МЕТА ЗАНЯТТЯ. Дати сучасні уявлення (генетичні) про різні форми мінливості, основні поняття та терміни теми, механізми

Дати сучасні уявлення (генетичні) про різні форми мінливості, основні поняття та терміни теми, механізми, які забезпечують різні форми мінливості.

Показати значення різних форм мінливості для фенотипової різноманітності людства, виникненню патологічних станів і хвороб.

Довести значення природних факторів, антропогенних факторів у виникненні модифікацій та мутацій (в особливості мутагенних).

Навести приклади різних форм мінливості та значення їх для конкретної людини та в різних популяціях.

Пояснити значення понять експресивності та пенетрантності для оцінки нормальних та патологічних ознак у людини.

5. ЗМІСТ ЗАНЯТТЯ

Викладач перевіряє вихідний рівень знань студентів за такими (слідуючими) програмними теоретичними питаннями:

1. Мінливість, її форми та прояви на організмовому рівні.

2. Фенотипова мінливість. Норма реакції.

3. Мультифакторіальний принцип формування фенотипу, значення умов середовища для експресивності й пенетрантності генів. Фенокопії.

4. Комбінативна мінливість, її значення для фенотипової різноманітності осіб у популяціях людей.

5. Генотипова мінливість, її форми. Визначення та класифікація мутацій. Соматичні мутації. Мозаїцизм.

6. Спонтанні та індуковані мутації. Мутагени: фізичні, хімічні, біологічни.

7. Біологічні антимутагенні механізми.

В процесі опитування викладач звертає увагу на мінливість, як властивість живого, на те що властивість спостерігається на усіх рівнях організації живого, що на організмовому рівні вона приводить до появи фенотипового та генотипового поліморфізму, різноманітності осіб в популяціях людини; значенню спадковості (генотипу) та середовища у формуванні ознак і фенотипу.

Спадковість і середовище.

У генетич­ній інформації закладена здатність розвитку окремих властивостей і ознак. Ця здатність реалізується тільки у пев­них умовах середовища. Одна і та ж спадкова інформація у змінених умовах може проявлятися по-різному. Так, у примули забарвлення квіток (червоне або біле), у кролів гімалайської поро­ди і сіамських котів характер пігмента­ції волосяного покриву на різних час­тинах тіла визначається зовнішньою температурою (на більш охолоджених ділянках шерсть темна, бо у цих орга­нізмів є мутантний фермент — тирозиназа)

(рис 1.).

 

Зміна забарвлення шерсті гімалайського кролика під впливом темпе­ратури:

1 — кролик, який виріс при звичайній температурі се­редовища (близько 20 °С);

2 — кролик, який виріс при високій температурі середовища (близько 32 °С);

3— кролик, у якого на спині виголена частина шерсті і шкіра охолоджувалася під стерильною пов'язкою;

4 — кролик з пігментованою шерстю на ділянці тіла, якаохолоджувалася.

Отже, успадковується не готова ознака, а певний тип реакції на дію зовнішнього середовища.

Діапазон мінливості, у межах якої залежно від умов середовища один і той же генотип здатний давати різні фенотипи, називають нормою реакції. У ряді випадків у одного і того ж гена залежно від всього генотипу і зовнішніх умов можлива різна форма вияву фенотипу: від майже повної від­сутності контрольованої геном ознаки до повної її присутності.

Ступінь прояву ознаки при реаліза­ції генотипу у різних умовах середо­вища називають експресивністю. Під експресивністю розуміють ступень фенотипового вияву гена. Вона пов'язана з мінливістю ознаки у межах нор­ми реакції. Експресивність може про­являтися у зміні морфологічних ознак, біохімічних, імунологічних, патологіч­них та інших показників. Так, вміст хлору у поті людини звичайно не пере­вищує 40 ммоль/л, а при спадковій хворобі — муковісцидозі (при одному і тому ж генотипі) коливається від 40 до 150 ммоль/л. Спадкова хвороба— фенілкетонурія (порушення амінокис­лотного обміну) може мати різний сту­пінь прояву (тобто різну варіабельну експресив­ність), починаючи від легкої розумової відсталості, до глибокої імбецильності (тобто здатності тільки до елементар­них навичок самообслуговування). Експресивність може бути постійною (групи крові та наявність еритроцитарних антигенів) та варіабельною (вміст хлору, цукру в крові, зміни при фенілкетонурії та інших спадкових хворобох).

Одна і та ж ознака може проявля­тися у деяких організмів і не проявля­тися у інших, які мають той же ген. Кількісний показник фенотипового вия­ву гена називають пенетрантністю.

Пенетрантність – частота фенотивого прояву гену серед особин, які мають його в генотипі.

Це кількісна ознака, характеризується співвідношенням особин, у яких даний ген проявляється у фенотипі, до загальної кількості осо­бин, у яких ген міг би проявитися (якщо враховується рецесивний ген, то у гомозигот, якщо домінантний — то у домінантних гомозигот і гетерозигот).

Якщо, наприклад, мутантний ген про­являється у всіх особин, кажуть про 100 %-ну пенетрантність, у решті ви­падків — про неповну і вказують про­цент особин, у яких проявляється ген.

Так, успадкованість груп крові у лю­дини за системою АВО має стопроцент­ну пенетрантність, спадкові хвороби: епілепсія — 67 %, цукровий діабет — 65%, природжений вивих стегна— 20 % пенетрантності тощо.

Терміни «експресивність» і «пене­трантність» введені у 1927 р. М. В. Ти-мофеєвим-Ресовським.

Експресивність і пенетрантність визначаються:

а) певними конкретними генами в генотипі;

б) системою взаємодіючих генів в генотипі, в особливості наявністю полігенів:

в) вливом факторів середовища, які оказують модифікуючи дію на прояв ознак.

Той факт, що один і той же генотип може стати джерелом розвитку різних фенотипів, має суттєве значення для медицини. Це значить, що обтяжена спадковість не обов'язково має прояви­тися. Багато залежить від тих умов, у яких знаходиться людина. У ряді ви­падків хворобу як фенотиповий вияв спадкової інформації можна відверну­ти дотриманням дієти або використан­ням лікарських препаратів. Реалізація спадкової інформації знаходиться у прямій залежності від середовища, їхню взаємозалежність можна сформу­лювати у вигляді певних положень.

1. Оскільки організми є відкритими системами, які існують як єдине ціле з умовами середовища, то і реалізація спадкової інформації відбувається під контролем середовища.

2. Один і той же генотип здатний да­ти різні фенотипи, що визначається умовами, в яких реалізується генотип у процесі онтогенезу особини.

3. У організмі можуть розвиватися тільки ті ознаки, які зумовлені геноти­пом. Фенотипова мінливість у межах норми реакції відбувається за кожною конкретною ознакою.

4. Умови середовища можуть впли­вати на ступінь вираженості спадкової ознаки у організмів, які мають відпо­відний ген (експресивність), або на кількісний прояв ознак (пенетрантність).

Мінливість. (рис 2)

Розрізняють мінливість спадкову і неспадкову. Перша з них пов'язана зі зміною генотипу, друга — фенотипу. Неспадкову мінливість Дар він називав визначеною. У сучасній літературі її прийнято називати фенотиповою. Спадко­ва мінливість, за висловом Дарвіна, є невизначеною, зараз використовують термін генотипова, або спадкова..

Фенотипова мінли­вість. Виділяють дві форми фенотипової мінливості: модифікаційну та випадкову.

Модифікаціями називають фено­типові зміни, які виникають під впли­вом умов середовища. Розмір модифі­каційної мінливості обмежений нормою реакції. Модифікаційні зміни ознаки на успадковуються, але її діапазон, нор­ма реакції генетичне зумовлені і успад­ковуються. Модифікаційні зміни не викликають змін генотипу. Модифіка­ційна мінливість, як правило, носить доцільний характер. Вона відповідає умовам існування, є пристосувальною.

Під впливом зовнішніх умов фенотипово змінюються ріст тварин і рос­лин, їхня маса, колір тощо. Виникнен­ня модифікацій пов'язане з тим, що умови середовища впливають на фер­ментативні реакції, які відбуваються у організмі, і певним чином змінюють їх хід. Цим, зокрема, пояснюється поя ва різного кольору квіток примули і відкладання пігменту у волоссі гіма­лайських кролів. Прикладами модифі­каційної мінливості у людини можуть бути підсилення пігментації під впли­вом ультрафіолетового опромінення, розвиток м'язової і кісткової систем в результаті фізичних навантажень то­що.

До випадкової мінливості не­обхідно віднести також фенокопії. Во­ни зумовлені тим, що у процесі роз­витку під впливом зовнішніх факторів ознака, яка залежить від певного ге­нотипу, може змінитися; при цьому ко­піюються ознаки, що характерні для інших змін - мутацій. На розвиток фенокопій можуть впливати різноманітні фактори середовища — кліматичні, фізичні, хі­мічні, біологічні. Деякі інфекційні хво­роби (краснуха, токсоплазмоз), які пе­ренесла мати під час вагітності, також можуть стати причиною фенокопій ря­ду спадкових хвороб і вад розвитку у новонароджених. Наявність фенокопій часто утруднює діагноз, тому про їх існування лікар повинен знати, тому що генокопії не успадковуються і потребують іншого лікування ніж спадкові хвороби.

Особливу групу модифікаційної мін­ливості складають тривалі модифіка­ції. Так, при дії високої або зниженої температури на лялечок колорадського картопляного жука колір дорослих тва­рин змінюється. Ця ознака спостері­гається у кількох поколінь, а потім по­вертається попередній колір. Вказана ознака передається нащадкам тільки під впливом температури на жіночі особини і не передається, якщо фактор діяв тільки на самців. Отже, тривалі модифікації нагадують цитоплазматичну спадковость.

Генотипову, або генотипну, мінливість прийнято ділити на комбінативну і му­таційну, соматичну та генеративну.

Комбінативна мінливість пов'язана з отриманням нових поєд­нань генів у генотипі. Досягається це у результаті трьох процесів:

а) неза­лежного розходження хромосом при мейозі;

б) випадкового їх поєднання при заплідненні;

в) рекомбінації генів завдяки кросинговеру;

самі генотип при цьому не змінюються, але виникають нові поєднання генів, що призводить до появи організмів з інши­ми генотипом і фенотипом.

Комбінативна мінливість широко розповсюджена у природі. У мікроор­ганізмів, які розмножуються безстате­вим шляхом, виникли своєрідні меха­нізми (трансформація і трансдукція), які приводять до комбінативної мінливості. Все це говорить про вели­ке значення комбінативної мінливості для еволюції, процесу видоутворення.

До комбінативної мінливості прими­кає явище гетерозису. Гетерозис (гр. ПЄІЄГОІ8І5 — видозміни, перетворення), або «гібридна сила», може спостеріга­тися у першому поколінні при гібриди­зації між представниками різних видів або сортів. Проявляється він у формі підвищеної життєздатності, збільшенні зросту та інших особливостей.

Мутаційна мінливість. Мутацією (лат. тиіаііо — зміна) називаюгь змі­ну, яка зумовлена реорганізащєю структури відтворення, перебудовою генетичного матеріалу.Цим мутації різко відрізняються від модифікацій, які не торкаються генотипу особини. Мутації виникають раптово, стрибкоподібне, що іноді різко відрізняє організм від ви­хідної форми.

Мутаційній мін­ливості присвятили свої роботи С. І. Коржинський (1899) і Г.де Фриз (1901). Останнїй ввів термін «мутація».

Тепер відомі мутації у всіх класів тварин, рослин і вірусів. Існує багато мутацій і у людини. Саме мутаціями зумовлений поліморфізм людських по­пуляцій: наявність різних груп крові, різна пігментація шкіри, во­лосся, колір очей, форма носа, вух, під­боріддя тощо. У результаті мутацій з’являються і успадковуються анома­лії та вади у будові тіла, спадковї хвороби людини. З мутаційною мінливістю пов'я­зана еволюція — процес утворення но­вих видів, сортів і порід.

За характе­ром змін генетичного апарату розріз­няють мутації, які зумовлені:

а) змі­ною кількості хромосом (геномні);

б) зміною структури хромосом (хромо­сомні аберації);

в) зміною молекуляр­ної структури гена (генні, або точкові, мутації).

Геномна мінливість.

Гаплоїдний на­бір хромосом, а також сукупність генів, які знаходяться у гаплоїдному на­борі хромосом, називають геномом. Мутації, які спричинюють зміну кіль­кості хромосом, називають геномними. До них відносять гаплоїдію, поліплоїдію і гетероплоїдію (анеуплоїдія).

Поліплоїдія збільшення гаплоїдної кількості хромосом шляхом додавання_ цілих хромосомних наборів у результаті порушення мейзу:

Статеві клітини мають гаплоїдний набір хромосом (п), а для зигот і всіх соматичних клітин характерний дипло-їдний набір (2л). У поліплоїдних форм спостерігається збільшення числа хро­мосом, кратне гаплоїдному набору:

Зл — триплоїд, 4л — тетраплоїд, 5л — пентаплоїд, 6л — гексаплоїд тощо. Ма­буть, еволюція ряду квіткових рослин йшла шляхом поліплоїдізації. Куль­турні рослини у більшості — поліплої-ДИ.

У селекційній практиці з метою отри­мання поліплоїдів на рослини діють критичними температурами, іонізую­чим випромінюванням, хімічними ре­човинами (найбільш поширений алка­лоїд колхіцин).

Форми, які виникають у результаті збільшення кількості хромосом одного генома, називаються автоплоїдними. Відома й інша форма поліплоїдії — алоплоїдія, при якій збільшується кіль­кість хромосом двох різних геномів.

Поліплоїдні форми відомі і у тварин. Мабуть, еволюція деяких груп найпрос­тіших, зокрема інфузорій і радіолярій, ішла шляхом поліплоїдізації. У деяких багатоклітинних тварин поліплоїдні форми вдалося створити штучно (туто­вий шовкопряд).

Гетероплоїдія.

У результаті порушення мейозу і. мітозу кількість хромосом може змінюватися і ставати некратною гаплоїдному набору.

Збільшення на одну гомологічну хромосому (по однієї парі), називаються трисомією. Якщо відбувається трисомія за однією парою хромосом, то такий організм називають трисоміком і його хромосомний набір буде 2л + 1. Трисомія може бути за будь-якою з хромосом і навіть за кіль­кома. Подвійний трисомік має набір хромосом 2л+2, потрійний—2л + 3 тощо.

Явище трисомії вперше описано у дурману. Відома трисомія і в інших ви­дів рослин і тварин, а також у люди­ни. Трисоміками є, наприклад, люди з синдромом Дауна, Патау, Едварса. Трисоміки найчас­тіше нежиттєздатні, бо вони мають ряд патологічних змін (вад розвитку), які несумісні з життям (летальні або сублетальні).

Втрата однієї хромосоми з однієї пари у диплоїдному наборі, називається моносомією, а організм — моносоміком; його каріотип — 2n - 1. При відсутності двох різних хромосом організм буде подвійним моносоміком (2n -2). Як­що з диплоїдного набору випадають обидві гомологічні хромосоми, орга­нізм називається нулісоміком. Такі організми нежиттєздатні.

Із сказаного видно, що гетероплоєдія призводить до змін у будові і зниження життєздатності організму. У людини такі порушення збалансованого набору хромосом вик­ликають хромосомні хворо­би.

Хромосомні аберації виникають у результаті перебудови хромосом. Це наслідок розриву хромосоми їз утворенням їхніх фрагментів, які потім об'єд­нуються, але при цьому нормальна структура хромосоми не відновлюєть­ся. Розрізняють чотири основні типи хромосомних аберацій: нестача, под­воєння (дуплікація), інверсії, транс локації.

Рис. 3 Типи хромосомних аберацій:

Нестачі виникають внаслідок втрати хромосомою тієї чи іншої ділян­ки. Нестача у середній частині хромо­соми призводить організм до загибелі, втрата незначних ділянок викликає зміни спадкових властивостей. Так, при нестачі ділянки однієї з хромосом у кукурудзи її проростки позбавлені хло­рофілу.

Подвоєння (дуплікація) пов'язане з включенням зайвого дуб­люючого відрізка хромосоми. Це також веде до виникнення нових ознак. Так, у дрозофіли ген смужкоподібних очей (замість круглих) зумовлений подвоєн­ням ділянки в одній із хромосом.

Інверсії спостерігаються при роз­риві хромосом і розвертанні відірва­ної ділянки на 180°. Якщо розрив від­бувся в одному місці, фрагмент прик­ріплюється до хромосоми протилеж­ним кінцем, якщо ж у двох місцях, то середній фрагмент розвертається і прикріплюється до місць розриву про­тилежними кінцями.

М. П. Дубінін встановив, що інверсії широко розпов­сюджені, зокрема у дрозофіл природ­них популяцій, і, мабуть, можуть віді­гравати роль у еволюції видів.

Транслокації виникають у тих випадках, коли ділянка хромосоми з однієї пари прикріплюється до негомологічної хромосоми, тобто хромосоми з іншої пари. Транслокація ділянки од­нієї із хромосом (21-ї) відома у люди­ни; вона може бути причиною хвороби Дауна. Більшість великих хромосомних аберацій у зиготах людини спричинює тяжкі аномалії та вади розвитку, несумісні з життям, або загибель зародків ще під час внутрішньоутробного розвитку.

Генні мутації, або трансгенацїї, змі­нюють структуру самого гена. Мутації можуть змінювати ділянки молекули ДНК різної довжини. Найменша ділян­ка, зміна якої приводить до появи му­тації, називається мутоном. Його може складати тільки одна пара нуклеотидів. Зміна послідовності нуклеотидів зумовлює зміни у послідовності трип­летів і зрештою змінює програму син­тезу білків. Необхідно пам'ятати, що порушення у структурі ДНК призво­дять до мутацій тільки тоді, коли не відбувається репарація.

Більшість мутацій, з якими пов'яза­ні еволюція органічного світу і селек­ція, — трансгенації. Ось кілька прик­ладів мутацій, які широко використо­вуються при вивченні законів спадко­вості. У дрозофіли, яка має у нормі червоні очі, з'явились мутанти з очима білого кольору, кольору слонової кіст­ки тощо. Так виникла велика серія алелів, яка мала більше 10 мутантних змін кольору очей.

Альбінізм тварин — типова генна мутація.

Різні алелі мають неоднакову частоту мутації.

Так, у людини мутація, яка, зумовлює карликовість, зустрічається у 5—13 гаметах на мільйон, м'язову дистрофію (м'язову слабість) у 8—11, мікроцефалії (недорозвинення мозку ) —У 27, ретинобластоми (пухлина сітківки ока)—у 3—12 гаметах на мільйон тощо. Для кожного алеля час­тота мутації більш чи менш постійна і коливається у межах 10 ^-5—10 ^-7. Але через те, що в організмі величезна кількість генів, то мутації досить час­ті. Так, у вищих рослин і тварин до 10 % гамет несуть які-небудь нові спонтанні зміни.

Таблиця. Частота мутацій в гаметах.(Бочков)

Соматичні і генеративні мутації.

Му­тації виникають у будь-яких клітинах, тому їх поділяють на соматичні і ге­неративні. Біологічне значення їх не­рівнозначне і пов'язане з характером розмноження організмів.

При поділі соматичної клітини з му­тацією нові властивості передаються її нащадкам. Якщо у рослини мутація виникла у клітині, з якої утворюється брунька, а потім пагін, то останній на­буде нових властивостей. Так, на ку­щеві чорної смородини може з'явитися гілка з білими ягодами. При вегетатив­ному розмноженні нова ознака, яка ви­никла у результаті мутації соматичної клітини, зберігається у нащадків. Цю особливість використовують у селек­ції рослин.

При статевому розмноженні ознаки, які з'являються у результаті соматич­них мутацій, нащадкам не передають­ся і у процесі еволюції не мають ні­якого значення. Проте в індивідуаль­ному розвитку вони можуть впливати на формування ознаки: чим на ранніх стадіях онтогенезу виникають му­тації у соматичних клітинах, тим біль­ша утвориться ділянка тканин з даною мутацією. Такі особини назива­ються мозаїками. Наприклад, мозаїка­ми є люди, у яких різний колір пра­вого і лівого очей, або тварини певної масті, у яких на тілі з'являються пля­ми іншого кольору тощо. Не виключе­но, що соматичні мутації, які впли­вають на метаболізм, є однією з при­чин старіння і злоякісних новоутво­рень.

Якщо мутація відбувається у кліти­нах, із яких розвиваються гамети, або статеві клітини, то нова ознака про­явиться у найближчому або наступних поколіннях. Спостереження показують, що багато мутацій шкідливі для орга­нізму. Це пояснюється тим, що функ­ціонування кожного органа збалансо­ване по відношенню як до інших орга­нів, так і до зовнішнього середовища. Порушення існуючої рівноваги звичай­но веде до зниження життєдіяльності і загибелі організму. Мутації, які зни­жують життєдіяльність, називають на­півлегальними. Несумісні з життям му­тації називають летальними (лат. lеtаlis — смертельний). Проте певна час­тина мутацій може бути корисною. Та­кі мутації є матеріалом для прогресив­ної еволюції.

Індукований мутагенез.

Мутації по­діляють на спонтанні та індуковані. Спонтанними називають мутації, які виникають під впливом невідомих при­родних факторів, найчастіше як ре­зультат помилок при рекомбінації ДНК. Індуковані мутації викликають спеціально спрямованою дією факто­рів, які підвищують мутаційний про­цес.

Спадкові відміни у мікроорганізмів, рослин, тварин і людини, у тому числі спадкові хвороби і каліцтва, з'явились у результаті мутацій. Якщо спонтанні мутації — явище досить рідкісне (час­тота - 10 ^-5—10 ^-7), то використання мутагенних агентів значно підвищує їхню повторюваність.

Фактори, які здатні індукувати му­таційний ефект, називають мутагенними. Встановлено, що будь-які фактори зовнішнього і внутрішнього середови­ща, які можуть порушувати гомео­стаз, здатні викликати мутації. До найсильніших мутагенів відносять хімічні сполуки, різні види випромінювання і біологічні фактори.

Хімічний мутагенез.

Ще у 1934 р. М. Є. Лобашов відмітив, що хімічні мутагени характеризуються трьома якостями: високою проникніс­тю; здатністю змінювати колоїдний стан хромосом; певною дією на стан гена або хромосоми.

Пріоритет відкриття хімічних мута­генів належить радянським дослідни­кам. У 1933 р. В. В. Сахаров одержав мутації шляхом дії йоду, у 1934 р. М. Є. Лобашов — використовуючи аміак. У 1946 р. радянський генетик І. А. Рапопорт виявив сильну мутаген­ну дію формаліну і етиленіміну, а англійська дослідниця Ш. Ауербах — іприту. Пізніше було відкрито багато інших хімічних мутагенів. Деякі з них підсилюють мутаційний ефект у сотні разів порівняно із спонтанним; їх на­зивають супермутагенами (лат. super — зверх, над, понад).

Багато з них, зокрема використовувані для одержан ня високоактивних штамів організмів — продуцентів антибіотиків, відкрив І. А. Рапопорт.

Хімічні мутагени використовуються для отримання мутагенних форм цвільових грибів, актиноміцетів, бактерій, які продукують у великих кількостях антибіотики, певні продукти обміну, вітаміни.

У експериментах мутації індукуються різноманітними хімічними агентами. Цей факт свідчить про те, що, у природних умовах подібні фактори є причиною появи спонтанних мутацій при дії різних хімічних речовин і навіть деяких лікар­ських препаратів, що визначає необхідність вивчення мутагенної дії нових фармакологічних речовин, пестицидів та інших хімічних сполук, які все частіше використовуються у меди­цині і народному господарстві.

Радіаційний мутагенез.

Вперше індуковані радіацією мутації були експериментальне одержані ра­дянськими вченими Г. А. Надсоном і Г. С. Філіпповим, які у 1925 р. спосте­рігали мутаційний ефект на дріжджах після дії на них іонізуючої радіації. У 1927 р. американський генетик Г. Меллер показав, що рентгенівські промені можуть викликати багато му­тацій у дрозофіли, а пізніше мутаген­ну дію рентгенівських променів під­твердили на багатьох об'єктах.

Для штучних мутацій часто викорис­товують гамма-промені, джерелом яких у лабораторіях звичайно є радіоактив­ний кобальт. Останнім часом для індукування мутацій все частіше використовуються нейтрони, які мають велику проникаючу здатність. При цьо­му відбуваються і розриви хромосом, і точкові мутації.

Вивчення мутацій, які викликані дією нейтронів і гамма-променів важливе для оцінки можливих наслідків атомних вибухів та аварій на атомних об’єктах (Чорнобильська АЕС). По-друге, фізичні методи мутагенезу використо­вуються для одержання цінних біологічних об’єктів (бактерій, грибів, рослин).

При опроміненні виникають як ген­ні мутації, так і структурні хромосомні перебудови усіх описаних вище типів: нестачі, інверсії, подвоєння і транслокації, тобто всі структурні зміни, по­в'язані з розривом хромосом. Це пояс­нюється особливостями процесів, які відбуваються у тканинах при дії випро­мінювання (іонізація молекул та наступна їх фрагмента­ція). у

Одним із найнебезпечніших наслід­ків опромінення є утворення вільних радикалів ОН або НО₂ з наявної у тканинах води. Ці радикали мають ви­соку реактивність і можуть розщеплю­вати багато органічних речовин, у то­му числі і нуклеїнові кислоти.

Встановлено, що для людини дозою рентгенівських і гамма-променів, яка подвоює кількість природних мутацій, є доза 0, 5—1, 5 Гр (50—150 рад.).

При всіх недоліках сучасної оцінки рентгенівського ефекту не залишаєть­ся сумнівів у серйозності генетичних наслідків, яких можна чекати у випад­ку безконтрольного підвищення радіо­активного фону навколишнього середо­вища. Небезпека подальшого випробу­вання атомної і водневої зброї очевид­на. Водночас використання атомної енергії у генетиці і селекції дозволить створити нові методи отримання змін спадкової інформації рослин, тварин і мікроорганізмів, глибше зрозуміти процеси генетичної адаптації організ­мів.

Інші мутагенні фактори.

Перші дослідники мутаційного проце­су недооцінювали роль факторів зов­нішнього середовища у явищах мінли­вості. На початку XX ст. деякі дослід­ники навіть вважали, що зовнішні впливи не мають ніякого значення для процесу виникнення мутацій. Згодом ці уявлення були відкинуті завдяки штучному відтворенню мутацій за до­помогою різних факторів зовнішнього середовища. Сьогодні вже можна ска­зати, що немає таких факторів зовніш­нього середовища, які б якоюсь мірою не позначалися на змінах спадкових властивостей. Із фізичних факторів, крім іонізуючої радіації, встановлена мутагенна дія ультрафіолетових про­менів, фотонів світла і температури. Підвищення температури збільшує кількість мутацій. Але температура на­лежить до тих агентів, проти яких у організмів існують захисні механізми, внаслідок чого гомеостаз порушується незначно. У зв'язку з цим температур­ні впливи дають невеликий мутаген­ний ефект у порівнянні з іншими аген­тами.

До біологічних мутагенів відносять віруси і токсини ряду організмів, особ­ливо цвільових грибів. У ряді вітчиз­няних і закордонних лабораторій було встановлено велику кількість хромо­сомних аберацій у культурах мікроор­ганізмів та клітин тварин і людини, які були вражені вірусами. Виявилось також, що віруси викликають у евкаріотичних організмів. При цьому мутаген­ну дію мають не тільки патогенні для даного організму віруси. Так, у дрозо­філи отримали ряд мутацій дією віру­су лейкозу мишей. Причина цього яви­ща, мабуть, криється у здатності віру­сів встроюватися в геном і викликати глибокі зміни метабо­лізму клітини. Таким чином, роль віру­сів у природі полягає у тому, що вони є не тільки збудниками багатьох хвороб рослин, тварин і людини, але і причиною багатьох спонтанних му­тацій.

Гомологічні ряди у спадковій мінли­вості (закон Вавилова).

Відомо, що мутації відбуваються у різних напрям­ках. Проте ця різноманітність поясню­ється закономірністю, яку в 1920 р. ви­явив М. І. Вавилов. Порівнюючи озна­ки різних сортів культурних рослин і близьких до них дикорослих видів, він помітив, що порівнювані рослини мали багато загальних спадкових змін, що і дало М. І. Вавилову можливість сформулювати закон гомологічних ря­дів у спадковій мінливості: „Генетичне близькі види і роди характеризуються подібними рядами спадкової мінливості так, що, знаючи ряд форм у межах одного виду, можна передбачати існу­вання паралельних форм у інших ви­дів і родів”.

М. І. Вавилов вказував, що гомоло­гічні ряди часто виходять за межі ро­дів і навіть родин. Короткопалість від­мічена у представників багатьох рядів ссавців: у великої рогатої худоби, овець, собак, людини. Альбінізм спос­терігається у всіх класів хребетних тварин. Закон гомологічних рядів до­зволяє передбачити можливість появи мутацій, ще невідомих науці, які мо­жуть використовуватися у селекції для створення нових цінних для господар­ства форм.

У основі гомологічних рядів лежить фенотипова подібність, яка виникає як результат дії однакових алелів того ж гена, так і дії різних генів, що зумов­люють подібні ланцюги послідовних біохімічних реакцій у організмі в про­цесі онтогенезу.

Закон гомологічних рядів у спадко­вій мінливості має пряме відношення до вивчення спадкових хвороб людини. Питання лікування і профілактики спадкових хвороб не можна розв'яза­ти без дослідження на тваринах із спадковими аномаліями, які подібні до тих, що спостерігаються у людини.

Згідно з законом М. І. Вавилова, аналогічні спадковим хворобам люди­ни фенотипи мають зустрічатися і у тварин. Дійсно, багато патологічних станів, які виявлені у тварин, можуть бути моделями спадкових хвороб лю­дини. Так, у собак спостерігається ге­мофілія, яка зчеплена із статтю. Аль­бінізм зареєстрований у багатьох ви­дів гризунів, кішок, собак, у ряду пта­хів. Для вивчення м'язової дистрофії використовуються миші, велика рогата худоба, коні; епілепсії — кролі, пацю­ки, миші; аномалій у будові ока — ба­гато видів гризунів, собаки, свині та інші тварини. Спадкова глухота існує у гвінейських свинок, мишей і собак. Вади будови обличчя людини, що гомо­логічні заячій губі (розщілині верхньої губи) та вовчій пащі (розщілині верх­ньої щелепи і твердого піднебіння), спостерігаються у лицьовому відділі черепа мишей, собак, свиней. Спадко­вими хворобами обміну, такими як ожиріння і цукровий діабет, хворіють миші. Крім вже відомих мутацій шляхом впливу мутагенних факторів можна одержати у лабораторних тварин ба­гато нових аномалій, подібних до тих, які зустрічаються у людини та вивчити їх в експеріменті.

6. МАТЕРІАЛЬНЕ І МЕТОДИЧНЕ ЗАБЕЗПЕЧЕННЯ

навчальні таблиці; схеми; методичні вказівк

 

ПРАКТИЧНЕ ЗАНЯТТЯ № 16

ТЕМА

Основи медичної генетики. Методи вивчення спадковості людини.