Размещено на http://www.allbest.ru/

Генетика

Генемтика (от греч. гензфщт -- происходящий от кого-то) -- наука о закономерностях наследственности и изменчивости.

В зависимости от объекта исследования классифицируют генетику растений, животных, микроорганизмов, человека и другие; в зависимости от используемых методов других дисциплин -- молекулярную генетику, экологическую генетику и другие.

Идеи и методы генетики играют важную роль в медицине, сельском хозяйстве, микробиологической промышленности, а также в генетической инженерии.

Первоначально генетика изучала общие закономерности наследственности и изменчивости на основании фенотипических данных.

Понимание механизмов наследственности, то есть роли генов как элементарных носителей наследственной информации, хромосомная теория наследственности и т. д. стало возможным с применением к проблеме наследственности методов цитологии, молекулярной биологии и других смежных дисциплин.

Сегодня известно, что гены реально существуют и являются специальным образом отмеченными участками ДНК или РНК -- молекулы, в которой закодирована вся генетическая информация. У эукариотических организмов ДНК свёрнута в хромосомы и находится в ядре клетки.

Кроме того, собственная ДНК имеется внутри митохондрий и хлоропластов (у растений). У прокариот ДНК, как правило, замкнута в кольцо (бактериальная хромосома, или генофор) и находится в цитоплазме.

Часто в клетках прокариот присутствует одна или несколько молекул ДНК меньшего размера -- плазмид.



Законы Менделя

1. Закон единообразия гибридов первого поколения

2. Закон расщепления признаков

3. Закон независимого наследования признаков

Работы Грегора Менделя

В 1865 году монах Грегор Мендель (занимавшийся изучением гибридизации растений в Августинском монастыре в Брюнне (Брно), ныне на территории Чехии) обнародовал на заседании местного общества естествоиспытателей результаты исследований о передаче по наследству признаков при скрещивании гороха (работа Опыты над растительными гибридами была опубликована в трудах общества в 1866 году). Мендель показал, что наследственные задатки не смешиваются, а передаются от родителей к потомкам в виде дискретных (обособленных) единиц. Сформулированные им закономерности наследования позже получили название законов Менделя. При жизни его работы были малоизвестны и воспринимались критически (результаты опытов на другом растении, ночной красавице, на первый взгляд, не подтверждали выявленные закономерности, чем весьма охотно пользовались критики его наблюдений).

Классическая генетика

В начале XX века работы Менделя вновь привлекли внимание в связи с исследованиями Карла Корренса, Эриха фон Чермака и Гуго Де Фриза по гибридизации растений, в которых были подтверждены основные выводы о независимом наследовании признаков и о численных соотношениях при «расщеплении» признаков в потомстве.

Вскоре английский натуралист Уильям Бэтсон ввёл в употребление название новой научной дисциплины: генетика (в 1905 г. в частном письме и в 1906 г. публично). В 1909 году датским ботаником Вильгельмом Йоханнсеном введён в употребление термин «ген».

Важным вкладом в развитие генетики стала хромосомная теория наследственности, разработанная, прежде всего, благодаря усилиям американского генетика Томаса Ханта Моргана и его учеников и сотрудников, избравших объектом своих исследований плодовую мушку Drosophila melanogaster. Изучение закономерностей сцепленного наследования позволило путем анализа результатов скрещиваний составить карты расположения генов в «группах сцепления» и сопоставить группы сцепления с хромосомами (1910--1913 гг.).

Молекулярная генетика

Эпоха молекулярной генетики начинается с появившихся в 1940--1950-х гг. работ, доказавших ведущую роль ДНК в передаче наследственной информации. Важнейшими шагами стали расшифровка структуры ДНК, триплетного кода, описание механизмов биосинтеза белка, обнаружение рестриктаз и секвенирование ДНК.

Генетика в России и СССР

Если не считать опытов по гибридизации растений в XVIII в., первые работы по генетике в России были начаты в начале XX в. как на опытных сельскохозяйственных станциях, так и в среде университетских биологов, преимущественно тех, кто занимался экспериментальной ботаникой и зоологией.

После революции и гражданской войны 1917--1922 гг. началось стремительное организационное развитие науки. К концу 1930-х годов в СССР была создана обширная сеть научно-исследовательских институтов и опытных станций (как в Академии наук СССР, так и во Всесоюзной академии сельскохозяйственных наук имени Ленина (ВАСХНИЛ)), а также вузовских кафедр генетики. Признанными лидерами направления были Н. И. Вавилов, Н. К. Кольцов, А. С. Серебровский, С. С. Четвериков и др. В СССР издавали переводы трудов иностранных генетиков, в том числе Т. Х. Моргана, Г. Мёллера, ряд генетиков участвовали в международных программах научного обмена. Американский генетик Г. Мёллер работал в СССР (1934 -- 1937), советские генетики работали за границей. Н. В. Тимофеев-Ресовский -- в Германии (с 1925 г.), Ф. Г. Добржанский -- в США (с 1927 г.).

В 1930-е гг. в рядах генетиков и селекционеров наметился раскол, связанный с энергичной деятельностью Т. Д. Лысенко и И. И. Презента. По инициативе генетиков был проведён ряд дискуссий (наиболее крупные -- в 1936 и 1939 г.), направленных на борьбу с подходом Лысенко.

На рубеже 1930--1940-х гг. в ходе так называемого Большого террора большинство сотрудников аппарата ЦК ВКП (б), курировавших генетику, и ряд видных генетиков были арестованы, многие расстреляны или погибли в тюрьмах (в том числе, Н. И. Вавилов). После войны дебаты возобновились с новой силой. Генетики, опираясь на авторитет международного научного сообщества, снова попытались склонить чашу весов в свою сторону, однако с началом холодной войны ситуация значительно изменилась. В 1948 году на августовской сессии ВАСХНИЛ Т. Д. Лысенко, пользуясь поддержкой И. В. Сталина, объявил генетику лженаукой. Лысенко воспользовался некомпетентностью партийного руководства в науке, «пообещав партии» быстрое создание новых высокопродуктивных сортов зерна («ветвистая пшеница») и др. С этого момента начался период гонений на генетику, который получил название лысенковщины и продолжался вплоть до снятия Н. С. Хрущева с поста генерального секретаря ЦК КПСС в 1964 году.

Лично Т. Д. Лысенко и его сторонники получили контроль над институтами отделения биологии АН СССР, ВАСХНИЛ и вузовскими кафедрами. Были изданы новые учебники для школ и вузов, написанные с позиций «Мичуринской биологии». Генетики вынуждены были оставить научную деятельность или радикально изменить профиль работы. Некоторым удалось продолжить исследования по генетике в рамках программ по изучению радиационной и химической опасности за пределами организаций, подконтрольных Т. Д. Лысенко и его сторонникам.

Сходные с лысенковщиной явления наблюдались и в других науках. Наиболее известные кампании прошли в цитологии (в связи с учением О. Б. Лепешинской о живом веществе), физиологии (борьба К. М. Быкова и его сторонников за «наследие» И. П. Павлова) и микробиологии (теории Г. М. Бошьяна).

После открытия и расшифровки структуры ДНК, физической базы генов (1953 г.), с середины 1960-х г. началось восстановление генетики. Министр просвещения РСФСР В. Н. Столетов инициировал широкую дискуссию между лысенковцами и генетиками, в результате было опубликовано много новых работ по генетике. В 1963 г. вышел в свет университетский учебник М. Е. Лобашёва Генетика, выдержавший впоследствии несколько изданий. Вскоре появился и новый школьный учебник Общая биология под редакцией Ю. И. Полянского, используемый, наряду с другими, и по сей день.

Разделы генетики

· Классическая генетика

· Популяционная генетика

· Археогенетика

· Молекулярная генетика

· Геномика

· Медицинская генетика

· Генная инженерия

· Спортивная генетика

· Судебно-медицинская генетика

· Криминалистическая генетика

· Биохимическая генетика

· Генетика человека

· Генетика микроорганизмов

· Генетика растений

· Эволюционная генетика

· Биометрическая генетика

· Экологическая генетика

· Генетика количественных признаков

· Физиологическая генетика

· Психиатрическая генетика

· Генетика соматических клеток

· Генетика вирусов

· Генетика пола

· Радиационная генетика

· Генетика развития

· Функциональная генетика

· Генетическая генеалогия

Генетика человека

Предметом генетики человека служит изучение явлений наследственности и изменчивости у человека на всех уровнях его организации и существования: молекулярном, клеточном, организменном, популяционном, биохорологическом, биогеохимическом. С периода зарождения (начало XX века) и особенно в период интенсивного подъема (50-е годы XX века) генетика человека развивалась не только как теоретическая, но и как клиническая дисциплина. В своём развитии она постоянно «подпитывалась» как из общебиологических концепций (эволюционное учение, онтогенез), так и из генетических открытий (законы наследования признаков, хромосомная теория наследственности, информационная роль ДНК). В то же время на процесс становления генетики человека как науки постоянно существенно влияли достижения теоретической и клинической медицины. Человек как биологический объект изучен детальнее, чем любой другой объект генетического исследования (дрозофила, мышь и др.). Изучение патологических вариаций (предмет врачебной профессии) служило основой для познания наследственности человека. В свою очередь развитие генетики человека ускоряло развитие теоретических дисциплин (например, молекулярной биологии) и клинической медицины (например, новой области в медицине - учения о хромосомных болезнях).

Медицинская генетика

Медицинская генетика изучает роль наследственности в патологии человека, закономерности передачи от поколения поколению наследственных болезней, разрабатывает методы диагностики, лечения и профилактики наследственной патологии, включая болезни с наследственной предрасположенностью. Указанное направление синтезирует медицинские и генетические открытия и достижения, направляя их на борьбу с болезнями и улучшение здоровья людей.

Медицинская генетика, составляя важнейшую часть теоретической медицины, рассматривает в связи с патологией следующие вопросы:

· какие наследственные механизмы поддерживают гомеостаз организма и определяют здоровье индивида;

· каково значение наследственных факторов (мутации или сочетание определённых аллелей) в этиологии болезней;

· каково соотношение наследственных и средовых факторов в патогенезе болезней;

· какова роль наследственных факторов в определении клинической картины болезней (и наследственных, и ненаследственных);

· влияет ли (и если влияет, то как) наследственная конституция на процесс выздоровления человека и исход болезни;

· как наследственность определяет специфику фармакологического и других видов лечения.

Как теоретическая и клиническая дисциплина медицинская генетика продолжает интенсивно расширяться в разных направлениях: изучение генома человека, цитогенетика, молекулярная и биохимическая генетика, иммуногенетика, генетика развития, популяционная генетика, клиническая генетика.

Для врача образование по медицинской генетике включает в себя основы общей генетики (менделизм, учение о хромосомах, химические основы наследственности), основные положения генетики человека (человек как объект генетического исследования) и клиническую генетику.

Клиническая генетика

Клиническая генетика в строгом смысле слова - прикладной раздел медицинской генетики, т.е. применение достижений последней для решения клинических проблем у пациентов или в их семьях. Эти проблемы следующие:

что у больного (диагноз), как ему помочь (лечение), как предупредить рождение больного потомства (прогноз и профилактика). В настоящее время клиническая генетика основывается на геномике, цитогенетике, биохимической генетике, иммуногенетике, формальной генетике, включая популяционную и эпидемиологическую, генетике соматических клеток и молекулярной генетике.

Мутации

Этиологическими факторами наследственных болезней являются геномные, хромосомные и генные мутации. Заболевания, связанные с геномными (изменение числа хромосом) и хромосомными (изменения структуры хромосом) мутациями, называются хромосомными болезнями. Как правило, при хромосомных болезнях нарушаются сбалансированность набора генов и строгая детерминированность нормального развития организма. Это приводит к внутриутробной гибели эмбрионов и плодов, появлению врождённых пороков развития и других элементов клинической картины хромосомных болезней.

Большинство форм наследственных заболеваний обусловлено генными мутациями, т.е. молекулярными изменениями на уровне ДНК (муковисцидоз, гемофилия, фенилкетонурия, нейрофиброматоз, миопатия Дюшенна и т.д.). Это генные болезни.

Мутации транскрибируемых участков (определяющих аминокислотную последовательность в молекуле синтезируемого белка) приводят к синтезу аномального продукта, в то время как мутации нетранскрибируем ых областей могут приводить к снижению скорости синтеза незаменимого белка разной степени выраженности. Фенотипически генные мутации могут проявляться на молекулярном, клеточном, тканевом и органном уровнях.

Множественность метаболических путей, функций белков в организме, ограниченность наших представлений о нормальном метаболизме затрудняют разработку обоснованной этиологической классификации генных болезней. Даже число генных болезней можно определить только ориентировочно (3500-4500), потому что нет строгих критериев нозологических форм ни с клинической, ни с генетической точки зрения. Например, с клинической точки зрения миопатии Дюшенна и Беккера являются разными формами, а с генетической точки зрения это результат мутации в одном и том же локусе. Более точно можно говорить о тех генах, в которых идентифицированы болезнь-обусловливающие мутации. В настоящее время известно около 1100 таких генов. Однако можно ожидать, что в ближайшее время на основе знаний генома человека процесс обнаружения генов и мутаций в них будет ускорен. В связи с тем что различные мутации в одном и том же гене часто приводят к отличающимся нарушениям, общее число болезней с установленной мутационной природой можно считать равным 1500.

Унаследование патологического гена (а в случае рецессивных мутаций двух аллелей) не всегда сопровождается развёрнутой клинической картиной. Выше уже говорилось о возможном влиянии факторов внешней среды на проявление генов. Однако и другие гены, формирующие генотип особи, т.е. генетическую конституцию индивида, могут модифицировать проявление патологического гена. В таких случаях говорят о неполной пенетрантности и варьирующей экспрессивности. Поскольку генетическая среда для патологического гена всегда индивидуальна, возникают широкие возможности для разного проявления этого гена у различных индивидов.

Многие генные мутации обусловливают возникновение таких молекулярных форм белков, патологическое действие которых выявляется не в обычных условиях, а только при взаимодействии со специфическими факторами внешней среды. Это так называемые экогенетические варианты. Например, у лиц с мутациями в локусе глюкозо-6-фосфатдегидрогеназы при лечении сульфаниламидами возникает гемолиз эритроцитов, у лиц с аномальной холинэстеразои введение дитилина приводит к длительной остановке дыхания

Наследственность

Любые проявления жизнедеятельности организма являются результатом взаимодействия наследственных и средовых факторов. Болезнь также развивается на основе тесного взаимодействия внешних повреждающих и внутренних факторов. Если сами внутренние факторы наследственно изменены, то возникает патологический процесс. Факторы внутренней среды в конечном счёте - результат взаимодействия генетических и средовых факторов в онтогенезе, потому что уровень гормонов в организме, особенности обмена веществ, иммунные реакции исходно определяются функционированием соответствующих генов, другими словами, генетической конституцией.

Наследственные факторы, определяющие основу внутренней среды организма в широком смысле слова, принимают самое непосредственное участие в формировании патологических процессов, либо выступая в роли этиологического фактора, либо участвуя в патогенезе заболевания. Процессы выздоровления и исхода болезни при прочих равных условиях во многом определяются генетической конституцией организма. Более того, генетические факторы существенно определяют даже смертность в возрасте от 20 до 60 лет. Об этом можно судить на основании обстоятельного близнецового исследования. Конкордантность близнецов по смертности в возрасте 20-60 лет от всех болезней составила у монозиготных пар 30,1%, а у дизиготных - 17,4%. Даже по смертности от травм конкордантность у монозиготных близнецов выше (6,9%), чем у дизиготных (3,9%).

С генетической точки зрения все болезни в зависимости от относительной значимости наследственных и средовых факторов в их развитии можно подразделить на 3 группы: наследственные болезни, болезни с наследственной предрасположенностью, ненаследственные болезни.

Наследственными болезнями называют такие болезни, этиологическим фактором которых являются мутации. Проявление патологического действия мутации как этиологического фактора практически не зависит от среды. Последняя может только менять выраженность симптомов болезни и тяжесть её течения. К заболеваниям этой группы относятся хромосомные и генные наследственные болезни с полным проявлением (болезнь Дауна, нейрофиброматоз, гемофилия, фенилкетонурия, муковисцидоз, ахондроплазия и т.д.). Болезнь может проявляться не обязательно в детском, но и в любом возрасте в соответствии с временными закономерностями генной экспрессии (например, средний возраст начала хореи Гентингтона равен 38-40 годам).

О болезнях с наследственной предрасположенностью говорят тогда, когда болезнь развивается у лиц с определённой генетической характеристикой под влиянием факторов окружающей среды. Эти болезни называют также мультифакториальными.

Наследственность - этиологический и патогенетический фактор. Для пенетрантности мутантных генов необходим соответствующий фактор окружающей среды. К таким заболеваниям относятся, например, некоторые формы подагры, диабета, фармако- и экогенетические болезни. Подобные заболевания развиваются после контактов с проявляющим болезнь внешним фактором, специфическим для каждого мутантного гена. Этиологическими факторами могут являться средовые влияния, но частота возникновения и тяжесть течения болезней существенно зависят от наследственной предрасположенности (как в индивидуальном, так и в групповом варианте). К таким болезням относятся атеросклероз, гипертоническая болезнь, туберкулёз, экзема, псориаз, язвенная болезнь и др. Они возникают под действием внешних факторов (иногда не одного, а сочетания многих) гораздо чаще у лиц с наследственной предрасположенностью.

В происхождении ненаследственных болезней определяющую роль играет среда. Сюда относится большинство травм, инфекционных болезней, ожоги и т.д. Генетические факторы могут влиять только на течение патологических процессов (выздоровление, восстановительные процессы, компенсация нарушенных функций).

Генетическая программа индивида может участвовать в развитии патологии прямо или опосредованно. Передаваясь из поколения в поколение, она обеспечивает воспроизведение типологических характеристик человека как биологического вида и создаёт каждый раз (на основе генетических явлений и закономерностей) уникальный по генотипу индивид, в том числе по патологическим вариациям. При образовании гамет и затем зигот возможна любая перекомбинация аллелей от отца и матери, пополняемая новыми мутациями.

Факты, накопленные к настоящему времени медицинской генетикой, показывают многообразие соотносительной роли наследственности и среды в развитии любых видов патологии, кроме двух крайних ситуаций, т.е. полной независимости либо от генетических, либо от средовых факторов. Вклад каждого из компонентов может быть различным при разных видах патологии. Так, мутации этиологически обусловливают возникновение наследственных болезней. Факторы среды будут влиять в этом случае только на клиническую картину. Известно, что даже при жёсткой генетической детерминации патологии условия внешней среды и весь генотип в целом могут существенно модифицировать характер и степень проявления эффектов патологического гена. Ряд внешнесредовых причин, несомненно, обусловливает заболевания при любом генотипе (ожоги, травмы). Но и в этом случае характер восстановления, интенсивность и разнообразие клинических проявлений, спектр возможных осложнений и вариантов исходов могут определяться не только характером повреждения, но и генетической конституцией организма.

Наследственность и патогенез

Многие специфические стороны патогенеза наследственных болезней определяются характером повреждения генетических структур, но формируются на уровне целостного организма, что и обусловливает индивидуальные особенности протекания патологических процессов.

При хромосомных болезнях отклонения от нормального развития коррелируют, как правило, со степенью хромосомного дисбаланса. Чем больше хромосомного материала вовлечено в мутацию, тем раньше заболевание проявится в онтогенезе и тем значительнее будут нарушения в физическом и психическом развитии индивида. Как правило, избыток хромосом (или их частей) переносится гораздо благоприятнее, чем их недостаток.

Сопоставление фено- и кариотипа при хромосомных болезнях показывает, что специфические проявления синдрома зависят от небольших сегментов хромосом. Дисбаланс по большому объёму генетического материала приводит к более неспецифической картине поражения.

Каких-либо специфических черт патогенеза хромосомных болезней не обнаружено ни на молекулярном, ни на клеточном уровне. Характерная черта хромосомного дисбаланса - множественность пороков развития, затрагивающих разные органы и системы (черепно-лицевые дизморфии, пороки развития скелета, сердечно-сосудистой, нервной и мочеполовой систем).

Механизмы патогенеза моногенных заболеваний весьма разнообразны. Специфичность этих механизмов во многом определяется характером биохимических нарушений, обусловленных данной мутацией.

Некоторые общие закономерности патогенеза менделирующей (моногенной) патологии можно рассмотреть на примере наследственных болезней обмена, для которых установлена связь между мутантным геном и биохимической реакцией.

Патологические проявления развиваются как следствие сложного взаимодействия биохимических сдвигов и физиологических изменений в организме. Даже в случае сходства вида нарушения, например накопления субстрата, патогенетические механизмы развития различных заболеваний будут различны.

В одном случае накапливающийся субстрат может откладываться в клетках, приводя их к гибели, в других он легко покидает клетки и его концентрация в биологических жидкостях организма может многократно превысить нормальный уровень. Как результат этого возникают условия для существенного изменения кислотно-основного равновесия крови, конкуренция с физиологическим аналогом при транспорте через гематоэнцефалический барьер, накопление вещества в разных тканях.

Роль генетических факторов в патогенезе болезней неинфекционной природы выясняют через обнаружение ассоциаций таких болезней с менделирующими признаками (их называют генетическими маркёрами). Для некоторых заболеваний уже выяснена патогенетическая роль маркёров. Так, например, более высокая частота группы крови 0(1) системы АВО и статуса «несекретор» при некоторых формах язвенной болезни двенадцатиперстной кишки обусловлена участием этих систем в балансе защитных свойств слизистой оболочки. При фенотипе 0(1) и «несекретор» способность к слизеобразованию и защите слизистой оболочки снижена.

Специфичность патогенеза многих наследственных и ненаследственных болезней во многом может определяться состоянием иммунной и эндокринной систем организма, функции которых генетически детерминированы. Неблагоприятный наследственный фон может быть провоцирующим моментом в развитии любой патологии. Например, как правило, бессимптомная гетерозиготность по гену Я-талассемии во время беременности приводит к развитию выраженной анемии, требующей терапевтического вмешательства. При мутациях в генетических системах репарации ДНК мутагенные и канцерогенные факторы ускоряют развитие злокачественных новообразований.

Наследственность и клиническая картина болезни

Многоплановость клинических и лабораторных проявлений любого заболевания охватывается понятием клинического полиморфизма. О причинах клинического полиморфизма в общей форме можно сказать, что он обусловлен взаимодействием генетических и средовых факторов. Именно поэтому объяснение клинического разнообразия болезней тесно связано с расшифровкой таких фундаментальных понятий генетики, как генетическая гетерогенность, пенетрантность, экспрессивность, плейотропия.

Генетические причины полиморфизма наследственных болезней обусловлены генетической уникальностью каждого индивида. Конкретные же механизмы обусловлены либо генетической гетерогенностью (мутации в разных локусах или множественные аллели), либо модифицирующим влиянием всего генотипа особи, т.е. генотипической конституцией индивида.

Истинный клинический полиморфизм наследственных болезней может быть обусловлен модифицирующим влиянием генотипа на проявление патологического гена, т.е. взаимодействием генов. На эту сторону клинического полиморфизма впервые обратил внимание С.Н. Давиденков, изучая наследование отдельных симптомов нервных болезней среди родственников больного. Согласно его гипотезе, наибольшие клинические проявления заболевание приобретает тогда, когда в одном генотипе объединяются «патологический задаток» и другие наследственные факторы, оказывающие сходно направленное действие. Усилительный тропизм, по С.Н. Давиденкову, специфичен для каждого гена.

Несмотря на общепринятость представлений о значении наследственности в реализации патологических процессов, до недавнего времени роль наследственности представляли в виде некоего недифференцированного фона. Однако многочисленные примеры связей некоторых генетически детерминированных полиморфных систем с особенностями патологических процессов убедительно свидетельствуют о значимой роли наследственности в индивидуальном характере патологии. Таким образом, в целом наследственная конституция организма - та база, которая может во многом определять индивидуальную специфику клинической картины наследственных и ненаследственных болезней. Хорошая иллюстрация сказанного - большие индивидуальные различия в силе иммунного ответа.

Не меньшую роль, чем генотипическая среда, в происхождении клинического полиморфизма наследственных болезней могут играть факторы внешней среды, взаимодействуя с наследственными факторами на любом этапе внутриутробной или постнатальной жизни. Например, богатая фенилаланином пища беременной усиливает развитие фенилкетонурии у будущего гомозиготного ребёнка. Более того, у генетически нормальных потомков женщин с фенилкетонурией наблюдаются внутриутробная задержка роста, отставание в умственном развитии, микроцефалия. Эти нарушения связаны с воздействием на плод высоких концентраций фенилаланина и его метаболитов в сыворотке крови беременной.

Болезни с наследственной предрасположенностью характеризуются ещё большим клиническим полиморфизмом по сравнению с моногенными заболеваниями, поэтому при многих мультифакториальных болезнях речь идёт о клиническом континууме с многообразием форм от субклинических до тяжёлых.

Наследственность и исходы заболеваний

Патогенное действие мутации (или мутаций) может приводить к летальному исходу на разных стадиях онтогенеза. Существенный вклад летальных и полулетальных мутаций во внутриутробную гибель и в раннюю постнатальную смертность не вызывает сомнений, хотя и не всегда можно разграничить, прямое это действие (этиологическое) или опосредованное через патогенез. Летальный эффект мутаций может проявиться сразу после оплодотворения. По-видимому, 50% всех зачатий не реализуется в беременность, в большинстве случаев в результате наследственных нарушений. Около 50% всех спонтанных абортов связано с генетическими факторами. В первой половине беременности происходит наибольшая элиминация эмбрионов и плодов. При этом чем раньше прерывается беременность, тем вероятнее, что причиной аборта были хромосомные аномалии. Хотя механизмы гибели различны, в целом они связаны с нарушениями генетического контроля различных этапов эмбриогенеза: от невозможности имплантации бластоцисты до неспособности кариотипически аномальных клеток формировать тканевые структуры.

Не только хромосомные аномалии, но и генные мутации обусловливают внутриутробную гибель. Известно свыше 150 таких нозологических форм. Существенное значение генетические факторы имеют и в перинатальной смертности. Почти у каждого 5-го перинатально умершего обнаруживается наследственная и врождённая патология.

Значение генетических факторов в летальных исходах не отрицает и не умаляет значения внешних факторов в структуре смертности, а лишь подчёркивает, что повреждающие воздействия (гипоксия, родовая травма, интоксикация, гипотрофия, инфекции) у детей с аномальным генотипом скорее приведут к смерти, чем у нормальных детей. Многие наследственные болезни приводят к смерти большинства больных с наследственной патологией в качестве первопричины либо являются неблагоприятным фоном, утяжеляющим течение ненаследственных болезней.

Существенный вклад в причины детской смертности вносят хромосомные болезни и такие наследственные генные болезни, как муковисцидоз, гипотиреоз, адреногенитальный синдром, фенилкетонурия и др.

Патологические мутации как этиологический фактор могут быть причиной хронических болезней. Наследственные болезни как результат действия мутации практически всегда относятся к хроническим процессам, если только мутация не приводит к летальным эффектам на эмбриональной стадии либо в раннем детстве. Хроническое течение характерно как для генных, так и для хромосомных болезней. Большинство наследственных болезней (в том числе болезни обмена веществ) характеризуется, как правило, прогредиентным течением. Генные мутации могут выражаться не только в специфических проявлениях, но и в неспецифическом снижении сопротивляемости организма сопутствующим заболеваниям, обусловливая хронизацию последних.

Наследственная конституция может существенно изменять эффективность проводимых лечебных мероприятий. Во-первых, это широко известные наследственно обусловленные патологические реакции на различные лекарственные вещества; во-вторых, это полиморфизм по скорости выведения или окисления некоторых лекарственных веществ либо метаболитов, модифицирующих фармакокинетику ряда других лекарственных препаратов.

Значение наследственности (летальный эффект или хроническое течение) проявляется не только для наследственных (как хромосомных, так и генных), но и для ненаследственных болезней. Хотя роль генетических факторов в процессе выздоровления при ненаследственных болезнях изучена недостаточно, но в общей форме ясно, что отдельные мутации или их сочетания приводят к пониженной способности организма выдерживать повреждающее влияние среды. Следовательно, у таких лиц выздоровление будет затягиваться, что и будет приводить к переходу патологического процесса в хронический. Действие конкретных генов в процессе хронизации ненаследственных болезней осуществляется через изменённую направленность биохимических реакций, нарушение гормонального статуса, снижение иммунного ответа и т.д. Например, при отсутствии каталазы в крови (наследственная акаталазия) наблюдаются хронические воспаления слизистых оболочек, при наследственных иммунодефицитных состояниях - хронические заболевания верхних дыхательных путей, носоглотки.

Завоевать доверие и авторитет коллектива медицинского учреждения, а равно авторитет у больных, их родителей и родственников можно не рассуждениями и декларациями, а личной безукоризненной работой. Врач должен обладать разнообразными знаниями. Этим путем создается популярность врача. Этому способствует общий уровень подготовки врача, объем его общих знаний. К этому призывали современников и будущих врачей -- корифеи отечественной медицины и педиатрии С.П. Боткин, Н.И. Пирогов, Н.Ф. Филатов, М.Я. Мудров и многие другие.

Известный терапевт С.П. Боткин был прекрасным врачом и одновременно большим знатоком и ценителем произведений изобразительного искусства. К его мнению прислушивались устроители и жюри художественных выставок. Крупнейший педиатр Н.Ф. Филатов, блестящий теоретик и врач-практик по детским болезням, в то же время интересовался театральными постановками, и его суждения были очень авторитетны в артистическом мире.

Педиатрические учреждения и особенно генетического профиля нуждаются в постоянном внедрении новых способов диагностики, лечения и профилактики наследственных болезней. В отношении генетических болезней как ни при каких других заболеваниях принцип ранней диагностики и лечения имеет порой жизненно важное значение. Достаточно привести один пример. Выявление и назначение лечения, впервые установленное больному с фенилкетонурий в возрасте после 3-месячного возраста, ведет неизбежно к задержке нервно-психического развития до конца жизни и, наоборот, введение адекватной терапии на первом месяце после установления диагноза позволяет добиться обучения ребенка в общеобразовательной школе и даже в высшем учебном заведении. Кроме того, точный диагноз - самая важная основа для правильного медико-генетического прогноза повторных случаев в семье.

В медицинской практике, может быть, быстрее, чем в других отраслях знаний, создаются теории, которые при дальнейшей проверке оказываются ошибочными. Подобные скороспелые гипотезы ничего полезного не приносят и себя не оправдывают. Засорение диагностической и лечебной практики плохо проверенными средствами, не оправдавшими ожиданий, оказывается вредным и должно отбрасываться.

Злейшим врагом научного роста врача любой специальности, и особенно врача-генетика, является верхоглядство, предвзятая поверхностная концепция, скороспелый диагноз, диагностическое молодечество, необдуманное лечение. Есть трудный, но единственно правильный путь молодого врача -- совершенствоваться в знаниях, во врачебной технике. Это путь настойчивого труда, требовательности к себе, честности, искренности. Существует категория всезнающих, не терпящих возражений, непогрешимых «жрецов» медицинской науки, которые на поверку оказываются людьми невысокого профессионального уровня.

Искусственный ореол важности, недоступности, превосходства есть проявление низменных чувств, а зазнайство мешает прогрессу, закрепляет допущенные ошибки во зло себе и другим, уменьшает ценность человека в глазах общества. Искусственное выдвижение, научный и служебный карьеризм приводят к зависти, злорадству. Углубленный анализ собственных ошибок, гласное их признание в кругу товарищей по работе - верный путь для предотвращения последующих промахов в работе. Так поступали Н.И. Пирогов, Г.А. Захарьин, СП. Боткин, Н.Ф. Филатов и другие крупные отечественные ученые-медики. Такой подход необходим и в клинической генетике.

На врачей-генетиков, как и врачей других специальностей, распространяются все законы, существующие в стране, как и на всех других граждан, поэтому могут быть судебные разборы диагностических ошибок, тактики лечения и заполнения медицинской документации. Материалы истории болезни или амбулаторных карт могут быть затребованы следственными или судебными органами, и от правильности оформления соответствующей документации может зависеть судьба медицинского работника и честь лечебного учреждения. Это требует четкости ведения документации со стороны врачебного и сестринского персонала.

Изучение генетического обмена

Изучение генетического обмена (рекомбинации) между двумя родственными фагами, отличающимися по генотипу, показало, что генетический материал бактериальных вирусов (вероятно, и вирусов растений и животных) заключает в себе линейно ориситированные гены, детерминирующие отдельные признаки вируса. Все эти гены формируют одну группу сцепления, т. е. локализованы в одной молекуле ДНК. Функциональной единицей генетического аппарата вируса служит цистрон-- участок нуклеиновой кислоты вируса, в котором закодирована информация синтеза одного пептида. Исходя из величины молекул нуклеиновых кислот, заключенных в различных вирусах, и представления, что нуклеотидный триплет детерминирует при синтезе белка включение определенной аминокислоты, можно допустить, что «хромосома» крупных вирусов, представленная одной молекулой ДНК с мол. массой 120--150 млн. и содержащая 2105 пар нуклеотидов, может хранить информацию, заключенную в 100 цистронах, контролирующих синтез 100 белков, каждый из которых содержит от 100 до 700 аминокислот. Однако не все цист-роны идентифицированы в «хромосомах» вирусов: даже у наиболее изученных (бактериальные вирусы Т4, Т2 и X) известно не более нескольких десятков цистронов.

Из приведенных цифр видно, что в среднем каждый цистрон должен состоят 2000 нуклеотидов. В действительности разные цистроны характеризуются неодинаковой протяженностью но длине молекулы ДНК вируса. Так, А-цистрон rll области фага Т4 включает в себя около 1500--1700 нуклеотидов, а В-цистрон той же области-- только 60--700.

Генетика вирусов

Генетическое своеобразие вирусов определяется особенностями строения их наследственного аппарата, представленного одной молекулой нуклеиновой кислоты в белковой оболочке.

наследственность генетика кодирование мендель



Наиболее сложно организованные вирусы содержат гигантскую молекулу ДНК, мол. масса (мол. вес) которой достигает 120--150 млн. (фаг Т2); просто организованные вирусы содержат молекулу ДНК или РНК с мол. массой 1 --1,5 млн. Бактериальные вирусы -- бактериофаги-- оказались весьма удобной моделью для изучения генетической организации вирусов. В настоящее время для ряда фагов -- крупных (Т4), средних (Я) и мелких (фХ174) -- показано, что их «хромосома» представляет собой замкнутую нить ДНК.

Развитие генетики вирусов стало возможным после экспериментального решения двух проблем: I) отбора и количественного учета мутантов, характеризующихся изменением ряда наследственных признаков, и 2) генетического обмена между двумя частицами вируса, отличающимися друг от друга своим генотипом. Основные признаки вирусов, используемые в генетических исследованиях, следующие: 1) морфология негативных колоний, 2) диапазон действия, т. е. способность вируса инфицировать определенный круг «хозяев», 3) чувствительность к различным физическим и химическим факторам, 4) полноценность и активность ферментов, локализованных в белковой части вируса (напр., лизоцим в четных фагах группы Т), 5) термочувствительность вирусов при внутриклеточном их развитии (напр., ts-мутанты фагов). Особый тип мутантов открыт у бактериальных вирусов (фаг Т4): эти мутанты не способны репродуцироваться на обычном хозяине (несмотря на нормальный процесс инвазии вирусной нуклеиновой кислоты), но размножаются на другом. Как и у ts-мутантов, в данном случае мутации могут быть локализованы в любом участке вирусного генома.

Генетический аппарат бактериальных клеток не ограничивается структурными генами

Исследованиями последних лет установлено существование специальных генетических единиц, регулирующих функционирование структурных генов, а также особого рода генетических детерминант -- аписом, существующих либо в свободном, либо в интегрированном с бактериальной «хромосомой» состоянии. К эписомам относят умеренные бактериофаги, колициногенные факторы, а также факторы плодовитости, сообщающие бактериям одновременную устойчивость к ряду антибиотиков, сульфаниламидов и бактериофагов (англ. RTF).

С развитием исследований по генетики бактерий стало очевидным, что такие проблемы, как устойчивость бактерий к лекарственным веществам, их разночувствительность, вирулентность, могут быть решены только на генетической основе. Если недавно была известна локализация в бактериальных «хромосомах» лишь немногих генетических детерминант и это не представляло особого интереса для медицины, то в наст, время выявлены н нанесены на генетические карты детерминанты, определяющие различную степень чувствительности к антибиотикам, устойчивость к радиационным воздействиям-это свидетельствует не только о теоретической важности, но и о практической значимости дальнейшего развития исследований в области генетики бактерий.

Генетика бактерий

Генетика бактерий изучает механизмы детерминирования и изменения наследственных свойств бактерий. Знания, добытые в генетических исследованиях на бактериальных клетках, имеют не только прикладное значение для бактериологии. Они легли в основу многих общегенетических представлений о материальных основах наследственности и функционировании генетических детерминант. В экспериментах с бактериями были получены первые доказательства генетической роли ДНК, чем было заложено начало новой отрасли генетической науки -- молекулярной генетики. Генетический аппарат бактерий имеет ряд особенностей. Установлено, что хроматиновые тельца бактерий заключают в себе почти всю ДИК. Один из основных механизмов наследственности у бактериальных клеток, как и у прочих организмов,-- запись генетической информации в так наз. структурных генах. О наличии морфологически оформленных дискретных генетических структур свидетельствуют передача наследственных признаков от одних бактерий другим и расщепление признаков в потомстве рекомбинантов, т. е. бактерий, образовавшихся в результате генетического скрещивания.

Возможность генетических последствий облучений в малых дозах

Возможность генетических последствий облучений в малых дозах заставляет учитывать влияние на мутационный процесс и различных мед. процедур, связанных с использованием ионизирующей радиации. Если раньше в таких случаях учитывалась лишь безопасность самого больного, то теперь необходимо иметь в виду и безопасность его потомства, что требует точного учета дозы облучения гонад при тех или иных процедурах.

В ряде стран была определена доза облучения, получаемая за 30 лет гонадами человека при различных диагностических и терапевтических процедурах. Так, по данным, собраннзлм в США, минимальное значение дозы, получаемой гонадами человека за 30 лет жизни, равно примерно половине дозы, обусловленной естественным радиационным фоном. Т. о., медицинские вмешательства, проводимые в таком масштабе без соблюдения требований защиты, могут повлечь за собой ощутимые вредные генетические последствия. Вот почему следует сводить до минимума медицинские процедуры, связанные с использованием ионизирующей радиации. Особая осторожность необходима при массовых обследованиях лиц моложе 30 лет.

Радиационная генетика

Радиационная генетики изучает закономерности действия ионизирующих излучений на наследственность микроорганизмов, растений, животных и человека. Широкое использование радиации в научных исследованиях, медицине, промышленности и сельском хозяйстве, а также решение вопросов, связанных с последствиями применения и испытаний ядерного оружия, требует изучения генетического действия ионизирующих излучений. Радиационная генетика имеет также большое значение в связи с освоением космического пространства. Установлено, что различные виды ионизирующих излучений (гамма-лучи, рентгеновы лучи, нейтроны, а-частнцы и др.) обусловливают возникновение наследственных изменений -- мутаций -- в самых различных биологических объектах -- от фагов до человека. Вызываемый радиацией мутагенез носит ненаправленный характер, т. е. под влиянием облучения возникают наследственные изменения любых признаков и свойств организма, в подавляющем большинстве вредные, уменьшающие приспособленность организма к условиям существования, а иногда и летальные. Наиболее часто появляются мутации, относительно слабо видоизменяющие признаки организма, несколько реже -выраженные мутации. Индуцируемые ионизирующей радиацией наследственные изменения (генные, хромосомные, мутации кариотипа) могут возникать как в половых (терминальные мутации), так и в соматических (соматические мутации) клетках.

Молекулярная генетика ловит браконьерскую черную икру

Контрафактную черную икру теперь вычислить легко. В лаборатории ВНИРО собран полный генетический банк всех осетровых самок России - производителей черной икры.

Молекулярная генетика ловит браконьерскую черную икру

Большинство примерно из полусотни осетровых хозяйств России выращивают рыбу на мясо. Растить осетров до половой зрелости - дело долгое и непростое, поэтому хозяйства, производящие черную икру от осетровых рыб и их гибридов, можно пересчитать по пальцам. Большая часть полученной в аквакультуре икры поступает на внутренний рынок, остальное идет на экспорт. Экспорт черной икры, как и всякой продукции от редких видов, регулируется международной конвенцией СИТЕС (Конвенция по международной торговле вымирающими видами дикой фауны). По правилам, экспортная икра должна иметь сопроводительные документы с указанием вида осетровых рыб и места производства. А проверить, соответствует ли действительности то и другое, можно только при помощи молекулярно-генетического анализа.

Ученые скажут, чья икра.

«Нашу лабораторию создали при научном органе СИТЕС по осетровым, - говорит ведущий научный сотрудник Всероссийского научно-исследовательского института рыбного хозяйства и океанографии (ВНИРО) кандидат биологических наук Николай Мюге. - Сначала нужно было решить задачу определения видовой принадлежности икры, а в последние годы встала задача генотипирования аквакультурных осетровых стад для того, чтобы отсечь возможный экспорт браконьерской икры, которая легализуется под видом аквакультурной».

По внешнему виду можно отличить осетровую икру от белужьей или стерляжьей, но вот продукция разных осетров, например русского и сибирского осетра, часто неразличима. Можно проводить секвенирование (определение нуклеотидной последовательности) участка генома икринок, но это долго и дорого. Николай Мюге и его коллеги нашли фрагменты митохондриальной ДНК, по которым различаются геномы русского и сибирского осетра, белуги, севрюги и других обитающих в России осетровых. И создали тест-систему, включающую набор видоспецифических маркеров. Используя эти маркеры, можно поставить полимеразную цепную реакцию (ПЦР), результат которой сразу, без секвенирования, безошибочно укажет на вид икры.

Легальные производители - только самки с паспортом

Вторая задача появилась из-за того, что возник новый вид мошенничества: браконьерскую икру зачастую пытаются легализовать под видом аквакультурной, на нее наклеиваются фальшивые этикетки известных рыбоводных хозяйств. Противостоять этому можно только тогда, когда все стада производителей на осетровых заводах будут генотипированы.

«Осетровые хозяйства должны присылать нам образцы плавников, из которых мы выделяем ДНК и на основе микросателлитных маркеров создаем генетический паспорт каждой самки, - рассказывает научный сотрудник лаборатории Анна Барминцева. - В паспорте есть фотография, данные о месте вылова или месте рождения и данные по четырем микросателлитным локусам». Эти последовательности нуклеотидов различаются индивидуально. Кроме того, каждая аквакультурная самка имеет вживленный под кожу электронный чип с номером, который также указывается в генетическом паспорте особи».

Когда от самки в аквакультурном хозяйстве получают икру, записывают номер ее электронного чипа. Для оформления разрешения на экспорт образцы икры, а также номера самок-производителей представляются в научный орган СИТЕС. Из поступившей на анализ икры биологи выделяют ДНК и проводят ПЦР с соответствующими генетическими маркерами. Результат показывает, насколько генотип икры совпадает или не совпадает с генотипом самки-родительницы. Если не совпадает, значит, это икра дикой самки - браконьерская.

Осетровый генобанк

Сотрудники генетической лаборатории ВНИРО - хранители уникальной коллекции, собранной за десять лет. Это российская национальная коллекция эталонных генетических материалов осетровых рыб, в ней более 10,5 тыс. образцов тканей всех видов осетровых из всех обитающих на территории России популяций и всех осетровых хозяйств. Такую же генетическую коллекцию ученые собрали по лососевым рыбам. И та и другая имеют свидетельство о регистрации.

Эталонная коллекция - фактически банк генофонда - нужна, чтобы не допустить снижения генетического разнообразия при искусственном восстановлении популяций в природе. Только такой подход позволит вернуть в природу осетровых, оказавшихся под угрозой полного уничтожения из-за перепромысла и браконьерства.

Генетика Медицинские статьи

Долгое время ген рассматривали как часть наследственного материала (единицу), обеспечивающую развитие определенного признака организма. Но каким образом функционирует ген, оставалось неясным. В 1945 г. Дж. Бидлом и Э. Татумом была сформулирована гипотеза, которую можно выразить формулой "Один ген - один фермент".

Итак, рассмотри одно из самых важных понятий современного человечества - ГЕНЕТИКА. Генетика зародилась вместе со вселенной об этом можно смело говорить, так как эта наука изучает изменчивость и наследственноть, собственно те поняти которые сопровождают наш мир с момента зарождения.

Генетика - это наука, котора изучает изменчивость и наследственность, относящиеся ко все му живому. Эта наука охватывает все разнообразие растений, животное царство, царство человеко-разумные, царство грибы и все известное живое. Генетика это свойства всех живых организмов и микроорганизмов, которое характеризуется способностью каждого вида сохранять в ряду поколений характерные для него черты. Каждый человек непохож на другого человека, каждое растение отличается от другого растения и в тоже время все похоже друг на друга. Например пшеница не полностью похоже на соседний колосок и один человек отличается не только от другого человека, но и от родившего его человека - эти два понятия и определяют "изменчивость" и "наследственность"

Откуда началась генетика? Истоки этой древней науки можно начинать не только с появлением жизни на Земле и ее эволюционированием, но после того как человек начал скрещивать животных разных пород и различные растения. Что же делали люди? Люди скрещивая разные виды пытались получать нечто одно унаследовавшие лучшие свойства родитителей, поэтому лучшего быка скрещивали с лучшей коровой и т.д.