ một số lượng nhỏ các axit amin liền kề.
Loại đột biến chính thứ hai liên quan đến những thay đổi quy mô lớn trong cấu trúc nhiễm sắc thể và có thể ảnh hưởng đến hoạt động của nhiều gen, dẫn đến hậu quả lớn về kiểu hình. Những đột biến nhiễm sắc thể như vậy có thể liên quan đến việc xóa hoặc chèn một số gen liền kề, đảo đoạn gen trên nhiễm sắc thể hoặc trao đổi các đoạn DNA lớn giữa các nhiễm sắc thể không tương đồng.
3. Nguyên nhân gây đột biến gen
Các đột biến phát sinh một cách tự phát ở tần số thấp do sự không ổn định về mặt hóa học của các base purine, pyrimidine và do các lỗi trong quá trình sao chép DNA. Sự tiếp xúc tự nhiên của một sinh vật với các yếu tố môi trường nhất định, chẳng hạn như ánh sáng cực tím và chất gây ung thư hóa học [ví dụ nh aflatoxin B1], cũng có thể gây ra đột biến.
Một nguyên nhân phổ biến của đột biến điểm tự phát là sự khử amin của cytosine để uracil trong DNA xoắn kép. Sự sao chép tiếp theo dẫn đến một tế bào con đột biến, trong đó, một cặp cơ sở T-A thay thế cặp cơ sở C-G kiểu bình thường.
Một nguyên nhân khác của đột biến tự phát là lỗi trong quá trình sao chép DNA. Mặc dù việc nhân bản thường được thực hiện với độ chính xác cao nhưng đôi khi vẫn xảy ra lỗi.
Để tăng tần suất đột biến ở các sinh vật thí nghiệm, các nhà nghiên cứu thường xử lý chúng với liều lượng cao chất gây đột biến hóa học hoặc cho chúng tiếp xúc với bức xạ ion hóa. Các đột biến phát sinh để thử nghiệm các phương pháp điều trị như vậy được gọi là đột biến cảm ứng.
Nói chung, đột biến hóa học gây ra đột biến điểm, trong khi bức xạ ion hóa làm phát sinh các bất thường lớn về nhiễm sắc thể.
Nguyên nhân khác của đột biến gen tự phát là lỗi trong quá trình sao chép DNA
4. Một số bệnh ở người do đột biến gen tự phát gây ra
Nhiều bệnh nghiêm trọng của con người thường là do đột biến trong các gen đơn lẻ. Các bệnh di truyền phát sinh do đột biến tự phát trong tế bào mầm [trứng và tinh trùng] được truyền sang các thế hệ sau.
Ví dụ, bệnh thiếu máu hồng cầu hình liềm, ảnh hưởng đến 1/500 người gốc Phi, là do một đột biến sai lệch duy nhất tại codon 6 của gen β-globin. Kết quả của đột biến này là glutamic axit ở vị trí 6 trong protein bình thường được thay đổi thành một valin trong protein đột biến. Sự thay đổi này có ảnh hưởng sâu sắc đến hemoglobin, protein vận chuyển oxy của hồng cầu, bao gồm hai α-globin và hai tiểu đơn vị β-goblin.
Dạng khử oxy của protein đột biến không hòa tan trong hồng cầu và tạo thành các mảng kết tinh. Hồng cầu của những người bị căn bệnh này trở nên cứng và quá trình vận chuyển của chúng qua các mao mạch bị chặn lại, gây đau dữ dội và tổn thương mô.
Do hồng cầu của các cá thể đột biến này có khả năng kháng lại ký sinh trùng gây bệnh sốt rét đặc hữu ở châu Phi nên alen đột biến đã được duy trì. Không phải là những người gốc Phi có nhiều khả năng mắc phải đột biến gây ra bệnh hồng cầu hình liềm hơn những người khác mà là đột biến đã được duy trì trong quần thể này bằng cách giao phối tự nhiên.
Đột biến tự phát trong tế bào soma [tế bào cơ thể không phải là tế bào mầm] cũng là một cơ chế quan trọng trong một số bệnh ở người, bao gồm cả u nguyên bào võng mạc ở trẻ em. Dạng di truyền của u nguyên bào võng mạc là kết quả của đột biến dòng mầm ở một alen Rb và đột biến xôma thứ hai xảy ra ở alen Rb khác. Khi một tế bào võng mạc dị hợp tử Rb trải qua đột biến xôma, nó không còn alen bình thường; kết quả là tế bào tăng sinh một cách mất kiểm soát, làm phát sinh khối u võng mạc.
Dạng thứ hai của bệnh này, được gọi là u nguyên bào võng mạc lẻ tẻ, là kết quả của hai đột biến độc lập phá vỡ cả hai alen Rb. Vì chỉ cần một đột biến soma để phát triển khối u ở trẻ em mắc bệnh u nguyên bào võng mạc di truyền nên nó xảy ra với tần suất cao hơn nhiều so với dạng lẻ tẻ, đòi hỏi phải có hai đột biến soma độc lập xảy ra. Protein Rb đã được chứng minh là đóng một vai trò quan trọng trong việc kiểm soát sự phân chia tế bào.
Tóm lại, đột biến là những thay đổi trong trình tự DNA dẫn đến thay đổi cấu trúc của gen. Cả sự thay đổi DNA nhỏ và lớn đều có thể xảy ra một cách tự phát. Điều trị bằng bức xạ ion hóa hoặc các tác nhân hóa học khác nhau làm tăng tần suất đột biến. Đột biến lặn dẫn đến mất chức năng, sẽ bị che lấp nếu có bản sao bình thường của gen này. Để kiểu hình đột biến xảy ra thì cả hai alen phải mang đột biến lặn. Các đột biến trội dẫn đến một kiểu hình đột biến với sự có mặt của một bản sao bình thường của gen. Các kiểu hình liên quan đến đột biến trội có thể biểu hiện mất hoặc tăng chức năng.
Hãy theo dõi trang web: Vinmec.com thường xuyên để cập nhật nhiều thông tin bổ ích khác.
Để đặt lịch khám tại viện, Quý khách vui lòng bấm số hoặc đặt lịch trực tiếp . Tải và đặt lịch khám tự động trên ứng dụng MyVinmec để quản lý, theo dõi lịch và đặt hẹn mọi lúc mọi nơi ngay trên ứng dụng.