Значение генетики для современной медицины. История развития генетики человека. значение генетики для медицины. Актуализация знаний, вступительное слово учителя

Введение

Генетика человека и такие фундаментальные дисциплины, как анатомия, физиология, биохимия, составляют основу современной медицины. Место генетики среди биологических наук и особый интерес к ней определяются тем, что она изучает основные свойства организмов, а именно наследственность и изменчивость.

Наследственность и изменчивость у человека являются предметом изучения генетики человека на всех уровнях его организации: молекулярном, клеточном, организменном, популяционном. Генетика человека своими успехами в значительной мере обязана медицинской генетике - науке, изучающей роль наследственности в патологии человека. Прикладной раздел медицинской генетики - это клиническая генетика, которая использует достижения медицинской генетики, генетики человека и общей генетики в решении клинических проблем, возникающих у людей.

Генетика представляет собой одну из наиболее сложных дисциплин современного естествознания. Чтобы разобраться в ней глубоко, в своей работе я рассмотрю основные этапы развития генетики, виды генетики, достижения генетики в современной медицине и т.д.

1. История развития генетики

Генетика – это наука, изучающая закономерности наследственности и изменчивости, а также обеспечивающие их биологические механизмы.

Первый научный шаг в изучении наследственности был сделан австрийским монахом Грегором Менделем, который в 1866 г. опубликовал статью «Опыты над растительными гибридами», заложившую основы современной генетики.

До открытий Менделя признавалась теория так называемой слитной наследственности. Суть этой теории состояла в том, что при оплодотворении мужское и женское «начало» перемешивались, «как краски в стакане воды», давая начало новому организму. Мендель показал, что наследственные задатки не смешиваются, а передаются от родителей потомкам в виде дискретных (обособленных) единиц. Эти единицы, представленные у особей парами (аллелями), остаются дискретными и передаются последующим поколениям в мужских и женских гаметах, каждая из которых содержит по одной единице из каждой пары. В 1909 г. датский ботаник-селекционер В. Иогансен назвал их «генами», а в 1912 г. американский генетик Т. Г. Морган показал, что они находятся в хромосомах.

Официальной датой рождения генетики считают 1900 год. Тогда были опубликованы данные Г. де Фриза, К. Корренса и К.Чермака, переоткрывших закономерности наследования признаков, установленные Г.Менделем. Первые десятилетия 20-го века оказались плодотворными в развитии основных положений и направлений генетики. Было сформулировано представление о мутациях, популяциях и чистых линиях организмов, хромосомная теория наследственности, открыт закон гомологических рядов, получены данные о возникновении наследственных изменений под действием рентгеновских лучей, была начата разработка основ генетики популяций организмов.

В 1953 году в международном научном журнале была напечатана статья биологов Джеймса Уотсона и Френсиса Крика о строении дезоксирибонуклеиновой кислоты – ДНК.

Структура ДНК оказалась совершенно необычной: её молекулы имеют огромную по молекулярным масштабам длину и состоят из двух нитей, сплетённых между собой в двойную спираль. Каждую из нитей можно сравнить с длинной нитью бус. У белков "бусинами" являются аминокислоты двадцати различных типов. У ДНК – всего четыре типа "бусин", и зовутся они нуклеотидами. "Бусины" двух нитей двойной спирали ДНК связаны между собой и строго друг другу соответствуют. В ДНК напротив нуклеотида аденина находится тимин, напротив цитозина – гуанин. При таком построении двойной спирали каждая из цепей содержит сведения о строении другой. Зная строение одной цепи, всегда можно восстановить другую.

Получаются две двойные спирали – точные копии их предшественницы. Это свойство точно копировать себя имеет ключевое значение для жизни на Земле.

2. Генетика и медицина

2.1 Методы исследования

В генетике основным методом исследования является генетический анализ, который проводится на всех уровнях организации живого (от молекулярного до популяционного). В зависимости от цели исследования "видоизменяется" в частные методы - гибридологический, популяционный, мутационный, рекомбинационный, цитогенетический и др.

Гибридологический метод позволяет установить закономерности наследования отдельных признаков и свойств организма путем проведения серии прямых или возвратных скрещиваний в ряде поколений. Закономерности наследования признаков и свойств у человека устанавливают, используя генеалогический метод (анализ родословных). Законы наследования признака в популяциях определяют с помощью популяционного метода, или популяционного анализа.

Цитогенетический метод, объединивший принципы цитологического и генетического анализа, применяют при изучении закономерностей материальной преемственности в поколениях отдельных клеток и организмов и "анатомии" материальных носителей наследственности.

Феногенетический анализ позволяет изучать действие гена и проявления генов в индивидуальном развитии организма. Для этого используют такие приемы, как пересадка генетически различных тканей, клеточных ядер или отдельных генов из одной клетки в другую, а также исследование так химер - экспериментально полученных многоклеточных организмов, состоящих из генетически различных клеток, исходно принадлежащих разным индивидуумам.

Мутационный и рекомбинационный анализ используют при изучении тонкой организации и функции генетического материала, структуры различных ДНК, их изменений, механизмов функционирования и обмена генами при скрещивании. Интенсивно развивается метод молекулярного генетического анализа.

2.2 Интерес медицины

С развитием генетики стало возможным применение её методов в исследовании неизлечимых ранее болезней, патологий и т.д. Что начало привлекать немалый интерес со стороны ученых, работающих в области медицины. Известно несколько тысяч генетических заболеваний, которые почти на 100% зависят от генотипа особи. К наиболее страшным из них относятся: кислотный фиброз поджелудочной железы, фенилкетонурия, галактоземия, различные формы кретинизма, гемоглобинопатии, а также синдромы Дауна, Тернера, Кляйнфельтера. Кроме того, существуют заболевания, которые зависят и от генотипа, и от среды: ишемическая болезнь, сахарный диабет, ревматоидные заболевания, язвенные болезни желудка и двенадцатиперстной кишки, многие онкологические заболевания, шизофрения и другие заболевания психики.

Исторически интерес медицины к генетике формировался первоначально в связи с наблюдениями за наследуемыми патологическими (болезненными) признаками. Во второй половине 19-го века английский биолог Ф.Гальтон выделил как самостоятельный предмет исследования «наследственность человека». Он же предложил ряд специальных методов генетического анализа: генеалогический, близнецовый, статистический. Изучение закономерностей наследования нормальных и патологических признаков и сейчас занимает ведущее место в генетике человека.

2.3 Генетика человека

Генетика человека (human genetics) – это особый раздел генетики, который изучает особенности наследования признаков у человека, наследственные заболевания (медицинская генетика), генетическую структуру популяций человека. Из направлений генетики человека наиболее интенсивно развиваются цитогенетика, биохимическая генетика, иммуногенетика, генетика высшей нервной деятельности, физиологическая генетика.

Генетика человека является теоретической основой современной медицины и современного здравоохранения. Её подразделяют на антропогенетику, изучающую закономерности наследственности и изменчивости нормальных признаков человеческого организма, демографическую генетику (генетика народонаселения), экологическая генетику (учение о генетических аспектах взаимоотношений человека с окружающей средой) и генетику медицинскую, которая изучает наследственные патологии (болезни, дефекты, уродства и др.).

Наиболее важной областью генетики человека является медицинская генетика. Медицинская генетика помогает понять взаимодействие биологических и факторов среды в патологии человека. Иногда ее рассматривают не как раздел генетики человека, а как самостоятельную область общей генетики.

2.4 Медицинская генетика

Медицинская генетика изучает явления наследственности и изменчивости в различных популяциях людей, особенности проявления и развития нормальных (физических, творческих, интеллектуальных способностей) и патологических признаков, зависимость заболеваний от генетической предопределенности и условий окружающей среды, в том числе от социальных условий жизни. А также разрабатывает системы диагностики, лечения, профилактики и реабилитации, больных наследственными болезнями и диспансеризации их семей, изучает роль и механизмы наследственной предрасположенности при заболеваниях человека.

Формирование медицинской генетики началось в 30-е гг. XX века, когда стали появляться факты, подтверждающие, что наследование признаков у человека подчиняется тем же закономерностям, что и у других живых организмов.

Задачей медицинской генетики является выявление, изучение, профилактика и лечение наследственных болезней, а также разработка путей предотвращения воздействия факторов среды на наследственность человека.

Основным разделом медицинской генетики является клиническая генетика, которая изучает этиологию и патогенез наследственных болезней, изменчивость клинических проявлений и течения наследственной патологии и болезней, характеризующихся наследственным предрасположением, в зависимости от влияния генетических факторов и факторов окружающей среды, а также разрабатывает методы диагностики, лечения и профилактики этих болезней. Клиническая генетика включает в себя нейрогенетику, дерматогенетику (изучающую наследственные заболевания кожи - генодерматозы), офтальмогенетику, фармакогенетику (изучающую наследственно обусловленные реакции организма на лекарственные средства). Медицинская генетика связана со всеми разделами современной клинической медицины и другими областями медицины и здравоохранения, в том числе, с биохимией, физиологией, морфологией, общей патологией, иммунологией.

Введение

Предмет и задачи генетики

Значение генетики

Заключение

Список используемой литературы

Введение

Генетика представляет собой одну из основных, наиболее увлекательных и вместе с тем сложных дисциплин современного

естествознания. Место генетики среди биологических наук и особый интерес к ней определяются тем, что она изучает основные

свойства организмов, а именно наследственность и изменчивость. В результате многочисленных - блестящих по своему замыслу и

тончайших по исполнению - экспериментов в области молекулярной генетики современная биология обогатилась двумя

фундаментальными открытиями, которые уже нашли широкое отражение в генетике человека, а частично и выполнены на клетках

человека. Это показывает неразрывную связь успехов генетики человека с успехами современной биологии, которая все больше и

больше становится связана с генетикой.

Первое - это возможность работать с изолированными генами. Она получена благодаря выделению гена в чистом виде и

синтезу его. Значение этого открытия трудно переоценить. Важно подчеркнуть, что для синтеза гена применяют разные методы, т.е.

уже имеется выбор, когда речь пойдет о таком сложном механизме как человек.

Второе достижение - это доказательство включения чужеродной информации в геном, а также функционирования его в клетках

высших животных и человека. Материалы для этого открытия накапливались из разных экспериментальных подходов. Прежде всего,

обнаружение синтеза ДНК на РНК-матрице. Кроме того, стимулированные идеей генетической инженерии опыты с профаговой

трансдукцией подтвердили возможность функционирования генов простых организмов в клетках млекопитающих, включая клетки

человека. Без преувеличения можно сказать, что, наряду с молекулярной генетикой, генетика человека относится к наиболее

прогрессирующим разделам генетики в целом. Ее исследования простираются от биохимического до популяционного, с включением

клеточного и организменного уровней.

Предмет и задачи генетики

Генетика - наука о наследственности и изменчивости. Наследственность обычно определяют как способность организмов во-

производить себе подобное, как свойство родительских особей передавать свои признаки и свойства потомству. Этим термином

определяют также сходство родственных особей между собой. Ч. Дарвин отмечал, что потомки, как правило, не являются точной

копией родительских особей, так как наряду с наследственностью им присуща изменчивость, которая проявляется в различиях

отдельных органов, признаков или свойств, или комплекса их у потомков по сравнению с родителями и родственными особями.

Задачей генетики является изучение передачи наследствен¬ности от родителей потомкам. Преемственность между

поколениями осуществляется путем полового, бесполого или вегетативного размножения. При половом размножении возникновение

нового поколения происходит в результате слияния материнской и отцовской половых клеток, поэтому потомки несут признаки обеих

родительских форм. Половые клетки составляют ничтожно малую долю многоклеточного организма. Они содержат наследственную

информацию - совокупность генов - единиц наследственности. Наследственная информация определяет четкий план онтогенеза, в

процессе которого развиваются и формируются специфические для данной особи свойства и признаки.

М. Е. Лобашов дает следующее определение: «Наследственностью называется свойство организмов обеспечивать

материальную и функциональную преемственность между поколениями, а также обусловливать специфический характер

индивидуального развития в определенных условиях внешней среды».

Наряду с термином «наследственность» в генетике применяют термины «наследование» и «наследуемость». Наследованием

называют процесс передачи наследственных задатков или наследственной информации от одного поколения другому, в результате

чего у потомков формируются определенные признаки и свойства, присущие родительским особям. Термином «наследуемость»

обозначают долю генетической изменчивости в общей фенотипической изменчивости признака в конкретной популяции животных или

растений.

Больше внимание в генетике уделяется изучению изменчивости- способности организмов изменяться под действием

наследственных и ненаследственных факторов. Различают наследственную (генотипическую) изменчивость и ненаследственную,

возникающую под влиянием внешней среды и проявляющуюся в виде модификаций.

Современное изучение наследственности и изменчивости ведется на разных уровнях организации живой материи -

молекулярном, клеточном, организменном и популяционном; при этом используют различные методы исследований.

Методы генетических исследований

Современная генетика изучает явления наследственности и изменчивости, опираясь на достижения различных отраслей,

биологии - биохимии, биофизики, цитологии, эмбриологии, микробиологии, зоологии, ботаники, растениеводства и животноводства.

Генетические исследования значительно обогатили теоретические области биологии, а также зоотехнию, ветеринарию, племенное

дело и разведение сельскохозяйственных животных, селекцию и семеноводство растений, медицину.

Основными объектами генетических исследований на молекулярном уровне являются молекулы нуклеиновых кислот-ДНК и

РНК, обеспечивающие сохранение, передачу и реализацию наследственной информации. Изучение нуклеиновых кислот вирусов,

бактерий, грибов, клеток растений и животных, культивируемых вне организма (in vitro), позволяет установить закономерности

действия генов в процессе жизне-деятельности клетки и организма.

Раздел генетики, изучающий явления наследственности на клеточном уровне, получил название цитогенегики. Клетка является

элементарной системой, содержащей в полном объеме генетическую программу индивидуального развития особи. Основными

объектами исследований с помощью цитологических методов являются клетки растений и животных как а организме (in vivo), так и

вне организма, а также вирусы и бактерии. В последние годы проводятся исследования соматических клеток, размножаемых вне

организма. Особое внимание уделяется исследованию хромосом и некоторых других органоидов клетки, содержащих ДНК, -

митохондрий, пластид, плазмид, а также рибосом, на которых осуществляется синтез полипептидных цепей - первичных молекул

белка.

Гибридологический метод впервые был разработан и применен Г. Менделем в 1856-1863 гг. для изучения наследования

признаков и с тех пор является основным методом генетических исследований. Он включает систему скрещиваний заранее

подобранных родительских особей, различающихся по одному, двум или трем альтернативным признакам, наследование которых

изучается. Проводится тщательный анализ гибридов первого, второго, третьего, а иногда и последующих поколений по степени и

характеру проявления изучаемых признаков. Этот метод имеет важное значение в селекции растений и животных. Он включает и так

называемый рекомбинационный метод, который основан на явлении кроссинговера - обмена идентичными участками в хроматидах

гомологических хромосом в профазе I мейоза. Этот метод широко используют для составления генетических карт, а также для

создания рекомбинантных молекул ДНК, содержащих генетические системы различных организмов.

Моносомный метод позволяет установить, в какой хромосоме локализованы соответствующие гены, а в сочетании с

рекомбинационным методом - определить место локализации генов в хромосоме.

Генеалогический метод - один из вариантов гибридологического. Его применяют при изучении наследования при¬знаков по

анализу родословных с учетом их проявления у жи¬вотных родственных групп в нескольких поколениях. Этот метод используют при

изучении наследственности у человека и животных, малоплодие которых имеет видовую обусловленность.

Близнецовый метод применяют при изучении влияния определенных факторов внешней среды и их взаимодействия с генотипом

особи, а также для выявления относительной роли генотипической и модификационной изменчивости в общей изменчивости признака.

Близнецами называют потомков, родившихся в одном помете одноплодных домашних животных (крупный рогатый скот, лошади и

др.).

Различают два типа близнецов - идентичные (однояйцовые), имеющие одинаковый генотип, и неидентичные (разнояйцовые),

возникшие из раздельно оплодотворенных двух или более яйцеклеток.

Мутационный метод (мутагенез) позволяет установить характер влияния мутагенных факторов на генетический аппарат клетки,

ДНК, хромосомы, на изменения признаков или свойств. Мутагенез используют в селекции сельскохозяйственных растений, в

микробиологии для создания новых штаммов бактерий. Он нашел применение в селекции тутового шелкопряда.

Популяционно-статистический метод используют при изучении явлений наследственности в популяциях. Этот метод дает

возможность установить частоту доминантных и рецессивных аллелей, определяющих тот или иной признак, частоту доминантных и

рецессивных гомозигот и гетерозигот, динамику генетической структуры популяций под влиянием мутаций, изоляции и отбора. Метод

является теоретической основой современной селекции животных.

Феногенетический метод позволяет установить степень влияния генов и условий среды на развитие изучаемых свойств и

признаков в онтогенезе. Изменение в кормлении и содержании животных влияет на характер проявления наследственно

обусловленных признаков и свойств.

Составной частью каждого метода является статистический анализ - биометрический метод. Он представляет собой ряд

математических приемов, позволяющих определить степень достоверности полученных данных, установить вероятность различий

между показателями опытных и контрольных групп животных. Составной частью биометрии являются закон регрессии и

статистический закон наследуемости, установленные Ф. Гальтоном.

В генетике широко используют метод моделирования с помощью ЭВМ для изучения наследования количественных признаков в

популяциях, для оценки селекционных методов - массового отбора, отбора животных по селекционным индексам. Особенно широкое

применение данный метод нашел в области генетической инженерии и молекулярной генетики.

Основные этапы развития генетики

К началу XX в. в растениеводстве и животноводстве был накоплен экспериментальный материал о наследовании потомками

признаков родительских форм. Особенно ценные данные были получены во второй половине XVIII в. И. Кёльрейтером, который

изучал полученные им гибриды у 54 видов растений и установил ряд закономерностей в наследовании признаков: равное влияние на

признак отцовской и материнской форм, возврат признака у гибрида к одной из исходных родительских форм. Он впервые обратил

внимание на дискретный характер наследования признаков, установил наличие пола у растений. Важное значение имели работы О.

Сажре и Ш. Нодена во Франции, Т. Найта в Англии, А. Т. Болотова и К. Ф. Рулье в России, а также многих других ученых и

практиков, которые наблюдали и описывали характер наследования признаков у растений и животных при внутривидовом и

межвидовом скрещиваниях.

Ч. Дарвин (1809-1882) в своей работе «Происхождение видов» (1859) и в последующих трудах обобщил опыт и наблюдения

практиков и естествоиспытателей по изучению явлений наследственности и изменчивости, которые наряду с отбором являются

движущими факторами эволюции органической природы. В работе «Временная гипотеза пангенезиса» Дарвин сделал попытку

объяснить, каким образом осуществляется передача признаков и свойств от родителей потомкам. Эволюционная теория Дарвина

сыграла важную роль в дальнейшем развитии генетики, обусловила возникновение ряда гипотез и теорий, объясняющих сущность

наследственности и изменчивости.

Основоположником генетики принято считать Г. Менделя (1822-1884), который впервые разработал метод научного подхода к

изучению наследственности и в своих опытах с растительными гибридами установил важнейшие законы наследования признаков.

Результаты своих исследований Мендель доложил на заседании общества естествоиспытателей в г. Брно (Чехословакия) и

эта работа не была должным образом оценена современниками и во второй половине XIX в. не оказала существенного влияния на

дальнейшее развитие генетики.

В 1900 г. Г. де Фриз (1848-1935) в Голландии, К. Корренс (1864-1933) в Германии и Э. Чермак (1871 - 1962) в Австрии

независимо друг от друга установили, что полученные ими результаты по наследованию признаков у растительных гибридов

полностью согласуются с данными Г. Менделя, который за 35 лет до них сформулировал правила наследственности. Г. де Фриз

предложил установленные Г. Менделем правила называть законами наследования признаков.

С 1900 г. началось интенсивное развитие науки о наслед¬ственности и изменчивости, и в 1906 г. по предложению английского

ученого В. Бэтсона (1861 - 1926) она получила название «генетика» от латинского слова gепео - порождаю. На различных видах

животных и растений были проверены законы Г. Менделя и установлена их универсальность. Вместе с тем имеющиеся отклонения в

фенотипическом проявлении признаков у гибридов, в характере расщепления гибридов показали сложные взаимодействия генов.

Важную роль в развитии генетики сыграли исследования В. Бэтсона, который изучал наследование признаков у кур, бабочек,

лабораторных грызунов; шведского ученого Г. Нильссона-Эле по генетике количественных признаков и полимерии; датчанина В.

Иоганнсена (1857- 1927), создавшего учение о чистых линиях, которым были предложены термины «ген», «генотип», «фенотип».

Цитологические исследования Т. Бовери (1862-1915) показали наличие параллелизма в поведении хромосом в мейозе и при

оплодотворении с наследованием признаков у гибридов, что послужило предпосылкой для развития хромосомной теории

наследственности, основоположником которой является Т. Г. Морган (1861 -1945), который вместе с А. Стертевантом (1892-1970) и

К- Бриджесом (1889-1938) установил, что наследственные факторы - гены - локализованы в хромосомах клеточного ядра. Этими

учеными был разработан метод составления генетических карт, доказан хромосомный Механизм определения пола. Хромосомная

теория наследственности была крупнейшим достижением генетики и сыграла ведущую роль в ее дальнейшем развитии, становлении

молекулярной биологии.

Большой интерес к генетическим исследованиям был и у русских ученых. В 1912 г. в России вышла книга профессора Е. А.

Богданова (1872-1931) «Менделизм», в которой были представлены исследования в области генетики. Ю. А. Филипченко (1882-1930)

Петроградском университете, написал целую серию работ по частной генетике растений и животных. В этот период стали интенсивно

развиваться генетические исследования, связанные с прикладными вопросами сельского хозяйства, например сравнительная

генетика как теоретическая основа селекции культурных растений, блестяще разработанная Н. И. Вавиловым (1887-1943),

установившим один из величайших законов генетики - закон гомологических рядов в наследственной изменчивости. И. В. Мичурин

(1855-1935) на основании экспериментальной работы теоретически обосновал закономерности наследования признаков у многолетних

плодовых растений. В последующие годы в СССР были созданы генетические школы Н. К. Кольцова (1872-1940), А. С.

Серебровского (1892-1948), М. Ф. Иванова (1871-1935). С. Н. Давиденков (1880-1961) разрабатывал проблемы медицинской генетики.

Важное значение для развития генетики имели работы по получению и изучению индуцированных мутаций. О возможности

спонтанного изменения признака или свойства у отдельных особей писал Ч. Дарвин. В 1902 г. Г. де Фриз создал и опубликовал

основные теоретические положения мутационной теории. В 1925 г. Г. А. Надсон и Г. С. Филиппов в Ленинграде наблюдали

мутационные изменения у дрожжевых и плесневых грибов под действием ионизирующей радиации. В 1927 г. в США Г. Меллером

(1890-1967) были получены мутации у плодовой мушки (drosophila melanogaster) в результате воздействия рентгеновских лучей. Эти

работы послужили началом широкого круга исследований по изучению характера мутационной изменчивости, разработке методов их

получения, проверке и поискам факторов, вызывающих мутации. Большой вклад в развитие мутагенеза и его прикладное

использование внесли советские генетики Н. П. Дубинин, В. В. Сахаров, М. Е. Лобашов, С. М. Гершензон, И. А. Рапопорт. В

растениеводстве успешно разрабатывается методика получения геномных мутаций, обусловленных изменением числа хромосом в

клетках растений, - полиплоидия. А. Р. Жебрак, Л. П. Бреславец получили полиплоидные формы у растений. Г. Д. Карпеченко

экспериментально показал возможность создания новых видов растений методом аллополиплоидии. В. А. Рыбин осуществил

ресинтез (воссоздание) существующего вида растений - культурной сливы.

В развитие генетики популяций и разработку генетических основ эволюционной теории большой вклад внесли русские ученые С.

С. Четвериков (1880-1959), И. И. Шмальгаузен (1884- 1963), Н. П. Дубинин. Для разработки генетических методов селекции

животных важное значение имели работы М. Ф. Иванова, А. С. Серебровского, С. Г. Давыдова и др.

С 1944 г. начались интенсивные исследования явлений на-следственности и изменчивости на молекулярном уровне. В 1944 г.

американский генетик О. Звери с сотрудниками показал, что ведущая роль в сохранении и передаче наследственной информации

принадлежит ДНК. Это открытие послужило началом развития молекулярной генетики. Важное значение для развития молекулярной

генетики имели успехи в области биохимии нуклеиновых кислот, проводимые В. А. Энгельгардом и его сотрудниками в Институте

молекулярной биологии АН СССР, американским биохимиком Э. Чаргаффом и др.

В 1953 г. Ф. Крик и Д. Уотсон разработали модель структурной формулы молекулы ДНК; в 1961-1965 гг. М. Ниренберг и С.

Очао расшифровали генетический код. Было установлено, что дезоксирибонуклеиновая кислота содержит наследственную

информацию, специфическую для каждого вида и особи, и что гены являются функциональными единицами гигантских молекул ДНК,

Предмет и задачи генетики человека. Генетика человека, или медицинская генетика, изучает явления наследственности и изменчивости в различных популяциях людей, особенности проявления и развития нормальных (физических, творческих, интеллектуальных способностей) и патологических признаков, зависимость заболеваний от генетической предопределенности и условий окружающей среды, в том числе от социальных условий жизни. Формирование медицинской генетики началось в 30-е гг. XX в., когда стали появляться факты, подтверждающие, что наследование признаков у человека подчиняется тем же закономерностям, что и у других живых организмов.

Задачей медицинской генетики является выявление, изучение, профилактика и лечение наследственных болезней, а также разработка путей предотвращения вредного воздействия факторов среды на наследственность человека.

Методы изучения наследственности человека. При изучении наследственности и изменчивости человека используют следующие методы: генеалогический, близнецовый, цитогенетическии, биохимический, дерматоглифический, гибридизации соматических клеток, моделирования и др.

Генеалогический метод позволяет выяснить родственные связи и проследить наследование нормальных или патологических признаков среди близких и дальних родственников в данной семье на основе составления родословной - генеалогии. Если есть родословные, то, используя суммарные данные по нескольким семьям, можно определить тип наследования признака - доминантный или рецессивный, сцепленный с полом или ауто-сомный, атакже его моногенность или полигенность. Генеалогическим методом доказано наследование многих заболеваний, например сахарного диабета, шизофрении, гемофилии и др.

Генеалогический метод используется для диагностики наследственных болезней и медико-генетического консультирования; он позволяет осуществлять генетическую профилактику (предупреждение рождения больного ребенка) и раннюю профилактику наследственных болезней.

Близнецовый метод состоит в изучении развития признаков у близнецов. Он позволяет определять роль генотипа в наследовании сложных признаков, а также оценивать влияние таких факторов, как воспитание, обучение и др.

Известно, что у человека близнецы бывают однояйцевыми (монозиготными) и разнояйцевыми (дизиготными). Однояйцевые, или идентичные, близнецы развиваются из одной яйцеклетки, оплодотворенной одним сперматозоидом. Они всегда одного пола и поразительно похожи друг на друга, так как имеют один и тот же генотип. Кроме того, у них одинаковая группа крови, одинаковые отпечатки пальцев и почерк, их путают даже родители и не различают по запаху собаки. Только у идентичных близнецов на 100% удаются пересадки органов, поскольку у них одинаков набор белков и пересаженные ткани не отторгаются. Доля однояйцевых близнецов у человека составляет около 35-38% от общего их числа.

Разнояйцевые, или дизиготные, близнецы развиваются из двух разных яйцеклеток, одновременно оплодотворенных различными сперматозоидами. Дизиготные близнецы могут быть как одного, так и разного пола, а с генетической точки зрения они сходны не больше, чем обычные братья и сестры.

Изучение однояйцевых близнецов в течение всей их жизни, в особенности если они живут в разных социально-экономических и природно-климатических условиях, интересно тем, что отличия между ними в развитии физических и психических свойств объясняются не разными генотипами, а влиянием условий среды.

Цитогенетичесий метод основан на микроскопическом исследовании структуры хромосом у здоровых и больных людей. Цитогенетический контроль применяют при диагностике ряда наследственных заболеваний, связанных с явлениями анеуплоидии и различными хромосомными перестройками. Он позволяет также изучать старение тканей на основе исследований возрастной динамики структуры клеток, устанавливать мутагенное действие факторов внешней среды на человека и т. д.

В последние годы цитогенетический метод приобрел большое значение в связи с возможностями генетического анализа человека, которые открыла гибридизация соматических клеток в культуре. Получение межвидовых гибридов клеток (например, человека и мыши) позволяет в значительной степени приблизиться к решению проблем, связанных с невозможностью направленных скрещиваний, локализовать ген в определенной хромосоме, установить группу сцепления для ряда признаков и т. д. Объединение генеалогического метода с цитогенетическим, а также с новейшими методами генной инженерии значительно ускорило процесс картирования генов у человека.

Биохимические методы изучения наследственности человека помогают обнаружить ряд заболеваний обмена веществ (углеводного, аминокислотного, липидного и др.) при помощи, например, исследования биологических жидкостей (крови, мочи, амниотической жидкости) путем качественного или количественного анализа. Причиной этих болезней является изменение активности определенных ферментов.

С помощью биохимических методов открыто около 500 молекулярных болезней, являющихся следствием проявления мутантных генов. При различных типах заболеваний удается либо определить сам аномальный белок-фермент, либо установить промежуточные продукты обмена. По результатам биохимических анализов возможно поставить диагноз болезни и определить методы лечения. Ранняя диагностика и применение различных диет на первых этапах постэмбрионального развития позволяют излечить некоторые заболевания или хотя бы облегчить состояние больных с неполноценными ферментными системами.

Как и любая другая дисциплина, современная генетика человека использует методы смежных наук: физиологии, молекулярной биологии, генной инженерии, биологического и математического моделирования и т. д. Значительное место в решении проблем медицинской генетики занимает онтогенетический метод, который позволяет рассматривать развитие нормальных и патологических признаков в ходе индивидуального развития организма.

Наследственные болезни человека, их лечение и профилактика. К настоящему времени зарегистрировано более 2 тыс. наследственных болезней человека, причем большинство из них связано с психическими расстройствами. По данным Всемирной организации здравоохранения, благодаря применению новых методов диагностики ежегодно регистрируется в среднем три новых наследственных заболевания, которые встречаются в практике врача любой специальности: терапевта, хирурга, невропатолога, акушера-гинеколога, педиатра, эндокринолога и т. д. Болезней, не имеющих абсолютно никакого отношения к наследственности, практически не существует. Течение разных заболеваний (вирусных, бактериальных, микозов и даже травм) и выздоровление после них в той или иной мере зависят от наследственных иммунологических, физиологических, поведенческих и психических особенностей индивидуума.

Условно наследственные болезни можно подразделить на три большие группы: болезни обмена веществ, молекулярные болезни, которые обычно вызываются генными мутациями, и хромосомные болезни.

Генные мутации и нарушения обмена веществ. Генные мутации могут выражаться в повышении или понижении активности некоторых ферментов, вплоть до их отсутствия. Фенотипи-чески такие мутации проявляются как наследственные болезни обмена веществ, которые определяются по отсутствию или избытку продукта соответствующей биохимической реакции.

Генные мутации классифицируют по их фенотипическому проявлению, т. е. как болезни, связанные с нарушением аминокислотного, углеводного, липидного, минерального обмена, обмена нуклеиновых кислот.

Примером нарушения аминокислотного метаболизма является альбинизм - относительно безобидная болезнь, встречающаяся в странах Западной Европы с частотой 1:25000. Причиной заболевания является дефект фермента тирозиназы, в результате чего блокируется превращение тирозина в меланин. У альбиносов молочный цвет кожи, очень светлые волосы и отсутствует пигмент в радужной оболочке глаз. Они имеют повышенную чувствительность к солнечному свету, вызывающему у них воспалительные заболевания кожи.

Одним из наиболее распространенных заболеваний углеводного обмена является сахарный диабет. Эта болезнь связана с дефицитом гормона инсулина, что приводит к нарушению процесса образования гликогена и повышению уровня глюкозы в крови.

Ряд патологических признаков (гипертония, атеросклероз, подагра и др.) определяются не одним, а несколькими генами (явление полимерии). Это болезни с наследственным предрасположением, которые в большей степени зависят от условий среды: в благоприятных условиях такие заболевания могут и не проявиться.

Хромосомные болезни. Этот тип наследственных заболеваний связан с изменением числа или структуры хромосом. Частота хромосомных аномалий у новорожденных составляет от 0,6 до 1%, а на стадии 8-12 недель их имеют около 3% эмбрионов. Среди самопроизвольных выкидышей частота хромосомных аномалий равна примерно 30%, а на ранних сроках (до двух месяцев) - 50% и выше.

У человека описаны все типы хромосомных и геномных мутаций, включая анеуплоидию, которая может быть двух типов - моносомия и полисомия. Особой тяжестью отличается моносомия.

Моносомия всего организма описана для Х-хромосомы. Это синдром Шерешевского-Тернера (44+Х), проявляющийся у женщин, для которых характерны патологические изменения телосложения (малый рост, короткая шея), нарушения в развитии половой системы (отсутствие большинства женских вторичных половых признаков), умственная ограниченность. Частота встречаемости этой аномалии 1:4000-5000.

Женищны-трисомики (44+ХХХ), как правило, отличаются нарушениями полового, физического и умственного развития, хотя у части больных эти признаки могут не проявляться. Известны случаи плодовитости таких женщин. Частота синдрома 1:1000.

Мужчины с синдромом Клайнфельтера (44+XXY) характеризуются нарушением развития и активности половых желез, евнухоидным типом телосложения (более узкие, чем таз, плечи, оволосение и отложение жира на теле по женскому типу, удлиненные по сравнению с туловищем руки и ноги). Отсюда и более высокий рост. Эти признаки в сочетании с некоторой психической отсталостью проявляются у относительно нормального мальчика начиная с момента полового созревания.

Синдром Клайнфельтера наблюдается при полисомии не только по Х-хромосоме (XXX XXXY, XXXXY), но и по У-хромосоме (XYY. XXYY. XXYYY). Частота синдрома 1:1000.

Из числа аутосомных болезней наиболее изучена трисомия по 21-й хромосоме, или синдром Дауна. По данным разных авторов, частота рождения детей с синдромом Дауна составляет 1:500-700 новорожденных, а за последние десятилетия частота трисомии-21 увеличилась.

Типичные признаки больных с синдромом Дауна: маленький нос с широкой плоской переносицей, раскосые глаза с эпикантусом - нависающей складкой над верхним веком, деформированные небольшие ушные раковины, полуоткрытый рот, низкий рост, умственная отсталость. Около половины больных имеют порок сердца и крупных сосудов.

Существует прямая связь между риском рождения детей с синдромом Дауна и возрастом матери. Установлено, что 22-40% детей с этой болезнью рождаются у матерей старше 40 лет (2-3 % женщин детородного возраста).

Здесь рассмотрены лишь некоторые примеры генных и хромосомных болезней человека, которые, однако, дают определенное представление о сложности и хрупкости его генетической организации.

Основным путем предотвращения наследственных заболеваний является их профилактика. Для этого во многих странах мира, в том числе и в Беларуси, существует сеть учреждений, обеспечивающих медико-генетическое консультирование населения. В первую очередь его услугами должны пользоваться лица, вступающие в брак, у которых имеются генетически неблагополучные родственники.

Генетическая консультация обязательна при вступлении в брак родственников, лиц старше 30-40 лет, а также работающих на производстве с вредными условиями труда. Врачи и генетики смогут определить степень риска рождения генетически неполноценного потомства и обеспечить контроль за ребенком в период его внутриутробного развития. Следует отметить, что курение, употребление алкоголя и наркотиков матерью или отцом будущего ребенка резко повышают вероятность рождения младенца с тяжелыми наследственными недугами.

В случае рождения больного ребенка иногда возможно его медикаментозное, диетическое и гормональное лечение. Наглядным примером, подтверждающим возможности медицины в борьбе с наследственными болезнями, может служить полиомиелит. Эта болезнь характеризуется наследственной предрасположенностью, однако непосредственной причиной заболевания является вирусная инфекция. Проведение массовой иммунизации против возбудителя болезни позволило избавить всех наследственно предрасположенных к ней детей от тяжелых последствий заболевания. Диетическое и гормональное лечение успешно применяется при лечении фенилкетонурии, сахарного диабета и других болезней.

Значение генетики для медицины и здравоохранения

Активных факторов в биосфере. Поэтому генетико-гигиеническое нормирование содержания подобных факторов в окружающей среде является обязательным компонентом профилактики заболеваемости человека. Генетика человека на этапе ее становления обозначалась в нашей стране в духе времени – евгеникой. Обсуждение возможностей евгеники, совпавшее по времени со стартом и быстрым развитием генетических...

Идеализма" . Другим ответом на сессию было расширенное заседание президиума Академии медицинских наук СССР 9-10 сентября (см.: "Медицинский работник", 15.IX.1948), которое объявило формальный запрет генетики человека. После десятилетия полного молчания были созданы лаборатории В.П.Эфроимсона, А.А.Прокофьевой-Бельговской, Е.Э.Погосян, М.А.Арсеньевой, которые включали в свою тематику проблемы...

В медицине началось в начале XX столетия, с понимания Гарродом и другими врачами, что законы наследования Менделя могут объяснить повторное появление отдельных заболеваний в семьях. В течение последующих 100 лет медицинская генетика выросла от небольшого раздела, занимающегося несколькими редкими наследственными заболеваниями, до признанной медицинской специальности, понятия и методы которой - важные компоненты диагностики и лечения множества заболеваний, как частых, так и редких.

И более того, в начале XXI в. завершен проект «Геном человека » - международное исследование, поставившее целью определить полное содержание генома человека как сумму генетической информации нашего вида (суффикс -оте - от греч. «все» или «полный»). Теперь мы можем изучать геном человека как единый цельный объект, а не по одному гену за раз. Медицинская генетика стала частью более широкой области - геномной медицины, проводящей крупномасштабный анализ генома человека, включая управление экспрессией генов, исследования вариабельности генов человека и взаимодействия генов со средой, с целью расширения возможностей медицины.

Медицинская генетика фокусирует внимание не только на пациенте, но на всей его семье. Исчерпывающая семейная история - важный первый шаг для анализа любого заболевания, независимо от того, генетическое оно или нет. Как указывал Чайлдс, «не уточнить семейную историю - плохая практика». Семейная история важна, поскольку она может быть определяющей в диагностике, она может указывать, что заболевание наследственное, может рассказать о естественной истории болезни и изменениях в ее течении, наконец, она может помочь выяснить тип наследования.

Кроме того, осознание семейного компонента в заболевании позволяет оценить риск для других членов семьи, нуждающихся в обследовании или профилактике, а пациенту и его семье может быть предложено медико-генетическое консультирование.

За последние несколько лет проект «Геном человека » сделал доступной полную последовательность всей дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК) человека, знание которой позволяет идентифицировать все гены человека, определить степень их изменчивости в различных популяциях и в конце концов понять то, как изменения в этих генах содействуют здоровью или болезни.

В партнерстве со всеми другими современными биологическими дисциплинами проект «Геном человека» революционно изменил медицинскую генетику, обеспечив понимание основ многих болезней и продвинув разработку дальнейших диагностических инструментальных средств, предупредительных мер и терапевтических методов, основанных на исчерпывающем представлении о структуре генома.

Генетика быстро становится центральным организационным звеном в медицинской практике. Вот только несколько примеров обширного массива приложений генетики и геномики в медицине сегодня.
Ребенок , имеющий многочисленные врожденные пороки развития и нормальный обычный хромосомный анализ, проходит геномный тест с высоким разрешением для исключения субмикроскопических хромосомных делеций или частичных трисомий.

Молодая женщина с семейной историей рака молочной железы получает целенаправленное обучение, интерпретацию проведенных обследований и поддержку консультанта, специализирующегося по наследственному раку молочной железы.

Акушер-гинеколог посылает образцы ворсин хориона, взятые у 38-летней беременной в лабораторию цитогенетики на обследование для исключения аномалий в количестве или структуре хромосом плода.

Гематолог объединяет семейную и медицинскую историю с исследованием генов молодого человека с глубоким венозным тромбозом (ГВТ), чтобы оценить преимущества и риски от введения антикоагулянтной терапии.

В онкологии применяют микрочиповый анализ экспрессии генов опухоли для определения прогноза и выбора тактики лечения.

Онколог тестирует пациентов на наличие генетических вариантов, которые могут предсказать хороший ответ или неблагоприятную реакцию на химиотерапевтический препарат.

Судебно-медицинский патолог использует базы данных генетических полиморфизмов в анализе образцов ДНК, полученных из останков жертв и их родственников, чтобы идентифицировать погибших (например, 11 сентября 2001 г. при нападении на Центр международной торговли в Нью-Йорке).

Обнаружение сигнального пути онкогенеза , активизируемого соматической мутацией, привело к разработке мощного специфического ингибитора данного пути, который успешно используют в лечении раковых опухолей. Генетические принципы и подходы не ограничиваются одной медицинской специальностью или субспециальностью, а проникают в различные области медицины.

Для того чтобы пациенты и их семьи получили максимальную пользу от расширяющихся генетических знаний, все врачи должны понимать основные принципы генетики человека. Эти принципы включают: существование альтернативных форм генов (аллелей) в популяциях; возможность появления сходных фенотипов, вызванных мутациями или вариантами различных генов; понимание того, что семейное заболевание может возникать вследствие вариантов генов, которые вызывают восприимчивость к болезни при взаимодействии генов между собой и с окружающей средой; роль соматических мутаций в развитии рака и старении; возможность пренатального диагноза, доклинического тестирования и массового скринирования населения; перспективы больших возможностей генотерапии.

Эти понятия в настоящее время влияют на всю медицинскую практику и в будущем станут только более важными.

За 50 лет профессиональной работы сегодняшнего выпускника и аспиранта всегда происходят значительные изменения в исследовании , развитии и использовании знаний в генетике и геномике, а также в использовании инструментальных средств в медицине. Однако трудно представить себе, чтобы любой другой период смог охватить изменения большие, чем те, что произошли за последние 50 лет, в течение которых наши представления в этой области прошли путь от первого осознания роли ДНК как активного носителя наследственности, до открытия молекулярной структуры ДНК и хромосом и определения полного кода генома человека. И пока, судя по ускоряющемуся темпу открытий в течение только прошлого десятилетия, можно быть уверенными в том, что мы еще лишь в начале революции в интеграции знаний генетики и геномики в практическое здравоохранение. Понимание языка и понятий медицинской генетики и оценка перспектив воздействия генетики и геномики на норму и патологию формируют основу пожизненного образования - неотъемлемую часть профессионального роста каждого медика.