Наследственность. Представления о генетическом коде. Гены индивидуальности

Болезни, связанные  с мутациями. Геном человека включает несколько миллио­нов генов, способных к тому же по-раз­ному влиять на развитие признаков. В результате мутаций и перекомбинации генов возникает присущее человеку раз­нообразие по самым разным признакам. Гены человека мутируют каждый с часто­той от 1 на 100 000 до 1 на 10 000 000 га­мет на поколение. Распространение му­таций среди больших групп населения изучает популяционная генетика человека, позволяю­щая составить карты распространения ге­нов, определяющих развитие нормальных признаков и наследственных болезней. Особый интерес для популяционной генетики человека представляют изоляты — группы населения, в к-рых по каким-либо причинам (географич., экономич., социальным, ре­лигиозным и др.) браки заключаются чаще между членами группы. Это при­водит к повышению частоты кровного родства вступающих в брак, а значит, и вероятности того, что рецессивные гены перейдут в гомозиготное состояние и про­явятся, что особенно заметно при мало­численности изолята. 

Исследования в  области Генетики человека продемон­стрировали наличие естественного от­бора в человеческих популяциях. Одна­ко отбор у человека приобретает специфические черты: он интенсивно действует только на эмбриональной стадии (например, самопроизвольные аборты — отражение такого отбора). Отбор в человеческом об­ществе осуществляется посредством диф­ференциальной брачности и плодовито­сти, то есть в результате взаимодействия социальных и биологических факторов. Му­тационный процесс и отбор обусловли­вают огромное 

разнообразие (полимор­физм) по ряду признаков, присущее чело­веку, что делает его с биологич. точки зрения необычайно пластичным и при­способленным видом. 

Широкое использование  в генетике человека цитологических методов способствовало развитию цитогенетики, где основной объект исследова­ния — хромосомы, т. е. структуры клеточ­ного ядра, в к-рых локализованы гены. Установлено (1946), что хромосомный набор в клетках тела человека (сомати­ческих) состоит из 46 хромосом, причём женский пол определяется наличием двух Х-хромосом, а мужской — Х-хро-мосомы и У-хромосомы. В зрелых поло­вых клетках находится половинное (гаплоидное) число хромосом. Митоз, мейоз и оплодотворение поддерживают преем­ственность и постоянство хромосомного набора как в ряду клеточных поколений, так и в поколениях организмов. В резуль­тате нарушений указанных процессов могут возникать аномалии хромосомного набора с изменением числа и структуры хромосом, что приводит к возникновении хромосомных болезней, к-рые нередко выражаются в слабоумии, развитии тя­жёлых врождённых уродств, аномалий половой дифференцировки или обуслов­ливают самопроизвольные аборты. 

История изучения хромосомных  болезней берет начало с клинических  исследований, проводившихся задолго  до описания хромосом человека и открытия хромосомных аномалий . 

Хромосомные болезни - болезнь Дауна , синдромы: Тернера , Клайнфелтера , Патау , Эдвардса. 

С разработкой метода авторадиографии стала возможной  идентификация некоторых индивидуальных хромосом, что способствовало открытию группы хромосомных болезней , связанных со структурными перестройками хромосом . Интенсивное развитие учения о хромосомных болезнях началось в 70х годах 20 в. после разработки методов дифференциального окрашивания хромосом. 

Классификация хромосомных  болезней основана на типах мутаций  вовлеченных в них хромосом. Мутации  в половых клетках приводят к  развитию полных форм хромосомных болезней, при которых все клетки организма  имеют одну и ту же хромосомную  аномалию. 

В настоящее время  описано 2 варианта нарушений числа  хромосомных наборов - тетраплоидия и триплодия . Другая группа синдромов обусловлена нарушениями числа отдельных хромосом – трисомиями (когда имеется добавочная хромосома в диплоидном наборе) или 

моносомия (одна из хромосом отсутствует )..Моносомии аутосом несовместимы с жизнью . Трисомии - более часто встречающаяся паталогия у человека . Ряд хромосомных болезней связан с нарушением числа половых хромосом. 

Самая многочисленная группа хромосомных болезней- это синдромы , обусловленные структурными перестройками хромосом . Выделяют хромосомные синдромы так называемых 

частичных моносомий ( увеличение или уменьшение числа отдельных хромосом не на целую хромосому , а на ее часть ). 

В связи с тем , что подавляющая часть хромосомных аномалий относится к категории летальных мутаций , для характеристики их количественных параметров используются 2 показателя - частота распространениея и частота возникновения .Выяснено , что около 170 из 1000 эмбрионов и плодов погибают до рождения , из них около 40% - вследствие влияния хромосомных нарушений . Тем не менее значительная часть мутантов ( носителей хромосомной аномалии ) минует действие внутриутробного отбора. 

Но некоторые из них погибают в раннем, до достижения пубертатного возраста . Больные с  аномалиями половых хромосом из -за нарушений полового развития , как  правило, не оставляют потомства.Отсюда следует все аномалии можно отнести к мутациям . Показано ,что в общем случае хромосомные мутации почти полностью изчезают из популяции через 15 - 17 поколений . 

Для всех форм хромосомных  болезней общим признаком является множественность нарушений ( врожденные пороки развития ). Общими проявлениями хромосомных болезней являются : задержка физического и психомоторного развития, умственная отсталость , костно-мышечные аномалии, пороки сердечно - сосудистой , мочеполовой , нервной и др. систем , отклонение в гормональном , биохимическом и иммунологическом статусе и др. 

Степень поражения  органов при хромосомных болезней зависит от многих факторов - типа хромосомной  аномалии , недостающего или избыточного материала индивидуальной хромосомы , генотипа организма , условий среды , в котором развивается организм . 

Этиологическое лечение  хромосомных болезней в настоящее  время не разработано. 

Разработка методов  пренатальной диагностики делает этот подход эффективным в борьбе не только с хромосомными , но и с др. наследственными болезнями . 

Лечение и профилактика наследственных болезней. Успехи в  развитии генетики человека сделали  воз­можными предупреждение и лечение наследственных заболеваний. Один из эффективных методов их предупрежде­ния — медико-генетическое консульти­рование с предсказанием риска появле­ния больного в потомстве лиц, страдаю­щих данным заболеванием или имеющих больного родственника. Достижения био­химической генетике человека раскрыли первопричину (мо­лекулярный механизм) множество наследст­венно обусловленных дефектов, аномалий обмена веществ, что способствовало раз­работке методов экспресс-диагностики, позволяющих быстро и рано выявлять больных, и лечения мн. прежде неизле­чимых наследств, болезней. Чаще всего лечение состоит во введении в организм веществ, не образующихся в нём вслед­ствие генетического дефекта, или в состав­лении специальных диет, из к-рых уст­ранены вещества, оказывающие токсическое действие на организм в результате на­следственно обусловленной неспособ­ности к их расщеплению. Многие генетические дефекты исправляются с помощью своевременного хирургического вмешательства или педагогической коррекции. Практические мероприятия, направленные на поддержание наследственного здоровья человека, на охрану генофонда человечества, осуществляются через сис­тему медико-генетических консультаций. Основная цель медико-генетического консультирова­ния — информировать заинтересованных лиц о вероятности риска появления в по­томстве больных. К медико-генетическим меро­приятиям относится также пропаганда ге­нетических знаний среди населения, т. к. это способствует более ответственному под­ходу к деторождению. Медико-генетическая консультация воздерживается от мер при­нудительного или поощрительного харак­тера в вопросах деторождения или вступ­ления в брак, принимая на себя лишь функцию информации. Большое значе­ние имеет система мер, направленных на создание наилучших условий для прояв­ления положит, наследств, задатков и предотвращение вредных воздействий среды на наследственность человека. 

Генетика человека представляет собой естественнона­учную основу борьбы с расизмом, убеди­тельно показывая, что расы — это формы адаптации человека к конкретным усло­виям среды (климатическим и иным), что они отличаются друг от друга не наличием «хороших» или «плохих» генов, а частотой распространения обычных генов, свойст­венных всем расам. Генетика человека показывает, что все расы равноценны (но не одинаковы) с биологической точки 

зрения и обладают равными возможностями для развития, определяемого не генетическими а социально-историческими условиями. Констатация биологических наследственных различий 

между отдельными людьми или расами не может слу­жить основанием для каких-либо выводов мо­рального, юридического или социального порядка, ущемляющих права этих людей или  рас . Данные генетики человека пока­зали, что довольно часты гены, опреде­ляющие развитие разнообразных уродств и наследственных заболеваний: наследст­венных болезней обмена, психических и др. Уменьшению вероятности появления в семьях наследственно больных детей призваны способствовать медико-генети­ческие консультации. Ранняя диагности­ка наследственных заболеваний позволяет при­менить необходимые методы лечения. Существенно важен учёт наследственности в реакции разных людей на лекарства и другие химические вещества, а также 

в иммунология, реак­циях. Бесспорна роль молекулярно-генетических механизмов в этиологии злокачественных опухолей. 

Явления наследственности предстают в разной форме в  зависимости от уровня жизни, на котором  они изучаются (молекула, клетка, орга­низм, популяция). Но в конечном счёте наследственность обеспечивается самовоспроизведением материальных единиц наследственности (генов и цито­плазматических элементов), молекулярная структура которых известна. Закономерный матричный характер их ауторепродукции нарушаетсяи мутациями отдельных генов или перестройками генетических систем в це­лом. Всякое изменение в ауторепродуцирующемся элементе наследуется кон­стантно. 

Генетическая инженерия . 

Что такое генетическая инженерия? Генетическая инженерия - это  раздел молекулярной генетики, связанный  с целенаправленным созданием новых  комбинаций генетического материала. Основа прикладной генетической инженерии - теория гена. Созданный генетический материал способен размножаться в клетке-хозяине  и синтезировать конечные продукты обмена. 

Из истории генетической инженерии. Генетическая инженерия  возникла в 1972 году, в Станфордском университете, в США. Тогда лаборатория П. Берга получила первую рекомбинатную (гибридную) ДНК или (рекДНК). Она соединяла в себе фрагменты ДНК фага лямбда, кишечной палочки и обезьяньего вируса SV40. 

Строение рекомбинантной ДНК. Гибридная ДНК имеет вид  кольца. Она содержит ген (или гены) и вектор. Вектор - это фрагмент ДНК, обеспечивающий размножение гибридной  ДНК и синтез конечных продуктов деятельности генетической системы - белков. Большая часть векторов получена на основе фага лямбда, из плазмид, вирусов SV40, полиомы, дрожжей и др. бактерий. Синтез белков происходит клетке-хозяине. Наиболее часто в качестве клетки-хозяина используют кишечную палочку, однако применяют и др. бактерии, дрожжи, животные 

или растительные клетки. Система вектор-хозяин не может быть произвольной: вектор подгоняется к  клетке-хозяину. Выбор вектора зависит  от видовой специфичности и целей  исследования. Ключевое значение в  конструировании гибридной ДНК  несут два фермента. Первый - рестриктаза - рассекает молекулу ДНК на фрагменты по строго определенным местам. И второй - ДНК-лигазы - сшивают фрагменты ДНК в единое целое. Только после выделения таких ферментов создание искусственных генетических структур стало технически выполнимой задачей. 

Этапы генного синтеза. Гены, подлежащие клонированию, могут  быть получены в составе фрагментов путем механического или рестриктазного дробления тотальной ДНК. Но структурные гены, как правило, приходится либо синтезировать химико-биологическим путем, либо получать в виде ДНК-копии информационных РНК, соответствующих избранному гену. Структурные гены содержат только кодированную запись конечного продукта (белка, РНК), и полностью лишены регуляторных участков. И поэтому не способны функционировать в клетке-хозяине. 

При получении рекДНК образуется чаще всего несколько структур, из которых только одна является нужной. Поэтому обязательный этап составляет селекция и молекулярное клонирование рекДНК, введенной путем трансформации в клетку-хозяина. Существует 3 пути селекции рекДНК: генетический, иммунохимический и гибризационный с мечеными ДНК и РНК. 

Практические результаты генной инженерии. В результате интенсивного развития методов генетической инженерии  получены клоны множества генов  рибосомальной, транспортной и 5S РНК , гистонов, глобина мыши, кролика, человека, коллагена, овальбумина, инсулина человека и др. пептидных гормонов, интерферона человека и прочее. Это позволило создавать штаммы бактерий, производящих многие биологически активные вещества, используемые в медицине, сельском хозяйстве и микробиологической промышленности. 

На основе генетической инженерии возникла отрасль фармацевтической промышленности, названная «индустрией  ДНК». Это одна из современных ветвей биотехнологии.