Элиминация эмбрионов и плодов с наследственной патологией. Предмет и задачи генетики, ее значение для медицины В чем связь генетики и медицины
Генетика наряду с морфологией, физиологией и биохимией является теоретической базой медицины, дает ключ к пониманию молекулярно-генетических процессов, приводящих к развитию заболеваний.
Представления о передаваемых по наследству различиях между людьми существовали уже в античные времена (см. гл. 1). Уже в трудах древнегреческих философов ставится проблема врождённого и приобретённого (Гиппократ, Анаксагор, Аристотель, Платон). Некоторые из них даже предлагали «евгенические» меры. Так, Платон в своём труде «Политика» подробно объясняет как следует подбирать супругов, чтобы рождались дети, которые в будущем станут выдающимися личностями и в физическом, и в нравственном отношениях.
Английский врач Адамс (1756-1818) в своём труде «Трактат о предполагаемых наследственных свойствах болезней» сделал ряд замечательных выводов. Вот некоторые из них.
1. Существуют семейные и наследуемые факторы.
2. При семейных заболеваниях родители чаще состоят в родстве.
3. Наследственные заболевания могут проявляться в разном возрасте.
4. Существует предрасположенность к заболеваниям, которая приводит к заболеванию при воздействии внешних факторов.
5. Репродуктивная способность у многих больных с наследственными заболеваниями снижена.
Адамс критически относился к негативным евгеническим программам.
В 1820 г. немецкий профессор медицины Нассе правильно определил наиболее важные закономерности наследования гемофилии.
В работах большинства исследователей XIX века истинные факторы и ошибочные представления были перемешаны, а критериев для установления истины в то время еще не существовало. Генетика человека не имела основных теоретических положений. Как наука она сформировалась в 1865 г., когда появились биометрия и менделизм.
Большое влияние на развитие генетики человека оказали работы Ф. Гальтона. В 1865 г. он опубликовал статью «Наследование таланта и характера», в которой он писал: «…у нас есть все основания считать, что способности или особенности характера зависят от множества неизвестных причин». На основании своих исследований Гальтон сделал вывод о том, что большие способности и достижение известности сильно зависят от наследственности. Начиная с работ Гальтона, исследования в области генетики человека приобрели сильную евгеническую направленность. Позднее, в период нацизма в Германии (1933-1945), стало ясно, к каким ужасным последствиям может привести искажённое толкование утопической идеи об улучшении человеческого рода.
Вклад в генетику человека внесли работы английского врача А.Е.Гэррода по исследованию врожденных нарушений метаболизма при алкаптонурии, альбинизме и цистинурии. В 1908 г. Гэррод опубликовал свой классический труд, посвященный этой теме. В нем он назвал эти заболевания как «врожденные ошибки метаболизма», которые наследуются рецессивно и проявляются чаще в семьях, где родители близкие родственники. Он высказал также предположение, что различная реакция на лекарства и инфекционные агенты может быть обусловлена индивидуальными химическими различиями. Он писал: «…как среди представителей данного вида нет двух особей с идентичным строением тела, так не могут быть идентичными и химические процессы в их организмах». Гэррода по праву считают основателем биохимической генетики человека .
Как уже говорилось ранее, к концу XIX века были обнаружены хромосомы и изучены митоз и мейоз. На первых порах излюбленными объектами генетиков были растения и насекомые. Цитогенетика человека начала бурно развиваться с 1956 г., когда было установлено, что в клетках человека содержится 46 хромосом. Обнаружение трисомии по 21 хромосоме при синдроме Дауна и аномалии половых хромосом при нарушениях полового развития определило важность цитогенетики в медицине.
Открытие групп крови системы АВО К. Ландштейном в 1900 г. (Нобелевская премия 1930г.) и законов их наследования Дунгерном и Гиршфельдом в 1911 г. стало доказательством применимости законов Менделя к наследованию признаков у человека. В 1924 г. Бернштейн установил, что группы крови у человека контролируются серией множественных аллелей. Спустя 25-30 лет Винером, Левиным и Ландштейном был обнаружен резус-фактор (Rh) и показано, что гемолитическая желтуха новорожденных возникает вследствие иммунологической несовместимости матери и плода.
С периода своего зарождения генетика человека развивалась не только как теоретическая, но и как клиническая дисциплина. С одной стороны, изучение общих закономерностей наследования признаков в ряду поколений, развитие хромосомной теории наследственности стимулировало сбор родословных и их генетический анализ; с другой стороны, изучение патологических вариантов признаков (предмет врачебной профессии) служило основой для познания наследственности человека. На основе использования законов классической генетики формировалось понимание общих закономерностей наследственной патологии, причин клинического полиморфизма, признание роли внешней среды в развитии болезней с наследственной предрасположенностью.
Основателем медицинской генетики в России по праву считается С.Н.Давиденков , одновременно и генетик, и невропатолог. Он первым поставил вопрос о создании каталога генов (1925 г.) и организовал первую в мире медико-генетическую консультацию (1929г.). По генетике наследственных болезней нервной системы опубликовал несколько книг: «Наследственные болезни нервной системы» (1932г.), «Проблемы полиморфизма наследственных болезней нервной системы» (1934г.), «Эволюционно-генетические проблемы в невропатологии» (1947 г.).
Наиболее яркий этап взаимодействия генетики человека и медицины начинается с конца 50-х гг., после открытия в 1959 г. хромосомной природы наследственных болезней и введения в медицинскую практику цитогенетического метода исследований. На основе взаимодействия трех ветвей генетики человека – цитогенетики, менделевской и биохимической генетики – формируются современная медицинская и клиническая генетика , основными задачами которых являются:
1. изучение наследственных механизмов поддержания гомеостаза организма, обеспечивающих здоровье индивида;
2. изучение значения наследственных факторов в этиологии болезней;
3. изучение роли наследственных факторов в определении клинической картины болезней;
4. диагностика, лечение и профилактика наследственных болезней и т.д.
Непосредственная связь и взаимовлияние генетики человека и медицины стали в последние 40 лет определяющими факторами активного изучения наследственности человека и реализации их достижений в практике.
Значение генетики для медицины огромно. В человеческих популяциях насчитывается свыше 4000 форм наследственных болезней. Около 5% детей рождаются с наследственными или врожденными болезнями. Вклад наследственных и врожденных болезней в младенческую и детскую смертность в развитых странах (по материалам ВОЗ) составляет 30%. Прогресс в развитии медицины и общества (улучшение медицинского обслуживания, повышение уровня жизни) приводит к относительному возрастанию доли генетически обусловленной патологии в заболеваемости, смертности и инвалидизации. В то же время, человек сталкивается с новыми факторами среды, ранее не встречавшимися на протяжении всей его эволюции, испытывает большие нагрузки социального и экологического характера (избыток информации, стрессы, загрязнения атмосферы, в том числе мутагенными и канцерогенными факторами химической и физической природы). Новая среда может привести к повышению уровня мутационного процесса и, как следствие этого, появлению новой наследственной патологии.
Доказан и существенный вклад генетических факторов в развитие онкозаболеваний, а также таких широко распространенных мультифакториальных болезней, как сердечно-сосудистые, язвенные болезни желудка и двенадцатиперстной кишки, сахарный диабет, психические заболевания и т.д. Для лечения и профилактики наследственных и, в частности, мультифакториальных болезней, встречающихся в практике врачей всех специальностей, необходимо знать механизмы взаимодействия средовых и наследственных факторов в их возникновении и развитии, интегрально понимать все стадии индивидуального развития под углом реализации наследственной информации.
Таким образом, генетическое образование врача – одно из необходимых условий для диагностики, лечения и профилактики наследственных болезней
Генетика предоставляет клинической медицине:
1. Методы ранней диагностики наследственных болезней;
2. Методы пренатальной (дородовой) диагностики наследственных болезней; интенсивно развиваются и методы преимплантационной (до имплантации зародыша) диагностики наследственных болезней;
3. Просеивающие программы диагностики наследственных болезней обмена веществ у новорожденных, что позволяет вовремя вмешаться в течение болезни и предотвратить аномальное развитие или гибель новорожденных;
4. Молекулярно-генетические и цитогенетические методы дифференциальной диагностики онкозаболеваний;
5. Методы диагностики наследственной предрасположенности к развитию болезней;
6. Комплексную систему профилактики наследственных болезней, внедрение которой обеспечило снижение частоты рождения детей с наследственной патологией на 60%. Ведущую роль в профилактике наследственных болезней играет медико-генетическое консультирование – специализированный вид медицинской помощи, заключающийся в определении прогноза рождения ребенка с патологией на основе уточненного диагноза, в объяснении вероятности этого события консультирующимся и помощи семье в принятии решения о деторождении.
Успехи молекулярной генетики в области первичных продуктов мутантных генов и в понимании патогенеза наследственных болезней позволили улучшить методы лечения многих заболеваний (фенилкетонурия, галактоземия, гипотиреоз, гемофилия и т.д.).
Важнейшей частью генетики человека сегодня являются экогенетика и фармакогенетика, изучающие значение генетических факторов в индивидуальных реакциях организма на факторы окружающей среды (химические, биологические и физические) и на лекарственные препараты, соответственно. В последнее время многочисленные исследования роли генетических факторов, влияющих на токсичность фармацевтических препаратов, в сочетании со стремительным ростом объема информации о структуре и функциях генома человека привели к возникновению качественно нового направления – фармакогеномики . Задача фармакогеномики – проанализировать на уровне целого генома биохимические и генетические механизмы, лежащие в основе индивидуальных различий реакции на лекарственные препараты, и разработать на этой основе индивидуальную терапию, т.е. терапию, адаптированную к индивидуальному пациенту.
Итогом развития генной инженерии конца ХХ века явилось создание целого ряда генетических технологий, позволяющих решать задачи генетико-гигиенического нормирования факторов окружающей среды (предупреждение их мутагенных, тератогенных и канцерогенных эффектов), производства лекарственных препаратов, создания новых вакцин и сывороток для лечения целого ряда заболеваний.
Методами генной инженерии получены клоны клеток кишечной палочки, способные продуцировать соматотропин, инсулин, интерферон, интерлейкины, брадикинин и другие лекарственные препараты в промышленных масштабах.
Разработаны методы внесения генов патогенных вирусов в бактериальные клетки и приготовления из синтезируемых ими белков противовирусных сывороток. Таким образом, например, получена сыворотка против одной из форм гепатита.
К числу важных практических достижений генной инженерии следует также отнести создание диагностических препаратов. На сегодняшний день в медицинскую практику введено более 200 новых диагностикумов. Они используются для ранней генодиагностики злокачественных новообразований разной локализации, инфекционных заболеваний (урогенитальных и внутриутробных инфекций, вирусных заболеваний кожи, гепатитов).
Одним из главных итогов изучения генома человека является появление и быстрое развитие качественно нового этапа медицины – молекулярной медицины . Идентификация тысяч генов человека, выяснение генной природы и молекулярных механизмов многих наследственных и мультифакториальных заболеваний, роли генетических факторов в этиологии и патогенезе различных патологических состояний составляют научную основу молекулярной медицины. Они же определяют и ее две характерные особенности:
1. Индивидуальный подход к больному (профилактика, лечение и диагностика любого заболевания основываются на генетических особенностях каждого индивидуума);
2. Предиктивный (предупредительный) характер - профилактику и лечение можно начинать заранее, до появления реальной картины патологического процесса.
Практические достижения молекулярной медицины основаны, прежде всего, на широком внедрении молекулярных методов для решения медицинских задач:
1. Разработаны универсальные методы диагностики наследственных болезней на любой стадии онтогенеза;
2. Разработаны молекулярные подходы для точной идентификации личности (геномная дактилоскопия), для генотипирования органов и тканей, предназначенных для трансплантации;
3. Заложены экспериментальные и клинические основы генотерапии наследственных и онкозаболеваний .
Генная терапия является принципиально новым направлением в лечении болезней. С теоретической точки зрения ее преимущества перед другими методами лечения очевидны. С их помощью можно осуществлять коррекцию генетических дефектов соматических клеток организма. Клетками человека, которые можно использовать для переноса генов, являются клетки костного мозга и фибробласты. Их можно извлечь из организма, вырастить в культуре, с помощью вектора перенести в них нужный ген и снова ввести пациенту.
Первая успешная попытка применить генотерапию в клинической практике была предпринята в США в 1990 г. Ребенку, страдающему тяжелым комбинированным иммунодефицитом, связанным с дефектом гена, кодирующего аденозиндезаминазу, была введена неповрежденная копия гена. Извлеченные у больной клетки (Т-лимфоциты) крови культивировали в пробирке, при помощи ретровирусного вектора вводили в них неповрежденный ген аденозиндезаминазы и возвращали клетки больной. После нескольких курсов генной терапии состояние девочки настолько улучшилось, что она могла вести нормальный образ жизни и не бояться случайных инфекций.
В настоящее время ведется кропотливая работа по созданию векторов, выбору болезней и клеток-мишеней, способам введения генов. Исследования продолжаются широким фронтом, особенно в области лечения злокачественных заболеваний (более 60% всех проводимых клинических испытаний). Большинство клинических протоколов относится к 1-й и 2-й фазам исследования – созданию векторов, проверке безопасности генных конструкций и эффективности переноса генов. В настоящее время уже одобрено более 400 протоколов клинических испытаний различных генных конструкций с целью лечения многих наследственных, мультифакториальных и даже инфекционных заболеваний (СПИД). К сожалению, смерть одного из пациентов с наследственным дефицитом фермента пароксаназы после введения аденовирусной конструкции в 1999 году, несколько затормозила прогресс генной терапии. Этот случай продемонстрировал потенциальную опасность этого направления, в особенности при использовании вирусных векторов. В целом результаты первых 10 лет клинических испытаний генной терапии позволяют сделать заключение о том, что этот способ лечения оказался очень дорогостоящим и технически более сложным, чем ожидалось. Главной причиной, с точки зрения науки, тормозяшей внедрение генотерапии в клинику, является недостаточная для проявления терапевтического действия эффективность переноса генных конструкций в клетки пациента in vivo. Сегодня эволюция способов доставки ДНК развивается по пути дальнейших структурных модификаций вирусных и синтетических невирусных носителей (липосом и полимеров). Тем не менее, нет сомнений в том, что со временем генная терапия будет успешно применяться для лечения наследственных и злокачественных болезней и займет одно из ведущих мест в борьбе с наиболее страшными человеческими недугами.
Расшифровка первичной структуры генома человека уже позволила получить информацию, принципиально важную для всех разделов медицины. И, в свою очередь, дала начало новым направлениям медицинской науки, одним из которых является предиктивная (предсказательная) медицина.
Концептуальную основу предиктивной медицины составляют представления о генетическом полиморфизме. В молекулярном отношении генетический полиморфизм означает наличие на молекулярном уровне (в первичной структуре ДНК) небольших отклонений в нуклеотидных последовательностях, которые позволяют выживать особи, т.е. совместимы с нормальной функцией ее генома в онтогенезе, но приводят к определенным вариациям в структуре белков, и таким образом формируют биохимическую индивидуальность каждой личности . В отличие от мутаций, приводящих к патологическим изменениям и снижающим жизнеспособность, генетические полиморфизмы проявляются в фенотипе менее отчетливо, в большинстве случаев приводя к появлению белковых продуктов с несколько измененными свойствами и параметрами функциональной активности. В определенных условиях некоторые генетические полиморфизмы могут предрасполагать, либо препятствовать появлению различных заболеваний. Гены, аллельные варианты которых при наличии определенных условий предрасполагают к определенным заболеваниям, получили название «генов предрасположенности». Именно аллельные варианты этих генов и лежат в основе таких частых заболеваний, как атеросклероз, ишемическая болезнь сердца, диабет, бронхиальная астма, опухоли. Их сочетание для каждой конкретной патологии получило название «генных сетей». В каждой из таких сетей выделяют главные (центральные) гены, ответственные за начало болезни, и дополнительные (гены-модификаторы), эффект которых во многом определяется средовыми факторами.
Составление генной сети для каждого мультифакториального заболевания, идентификация в нем центральных генов и генов-модификаторов, анализ ассоциации их полиморфизма с конкретным заболеванием, разработка на этой основе комплекса профилактических мероприятий для конкретного пациента и составляет основу предиктивной медицины.
В настоящее время, как показывает анализ мировой литературы, уже доступны для клинического применения 150-200 генетических тестов для многих мультифакториальных болезней. Идентификация всех генов человека, открытие новых генных сетей неизмеримо увеличат возможности генетического тестирования наследственной предрасположенности и значение медико-генетического консультирования в своевременной коррекции потенциально возможной патологии.
Заключение
Современная генетика устремлена вперед. Проблемы, которые предстоит ей решать уже в недалеком будущем, намного сложнее тех, которые она решала до сих пор. Если ХХ век был веком физики, подарившим человечеству массу ценнейших изобретений и открытий, то ХХ1 будет веком биологии, а точнее, веком генетики, поскольку уже в ближайшее время есть все основания ожидать самых удивительных открытий в науке о наследственности и изменчивости живых организмов, начиная от самых примитивных (вирусы и бактерии) и кончая наиболее сложными (млекопитающие). Последние годы ХХ века ознаменовались огромными успехами в расшифровке геномов разных организмов: в 1996 году был полностью расшифрован геном дрожжей, в 1998 – геном аскариды, в 2000 – геном дрозофилы и более 600 геномов разных бактерий. На рубеже ХХ - ХХ1 веков мы стали свидетелями эпохального события – расшифровки тонкой структуры генома человека. Впервые человеческий разум проник в святая святых Живой Природы – в структуру наследственного аппарата, в котором закодирована не только вся программа индивидуального развития человека, но и вся история человека как биологического вида (его филогенез), а также история самого человечества как совокупности рас и этнических групп (его этногенез). Проект «Геном человека» явился наиболее ярким достижением науки ХХ века, имеющим огромное фундаментальное и практическое значение. В рамках этого проекта и как его продолжение возникли новые направления фундаментальной науки, в том числе сравнительная геномика и функциональная геномика , достижения которых позволяют решать важнейшие теоретические и практические задачи.
В рамках первого направления уже получены принципиально новые данные о происхождении человека, его эволюции, возникновении рас и их этногенезе. Генетический анализ разных существующих популяций и этносов, сравнение полученных данных с результатами анализа ДНК останков первобытных людей, позволили по-новому взглянуть на эволюцию человека. В частности, практически доказано, что неандертальцы представляют собой тупиковую ветвь эволюции и не являются прародителями современного человека. Первые следы Человека Разумного обнаружены в Африке и имеют возраст около 500 000 лет. Любопытно, что анализ митохондриальной ДНК, позволяющий проследить филогенез материнской линии, позволил доказать реальное существование прародительницы Евы, жившей в Африке около 200 000 лет назад.
Особый интерес вызывает сравнение геномов разных классов и таксономических групп с целью создания новой системы классификации живых организмов на основе знания ДНК. Ранние находки молекулярной генетики (наличие ДНК практически у всех живых организмов, универсальность генетического кода, общие свойства записи и передачи наследственной информации) заложили серьезную основу для признания глубокого внутреннего единства жизни на всех ее эволюционных уровнях. Человек, хотя и не без основания претендующий на вершину эволюционной иерархии благодаря удивительным свойствам своего мозга, в действительности, на уровне ДНК, РНК и белков мало отличается от других организмов, особенно от млекопитающих. Примерно 2300 белков дрожжей аналогичны или близки по структуре белкам человека, у аскариды известно 6000 общих с человеком белков, а у дрозофилы – 7000. Более 20% мышиного генома близко по структуре геному человека, несмотря на то, что человека и мышь разделяют примерно 75 млн. лет. Другие примеры эволюционной «консервации» генов еще более впечатляют. Так, первичная нуклеотидная последовательность гена SRY – главного детерминирующего пол гена на Y-хромосоме всех млекопитающих и человека, очень напоминает ген фактора, определяющего пол у бактерий! Высококонсервативные ДНК-связывающие домены генов – регуляторов (так называемых факторов транскрипции), направляющих ранние стадии эмбриогенеза человека, у всех млекопитающих практически идентичны и во многом напоминают таковые у представителей других классов (насекомых, рыб, амфибий и т.д.). Таким образом, исследования геномов показывают, что жизнь действительно очень рациональна и экономична: все новые гены возникают из старых и что эволюция – это не столько процесс эволюции генов, сколько эволюция регуляторных систем работы генома.
Основной задачей функциональной геномики является выяснение функций и расшифровка генных продуктов, прежде всего, белков (протеомика ). Существующие и активно разрабатываемые методы протеомики позволяют изучать экспрессионные профили многих тысяч генов и использовать полученную информацию в молекулярной медицине. Диагностика болезней по функциональному дефекту профилей многих белков или по конкретному продукту конкретного гена и составит основу молекулярной медицины. Помимо исследования функционального состояния генов и отдельных генных сетей для целей предиктивной медицины, в том числе для предупреждения и терапии опухолей, применение методов функциональной геномики крайне важно. Это важно для решения фундаментальных задач биологии развития, прежде всего для изучения механизмов реализации наследственной информации в процессе индивидуального развития (каким образом, под контролем каких генов и генных сетей разворачивается генетическая информация в процессе онтогенеза?). Наконец, именно с помощью функциональной геномики можно добиться направленного получения трансгенных животных, несущих в своем геноме гены человека и являющихся высокоэффективными продуцентами особенно важных для человека биоактивных препаратов, незаменимых при лечении многих тяжелых болезней. Зная генные сети и факторы транскрипции морфогенетических процессов, станет реальным управлять процессами дифференцировки эмбриональных стволовых клеток in vitro и таким способом получать в нужных количествах клетки – предшественники, необходимые для восстановления утраченных тканей и органов.
Синтез современных представлений о геноме человека и функциях его генов получил дальнейшее развитие в биоинформатике , позволяющей осуществлять компьютерный анализ генома, формировать и анализировать функции генных сетей, ответственных как за нормальные процессы морфогенеза, так и вовлеченных в различные патологические процессы. Принципиально новые подходы к решению практических задач, разработанные на основе программы «Геном человека», уже привели к созданию молекулярной медицины и ее основных разделов: молекулярной диагностики, предиктивной медицины и генной терапии.
Абсолютно идеального генома, наверное, нет ни у одного человека на планете. У всех нас имеются поврежденные или мутированные гены, которые в определенной комбинации способны спровоцировать заболевание. Именно по этой причине у здоровых родителей может родиться больной ребенок. Оценить степень риска помогают достижения молекулярной генетики. Ученые пророчат науке о наследственности большое будущее. Руководители международной программы «Геном человека» прогнозируют, каких высот достигнет генетика к 2010-2040 годам. По их мнению, в 2010 году будет возможно генное лечение 25 наследственных заболеваний. Появятся генные лекарства от диабета, гипертонии и других недугов. Со временем станет реальностью генная терапия онкологических заболеваний. Ученые выявят гены устойчивости и чувствительности ко многим лекарствам. К 2030 году, согласно все тем же прогнозам, расшифровка всего генома станет обычным делом, и процедура эта будет стоить меньше тысячи долларов (для сравнения: сегодня на прочтение генома нужно потратить ни много, ни мало -500 миллионов долларов). Примерно тогда же генетики выявят гены старения – будут проводиться клинические испытания по увеличению продолжительности жизни. К 2040 году все общепринятые меры здравоохранения – даже привычный общий анализ крови – будут основаны исключительно на геномике. А главное – станет доступной эффективная профилактическая медицина, учитывающая индивидуальный генетический портрет. С трудом верится, что через какие-то 30-40 лет в медицине произойдет переворот. Однако генетика идет вперед семимильными шагами, так что, возможно, «научно-фантастические» прогнозы в недалеком будущем станут для человечества обыденной реальностью.
Предмет и задачи генетики человека. Генетика человека, или медицинская генетика, изучает явления наследственности и изменчивости в различных популяциях людей, особенности проявления и развития нормальных (физических, творческих, интеллектуальных способностей) и патологических признаков, зависимость заболеваний от генетической предопределенности и условий окружающей среды, в том числе от социальных условий жизни. Формирование медицинской генетики началось в 30-е гг. XX в., когда стали появляться факты, подтверждающие, что наследование признаков у человека подчиняется тем же закономерностям, что и у других живых организмов.
Задачей медицинской генетики является выявление, изучение, профилактика и лечение наследственных болезней, а также разработка путей предотвращения вредного воздействия факторов среды на наследственность человека.
Методы изучения наследственности человека. При изучении наследственности и изменчивости человека используют следующие методы: генеалогический, близнецовый, цитогенетическии, биохимический, дерматоглифический, гибридизации соматических клеток, моделирования и др.
Генеалогический метод позволяет выяснить родственные связи и проследить наследование нормальных или патологических признаков среди близких и дальних родственников в данной семье на основе составления родословной - генеалогии. Если есть родословные, то, используя суммарные данные по нескольким семьям, можно определить тип наследования признака - доминантный или рецессивный, сцепленный с полом или ауто-сомный, атакже его моногенность или полигенность. Генеалогическим методом доказано наследование многих заболеваний, например сахарного диабета, шизофрении, гемофилии и др.
Генеалогический метод используется для диагностики наследственных болезней и медико-генетического консультирования; он позволяет осуществлять генетическую профилактику (предупреждение рождения больного ребенка) и раннюю профилактику наследственных болезней.
Близнецовый метод состоит в изучении развития признаков у близнецов. Он позволяет определять роль генотипа в наследовании сложных признаков, а также оценивать влияние таких факторов, как воспитание, обучение и др.
Известно, что у человека близнецы бывают однояйцевыми (монозиготными) и разнояйцевыми (дизиготными). Однояйцевые, или идентичные, близнецы развиваются из одной яйцеклетки, оплодотворенной одним сперматозоидом. Они всегда одного пола и поразительно похожи друг на друга, так как имеют один и тот же генотип. Кроме того, у них одинаковая группа крови, одинаковые отпечатки пальцев и почерк, их путают даже родители и не различают по запаху собаки. Только у идентичных близнецов на 100% удаются пересадки органов, поскольку у них одинаков набор белков и пересаженные ткани не отторгаются. Доля однояйцевых близнецов у человека составляет около 35-38% от общего их числа.
Разнояйцевые, или дизиготные, близнецы развиваются из двух разных яйцеклеток, одновременно оплодотворенных различными сперматозоидами. Дизиготные близнецы могут быть как одного, так и разного пола, а с генетической точки зрения они сходны не больше, чем обычные братья и сестры.
Изучение однояйцевых близнецов в течение всей их жизни, в особенности если они живут в разных социально-экономических и природно-климатических условиях, интересно тем, что отличия между ними в развитии физических и психических свойств объясняются не разными генотипами, а влиянием условий среды.
Цитогенетичесий метод основан на микроскопическом исследовании структуры хромосом у здоровых и больных людей. Цитогенетический контроль применяют при диагностике ряда наследственных заболеваний, связанных с явлениями анеуплоидии и различными хромосомными перестройками. Он позволяет также изучать старение тканей на основе исследований возрастной динамики структуры клеток, устанавливать мутагенное действие факторов внешней среды на человека и т. д.
В последние годы цитогенетический метод приобрел большое значение в связи с возможностями генетического анализа человека, которые открыла гибридизация соматических клеток в культуре. Получение межвидовых гибридов клеток (например, человека и мыши) позволяет в значительной степени приблизиться к решению проблем, связанных с невозможностью направленных скрещиваний, локализовать ген в определенной хромосоме, установить группу сцепления для ряда признаков и т. д. Объединение генеалогического метода с цитогенетическим, а также с новейшими методами генной инженерии значительно ускорило процесс картирования генов у человека.
Биохимические методы изучения наследственности человека помогают обнаружить ряд заболеваний обмена веществ (углеводного, аминокислотного, липидного и др.) при помощи, например, исследования биологических жидкостей (крови, мочи, амниотической жидкости) путем качественного или количественного анализа. Причиной этих болезней является изменение активности определенных ферментов.
С помощью биохимических методов открыто около 500 молекулярных болезней, являющихся следствием проявления мутантных генов. При различных типах заболеваний удается либо определить сам аномальный белок-фермент, либо установить промежуточные продукты обмена. По результатам биохимических анализов возможно поставить диагноз болезни и определить методы лечения. Ранняя диагностика и применение различных диет на первых этапах постэмбрионального развития позволяют излечить некоторые заболевания или хотя бы облегчить состояние больных с неполноценными ферментными системами.
Как и любая другая дисциплина, современная генетика человека использует методы смежных наук: физиологии, молекулярной биологии, генной инженерии, биологического и математического моделирования и т. д. Значительное место в решении проблем медицинской генетики занимает онтогенетический метод, который позволяет рассматривать развитие нормальных и патологических признаков в ходе индивидуального развития организма.
Наследственные болезни человека, их лечение и профилактика. К настоящему времени зарегистрировано более 2 тыс. наследственных болезней человека, причем большинство из них связано с психическими расстройствами. По данным Всемирной организации здравоохранения, благодаря применению новых методов диагностики ежегодно регистрируется в среднем три новых наследственных заболевания, которые встречаются в практике врача любой специальности: терапевта, хирурга, невропатолога, акушера-гинеколога, педиатра, эндокринолога и т. д. Болезней, не имеющих абсолютно никакого отношения к наследственности, практически не существует. Течение разных заболеваний (вирусных, бактериальных, микозов и даже травм) и выздоровление после них в той или иной мере зависят от наследственных иммунологических, физиологических, поведенческих и психических особенностей индивидуума.
Условно наследственные болезни можно подразделить на три большие группы: болезни обмена веществ, молекулярные болезни, которые обычно вызываются генными мутациями, и хромосомные болезни.
Генные мутации и нарушения обмена веществ. Генные мутации могут выражаться в повышении или понижении активности некоторых ферментов, вплоть до их отсутствия. Фенотипи-чески такие мутации проявляются как наследственные болезни обмена веществ, которые определяются по отсутствию или избытку продукта соответствующей биохимической реакции.
Генные мутации классифицируют по их фенотипическому проявлению, т. е. как болезни, связанные с нарушением аминокислотного, углеводного, липидного, минерального обмена, обмена нуклеиновых кислот.
Примером нарушения аминокислотного метаболизма является альбинизм - относительно безобидная болезнь, встречающаяся в странах Западной Европы с частотой 1:25000. Причиной заболевания является дефект фермента тирозиназы, в результате чего блокируется превращение тирозина в меланин. У альбиносов молочный цвет кожи, очень светлые волосы и отсутствует пигмент в радужной оболочке глаз. Они имеют повышенную чувствительность к солнечному свету, вызывающему у них воспалительные заболевания кожи.
Одним из наиболее распространенных заболеваний углеводного обмена является сахарный диабет. Эта болезнь связана с дефицитом гормона инсулина, что приводит к нарушению процесса образования гликогена и повышению уровня глюкозы в крови.
Ряд патологических признаков (гипертония, атеросклероз, подагра и др.) определяются не одним, а несколькими генами (явление полимерии). Это болезни с наследственным предрасположением, которые в большей степени зависят от условий среды: в благоприятных условиях такие заболевания могут и не проявиться.
Хромосомные болезни. Этот тип наследственных заболеваний связан с изменением числа или структуры хромосом. Частота хромосомных аномалий у новорожденных составляет от 0,6 до 1%, а на стадии 8-12 недель их имеют около 3% эмбрионов. Среди самопроизвольных выкидышей частота хромосомных аномалий равна примерно 30%, а на ранних сроках (до двух месяцев) - 50% и выше.
У человека описаны все типы хромосомных и геномных мутаций, включая анеуплоидию, которая может быть двух типов - моносомия и полисомия. Особой тяжестью отличается моносомия.
Моносомия всего организма описана для Х-хромосомы. Это синдром Шерешевского-Тернера (44+Х), проявляющийся у женщин, для которых характерны патологические изменения телосложения (малый рост, короткая шея), нарушения в развитии половой системы (отсутствие большинства женских вторичных половых признаков), умственная ограниченность. Частота встречаемости этой аномалии 1:4000-5000.
Введение
Предмет и задачи генетики
Значение генетики
Заключение
Список используемой литературы
Введение
Генетика представляет собой одну из основных, наиболее увлекательных и вместе с тем сложных дисциплин современного
естествознания. Место генетики среди биологических наук и особый интерес к ней определяются тем, что она изучает основные
свойства организмов, а именно наследственность и изменчивость. В результате многочисленных - блестящих по своему замыслу и
тончайших по исполнению - экспериментов в области молекулярной генетики современная биология обогатилась двумя
фундаментальными открытиями, которые уже нашли широкое отражение в генетике человека, а частично и выполнены на клетках
человека. Это показывает неразрывную связь успехов генетики человека с успехами современной биологии, которая все больше и
больше становится связана с генетикой.
Первое - это возможность работать с изолированными генами. Она получена благодаря выделению гена в чистом виде и
синтезу его. Значение этого открытия трудно переоценить. Важно подчеркнуть, что для синтеза гена применяют разные методы, т.е.
уже имеется выбор, когда речь пойдет о таком сложном механизме как человек.
Второе достижение - это доказательство включения чужеродной информации в геном, а также функционирования его в клетках
высших животных и человека. Материалы для этого открытия накапливались из разных экспериментальных подходов. Прежде всего,
обнаружение синтеза ДНК на РНК-матрице. Кроме того, стимулированные идеей генетической инженерии опыты с профаговой
трансдукцией подтвердили возможность функционирования генов простых организмов в клетках млекопитающих, включая клетки
человека. Без преувеличения можно сказать, что, наряду с молекулярной генетикой, генетика человека относится к наиболее
прогрессирующим разделам генетики в целом. Ее исследования простираются от биохимического до популяционного, с включением
клеточного и организменного уровней.
Предмет и задачи генетики
Генетика - наука о наследственности и изменчивости. Наследственность обычно определяют как способность организмов во-
производить себе подобное, как свойство родительских особей передавать свои признаки и свойства потомству. Этим термином
определяют также сходство родственных особей между собой. Ч. Дарвин отмечал, что потомки, как правило, не являются точной
копией родительских особей, так как наряду с наследственностью им присуща изменчивость, которая проявляется в различиях
отдельных органов, признаков или свойств, или комплекса их у потомков по сравнению с родителями и родственными особями.
Задачей генетики является изучение передачи наследствен¬ности от родителей потомкам. Преемственность между
поколениями осуществляется путем полового, бесполого или вегетативного размножения. При половом размножении возникновение
нового поколения происходит в результате слияния материнской и отцовской половых клеток, поэтому потомки несут признаки обеих
родительских форм. Половые клетки составляют ничтожно малую долю многоклеточного организма. Они содержат наследственную
информацию - совокупность генов - единиц наследственности. Наследственная информация определяет четкий план онтогенеза, в
процессе которого развиваются и формируются специфические для данной особи свойства и признаки.
М. Е. Лобашов дает следующее определение: «Наследственностью называется свойство организмов обеспечивать
материальную и функциональную преемственность между поколениями, а также обусловливать специфический характер
индивидуального развития в определенных условиях внешней среды».
Наряду с термином «наследственность» в генетике применяют термины «наследование» и «наследуемость». Наследованием
называют процесс передачи наследственных задатков или наследственной информации от одного поколения другому, в результате
чего у потомков формируются определенные признаки и свойства, присущие родительским особям. Термином «наследуемость»
обозначают долю генетической изменчивости в общей фенотипической изменчивости признака в конкретной популяции животных или
растений.
Больше внимание в генетике уделяется изучению изменчивости- способности организмов изменяться под действием
наследственных и ненаследственных факторов. Различают наследственную (генотипическую) изменчивость и ненаследственную,
возникающую под влиянием внешней среды и проявляющуюся в виде модификаций.
Современное изучение наследственности и изменчивости ведется на разных уровнях организации живой материи -
молекулярном, клеточном, организменном и популяционном; при этом используют различные методы исследований.
Методы генетических исследований
Современная генетика изучает явления наследственности и изменчивости, опираясь на достижения различных отраслей,
биологии - биохимии, биофизики, цитологии, эмбриологии, микробиологии, зоологии, ботаники, растениеводства и животноводства.
Генетические исследования значительно обогатили теоретические области биологии, а также зоотехнию, ветеринарию, племенное
дело и разведение сельскохозяйственных животных, селекцию и семеноводство растений, медицину.
Основными объектами генетических исследований на молекулярном уровне являются молекулы нуклеиновых кислот-ДНК и
РНК, обеспечивающие сохранение, передачу и реализацию наследственной информации. Изучение нуклеиновых кислот вирусов,
бактерий, грибов, клеток растений и животных, культивируемых вне организма (in vitro), позволяет установить закономерности
действия генов в процессе жизне-деятельности клетки и организма.
Раздел генетики, изучающий явления наследственности на клеточном уровне, получил название цитогенегики. Клетка является
элементарной системой, содержащей в полном объеме генетическую программу индивидуального развития особи. Основными
объектами исследований с помощью цитологических методов являются клетки растений и животных как а организме (in vivo), так и
вне организма, а также вирусы и бактерии. В последние годы проводятся исследования соматических клеток, размножаемых вне
организма. Особое внимание уделяется исследованию хромосом и некоторых других органоидов клетки, содержащих ДНК, -
митохондрий, пластид, плазмид, а также рибосом, на которых осуществляется синтез полипептидных цепей - первичных молекул
белка.
Гибридологический метод впервые был разработан и применен Г. Менделем в 1856-1863 гг. для изучения наследования
признаков и с тех пор является основным методом генетических исследований. Он включает систему скрещиваний заранее
подобранных родительских особей, различающихся по одному, двум или трем альтернативным признакам, наследование которых
изучается. Проводится тщательный анализ гибридов первого, второго, третьего, а иногда и последующих поколений по степени и
характеру проявления изучаемых признаков. Этот метод имеет важное значение в селекции растений и животных. Он включает и так
называемый рекомбинационный метод, который основан на явлении кроссинговера - обмена идентичными участками в хроматидах
гомологических хромосом в профазе I мейоза. Этот метод широко используют для составления генетических карт, а также для
создания рекомбинантных молекул ДНК, содержащих генетические системы различных организмов.
Моносомный метод позволяет установить, в какой хромосоме локализованы соответствующие гены, а в сочетании с
рекомбинационным методом - определить место локализации генов в хромосоме.
Генеалогический метод - один из вариантов гибридологического. Его применяют при изучении наследования при¬знаков по
анализу родословных с учетом их проявления у жи¬вотных родственных групп в нескольких поколениях. Этот метод используют при
изучении наследственности у человека и животных, малоплодие которых имеет видовую обусловленность.
Близнецовый метод применяют при изучении влияния определенных факторов внешней среды и их взаимодействия с генотипом
особи, а также для выявления относительной роли генотипической и модификационной изменчивости в общей изменчивости признака.
Близнецами называют потомков, родившихся в одном помете одноплодных домашних животных (крупный рогатый скот, лошади и
др.).
Различают два типа близнецов - идентичные (однояйцовые), имеющие одинаковый генотип, и неидентичные (разнояйцовые),
возникшие из раздельно оплодотворенных двух или более яйцеклеток.
Мутационный метод (мутагенез) позволяет установить характер влияния мутагенных факторов на генетический аппарат клетки,
ДНК, хромосомы, на изменения признаков или свойств. Мутагенез используют в селекции сельскохозяйственных растений, в
микробиологии для создания новых штаммов бактерий. Он нашел применение в селекции тутового шелкопряда.
Популяционно-статистический метод используют при изучении явлений наследственности в популяциях. Этот метод дает
возможность установить частоту доминантных и рецессивных аллелей, определяющих тот или иной признак, частоту доминантных и
рецессивных гомозигот и гетерозигот, динамику генетической структуры популяций под влиянием мутаций, изоляции и отбора. Метод
является теоретической основой современной селекции животных.
Феногенетический метод позволяет установить степень влияния генов и условий среды на развитие изучаемых свойств и
признаков в онтогенезе. Изменение в кормлении и содержании животных влияет на характер проявления наследственно
обусловленных признаков и свойств.
Составной частью каждого метода является статистический анализ - биометрический метод. Он представляет собой ряд
математических приемов, позволяющих определить степень достоверности полученных данных, установить вероятность различий
между показателями опытных и контрольных групп животных. Составной частью биометрии являются закон регрессии и
статистический закон наследуемости, установленные Ф. Гальтоном.
В генетике широко используют метод моделирования с помощью ЭВМ для изучения наследования количественных признаков в
популяциях, для оценки селекционных методов - массового отбора, отбора животных по селекционным индексам. Особенно широкое
применение данный метод нашел в области генетической инженерии и молекулярной генетики.
Основные этапы развития генетики
К началу XX в. в растениеводстве и животноводстве был накоплен экспериментальный материал о наследовании потомками
признаков родительских форм. Особенно ценные данные были получены во второй половине XVIII в. И. Кёльрейтером, который
изучал полученные им гибриды у 54 видов растений и установил ряд закономерностей в наследовании признаков: равное влияние на
признак отцовской и материнской форм, возврат признака у гибрида к одной из исходных родительских форм. Он впервые обратил
внимание на дискретный характер наследования признаков, установил наличие пола у растений. Важное значение имели работы О.
Сажре и Ш. Нодена во Франции, Т. Найта в Англии, А. Т. Болотова и К. Ф. Рулье в России, а также многих других ученых и
практиков, которые наблюдали и описывали характер наследования признаков у растений и животных при внутривидовом и
межвидовом скрещиваниях.
Ч. Дарвин (1809-1882) в своей работе «Происхождение видов» (1859) и в последующих трудах обобщил опыт и наблюдения
практиков и естествоиспытателей по изучению явлений наследственности и изменчивости, которые наряду с отбором являются
движущими факторами эволюции органической природы. В работе «Временная гипотеза пангенезиса» Дарвин сделал попытку
объяснить, каким образом осуществляется передача признаков и свойств от родителей потомкам. Эволюционная теория Дарвина
сыграла важную роль в дальнейшем развитии генетики, обусловила возникновение ряда гипотез и теорий, объясняющих сущность
наследственности и изменчивости.
Основоположником генетики принято считать Г. Менделя (1822-1884), который впервые разработал метод научного подхода к
изучению наследственности и в своих опытах с растительными гибридами установил важнейшие законы наследования признаков.
Результаты своих исследований Мендель доложил на заседании общества естествоиспытателей в г. Брно (Чехословакия) и
эта работа не была должным образом оценена современниками и во второй половине XIX в. не оказала существенного влияния на
дальнейшее развитие генетики.
В 1900 г. Г. де Фриз (1848-1935) в Голландии, К. Корренс (1864-1933) в Германии и Э. Чермак (1871 - 1962) в Австрии
независимо друг от друга установили, что полученные ими результаты по наследованию признаков у растительных гибридов
полностью согласуются с данными Г. Менделя, который за 35 лет до них сформулировал правила наследственности. Г. де Фриз
предложил установленные Г. Менделем правила называть законами наследования признаков.
С 1900 г. началось интенсивное развитие науки о наслед¬ственности и изменчивости, и в 1906 г. по предложению английского
ученого В. Бэтсона (1861 - 1926) она получила название «генетика» от латинского слова gепео - порождаю. На различных видах
животных и растений были проверены законы Г. Менделя и установлена их универсальность. Вместе с тем имеющиеся отклонения в
фенотипическом проявлении признаков у гибридов, в характере расщепления гибридов показали сложные взаимодействия генов.
Важную роль в развитии генетики сыграли исследования В. Бэтсона, который изучал наследование признаков у кур, бабочек,
лабораторных грызунов; шведского ученого Г. Нильссона-Эле по генетике количественных признаков и полимерии; датчанина В.
Иоганнсена (1857- 1927), создавшего учение о чистых линиях, которым были предложены термины «ген», «генотип», «фенотип».
Цитологические исследования Т. Бовери (1862-1915) показали наличие параллелизма в поведении хромосом в мейозе и при
оплодотворении с наследованием признаков у гибридов, что послужило предпосылкой для развития хромосомной теории
наследственности, основоположником которой является Т. Г. Морган (1861 -1945), который вместе с А. Стертевантом (1892-1970) и
К- Бриджесом (1889-1938) установил, что наследственные факторы - гены - локализованы в хромосомах клеточного ядра. Этими
учеными был разработан метод составления генетических карт, доказан хромосомный Механизм определения пола. Хромосомная
теория наследственности была крупнейшим достижением генетики и сыграла ведущую роль в ее дальнейшем развитии, становлении
молекулярной биологии.
Большой интерес к генетическим исследованиям был и у русских ученых. В 1912 г. в России вышла книга профессора Е. А.
Богданова (1872-1931) «Менделизм», в которой были представлены исследования в области генетики. Ю. А. Филипченко (1882-1930)
Петроградском университете, написал целую серию работ по частной генетике растений и животных. В этот период стали интенсивно
развиваться генетические исследования, связанные с прикладными вопросами сельского хозяйства, например сравнительная
генетика как теоретическая основа селекции культурных растений, блестяще разработанная Н. И. Вавиловым (1887-1943),
установившим один из величайших законов генетики - закон гомологических рядов в наследственной изменчивости. И. В. Мичурин
(1855-1935) на основании экспериментальной работы теоретически обосновал закономерности наследования признаков у многолетних
плодовых растений. В последующие годы в СССР были созданы генетические школы Н. К. Кольцова (1872-1940), А. С.
Серебровского (1892-1948), М. Ф. Иванова (1871-1935). С. Н. Давиденков (1880-1961) разрабатывал проблемы медицинской генетики.
Важное значение для развития генетики имели работы по получению и изучению индуцированных мутаций. О возможности
спонтанного изменения признака или свойства у отдельных особей писал Ч. Дарвин. В 1902 г. Г. де Фриз создал и опубликовал
основные теоретические положения мутационной теории. В 1925 г. Г. А. Надсон и Г. С. Филиппов в Ленинграде наблюдали
мутационные изменения у дрожжевых и плесневых грибов под действием ионизирующей радиации. В 1927 г. в США Г. Меллером
(1890-1967) были получены мутации у плодовой мушки (drosophila melanogaster) в результате воздействия рентгеновских лучей. Эти
работы послужили началом широкого круга исследований по изучению характера мутационной изменчивости, разработке методов их
получения, проверке и поискам факторов, вызывающих мутации. Большой вклад в развитие мутагенеза и его прикладное
использование внесли советские генетики Н. П. Дубинин, В. В. Сахаров, М. Е. Лобашов, С. М. Гершензон, И. А. Рапопорт. В
растениеводстве успешно разрабатывается методика получения геномных мутаций, обусловленных изменением числа хромосом в
клетках растений, - полиплоидия. А. Р. Жебрак, Л. П. Бреславец получили полиплоидные формы у растений. Г. Д. Карпеченко
экспериментально показал возможность создания новых видов растений методом аллополиплоидии. В. А. Рыбин осуществил
ресинтез (воссоздание) существующего вида растений - культурной сливы.
В развитие генетики популяций и разработку генетических основ эволюционной теории большой вклад внесли русские ученые С.
С. Четвериков (1880-1959), И. И. Шмальгаузен (1884- 1963), Н. П. Дубинин. Для разработки генетических методов селекции
животных важное значение имели работы М. Ф. Иванова, А. С. Серебровского, С. Г. Давыдова и др.
С 1944 г. начались интенсивные исследования явлений на-следственности и изменчивости на молекулярном уровне. В 1944 г.
американский генетик О. Звери с сотрудниками показал, что ведущая роль в сохранении и передаче наследственной информации
принадлежит ДНК. Это открытие послужило началом развития молекулярной генетики. Важное значение для развития молекулярной
генетики имели успехи в области биохимии нуклеиновых кислот, проводимые В. А. Энгельгардом и его сотрудниками в Институте
молекулярной биологии АН СССР, американским биохимиком Э. Чаргаффом и др.
В 1953 г. Ф. Крик и Д. Уотсон разработали модель структурной формулы молекулы ДНК; в 1961-1965 гг. М. Ниренберг и С.
Очао расшифровали генетический код. Было установлено, что дезоксирибонуклеиновая кислота содержит наследственную
информацию, специфическую для каждого вида и особи, и что гены являются функциональными единицами гигантских молекул ДНК,
Введение
Генетика человека и такие фундаментальные дисциплины, как анатомия, физиология, биохимия, составляют основу современной медицины. Место генетики среди биологических наук и особый интерес к ней определяются тем, что она изучает основные свойства организмов, а именно наследственность и изменчивость.
Наследственность и изменчивость у человека являются предметом изучения генетики человека на всех уровнях его организации: молекулярном, клеточном, организменном, популяционном. Генетика человека своими успехами в значительной мере обязана медицинской генетике - науке, изучающей роль наследственности в патологии человека. Прикладной раздел медицинской генетики - это клиническая генетика, которая использует достижения медицинской генетики, генетики человека и общей генетики в решении клинических проблем, возникающих у людей.
Генетика представляет собой одну из наиболее сложных дисциплин современного естествознания. Чтобы разобраться в ней глубоко, в своей работе я рассмотрю основные этапы развития генетики, виды генетики, достижения генетики в современной медицине и т.д.
1. История развития генетики
Генетика – это наука, изучающая закономерности наследственности и изменчивости, а также обеспечивающие их биологические механизмы.
Первый научный шаг в изучении наследственности был сделан австрийским монахом Грегором Менделем, который в 1866 г. опубликовал статью «Опыты над растительными гибридами», заложившую основы современной генетики.
До открытий Менделя признавалась теория так называемой слитной наследственности. Суть этой теории состояла в том, что при оплодотворении мужское и женское «начало» перемешивались, «как краски в стакане воды», давая начало новому организму. Мендель показал, что наследственные задатки не смешиваются, а передаются от родителей потомкам в виде дискретных (обособленных) единиц. Эти единицы, представленные у особей парами (аллелями), остаются дискретными и передаются последующим поколениям в мужских и женских гаметах, каждая из которых содержит по одной единице из каждой пары. В 1909 г. датский ботаник-селекционер В. Иогансен назвал их «генами», а в 1912 г. американский генетик Т. Г. Морган показал, что они находятся в хромосомах.
Официальной датой рождения генетики считают 1900 год. Тогда были опубликованы данные Г. де Фриза, К. Корренса и К.Чермака, переоткрывших закономерности наследования признаков, установленные Г.Менделем. Первые десятилетия 20-го века оказались плодотворными в развитии основных положений и направлений генетики. Было сформулировано представление о мутациях, популяциях и чистых линиях организмов, хромосомная теория наследственности, открыт закон гомологических рядов, получены данные о возникновении наследственных изменений под действием рентгеновских лучей, была начата разработка основ генетики популяций организмов.
В 1953 году в международном научном журнале была напечатана статья биологов Джеймса Уотсона и Френсиса Крика о строении дезоксирибонуклеиновой кислоты – ДНК.
Структура ДНК оказалась совершенно необычной: её молекулы имеют огромную по молекулярным масштабам длину и состоят из двух нитей, сплетённых между собой в двойную спираль. Каждую из нитей можно сравнить с длинной нитью бус. У белков "бусинами" являются аминокислоты двадцати различных типов. У ДНК – всего четыре типа "бусин", и зовутся они нуклеотидами. "Бусины" двух нитей двойной спирали ДНК связаны между собой и строго друг другу соответствуют. В ДНК напротив нуклеотида аденина находится тимин, напротив цитозина – гуанин. При таком построении двойной спирали каждая из цепей содержит сведения о строении другой. Зная строение одной цепи, всегда можно восстановить другую.
Получаются две двойные спирали – точные копии их предшественницы. Это свойство точно копировать себя имеет ключевое значение для жизни на Земле.
2. Генетика и медицина
2.1 Методы исследования
В генетике основным методом исследования является генетический анализ, который проводится на всех уровнях организации живого (от молекулярного до популяционного). В зависимости от цели исследования "видоизменяется" в частные методы - гибридологический, популяционный, мутационный, рекомбинационный, цитогенетический и др.
Гибридологический метод позволяет установить закономерности наследования отдельных признаков и свойств организма путем проведения серии прямых или возвратных скрещиваний в ряде поколений. Закономерности наследования признаков и свойств у человека устанавливают, используя генеалогический метод (анализ родословных). Законы наследования признака в популяциях определяют с помощью популяционного метода, или популяционного анализа.
Цитогенетический метод, объединивший принципы цитологического и генетического анализа, применяют при изучении закономерностей материальной преемственности в поколениях отдельных клеток и организмов и "анатомии" материальных носителей наследственности.
Феногенетический анализ позволяет изучать действие гена и проявления генов в индивидуальном развитии организма. Для этого используют такие приемы, как пересадка генетически различных тканей, клеточных ядер или отдельных генов из одной клетки в другую, а также исследование так химер - экспериментально полученных многоклеточных организмов, состоящих из генетически различных клеток, исходно принадлежащих разным индивидуумам.
Мутационный и рекомбинационный анализ используют при изучении тонкой организации и функции генетического материала, структуры различных ДНК, их изменений, механизмов функционирования и обмена генами при скрещивании. Интенсивно развивается метод молекулярного генетического анализа.
2.2 Интерес медицины
С развитием генетики стало возможным применение её методов в исследовании неизлечимых ранее болезней, патологий и т.д. Что начало привлекать немалый интерес со стороны ученых, работающих в области медицины. Известно несколько тысяч генетических заболеваний, которые почти на 100% зависят от генотипа особи. К наиболее страшным из них относятся: кислотный фиброз поджелудочной железы, фенилкетонурия, галактоземия, различные формы кретинизма, гемоглобинопатии, а также синдромы Дауна, Тернера, Кляйнфельтера. Кроме того, существуют заболевания, которые зависят и от генотипа, и от среды: ишемическая болезнь, сахарный диабет, ревматоидные заболевания, язвенные болезни желудка и двенадцатиперстной кишки, многие онкологические заболевания, шизофрения и другие заболевания психики.
Исторически интерес медицины к генетике формировался первоначально в связи с наблюдениями за наследуемыми патологическими (болезненными) признаками. Во второй половине 19-го века английский биолог Ф.Гальтон выделил как самостоятельный предмет исследования «наследственность человека». Он же предложил ряд специальных методов генетического анализа: генеалогический, близнецовый, статистический. Изучение закономерностей наследования нормальных и патологических признаков и сейчас занимает ведущее место в генетике человека.
2.3 Генетика человека
Генетика человека (human genetics) – это особый раздел генетики, который изучает особенности наследования признаков у человека, наследственные заболевания (медицинская генетика), генетическую структуру популяций человека. Из направлений генетики человека наиболее интенсивно развиваются цитогенетика, биохимическая генетика, иммуногенетика, генетика высшей нервной деятельности, физиологическая генетика.
Генетика человека является теоретической основой современной медицины и современного здравоохранения. Её подразделяют на антропогенетику, изучающую закономерности наследственности и изменчивости нормальных признаков человеческого организма, демографическую генетику (генетика народонаселения), экологическая генетику (учение о генетических аспектах взаимоотношений человека с окружающей средой) и генетику медицинскую, которая изучает наследственные патологии (болезни, дефекты, уродства и др.).
Наиболее важной областью генетики человека является медицинская генетика. Медицинская генетика помогает понять взаимодействие биологических и факторов среды в патологии человека. Иногда ее рассматривают не как раздел генетики человека, а как самостоятельную область общей генетики.
2.4 Медицинская генетика
Медицинская генетика изучает явления наследственности и изменчивости в различных популяциях людей, особенности проявления и развития нормальных (физических, творческих, интеллектуальных способностей) и патологических признаков, зависимость заболеваний от генетической предопределенности и условий окружающей среды, в том числе от социальных условий жизни. А также разрабатывает системы диагностики, лечения, профилактики и реабилитации, больных наследственными болезнями и диспансеризации их семей, изучает роль и механизмы наследственной предрасположенности при заболеваниях человека.
Формирование медицинской генетики началось в 30-е гг. XX века, когда стали появляться факты, подтверждающие, что наследование признаков у человека подчиняется тем же закономерностям, что и у других живых организмов.
Задачей медицинской генетики является выявление, изучение, профилактика и лечение наследственных болезней, а также разработка путей предотвращения воздействия факторов среды на наследственность человека.
Основным разделом медицинской генетики является клиническая генетика, которая изучает этиологию и патогенез наследственных болезней, изменчивость клинических проявлений и течения наследственной патологии и болезней, характеризующихся наследственным предрасположением, в зависимости от влияния генетических факторов и факторов окружающей среды, а также разрабатывает методы диагностики, лечения и профилактики этих болезней. Клиническая генетика включает в себя нейрогенетику, дерматогенетику (изучающую наследственные заболевания кожи - генодерматозы), офтальмогенетику, фармакогенетику (изучающую наследственно обусловленные реакции организма на лекарственные средства). Медицинская генетика связана со всеми разделами современной клинической медицины и другими областями медицины и здравоохранения, в том числе, с биохимией, физиологией, морфологией, общей патологией, иммунологией.