Володимир Кубійович

I. Введение. 2 II. Основная часть 3- 21

"Генетика человека"

2.1 Основные этапы развития генетики. 3-5

2.2 Классические законы Менделя. 5-8

2.3 Закономерности наследственности и изменчивости. 8-11

2.4 Антропогенетика 11-12

2.5 Методы изучения наследственности человека 12-16

2.6 Генетические заболевания 16-19

2.7 Медико-генетическое консультирование 19-21

III. Заключение. 22

IV. Список литературы. 23

V. Приложения. 24-28

I. Введение.

Генетика представляет собой одну из основных, наиболее увлекательных и вместе с тем сложных дисциплин современного естествознания. Место генетики среди биологических наук и особый интерес к ней определяются тем, что она изучает основные свойства организмов, а именно наследственность и изменчивость.

В результате многочисленных – блестящих по своему замыслу и тончайших по исполнению – экспериментов в области молекулярной генетики современная биология обогатилась двумя фундаментальными открытиями, которые уже нашли широкое отражение в генетике человека, а частично и выполнены на клетках человека. Это показывает неразрывную связь успехов генетики человека с успехами современной биологии, которая все больше и больше становится связана с генетикой.

Первое – это возможность работать с изолированными генами. Она получена благодаря выделению гена в чистом виде и синтезу его. Значение этого открытия трудно переоценить. Важно подчеркнуть, что для синтеза гена применяют разные методы, т.е. уже имеется выбор, когда речь пойдет о таком сложном механизме как человек.

Второе достижение – это доказательство включения чужеродной информации в геном, а также функционирования его в клетках высших животных и человека. Материалы для этого открытия накапливались из разных экспериментальных подходов. Прежде всего, это многочисленные исследования в области вирусо-генетической теории возникновения злокачественных опухолей, включая обнаружение синтеза ДНК на РНК-матрице. Кроме того, стимулированные идеей генетической инженерии опыты с профаговой трансдукцией подтвердили возможность функционирования генов простых организмов в клетках млекопитающих, включая клетки человека.

Без преувеличения можно сказать, что, наряду с молекулярной генетикой, генетика человека относится к наиболее прогрессирующим разделам генетики в целом. Ее исследования простираются от биохимического до популяционного, с включением клеточного и организменного уровней.

II. Основная часть: "Генетика человека"

2.1 Основные этапы развития генетики

Истоки генетики, как и всякой науки, следует искать в практике. Генетика возникла в связи с разведением домашних животных и возделыванием растений, а также с развитием медицины. С тех пор как человек стал применять скрещивание животных и растений, он столкнулся с тем фактом, что свойства и признаки потомства зависят от свойств избранных для скрещивания родительских особей. Отбирая и скрещивая лучших потомков, человек из поколения в поколение создавал родственные группы – линии, а затем породы и сорта с характерными для них наследственными свойствами.

Хотя эти наблюдения и сопоставления еще не могли стать базой для формирования науки, однако бурное развитие животноводства и племенного дела, а также растениеводства и семеноводства во второй половине XIX века породило повышенный интерес к анализу явления наследственности.

Развитию науки о наследственности и изменчивости особенно сильно способствовало учение Ч. Дарвина о происхождении видов, которое внесло в биологию исторический метод исследования эволюции организмов. Сам Дарвин приложил немало усилий для изучения наследственности и изменчивости. Он собрал огромное количество фактов, сделал на их основе целый ряд правильных выводов, однако ему не удалось установить закономерности наследственности. Его современники, так называемые гибридизаторы, скрещивавшие различные формы и искавшие степень сходства и различия между родителями и потомками, также не смогли установить общие закономерности наследования.

Еще одним условием, способствовавшим становлением генетики как науки, явились достижения в изучении строения и поведения соматических и половых клеток. Еще в 70-х годах прошлого столетия рядом исследователей-цитологов (Чистяковом в 1972 г., Страсбургеромв1875 г.) было открыто непрямое деление соматической клетки, названное кариокинезом (Шлейхером в 1878 г.) или митозом (Флеммингом в 1882 г.). Постоянные элементы ядра клетки в 1888 г. по предложению Вальдейра получили название “хромосомы”. В те же годы Флемминг разбил весь цикл деления клетки на четыре главные фазы: профаза, метафаза, анафаза и телофаза.

Одновременно с изучением митоза соматической клетки шло исследование развития половых клеток и механизма оплодотворения у животных и растений. О. Гертвиг в 1876 г. впервые у иглокожих устанавливает слияние ядра сперматозоида с ядром яйцеклетки. Н.Н. Горожанкин в 1880 г. и Е. Страсбургер в 1884 г. устанавливает то же самое для растений: первый –для голосеменных, второй – для покрытосеменных.

В те же Ван-Бенеденом (1883 г.) и другими выясняется кардинальный факт, что в процессе развития половые клетки, в отличие от соматических, претерпивают редукцию числа хромосом ровно вдвое, а при оплодотворении – слиянии женского и мужского ядра – восстанавливается нормальное число хромосом, постоянное для каждого вида. Тем самым было показано, что для каждого вида характерно определенное число хромосом.

Итак, перечисленные условия способствовали возникновению генетики как отдельной биологической дисциплины – дисциплины с собственными предметом и методами исследования.

Официальным рождением генетики принято считать весну 1900 г., когда три ботаника, независимо друг от друга, в трехразных странах, на разных объектах, пришли к открытию некоторых важнейших закономерностей наследования признаков в потомстве гибридов. Г. де Фриз (Голландия) на основании работы с энотерой, маком, дурманом и другими растениями сообщил “о законе расщепления гибридов”; К. Корренс (Германия) установил закономерности расщепления на кукурузе и опубликовал статью “Закон Грегора Менделя о поведении потомства у расовых гибридов”; в том же году К. Чермак (Австрия) выступил в печати со статьей (Об искусственном скрещивании у Pisum Sativum).

На следующем этапе развития генетики было доказано, что наследственные формы связаны с хромосомами. Первым фактом, раскрывающим роль хромосом в наследственности, было доказательство роли хромосом в определении пола у животных и открытие механизма расщепления по полу 1:1.

С 1911 г. Т. Морган с сотрудниками в Колумбийском университете США начинает публиковать серию работ, в которой формулирует хромосомную теорию наследственности. Экспериментально доказывая, что основными носителями генов являются хромосомы, и что гены располагаются в хромосомах линейно.

В 1922 г. Н.И. Вавилов формулирует закон гомологических рядов в наследственной изменчивости, согласно которому родственные по происхождению виды растений и животных имеют сходные ряды наследственной изменчивости. Применяя этот закон, Н.И. Вавилов установил центры происхождения культурных растений, в которых сосредоточено наибольшее разнообразие наследственных форм.

В период с 40-х годов и по настоящие время сделан ряд открытия (в основном на микроорганизмах) совершенно новых генетических явлений, раскрывших возможности анализа структуры гена на молекулярном уровне. В последние годы с введением в генетику новых методов исследования, заимствованных из микробиологии мы подошли к разгадке того, каким образом гены контролируют последовательность расположения аминокислот в белковой молекуле.

Прежде всего, следует сказать о том, что теперь полностью доказано, что носители наследственности являются хромосомы, которые состоят из пучка молекул ДНК.

Были проведены довольно простые опыты: из убитых бактерий одного штамма, обладающего особым внешним признаком, выделили чистую ДНК и перенесли в живые бактерии другого штамма, после чего размножающиеся бактерии последнего приобрели признак первого штамма. Подобные многочисленные опыты показывают, что носителем наследственности является именно ДНК.

2.2 Классические законы Менделя

Первые ответы на вопросы генетики дал не философ или физиолог, а чешский монах Грегор Мендель, преподававший физику и естественную историю в средней школе города Брно. Выращивал монах душистый горошек и знать не знал, думать не думал, что станет основоположником новой науки, создателем классических законов наследуемости: закона единообразия гибридов первого поколения, закона расщепления и закона независимого комбинирования.

Мендель не был пионером в области изучения результатов скрещивания растений. Такие опыты проводились и до него, с той лишь разницей, что скрещивались растения разных видов. Потомки подобного скрещивания были стерильны, и описать оплодотворение и развитие гибридов второго поколения было, естественно, не возможно. Другой особенностью доменделевских работ было то, что большинство исследуемых признаков было слишком сложно и по типу наследования и с точки зрения их фенотипического выражения. Гениальность или удача Менделя заключалась в том, что он ухитрился не повторить ошибок своих предшественников. Как писала английская исследовательница Ш. Ауэрбах: «успех работы Менделя по сравнению с исследованиями его предшественников объясняется тем, что он обладал двумя существенными качествами, необходимыми для ученого: способностью задать нужный вопрос и способностью правильно истолковать данный природой ответ».

В качестве экспериментальных растений Мендель использовал разные сорта декоративного гороха внутри одного рода Pisum, поэтому, растения, полученные в результате подобного скрещивания, оказались способными к воспроизводству. И в качестве экспериментальных признаков он выбрал простые качественные признаки типа цвет или текстура семян. Как потом выяснилось, эти признаки контролируются генами, содержавшими истинно доминантные аллели.

Мендель экспериментировал с 22 разновидностями гороха, отличавшимися друг от друга по 7 признакам (цвет, текстура семян). Свою работу Meндель вел восемь лет, изучил 10 000 растений гороха. Все формы гороха, которые он исследовал, были представителями чистых линий; результаты скрещивания таких растений между собой всегда были одинаковы. Результат работы Мендель привел в статье 1865 г., которая стала краеугольным камнем

генетики. Трудно сказать, что заслуживает большего восхищения в нем и его работе — строгость проведения экспериментов, четкость изложения результатов, совершенное знание экспериментального материала или знание от его предшественников.

Коллеги и современники Менделя не смогли оценить важности сделанных им выводов. По свидетельству А.Е. Гайсиновича, до конца XIX в. цитировали всего пять раз, и только один ученый — русский ботаник И.Ф. Шмальгаузен - оценил всю важность этой работы. Однако в начале XX столетия законы, открытые им, были переоткрыты практически одновременно и независимо друг от друга учеными К. Корренсом, Э. Чермаком К. де Фризом. 3начимость этих открытий сразу стала очевидна научному сообществу начала 1900-х годов; их признание было связано с определенными успехами цитологии и формированием гипотезы ядерной наследственности.

Первый закон Менделя утверждает, что скрещивание особей, различающихся по данному признаку (гомозиготных по разным аллелям) генетически однородное потомство (поколение F1), все особи которого гетерозиготны. Все гибриды F1, могут иметь при этом либо фене одного из родителей (полное доминирование), как в опытах Менделя, либо, как было обнаружено позднее, промежуточный фенотип (неполное доминирование). В дальнейшем выяснилось, что гибриды первого поколения F1, могут проявить признаки обоих родителей (кодоминирование). Этот закон основан на том, что при скрещивании, гомозиготных по разным аллелям форм (АА и аа) все их потомки каковы по генотипу (гетерозиготны — Аа), а значит, и по фенотипу.

Второй закон Менделя называют законом (независимого) расщепления. Суть его состоит в следующем. Когда у организма, гетерозиготного по ис­следуемому признаку, формируются половые клетки — гаметы, то одна их половина несет один аллель данного гена, а вторая — другой. Поэтому при скрещивании таких гибридов F1 между собой среди гиб­ридов второго поколения F2 в определенных соотношениях появляют­ся особи с фенотипами, как исходных родительских форм, так и F1.

В основе этого закона лежит закономерное поведение пары гомо­логичных хромосом (с аллелями А и а), которое обеспечивает образо­вание у гибридов F1 гамет двух типов, в результате чего среди гибри­дов F2 выявляются особи трех возможных генотипов в соотношении 1АА: 2Аа: 1аа.Иными словами, «внуки» исходных форм — двух гомо­зигот, фенотипически отличных друг от друга, дают расщепление по фенотипу в соответствии со вторым законом Менделя.

Однако это соотношение может меняться в зависимости от типа наследования. Так, в случае полного доминирования выделяются 75% особей с доминантным и 25% с рецессивным признаком, т.е. два фе­нотипа в отношении 3:1. При неполном доминировании и кодоминировании 50% гибридов второго поколения F2 имеют фенотип гиб­ридов первого поколения и по 25% — фенотипы исходных родитель­ских форм, т.е. наблюдается расщепление 1:2:1. (см. приложение 1, рис.1)

Третий закон Менделя говорит о том, что каждая пара альтернативных признаков ведет себя в ряду поколений независимо друг от друга, в результате чего среди потомков первого поколения F2 в определенном соотношении появляются особи с новыми (по сравнению с родительскими) комбинациями признаков. Например, в случае полного доминирования при скрещивании исходных форм, различающихся по двум признакам, в следующем поколении F2 выявляются особи с четырьмя фенотипами в соотношении 9:3:3:1. При этом два фенотипа имеют «родительские» сочетания признаков, а оставшиеся два – новые. Данный закон основан на независимом поведении (расщеплении) нескольких пар гомологичных хромосом. (см. приложение 1, рис.2)

Парадоксально, но в современной науке огромное внимание уделяется не столько самому третьему закону Менделя в его исходной формулировке, сколько исключениям из него. Закон независимого комбинирования не соблюдается в том случае, если гены, контролирующие признаки, сцеплены, то есть располагаются по соседству друг с другом на одной и той же хромосоме и передаются по наследству как связанная пара элементов, а не как отдельные элементы. Научная интуиция Менделя подсказала ему, какие признаки должны быть выбраны для его дигибрибных экспериментов – он выбрал несцепленные признаки. Если бы он случайно выбрал признаки, контролируемые сцепленными генами, то его результаты были бы совсем иными, так как сцепленные признаки наследуются независимо друг от друга.

Законы Менделя в их классической форме действуют при наличии определенных условий:

1) гомозиготность исходных скрещиваемых форм;

2) образование гамет гибридов всех возможных типов в равных соотношениях (обеспечивается правильным течением мейоза; одинаковой жизнеспособностью гамет всех типов; равной вероятностью встречи любых гамет при оплодотворении);

3) одинаковая жизнеспособность зигот всех типов.

2.3 Закономерности наследственности и изменчивости

Наследственность – это свойство организмов передавать потомству и воспроизводить родительские признаки в других поколениях.

Основной путь наследования называется геномным, так как информация передается непосредственно через гены. При зачатии материнская яйцеклетка в десятки раз превышающая по размеру сперматозоид, передает дополнительную информацию дочерней клетке, такое наследование называется цитоплазматическим или митахондриальным. Открытие последнего типа наследования принадлежит молекулярному генетику А.К. Уилсону. Он пришел к поразительному даже для современной науки выводу, что все человечество произошло от одной женщины, жившей в восточной Африке 200-150 тысяч лет назад. Данные Уилсона о «митохондриальной Еве», хотя и вызвали естественное возражение ученых, были многократно подтверждены. Итак, при рождении ребенок получает 50% генов от матери, 50% от отца и дополнительную информацию, хранящуюся в цитоплазме материнской яйцеклетки.

Существует еще так же эпигеномная наследственность, информация, которая передается другими путями. Для млекопитающих характерно воздействие на плод на эмбриональном уровне. Любая инфекция, болезнь, перенесенная матерью, влияет на плод. Например, если мать на первых месяцах переболела краснухой (достаточно безобидным, в общем, то заболеванием), у плода с 90% гарантией будут наблюдаться серьезные отклонения в физическом и психическом развитии. Или, если мать во время беременности страдает от так называемого диабета беременных, у ребенка тоже будет нарушен глюкагоновый обмен.

В природе постоянно происходит колебание численности популяций: число особей в популяции то сокращается, то увеличивается. Эти процессы сменяют друг друга более или менее регулярно, поэтому их называют волнами жизни или популяционными волнами. В одних случаях они связаны с сезоном года (у многих насекомых, у однолетних растений). В других случаях волны наблюдаются через более длительные сроки и связаны с колебаниями климатических условий или урожаев кормов (массовое размножение белок, зайцев, мышей, насекомых). Иногда причиной изменения численности популяций являются лесной пожар, наводнение, очень сильные морозы или засухи.

Волны эти совершенно случайно и резко изменяют в популяции концентрации редко встречающихся генов и генотипов. В период спада волн одни гены и генотипы могут исчезнуть полностью, притом случайно и независимо от их биологической ценности. А другие также случайно останутся и при том новом нарастании численности популяции резко повысят свою концентрацию. Популяционные волны, как и мутационный процесс, поставляют случайный, ненаправленный наследственный материал для борьбы за существование и естественного отбора.

Дарвин отметил соотносительный характер наследственной изменчивости: длинные конечности животных почти всегда сопровождаются удлиненной шеей, у бесшерстных собак наблюдаются недоразвитые зубы, связан с тем, что один и тот же ген оказывает влияние на формирование не одного, а двух и более признаков. В основе всех видов наследственной изменчивости лежит изменение гена или совокупности генов. Неопределенная изменчивость, которая затрагивает хромосомы или гены, т.е. материальные основы наследственности, она обусловлена изменением генов или образованием новых комбинаций их в потомстве.

Мутации – обусловлены изменением генов.

Комбинативная – вызвана новой комбинацией генов в потомстве.

Соотносительная – связана с тем, что один и тот же ген оказывает влияние на формирование не одного, а двух и более признаков.

Наследственность и изменчивость, – разные свойства организмов, обусловливающие сходство и несходство потомства с родителями и с более отдаленными предками. Наследственность выражает устойчивость органических форм в ряду поколений, а изменчивость – их способность к преобразованию.

Дивергенция (от ср. - век. Лат. Диверго – отклоняюсь), расхождение признаков и свойств у первоначально близких групп организмов в ходе эволюции. Результат обитания в разных условиях и неодинаково направленного Е.О. Понятие дивергенция введено Дарвином для объяснения

многообразия сортов культурных растений, пород домашних животных и биологических видов В неопределенную изменчивость входит мутация.

Особенности передачи наследственной информации определяются внутриклеточными процессами: митозом и мейозом. Митоз – это процесс распределения хромосом по дочерним клеткам в ходе клеточного деления. В результате митоза каждая хромосома родительской клетки удваивается, и идентичные копии расходятся по дочерним клеткам; при этом наследственная информация полностью передается от одной клетки к двум дочерним. Так происходит деление клеток в онтогенезе, т.е. процессе индивидуального развития. Мейоз – это специфическая форма клеточного деления, которая имеет место только при образовании половых клеток, или гамет (сперматозоидов и яйцеклеток). В отличие от митоза, число хромосом в ходе мейоза уменьшается вдвое. Биологи различают наследственные и ненаследственные изменения организма. Наследственная изменчивость называется также модификационной. Она проявляется под прямым действием внешней среды. Облик организма определяется множеством условий, в том числе

температурой окружающей среды, характером питания, избытком или недостатком солнечного света и т.д. например, под действием солнечных лучей кожа человека приобретает загар, становится темнее (потомству этот смуглый цвет кожи не передаётся). Однако кожа европейца никогда не сможет стать столь же тёмной, как кожа африканца.

Модификационная изменчивость имеет свои пределы, которые называются нормой реакции. У различных организмов норма реакции может отличаться, она определяется генотипом.

К наследственной изменчивости относятся комбинаторная изменчивость. Она связана с образованием новых сочетаний генов в процессе кроссинговера. Сами гены при этом типе изменчивости не изменяются. Но наибольшее значение для эволюции имеет мутации генов и хромосом - возникают случайно и достаточно редко. Чаще всего мутации неблагоприятны для организации и могут даже повлечь его гибель (летальные мутации). Некоторые вполне здоровые люди могут быть носителями летальных или полулетальных мутаций, которые проявляются у их потомков. (Наиболее известный пример - гемофилия, о чём сказано выше). Поэтому для предупреждения наследственных заболеваний у будущих детей молодые супружеские пары нередко проходят специальное генетическое обследование.

Усилиями генетиков разных стран на ней были открыты фундаментальные генетические явления. Было установлено, что гены расположены в хромосомах линейно и их распределение у потомков зависит от процессов мейоза; что гены, расположенные в одной и той же хромосоме, наследуются совместно (сцепление генов) и подвержены рекомбинации (кроссинговер). Для открытых генов, локализованных в половых хромосомах, установлен характер их наследования, выявлены генетические основы определения пола. Обнаружено также, что гены не являются неизменными, а подвержены мутациям; что ген – сложная структура и имеется много форм (аллелей) одного и того же гена.

2.4 Антропогенетика.

Это особый раздел генетики, который изучает особенности наследования признаков у человека, наследственные заболевания (медицинская генетика), генетическую структуру популяций человека. Генетика человека является теоретической основой современной медицины и современного здравоохранения.

В настоящее время твердо установлено, что в живом мире законы генетики носят всеобщий характер, действительны они и для человека.

Однако, поскольку человек – это не только биологическое, но и социальное существо, генетика человека отличается от генетики большинства организмов рядом особенностей:

– для изучения наследования человека неприменим гибридологический анализ (метод скрещиваний); поэтому для генетического анализа используются специфические методы: генеалогический (метод анализа родословных), близнецовый, а также цитогенетические, биохимические, популяционные и некоторые другие методы;

– для человека характерны социальные признаки, которые не встречаются у других организмов, например, темперамент, сложные коммуникационные системы, основанные на речи, а также математические, изобразительные, музыкальные и иные способности;

– благодаря общественной поддержке возможно выживание и существование людей с явными отклонениями от нормы (в дикой природе такие организмы оказываются нежизнеспособными).

Генетика человека изучает особенности наследования признаков у человека, наследственные заболевания (медицинская генетика), генетическую структуру популяций человека. Генетика человека является теоретической основой современной медицины и современного здравоохранения. Известно несколько тысяч собственно генетических заболеваний, которые почти на 100% зависят от генотипа особи. К наиболее страшным из них относятся: кислотный фиброз поджелудочной железы, фенилкетонурия, галактоземия, различные формы кретинизма, гемоглобинопатии, а также синдромы Дауна, Тернера, Кляйнфельтера. Кроме того, существуют заболевания, которые зависят и от генотипа, и от среды: ишемическая болезнь, сахарный диабет, ревматоидные заболевания, язвенные болезни желудка и двенадцатиперстной кишки, многие онкологические заболевания, шизофрения и другие заболевания психики.

Задачи медицинской генетики заключаются в своевременном выявлении носителей этих заболеваний среди родителей, выявлении больных детей и выработке рекомендаций по их лечению. Большую роль в профилактике генетически обусловленных заболеваний играют генетико-медицинские консультации и пренатальная диагностика (то есть выявление заболеваний на ранних стадиях развития организма).

Существуют специальные разделы прикладной генетики человека (экологическая генетика, фармакогенетика, генетическая токсикология), изучающие генетические основы здравоохранения. При разработке лекарственных препаратов, при изучении реакции организма на воздействие неблагоприятных факторов необходимо учитывать как индивидуальные особенности людей, так и особенности человеческих популяций. (см.приложение 2)

2.5 Методы изучения наследственности человека.

Генеалогические методы (методы анализа родословных)

Родословная – это схема, отражающая связи между членами семьи. Анализируя родословные, изучают какой-либо нормальный или (чаще) патологический признак в поколениях людей, находящихся в родственных связях.

Генеалогические методы используются для определения наследственного или ненаследственного характера признака, доминантности или рецессивности, картирования хромосом, сцепления с полом, для изучения мутационного процесса. Как правило, генеалогический метод составляет основу для заключений при медико-генетическом консультировании.

При составлении родословных применяют стандартные обозначения. Персона (индивидуум), с которого начинается исследование, называется пробандом (если родословная составляется таким образом, что от пробанда спускаются к его потомству, то ее называют генеалогическим древом). Потомок брачной пары называется сиблингом, родные братья и сестры – сибсами, кузены – двоюродными сибсами и т.д. Потомки, у которых имеется общая мать (но разные отцы), называются единоутробными, а потомки, у которых имеется общий отец (но разные матери) – единокровными; если же в семье имеются дети от разных браков, причем, у них нет общих предков (например, ребенок от первого брака матери и ребенок от первого брака отца), то их называют сводными.

Близнецовый метод

Близнецы – это два и более ребенка, зачатые и рожденные одной матерью почти одновременно. Термин «близнецы» используется по отношению к человеку и тем млекопитающим, у которых в норме рождается один ребенок (детеныш). Различают однояйцевых и разнояйцевых близнецов.

Однояйцевые (монозиготные, идентичные) близнецы возникают на самых ранних стадиях дробления зиготы, когда два или четыре бластомера сохраняют способность при обособлении развиться в полноценный организм. Поскольку зигота делится митозом, генотипы однояйцевых близнецов, по крайней мере, исходно, совершенно идентичны. Однояйцевые близнецы всегда одного пола, в период внутриутробного развития у них одна плацента.

Разнояйцевые (дизиготные, неидентичные) близнецы возникают иначе – при оплодотворении двух или нескольких одновременно созревших яйцеклеток. Таким образом, они имеют около 50% общих генов. Другими словами, они подобны обычным братьям и сестрам по своей генетической конституции и могут быть как однополыми, так и разнополыми.

Таким образом, сходство между однояйцевыми близнецами определяется и одинаковыми генотипами, и одинаковыми условиями внутриутробного развития. Сходство между разнояйцевыми близнецами определяется только одинаковыми условиями внутриутробного развития.

При сравнении однояйцевых и разнояйцевых близнецов, воспитанных в одной и той же среде, можно сделать заключение о роли генов в развитии признаков. Условия послеутробного развития для каждого из близнецов могут оказаться разными. Например, монозиготные близнецы были разлучены через несколько дней после рождения и воспитывались в разных условиях. Сравнение их через 20 лет по многим внешним признакам (рост, объем головы, число бороздок на отпечатках пальцев и т. д.) выявило лишь незначительные различия. В то же время, среда оказывает воздействие на ряд нормальных и патологических признаков.

Близнецовый метод позволяет делать обоснованные заключения о наследуемости признаков: роли наследственности, среды и случайных факторов в определении тех или иных признаков человека.(см.приложение 3)

Цитогенетические (кариотипические, кариотипические) методы

Цитогенетические методы используются, в первую очередь, при изучении кариотипов отдельных индивидов. Кариотип человека довольно хорошо изучен (рис. 6). Применение дифференциальной окраски позволяет точно идентифицировать все хромосомы. Общее число хромосом в гаплоидном наборе равно 23. Из них 22 хромосомы одинаковы и у мужчин, и у женщин; они называются аутосомы. В диплоидном наборе (2n=46) каждая аутосома представлена двумя гомологами. Двадцать третья хромосома является половой хромосомой, она может быть представлена или X или Y–хромосомой. Половые хромосомы у женщин представлены двумя X–хромосомами, а у мужчин одной X–хромосомой и одной Y–хромосомой.

Цитогенетические методы используются и для описания интерфазных клеток. Например, по наличию или отсутствию полового хроматина (телец Барра, представляющих собой инактивированные X-хромосомы) можно не только определять пол индивидов, но и выявлять некоторые генетические заболевания, связанные с изменением числа X-хромосом (см. ниже).

Биохимические методы. Все многообразие биохимических методов делится на две группы.

а) Методы, основанные на выявлении определенных биохимических продуктов, обусловленных действием разных аллелей. Легче всего выявлять аллели по изменению активности ферментов или по изменению какого-либо биохимического признака.

б) Методы, основанные на непосредственном выявлении измененных нуклеиновых кислот и белков с помощью гель-электрофореза в сочетании с другими методиками (блот-гибридизации, авторадиографии).

Использование биохимических методов позволяет выявить гетерозиготных носителей заболеваний. Например, у гетерозиготных носителей гена фенилкетонурии изменяется уровень фенилаланина в крови.

Методы генетики мутагенеза.

Мутационный процесс у человека у человека, как и у всех других организмов, ведет к возникновению аллелей и хромосомных перестроек, отрицательно влияющих на здоровье.

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)

Володимир Кубійович

Географ, демограф, енциклопедист, організатор української науки. Дослідник і популяризатор географії, українського етносу на теренах України та поза ними. Обґрунтував концепцію відродження національної держави в її етнічних межах. З його ім'ям пов'язані підготовка та вихід у світ „Енциклопедії українознавства" та англомовної „Енциклопедії України". Голова Наукового товариства імені Шевченка в Європі (1952-85).

Народився Володимир Кубійович у с. Матіїв на Лемківщині. Початкову освіту здобув у народній школі та Цісарсько-королівській гімназії. Закінчив філософський факультет Краківського університету, у 1928-39 рр. працював доцентом географії цього університету. У 1931 р. В. Кубійович був обраний дійсним членом Наукового товариства імені Шевченка (НТШ) у Львові, очолив його Географічну комісію. З 1940 р. став професором Українського Вільного університету у Празі. Під час Другої світової війни очолював Український Допомоговий Комітет у Кракові - єдину громадську організацію на території Генерального Губернаторства. Згодом емігрував до Німеччини, а у 1951 р.- до Франції (Сарсель) й створив там науковий осередок. У 1947-63 рр. був генеральним секретарем НТШ у Мюнхені, а з 1952 р. і до кінця свого життя головою Європейського відділу НТШ.

Наукові праці В. Кубійовича-географа присвячені проблема вивчення антропогеографії Українських Карпат, географії, демографічних процесів і населення України та окремих її регіонів - Галичини, Карпат, Волині, Полісся. За наукові дослідження в галузях географії та демографії В. Кубійовича вважають одним із засновників сучасної географії України.

Та найбільшою справою життя, логічним завершенням плідної, наукової і видавничої діяльності В. Кубійовича, ученого і громадянина, була реалізація одного з наймасштабніших науково-видавничих проектів НТШ - створення „Енциклопедії українознавства". Підготовка і видання енциклопедії, головним редактором та організатором редакційної колегії якої він був, становили зміст майже сорока повоєнних років життя В. Кубійовича. Здійснення задуманого стало справжнім людським подвигом. Ця ґрунтовна наукова праця про Україну, її минуле і сучасне складається з трьох загальних томів (1949-52) і одинадцяти абеткових (1952-95) й стала візитною карткою українства у світі. Задля створення „Енциклопедії українознавства" В. Кубійович об'єднав багатьох українських вчених з діаспори - О. Оглоблина, Ю. Шевельова, Н. Полонську-Василенко, Б. Кравціва, І. Кошелівця, Ю. Луцького, І. Теслю, А. Жуковського та багатьох інших. Це широке коло розкиданих по всьому світу фахівців різних ділянок українознавства окреслювало своєрідний українознавчий інститут Наукового товариства імені Шевченка.

Енциклопедія В. Кубійовича долає простір і час. Вона є величезним внеском не лише в українську, але й у світову культуру. Це золотий фонд інформації про Україну, її народ, історію і географію, науку і культуру, державу і право, господарство і спосіб життя. Нині ім'я Володимира Кубійовича - вченого-патріота, який все своє життя віддав на жертовник української науки, культури, нації і держави повертається Батьківщині.