Введение. Наследственная информация составляет основу жизни и эволюции как индивидуума, так и популяции и вида.

Наследственная информация составляет основу жизни и эволюции как индивидуума, так и популяции и вида.

Индивидуум (индивид, особь) – отдельный живой организм.

Популяция (от лат. populatio - население) - совокупность особей одного биологического вида, способных к свободному скрещиванию и обладающих общим генофондом. Популяция является элементарной саморегулирующейся единицей эволюционного прогресса.

Вид в систематике рассматривается как совокупность популяций особей, способных к скрещиванию с образованием плодовитого потомства, населяющих определенный ареал и обладающих общим комплексом морфологических, метаболических и физиологических признаков и типов взаимоотношений с окружающей средой. Вид представляет основную таксономическую категорию (от греч. taxis – расположение, порядок и nomos – закон) – общее название классификационных групп существ.

Наследственная изменчивость делится на два вида - комбинативную (рекомбинационную) и мутационную.

Наследственность во взаимосвязи с влияниями внешней среды обеспечивает формирование всех признаков и свойств живого организма. Правильная оценка физиологических и патологических процессов и признаков в организме возможна только с учетом взаимодействия наследственности и среды обитания.

С одной стороны, генотип организма консервативен и стабилен (устойчив), что обеспечивает способность сохранения постоянства внутренней среды при постоянных колебаниях внешней среды. Надежность генотипа обеспечивается, во-первых, существованием всех генетических локусов в двойном (парном) количестве; во-вторых, доминированием нормальных аллелей над измененными (частично поврежденными) аллелями; в-третьих, наличием различных механизмов репарации поврежденной ДНК (эксцизионная репарация пиримидиновых димеров, однонитевых разрывов ДНК, рекомбинация между сестринскими молекулами ДНК и др.)

С другой стороны, генетический аппарат индивида, популяции, вида под влиянием разнообразных факторов внешней среды - мутагенов - способен к изменениям, обеспечивающим эволюционное приспособление организмов (либо удаление из популяции, либо закрепление в популяции).

Если в генотипе закрепляется приспособительное изменение, организм сохраняет гомеостаз, он устойчиво функционирует, а значит здоров.

Если же в генотипе закрепляется патологическое изменение, в организме возникают нарушения гомеостаза, что способствует развитию болезни, утяжелению ее течения и даже смерти.

Давно отмечено, что характер той или иной патологии у больных отличается индивидуальностью. В частности, у разных больных одна и та же патология развивается с неодинаковыми как скоростью, интенсивностью и характером выраженности специфических и неспецифических клинических проявлений, так и исходом.

Изменчивость выявляемых у здоровых и у больных людей тех или иных фенотипических признаков может быть как наследственного, так и ненаследственного происхождения.

Причиной ненаследственной или модификационной изменчивости является действие факторов внешней среды обитания, образа жизни, особенно работы, жилья, питания и др. Однако степень и характер реакции организма на внешние воздействия также, в определенной степени, обусловлены особенностями генотипа.

Особую роль в развитии патологии у человека играет патологическая наследственность - свойство организма повторять в ряду поколений сходные нарушения процессов метаболизма (типов обмена веществ), структуры, функций, поведения и индивидуального развития организма в целом, обусловленное комбинативной (рекомбинационной), либо мутационной наследственной изменчивости.

Комбинативная изменчивость - это изменчивость организма, возникающая в результате нового сочетания неизмененных (ни качественно, ни количественно) генов за счет случайной перегруппировки их в мейозе или случайной встречи гамет при оплодотворении. Механизм развития большинства рецессивно наследуемых болезней обусловлен комбинативной наследственной изменчивостью.

Мутационная изменчивость - это изменчивость организма, возникающая вследствие мутаций, т.е. количественных и/или качественных изменений генотипа организма, передаваемых в процессе репликации генома от клетки к клетке и от поколения к поколению.

 

9.2. Мутации

Мутация - это скачкообразно возникающее и стойко сохраняющееся количественное и/или качественное изменение наследственного аппарата клетки (генов, хромосом или всего хромосомного комплекса - генома). Мутации обусловлены действием мутагенов - разнообразных физических, химических и биологических факторов, вызывающих мутации.

Генные мутации обусловлены изменениями молекулярной структуры отдельных генов. Они ответственны за превращение одних аллелей в другие. Генные мутации, как правило, сопровождаются изменениями специфической последовательности пуриновых и пиримидиновых оснований того или иного участка ДНК, заменой в цепи ДНК одних нуклеотидов на другие, либо выпадением или вставкой отдельных каких-либо нуклеотидов и т.д.

По своему фенотипическому проявлению мутации могут сильно отличаться. Это, прежде всего, зависит от того, какие участки ДНК подвергаются мутациям (например, входящих или не входящих в активный центр фермента, и т. д.).

Генные мутации обычно проявляются биохимическими нарушениями либо клинически. Например, различные виды гемоглобина (Нb) отличаются друг от друга порядком расположения аминокислот в молекуле. Замена в b-цепи НbА молекулы глютаминовой кислоты на молекулу валина приводит к изменению свойств Нb и появлению НbS, ответственного за преждевременное разрушение эритроцитов, уменьшение их функциональной активности, продолжительности жизни и, в целом, за развитие серповидноклеточной анемии.

Хромосомные мутации обусловлены перестройкой (изменением структуры) хромосом (поворотом участка хромосомы на 180^о - инверсией; выпадением участка хромосомы - делецией; обменом сегментами между хромосомами - транслокацией; дупликацией хромосомы – удвоением отдельного участка хромосомы).

Геномные мутации обусловлены изменением числа хромосом в наборе, не сопровождающемся нарушением их структуры. Они бывают полиплоидными и анеуплоидными.

Анеуплоидии представляют наиболее распространенный класс геномных мутаций, лежащих в основе развития хромосомных болезней.

Мутации могут касаться как соматических, так и половых хромосом.

Соматические мутации оказывают влияние на судьбу индивидуума, половые мутации сказываются на судьбе потомства и не передаются следующему поколению через половые клетки и передаются в ряду поколений.

Мутантные гены, как и нормальные, делят на доминантные и рецессивные. Доминантный ген проявляет себя в потомстве всегда, рецессивный - только в гомозиготном состоянии.

Мутация бывает летальной (смертельной) и не летальной (не смертельной) для своего носителя. Летальные гены являются в основном рецессивными. Летальный доминантный ген приводит к быстрому удалению организма из популяции. В потомстве сохраняются лишь те доминантные гены, которые вызывают не смертельные изменения.

Мутации могут быть полезными и вредными (патологическими). Первые ослабляют патологию, повышают жизнеспособность организма, его плодовитость и способность приспосабливаться к изменяющимся условиям. Вторые, ускоряют развитие и усиливают патологию, снижают жизнеспособность, плодовитость организма и ограничивают его способность приспосабливаться к постоянно изменяющимся условиям внешней и внутренней среды.

Мутации могут быть спонтанными (встречаются реже) и индуцированными (возникают чаще).

Спонтанные мутации возникают в процессе индивидуального развития организма, особенно в процессе его старения. Они формируются как результаты ошибок самовоспроизведения (репликации) генетических структур под влиянием образующихся различных эндогенных как известных метаболитов, так и других недостаточно изученных факторов.

Индуцированные мутации возникают от воздействия на генетические структуры разнообразных экзогенных факторов (физических, химических и биологических). Среди физических факторов большее значение имеют ионизирующие (рентгеновское) и ультрафиолетовое излучения, лазерное и СВЧ - воздействия. Среди химических факторов имеют значение неорганические (например MnCl₃) и, особенно, органические соединения (фенол, красители, антибиотики, пестициды, стероидные гормоны, кофеин, теофиллин и многие другие). Среди биологических факторов наибольшее значение имеют вирусы, особенно, содержащие РНК. Хотя мутации могут вызывать и ДНК-содержащие вирусы и различные другие микроорганизмы.