Генетически обусловленные состояния — частая причина острых и хронических заболеваний, развивающихся у плода, сразу после рождения или в детском возрасте, у подростков и взрослых. Генетические аномалии могут быть причиной врожденных пороков развития, метаболических нарушений, дисфункций отдельных органов и систем или нарушений половой дифференцировки. Приблизительно у 1% новорожденных обнаруживаются моногенные заболевания и 0,5% имеют аномалии хромосом; 1-3% детей имеют заболевания с многофакторным патогенезом. Значение этой патологии для врача-педиатра состоит в том, что около 50% детской смертности обусловлено генетическими аномалиями и врожденными дефектами.

Геном человека состоит приблизительно из 100000 генов. Каждый ген — это уникальная последовательность макромолекул дезоксирибонуклеиновых кислот, которые располагаются в виде биспиральной цепи остатков дезоксирибозы, связанных комплементарными парами азотистых оснований. Пуриновые основания, аденин и гуанин, связываются водородными мостиками с пиримидиновыми основаниями — тимином и цитозином — соответственно. В гаплоидном геноме человека, содержащемся в 23 хромосомах, имеется около 3 миллиардов пар таких оснований.

Биспиральная молекула ДНК должна реплицироваться для производства новых копий генетического материала для дочерних клеток. Транскрипция — это процесс инициации белкового синтеза прочтением ДНК и копированием будущей последовательности аминокислот, закодированной в ДНК, на односпиральную матричную рибонуклеиновую кислоту. Матричная мРНК из ядра затем прикрепляется к расположенным в цитоплазме рибосомам, где генетическое послание транслируется в полипептидную цепь, аминокислоты приносятся к комплексу рибосома- мРНК транспортными РНК, которые представляют собой маленькие молекулы РНК, специфичные для каждой из аминокислот.

Гены или фрагменты ДНК определенных генов могут быть клонированы в лаборатории.

ДНК-зонды могут служить меткой для идентификации генной ДНК. Специфичные зонды или образованные эндонуклеазами характерные рестрикционные фрагменты с полиморфизмом по длине могут быть использованы для идентификации мутированных или отсутствующих генов у пациентов с генетическими аномалиями. Зонд — это радиоактивно меченный моно спиральный фрагмент ДНК, который выборочно связывается или гибридизируется с комплементарной ДНК специфичных генов, частью ДНК последовательности гена или частью ДНК, примыкающей к гену. Фрагменты ДНК пациента разделяются с помощью электрофореза в геле. Моноспиральный 32Р-меченный ДНК-зонд затем гибридизируется с ДНК пациента. После этого рентгеновские пластины помещают в гель, что приводит к образованию радиоавтограмм, демонстрирующих участки связывания 32Р-ДНК.

Так как каждая человеческая хромосома имеет сотни тысяч пар азотистых оснований, для идентификации генов необходимо образование более мелких рабочих единиц. Рестриктирующие эндонуклеазы — это ферменты, распознающие специфические последовательности 4-8 пар азотистых оснований и делящие ДНК на мелкие фрагменты в этих участках. Каждая из более 150 известных эндонуклеаз образует воспроизводимые и характерные структурные фрагменты, которые могут быть разделены по размеру в агарозном геле. Мутации в местах разрыва изменяют структуру фрагментации, таким образом вызывая полиморфизм по длине рестрикционных фрагментов. ДНК из агарозного геля может быть перенесена в нитрат целлюлозы, где моноспиральные фрагменты ДНК могут гибридизироваться с ДНК-зондами для идентификации фрагментов, содержащих комплементарную ДНК. Гибридизация моноспиральной ДНК с ДНК называется Саузерн-блоттингом, гибридизация РНК и ДНК — Нортен-блоттинг. Выявление антител к белковым полосам названо Вестерн-блоттинг.

Комбинация ДНК-зондов, рестрикционных фрагментов с полиморфизмом по длине и Саузерн-блоттинга делает возможным диагностику генетических заболеваний, клонирование генов, добавляет важную информацию к нашему базовому пониманию генетических заболеваний, делает возможной пренатальную диагностику и, в будущем, лечение определенных генетических болезней путем реплантации отсутствующих нормальных генов. Небольшое количество геномной ДНК может быть увеличено с помощью полимеразной цепной реакции. PCR — мощный инструмент для производства множества копий фрагментов ДНК или РНК, который упрощает последующий анализ.