Реферат: Генетика и проблемы человека

Дискретная изменчивость

Некоторые признаки в популяции представлены ограниченным числом вариантов. В этих случаях различия между особями четко выражены, а про­межуточные формы отсутствуют; к таким призна­кам относятся, например, группы крови у человека, длина крыльев у дрозофилы, меланистическая и светлая формы у березовой пяденицы (Biston betularia), длина столбика у первоцвета (Primula) и пол у животных и растений. Признаки, для которых характерна дискретная изменчивость, обычно кон­тролируются одним или двумя главными генами, у которых может быть два или несколько аллелей, и внешние условия относительно мало влияют на их фенотипическую экспрессию.

Поскольку дискретная изменчивость ограничена некоторыми четко выраженными признаками, ее называют также качественной изменчивостью в от­личие от количественной, или непрерывной, измен­чивости.

               А                                                                                                          Б    

Рисунок 1.  Гистограммы, отражающие распределение частот в случае прерывистой (А) и не прерывистой (Б) изменчивости.

Непрерывная изменчивость

По многим признакам в популяции наблюдается полный ряд переходов от одной крайности к другой без всяких разрывов. Наиболее яркими примерзлая служат такие признаки, как масса (вес), линейные размеры, форма и окраска организма в целом или отдельных его частей. Частотное распределение по признаку, проявляющему непрерывную изменчивость, соответствует кривой нормального распределения. Большинство членов популяции попадает в среднюю часть кривой, а на ее концах, соответствующих двум крайним значениям данного признака, находится примерное одинаковое (очень малое) число особей. Признаки, для которых характерна непрерывная изменчивость, обусловлены совместным воздействием многих генов (полигенов) и факторов среды. Каждый из этих генов в отдельности оказывает очень небольшое влияние на фенотип, но совместно они создают значительный эффект.

 Влияние среды

Главный фактор, детерминирующий любой фенотипический признак, - это генотип. Генотип организ­ма определяется в момент оплодотворения, но сте­пень последующей экспрессии этого генетического потенциала в значительной мере зависит от внеш­них факторов, воздействующих на организм во время его развития. Так, например, использованный Менделем сорт гороха с длинным стеблем обычно достигал высоты 180 см. Однако для этого ему необходимы были соответствующие условия - осве­щение, снабжение водой и хорошая почва. При отсутствии оптимальных условий (при наличии ли­митирующих факторов) ген высокого стебля не мог в полной мере проявить свое действие. Эффект взаи­модействия генотипа и факторов среды продемон­стрировал датский генетик Иогансен. В ряде эк­спериментов на карликовой фасоли он выбирал из каждого поколения самоопылявшихся растений са­мые тяжелые и самые легкие семена и высаживал их для получения следующего поколения. Повторяя эти эксперименты на протяжении нескольких лет, он обнаружил, что в пределах «тяжелой» или «легкой» селекционной линии семена мало различались по среднему весу, тогда как средний вес семян из разных линий сильно различался. Это позволяет считать, что на фенотипическое проявление при­знака оказывают влияние как наследственность, так и среда. На основании этих результатов можно определить непрерывную фенотипическую изменчи­вость как «кумулятивный эффект варьирующих фак­торов среды, воздействующих на вариабельный генотип». Кроме того, эти результаты показывают, что степень наследуемости данного признака опре­деляется в первую очередь генотипом. Что касается развития таких чисто человеческих качеств, как ин­дивидуальность, темперамент и интеллект, то, судя по имеющимся данным, они зависят как от наслед­ственных, так и от средовых факторов, которые, взаимодействуя в различной степени у разных ин­дивидуумов, влияют на окончательное выражение признака. Именно эти различия в тех и других факторах создают фенотипические различия между индивидуумами. Мы пока еще не располагаем дан­ными, которые твердо указывали бы на то, что влияние каких-то из этих факторов всегда преоб­ладает, однако среда никогда не может вывести фенотип за пределы, детерминированные геноти­пом.

Источники изменчивости

Необходимо ясно представлять себе, что взаимо­действие между дискретной и непрерывной изменчи­востью и средой делает возможным существование двух организмов с идентичным фенотипом. Механизм репликации ДНК при митозе столь близок к совершенству, что возможности генетической изменчивости у организмов с бесполым размножением очень малы. Поэтому любая видимая измен­чивость у таких организмов почти наверное обуслов­лена воздействиями внешней среды. Что же касается организмов, размножающихся половым путем, то у них есть широкие возможности для возникновения генетических различий. Практически неограничен­ными источниками генетической изменчивости слу­жат два процесса, происходящие во время мейоза:

1.    Реципрокный обмен генами между хромата- дамп гомологичных хромосом, который может про­исходить в профазе 1 мейоза. Он создает новые группы сцепления, т.е. служит важным источником генетической рекомбинации аллелей.

2.   Ориентация пар гомологичных хромосом (бивалентов) в экваториальной плоскости веретена в метафазе I мейоза определяет направление, в ко­тором каждый член пары будет перемещаться в анафазе I. Эта ориентация носит случайный харак­тер. Во время метафазы II пары хроматид опять- таки ориентируется случайным образом, и этим определяется, к какому из двух противоположных полюсов направится та или иная хромосома во время анафазы II. Случайная ориентация и после­дующее независимое расхождение (сегрегация) хро­мосом делают возможным большое число различ­ных хромосомных комбинаций в гаметах; число это можно подсчитать.

Третий источник изменчивости при половом раз­множении - это то, что слияние мужских и женских гамет, приводящее к объединению двух гаплоидных наборов хромосом в диплоидном ядре зиготы, про­исходит совершенно случайным образом (во всяком случае, в теории); любая мужская гамета потен­циально способна слиться с любой женской га­метой.

Эти три источника генетической изменчивости и обеспечивают постоянную «перетасовку» генов, ле­жащую в основе происходящих все время генети­ческих изменений. Среда оказывает воздействие на весь ряд получающихся таким образом фенотипов, и те из них, которые лучше всего приспособлены к данной среде, преуспевают. Это ведет к изменениям частот аллелей и генотипов в популяции. Однако эти источники изменчивости не порождают крупных изменений в генотипе, которые необходи­мы, согласно эволюционной теории, для возник­новения новых видов. Такие изменения возникают в результате мутаций.

Наследственные болезни (диагностика, профилактика, лечение)

Известное общее  положение о единстве внутреннего и внеш­него в развитии и существовании нормального и  больного  орга­низмов не теряет своего  значения применительно к наследствен­ным, передающимся от родителей к детям,  болезням,  как бы  ни казались такие болезни заранее детермированным патологическими наследственными задатками.  Однако это положение требует более детального разбора, поскольку оно не столь однозначно по отно­шению к разным формам наследственных болезней и в то же  время применимо в  определенной  степени даме к таким формам патоло­гии, которые  кажутся  обусловленными  только  болезнетворными факторами внешней среды.  Наследственность и среда оказываются этиологическими факторами или играют роль в патогенезе  любого заболевания человека,  но  доля  их участия при каждой болезни своя, причем чем больше доля одного фактора, тем меньше друго­го. Все формы патологии с этой точки зрения можно разделить на четыре группы, между которыми нет резких границ.

Первую группу составляют собственно наследственные болез­ни, у которых этиологическую роль играет  патологический  ген, роль среды заключается в модификации лишь проявлений заболева­ния. В эту группу входят моногенно обусловленные болезни  (та­кие как,  например,  фенилкетонурия,  гемофилия), а также хро­мосомные болезни.

Вторая группа - это тоже наследственные болезни, обуслов­ленные патологической мутацией, однако для их проявления необ­ходимо специфическое  воздействие  среды.  В некоторых случаях такое "проявляющее" действие среды очень наглядно, и с исчезно­вением действия средового фактора клинические проявления ста­новятся менее выраженными.  Таковы проявления  недостаточности гемоглобина HbS  у его гетерозиготных носителей при пониженном парциальном давлении кислорода.  В других  случаях  (например, при подагре)  для  проявления  патологического гена необходимо длительное неблагоприятное воздействие среды (особенности  пи­тания) .

Третью группу составляет подавляющее число распространен­ных болезней, особенно болезней зрелого и преклонного возраста (гипертоническая болезнь,  язвенная  болезнь  желудка,   боль­шинство злокачественных образований и др.). Основным этиологи­ческим фактором в их возникновении служит неблагоприятное воз­действие среды,  однако, реализация действия фактора зависит от индивидуальной генетически детерминируемой предрасположенности организма, в  связи  с чем эти болезни называют мультифакториальными, или болезнями с наследственным предрасположением. Не­обходимо отметить,  что  разные болезни с наследственным пред­расположением неодинаковы по относительной  роли  наследствен­ности и  среды.  Среди  них  можно было бы выделить болезни со слабой, умеренной и  высокой  степенью  наследственного  пред­расположения.

Четвертая группа болезней  -  это  сравнительно  немногие формы патологии,  в  возникновении которых исключительную роль играет фактор среды. Обычно это экстремальный средовой фактор, по отношению к действию которого организм не имеет средств за­щиты (травмы,  особо опасные инфекции). Генетические факторы в этом случае играют роль в течении болезни, влияют на ее исход.

Рассмотрим более подробно все эти четыре группы.

К хромосомным болезням относят формы патологии,  которые клинически выражаются множественными пороками  развития,  а  в качестве генетической  основы  имеют отклонения от нормального содержания в клетках организма количества хромосомного материала, т.е. обусловлены геномными или хромосомными мутациями.

Большинство хромосомных болезней являются спорадическими, возникающими заново  вследствие геномной (хромосомной) мутации в гамете здорового родителя или в первых делениях зиготы, а не наследуемыми в  поколениях,  что связано с высокой смертностью больных в дорепродуктивном периоде. Фенотипическую основу хро­мосомных болезней  составляют нарушения раннего эмбрионального развития. Поэтому патологические изменения складываются еще  в пренатальном периоде  развития  организма и либо обусловливают гибель эмбриона или плода,  либо создают основную  клиническую картину заболевания уже у новорожденного. Роль хромосомной па­тологии в пренатальной гибели эмбрионов или плодов у  человека велика. В среднем около 40% диагностируемых спонтанных абортов обусловлены хромосомным дисбалансом.  Около 6% всех мертворож­денных имеют хромосомные изменения. На 1000 живорожденных мла­денцев 3-4 имеют хромосомные болезни. Если все случаи множест­венных пороков  развития  среди новорожденных принять за 100%, то 35-40% будут составлять вызванные нарушением состояния хро­мосом.

Все хромосомные болезни по этому признаку можно разделить на две большие группы: вызванные изменением числа хромосом при сохранении структуры последних (геномные мутации)  и  обуслов­ленные изменением структуры хромосомы (хромосомные мутации). У человека описаны все известные виды мутаций обоих типов.

Численные нарушения могут состоять в изменении плоидности хромосомного набора и в отклонении числа хромосом от  диплоидного по  каждой  их  паре в сторону уменьшения (моносомия) или увеличения (полисемия). Геномные мутации по отдельным хромосо­мам многочисленны,  они  составляют основную массу хромосомных болезней. Полные моносомии наблюдаются по Х-хромосоме, приводя к развитию синдрома Шэрешевского-Тернера.

Этот синдром развивается при  полной  Х-моносомии,  когда все клетки  или  их  большинство имеют хромосомный набор. К Клиническими проявлениями этого синдрома являются отсутствие у женщин обычных вторичных половых признаков, низкий рост, сбли­женные соски,  нарушения скелета, бесплодие, разнообразные по­роки внутренних органов.

Наиболее полно изучена трисомия по  21-ой  хромосоме или, как ее еще называют,  болезнь Дауна.  Эта аномалия,  названная так по имени врача, впервые описавшего ее в 1866 году, вызыва­ется не расхождением  хромосом.

К  числу ее симптомов от­носятся задержка умственного развития, пониженная сопротивляе­мость болезням,  врожденные сердечные аномалии, короткое коре­настое туловище и толстая шея, а также характерные складки ко­жи над внутренними углами глаз, что создает внешнее сходство с представителями монголоидной  расы.  Синдром  Дауна  и  другие сходные аномалии чаще встречаются у детей, рожденных немолоды­ми женщинами.  Точная причина этого неизвестна, но, по-видимо­му, она  как-то  связана с возрастом яйцеклеток матери.  Число Х-хромосом у индивида может доходить до 5  с  сохранением  его жизнеспособности.

Структурные перестройки хромосом,  какого бы вида они  ни были, вызывают нарушения развития организма вследствие или не­достатка части материала по данной  хромосоме  (частичная  моносомия) или его избытка (частичная трисомия).

Как  пример можно  привести  Х-полисомию  при  отсутствии У-хромосомы. Такие организмы имеют хромосомный набор 47,XXX и хотя внешне женщины выглядят нормально и они плодовиты,  но  у них отмечается умственная отсталость.

При синдроме Клайнфельтера (47,ХХУ) мужчина обладает  не­которыми вторичными  женскими подовыми признаками,  бесплоден, яички слабо развиты,  волос на лице мало,  иногда  развиваются молочные железы, обычно низкий уровень умственного развития.

При хромосомном наборе 47.ХУУ мужчины имеют высокий рост, различный уровень умственного развития, иногда обладают психо­патическими чертами или проявляют склонность к мелким правона­рушениям.

Генные болезни делятся на две большие группы:  болезни  с выясненным первичным биохимическим дефектом и болезни с невы­ясненным первичным биохимическим  дефектом.  К  первой  группе принадлежат наследственные болезни обмена веществ,  биосинтеза белка, ферментов.

Примером наследственных  дефектов  обмена углеводов явля­ется галактоземия. Одним из путей обмена моносахаридов в орга­низме является  превращение  0-галактозы,  которая поступает в организм с пищей (образуется в кишечнике при ферментивном гид­ролизе пищевой  лактозы),  в  0"глюкозу.  Процесс  превращения состоит из нескольких этапов и может прерваться  при  недоста­точности фермента   галактоэо-1-фосфатуридилтрансфераэы.  Чаще всего мутация  ведет  к  недостаточной   активности   фермента (10-12% нормального  уровня).  Биохимический патогенез болезни включает накопление галактозы в разных тканях и в  крови,  что ведет к нарушению использования глюкозы в печени, почках и го­ловном мозгу.  Галактоземия  встречается среди новорожденных с частотой 1  на 35-150 тыс.  рождений.  Заболевание развивается после рождения при вскармливании младенца, поскольку с молоком поступает лактоза - источник неметаболируемой галактозы. В ре­зультате у ребенка возникают рвота и понос, приводящие к обез­воживанию организма, и постепенное развитие умственной  отста­лости на фоне общей дистрофии. Если с помощью  соответствующей диеты, в которой предусмотрено полное исключение молочного са­хара, ребенок поправляется, в дальнейшем с возрастом появляет­ся второй метаболический путь превращения галактозы  в  глюко­зу - при участии фермента уридилтрансфераэы.

Наследственные аминоацидопатии   (наследственные  дефекты обмена аминокислот)   составляют    самую    большую    группу наследственных дефектов  обмена.  К началу 1985 года их список насчитывал около 60 различных нозологических  единиц,  и  хотя каждая из  них  встречается редко (1:20000 - 1:100000 новорож­денных) ,  в сумме они составляют  значительную часть наследст­венных дефектов обмена.

Фенилкетонурия. Клинически  эта  болезнь   была   впервые описана в 1934 году, однако лишь спустя 19 лет было установле­но, что этот наследственный дефект связан  с  недостаточностью фенилаланин-4-гидроксилаэы. В   норме   избыток  фенилаланина, поступившего с пищей и не использованного для синтеза белка, с помощью указанного фермента превращается в тирозин.  У больных фенилкетонурии эта аминокислота накапливается в крови. Повыше­ние уровня содержания фенилаланина само по себе не опасно,  но оно стимулирует необычные реакции,  в результате которых в ор­ганизме накапливается кетопроизводные фенилаланина.  Они и вы­зывают повреждения нервной ткани у  новорожденных  и  развитие умственной отсталости в дальнейшем. Поэтому если вовремя обна­ружить наличие этой болезни и исключить из  пищи  фенилаланин, ребенок будет развиваться нормально.  Существует несколько ме­тодов диагностики фенилкетонурии.  Наибольшее  распространение получили микробиологические тесты.

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5