Содержание

• Введение
• 1 Геномика
• 2 Влияние генов на формирование характера
• 3 Влияние генов на поведение
• Заключение
• Список литературы

Введение

В 1988 г. один из первооткрывателей знаменитой двойной спирали ДНК, нобелевский лауреат Дж. Уотсон, публично высказал мысль о том, что наука вплотную приблизилась к раскрытию химической основы наследственности, причем не какого-либо низшего организма, а "царя природы" - человека. К тому времени было уже известно, что наследственный аппарат человека, геном, то есть совокупность всех генов и межгенных участков ДНК, составляет около 3 млрд. нуклеотидных пар. (Напомним, что нуклеотид - элементарное химическое звено, мономер, из которых построена полимерная цепь ДНК.) Эта величина казалась необозримо большой, и сама мысль, что такой объем информации может быть получен, представлялась совершенно фантастической. Критики считали, что решение данной задачи малореально в научном отношении, к тому же потребует разорительных затрат.

В том же самом 1988-м с аналогичной идеей выступил выдающийся российский молекулярный биолог и биохимик, академик А.А. Баев (1904-1994). После консультаций с коллегами он обратился к М.С. Горбачеву с письмом, в котором предложил организовать государственный научный проект по изучению генома человека. В России, как и за ее пределами, эта идея также была встречена весьма критически, однако время шло, и очень скоро научное сообщество во всем мире стало обсуждать ее всерьез. С 1989 г. и в США, и в СССР функционируют соответствующие научные программы; позднее возникла Международная организация по изучению генома человека (HUGO), вице-президентом которой несколько лет был академик А.Д. Мирзабеков.

В СССР по решению правительства было открыто финансирование и организован Научный совет по программе "Геном человека" под руководством А.А. Баева. Расположившийся в головном учреждении программы - Институте молекулярной биологии им. В.А. Энгельгардта РАН, совет весьма быстро создал инфраструктуру, объединил исследования многих разрозненных групп, преодолевая ведомственные барьеры и географическую удаленность.

Цель работы - рассмотреть гены и характер, гены и поведение.

Задачи работы:

1) охарактеризовать геномику;

2) обозначить влияние генов на характер;

3) изучить влияние генов на поведение человека.

1 Геномика

В российской национальной программе важное место занимают, помимо структурного и функционального анализа генома, два направления исследований: компьютерный анализ генома и медицинские приложения - медицинская геномика.

Создано программное обеспечение, позволяющее опознавать кодирующие и некодирующие участки генома по анализу нуклеотидной последовательности, а затем это компьютерное предсказание проверять экспериментально; организованы базы данных в Москве, Новосибирске, Пущине, где систематизируются непрерывно пополняющиеся сведения о геномике человека.

Благодаря тому что в мире идентифицировано множество генов, ответственных за многие болезни человека, в том числе онкологические, наследственные, нейродегенеративные, возникли и бурно прогрессируют два направления медицинской геномики - геномная диагностика, а также поиск и идентификация не только "больных" генов, ответственных за те или иные патологии, но и генов, определяющих предрасположенность ко многим тяжелым болезням человека. Медико-генетические центры Москвы, Санкт-Петербурга, Томска, Новосибирска активно используют и развивают методы геномной диагностики, включая дородовую (пренатальную).

В 1999 г. в нашей стране можно было диагностировать не менее 30 различных заболеваний, главным образом наследственных: болезнь Альцгеймера, болезнь Гоше, атаксию, муковисцидоз, мышечную дистрофию Дюшенна, дистонию, гемофилию А и В, миотоническую дистрофию, нейрофиброматоз 1-го типа, фенилкетонурию, серповидно-клеточную анемию, талассемию, синдром хрупкости Х-хромосомы, хорею Хантингтона, наследуемый рак молочных желез и яичников и др.

В 1999 г. в рамках российской программы работали около 400 исследователей в составе примерно 100 групп из 30 научных учреждений РАН и РАМН, госцентров и университетов. За достижения в геномике 16 российских ученых удостоены премии имени А.А. Баева, учрежденной Научным советом по программе "Геном человека" в честь организатора и первого руководителя геномной программы России.

Как далеко продвинулись структурные исследования генома человека в мире? Приведу только две цифры. Пять лет назад за год в мире расшифровывали несколько миллионов нуклеотидных пар ДНК, и это воспринималось как замечательное достижение. На исходе 1999 г. американская фирма "Celera", возглавляемая выдающимся исследователем и организатором Г. Вентером, расшифровывает (секвенирует) не менее 10 млн. нуклеотидных пар в сутки. На фирме секвенирование ДНК осуществляют около 250 приборов, снабженных роботами, которые функционируют в автоматическом режиме и передают всю информацию непосредственно в банки данных, где она систематизируется, аннотируется и становится доступной ученым всего мира.

Вентер официально объявил, что "Celera" планирует завершить расшифровку генома человека к концу 2001 г. В свою очередь Консорциум европейских и японских центров расшифровки структуры ДНК сообщил, что ту же цель планирует достичь к 2003 г. Очевидно, что это соревнование (независимо от того, кто придет к финишу первым) в ближайшие два-три года завершится достижением эпохальной цели - познанием всего наследственного материала человека на уровне его точного химического строения. Вероятно, в истории человечества трудно найти что-либо сопоставимое с этим событием по его общетеоретическим последствиям и практическому значению. Может быть, оно сравнимо с открытием электричества или путей использования атомной энергии, может быть, с выходом человека в космос, но в любом случае знаменует окончание одной эры и начало новой, как минимум, в биологии и медицине, а скорее, во всем естествознании.

Таблица 1. Сравнение размеров геномов и числа генов

Исследования генома человека с самого начала потянули за собой, как паровоз, исследования геномов огромного числа других организмов, гораздо более простых (табл. 1). Их расшифровка ведется во все возрастающем темпе и объеме параллельно с изучением человеческого генома [4, 88].

2 Влияние генов на формирование характера

Естественным образом возникают вопросы: каковы биологические основы психики и какие гены с ней связаны? Получить ответ на первый вопрос помогли исследования, проведённые на животных. Обнаружено, что различные типы поведения мышей связаны с активностью соответствующих биохимических систем в их мозге. В основе действия этих систем лежит перенос сигнала от нейрона к нейрону. Помощь в передаче сигналов оказывают вещества, называемые нейромедиаторами [5, 111].

В генетике поведения наиболее изученными нейромедиаторами считают дофамин, серотонин и норадреналин. Эффективность их действия, в свою очередь, зависит от количества и активности соответствующих рецепторов, которые связываются с нейромедиатором, а также от веществ, участвующих в процессе возврата нейромедиатора в клетку, из которой он первоначально был выделен.

Эксперименты показали, что у животных активность дофаминовой системы оказывает влияние на тип поведения, называемый наступательным. Для него характерны исследовательская активность и действия в ситуациях риска. Напротив, функционирование серотониновой и норадреналиновой систем определяет поведение, которое связано с тревожностью (избегающее поведение). Нейромедиаторы серотонин, норадреналин и гамма-аминомасляная кислота имеют отношение также к агрессивным действиям или поведению по принципу бегство-нападение.

Аналогичные закономерности можно выявить и у человека. Перечисленные динамические типы поведения находят своё отражение в таком понятии как темперамент. Темперамент -- уникальная, присущая человеку способность реагировать на людей, события и устройство мира. Темперамент не связан с интеллектом и не зависит от других возможностей человека.

Каковы основные характеристики темперамента? На этот счёт у психологов существуют расхождения, по крайней мере, относительно того, сколько должно быть основных характеристик. Число их варьируется от 3 до 7. Так, британский психолог Ханс Айзенк (1916-1997) первоначально выделил 3 характеристики: невротизм, интроверсию и психотизм. Для их измерения им был разработан и соответствующий тест (опросник), который широко используется во всём мире, был переведён и адаптирован в СССР.

Другая модель личности, предложенная Коста и Макре, включает 5 основных характеристик личности, её ещё обозначают как Большая пятёрка. В ней психотизм разделён на три отдельные черты (дружелюбие, честность, открытость опыту). Иногда к пяти чертам прибавляют и такую характеристику, как импульсивность или поиск ощущений.

В психологии человека наступательное поведение оценивают в рамках черт темперамента экстраверсия-интроверсия, а избегающее поведение связывают с невротизмом (противоположный полюс -- стабильность). Экстраверсия и невротизм признаны основными составляющими любой таксономии личности. Их называют ещё суперфакторами индивидуальности.

В 1987 году английским учёным Сьюзан Клонингер в книге «Теория личности: познание человека» была предложена так называемая «психобиологическая модель индивидуальности», в которой были выделены 4 основных черты темперамента: поиск новизны, избегание вреда, зависимость от награды и настойчивость. Исследовательница связала поиск новизны с дофаминовой системой, избегание вреда -- с серотониновой, а зависимость от награды -- с норадреналиновой.

Однако получить ответ на вопрос о том, какие гены вносят вклад в эти черты, стало возможным гораздо позже. И этим мы во многом обязаны прорыву, произошедшему в молекулярной генетике. В конце ХХ века был принят международный проект «Геном человека», что позволило расшифровать нуклеотидную последовательность генома, а также получить знания не только о структуре, но и о функциях многих генов.

В частности, значительный импульс был дан исследованиям молекулярно-генетического полиморфизма.

Известно, что генотип -- это сочетание набора генов, при этом половина набора получена от отца, а половина от матери. Соответственно, каждый ген -- совокупность родительских вариантов, которые в генетике называют аллелями.

Гены, выполняя одинаковые функции, тем не менее, могут отличаться друг от друга. Отличия связаны в основном с изменениями в последовательности нуклеотидов, «генных букв», из которых состоит ДНК. Это может быть замена одного нуклеотида на другой, потеря одного нуклеотида или целого фрагмента ДНК. Часто различия вызваны присутствием участков, представленных разным числом повторяющихся фрагментов ДНК, так называемых повторов. Если этих повторов больше, то аллель определяют как длинный, если меньше, как короткий.

Полиморфизм гена не абстрактное понятие -- его можно увидеть. Электрофоретическое разделение фрагментов ДНК позволяет различить, носителем какого варианта гена является каждый человек.

Первое сообщение об ассоциации между генетическим полиморфизмом и личностными характеристиками было публиковано в 1995 году профессором Р.Эбштейном из Иерусалимского университета. Его группа обнаружила, что один из вариантов гена дофаминового рецептора D4 был связан с более высокими значениями поиска новизны -- признака, который измеряется с помощью опросника Клонингера.

Годом позже профессор П.Леш из Германии сообщил об ассоциации полиморфизма гена переносчика серотонина с другим признаком того же теста -- избегание вреда. Эти работы дали начало большому числу исследований генов, которые могут участвовать в процессах передачи информации в мозге.

Всего за менее чем 10-летний период, в течение которого ведётся поиск генных основ личности, протестировано не более 25 генов. Это совсем немного по сравнению с 10 000 генов, которые предположительно «работают» в мозге, или даже с 100-150 генами, которые, по мнению некоторых, наиболее пессимистичных авторов обзоров о генетике поведения, могут быть связаны с личностью человека.

Найденная связь между полиморфизмом гена и чертами личности не всегда однозначна. Случается, что её находят только однажды, и последующие исследования её подтвердить не могут. Чаще имеет место как бы чередование положительных и отрицательных результатов. Тем не менее, можно выделить как минимум два гена, влияние которых на черты темперамента представляется наиболее убедительным и в определённой степени интригующим [2, 106].

3 Влияние генов на поведение

Известны случаи, когда молекулярные события начинают каскад поведенческих реакций. Об этом свидетельствуют изящные исследования регуляции полового поведения у моллюска Aplysia, выполненные группой Шелера в США и в некоторых других лабораториях. Они изучали сложную поведенческую реакцию кладки яиц. Эта кладка представляет собой длинный шнур, содержащий более миллиона яиц. Как только под действием сокращающихся мышц протока гермафродитной половой железы яйца начинают выталкиваться наружу, улитка прекращает двигаться и питаться. Она захватывает шнур яиц ртом и, двигая головой вперед-назад, способствует его выходу из протока железы, а затем скручивает в моток. Специальная железа во рту выделяет клейкое вещество, которое прилипает к клубку яиц. В конце концов животное энергичным движением головы прикрепляет кладку к твердой основе, например к поверхности камня [3, 117].

Были идентифицированы скопления нейронов, которые регулируют комплекс этих поведенческих актов, затем удалось показать, что нейроны активируются продуктами гена, кодирующего гормон откладки яиц (ГОЯ), причем сначала образуется белок-предшественник, в состав которого входит несколько активных фрагментов-пептидов. Этот предшественник расщепляется специальными ферментами, и продукты расщепления влияют на функцию нервных клеток, которые управляют кладкой яиц, стимулируя одни и тормозя другие. От мозаики распределения активированных и заторможенных нейронов и зависит успех реакции в целом. Интересно, что гомологичные пептиды недавно были найдены у плодовой мушки дрозофилы, у которой они тоже регулируют половое поведение.

Цитированные работы являются, пожалуй, первым примером в генетике поведения, перебрасывающим мостик от гена и его продуктов к точкам приложения его влияния, в данном случае к нейронным ансамблям, управляющим совокупностью определенных поведенческих актов. Известно множество мутаций, так или иначе изменяющих поведение. Так, у мышей известны "танцующие" мутанты, "вращающиеся", агрессивные и спокойные. Также генетически детерминированы и формы полового поведения. Генетик из Санкт-Петербурга Л.З. Кайданов вывел мушек дрозофил, у которых самцы могут характеризоваться очень высоким или, наоборот, очень низким уровнем половой активности, измеряемой по количеству попыток ухаживать за самками и временным интервалом между этими попытками. У дрозофилы выделен ген, который отвечает за гомосексуализм, предполагается наличие сходного гена и у млекопитающих, у которых подобные нарушения полового поведения также известны. Функциональное значение некоторых генов, ответственных за поведение, идентифицировано, и начато исследование механизмов их влияния на функции нейронов и поведение (см. в настоящем номере журнала статью И.Ф. Жимулева "Генетическая детерминированность поведения дрозофилы и человека", в которой этот вопрос рассмотрен на примере ряда генов).

Работы такого рода набирают силу, однако генетика поведения таит в себе еще много загадок, особенно в части, касающейся молекулярно-генетических основ запоминания (в частности, тех процессов, которые происходят в синапсах), отношения между молекулярными и морфогенетическими событиями, поведения нейронов при различных формах патологии, функциональной значимости вспомогательных глиальных клеток и многого другого. Эти загадки ждут решения, и тем, кто интересуется этими проблемами, предоставляется обширное поле деятельности [1, 25].

Заключение

К сожалению, в России по давно сложившейся традиции биология в ряду естественно-научных дисциплин недооценивается. Финансирование биологии не только ничтожно, оно еще и не доходит до активно работающих ученых, застревая в промежуточных инстанциях, которые по абсолютно необъяснимой причине решают за ученых, как и куда им тратить деньги (даже те крохи, которые попадают с бюджетного стола). Таможня по-прежнему успешно борется с российской наукой, препятствуя ввозу оборудования и реактивов или требуя плату и бесконечные бумаги.

В нашей стране век биологии еще не наступил. общество не готово к его приходу. Воцарившееся в обществе откровенное пренебрежение наукой, культ невежества, пропаганда средневековых взглядов, отсутствие информации о реальных достижениях реальной науки - вот та обстановка, в которой существует современная российская наука. Отток талантливой молодежи в биологии принял угрожающие масштабы, и нет никакой надежды, что его удастся остановить в ближайшие годы.

И все-таки вопреки крайне неблагоприятным окружающим обстоятельствам российская геномика существует, и я твердо верю, будет существовать. Российская биология перестрадала и пережила Лысенко, перетерпит и нынешние времена близорукости и невежества.

Список литературы

1. Захарченко М.И. Гены человека // Наука и жизнь, 1998, № 3.

2. Концепции современного естествознания / Под ред. В.Н. Лавриненко, В.П. Ратникова, В.Ф. Голубь и др. М.: ЮНИТИ-ДАНА, 2003.

3. Рузавин Г.И. Концепции современного естествознания. М.: ПРИОР, 2003.

4. Трофимова Т.И. Курс биологии. М.: Просвещение, 1990.

5. Чернин Т.И. Курс биологии. М.: Наука, 1987.