Eliminacija embrija i fetusa s nasljednim patologijama. Predmet i zadaci genetike, njen značaj za medicinu Kakva je veza između genetike i medicine
Genetika je, uz morfologiju, fiziologiju i biokemiju, teorijska osnova medicine i daje ključ za razumijevanje molekularno genetskih procesa koji dovode do razvoja bolesti.
Ideje o naslijeđenim razlikama među ljudima postojale su već u davna vremena (vidi 1. poglavlje). Već u djelima starogrčkih filozofa postavlja se problem urođenog i stečenog (Hipokrat, Anaksagora, Aristotel, Platon). Neki od njih čak su predložili “eugeničke” mjere. Tako Platon u svom djelu "Politika" detaljno objašnjava kako odabrati supružnike tako da se rađaju djeca koja će u budućnosti postati izvanredne ličnosti i fizički i moralno.
Engleski liječnik Adams (1756.-1818.) u svom djelu “Rasprava o pretpostavljenim nasljednim svojstvima bolesti” iznio je niz izvanrednih zaključaka. Ovo su neki od njih.
1. Postoje obiteljski i nasljedni faktori.
2. U slučaju obiteljskih bolesti roditelji su češće u srodstvu.
3. Nasljedne bolesti mogu se pojaviti u različitoj dobi.
4. Postoji predispozicija za bolesti, što dovodi do bolesti kada je izloženo vanjskim čimbenicima.
5. Reproduktivna sposobnost mnogih pacijenata s nasljednim bolestima je smanjena.
Adams je bio kritičan prema negativnim eugeničkim programima.
Godine 1820. njemački profesor medicine Nasse točno je identificirao najvažnije obrasce nasljeđivanja hemofilije.
U djelima većine istraživača 19. stoljeća pomiješani su istiniti čimbenici i pogrešne ideje, a kriteriji za utvrđivanje istine tada još nisu postojali. Ljudska genetika nije imala osnovne teorijske principe. Kao znanost formirana je 1865. godine, kada se pojavljuju biometrija i mendelizam.
Rad F. Galtona imao je veliki utjecaj na razvoj ljudske genetike. Godine 1865. objavio je članak "Nasljeđe talenta i karaktera", u kojem je napisao: "...imamo sve razloge vjerovati da sposobnosti ili karakteristike karaktera ovise o mnogim nepoznatim uzrocima." Galton je na temelju svojih istraživanja zaključio da velika sposobnost i postizanje slave uvelike ovise o nasljeđu. Od Galtonovog rada, istraživanje ljudske genetike poprimilo je snažnu eugeničku pristranost. Kasnije, tijekom nacističkog razdoblja u Njemačkoj (1933.-1945.), postalo je jasno do kakvih strašnih posljedica može dovesti iskrivljena interpretacija utopijske ideje o poboljšanju ljudske vrste.
Rad engleskog liječnika A.E. Garroda na proučavanju urođenih grešaka metabolizma kod alkaptonurije, albinizma i cistinurije dao je doprinos ljudskoj genetici. Godine 1908. Garrod je objavio svoje klasično djelo na ovu temu. U njemu je te bolesti nazvao "urođenim greškama metabolizma", koje se nasljeđuju recesivno i češće se pojavljuju u obiteljima u kojima su roditelji bliski rođaci. Također je sugerirao da različite reakcije na lijekove i infektivne agense mogu biti posljedica individualnih kemijskih razlika. Napisao je: “... kao što među predstavnicima jedne vrste ne postoje dvije jedinke s identičnom građom tijela, tako ni oni ne mogu biti identični kemijski procesi u njihovim tijelima." Garrod se s pravom smatra osnivačem biokemijska ljudska genetika .
Kao što je ranije spomenuto, do kraja 19. stoljeća otkriveni su kromosomi i proučavane su mitoza i mejoza. U početku su biljke i insekti bili omiljeni objekti genetičara. Citogenetika Ljudski kromosomi počeli su se brzo razvijati 1956. godine, kada je otkriveno da ljudske stanice sadrže 46 kromosoma. Otkriće trisomije 21 u Downovom sindromu i anomalija spolnih kromosoma u poremećajima spolnog razvoja odredilo je važnost citogenetike u medicini.
Otkriće ABO krvnih grupa K. Landstein 1900. godine ( Nobelova nagrada 1930) i zakoni njihova nasljeđivanja Dungerna i Hirschfelda 1911. postali su dokaz primjenjivosti Mendelovih zakona na nasljeđivanje osobina kod ljudi. Godine 1924. Bernstein je otkrio da ljudske krvne grupe kontrolira niz višestrukih alela. 25-30 godina kasnije Wiener, Levin i Landstein otkrili su Rh faktor (Rh) i pokazali da hemolitička žutica novorođenčadi nastaje zbog imunološke nekompatibilnosti majke i fetusa.
Od svojih početaka, humana genetika razvijala se ne samo kao teorijska, već i kao klinička disciplina. S jedne strane, proučavanje općih obrazaca nasljeđivanja svojstava kroz niz generacija i razvoj kromosomske teorije nasljeđivanja potaknuli su prikupljanje rodovnica i njihovu genetsku analizu; s druge strane, proučavanje patoloških varijanti znakova (predmet medicinske struke) poslužilo je kao osnova za poznavanje ljudskog nasljeđa. Na temelju korištenja zakona klasične genetike, razumijevanja općih obrazaca nasljedne patologije, uzroka kliničkog polimorfizma i prepoznavanja uloge vanjsko okruženje u razvoju bolesti s nasljednom predispozicijom.
S pravom se smatra utemeljiteljem medicinske genetike u Rusiji. S.N.Davidenkov, i genetičar i neurolog. Prvi je pokrenuo pitanje izrade kataloga gena (1925.) i organizirao pr medicinsko genetsko savjetovanje (1929). O genetici nasljednih bolesti živčani sustav objavio nekoliko knjiga: “Nasljedne bolesti živčanog sustava” (1932), “Problemi polimorfizma nasljednih bolesti živčanog sustava” (1934), “Evolucijski genetski problemi u neuropatologiji” (1947).
Najupečatljivija faza interakcije između ljudske genetike i medicine počinje u kasnim 50-im godinama, nakon otkrića kromosomske prirode nasljednih bolesti 1959. godine i uvođenja u medicinsku praksu. citogenetička metoda istraživanje. Na temelju interakcije tri grane ljudske genetike - citogenetike, mendelske i biokemijske genetike - suvremena medicinska i klinička genetika , čiji su glavni ciljevi:
1. proučavanje nasljednih mehanizama za održavanje homeostaze tijela, osiguravanje zdravlja pojedinca;
2. proučavanje značaja nasljednih čimbenika u etiologiji bolesti;
3. proučavanje uloge nasljednih faktora u određivanju klinička slika bolesti;
4. dijagnostika, liječenje i prevencija nasljednih bolesti i dr.
U posljednjih 40 godina neposredna povezanost i međusobni utjecaj humane genetike i medicine postali su odlučujući čimbenici aktivnog proučavanja nasljeđa čovjeka i primjene njihovih dostignuća u praksi.
Značaj genetike za medicinu je ogroman. U ljudskoj populaciji postoji preko 4000 oblika nasljednih bolesti. Oko 5% djece rađa se s nasljednim ili urođene bolesti. Doprinos nasljednih i urođenih bolesti smrtnosti dojenčadi i djece u razvijenim zemljama (prema materijalima SZO) iznosi 30%. Napredak u razvoju medicine i društva (poboljšanje medicinska pomoć, povećanje životnog standarda) dovodi do relativnog povećanja udjela genetski uvjetovane patologije u morbiditetu, mortalitetu i invalidnosti. Istovremeno, osoba se suočava s novim čimbenicima okoline s kojima se dosad nije susrela tijekom cijele svoje evolucije te doživljava veliki stres socijalne i okolišne prirode (višak informacija, stres, onečišćenje zraka, uključujući mutagene i kancerogene čimbenike kemijske i fizičke prirode). Novo okruženje može dovesti do povećanja razine procesa mutacije i, kao posljedicu, pojave nove nasljedne patologije.
Značajan doprinos genetskih čimbenika razvoju raka, kao i tako raširenih multifaktorijalnih bolesti kao što su kardiovaskularne, peptički ulkusiželudac i duodenum, dijabetes, duševne bolesti itd. Za liječenje i prevenciju nasljednih, a posebno multifaktorijalnih bolesti koje se susreću u praksi liječnika svih specijalnosti, potrebno je poznavati mehanizme međudjelovanja okolišnih i nasljednih čimbenika u njihovom nastanku i razvoju, cjelovito razumjeti sve faze bolesti. individualni razvoj iz kuta implementacije nasljedne informacije.
Dakle, genetsko obrazovanje liječnika je jedan od potrebne uvjete za dijagnostiku, liječenje i prevenciju nasljednih bolesti
Genetika kliničkoj medicini pruža:
1. Metode rane dijagnostike nasljednih bolesti;
2. Metode prenatalne (prenatalne) dijagnostike nasljednih bolesti; Intenzivno se razvijaju i metode preimplantacijske (prije implantacije embrija) dijagnostike nasljednih bolesti;
3. Programi probira za dijagnostiku nasljednih metaboličkih bolesti novorođenčadi, koji omogućavaju pravovremenu intervenciju u tijeku bolesti i sprječavanje nepravilnog razvoja ili smrti novorođenčadi;
4. Molekularno genetičke i citogenetičke metode diferencijalna dijagnoza Rak;
5. Metode dijagnostike nasljedne sklonosti razvoju bolesti;
6. Sveobuhvatni sustav prevencije nasljednih bolesti, čija je provedba osigurala smanjenje učestalosti rođenja djece s nasljednim patologijama za 60%. Vodeću ulogu u prevenciji nasljednih bolesti ima medicinsko genetsko savjetovalište – specijalizirani tip medicinska pomoć, koji se sastoji u određivanju prognoze za rođenje djeteta s patologijom na temelju rafinirane dijagnoze, objašnjavanju vjerojatnosti tog događaja onima koji se savjetuju i pomoći obitelji u donošenju odluke o rađanju.
Napredak molekularne genetike u području primarnih produkata mutiranih gena i u razumijevanju patogeneze nasljednih bolesti omogućio je poboljšanje metoda liječenja mnogih bolesti (fenilketonurija, galaktozemija, hipotireoza, hemofilija itd.).
Najvažniji dio ljudske genetike danas je ekogenetika i farmakogenetika, proučavanje značaja genetskih čimbenika u individualnim odgovorima tijela na čimbenike okoliša (kemijske, biološke i fizičke) odnosno na lijekove. Nedavno su provedena brojna istraživanja o ulozi genetskih čimbenika koji utječu na toksičnost. farmaceutski proizvodi, u kombinaciji s brzim rastom količine informacija o strukturi i funkcijama ljudskog genoma, doveli su do pojave kvalitativno novog smjera - farmakogenomika . Cilj farmakogenomike je analizirati na razini cijelog genoma biokemijske i genetske mehanizme koji leže u osnovi individualnih razlika u odgovoru na lijekove, te na temelju toga razviti individualnu terapiju, tj. terapija prilagođena pojedinom pacijentu.
Rezultat razvoja genetskog inženjeringa krajem dvadesetog stoljeća bilo je stvaranje niza genetskih tehnologija koje omogućuju rješavanje problema genetske i higijenske regulacije okolišnih čimbenika (sprečavanje njihovog mutagenog, teratogenog i kancerogenog djelovanja). ), proizvodnju lijekova, stvaranje novih cjepiva i seruma za liječenje niza bolesti.
Metode genetskog inženjeringa korištene su za dobivanje klonova stanica Escherichie coli sposobnih za proizvodnju somatotropina, inzulina, interferona, interleukina, bradikinina i drugih lijekova u industrijskim razmjerima.
Razvijene su metode za uvođenje gena patogenih virusa u bakterijske stanice i pripremanje antivirusnih seruma iz proteina koje one sintetiziraju. Tako je, na primjer, dobiven serum protiv jednog od oblika hepatitisa.
U važna praktična dostignuća genetskog inženjeringa treba ubrojiti i stvaranje dijagnostičkih lijekova. Do danas je u medicinsku praksu uvedeno više od 200 novih dijagnostika. Koriste se za ranu gensku dijagnostiku maligne neoplazme različita lokalizacija, zarazne bolesti(urogenitalne i intrauterine infekcije, virusne kožne bolesti, hepatitis).
Jedan od glavnih rezultata proučavanja ljudskog genoma je pojava i brzi razvoj kvalitativno nove faze medicine - molekularna medicina . Identifikacija tisuća ljudskih gena, rasvjetljavanje prirode gena i molekularnih mehanizama mnogih nasljednih i multifaktorskih bolesti, uloga genetskih čimbenika u etiologiji i patogenezi različitih patoloških stanja čine znanstvenu osnovu molekularne medicine. Oni također definiraju njegove dvije karakteristične značajke:
1. Individualni pristup pacijentu (prevencija, liječenje i dijagnoza svake bolesti temelje se na genetskim karakteristikama svakog pojedinca);
2. Prediktivna (preventivna) priroda - prevencija i liječenje mogu započeti unaprijed, prije nego što se pojavi prava slika patološkog procesa.
Praktična dostignuća molekularne medicine temelje se, prije svega, na širokom uvođenju molekularnih metoda za rješavanje medicinski problemi:
1. Razvijene su univerzalne metode za dijagnosticiranje nasljednih bolesti u bilo kojoj fazi ontogeneze;
2. Razvijeni su molekularni pristupi za točnu identifikaciju pojedinaca (genomski otisak prsta), za genotipizaciju organa i tkiva namijenjenih transplantaciji;
3. Eksperimentalni i klinička osnova genska terapija nasljednih i onkoloških bolesti .
Genska terapija je temeljno novi smjer u liječenju bolesti. S teorijske točke gledišta, njegove su prednosti u odnosu na druge metode liječenja očite. Uz njihovu pomoć moguće je ispraviti genetske nedostatke u somatskim stanicama tijela. Ljudske stanice koje se mogu koristiti za prijenos gena su stanice koštane srži i fibroblasti. Mogu se izdvojiti iz tijela, uzgojiti u kulturi, željeni gen prenijeti u njih pomoću vektora i ponovno unijeti u pacijenta.
Prvi uspješan pokušaj primjene genske terapije u klinička praksa poduzeta je u SAD-u 1990. Dijete koje boluje od teške kombinirana imunodeficijencija povezan s defektom u genu koji kodira adenozin deaminazu, uvedena je netaknuta kopija gena. Krvne stanice (T-limfociti) ekstrahirane iz pacijenta uzgojene su u epruveti, u njih je retrovirusnim vektorom uveden intaktni gen adenozin deaminaze, a stanice su vraćene pacijentu. Nakon nekoliko ciklusa genske terapije, stanje djevojčice se toliko popravilo da je mogla voditi normalan život i ne bojati se slučajnih infekcija.
Trenutno je u tijeku mukotrpan rad na stvaranju vektora, odabiru bolesti i ciljnih stanica te metodama za uvođenje gena. Istraživanja se nastavljaju na širokom planu, posebice u području liječenja malignih bolesti (više od 60% svih kliničkih ispitivanja koja su u tijeku). Većina kliničkih protokola odnosi se na faze 1 i 2 studije – stvaranje vektora, testiranje sigurnosti genskih konstrukata i učinkovitosti prijenosa gena. Trenutačno je već odobreno više od 400 protokola za klinička ispitivanja različitih genskih konstrukata za liječenje mnogih nasljednih, multifaktorskih, pa čak i zaraznih bolesti (AIDS). Nažalost, smrt jednog od bolesnika s nasljednim nedostatkom enzima paroksanaze nakon uvođenja adenovirusnog konstrukta 1999. donekle je usporila napredak genske terapije. Ovaj slučaj pokazao je potencijalne opasnosti ovog pristupa, posebno kada se koriste virusni vektori. Sve u svemu, rezultati prvih 10 godina kliničkih ispitivanja genske terapije pokazuju da se ova metoda liječenja pokazala vrlo skupom i tehnički složenijom od očekivanog. Glavni razlog, sa stajališta znanosti, koja koči uvođenje genske terapije u kliniku, nedostatna je za očitovanje terapeutsko djelovanje učinkovitost prijenosa genskih konstrukata u stanice bolesnika in vivo. Danas se evolucija metoda dostave DNA razvija na putu daljnjih strukturnih modifikacija virusnih i sintetskih nevirusnih nosača (liposoma i polimera). No, nema sumnje da će se genska terapija s vremenom uspješno koristiti u liječenju nasljednih i malignih bolesti te da će zauzeti jedno od vodećih mjesta u borbi protiv najstrašnijih ljudskih bolesti.
Dešifriranje primarne strukture ljudskog genoma već je omogućilo dobivanje informacija koje su temeljno važne za sva područja medicine. I, zauzvrat, doveo do novih smjerova medicinska znanost, od kojih je jedan prediktivni (prediktivna) medicina.
Konceptualna osnova prediktivne medicine je koncept genetskog polimorfizma. U molekularnom smislu, genetski polimorfizam znači prisutnost na molekularnoj razini (u primarnoj strukturi DNK) malih odstupanja u nukleotidnim sekvencama koje pojedincima omogućuju preživljavanje, tj. su kompatibilni s normalnom funkcijom njegovog genoma u ontogenezi, ali dovode do određenih varijacija u strukturi proteina, te tako nastaju biokemijske individualnosti svake osobe . Za razliku od mutacija koje dovode do patoloških promjena i smanjuju sposobnost preživljavanja, genetski polimorfizmi manifestiraju se u fenotipu manje jasno, što u većini slučajeva dovodi do pojave proteinskih proizvoda s neznatno promijenjenim svojstvima i parametrima. funkcionalna aktivnost. Pod određenim uvjetima određeni genetski polimorfizmi mogu predisponirati ili spriječiti pojavu različitih bolesti. Geni čije alelne varijante, pod određenim uvjetima, predisponiraju određene bolesti nazivaju se "geni osjetljivosti". To su alelne varijante ovih gena koje su u pozadini toga česte bolesti poput ateroskleroze, ishemijska bolest srce, dijabetes, bronhijalna astma, tumori. Njihova kombinacija za svaku specifičnu patologiju naziva se "genske mreže". U svakoj od tih mreža postoje glavni (centralni) geni odgovorni za nastanak bolesti, te dodatni (modifikatorski geni), čiji je učinak uvelike određen okolišnim čimbenicima.
Sastavljanje genske mreže za svaku multifaktorijalnu bolest, identificiranje središnjih gena i gena modifikatora u njoj, analiza povezanosti njihovog polimorfizma s određenom bolešću, razvijanje na temelju toga skupa preventivnih mjera za određenog bolesnika temelj je prediktivne medicine.
Trenutno je, kako pokazuje analiza svjetske literature, 150-200 genetskih testova za mnoge multifaktorijalne bolesti već dostupno za kliničku upotrebu. Identifikacija svih ljudskih gena i otkrivanje novih genskih mreža nemjerljivo će povećati mogućnosti genetskog testiranja nasljedne predispozicije i važnost medicinskog genetskog savjetovanja u pravodobnoj korekciji potencijalne patologije.
Zaključak
Moderna genetika ide naprijed. Problemi koje će morati riješiti u bliskoj budućnosti puno su složeniji od onih koje je dosad rješavala. Ako je 20. stoljeće bilo stoljeće fizike, koja je čovječanstvu dala mnogo vrijednih izuma i otkrića, onda će 21. stoljeće biti stoljeće biologije, odnosno stoljeće genetike, jer u bliskoj budućnosti postoje svi razlozi da očekujte najčudesnija otkrića u znanosti o nasljeđivanju i varijabilnosti živih organizama, počevši od najprimitivnijih (virusi i bakterije) do najsloženijih (sisavci). Posljednje godine dvadesetog stoljeća obilježene su golemim uspjesima u dešifriranju genoma raznih organizama: 1996. potpuno je dešifriran genom kvasca, 1998. - genom valjkastih crva, 2000. - genom Drosophile i više od 600 genoma raznih bakterija. Na prijelazu iz 20. u 21. stoljeće svjedočili smo epohalnom događaju - dešifriranju fine strukture ljudskog genoma. Ljudski um je po prvi put prodro u svetinju nad svetinjama Žive Prirode – u strukturu nasljednog aparata, u kojem je ukodiran ne samo cjelokupan program individualnog razvoja čovjeka, nego i cjelokupna povijest čovjeka kao biološka vrsta(njegova filogenija), kao i povijest samog čovječanstva kao skupa rasa i etničkih grupa (njegova etnogeneza). Projekt ljudskog genoma bio je najupečatljivije dostignuće znanosti dvadesetog stoljeća, s ogromnim temeljnim i praktični značaj. U sklopu ovog projekta i kao njegov nastavak nastala su nova područja fundamentalne znanosti, uključujući komparativna genomika i funkcionalna genomika , čija postignuća omogućuju rješavanje najvažnijih teorijskih i praktičnih problema.
U okviru prvog smjera već su dobiveni temeljno novi podaci o podrijetlu čovjeka, njegovoj evoluciji, nastanku rasa i njihovoj etnogenezi. Genetska analiza različitih postojećih populacija i etničkih skupina, usporedba dobivenih podataka s rezultatima DNK analize ostataka primitivnih ljudi, omogućila nam je novi pogled na evoluciju čovjeka. Konkretno, praktično je dokazano da neandertalci predstavljaju slijepu granu evolucije i da nisu preci modernog čovjeka. Prvi tragovi Homo Sapiensa otkriveni su u Africi i stari su oko 500.000 godina. Zanimljivo je da je analiza mitohondrijske DNK, koja nam omogućuje praćenje filogenije majčine linije, omogućila dokazivanje stvarnog postojanja pretka Eve, koji je živio u Africi prije otprilike 200.000 godina.
Posebno je zanimljiva usporedba genoma različitih klasa i taksonomskih skupina s ciljem stvaranja novog sustava klasifikacije živih organizama na temelju poznavanja DNK. Rana otkrića molekularne genetike (prisutnost DNK u gotovo svim živim organizmima, univerzalnost genetskog koda, opća svojstva bilježenja i prijenosa nasljednih informacija) postavila su ozbiljne temelje za prepoznavanje dubokog unutarnjeg jedinstva života uopće. njegove evolucijske razine. Čovjek, iako ne bez razloga tvrdi da je na vrhu evolucijske hijerarhije zbog nevjerojatnih svojstava svog mozga, u stvarnosti se na razini DNK, RNK i proteina malo razlikuje od drugih organizama, posebno od sisavaca. Otprilike 2300 proteina u kvascu slične su ili bliske ljudskim proteinima, okrugli crv ima 6000 zajedničkih proteina s ljudskim, a Drosophila ima 7000 više od 20% mišjeg genoma sličnog ljudskog genoma, unatoč činjenici da ljudi i miševi dijele otprilike 75 milijuna godina. Drugi primjeri evolucijske "konzervacije" gena još su impresivniji. Dakle, primarni nukleotidni slijed gena SRY, glavnog gena za određivanje spola na Y kromosomu svih sisavaca i ljudi, vrlo je sličan genu za određivanje spola kod bakterija! Visoko očuvane DNA-vezne domene regulatora gena (tzv. transkripcijski čimbenici) koji usmjeravaju rane faze ljudske embriogeneze gotovo su identične u svih sisavaca i na mnogo načina nalikuju onima u predstavnika drugih klasa (kukci, ribe, vodozemci itd.). .). Dakle, istraživanje genoma pokazuje da je život doista vrlo racionalan i ekonomičan: svi novi geni nastaju iz starih i da evolucija nije toliko proces evolucije gena koliko evolucija regulatornih sustava genoma.
Glavni zadatak funkcionalne genomike je razjašnjavanje funkcija i dešifriranje genskih produkata, prvenstveno proteina ( proteomika ). Postojeće proteomske metode koje se aktivno razvijaju omogućuju proučavanje profila ekspresije mnogih tisuća gena i korištenje dobivenih informacija u molekularnoj medicini. Dijagnoza bolesti funkcionalnim defektom u profilima mnogih proteina ili specifičnim produktom specifičnog gena činit će temelj molekularne medicine. Uz proučavanje funkcionalnog stanja gena i pojedinih genskih mreža za potrebe prediktivne medicine, uključujući prevenciju i terapiju tumora, iznimno je važno korištenje metoda funkcionalne genomike. To je važno za rješavanje temeljnih problema razvojne biologije, prvenstveno za proučavanje mehanizama implementacije nasljednih informacija u procesu individualnog razvoja (kako se, pod kontrolom kojih gena i genskih mreža, odvijaju genetske informacije u procesu ontogeneze?) . Naposljetku, upravo uz pomoć funkcionalne genomike moguće je postići ciljanu proizvodnju transgenih životinja koje u svom genomu nose ljudske gene i vrlo su učinkoviti proizvođači bioaktivnih lijekova koji su posebno važni za ljude i nezamjenjivi u liječenju mnoge ozbiljne bolesti. Poznavanjem genskih mreža i transkripcijskih čimbenika morfogenetskih procesa postat će moguće kontrolirati procese diferencijacije embrionalnih matičnih stanica in vitro i na taj način dobiti stanice prekursore potrebne za obnovu izgubljenih tkiva i organa u potrebnim količinama.
Sinteza modernih ideja o ljudskom genomu i funkcijama njegovih gena dalje je razvijena u bioinformatika , koji omogućuje računalnu analizu genoma, formiranje i analizu funkcija genskih mreža odgovornih kako za normalne procese morfogeneze, tako i za one koji su uključeni u razne patoloških procesa. Temeljito novi pristupi rješavanju praktičnih problema, razvijeni na temelju programa Human Genome, već su doveli do stvaranja molekularne medicine i njezinih glavnih dijelova: molekularne dijagnostike, prediktivne medicine i genske terapije.
Vjerojatno niti jedna osoba na planetu nema apsolutno idealan genom. Svi mi imamo oštećene ili mutirane gene koji u određenoj kombinaciji mogu uzrokovati bolest. Iz tog razloga zdravi roditelji mogu roditi bolesno dijete. Napredak molekularne genetike pomaže u procjeni stupnja rizika. Znanstvenici predviđaju veliku budućnost znanosti o nasljeđu. Voditelji međunarodnog programa Human Genome predviđaju koje će visine genetika dosegnuti do 2010.-2040. Prema njihovom mišljenju, u 2010. godini bit će moguće gensko liječenje 25 nasljednih bolesti. Bit će genskih lijekova za dijabetes, hipertenziju i druge bolesti. S vremenom će genska terapija za rak postati stvarnost. Znanstvenici će identificirati gene za otpornost i osjetljivost na mnoge lijekove. Do 2030. godine, prema istim prognozama, dekodiranje cijelog genoma postat će uobičajena pojava, a taj će postupak koštati manje od tisuću dolara (za usporedbu: danas za očitavanje genoma treba potrošiti čak -500 milijuna dolara). Otprilike u isto vrijeme, genetičari će identificirati gene starenja i provest će se klinička ispitivanja za produljenje životnog vijeka. Do 2040. sve općeprihvaćene zdravstvene mjere – čak i konvencionalne opća analiza krvi – temeljit će se isključivo na genomici. I što je najvažnije, učinkovito preventivna medicina, uzimajući u obzir individualni genetski portret. Teško je vjerovati da će se za samo 30-40 godina dogoditi revolucija u medicini. Međutim, genetika ide naprijed velikim koracima, pa će možda “znanstveno-fantastična” predviđanja postati svakodnevna stvarnost čovječanstva u skoroj budućnosti.
Predmet i zadaci humane genetike. Humana genetika, odnosno medicinska genetika, proučava fenomene nasljeđa i varijabilnosti u različitim ljudskim populacijama, značajke ispoljavanja i razvoja normalnih (fizičkih, kreativnih, intelektualnih sposobnosti) i patoloških znakova, ovisnost bolesti o genetskoj predodređenosti i okolišnim uvjetima, uključujući društvene životne uvjete. Formiranje medicinske genetike počelo je 30-ih godina prošlog stoljeća. XX. stoljeća, kada su se počele pojavljivati činjenice koje potvrđuju da je nasljeđivanje osobina kod ljudi podložno istim zakonima kao i kod drugih živih organizama.
Zadatak medicinske genetike je identificirati, proučavati, prevenirati i liječiti nasljedne bolesti, kao i razviti načine za sprječavanje štetnih učinaka okolišnih čimbenika na ljudsko nasljeđe.
Metode proučavanja ljudskog nasljeđa. U proučavanju ljudskog naslijeđa i varijabilnosti koriste se sljedeće metode: genealoška, blizanačka, citogenetička, biokemijska, dermatoglifska, hibridizacija somatskih stanica, modeliranje itd.
Genealoška metoda omogućuje otkrivanje obiteljskih veza i praćenje nasljeđivanja normalnih ili patoloških karakteristika među bližim i daljnjim rođacima u datoj obitelji na temelju sastavljanja rodoslovlja - genealogije. Ako postoje pedigrei, tada je, koristeći sažete podatke za nekoliko obitelji, moguće odrediti vrstu nasljeđivanja osobine - dominantnu ili recesivnu, spolno povezanu ili autosomnu, kao i njegovu monogenu ili poligenu prirodu. Genealoškom metodom dokazano je nasljeđe mnogih bolesti, poput dijabetesa, shizofrenije, hemofilije itd.
Genealoška metoda koristi se za dijagnosticiranje nasljednih bolesti i medicinsko genetsko savjetovanje; omogućuje genetsku prevenciju (sprečavanje rađanja bolesnog djeteta) i ranu prevenciju nasljednih bolesti.
Metoda blizanaca sastoji se od proučavanja razvoja osobina kod blizanaca. Omogućuje vam određivanje uloge genotipa u nasljeđivanju složenih osobina, kao i procjenu utjecaja čimbenika kao što su odgoj, obuka itd.
Poznato je da su ljudski blizanci jednojajčani (monozigotni) i dvojajčani (dizigotni). Jednojajčani ili jednojajčani blizanci razvijaju se iz jedne jajne stanice oplođene jednim spermijem. Uvijek su istog spola i nevjerojatno su slični jedni drugima jer imaju isti genotip. Osim toga, imaju istu krvnu grupu, iste otiske prstiju i rukopis, čak ih i roditelji zbunjuju i ne mogu ih razlikovati po mirisu psa. Samo jednojajčani blizanci su 100% uspješni u transplantaciji organa, jer imaju isti skup proteina i transplantirano tkivo se ne odbacuje. Udio jednojajčanih blizanaca kod ljudi je oko 35-38% od ukupnog broja.
Dvojajčani ili dvojajčani blizanci razvijaju se iz dva različita jajašca, istovremeno oplođena različitim spermima. Dizigotni blizanci mogu biti istog ili različitog spola, a s genetske točke gledišta nisu sličniji od obične braće i sestara.
Proučavanje jednojajčanih blizanaca tijekom njihova života, osobito ako žive u različitim socioekonomskim i klimatskim uvjetima, zanimljivo je jer se razlike među njima u razvoju fizičkih i psihičkih svojstava ne objašnjavaju različitim genotipovima, već utjecajem okoliša. Uvjeti.
Citogenetička metoda temelji se na mikroskopski pregled strukture kromosoma u zdravih i bolesnih ljudi. Citogenetička kontrola koristi se u dijagnostici niza nasljednih bolesti povezanih s aneuploidijom i različitim kromosomskim preraspodjelama. Također omogućuje proučavanje starenja tkiva na temelju istraživanja dobna dinamika strukturu stanica, utvrditi mutageni učinak čimbenika okoliša na čovjeka i dr.
Posljednjih godina citogenetička metoda dobiva veliki značaj u vezi s mogućnostima ljudske genetske analize, koje su otvorene hibridizacijom somatskih stanica u kulturi. Dobivanje interspecifičnih hibrida stanica (na primjer, čovjeka i miša) omogućuje značajno približavanje rješenju problema povezanih s nemogućnošću usmjerenog križanja, lokalizaciju gena na određenom kromosomu, uspostavljanje skupine veza za niz svojstava, itd. Kombinirajući genealošku metodu s citogenetičkom metodom, a također i sa koristeći najnovije metode Genetski inženjering uvelike je ubrzao proces mapiranja gena kod ljudi.
Biokemijske metode za proučavanje ljudskog naslijeđa pomažu u otkrivanju niza metaboličkih bolesti (ugljikohidrata, aminokiselina, lipida itd.) koristeći, na primjer, proučavanje bioloških tekućina (krv, urin, amnionska tekućina) putem kvalitativne ili kvantitativne analize. Uzrok ovih bolesti je promjena aktivnosti pojedinih enzima.
Biokemijskim metodama otkriveno je oko 500 molekularnih bolesti koje su posljedica manifestacije mutiranih gena. Kod raznih vrsta bolesti moguće je ili odrediti sam abnormalni protein-enzim ili identificirati intermedijarne produkte metabolizma. Prema rezultatima biokemijske pretrage moguće je dijagnosticirati bolest i odrediti metode liječenja. Rana dijagnoza i primjena različitih dijeta u prvim fazama postembrionalnog razvoja mogu izliječiti neke bolesti ili barem olakšati stanje bolesnika s neispravnim enzimskim sustavom.
Kao i svaka druga disciplina, moderna humana genetika koristi metode srodnih znanosti: fiziologije, molekularne biologije, genetičkog inženjerstva, biološkog i matematičkog modeliranja itd. Značajno mjesto u rješavanju problema medicinske genetike zauzima ontogenetička metoda, koja nam omogućuje da razmotriti razvoj normalnih i patoloških karakteristika tijekom individualnog razvoja organizma.
Nasljedne bolesti čovjeka, njihovo liječenje i prevencija. Do danas je registrirano više od 2 tisuće nasljednih ljudskih bolesti, a većina ih je povezana s mentalni poremećaji. Prema podacima Svjetske zdravstvene organizacije, zahvaljujući primjeni novih dijagnostičkih metoda, godišnje se u prosjeku registriraju tri nove nasljedne bolesti s kojima se susreće u praksi liječnik bilo koje specijalnosti: terapeut, kirurg, neurolog, opstetričar-ginekolog, pedijatar, endokrinolog itd. Bolesti koje nemaju baš nikakve veze s naslijeđem, praktički nepostojeće. Teći razne bolesti(virusne, bakterijske, mikoze pa čak i ozljede) i oporavak nakon njih u jednom ili drugom stupnju ovise o nasljednim imunološkim, fiziološkim, bihevioralnim i mentalne karakteristike pojedinac.
Konvencionalno se nasljedne bolesti mogu podijeliti u tri velike skupine: metaboličke bolesti, molekularne bolesti, koje su obično uzrokovane mutacijama gena, i kromosomske bolesti.
Genske mutacije i metabolički poremećaji. Genske mutacije mogu rezultirati povećanom ili smanjenom aktivnošću pojedinih enzima ili čak njihovom odsutnošću. Fenotipski, takve se mutacije manifestiraju kao nasljedne metaboličke bolesti, koje su određene nedostatkom ili viškom proizvoda odgovarajuće biokemijske reakcije.
Genske mutacije klasificiraju se prema njihovoj fenotipskoj manifestaciji, odnosno kao bolesti povezane s poremećajima metabolizma aminokiselina, ugljikohidrata, lipida, minerala i metabolizma nukleinskih kiselina.
Primjer poremećaja metabolizma aminokiselina je albinizam, relativno bezopasna bolest koja se u zapadnoeuropskim zemljama nalazi s učestalošću 1:25 000. Uzrok bolesti je defekt enzima tirozinaze, koji blokira pretvorbu tirozina u melanin. Albinosi imaju mliječnu kožu, vrlo svijetlu dlaku i nemaju pigment u šarenici. Imaju povećanu osjetljivost na sunčevu svjetlost, što kod njih uzrokuje upalne kožne bolesti.
Jedna od najčešćih bolesti metabolizma ugljikohidrata je dijabetes melitus. Ova bolest povezana je s nedostatkom hormona inzulina, što dovodi do poremećaja stvaranja glikogena i povećanja razine glukoze u krvi.
Brojni patološki znakovi (hipertenzija, ateroskleroza, giht itd.) nisu određeni jednim, već više gena (fenomen polimerizacije). To su bolesti s nasljednom predispozicijom, koje uvelike ovise o uvjetima okoline: u povoljnim uvjetima takve se bolesti možda neće manifestirati.
Kromosomske bolesti. Ova vrsta nasljedne bolesti povezana je s promjenama u broju ili strukturi kromosoma. Učestalost kromosomskih abnormalnosti u novorođenčadi kreće se od 0,6 do 1%, au fazi 8-12 tjedana ima ih oko 3% embrija. Kod spontanih pobačaja učestalost kromosomskih abnormalnosti je oko 30%, a kod rani stadiji(do dva mjeseca) - 50% i više.
Kod ljudi su opisane sve vrste kromosomskih i genomskih mutacija, uključujući i aneuploidiju, koja može biti dva tipa - monosomija i polisomija. Monosomija je posebno teška.
Monosomija cijelog organizma opisana je za X kromosom. Riječ je o Shereshevsky-Turnerovom sindromu (44+X), koji se manifestira kod žena koje karakteriziraju patološke promjene tjelesna građa (nizak rast, kratak vrat), poremećaji u razvoju reproduktivnog sustava (odsutnost većine ženskih sekundarnih spolnih obilježja), mentalna ograničenja. Učestalost pojavljivanja ove anomalije je 1: 4000-5000.
Uvod
Predmet i zadaci genetike
Značenje genetike
Zaključak
Bibliografija
Uvod
Genetika je jedna od glavnih, najfascinantnijih i ujedno najsloženijih disciplina moderne
prirodne znanosti. Mjesto genetike među biološke znanosti a poseban interes za nju određeni su činjenicom da proučava osnovne
svojstva organizama, naime nasljednost i varijabilnost. Kao rezultat brojnih - briljantnih u svom dizajnu i
najfiniji u izvedbi - eksperimenti na polju molekularne genetike, moderna biologija obogaćena je za dva
temeljna otkrića koja su se već uvelike odrazila na ljudsku genetiku, a dijelom su provedena i na stanicama
osoba. To pokazuje neraskidivu vezu između uspjeha ljudske genetike i uspjeha moderne biologije, koja se sve više
postaje više povezana s genetikom.
Prvi je sposobnost rada s izoliranim genima. Dobiven je izolacijom gena u čistom obliku i
sintetizirajući ga. Značaj ovog otkrića teško je precijeniti. Važno je naglasiti da se za sintezu gena koriste različite metode, tj.
već postoji izbor kad je riječ o tako složenom mehanizmu kao što je osoba.
Drugo postignuće je dokaz uključivanja stranih informacija u genom, kao i njegovo funkcioniranje u stanicama
viših životinja i ljudi. Materijali za ovo otkriće prikupljeni su iz različitih eksperimentalnih pristupa. Kao prvo,
detekcija sinteze DNA na RNA šabloni. Štoviše, potaknut idejom genetski inženjering eksperimenti s profagom
transdukcija potvrdila je mogućnost funkcioniranja gena jednostavnih organizama u stanicama sisavaca, uključujući stanice
osoba. Bez pretjerivanja možemo reći da je, uz molekularnu genetiku, humana genetika jedna od
progresivne grane genetike općenito. Njezina istraživanja sežu od biokemijskih do populacijskih, uključujući
staničnoj i organskoj razini.
Predmet i zadaci genetike
Genetika je znanost o nasljeđu i varijabilnosti. Nasljednost se obično definira kao sposobnost organizama da
proizvesti nešto sebi slično, kao svojstvo roditeljskih jedinki prenijeti svoje karakteristike i svojstva na potomstvo. Ovaj pojam
Oni također određuju međusobnu sličnost srodnih jedinki. Charles Darwin primijetio je da potomci, u pravilu, nisu točni
kopija roditeljskih jedinki, jer ih uz nasljeđe karakterizira varijabilnost, koja se očituje u razlikama
pojedini organi, karakteristike ili svojstva, ili njihov kompleks kod potomaka u usporedbi s roditeljima i srodnim osobama.
Zadatak genetike je proučavanje prijenosa nasljeđa s roditelja na potomstvo. kontinuitet između
generacije se provode spolnim, nespolnim ili vegetativnim razmnožavanjem. Tijekom spolnog razmnožavanja, pojava
nova generacija nastaje kao rezultat spajanja majčinih i očevih spolnih stanica, tako da potomci nose karakteristike obje
roditeljski oblici. Spolne stanice čine zanemariv dio višestaničnog organizma. Sadrže nasljedne
informacija – skup gena – jedinica nasljeđa. Nasljedne informacije određuju jasan plan ontogeneze, u
proces u kojem se razvijaju i formiraju svojstva i karakteristike specifične za danog pojedinca.
M. E. Lobashov daje sljedeću definiciju: „Nasljednost je svojstvo organizama da pružaju
materijalni i funkcionalni kontinuitet među generacijama, kao i određuju specifičnosti karaktera
individualni razvoj u određenim uvjetima okoline.”
Uz pojam “nasljednost” u genetici se koriste pojmovi “nasljeđivanje” i “nasljednost”. Nasljedstvom
zove se proces prijenosa nasljednih sklonosti ili nasljednih informacija s jedne generacije na drugu, kao rezultat
pri čemu potomci razvijaju određene karakteristike i svojstva svojstvena roditeljskim jedinkama. Izraz "nasljednost"
označava udio genetske varijacije u ukupnoj fenotipskoj varijaciji svojstva u određenoj životinjskoj populaciji ili
bilje.
Više pozornosti u genetici posvećuje se proučavanju varijabilnosti - sposobnosti organizama da se mijenjaju pod utjecajem
nasljedni i nenasljedni faktori. Postoji nasljedna (genotipska) varijabilnost i nenasljedna,
koji nastaje pod utjecajem vanjskog okruženja i manifestira se u obliku modifikacija.
Suvremena proučavanja nasljeđa i varijabilnosti provode se na različitim razinama organizacije žive tvari -
molekularni, stanični, organski i populacijski; Istodobno se koriste različite metode istraživanja.
Genetske metode istraživanja
Suvremena genetika proučava fenomene nasljeđa i varijabilnosti, oslanjajući se na dostignuća različitih područja,
biologija - biokemija, biofizika, citologija, embriologija, mikrobiologija, zoologija, botanika, biljogojstvo i stočarstvo.
Genetska istraživanja značajno su obogatila teorijska područja biologije, ali i stočarstva, veterine, uzgoja
poslovanje i uzgoj domaćih životinja, selekcija i sjemenarstvo bilja, medicina.
Glavni objekti genetičkih istraživanja na molekularnoj razini su molekule nukleinske kiseline - DNA i
RNA, koja osigurava očuvanje, prijenos i implementaciju nasljednih informacija. Studija virusnih nukleinskih kiselina,
bakterija, gljivica, biljnih i životinjskih stanica uzgojenih izvan tijela (in vitro), omogućuje nam uspostavljanje obrazaca
djelovanje gena u procesu života stanice i organizma.
Grana genetike koja proučava fenomene nasljeđa na staničnoj razini naziva se citogenetika. Ćelija je
elementarni sustav koji sadrži puni genetski program za individualni razvoj pojedinca. Glavni
Objekti istraživanja citološkim metodama su biljne i životinjske stanice kako u tijelu (in vivo), tako i
izvan tijela, kao i virusi i bakterije. Posljednjih godina provedena su istraživanja na somatskim stanicama umnoženim vani
tijelo. Posebna pažnja posvećena je proučavanju kromosoma i nekih drugih staničnih organela koji sadrže DNA -
mitohondrije, plastide, plazmide, kao i ribosome na kojima se odvija sinteza polipeptidnih lanaca - primarnih molekula
vjeverica.
Hibridološku metodu prvi je razvio i primijenio G. Mendel 1856.-1863. proučavati nasljedstvo
osobina i od tada je glavna metoda genetskog istraživanja. Uključuje sustav prijelaza unaprijed
odabrane roditeljske jedinke koje se razlikuju po jednom, dva ili tri alternativna svojstva, čije nasljeđe
se proučava. Provodi se temeljita analiza hibrida prve, druge, treće, a ponekad i sljedećih generacija prema stupnju i
priroda manifestacije proučavanih znakova. Ova metoda je važna u uzgoju biljaka i životinja. To uključuje ovo
nazvana rekombinacijska metoda, koja se temelji na fenomenu crossing overa – izmjeni identičnih regija u kromatidama.
homologni kromosomi u profazi I mejoze. Ova metoda se naširoko koristi za sastavljanje genetskih mapa, kao i za
stvaranje rekombinantnih molekula DNA koje sadrže genetske sustave različitih organizama.
Monosomalna metoda omogućuje određivanje na kojem su kromosomu lokalizirani odgovarajući geni, au kombinaciji s
rekombinacijska metoda – za određivanje položaja gena u kromosomu.
Genealoška metoda jedna je od varijanti hibridološke metode. Koristi se u proučavanju nasljeđivanja svojstava od strane
analiza pedigrea, uzimajući u obzir njihovu manifestaciju u srodnim skupinama životinja u nekoliko generacija. Ova metoda se koristi kada
proučavanje nasljeđa kod ljudi i životinja, čija je neplodnost specifična za vrstu.
Metoda blizanaca koristi se za proučavanje utjecaja određenih čimbenika okoliša i njihove interakcije s genotipom
pojedinaca, kao i identificirati relativnu ulogu genotipske i modifikacijske varijabilnosti u ukupnoj varijabilnosti svojstva.
Blizanci su potomci rođeni u istom leglu jednoplodnih domaćih životinja (velikih goveda, konji i
itd.).
Postoje dvije vrste blizanaca - jednojajčani (identični), koji imaju isti genotip, i neidentični (brajački),
nastaju iz odvojeno oplođenih dvaju ili više jajašaca.
Metoda mutacije (mutageneza) omogućuje nam da utvrdimo prirodu utjecaja mutagenih čimbenika na genetski aparat stanice,
DNK, kromosomi, za promjene karakteristika ili svojstava. Mutageneza se koristi u oplemenjivanju poljoprivrednih biljaka, u
mikrobiologija za stvaranje novih sojeva bakterija. Našao je primjenu u selekciji svilenih buba.
Metoda populacijske statistike koristi se za proučavanje fenomena nasljeđa u populacijama. Ova metoda daje
sposobnost utvrđivanja učestalosti dominantnih i recesivnih alela koji određuju pojedino svojstvo, učestalosti dominantnih i
recesivni homozigoti i heterozigoti, dinamika genetske strukture populacija pod utjecajem mutacija, izolacija i selekcija. metoda
je teorijska osnova suvremeni uzgoj životinja.
Fenogenetička metoda omogućuje nam da utvrdimo stupanj utjecaja gena i okolišnih uvjeta na razvoj proučavanih svojstava i
znakovi u ontogenezi. Promjene u hranidbi i održavanju životinja nasljedno utječu na prirodu manifestacije
uvjetovani znakovi i svojstva.
Sastavni dio svake metode je i statistička analiza – biometrijska metoda. Predstavlja niz
matematičke tehnike koje nam omogućuju određivanje stupnja pouzdanosti dobivenih podataka i utvrđivanje vjerojatnosti razlika
između pokazatelja pokusne i kontrolne skupine životinja. Sastavni dio biometrije je zakon regresije i
statistički zakon nasljednosti koji je uspostavio F. Galton.
U genetici se metoda računalnog modeliranja široko koristi za proučavanje nasljeđivanja kvantitativnih svojstava u
populacije, za ocjenu selekcijskih metoda - masovna selekcija, selekcija životinja prema selekcijskim indeksima. Osobito širok
Ova je metoda našla primjenu u području genetskog inženjeringa i molekularne genetike.
Glavne faze razvoja genetike
Do početka 20.st. u biljogojstvu i stočarstvu pokusni materijal akumuliran je nasljeđem od potomaka
znakovi roditeljskih oblika. Osobito su vrijedni podaci dobiveni u drugoj polovici 18. stoljeća. I. Kölreuter, koji
proučavao hibride koje je dobio u 54 biljne vrste i utvrdio niz obrazaca u nasljeđivanju svojstava: jednak utjecaj na
svojstvo očinskog i majčinskog oblika, vraćanje svojstva kod hibrida na jedan od izvornih roditeljskih oblika. Prvo je nacrtao
pažnju na diskretnu prirodu nasljeđivanja svojstava, utvrdio prisutnost spola u biljaka. Važna su bila djela O.
Sager i C. Nodin u Francuskoj, T. Knight u Engleskoj, A. T. Bolotov i C. F. Roulier u Rusiji, kao i mnogi drugi znanstvenici i
praktičari koji su promatrali i opisivali prirodu nasljeđivanja svojstava kod biljaka i životinja tijekom intraspecifičnih i
međuvrsna križanja.
Charles Darwin (1809.-1882.) u svom je djelu “Podrijetlo vrsta” (1859.) iu narednim djelima sažeo svoja iskustva i zapažanja
praktičare i prirodne znanstvenike za proučavanje fenomena nasljednosti i varijabilnosti, koji su, uz selekciju,
pokretački čimbenici u evoluciji organske prirode. U svom djelu "The Temporal Hypothesis of Pangenesis" Darwin je pokušao
Objasnite kako se vrši prijenos osobina i svojstava s roditelja na potomke. Darwinova teorija evolucije
odigrao važnu ulogu u daljnjem razvoju genetike, odredio nastanak niza hipoteza i teorija koje objašnjavaju bit
nasljednost i varijabilnost.
Utemeljiteljem genetike smatra se G. Mendel (1822-1884), koji je prvi razvio metodu znanstvenog pristupa
proučavanje nasljeđa i u svojim pokusima s biljnim hibridima utvrdio najvažnije zakonitosti nasljeđivanja svojstava.
Mendel je izvijestio o rezultatima svojih istraživanja na sastanku Društva prirodoslovaca u Brnu (Čehoslovačka) i
ovo djelo nije valjano ocijenjeno od suvremenika u drugoj polovici 19. stoljeća. nije imalo značajan utjecaj na
daljnji razvoj genetike.
1900. G. de Vries (1848-1935) u Nizozemskoj, K. Correns (1864-1933) u Njemačkoj i E. Čermak (1871-1962) u Austriji
neovisno jedan o drugom utvrdili da rezultati koje su dobili o nasljeđivanju svojstava kod biljnih hibrida
potpuno su u skladu s podacima G. Mendela, koji je 35 godina prije njih formulirao pravila nasljeđivanja. G. de Vries
predložio da se pravila koja je uspostavio G. Mendel nazovu zakonima nasljeđivanja karakteristika.
Od 1900. počinje intenzivan razvoj znanosti o nasljeđu i varijabilnosti, a 1906. na prijedlog engl.
Znanstvenik V. Bateson (1861. - 1926.) dobio je naziv "genetika" od latinske riječi geneo - rađam. Na različite vrste
životinja i biljaka ispitani su zakoni G. Mendela i utvrđena njihova univerzalnost. Istovremeno, postojeća odstupanja u
Fenotipska manifestacija svojstava kod hibrida i priroda hibridne segregacije pokazali su složene interakcije gena.
Važnu ulogu u razvoju genetike imala su istraživanja V. Batsona koji je proučavao nasljeđivanje svojstava kod kokoši, leptira,
laboratorijski glodavci; švedski znanstvenik G. Nilsson-Ehle o genetici kvantitativnih svojstava i polimera; Dane V.
Johannsen (1857-1927), koji je stvorio doktrinu čistih linija, koji je predložio pojmove "gen", "genotip", "fenotip".
Citološka istraživanja T. Boveri (1862-1915) pokazala su prisutnost paralelizma u ponašanju kromosoma u mejozi i tijekom
oplodnja s nasljeđivanjem svojstava kod hibrida, što je poslužilo kao preduvjet za razvoj teorije kromosoma
nasljeđa, čiji je utemeljitelj T. G. Morgan (1861. -1945.), koji je zajedno s A. Sturtevantom (1892.-1970.) i
K-Bridges (1889-1938) utvrdio je da su nasljedni čimbenici - geni - lokalizirani u kromosomima stanične jezgre. ove
Znanstvenici su razvili metodu za sastavljanje genetskih mapa i dokazali kromosomski mehanizam određivanja spola. Kromosomski
teorija nasljeđa bila je najveće postignuće genetike i odigrala vodeću ulogu u njezinom daljnjem razvoju, formiranju
molekularna biologija.
Veliki interes za genetička istraživanja pokazali su i ruski znanstvenici. Godine 1912. u Rusiji je objavljena knjiga profesora E.A.
Bogdanov (1872-1931) "Mendelizam", koji je predstavio istraživanja u području genetike. Yu. A. Filipchenko (1882.-1930.)
Petrogradskog sveučilišta, napisao je cijeli niz radova o privatnoj genetici biljaka i životinja. U tom su razdoblju počeli intenzivno
razvijati genetička istraživanja vezana uz primijenjena poljoprivredna pitanja, na primjer komparativna
genetika kao teorijska osnova selekcije kultivirane biljke, briljantno razvio N. I. Vavilov (1887-1943),
koji je uspostavio jedan od najvećih zakona genetike – zakon homoloških nizova u nasljednoj varijabilnosti. I. V. Michurin
(1855.-1935.) na temelju eksperimentalnog rada teorijski je potkrijepio obrasce nasljeđivanja svojstava kod višegodišnjih biljaka.
voćne biljke. U narednim godinama u SSSR-u su stvorene genetičke škole N.K.
Serebrovski (1892-1948), M. F. Ivanov (1871-1935). S. N. Davidenkov (1880-1961) razvio je probleme medicinske genetike.
Rad na dobivanju i proučavanju induciranih mutacija bio je važan za razvoj genetike. O prilici
Charles Darwin pisao je o spontanim promjenama osobina ili svojstava kod pojedinih jedinki. 1902. G. de Vries stvara i objavljuje
Osnovni, temeljni teorijska načela teorija mutacije. Godine 1925. G. A. Nadson i G. S. Filippov promatrali su u Lenjingradu
mutacijske promjene gljivica kvasca i plijesni pod utjecajem ionizirajućeg zračenja. 1927. u SAD G. Meller
(1890.-1967.) dobivene su mutacije kod vinske mušice (drosophila melanogaster) kao rezultat izlaganja X-zrakama. ove
djela poslužila su kao početak širokog spektra studija o liku mutacijska varijabilnost, razvijajući metode za njih
dobivanje, testiranje i traženje čimbenika koji uzrokuju mutacije. Veliki doprinos razvoju mutageneze i njezine primjene
Sovjetski genetičari N.P.Sakharov, M.E.Lobashov, S.M.Gershenzon, I.A.Rapoport. U
u biljnoj proizvodnji, metoda za dobivanje genomskih mutacija uzrokovanih promjenama u broju kromosoma u
biljne stanice – poliploidija. A. R. Zhebrak i L. P. Breslavets dobili su poliploidne oblike u biljaka. G. D. Karpečenko
eksperimentalno pokazao mogućnost stvaranja novih biljnih vrsta metodom alopoliploidije. Izveo je V. A. Rybin
resinteza (rekreacija) postojeći tip biljke – kultivirana šljiva.
Ruski znanstvenici S. dali su veliki doprinos razvoju populacijske genetike i razvoju genetskih temelja evolucijske teorije.
S. Četverikov (1880-1959), I. I. Šmalgauzen (1884-1963), N. P. Dubinjin. Razviti metode genetskog uzgoja
životinje, veliko su značenje imali radovi M. F. Ivanova, A. S. Serebrovskog, S. G. Davidova i drugih.
Od 1944. godine započela su intenzivna istraživanja fenomena naslijeđa i varijabilnosti na molekularnoj razini. Godine 1944
Američki genetičar O. Zveri i njegovi kolege pokazali su da je vodeća uloga u očuvanju i prijenosu nasljednih informacija
pripada DNK. Ovo otkriće označilo je početak razvoja molekularne genetike. Važan za molekularni razvoj
genetičari su imali uspjeha na području biokemije nukleinskih kiselina, koju su proveli V. A. Engelgard i njegovi kolege s Instituta
molekularne biologije Akademije znanosti SSSR-a, američki biokemičar E. Chargaff i drugi.
Godine 1953. F. Crick i D. Watson razvili su model strukturna formula DNA molekule; godine 1961-1965 M. Nirenberg i S.
Ochao je dešifrirao genetski kod. Utvrđeno je da deoksiribonukleinska kiselina sadrži nasljedne
informacije specifične za svaku vrstu i jedinku te da su geni funkcionalne jedinice divovske molekule DNK,
Uvod
Ljudska genetika i temeljne discipline kao što su anatomija, fiziologija, biokemija čine osnovu moderna medicina. Mjesto genetike među biološkim znanostima i poseban interes za nju određeni su činjenicom da ona proučava osnovna svojstva organizama, a to su nasljeđe i varijabilnost.
Nasljednost i varijabilnost kod ljudi predmet su proučavanja ljudske genetike na svim razinama njezine organizacije: molekularnoj, staničnoj, organskoj, populacijskoj. Humana genetika svoje uspjehe u velikoj mjeri duguje medicinskoj genetici – znanosti koja proučava ulogu nasljeđa u ljudskoj patologiji. Primijenjena grana medicinske genetike je klinička genetika, koja koristi napredak medicinske genetike, humane genetike i opće genetike za rješavanje kliničkih problema koji se javljaju kod ljudi.
Genetika je jedna od najsloženijih disciplina moderne prirodne znanosti. Da bih to dublje razumio, u svom ću radu razmotriti glavne faze razvoja genetike, vrste genetike, postignuća genetike u modernoj medicini itd.
1. Povijest razvoja genetike
Genetika je znanost koja proučava obrasce nasljeđivanja i varijabilnosti, kao i biološke mehanizme koji ih osiguravaju.
Prvi znanstveni korak u proučavanju nasljeđa učinio je austrijski redovnik Gregor Mendel, koji je 1866. godine objavio članak “Pokusi na biljnim hibridima”, čime su postavljeni temelji moderne genetike.
Prije Mendelovih otkrića priznata je teorija takozvanog spojenog nasljeđa. Bit ove teorije bila je da su se muški i ženski "počeci" tijekom oplodnje miješali, "poput boja u čaši vode", čime je nastao novi organizam. Mendel je pokazao da se nasljedne sklonosti ne miješaju, već se prenose s roditelja na potomke u obliku diskretnih (odvojenih) jedinica. Ove jedinice, predstavljene u parovima (alelima) kod jedinki, ostaju diskretne i prenose se na sljedeće generacije u muškim i ženskim gametama, od kojih svaka sadrži po jednu jedinicu iz svakog para. Godine 1909. danski botaničar-uzgajivač V. Johansen nazvao ih je "geni", a 1912. američki genetičar T. G. Morgan pokazao je da se nalaze u kromosomima.
Službenim datumom rođenja genetičara smatra se 1900. godina. Tada su objavljeni podaci G. de Vriesa, K. Corrensa i K. Chermaka, koji su ponovno otkrili obrasce nasljeđivanja svojstava koje je uspostavio G. Mendel. Prva desetljeća 20. stoljeća pokazala su se plodnima u razvoju osnovnih načela i pravaca genetike. Formulirana je ideja o mutacijama, populacijama i čistim linijama organizama, kromosomska teorija nasljeđivanja, otkriven je zakon homoloških nizova, dobiveni su podaci o nastanku nasljednih promjena pod utjecajem X-zraka te je započeo razvoj temelja genetike populacija organizama.
Godine 1953. međunarodni znanstveni časopis objavio je članak biologa Jamesa Watsona i Francisa Cricka o strukturi deoksiribonukleinske kiseline – DNK.
Pokazalo se da je struktura DNK posve neobična: njezine su molekule goleme duljine na molekularnoj razini i sastoje se od dvije niti isprepletene u dvostruku spiralu. Svaka od niti može se usporediti s dugim nizom perli. U proteinima, "kuglice" su dvadeset aminokiselina različite vrste. DNK ima samo četiri vrste "kuglica", a nazivaju se nukleotidi. "Zrnca" dvaju lanaca dvostruke spirale DNA međusobno su povezana i strogo odgovaraju jedna drugoj. U DNA, nasuprot nukleotida adenina je timin, nasuprot citozina je gvanin. S ovom konstrukcijom dvostruke spirale, svaki od lanaca sadrži informacije o strukturi drugog. Poznavajući strukturu jednog lanca, uvijek možete vratiti drugi.
Rezultat su dvije dvostruke spirale - točne kopije svog prethodnika. Ta sposobnost preciznog kopiranja sama sebe ključna je za život na Zemlji.
2. Genetika i medicina
2.1 Metode istraživanja
U genetici je glavna metoda istraživanja genetička analiza koja se provodi na svim razinama organizacije živih bića (od molekularne do populacijske). Ovisno o namjeni istraživanja, ono se “modificira” u pojedine metode - hibridološku, populacijsku, mutacijsku, rekombinacijsku, citogenetsku itd.
Hibridološka metoda omogućuje utvrđivanje obrazaca nasljeđivanja pojedinih karakteristika i svojstava organizma provođenjem niza izravnih ili povratnih križanja kroz više generacija. Obrasci nasljeđivanja osobina i svojstava kod ljudi utvrđuju se genealoškom metodom (analizom rodovnica). Zakonitosti nasljeđivanja svojstva u populacijama utvrđuju se populacijskom metodom, odnosno populacijskom analizom.
Citogenetička metoda, koja kombinira principe citološke i genetske analize, koristi se u proučavanju obrazaca materijalnog kontinuiteta u generacijama pojedinačnih stanica i organizama te “anatomije” materijalnih nositelja nasljeđa.
Fenogenetička analiza omogućuje proučavanje djelovanja gena i manifestacije gena u individualnom razvoju organizma. U tu svrhu koriste se tehnike poput transplantacije genetski različitih tkiva, staničnih jezgri ili pojedinačnih gena iz jedne stanice u drugu, kao i proučavanje himera – eksperimentalno dobivenih višestaničnih organizama koji se sastoje od genetski različitih stanica, izvorno pripadajući različitim jedinkama.
Analizom mutacije i rekombinacije proučava se fina organizacija i funkcija genetskog materijala, struktura različitih DNK, njihove promjene, mehanizmi funkcioniranja i izmjena gena tijekom križanja. Intenzivno se razvija metoda molekularne genetičke analize.
2.2 Medicinski interes
Razvojem genetike postalo je moguća upotreba njegove metode u proučavanju prethodno neizlječivih bolesti, patologija itd. Što je počelo privlačiti značajan interes znanstvenika koji rade u području medicine. Poznato ih je nekoliko tisuća genetske bolesti, koji gotovo 100% ovise o genotipu jedinke. Najopasniji od njih su: kisela fibroza gušterače, fenilketonurija, galaktozemija, raznih oblika kretenizam, hemoglobinopatije, kao i Downov, Turnerov i Klinefelterov sindrom. Osim toga, postoje bolesti koje ovise i o genotipu i o okolišu: koronarna bolest, dijabetes melitus, reumatoidne bolesti, peptički ulkusi želuca i dvanaesnika, mnogi onkološke bolesti, shizofrenija i druge duševne bolesti.
Povijesno gledano, medicinski interes za genetiku u početku se formirao u vezi s promatranjem naslijeđenih patoloških (bolnih) osobina. U drugoj polovici 19. stoljeća engleski biolog F. Galton identificirao je "ljudsko nasljeđe" kao samostalan predmet proučavanja. Predložio je i niz posebnih metoda genetske analize: genealošku, blizanačku, statističku. Proučavanje obrazaca nasljeđivanja normalnih i patoloških osobina još uvijek zauzima vodeće mjesto u ljudskoj genetici.
2.3 Ljudska genetika
Humana genetika posebna je grana genetike koja proučava nasljeđe svojstava kod ljudi, nasljedne bolesti (medicinska genetika) i genetsku strukturu ljudske populacije. Od područja humane genetike najintenzivnije se razvijaju citogenetika, biokemijska genetika, imunogenetika, genetika više živčane djelatnosti i fiziološka genetika.
Ljudska genetika je teorijska osnova moderne medicine i moderne zdravstvene zaštite. Dijeli se na antropogenetiku, koja proučava obrasce nasljeđa i varijabilnost normalnih karakteristika ljudskog tijela, demografsku genetiku (populacijska genetika), genetiku okoliša (proučavanje genetskih aspekata odnosa čovjeka s okolišem) i medicinsku genetiku, koja proučava nasljedne patologije (bolesti, mane, deformacije i dr.).
Najvažnije područje humane genetike je medicinska genetika. Medicinska genetika pomaže u razumijevanju interakcije bioloških i okolišnih čimbenika u ljudskoj patologiji. Ponekad se ne smatra granom ljudske genetike, već neovisnim područjem opće genetike.
2.4 Medicinska genetika
Medicinska genetika proučava fenomene nasljeđa i varijabilnosti u različitim ljudskim populacijama, značajke manifestacije i razvoja normalnih (fizičkih, kreativnih, intelektualnih sposobnosti) i patoloških karakteristika, ovisnost bolesti o genetskoj predodređenosti i uvjetima okoline, uključujući društvene uvjete života. Također razvija sustave za dijagnostiku, liječenje, prevenciju i rehabilitaciju bolesnika s nasljednim bolestima i medicinski pregled njihovih obitelji, proučava ulogu i mehanizme nasljedne predispozicije u ljudskim bolestima.
Formiranje medicinske genetike počelo je 30-ih godina prošlog stoljeća. XX. stoljeća, kada su se počele pojavljivati činjenice koje potvrđuju da je nasljeđivanje osobina kod ljudi podložno istim zakonima kao i kod drugih živih organizama.
Zadatak medicinske genetike je identificirati, proučavati, prevenirati i liječiti nasljedne bolesti, kao i razviti načine za sprječavanje utjecaja okolišnih čimbenika na ljudsko nasljeđe.
Glavna grana medicinske genetike je klinička genetika, koja proučava etiologiju i patogenezu nasljednih bolesti, varijabilnost kliničke manifestacije te tijek nasljedne patologije i bolesti obilježenih nasljednom sklonošću, ovisno o utjecaju genetskih i okolišnih čimbenika, a također razvija metode dijagnostike, liječenja i prevencije ovih bolesti. Klinička genetika uključuje neurogenetiku, dermatogenetiku (proučava nasljedne kožne bolesti - genodermatoze), oftalmogenetiku, farmakogenetiku (proučava nasljedne reakcije organizma na lijekove). Medicinska genetika povezana je sa svim dijelovima moderne kliničke medicine i drugim područjima medicine i zdravstva, uključujući biokemiju, fiziologiju, morfologiju, opću patologiju i imunologiju.