Генетика человека

1.Введение.

1.2 Генетика человека.

1.3Основные генетические понятия.

 

► Генетика  (от греч. geneticos – относящийся к происхождению) – это наука о наследственности и изменчивости организмов.

Первые наблюдения о природе  наследственности и изменчивости появились  ещё на заре культуры человечества, когда вследствие наблюдений за самим  собой и окружающей природой, он пришёл к мысли отбирать для воспроизводства  только тех животных и те растения, которые обладали ценными для  него качествами. Благодаря такой  примитивной селекции человеку удалось  создать множество видов различных  домашних животных и культурных растений. В церковных канонах провозглашалось  запрещение близкородственных браков, грозящих вырождением рода человеческого.

Однако зарождение генетики как  науки связано с именем чешского естествоиспытателя Грегора Менделя (1822-1894), монаха августинского монастыря в г. Брно. Оно относится к 1866 году, когда Г. Мендель впервые опубликовал результаты своих опытов над растительными гибридами. Однако работа Г. Менделя не была понята в своей сущности до начала ХХ века, когда Х. де Фрис, Е. Чермак и К. Корренс, независимо друг от друга, своими опытами подтвердили правильность его выводов.

Главное научное достижение Г. Менделя  состоит в доказательстве того, что  наследственность является дискретной. Это означает, что наследственное вещество состоит из неделимых единиц – атомов наследственности, которые  Мендель назвал «факторами». Впоследствии менделевские «факторы» получили название генов.

► Ген (от греч. genos – род, происхождение) – это единица хранения, передачи и реализации наследственной информации.

В настоящее время полагают, что в геноме человека имеется  от 30 до 100 тыс. генов, которые сильно варьируют по размерам – от нескольких сотен, до нескольких тысяч пар нуклеотидов.

► Генотип – это совокупность всех генов, полученных организмом от его родителей.

Ген представляет собой  специфический участок молекулы ДНК, в структуре которого закодирована структура определенного полипептида (белка). Это, казалось бы, достаточно простое положение известно многим со школы. Однако современные молекулярные исследования коренным образом изменили представления о гене. Поэтому сегодня понятием «ген» обозначается сегмент геномной ДНК или РНК, выполняющий определённую функцию.

В настоящее время выделяют три типа генов:

• гены, кодирующие белки, которые транскрибируются (переносятся) в РНК и затем транслируются (считываются) в белки, используя РНК как матрицу;
• гены, кодирующие РНК;
• гены-регуляторы.

Гены, кодирующие белки  и РНК, называются «структурными  генами» (5% генома). Их активность, «включение»  и «выключение» определяются генами-регуляторами, составляющими незначительную часть (ок. 5%) среди остальных 95% генома. Большая же его часть состоит из последовательностей нуклеотидов, по сегодняшним представлениям, вообще ничего не кодирующих. Сегодня постоянно увеличивается число открываемых генетических единиц (повторяющиеся, мигрирующие нуклеотидные последовательности и пр.), функции которых мы ещё не понимаем, или только начинаем понимать.

► Экспрессия генов отражает активность генома человека на разных этапах онтогенеза.

В каждый конкретный момент клетка не использует всю содержащуюся в её хромосомах генетическую информацию. Кроме того, гены «включаются» и  «выключаются» на разных этапах онтогенеза, повышая или понижая свою активность в определённые периоды жизни. Регуляция  генной экспрессии имеет общей задачей  – избежать напрасных затрат энергии  и создать условия для того, чтобы клетка производила наиболее эффективным способом всё, в чём  нуждается. Процесс регуляции активности генов разворачивается в соответствии с генетической программой, или в  ответ на изменения, как во внутренней, так и во внешней среде организма.

Один и тот же ген может  по-разному проявляться у разных особей. Степень выраженности признака отражается понятием «экспрессивности» (не путать с «экспрессией») гена, возможность проявления гена в признаке – его «пенетрантностью».

► Экспрессивность гена – это степень фенотипической выраженности одного и того же аллеля определённого гена у разных особей.

Различия в экспрессивности  означают, во-первых, разную степень  поражённости носителей мутации (например, больные фенилкетонурией – носители одной и той же мутации – могут страдать умственной отсталостью разной степени), а во-вторых, разные формы фенотипического проявления одной и той же мутации (например, один и тот же ген-мутант вызывает у мужчин один тип психического расстройства, у женщин – другой).

► Пенетрантностью гена называется частота проявления аллеля определённого гена у особей данной популяции.

Большинство генов проявляется  в признаке у всех носителей соответствующего генотипа (полная пенетрантность – 100%), а некоторые – не у всех его  обладателей (неполная пенетрантность). У человека не полностью пенетрантными обычно являются доминантные гены, контролирующие патологические признаки.

Например, известно, что  не все носители мутантного гена фенилкетонурии страдают этим заболеванием. Его пенетрантность высока и составляет 99%. Это означает, что из 100 носителей аллеля-мутанта в среднем будет один носитель, не имеющий фенотипических признаков заболевания, т.е. из 100 мутированных генов один ген-мутант не проявится и не вызовет развития заболевания.

Действие одного гена на многие признаки отражается понятием «плей-отропии», на 1 признак – «монотропии».

Подавляющая часть генов  расположена на хромосомах, которые  находятся в ядрах клеток, при  этом каждый ген имеет свои хромосомные  координаты. Таким образом, основными  носителями генетической информации, определяющей наследственные свойства организма, являются хромосомы.

Незначительная часть  генов располагается в митохондриях цитоплазмы клеток. Однако все системы внехромосомной наследственности чётко взаимодействуют с хромосомными генами или их продуктами.

► Хромосомы (от греч. chroma – цвет и somа – тело) – это линейные структуры, в которые организованы гены в ядре клетки.

Хромосомы можно окрашивать, вследствие чего они становятся видимыми под  микроскопом. 

► Кариотип – это хромосомный набор клетки (рис. 1), который в норме у человека состоит из 46 хромосом, разделенных на 23 пары (хромосомы, образующие пару, называются гомологичными хромосомами). 22 пары хромосом представляют собой  аутосомы, 23-я пара – половые хромосомы.

Постоянство числа хромосом в хромосомном  наборе и структуры каждой хромосомы  – непременное условия нормального  развития в онтогенезе и сохранения биологического вида.

► Аутосомы – это любые хромосомы человека, кроме половых.

Они не отличаются у мужчин и женщин. Гены, локализованные в аутосомах, отвечают за аутосомные признаки. К 70-м годам ХХ века у человека было известно около 700 нормальных и патологических признаков, развитие которых контролируется тем или иным аутосомным доминантным геном. В частности описано много наследственных аномалий скелета (полидактилии – многопалости, добавочных пальцев; брахидактилии – короткопалости; ахондроплазии – сильного укорочения конечностей и др.). Аутосомным рецессивным геном контролируются более 500 наследственных болезней, в том числе, относительно наиболее распространённые среди них – альбинизм и фенилкетонурия.

Если для доминантно наследуемых заболеваний характерно поражение подряд нескольких поколений  одной семьи (наследование по вертикали), то при рецессивном наследовании нередко страдает лишь один или несколько  детей здоровых родителей.. Однако вероятность  заболевания резко повышается при  родственных браках внешне здоровых членов семьи, в которой имел случай заболевания, наследуемого по рецессивному типу, т.к. оба родителя могут оказаться  скрытыми носителями мутантного гена. И чем ближе родство между вступающими в брак, тем выше вероятность появления у детей различных наследственных болезней.

► Половые хромосомы (рис. 1) – у женщин это две Х-хромосомы (ХХ), а у мужчин – одна Х-хромосома и одна Y-хромосома (XY).

Половые хромосомы несут самые разнообразные гены, в том числе и не имеющие отношения к первичным и вторичным половым признакам, и определяют сцепленные с полом, или Х-сцепленные, признаки – дальтонизм, гемофилию, мышечную дистрофию Дюшенна и др.

Половые клетки (гаметы) образуются с помощью особого типа деления, которое называется мейоз. В результате мейоза в каждой половой клетке остается только по одной гомологичной хромосоме из каждой пары, т. е. 23 хромосомы.

► Гаплоидный кариотип (n) – это один экземпляр гомологичных хромосом. Он характерен только для половых клеток – яйцеклеток и сперматозоидов.

Рис. 1. Диплоидный (соматический) кариотип человека

(внизу – половые  хромосомы мужчины – ХУ и  женщины – ХХ)

 

► Совокупность генов в гаплоидном кариотипе называется геномом.

При оплодотворении, когда  сливаются мужская и женская половые клетки и образуется зигота, гаплоидный кариотип женской яйцеклетки восстанавливается до диплоидного за счёт гаплоидного кариотипа сперматозоида.

► Диплоидный кариотип (2n) – это два экземпляра гомологичных хромосом, или сумма двух гаплоидных кариотипов – набор из 46 хромосом, из которых 44 – аутосомы и 2 – половые хромосомы. Диплоидный набор хромосом характерен для соматических (не половых) клеток.

Диплоидный хромосомный  набор состоит из пар гомологичных хромосом. Одна хромосома из каждой пары унаследована от материнского организма (А или а), другая – от отцовского (А или а). В результате, каждый ген на гомологичной хромосоме (отцовской) имеет соответствующий ген, локализованный в том же месте на другой гомологичной хромосоме (материнской). Такие парные гены (АА, Аа, аа) называются аллелями (от греч. alleon различные формы). Аллели могут быть абсолютно идентичными (АА или аа), но возможны и вариации в их строении (Аа).

Таким образом, у нормального  диплоидного организма могут  присутствовать только два аллеля, поскольку имеются только пары гомологичных хромосом. Если организм является носителем двух одинаковых аллелей (АА или аа), то это гомозиготный («подобный», «похожий») организм; если же он  несёт разные аллели (Аа), то его называют гетерозиготным («непохожим»).

Когда в определенном участке хромосомы локализуется множество аллелей, представляющих собой альтернативные варианты гена, говорят о множественном аллелизме. Альтернативные формы аллелей возникают в результате изменения структуры гена за счёт таких генных процессов, как мутация и рекомбинация. Качественное отличие аллелей друг от друга проявляется, прежде всего, на биохимическом уровне (например, по составу нуклеотидов).

Среди типов взаимодействия аллелей, ведущими являются доминантность и рецессивность.

Явление, при котором  в фенотипе проявляется только один признак из альтернативной пары, называется доминированием, а ген, контролирующий данный признак, – доминантным геном, который обозначается заглавными буквами А, В, С и т.д. (аллель А, В, С и т.д. для каждого доминантного признака). Аллель другого родителя, не проявившаяся в фенотипе, но присутствующая в генотипе в «скрытом» виде, называется рецессивным геном, обозначаемым малыми буквами а, в, с и др. (аллель а, в, с и др. для каждого рецессивного признака).

Человек является носителем пары аллелей  каждого гена, а по наследству своим  потомкам передаёт только один аллель, поскольку половые клетки (яйцеклетка и сперматозоид) содержат по одной  хромосоме каждой пары. Этот механизм обеспечивает случайное перекомбинирование аллелей в каждом последующем поколении, в результате чего ни один потомок не воспроизводит полностью генетическую индивидуальность своего родителя.

Для нормального развития и функционирования человеческого  организма необходима координация  усилий, по крайней мере, 100 000 генов, большинство из которых отличается удивительным богатством альтернативных форм. Можно с определённой уверенностью сказать, что каждый из нас наверняка отличается от других людей (как родственников, так и не родственников), по крайней мере, одним геном. Проведенные расчёты показывают, что вероятность появления двух генетически одинаковых людей, практически, нулевая. Можно смело утверждать, что за исключением однояйцовых близнецов, развивающихся из одной оплодотворённой яйцеклетки, и потому являющихся генетически идентичными индивидуумами, мы генетически неповторимы; генетическая индивидуальность каждого из нас уникальна.

Предметом изучения генетики являются два свойства организма – наследственность и изменчивость.

 

 

 

 

 

 

 

2.Генеалогический метод генетических исследований

В настоящее  время в педиатрической практике широко используются следующие методы клинико-генетического исследования: генеалогический, биохимический, цитогенетический, близнецовый, статистический и др.

Генеалогический метод заключается в том, что в своей повседневной работе при решении вопросов о диагнозе, прогнозе, выборе терапии каждый врач пользуется данными анамнеза жизни больного и интересуется состоянием здоровья его ближайших родственников. Однако в большинстве случаев при этом собираются лишь краткие сведения общего порядка, без глубокого изучения заболеваемости в роду с составлением родословной. Между тем такого характера данные особенно необходимы для распознавания заболеваний, связанных с отягощенной наследственностью.