Азбука генетики

Успехи современной генетики открыли широкие перспективы для медицины. Генетика человека это наука о законах наследственности и изменчивости, которые определяют развитие организма. Генетика изучает законы наследственности и изменчивости ор­ганизмов, а также методы управления ими. Гомеостаз организма, его норма реакции наследственно обусловлены, поэтому познание генетических закономерностей открывает возможности мощного воздействия на биологическую природу человека.

Основы современной генетики были заложены в се­редине прошлого века австрийским естествоиспыта­телем Г. Менделем, открывшим природные закономерности наследования биологических признаков, а также американским ученым Т. Морганом, который обосновал в начале нашего века хромосомную теорию наследственности. Значительную роль в развитии и формировании этой науки в 20-30-х годах нашего столетия сыграли советские ученые Н. И. Вавилов, Н. К. Кольцов, С. Н. Давиденков и многие другие.

Одновременно с формированием общей генетики развивалась отдельная отрасль этой науки - медицин­ская генетика - учение о значении наследственности в болезнях человека.

Сейчас уже все знают, что основным материаль­ным носителем генетической информации являются хромосомы. Каждая клетка организма содержит диплоидный (удвоенный) набор хромосом, а половые клетки имеют гаплоидный (одинарный) набор. Сливаясь, две половые клетки образуют новый - опять диплоидный - набор, но уже из хромосом обоих родителей. Он и дает начало новому организму.

Но после слияния половых клеток в формировании хромосом нового организма иногда случаются сбои. Это и является причиной различных патологических состояний, которые получили название хромосомных болезней человека. Таким образом, хромосомные болезни - это болезни, вызываемые числовыми или структурными изменениями хромосом либо их сочетанием. Обнаружить такие нарушения можно лишь при специальном анализе ядер клеток - кариологическом исследовании. Совокупность количественных и качественных признаков хромосом, определяемая при микроскопировании в одиночной клетке, называется кариотипом. Цитогенетические исследования позволили определить механизмы хромосомных нарушений, которые впервые были описаны более 30 лет назад.

Согласно современным представлениям ген -это сложная молекулярно-генетическая система, включающая последовательность нуклеотидов, прерывисто кодирующую наследственную информацию, а также регулирующую ее реализацию. Совокупность всех генов организма составляет его генотип, а внешних (телесных) признаков - фенотип. Если признак имеет одно качественное состояние, его называют мономорфным, если несколько качественно различных состояний - полиморфным. Наследственный полиморфизм характерен для многих признаков человека и других живых организмов. Такие признаки, как цвет глаз, форма губ, ушных раковин, подбородка, группа крови, способны принимать разное качественное состояние. Изменчивость генов и контролируемых ими признаков является материалом для эволюционных изменений, приспособления организмов к среде их обитания.

Гены, полученные от отца и матери, у потомков не сливаются, а сохраняют свою индивидуальность. Если ребенок получил от каждого родителя по одинаковому гену, обусловливающему, к примеру, карий цвет глаз, такое состояние называют гомозиготным. Если от одного родителя получен ген карих глаз, а от другого голубых, то такое состояние называют гетерозиготным. Ген, эффект которого проявляется, получил название доминантного (А), а подавляемый ген называют рецессивным (а). Гомозиготный организм по доминантному признаку обозначают формулой АА, по рецессивному признаку - аа, а гетерозиготный - Аа. В каждой половой клетке оказывается только один из двух генов, обусловливающий определенный признак организма. При доминировании эффект рецессивного гена может проявиться только в том случае, когда у индивида он содержится в двойном наборе (гомозиготном состоянии), то есть, когда один рецессивный ген получен от отца, другой - от матери. Доминантный же ген проявляется как в гомозиготном, так и в гетерозиготном состоянии. Например, если один родитель имеет карий цвет глаз (с генетической формулой АА), а второй - голубой (аа), то потомство этих родителей будет кареглазое в соответствии с законом доминирования (генетическая формула Аа). В свою очередь супруги-гетерозиготы Аа с карими глазами могут иметь в потомстве и кареглазых и голубоглазых детей, поскольку наряду с гетерозиготами Аа вновь образуются исходные зиготы АА и аа. В том случае, если признак контролируется не одним, а несколькими генами, между ними могут возникать разные типы взаимодействий. Непрерывно варьирующие количественные признаки, такие, как рост, масса тела, размеры органов, физиологические особенности, контролируются большим числом генов со слабым индивидуальным действием (полигены). Например, разнообразие оттенков окраски кожи человека зависит от различного количества генов (считают, что не менее 20), ответственных за этот признак у разных людей.

Причина наследственной болезни - мутация. Любые мутации, вызывающие изменения функций отдельных генов, группы генов или всего генетического аппарата, приводят к болезням. Генными называют те болезни, в основе которых лежат изменения гена на молекулярном уровне (генная мутация) и нарушения его функции. Именно эта группа болезней и была в первую очередь эмпирически подмечена врачами в родословных; именно ее изучение заложило основы медицинской генетики и подтвердило правильность законов Менделя применительно к человеку.

Изменения в хромосомах (мутации) - могут быть вызваны экзогенными и эндогенными факторами. Воздействие одной и той же интенсивности для одних индивидов может быть чрезвычайным и болезнетворным, а для других безвредным. Вот некоторые из наиболее частых причин мутаций:

Ø пожилой возраст родителей,

Ø родственные браки,

Ø тяжелые металлы (олово, цинк, свинец, ртуть, никель и др.),

Ø сильно-действующие ядовитые вещества (диоксины, бенз/а/пирен, нитрозоамины и др.),

Ø некоторые лекарства (неомицин и др.),

Ø высокая температура,

Ø тяжелые болезни печени,

Ø эндокринные заболевания,

Ø некоторые вирусные болезни (краснуха, грипп) на ранних сроках беременности.

Для обобщенного понимания действия мутантных генов, способных изменять наследственность, ученые ввели в генетику специальный термин «груз мутаций». Этот груз может заявлять о себе двояко: во-первых, перекомбинацией уже имеющихся мутантных генов (перекомбинация осуществляется при образовании гамет). В таком случае речь пойдет о так называемом сегрегационном грузе. И, во-вторых, посредством образования новых мутаций (мутационный груз).

В настоящее время биологические, медицинские и социальные эффекты груза мутаций выражаются строго определенными понятиями. Отдельные мутации или их сочетания могут увеличивать генетическое разнообразие человеческих популяций (сбалансированный полиморфизм), вызывать летальные (смертельные) эффекты, сниженную фертильность (плодовитость), социальную дизадаптацию, большую потребность в медицинской помощи, сниженную продолжительность жизни. Груз мутаций проявляется в гаметах, зиготах у эмбрионов, плодов, а также в самые разные периоды жизни индивида.

Попробуем составить представление о величине и тяжести мутационного груза по такому объективному критерию, как распространенность наследственных болезней. Около 5 процентов новорожденных появляются на свет с той или иной наследственной патологией. Разница в частоте проявления этих болезней очень большая. Некоторые заболевания чрезвычайно редки: 1:50000-1:100000 и даже реже (например, ахондроплазия). Другие встречаются чаще - приблизительно 1:10000 (фенилкетонурия, гемофилия), а муковисцидоз (поражение дыхательной и пищеварительной системы) - 1:2500. Наиболее распространена болезнь Дауна - 1:700-1:1000 новорожденных. К сожалению, поскольку адекватной статистики по наследственной патологии в целом пока что не существует, говорить об общей распространенности наследственных болезней среди народонаселения мира с достаточной достоверностью не приходится.

Один вопрос остается неясным до сих пор: чем объяснить высокую частоту возникновения хромосомных аномалий при образовании зародышевых клеток? На основании многочисленных цитогенетических обследований эмбрионов, плодов, мертворожденных, живорожденных были сделаны расчеты частоты гамет с хромосомными аномалиями. Большинство авторов сходится во мнении, что измененное число хромосом или нарушенную их структуру имеют не менее 8-10 процентов гамет. Большая часть их, конечно, «отсекается» уже в процессе оплодотворения, и лишь небольшое количество все же «проскакивает» дальше. Зародыш начинает развиваться, происходит его имплантация в матку, а далее, по ходу беременности, может произойти спонтанное прерывание за счет гибели такого аномального зародыша или плода. Но далеко не во всех случаях. Вот почему и возможно рождение ребенка с хромосомной болезнью.