5 страница. Генные мутации. Около 1% новорожденных заболевают вследствие генных мутаций, из которых часть вновь возникшие

Генные мутации. Около 1% новорожденных заболевают вследствие генных мутаций, из которых часть вновь возникшие. Темп мутирования различных генов в генотипе человека неодинаков. Известны гены, которые мутирует с частотой 10–4 на гамету на поколение. Однако большинство других генов мутируют с частотой, в сотни раз меньшей (10–6). Ниже приведены примеры наиболее частых генных мутаций у человека:

Хромосомные и геномные мутации в абсолютном большинстве возникают в половых клетках родителей. Один из 150 новорожденных несет хромосомную мутацию. Около 50% ранних абортов обусловлено хромосомными мутациями. Это связано с тем, что одна из 10 гамет человека является носителем структурных мутаций. Возраст родителей, особенно возраст матерей, играет важную роль в увеличении частоты хромосомных, а возможно, и генных мутаций.

Полиплоидия у человека встречается очень редко. Известны случая рождения триплоидов – эти новорожденные рано умирают. Тетраплоиды обнаружены среди абортированных зародышей.

В настоящее время мутационный процесс у человека характеризуется тем, что протекает на фоне повышенной концентрации мутагенных факторов, созданной производственной деятельностью самого человека. Важнейшая задача сегодняшнего дня – выявление мутагенных свойств загрязнителей, особенно новых химических веществ (лекарств, пестицидов, пищевых добавок, различных видов топлива и т.д.), и разработка методов технологии, позволяющих предотвратить возникновение опасных концентраций этих агентов. Одним из сильнейших мутагенов является радиация (ионизирующие излучения). Доказано, что не существует пороговой дозы ионизирующих излучений. Другими словами, индукция мутаций может быть достигнута при действии любых доз, а при увеличении дозы пропорционально растет число мутаций. Мутагенным действием на клетки человека обладают и некоторые вирусы, причем даже в ослабленной форме, которая используется для приготовления вакцин. Известно также, что большинство мутагенов обладают и канцерогенными свойствами, то есть они могут индуцировать развитие злокачественных опухолей.

В то же время существуют факторы, которые снижают частоту мутаций – антимутагены. К антимутагенам относятся некоторые витамины–антиоксиданты (например, витамин Е, ненасыщенные жирные кислоты), серосодержащие аминокислоты, а также различные биологически активные вещества, которые повышают активность репарационных систем.

Популяционные методы

В популяциях человека наблюдается высокий уровень полиморфизма по многим генам: то есть один и тот же ген представлен разными аллелями, что приводит к существованию нескольких генотипов и соответствующих фенотипов. Таким образом, все члены популяции отличаются друг от друга в генетическом отношении: практически в популяции невозможно найти даже двух генетически одинаковых людей (за исключением однояйцевых близнецов).

В популяциях человека действуют различные формы естественного отбора. Отбор действует как во внутриутробном состоянии, так и в последующие периоды онтогенеза. Наиболее выражен стабилизирующий отбор, направленный против неблагоприятных мутаций (например, хромосомных перестроек). Классический пример отбора в пользу гетерозигот – распространение серповидноклеточной анемии (см. ниже).

Популяционные методы позволяют оценить частоты одних и тех же аллелей в разных популяциях. Кроме того, популяционные методы позволяют изучать мутационный процесс у человека. По характеру радиочувствительности человеческая популяция генетически неоднородна. У некоторых людей с генетически обусловленными дефектами репарации ДНК радиочувствительность хромосом повышена в 5…10 раз по сравнению с большинством членов популяцией.

2.6 Генетические заболевания.

Примерно 10% болезней человека определяются патологическими генами либо генами, обусловливающими предрасположенность к определенным болезням. Следовательно, необходимо различать собственно генетические (наследственные) заболевания и заболевания с генетической предрасположенностью.

Собственно генетические заболевания практически на 100% зависят от генотипа. Известно несколько тысяч таких заболеваний. Обычно это моногенные заболевания, то есть связанные с дефектом одного генетического фактора. Проявление их подчиняется общим закономерностям реализации действия гена. Генетические заболевания можно разделить на геномные (изменяется число хромосом, например, при синдроме Дауна, или трисомии 21), хромосомные (изменяется структура хромосом, например, при синдроме «кошачьего крика»), и молекулярные (изменяется последовательность нуклеотидов ДНК – большинство заболеваний, например, при фенилкетонурии).

Муковисцидоз (МВ), или кистозный фиброз поджелудочной железы относится к наиболее тяжелым наследственным заболеваниям. Характеризуется моногенным аутосомно-рецессивным типом наследования. В среднем 1 из 20 представителей белой расы является гетерозиготным носителем гена муковисцидоза. Частота среди новорожденных – 1: 2.000; ежегодно в странах СНГ рождается 2…2,5 тысячи детей с этим тяжелым, часто ведущим к летальному исходу заболеванием. В последнее время продолжительность жизни этих больных увеличивается, и их удельный вес в популяциях возрастает. Дефект гена МВ обусловлен рядом мутаций, одна из которых является делецией трех нуклеотидов, что приводит к утрате одной из аминокислот в трансмембранном регуляторном белке МВ. МВ проявляется в кишечной форме (недостаточность поджелудочной железы), легочной и смешанной форме. (см.приложение 2, рис.3)

Фенилкетонурия (ФКУ) – нарушение высшей нервной деятельности. Аутосомно-рецессивное заболевание. Обусловлено различными мутациями в гене, контролирующем метаболизм фенилаланина (одной из аминокислот). Фенилаланин превращается не в тирозин, а в фенилпировиноградную кислоту. В результате нарушается миелинизация мозга, что приводит к нарушениям в развитии нервной системы, к слабоумию, микроцефалии. Частота среди новорожденных – 1: 10 тыс., частота носителей – 1: 50. При своевременном выявлении этого заболевания и назначении диеты с пониженным содержанием фенилаланина симптомы ФКУ значительно смягчаются.

Сахарный диабет. Болезнь связана с дефицитом гормона инсулина. Мультифакториальное заболевание. Часто наследуется рецессивно. Имеются данные и о полигенном наследовании. Генотерапия нередко сводится к ежедневному введению в организм дефицитного гормона. Обычно для этих целей используют гормональный препарат, получаемый из поджелудочной железы крупного рогатого скота. Однако при этом примерно у 5% больных возникают аллергические реакции, обусловленные антигенной несовместимостью гормона и клеток человека. Решение этой проблемы, фактически спасающее от неминуемой гибели эту часть больных диабетом, было найдено с помощью методов генной инженерии. Инсулиновый ген человека был введен в плазмиду и при определенных условиях активно функционировал в клетках кишечной палочки. Он вырабатывал гормон с антигенными характеристиками, полностью соответствующими человеческому гормону.

Хромосомные и геномные болезни (синдромы)

Хромосомные болезни в большинстве случаев не наследуются. Нарушения числа или структуры хромосом возникают в гаметогенезе родителей.

Синдромы, обусловленные хромосомными аберрациями, исключительно разнообразны, но каждый из них встречается сравнительно редко (1 случай на десятки тысяч новорожденных). Наиболее изучен синдром «кошачьего крика», связанный с делециями в коротком плече 5-й хромосомы. Основное проявление – необычный плач детей из-за патологии гортани и голосовых связок. Сопутствующие признаки: лунообразное лицо, микроцефалия, синдактилия, врожденные пороки сердца и др. Частота – 1 на 50 тыс. новорожденных. Обычно больные дети умирают в раннем возрасте.

Геномные болезни менее разнообразны, но встречаются чаще.

Из геномных болезней наиболее детально изучен синдром Дауна (болезнь Дауна, БД), в основе которого лежит трисомия по 21-й хромосоме. Больные дети с синдромом Дауна рождаются с достаточно высокой частотой – 1:750. В 80% случаях непосредственной причиной является нерасхождение хромосом в I делении мейоза. Главным морфологическим признаком болезни Дауна можно считать монголоидный тип лица, однако более важно отметить умственную отсталость, проявляющуюся в широком диапазоне от полной идиотии до сравнительно легких степеней дебильности. При синдроме Дауна описаны пороки сердца и крупных сосудов, органов пищеварительного тракта, снижение продолжительности жизни в 5…10 раз, черты преждевременного старения, отклонения в дерматоглифике, высокая частота злокачественных опухолей (особенно лейкозов), иммунодефицитные состояния, многочисленные врожденные уродства, нарушения репарации первичных молекулярных повреждений ДНК. (см.приложение 2, рис.1)

Генетика онкологических заболеваний (злокачественных, или раковых опухолей)

Рак – это заболевание, связанное с образованием злокачественных опухолей в различных органах (например, рак легких, желудка, кишечника, поджелудочной железы, молочной железы, яичников, матки, простаты, периферической нервной системы, кожи) и тканях (например, саркомы, остеосаркомы, нейробластомы, глиобластомы, лейкемии, меланомы, ретинобластомы, ксеродермы). Обычно раковые опухоли развиваются в тех тканях, в которых клетки интенсивно делятся. Известно около 100 типов раковых опухолей, из них наиболее часты встречающиеся: раки легких, молочной железы, толстой кишки, простаты и матки. Смертность от рака составляет 20% смертности в развитых странах.

Раковые опухоли – это скопления интенсивно делящихся клеток. Одной из основных особенностей раковых клеток является их относительная автономность, способность к неограниченному числу делений, обособление и способность метастазировать (разноситься по всему организму). Раковые клетки не подчиняются контрольным механизмам, регулирующим жизнедеятельность нормальных клеток. (см.приложение 2, рис.2)

2.7 Медико-генетическое консультирование.

Еще в 1883 г. Фрэнсис Гальтон выдвинул идею о необходимости улучшения человеческого рода генетическими методами. Им же предложен термин «евгеника», означающий учение о наследственном здоровье человека и путях улучшения его наследственных свойств. Евгеника была популярна в России в 1920-е гг. (Н. К. Кольцов).

Однако данные популяционно-генетических исследований позволяют утверждать, что в обозримом будущем такие работы не имеют никаких перспектив. Человек как биосоциальное существо сложился в ходе длительных эволюционных преобразований, и надеяться изменить вид за исторически короткие сроки бессмысленно.

С точки зрения генетики человека ни одна группа людей, несмотря на определенные различия между ними, не имеют каких-либо преимуществ друг перед другом. Поэтому генетика отвергает евгенические вмешательства в наследственность человека с целью улучшения его природы.

Методы, предлагавшиеся старыми евгениками, были сугубо селекционными: ограничения на межрасовые браки, иммиграционные барьеры, даже стерилизация генетически неполноценных людей. На практике методы евгеники послужили основанием для создания концентрационных лагерей в фашистской Германии, где подвергались массовому уничтожению представители неарийских рас. Естественно, что подобная теория и практика несовместимы с гуманистической моралью общества, в центре внимания которого находится человек.

Поэтому в настоящее время наибольшее внимание уделяется мерам по предотвращению рождения детей с наследственной патологией.

Медико-генетическое консультирование призвано избавить человечество от страданий, связанных с наследственными (генетическими) заболеваниями. Главные цели медико-генетического консультирования заключаются в установлении роли генотипа в развитии данного заболевания и прогнозировании риска иметь больных потомков. Рекомендации, даваемые в медико-генетических консультациях в отношении заключения брака или прогноза генетической полноценности потомства, направлены на то, чтобы они учитывались консультируемыми лицами, которые добровольно принимают соответствующее решение.

В распоряжении врачей имеется весь арсенал перечисленных выше методов генетики человека и некоторые специальные методы.

Методы пренатальной диагностики разнообразны: от УЗИ до фетоскопии (прямом рассматривании плода через специальный зонд).

К собственно генетическим методам относятся:

– хорионбиопсия (на 8-й неделе беременности) – отбор материала из ворсинок хориона.

– плацентобиопсия (на 12-й неделе) – отбор материала из плаценты.

– амниоцентез (на 15…18-й неделе) – отбор материала из амниотической жидкости.

– кордоцентез (на 18…22-й неделе) – отбор материала из кровеносных сосудов пуповины.

Хорионбиопсия и плацентобиопсия позволяют производить наиболее раннюю диагоностику, но риск осложнений достигает 3 %.

Кордоцентез производится слишком поздно, что затрудняет повторные исследования в случае сомнений.

Поэтому среди методов, позволяющих диагностировать заболевание до рождения ребенка, ведущее место занимает амниоцентез – получение амниотической жидкости и клеток плода с помощью прокола плодного пузыря операции под контролем УЗИ – простейшей, не травмирующей плод хирургической. Этим методом диагностируют многие хромосомные болезни и некоторые заболевания, в основе которых лежат генные мутации. Риск осложнений относительно невелик – примерно 0,2 %.

III. Заключение

Едва ли найдутся люди, которым совершенно безразлична судьба их собственных детей. Забота о ближайших потомках должна начинаться не после их появления на свет, а задолго до этого момента, еще во время планирования семьи. По статистическим данным, из каждых 200 младенцев один появляется на свет с хромосомными аномалиями, некоторые из которых в состоянии исковеркать всю его будущую жизнь. Более того, практически у каждого взрослого человека во всех клетках тела, включая половые, существуют несколько измененных генов, мутации в которых негативно влияют на их работу. Как скажутся такие гены на умственных способностях и на внешнем облике ребенка, если он получит другие дефектные гены от второго родителя? В США свыше 20 млн. человек, то есть почти каждый десятый, уже страдают от унаследованных расстройств здоровья, которые в разных условиях и по-разному могут проявляться в течение всей жизни. В других странах, независимо от экономического статуса, положение наверняка не лучше.

Генетика - сравнительно молодая наука. Но перед ней стоят очень серьезные для человека проблемы. Так генетика очень важна для решения многих медицинских вопросов, связанных прежде всего с различными наследственными болезнями, а также существованием целого ряда тяжелых дефектов в строении человека: короткопалость, мышечная атрофия и другие. Она обеспечила новые возможности для исследования деятельности организма: с помощью индуцированных мутаций можно выключать и включать почти любые физиологические процессы, прерывать биосинтез белков в клетке, изменять морфогенез, останавливать развитие на определенной стадии. С помощью новейших цитологических методов, цитогенетических в частности, производят широкие исследования генетических причин различного рода заболеваний. Особую роль генетика стала играть в фармацевтической промышленности с развитием генетики микроорганизмов и генной инженерии. Несомненно, многое остается неизученным, например, процесс возникновения мутаций или причины появления злокачественных опухолей. Именно своей важностью для решения многих проблем человека вызвана острая необходимость в дальнейшем развитии генетика. Тем более что каждый человек ответственен за наследственное благополучие своих детей, при этом важным фактором является его биологическое образование, так как знания в области аномалии, физиологии, генетики предостерегут человека от совершения ошибок.

IV. Список использованной литературы:

1. А.П. Акифьев «Генетика и судьбы» М. 2001 г.

2. С.Ю. Афонькин «Секреты наследственности человека» С-Пб. 2002 г.

3. И.В. Равич-Щербо, Т.М. Марютина, Е.Л. Григоренко «Психогенетика» Аспект-пресс, 1999 г.

4. По материалам сообщений

агентства Reuter, газет Times, Washington Post, журналов Nature и Science.

5. Д.К. Беляяв “Общая биология”

V. Приложения

Приложение 1.

Рис 1. Схема, иллюстрирующая единообразие гибридов первого поколения F1 (первый закон Менделя) и расщепление признаков у потомства второго поколения F2 с преобладанием доминантного фенотипа над рецессивным в отношении 3: 1 (второй закон Менделя); A — доминантный ген, а — рецессивный ген. Заштрихованный круг — доминантный фенотип, а светлый — рецессивный.

Рис. 2. Схема, иллюстрирующая независимое комбинирование признаков (третий закон Менделя). Наследование жёлтой (В) и зелёной (b) окраски семян, а также круглой (А) и морщинистой (а) их формы. А и В доминируют над аллелями а и b. Генотипы родителей и потомков обозначены комбинацией указанных букв, а четыре разных фенотипа — при помощи различной штриховки.

Приложение 2.

Доминантные и рецессивные признаки у человека

(для некоторых признаков указаны контролирующие их гены)

Доминантные	Рецессивные
Нормальная пигментация кожи, глаз, волос	Альбинизм
Близорукость	Нормальное зрение
Нормальное зрение	Ночная слепота
Цветовое зрение	Дальтонизм
Катаракта	Отсутствие катаракты
Косоглазие	Отсутствие косоглазия
Толстые губы	Тонкие губы
Полидактилия (добавочные пальцы)	Нормальное число пальцев
Брахидактилия (короткие пальцы)	Нормальная длина пальцев
Веснушки	Отсутствие веснушек
Нормальный слух	Врожденная глухота
Карликовость	Нормальный рост
Нормальное усвоение глюкозы	Сахарный диабет
Нормальная свертываемость крови	Гемофилия
Круглая форма лица (R–)	Квадратная форма лица (rr)
Круглый подбородок (K–)	Квадратный подбородок (kk)
Ямочка на подбородке (А–)	Отсутствие ямочки (аа)
Ямочки на щеках (D–)	Отсутствие ямочек (dd)
Густые брови (B–)	Тонкие брови (bb)
Брови не соединяются (N–)	Брови соединяются (nn)
Длинные ресницы (L–)	Короткие ресницы (ll)
Круглый нос (G–)	Заостренный нос (gg)
Круглые ноздри (Q–)	Узкие ноздри (qq)
Свободная мочка уха (S–)	Сросшаяся мочка уха (ss)

Приложение 3.

Степень различия (дискордантность) по ряду нейтральных признаков у близнецов

Признаки, контролируемые небольшим числом генов	Частота (вероятность) появления различий, %	Наследуемость, %
однояйцевые	разнояйцевые
Цвет глаз	0,5
Форма ушей	2,0
Цвет волос	3,0
Папиллярные линии	8,0
Среднее	< 1 %	≈ 55 %	95 %
Биохимические признаки	0,0	от 0 до 100	100 %
Цвет кожи	0,0
Форма волос	0,0
Форма бровей	0,0
Форма носа	0,0
Форма губ	0,0

Степень сходства (конкордантность) по ряду заболеваний у близнецов

Признаки, контролируемые большим числом генов и зависящие от негенетических факторов	Частота (вероятность) появления различий, %	Наследуемость, %
однояйцевые	разнояйцевые
Умственная отсталость
Шизофрения
Сахарный диабет
Эпилепсия
Среднее	≈ 70 %	≈ 20 %	≈ 65 %
Преступность (?)			56 %

Приложение 4.

Синдром Дауна (рис.1) Раковая опухоль (рис.2)

Муковисцидоз (рис.3)