Генетика людини і її значення для медицини і охорони здоров’я.

Генетика людини — галузь, тісно пов'язана з антропологією і медициною. Генетику людини умовно поділяють на антропогенетику, що вивчає спадковість і мінливість нормальних ознак людського організму, і медичну генетику, яка вивчає його спадкову патологію (хвороби, дефекти, потворність та ін.). Генетика людини пов'язана також з теорією еволюції, оскільки досліджує конкретні механізми еволюції людини і їх місце в природі з психологією, філософією, соціологією. З напрямів генетики людини найінтенсивніше розвиваються цитогенетика, біохімічна генетика, імуногенетика, генетика вищої нервової діяльності, фізіологічна генетика.

Методи вивчення спадковості людини:

1 Генеалогічний метод

2 генетичний метод

3Близнюковий метод

4Цитогенний метод

5Біохімічні методи

Дозволяють вивчити організацію генетичного апарату, молекулярну структуру генів і генотипу, встановити нуклеотидну послідовність - як кажуть, секвенувати геном людини і багатьох інших організмів, з'ясувати молекулярні механізми експресії генів. Розроблено методи визначення функцій генів, клонування генів. Налагоджена ДНК-діагностика (виявлення спорідненості, ідентифікація особистості), досягнуті успіхи в генній терапії спадкових захворювань.

Знання основ медичної генетики дозволяє лікарю розуміти механізми індивідуального перебігу хвороби і вибирати відповідні методи лікування. На основі медико-генетичних знань здобуваються навички діагностики спадкових хвороб, а також з'являється вміння направляти пацієнтів і членів їх сімей на медико-генетичне консультування для первинної та вторинної профілактики спадкової патології.

Придбання медико-генетичних знань сприяє формуванню чітких орієнтирів у сприйнятті нових медико-біологічних відкриттів, що для лікарської професії необхідно повною мірою, оскільки прогрес науки швидко і глибоко змінює клінічну практику.

Спадкові хвороби тривалий час не піддавалися лікуванню, а єдиним методом профілактики була рекомендація утриматися від дітонародження. Ці часи минули.

Сучасна медична генетика озброїла клініцистів методами ранньої, досімптомной (доклінічної) і навіть пренатальної діагностики спадкових хвороб. Інтенсивно розвиваються і в деяких центрах вже застосовуються методи преімплантаційної (до імплантації зародка) діагностики.

Розуміння молекулярних механізмівпатогенезу спадкових хвороб і високі медичні технології забезпечили успішне лікування багатьох форм патології

26 Роль генотипу і середовища у формуванні фенотипу.

Всі різноманіття всього живого та його постійне вдосконалення були б неможливі без мінливості. Це пов'язано з тим, що генотип послідовно реалізується в фенотип в ході індивідуального розвитку організму і в певних умовах життєвого середовища, чинники якої (коливання освітленості, температури, вологості, умов харчування, взаємовідносин з іншими організмами та ін) часто мають визначальне значення на прояв і розвиток того чи іншого ознаки та властивості. Тому організми, що мають однакові генотипи, можуть помітно відрізнятися один від одного за фенотипом. Наведемо кілька прикладів.

Якщо рослини примули, які в звичайних умовах мали червоні квіти, перенести в оранжерею і утримувати їх там при температурі 30-35 ° С і високої вологості, то через деякий час всі квіти у них виявляються білими. Якщо ці ж рослини знову помістити в звичайні (кімнатні) умови, то розпустилися квітки будуть червоними.

Іншим класичним прикладом, що ілюструє вплив зовнішнього середовища на прояв якісних ознак, служить зміна забарвлення шерсті у гімалайського кролика. Зазвичай при 20 ° С у цього кролика вовна біла, за винятком чорних вух, лап, хвоста і мордочки. При 30 ° С такі кролики виростають повністю білими. Якщо ж у гімалайського кролика збрити шерсть на боці або спині й утримувати його при температурі повітря нижче 2 ° С, то замість білої вовни виросте чорна. Але якщо збрити шерсть на вусі, то в звичайних умовах там знову виросте чорна шерсть.

Ці спостереження пояснюють, чому гімалайські кролики народжуються білими, без ділянок чорної шерсті: їх ембріональний розвиток відбувається в умовах високої температури.

Відомо, що всі ознаки і властивості організму спадково детерміновані, однак організми успадковують не самі ознаки та властивості, а лише можливість їх розвитку. Для прояву та розвитку ознаки необхідні відповідні умови зовнішнього середовища.

Але навіть утому випадку, коли прояв і розвиток тієї або іншої ознаки відбувається, ступінь його вираженості буває

різної залежно від умов зовнішнього середовища: при одних вона посилюється, при інших послаблюється. Межі цих змін визначені можливостями, закладеними в генотипі.

Межі модифікаційний мінливості ознаки, обмежені дією генотипу, називають його норн реакції.

Для різних ознак і властивостей організмів кордону, що визначаються нормою реакції, неоднакові. Найбільшою пластичністю і мінливістю характеризуються кількісні ознаки: насіннєва продуктивність злаків, величина удою у великої рогатої худоби, маса тварин, кількість і розміри листя і колосків у рослин і т. д. У той же час якісні ознаки (масть тварин, забарвлення насіння, квіток і плодів, остистого і опушеною колоса у рослин) мало залежать від умов середовища.

Так, у великої рогатої худоби удій багато в чому визначається умовами його змісту. При підборі кормів потрібної якості і кількості цінна порода худоби може дати 5-6 тис. кг молока на рік, а у разі погіршення умов утримання продуктивність знижується до 2,5 тис. кг і навіть нижче. Що стосується масті тварин, то при самих різних умовах вона майже не змінюється.

Подібну закономірність можна спостерігати й у рослин. Наприклад, рослини елітного сорту картоплі, вирощені в умовах високої культури агротехніки, дають урожай бульб 500-600 ц/га і більше. Погіршення умов (важкі глинисті грунти, низька культура землеробства та догляду за рослинами) може призвести до того, що врожайність прекрасного сорти картоплі знизиться до 100-150 ц/га і нижче. Правда, фарбування бульб та їх форма при цьому змінюються в дуже малому ступені.

Розглянуті приклади свідчать про те, що кількісні ознаки мають дуже широкої нормою реакції, а якісні - вужчою.

Таким чином, всі ознаки і властивості кожного сорту рослин і кожної породи тварин можуть змінюватися тільки вмежах норми реакції. Тому спроби добитися високих врожаїв, різко підвищити продуктивність сільськогосподарських тварин тільки за рахунок підвищення рівня культури землеробства, поліпшення умов годування і утримання тварин неспроможні. У першу чергу необхідно отримати нові сорти рослин і породи тварин поліпшеного генотипу, чуйні на гарні умови обробітку та вирощування.

За механізму виникнення і характеру змін ознак розрізняють два типи мінливості - спадкову і Неспадкові.

Під спадковою мінливістю розуміють здатність до змін самого генетичного матеріалу, а під неспадкової (модифікаційний, або фенотипова) - здатність організмів реагувати на умови навколишнього середовища і змінюватися в межах норми реакції, яка визначається генотипом.

25.Модифікаційна мінливість

Модифікаційна мінливість – це мінливість. Яка виникає внаслідок впливу факторів зовнішнього середовища. При цьому в той чи інший бік змінюється (модифікує) фенотип. Генотип при цьому залишається незмінним.

1) Сила та ступінь прояву модифікацій залежить від інтенсивності та тривалості дії модифікуючого фактора (засмага), який викликає дану модифікацію.

2) У більшості випадків модифікації мають адаптивний характер. Це корисна реакція організму на той чи інший зовнішній фактор.

3) Адаптивними є ті модифікації, які виникають під впливом звичайних змін природніх умов, з якими особини данного виду багато разів зустрічались протягом свого еволюційного розвитку.

4) Не мають пристосувальг=ного значення модифікації, які виникають під впливом умов, з якими особини данного виду раніше не зустрічались. Такі модифікації називаються морфозами. Морфози, які зовнішньо нагадують фенотип відомих мутацій називаютьфенокопіями.

5) ступінь стійкості модифікацій має різний характер варіювання.

Існують довготривалі модифікації, що можуть зберігатися протягом багатьох вегетативних поколінь.

Основна відмінність модифікацій від мутацій: неспадковий характер.

Норма реакції – це межі варіювання даної ознаки під впливом зміни зовнішніх умов. Норма реакції визначається генотипом.

Людина, загалом, здавна використовувала знання модифікаційної мінливості, наприклад, у господарстві. При знанні певних індивідуальних особливостей кожної рослини (наприклад, потреба у світлі, воді, температурні умови) можна спланувати максимальний рівень використання (у межах норми реакції) цієї рослини — досягнути найвищої плодоносності. Тому різні види рослин люди розміщують для їх формування у різних умовах — у різних сезонах тощо. Схожа ситуація і з тваринами — знання про потреби, наприклад, корів зумовлює посилене створення молока і, як наслідок, підвищення удою.

Оскільки у людини функціональна асиметрія півкуль головного мозку формується з досягненням певного віку і у неграмотних неосвічених людей вона менша, можна допустити, що асиметрія є наслідком модифікаційної мінливості. Тому на етапах навчання дуже доцільно виявити здібності дитини, щоб найповніше реалізувати її фенотип.

Графічне відображення прояву модифікаційної мінливості — варіаційна крива — відображає як діапазон варіації властивостей, так і частоту зустрічальності окремих варіант.

Після побудови кривої видно, що найбільш часто зустрічаються середні варіанти прояву властивості (закон Кетле). Причиною цього є дія факторів навколишнього середовища на хід онтогенезу. Деякі фактори пригнічують експресію генів, інші посилюють. Майже завжди ці фактори, однаково діючи на онтогенез, нейтралізують один одного, тобто крайні вияви ознаки мінімізуються за частотою зустрічальності. Це і є причиною більшої зустрічальності особин з середнім виявом ознаки. Наприклад, середній зріст чоловіка — 175 см — зустрічається найчастіше.

Фенокопії — зміни фенотипу під дією несприятливих факторів навколишнього середовища, що схожі на мутації.

Морфози — це зміни у фенотипі під дією екстремальних факторів навколишнього середовища.

24 Мутаційна мінливість. Види мутацій.

Мутаційна мінливість

Мутаційна мінливість зумовлює зміну структури спадкових одиниць (генів, хромосом) та успадкування цих змін.

· Геномні (зміна кількості хромосом)

· Поліплоїдія (3n, 4n тощо)

· Гетероплоїдія (n+1, 2n+2 тощо)

· Хромосомні

· делеція - випадання ділянки хромосоми (втрачання певних спадкових властивостей);

· дуплікація - подвоєння ділянки хромосоми;

· інверсія - поворот ділянки хромосоми на 180°;

· транслокація - перенесення ділянки хромосоми на іншу хромосому;

· генні (зачіпання структури гена - мутону - ділянки, що складається з двох нуклеотидів).

Прикладом мутації є деамінування цитозину в молекулах ДНК та утворення пари У-Г замість канонічної пари Ц-Г. Це зумовлюється деамінуванням цитозину внаслідок спонтанних хімічних реакцій. Загалом, мутації виявляються уфенотипі, тільки якщо вони є домінантними. Домінантні мутації пригнічують рецесивні мутації того ж роду. Проте, при чинниках навколишнього середовища, які не відповідають домінантним мутаціям, відбувається вивільнення рецесивних мутацій та успадкування цих змін - такий загальний механізм стабілізувального природного добору.

Мутаційна мінливість приймається синтетичною теорією еволюції як субстрат природного добору. Згідно з цією теорією, етапи природного добору поділяються на такі стадії:

1) Спочатку з’являється особина з новими властивостями (мутаціями);

2) Потім вона виявляється здатною або нездатною залишити нащадків;

3) Якщо особина залишає нащадків, то зміни у її генотипі закріплюються.

· Мутації втрати функції приводять до виробу гена, що має зменшену або немає функції. Коли алель має повну втрату функції (нульовий алель), така мутація часто називається аморфною мутацією. Фенотипи, пов'язані з такими мутаціями, частіше всього рецесивні, але є винятки — коли організм гаплоїдний або коли зменшене дозування продукту гена мало для підтримання нормального фенотипу (гаплонедостатність).

· Мутації отримання функції замінюють продукт гена таким чином що він набуває нової анормальної функції. Такі мутації звичайно мають домінантний фенотип.

· Домінантні негативні мутації (також відомі як антиморфні мутації) мають змінений продукт гену, який діє антагонічно до алелю дикого типу. Такі мутації звичайно приводять до зміненої молекулярної функції (часто недіючої) і характеризуються домінантним або напів-домінантним фенотипом. Синдром Марфана у людини — приклад домінантної негативної мутації, яка проявляється як аутосомна домінантна хвороба. За цими умовами, дефектний глікопротеїн що кодується зміненим геном фібрілину (FBN1) протидіє продукту алелю

Умовна мутація — мутація, яка має фенотип дикого типу за певними природними умовами і мутантом фенотип за певними умовами. Умовні мутації також можуть бути смертельними.

23 Позаядерна спадковість.

Крім указаних, існують також цитоплазматичні фактори спадковості, природа яких ще не встановлена. До того ж певні ознаки і властивості організмам можуть надавати присутні в них паразити або симбіонти.

Дослідження показали складні співвідношення «ген-ознака». Відомі явища взаємодії генів і їх множинної дії. Часто один ген може сприяти прояву відразу декількох ознак і навпаки.Множиннадія генів (плейогронія) — процеси впливу одного гена на формування декількох ознак.Так, ген, що зумовлює блакитне забарвлення у норки, знижує її плодовитість.

Комплементарна взаємодія генів —це взаємодія декількох неалельних генів, що призводить до розвитку однієї ознаки. Результатом взаємодії генів є колір шерсті у собак, коней, мишей, форми гребеня курей, плодів гарбуза, забарвлення квіток горошку запашного.

Полімерія— взаємодія, коли різні домінантні неалельні гени впливають на ступінь розвитку певного стану ознаки, що забезпечує мінливість організмів. Отже, генотип організмів є цілісною системою, що склалася історично. Цілісність генотипу зумовлена явищами множинної дії генів та їхньої взаємодії.

22.Зчеплене успадкування- феномен зкорельованого успадкування алелей генів, розташованих в одній хромосомі.

Повної кореляції не буває через процес кросинговеру, тому що зчеплені гени можуть розійтися по різних гаметах. Кросинговер спостерігається у вигляді розчеплення у потомства тих алелей генів і, відповідно, станів ознак, які були зчеплені у батьків.

Явище зчепленого успадкування було відкрите американським ученим Т.Морганом, який сформулював закон зчепленого успадкування:

· якщо гени знаходяться в одній хромосомі, вони успадковуються разом, утворюючи групу зчеплення;

· кількість груп зчеплення відповідає гаплоїдному набору хромосом;

· сумісне успадкування генів, розташованих в одній хромосомі, називається зчепленим успадкуванням;

· зчеплення генів може порушуватися внаслідок кросинговеру;

· кросинговер – це обмін ділянками між гомологічними хромосомами;

· частота кросинговеру між двома генами прямо пропорційна відстані між ними, яка вимірюється в умовних одиницях – морганідах;

· морганіда – це відстань між генами, за якої кросинговер відбувається з частотою 1%;

· кількісно частота кросинговеру між даними генами дорівнює відсотку кросоверних особин, отриманих при аналізуючому схрещуванні, або відсотку кросоверних гамет, які утворює гетерозиготна батьківська особина;

Завдяки кросинговеру в живих організмів збільшується кількість генетичних рекомбінацій. Хоча частота кросинговеру між різними парами зчеплених генів є величиною відносно сталою, на неї можуть впливати деякі чинники зовнішнього і внутрішнього середовища (хромосомні мутації, які ускладнюють або унеможливлюють перехрест хромосом, занадто висока чи низька температура, рентгенівське опромінення, деякі хімічні сполуки тощо). У деяких видів організмів виявлено залежність частоти кросинговеру від віку (наприклад, у дрозофіли) або статі (миші, кури).

Знаючи частоту кросинговеру між певними генами, можна побудувати генетичні карти хромосом, де зображене взаємне розташування різних генів. Створення генетичних карт людського геному завершено, що дозволить виявляти та певним чином маніпулювати з патологічними генами, відповідальними за появу спадкових захворювань.