Генетика людини

Вертьянов С. Ю.

Вивчення спадковості людини пов'язано з певними труднощами. Людина розвивається повільно, потомство має нечисленне, тому достатню статистику провести дуже складно. І, звичайно ж, до людей не застосовуються методи експериментальної генетики. Інтерес до вивчення генетики людини останнім час особливо зріс внаслідок різкого збільшення кількості мутагенів (хімічні речовини, радіація). Кількість спадкових патологій за останні 20 років зросла в кілька разів.

Розглянемо методи вивчення спадковості людини

Генеалогічний метод (греч.genealogia родовід) заснований на вивченні спадкування ознаки в сім'ях протягом ряду поколінь. Метод дозволяє з'ясувати, чи успадковується дана ознака, прослідкувати розщеплення ознак у потомство, характер зчеплення з підлогою, а також алельних генів, що викликають порушення в організмі.

Генеалогічний метод показав, що більшість рецесивних мутацій. Існують вроджені форми рецесивною глухоти і шизофренії. За рецесивним принципом успадковуються важкі захворювання обміну речовин: цукровий діабет і фенілкетонурія. Рецесивний характер мають багато непатологіческіе мутації. Наприклад, блакитний колір очей. Якщо у темнооких батьків народився блакитноокий дитина, то це означає, що обидва вони мають рецесивний ген за цією ознакою в гетерозиготному стані.

Вивчення родоводів дозволило встановити причину сімейної трагедії російського царя святого страстотерпця Миколи II - важкої хвороби царевича Олексія, гемофілії. У генеалогічному дереві царевича хвороба з'являється у дітей королеви Вікторії. Далі вона передавалася в рецесивною формі по материнській лінії. Серед європейців 0,01% чоловіків хворі на гемофілію.

генеалогічними методами встановлено можливість успадкування деяких обдарувань людини, наприклад здібності до музики, математики. Музичний талант в родоводу Бахов виявлявся неодноразово. Ступінь прояви таланту, зрозуміло, залежить від поєднання інших психофізичних ознак у фенотипі і впливу соціального середовища.

Блізнецовий метод

У людини в 1% випадків народжуються близнюки. Вони можуть бути різнояйцевих або однояйцевими. Разнояйцевие близнюки розвиваються з двох різних яйцеклітин, одночасно запліднених двома чоловічих гамет, а однояйцеві - з однієї яйцеклітини, роз'єднайте на ранній стадії дроблення зиготи. Разнояйцевие близнюки, хоча і бувають дуже схожими, але частіше за все нагадують один одного не більше звичайних братів і сестер, народжених у різний час, вони бувають і різностатевим.

Однояйцеві близнюки зустрічаються приблизно вдвічі рідше різнояйцевих, унаслідок загального генотипу вони майже невиразні. Їх організми настільки ідентичні, що приживаються навіть пересаджені від одного близнюка іншому ділянки шкіри. Для інших людей підібрати відповідного донора вельми непросто через наявність в поверхневому апараті клітин специфічних для кожної людини білків, що відповідають за тканинну сумісність.

Вивчення однояйцевих близнюків, які проживають в різних умовах, дозволяє встановити вплив середовища на прояв спадкових задатків, а також з'ясувати, чи є Чи дана ознака успадкованими.

Цитогенетичний метод заснований на мікроскопічному вивченні хромосом. Метод дозволяє вивчати стандартний каріотип людини, а також виявляти спадкові хвороби, викликані геномних і хромосомними мутаціями. Розроблено спеціальні методи, дозволяють фарбувати ділянки хромосом в залежності від їх будови. Це дозволяє розрізняти навіть дуже схожі на вигляд хромосоми. У цитогенетичних дослідженнях звичайно використовують лімфоцити крові, які культивують на штучних поживних середовищах. Дослідження хромосом проводять на стадії метафази.

Важке захворювання, викликане порушеннями хромосом, - синдром Дауна (0,13% новонароджених). Захворювання характеризується розумовою відсталістю, хворі мають низький зріст, короткі і короткопалі руки і ноги. Внаслідок порушень розбіжності хромосом у мейозі в клітинах хворих не 46, а 47 хромосом (замість двох - три 21-х хромосоми).

При синдромі Клайнфельтера в зиготі майбутнього хлопчика (близько 0,17%) з'являється зайва Х-хромосома. Хворі розумово відсталих і безплідні, у них недорозвинені чоловічі статеві ознаки, широкий таз, вузькі плечі і високий зріст.

Причиною синдрому Шерешевського-Тернера є відсутність в зиготі майбутньої дівчинки (близько 0,02% новонароджених) другій Х-хромосоми. У хворих недорозвинені жіночі статеві органи, широка грудна клітка і зростання не вище 150 см.

Втрата фрагмента 5-ої хромосоми призводить до розвитку синдрому "котячого писку ". У хворих дітей незвичайний плач, що нагадує нявкання кішки, обумовлений порушенням будови гортані та голосових зв'язок. Синдром супроводжується розумовою і фізичною недорозвиненням. Відсутність невеликої ділянки 21-ої хромосоми викликає у людини гострий лейкоз.

Біохімічні методи

Засновані на вивченні метаболізму. Ці методи широко застосовують в діагностиці спадкових хвороб, обумовлених генними мутаціями, і при виявленні гетерозиготних носіїв захворювань. Як ми вже знаємо, гени не самі по собі формують ознаки, а за допомогою кодованих ними білків. Білки формують у організмі взаємозалежну систему біохімічних реакцій. Дослідження цих реакцій і дозволяє виявляти багато захворювань.

Відомі десятки спадкових порушень обміну речовин. Так, цукровий діабет розвивається при досить активне синтезі підшлунковою залозою інсуліну, що відповідає за засвоєння глюкози клітинами. Хворому регулярно вводять відсутній інсулін, і обмін речовин нормалізується. Фенилкетонурия викликана мутацією гена, розташованого в 12-й хромосомі, і характеризується зниженням активності ферменту, що перетворює амінокислоту фенілаланін в амінокислоту тирозин. Підвищена концентрація в крові фенілаланіну супроводжується збільшенням вмісту інших шкідливих для організму сполук. У результаті гомозиготні по мутантного аллели діти (близько 0,01%) при відсутності дієти, що виключає продукти, що містять фенілаланін, страждають розумовою відсталістю.

серповидно-клітинна анемія виникає внаслідок генної мутації, що призводить до заміни в шостому положенні ланцюга гемоглобіну глутамінової кислоти на валін. Внаслідок цього нормальний гемоглобін А перетворюється на гемоглобін S, який в умовах нестачі кисню полімеризується з утворенням кристалів і волокон; еритроцити набувають характерну серповидну форму і не в змозі ефективно приєднувати кисень. Гомозиготні з цього рецесивним гену хворі гинуть у ранньому віці, а гетерозиготні (з причини неповного домінування) - При великих фізичних навантаженнях відчувають підвищену стомлюваність.

Дані біохімічних досліджень дозволяють виліковувати або компенсувати наслідки захворювання за допомогою додаткового введення ферментів, не синтезуються в організмах хворих. Одночасно з їх раціону по можливості виключають продукти, які не можуть бути засвоєні через відсутність переробних ферментів (наприклад, вуглеводи - з раціону хворих на цукровий діабет).

Одна з систем груп крові людини АВ0 визначається поєднанням трьох алельних генів, які дають 4 фенотипу - 4 групи крові, що розрізняються білками на поверхні еритроцитів і в плазмі крові. Іншою важливою системою груп крові є резус-система (Rh), що відповідає за наявність на поверхні еритроцитів резус-фактора (відкритого при введенні еритроцитів макак-резусів кроликам). Синтез резус-фактора контролюється трьома зчепленими генами, кожний з яких має не менше двох алелей. Сполучення цих алелей формують генотипи з наявністю (Rh +) або відсутністю (Rh-) резус-фактора. При переливанні крові необхідно знати групу крові за системою АВ0 і за системою резус-фактор.

Якщо мати майбутньої дитини має кров з негативним резусом (Rh-), а батько - з позитивним (Rh +), то в силу домінантності резус-позитивного алелі кров ембріона буде резус-позитивною (якщо у батька немає резус-негативного алелі). Несумісність крові матері та дитини викликає в їх організмах протидія.

При першої вагітності еритроцити плоду проникають в кров матері тільки наприкінці ембріогенезу, тому значних ушкоджень у дитини не виявляється. При другої вагітності накопичилися антитіла з самого початку проникають в кров плода і викликають руйнування його еритроцитів, що мають резус-фактор. У дитини розвивається гемолітична анемія. При наступних вагітностях кількість антитіл ще більше збільшується, і це призводить до загибелі плода. Якщо жінці було зроблено переливання резус-позитивної крові ще до першої вагітності, то у поєднанні з гомозиготних резус-позитивним чоловіком вона виявляється бездітної.

Після того, як з'ясувалася біохімічна природа цього явища, були розроблені медичні методи, що дозволяють матері благополучно виношувати і народжувати дітей при будь-якому поєднанні резус-факторів. У Європі лише 15% людей мають кров Rh-, а інші 85% - Rh +.

Методи молекулярної генетики та генетичної інженерії дозволяють вивчити організацію генетичного апарату, молекулярну структуру генів і геному, встановити нуклеотидну послідовність - як кажуть, секвенувати (? англ. sequence послідовність) 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.

Метод полімеразної ланцюгової реакції (ПЛР) дозволяє багато разів (до 107 разів) помножити (ампліфикувати) бажані фрагменти ДНК. Спочатку спеціальні молекули-праймери приєднуються до ДНК на кінцях фрагменту, що підлягає ампліфікації. Потім ДНК-полімераза починає розмножувати виділені фрагменти. Після кожного циклу розмноження кількість фрагментів подвоюється, зростаючи в геометричній прогресії аналогічно хімічним ланцюговим реакцій. Наявність електричного заряду на поверхні ДНК дозволяє виділити такі фрагменти в електричному полі (при електрофорезі). Методом ПЛР спільно з електрофорезом вивчають генотипи живих організмів і людини. Цими методами вдається виявляти навіть єдину ДНК, наприклад, вірусу і відповідно виявляти багато хвороб.

Питання вчителя

1. Перерахуйте основні методи вивчення спадковості людини, оцініть можливості кожного з них.

2. Наведіть приклади порушень, виявлених цитогенетичним методом.

3. Як біохімічні методи дозволяють лікувати спадкові захворювання?

4. Чому майбутнім батькам потрібно знати свої резус-фактори?

Список літератури

Для підготовки даної роботи були використані матеріали з сайту www.portal-slovo.ru/