Лекция №25.

Тема: Основы генетики человека.

Цель:

Содержание лекции: Человек как объект генетических исследований! Генеалогический, цитологический, биохимический, близнецовый, октогенетический и популяционный методы. Анализ родословных. Кариотип человека.

ГЕНЕТИКА ЧЕЛОВЕКА.

По мере того как всё большому кругу людей становится известно, что многие заболевания и отклонения от нормы имеют наследственную основу, всё больше людей, собирающихся стать родителями, чувствуют свою ответственность перед потомством. Они спрашивают генетического совета. Ответ редко бывает простым. Генетика человека – ещё очень молодая наука, возраст её едвали равен двум человеческим поколениям. Лишь в отношении небольшого числа заболеваний и уродств стало известно, что они определяются доминантными или рецессивными генами. Людям, несущим такие гены, генетик часто может предсказать, что их ждет при рождении ребенка. Иногда генетик может с уверенностью сказать, что риск практически ничтожен. Давая совет, генетик должен учитывать многие сложные факторы. Современная клиническая диагностика ненормальностей весьма совершенна.

Однако она плохо учитывать события в процессе развития, которые приводят к явной ненормальности. Катаракта у новорожденного ребенка может быть вызвана действием какого-то гена; она может быть также обусловлена вирусом, который на ранней стадии беременности вызвал у матери коревую краснуху, а у эмбриона – глубокое нарушение хрусталика. Клиническая картина обоих видов катаракты одинакова, но первый вид наследуется, а второй – нет. В разборе такого случая генетику дающему совет необходимо знать не только сам факт наличия заболевания катарактой в семье обоих родителей, но также знать, чем болела мать ребенка во время беременности. Основой в таких случаях является родословная семьи.

Анализ наследования человека на основе составления родословной – генеалогии, был предложен Ф. Гальтоном. Генеалогический метод применим, если известны прямые родственники – предки обладателя наследственного признака. Царапина или даже основательная ссадина нас мало тревожит: никому и в голову не приходит, что может вытечь вся кровь. Однако, изредка, один на сколько десятков тысяч, встречаются люди, пугающиеся любой царапины, причем у них есть все основания для такого страха. Кровотечения у них останавливаются с большим трудом, и даже небольшая травма может быть причиной смерти. В крови любого человека есть фибриноген, вещество белковой природы, превращающееся у нормальных людей в фибрин, сгустки которого закупоривают рану. Это происходит благодаря наличию ряда факторов свертывания крови. У тех редких людей, о которых шла речь, один из этих факторов отсутствует. Наследственный дефект и болезнь давно известны под названием гемофилия. Этим недугом страдал царевич Алексей, сын Николая II. Она же была у испанских принцев Альфонса и Гонсало. Та же участь посетила короля Эдуарда Седьмого. Королевская болезнь? Да, такое впечатление может возникнуть у человека незнающего гемофилию. А генетик вспомнит, что по законам царских домов принцы могли женится только на принцессах (ведь ещё совсем недавно, в середине тридцатых годов ХХ века, английский король Эдуард Восьмой вынужден был отказаться от пристола, после того, как решил жениться по любви). Но принцесс на свете мало, и потому все царские фамилии Европы, находились в ближайшем кровном родстве. Оказывается короли и королевы, принцы и принцессы – это неплохой генетический объект. На человеке нельзя ставить опыты, нельзя проводить специальные скрещивания для выяснения законов наследственности. Но европейские самодержцы вступали в брак вопреки требованиям природы и близко к тому, что мог бы сделать с ними экспериментатор. К тому же и родословные королей известны получше землепашцев.

Если взять родословную охватывающую восемь последних поколений европейских королей и рассмотреть её, то дело с заболеваниями сразу проявляется. Десять случаев гемофилии, и все только у мужчин. И не разу сын не наследовал болезнь от родного отца. Но братья матерей очень часто оказывались больными. От дяди к племяннику. Да именно так «ходом шахматного коня», по образному выражению Уильямса Бэтсона, передается гемофилия. Значит вредный ген сын получает от матери с х – хромосомой, мать гетерозиготна по этому гену и здорова. Дальнейшее рассмотрение родословной показывает, что первой носительницей гемофилии была английская королева Виктория. Ничто из предков или родственников по боковым линиям не болел этой болезнью. Очевидно мутация возникла у нее самой на ранней стадии. Закон наследования гемофилии очень прост и народная наблюдательность отметила этот закон на несколько веков раньше. Ещё в Талмуде говорится, что у младенцев, старшие братья которых и дядья по материнской линии имеют склонность к кровотечению, опасно производить образование.

Исследование родословных позволило обнаружить наследственный характер многих нормальных и патологических признаков у человека, вскрыть характер их наследования. Вообще родословные – однако из важнейших средств изучения генетики человека. Но оно далеко не единственное.

Сама природа дает в руку генетика замечательный объект для изучения – это близнецы. Общеизвестно, что близнецы бывают двух типов. Иногда похожи друг на друга так, что их невозможно различить, а иногда не больше чем обычные братья и сестры. Происхождение тех и других неодинаково. В первом случае близнецы развиваются из одной и той же оплодотворенной яйцеклетки, их называют – однояйцевыми. Они имеют совершенно одинаковый набор генов. А во - втором случае, возникают из двух разных яйцеклеток. Число близнецов в одних родах у человека колеблется: чаще всего рождаются двойни, реже тройни, еще реже четверни, совсем редко – пятерни, по данным И.И. Канаева за последние 150 лет в США установлено четыре случая рождения пятерни, в Канаде – два случая. Факт рождения Об – пятерных девочек, доживших до взросло состояния. Рассчитано, что пятерни рождаются один раз на 54700816 родов, шестерни – на 4712 млн. родов, семерни известны только как исключение. В среднем частота рождения близнецов составляет 1% с колебаниями в пределах 0,5-1,5%. Близнецы менее жизнеспособны, и поэтому их количество при рождении меньше, чем при зачатии, а во взрослом состоянии меньше, чем при рождении.

ОБ или идентичные близнецы возникают путем расщепления на стадии раннего эмбриогенеза: они можно сказать, как бы две половинки того, что обычно считается одним индивидуумом. Если разделение произошло тогда, когда у эмбриона уже начало определяться двусторонняя ассиметрия, близнецы могут стать зеркальным отражением друг друга по многим признакам. Так один из них может быть левшой, другой – правшой; или у одного волосы на макушке закручиваются по часовой стрелке, а у второго против часовой.

Результаты, получаемые при исследовании близнецов, настолько наглядны, что стоит привести несколько примеров. Для идентичных близнецов совпадение по цвету глаз составляют 99,5%, по цвету волос – 97%, по цвету кожи – 100%. У неидентичных близнецов аналогичные признаки оказались равны: 27,2345%. Совершенно ясно, что все эти «хорошие» признаки. Более интересно рассмотреть данные по болезням у близнецов. Для шизофрении, например, число совпадений у ОБ составляет 69%, у РБ – лишь – 10%, для эпилепсии получены цифры ОБ – 67 и РБ – 3%, для диабета 65 и 18%. Генетикам приходится жалеть, что условия жизни близнецов чересчур сходны, чем условия жизни обыкновенных братьев и сестер, которые хотя и растут в одной семье, но не в одно и тот же время. Поэтому недооценивается среда.

В США установили с 1923 по 1934 г.г. около 20 случаев рождения близнецов, которые воспитывались в разных семьях. Средняя разница Пи – показателя интелегентности, успешности школьных занятий, чертам характера при раздельном воспитании близнецов увеличивалась тем более, чем больше различались семьи их принявшие на воспитание в социальном и культурном отношении.

Во Всесоюзном институте экспериментальной медицины было изучено свыше тысячи близнецов дошкольного возраста. Несколько пар идентичных близнецов упражнялись в строительстве фигур из кубиков. Всем были даны одинаковые кубики, а картинки разные. У одного близнеца на картинке были помечены каждой кубик, другой получал модель постройки, в котороц кубики были заклеены бумагой. Через два месяца в каждой паре обнаружилось различие. Второй близнец, выполнявший более трудное задание, проявлял себя лучше. Он не только быстро строил, но и проявлял творчество при создании моделей. Такой тип близнецовых исследований очень интересен для изучения физического и умственного развития детей под влиянием факторов среды.

К 1940 г. в США провели обширные исследования наследственной предрасположенности к туберкулезу. Среди 930 братьев и сестер 25,5% страдали туберкулезом. Такой высокий процент заболеваемости можно объяснить частично инфекцией, условиями жизни, недостаточным питанием, поэтому если один брат был болен, то 25,5 случаях из 100 другой брат был тоже болен. Конечно, не может быть туберкулеза без туберкулезной бациллы, но и одной инфекции мало чтобы вызвать болезнь. Наследственные факторы устойчивости и восприимчивости вместе с благоприятными и неблагоприятными условиями жизни определяют, последует ли заражение или нет. Однако наследственность нельзя рассматривать как неизбежный рок. Если мы знаем как предупредить и вылечить болезнь, мы можем её предупредить и вылечить независимо от того, обусловлена она наследственно или нет.

Психические расстройства. Подобно физическим болезням, часто имеют наследственную основу. Существуют гены, вызывающие у лиц их несущих тенденцию порождать душевный надлом в условиях сильного напряжения, которое, однако, может быть благополучно преодолено людьми с лучшим генетическим багажом.

Ш. Ауэрбах описывает опыт по использованию близнецового метода по взаимодействию наследственности и среды как факторов порождающих преступность. В период между двумя мировыми войнами в Германии, Голландии и СШа собрали материал по близнецам среди заключенных в тюрьмах. Они выискивали близнецовых братьев и сестер у заключенных. Если они оказывались преступниками, то пара близнецов считалась «конкордантной», если нет, то «дискордантной». По всем данным близнецы оказывались чаще «конкордантными», чем «дискордантными», тогда как неидентичные близнецы чаще были «дискордантными». Выяснилось также, что идентичные близнецы склонны совершать однотипные преступления, в то время как неидентичных близнецов часто осуждают за совершенно разные преступления. Во многих случаях идентичные близнецы вступают на тот же самый преступный путь спустя многие годы существования порознь. Т.О. пишет Ауэрбах, можно предположить, что преступность, подобно душевным заболеваниям, по видовому, является результатом воздействия неблагоприятных условий среды на генетически восприимчивую особь. И опять-таки надо подчеркнуть, что наследственная склонность к преступлениям не может считаться неотвратимым роком. Чем больше преуспевает общество в уничтожении факторов среды, порождающих преступность, путем улучшения социальных условий и воспитания, тем меньше будет случаев проявления этих нежелательных генов в виде преступных фактов.

Парадокс: американские близнецы Били и Бени Максир, которым было 29 лет, были самые тяжелые люди на земле. Один весил 315 кг., другой 327 кг. Каждый из них съедал в завтрак: 18 яиц, 2 кг. Сала или ветчины, буханку хлеба, 1 литр плодового сока, 16 стакан кофе. Обед: 3 кг. овощей, рыбы, 1 испеченного картофеля, 5 салатов, 2 л. холодного чая и 8 стаканов кофе.

Третий метод, широкое используемый при изучении генетики человека – это цитогенетическийметод. В последние годы цитогенетика человека добилась выдающихся успехов. Наиболее распространенным материалом для изучения хромосом человека стала кровь. Из семян фасоли получили вещество, которое заставляет лимфоциты делится и делает хромосомы доступные для изучения. Было окончательно установлено, что клетки человека содержат 46 хромосом, что у женщин клетки имеют по 2 Х-хромосомы, у мужчин по одной Х- и одной У-хромосоме. Затем стали обнаруживаться хромосомные болезни. В конце 40 годов канадский ученый М. Барр обратил внимание на то, что в ядрах всех женских клеток можно обнаружить хорошо красящееся тельце; в мужских клетках его нет. Позже выяснилось, что это тельце не что иное, как одна из Х-хромосом. Когда в клетке только одна Х-хромосома, она не дает этого тельца, а если две, то одна из них образует это тельце – половой хроматин. Задолго до открытия полового хроматина были известны аномалии затрагивающие ряд признаков. Например, у двух из каждой тысячи новорожденных мальчиков встречается синдром К лайнфельтера. У них недоразвиты половые железы, они бесплодны, очень длинноноги, волосяной покров развит слабо, по умственному развитию они отстают от нормальных детей, отмечается тенденция к женскому строению тела (узкие плечи, широкий таз). Микроскопические исследования показали, что больные этим синдромом в клетках имеют половой хроматин, т.е. выглядят как женские. Оказалось, что у этих лиц наблюдается полисомия по половым хромосомам. С цитологической точки зрения этот синдром можно разделить на три варианта.

1. 47 – ХХУ; 48 – ХХХУ; 49 – ХХХХУ.

2. 47 – ХУУ; 48 – ХУУУ.

3. 48 – ХХУУ; 49 – ХХХУУ.

Впрочем встречаются не только мальчик с половым хроматином, но и девочки без него. Правда, эта аномалия наблюдается значительно реже – примерно только на пять тысяч новорожденных. Клетки этих больных содержат только одну х-хромосому (45 -Х). впервые синдром был описан в 1925 г. Н.А. Шерашевским, а затем более детально Тернером и получил название синдром Тернера-Шерашевского. Эта аномалия наблюдается у лиц фенотипически женского пола с задержкой роста и полового развития, нормальными наружными и недоразвитыми внутренними половыми органами, отсутствуют вторичные половые признаки, наблюдаются пороки развития костной, сердечно-сосудистой, мочеполовой и др. систем. Часто отмечается пигментация кожных покровов, родимые пятна, косоглазие. Симптомом синдрома Тернера-Шерашевского является короткая шея с низкой линией роста волос на затылке и крыловидные складки кожи на шее, придающие больному выражение «сфинкса».

Нерасхождение хромосом в мейозе иногда проявляет семейную тенденцию, что выражается в повторных случаях рождения аномальных индивидуумов в одной семье. Известны также аномалии вызванные ненормальным числом аутосом. Например, болезнь Дауна – одна из тяжелых форм идиотизма, - связана с лишней аутосомой. У больных 47 хромосом, в 21 хромосомной группе вместо пары маленьких аутосом находится три акроцентрических хромосомы. В отличии от других хромосомных синдромов болезнь Дауна встречается гораздо чаще: Вашингтон – 1:873; Лондон – 1:666; Польша – 1:575; Санкт-Петербург – 1:912. ученые отметили, что почти половина больных появляются в многодетных семьях и рождаются они последними. Однако рождаются такие дети и у молодых матерей. Возраст отца не играет. Вероятность рождения детей больных у матерей с болезнью Дауна равна 50%.

Популяционныйметод. Позволяет изучать распространение отдельных генов или хромосомных аномалий в человеческих популяциях. Частота распространения в популяции разных аномалий оказывается различной: при этом подавляющее количество соответствующих рецессивных генов представлено в гетерозиготном состоянии. Примерно сотый житель Европы гетерозиготен по гену амавротической идиотии (болезнь Шпильмайера - Фогта), тогда как заболевают этой болезнью в юношеском возрасте из 1 млн. – 25 человек, являющиеся гомозиготными. Альбиносы в Европейских странах встречаются с частотой 1 на 20000, хотя гетерозиготное состояние этой аллели присуще каждому семидесятному жителю.

Несколько иначе дело обстоит в случаях аномалий наследующихся сцеплено с полом, примером служит дальтонизм (цветовая слепота), которая контролируется вероятно рядом аллелей, распределенных по двум тесно сцепленным локусам генов в х-хромосоме. Среди мужского населения частота дальтоников соответствует суммарной частоте рецессивных аллелей и составляла в Москве в 30-х годах 7%, в то же время среди женского населения в той же популяции только 0,5% были дальтоники, но в гетерозиготном состоянии примерно 13% женщин были носительницами аллели дальтонизма.

Вредные последствия родственных браков особенно наглядны в изолированных популяциях ограниченного размера. Внутри изолята (селения, общины) более вероятны родственные браки (инбридинг) и больше шансов на то, что супруги могут нести одинаковые мутантные гены. В одном селении по р. Роне в Швейцарии среди 2200 жителей имелось более 50 глухонемых, и ещё 200 обнаруживают некоторый дефект слуха.

По группам крови устанавливается генетический внутрипопуляционный полиморфизм. Разные популяции существенно различаются по своей генетической структуре, в частности по группам крови. При этом удается проследить четкие закономерности. Если концентрация аллели «I^В» в районе Индии и Китая наибольшая, то к востоку и западу от этого района происходит постепенное падение её вплоть до нуля среди коренных обитателей Америки и Австралии. В то же время у американских индейцев и аборигенов Австралии и Полинезии максимума достигает концентрация аллели «I^О». Аллель «I^А» редка у коренного населения Америки, а также Индии, Аравии, тропической Африки, в Западной Европе. Для объяснения этих различий в генетической структуре популяций недавно был предложена гипотеза, согласно которой решающим фактором отбора в отношении групп крови системы АВО явились эпидемии чумы и оспы. Возбудитель чумы обладал свойством антигена О, оказался наиболее губительным для людей с группой крови «I^О», поскольку такие лица не способны вырабатывать достаточное количество антител в случае инфекции. По аналогичной причине вирус оспы наиболее опасен для людей с группой крови «А. там где свирепствовала чума (Индия, Монголия, Китай, Египет) шла интенсивная элиминация гена «О», а там, где особенно свирепствовала оспа (Америка, Индия, Аравия, тропическая Африка), в первую очередь элиминировалась аллель «А» в районах Азии, где чума и оспа были эндемичны, наибольшую частоту получила аллель «В».

Генетика человека достигла такого уровня развития, что может заниматься не только исследованиями, но и приносить практические плоды.

Всё чаще и чаще генетиков привлекают в качестве экспертов при судебных разбирательствах, для медико-генетических консультаций. В эти консультации обращаются при рождении детей с врожденными аномалиями. Так можно получить советы об уходе за ребенком и прогноз о его дальнейшем развитии.

Во-вторых, у разумных супругов, родивших ненормального ребенка или имеющих среди своих родных лиц с теми или иными отклонениями от нормы, должен возникнуть вопрос целесообразно ли заводить детей. Консультация и здесь окажет помощь. Она предостерегает от рокового шага, или наоборот, избавит от необоснованных тревог: ведь далеко не все аномалии наследственны. Тоже касается возможных противопоказаний для вступления в брак.

По мимо консультаций возможно в значительной степени лечить болезнь. «Подчинить» измененный ген мы пока не можем. Но ведь можно компенсировать неправильную работу мутированного гена. Мутация остается мутацией, но человек будет себя чувствовать нормально. Например, диабет, тяжелая болезнь углеводного обмена, связанная с тем, что поджелудочная железа больного не вырабатывает инсулин. Но инсулин есть теперь в любой аптеке и больные восполняют свой дефект. Вылечить диабет не возможно, но помочь такому человеку можно. Многие формы диабета наследственны. По тому же пути идут и при гемофилии – недостатка свертывания крови. Готовят шприц – тюбик с раствором антигемофильного глобулина. Такой тюбик гемофилик всегда должен иметь с собой. В Швеции, с её небольшим населением, уже теперь каждый гемофилик снабжен таким препаратом. В случае травмы он делает себе укол и кровь нормально свертывается.

Бывают случаи полного излечения от наследственного заболевания. Некоторые формы слабоумия наследственны. Например, фенилкетонурия. Она характерна тем, что в моче больных обнаруживается особое химическое вещество. На 100 тысяч новорожденных – 4 случая. Оказалось, что фенилкетонурия ведет себя как рецессивный признак. Мутация приводит к нарушению обмена веществ, обуславливающий симптомы болезни, из которых самое страшное – необратимое поражение центральной нервной системы. В основе всех патологических изменений лежит нарушение обмена фенилаланина, одной из аминокислот. У здоровых людей избыток фенилаланина выделяется из организма, а у больных превращается в токсическое вещество. А раз так, то если ребенка с первых дней жизни перевести на диабету с низким содержанием фенилаланина, он вырастет вполне здоровым.

Современный человек – продукт эволюции, происходящей на протяжении многих миллионов лет, быстро накапливает знания и технические возможности позволяющие взять в свои руки дальнейшую эволюцию рода человека. Английский натуралист Фрэнсис Гальтон видел пути улучшении человеческого рода в поощрении и ограничении определенных браков. Он впервые, в 1883 г. применил термин «евгеника» или учение о «хорошем роде» или «рождение более лучших». В среде прогрессивной общественности 20-30 г.г. ХХ века сложилось резкое отрицательное отношение к данному разделу науки. Это было вызвано тем, что фашизм в целях оправдания войн положил в основу своей идиологии расовую «теорию», а средством её осуществления так называемую «расовую гигиену». Расовая теория исходила и исходит из совершенно ложного представления о генетической обусловленности духового и интеллектуального превосходства одних рас над другими. Более того, этой теорией допускается, что причиной материального и социального неравенства среди одного народа является генетическая неполноценность неимущих классов.

Естественный отбор потерял значение ведущего фактора биологической эволюции человека. Это привело к колоссальной изменчивости особей внутри вида HOMO Sapiens. Однако естественный отбор как чисто биологический процесс не может не действовать в популяциях человека. Действуют, конечно, и все категории генетикоавтоматических процессов. Вместе с тем следует иметь в виду, что и сама чисто биологическая сторона действия естественного отбора в популяциях людей резко снижена.

Человек создал такие условия для своей жизни, что многие факторы среды потеряли своё лимитирующее значение.

Поскольку человек давно совершил свой качественный скачек, отделивший его от животных, все эти особенности стали свойственны популяциям человека на заре истории. Как только популяция попала под действие социальных законов развития, его биологическая эволюция потекла по другим руслам в сравнении с другими организмами. Точнее сказать, популяция выпала из русла биологического процесса, руководимого действием естественного отбора. Возникла социальная эволюция, который на протяжении уже многих веков подчинен человек.

В свете сказанного ясны ошибки многих авторов, которые опираясь на теорию естественного отбора для эволюции человека, попытаясь создать учение о качественном различии рас человека, говоря о полноценности одних и неполноценности других. Даже классовые различия пытались изобразить в виде биологических. Генетики установили только количественное различие в концентрации разных генов, никаких качественных различий нет.

Отбросив всякие социальные извращения научных основ, медицинская генетика должна существовать и развиваться как наука, основанная на точных биологических и генетических знаниях. Для каждого человека характерен свой генотип, естественно, не каждый генотип в равной степени определяет способности к музыке, математике или спорту. Интеллектуальные способности определяются работой головного мозга. Они определяются наследственно, так же как и другие свойства организма. Для выяснения всех генотипических возможностей человека требуются адекватное генотипу воспитание и тренировка. В силу неадеквативных условий воспитания в обществе пропадают огромные интеллектуальные резервы, которые обязательно должны быть использованы.

Задачей медицинской генетики является поиски путей ограждения человека от отягощения наследственными болезнями, поиск методов оптимальной реализации генотипа в выборе профессии. В человеческом обществе невозможен насильственный подбор, но благодоря разумной деятельности, сам человек придет к созданию необходимотси учета наследственных факторов.

Рекомендуемая литература: М.Е. Лобашев и др.«Генетика с основами селекции». М., МГУ, 1978год. 425стр.

С.Г. Инге-Вечтомов «Генетика с основами селекции». Москва «Высшая школа». 1989год, 590стр.

Р.Г. Заяц. и др. «Общая и медецинская генетика». Ростов- на- Дону. «Феникс». 2002год. 315стр.