4. Особливості генетики людини

ОСОБЛИВОСТІ ГЕНЕТИКИ ЛЮДИНИ. ПРОЯВИ ОСНОВНИХ ЗАКОНОМІРНОСТЕЙ УСПАДКУВАННЯ НА ПРИКЛАДІ МЕНДЕЛЮЮЧИХ ОЗНАК ЛЮДИНИ (МОНО-, ДИТА ПОЛІГІБРИДНЕ СХРЕЩУВАННЯ).

МНОЖИННИЙ АЛЕЛІЗМ. ГЕНЕТИКА ГРУП КРОВІ. ВЗАЄМОДІЯ АЛЕЛЬНИХ І НЕАЛЕЛЬНИХ ГЕНІВ. ЯВИЩЕ ПЛЕЙОТРОПІЇ.

ОСОБЛИВОСТІ ГЕНЕТИКИ ЛЮДИНИ. ПРОЯВИ ОСНОВНИХ ЗАКОНОМІРНОСТЕЙ УСПАДКУВАННЯ НА ПРИКЛАДІ МЕНДЕЛЮЮЧИХ ОЗНАК ЛЮДИНИ.

Генетика (грец. genetikоs – який відноситься до походження) –

біологічна наука, предметом вивчення якої є спадковість і мінливість.

Спадковість і мінливість – основні властивості всіх живих організмів. Термін

“генетика” вперше в 1906 р. запропонував англійськй учений В.Бетсон.

Спадковість – властивість організмів передавати свої ознаки і особливості розвитку потомству; властивість забезпечувати матеріальну і функціональну наступність між поколіннями. Спадковість реалізується при розмноженні. Кожний вид організмів зберігає і відтворює собі подібне в ряді поколінь. Проте в процесі розмноження відтворюється не лише подібне, але виникає й нове. Діти завжди схожі на своїх батьків, проте ніколи не бувають їхніми точними копіями. Вони відрізняються як від своїх батьків, так і між собою. Спадковість завжди супроводжується мінливістю.

Мінливість – властивість організмів набувати нових ознак або втрачати попередні в процесі розвитку. Мінливістю називають також відмінності між особинами того самого виду. Мінливість забезпечує різноманітність форм органічного світу і пристосованість їх до мінливих умов середовища.

Мінливість протилежна спадковості, але тісно пов’язана з нею. Разом вони становлять основу еволюції.

Основне завдання генетики – вивчити закономірності спадковості і мінливості з метою розробки способів управління ними в інтересах всього людства. Для здійснення цього завдання генетика використовує ряд методів,

основний з них – генетичний аналіз. Це суто генетичний метод, який властивий лише генетиці і не властивий іншим наукам. Його основу складає

гібридологічний метод – вивчення закономірностей успадкування ознак шляхом гібридизації (схрещування). Метод розробив Г.Мендель (1865).

Гібридологічний метод – дуже точний метод, а генетика – точна наука.

Генетика застосовує також методи інших наук: мікроскопічний,

ультрамікроскопічний, статистичний, фізико-хімічний, популяційний,

кібернетичний. Вивчення спадковості проводиться на різних об’єктах і на різних рівнях (молекулярному, хромосомному, клітинному, організмовому,

популяційному). Різноманітність об’єктів і методів дослідження обумовила виникнення наступних розділів генетики: генетика мікроорганізмів, генетика рослин, генетика тварин, генетика людини, цитогенетика, молекулярна генетика, біохімічна генетика, радіаційна генетика, популяційна генетика.

Існує також такий розділ як генетика поведінки. Особливість сучасної генетики – проникнення в усі її галузі молекулярного рівня досліджень,

поглиблення зв’язків з іншими науками.

Значення. Генетичні закономірності лежать в основі всіх біологічних явищ. Генетика є провідною наукою сучасного природознавства. Вона становить теоретичну основу селекції. За допомогою генетичних методів створені нові породи тварин, сорти рослин, штами мікроорганізмів. Методи генетики застосовуються для розв язання продовольчих, екологічних,

космічних та інших глобальних проблем людства. Генетичні знання є складовою частиною всіх наукових програм з охорони природи і здоров’я

населення.

Генетика тісно пов’язана з медициною, адже близько 5 % дітей народжуються з різними генетичними дефектами. Для медицини важливе значення мають усі генетичні науки. Це пов’язано з універсальністю законів генетики, які вперше були встановлені на експериментальних об’єктах, а

потім виявилися прийнятними і для людини також. Дані експериментальної генетики застосовуються для діагностики, лікування і профілактики

спадкових хвороб. За допомогою методів генетичної інженерії і біотехнології одержують іn vitro (поза організмом) в промислових кількостях інсулін,

інтерферон, антибіотики, необхідні для практичної медицини.

Генетика людини – розділ загальної генетики, який вивчає спадковість і мінливість людини. Основне завдання генетики людини – вивчити закономірності спадковості і мінливості людини з метою збереження здоров’я нині існуючих і майбутніх поколінь. Методи вивчення спадковості людини – генеалогічний, близнюковий, цитогенетичний, біохімічний,

популяційно-статистичний, дерматогліфічний, молекулярно-генетичні .

Спадковість людини як самостійний предмет дослідження вперше виділив у 1865 р. англійський учений Ф.Гальтон (1822-1911), якого вважають одним із засновників генетики. Він народився в тому самому році, що і Г.Мендель (1822-1884). Ф.Гальтон доводиться приходиться двоюрідним братом Ч.Дарвіну (1809-1882) – автору першої наукової еволюційної теорії.

Обидва вони – онуки англійського лікаря і натураліста Е.Дарвіна (1731-1802),

відомого своїми прогресивними поглядами на природу. Ф.Гальтон запропонував ряд методів генетичного аналізу людини (генеалогічний,

близнюковий, статистичний, дерматогліфічний), вивчав питання кількісної оцінки властивостей людини (характер, інтелект, талановитість,

працездатність) та їх успадкування, створив особливий напрямок у генетиці –

євгеніку (грец.eu – добрий, genesis – рід, походження) і визначив основну мету її – поліпшити людину і людський рід в цілому. Шляхи такого

“поліпшення” він вбачав у вибірковому розмноженні одних людей

(наприклад, обдарованих, талановитих) і обмеженні інших шлюбів.

Теоретично євгеніка грунтувалася на реальних фактах спадкової обумовленості нормальних і патологічних ознак, а практично здійснювалася в ряді країн (фашистська Німеччина) як антигуманне визнання окремих категорій населення неповноцінними, які в законодавчому порядку підлягали

примусовій стерилізації (“расова гігієна”). Євгенічні програми надовго затримали розвиток генетики людини.

Основні наукові напрямки розвитку сучасної генетики людини:

Цитогенетика вивчає хромосоми людини, їх структурно-функціональну організацію, картування, розробляє методи хромосомного аналізу.

Досягнення цитогенетики застососовуються для діагностики хромосомних хвороб людини. Популяційна генетика досліджує генетичну структуру людських популяцій, частоту алелей окремих генів (нормальних і патологічних) у популяціях людей, прогнозує і оцінює генетичні наслідки забруднення довкілля, вплив антропогенних факторів середовища на біологічні процеси, що перебігають у людських популяціях (мутаційний процес). Ці дослідження дозволяють прогнозувати частоту деяких спадкових хвороб у поколіннях і планувати профілактичні заходи. Біохімічна генетика

вивчає біохімічними методами шляхи реалізації генетичної інформації від гена до ознаки. За допомогою біохімічних методів розроблені експрес-

методи діагностики ряду спадкових хвороб, у тому числі методи пренатальної (допологової) діагностики. Розробка системи захисту генофонду людей від іонізуючої радіації – одне з основних завдань

радіаційної генетики. Імунологічна генетика (імуногенетика) вивчає генетичну обумовленість імунологічних ознак організму, імунних реакцій.

Фармакологічна генетика (фармакогенетика) досліджує генетичну обумовленість реакцій окремих людей на лікарські засоби та дію останніх на спадковий апарат.

Особливості генетики людини

На відміну від класичних об’єктів генетики, людина – специфічний і складний об’єкт генетичного аналізу. Специфічність людини полягає в тому,

що вона поєднує в собі закони органічної еволюції і закони соціального життя. Гібридологічний метод, основу якого становить система експериментальних схрещувань, для людини неприйнятний.

Експериментальні шлюби для людини неможливі. Генетичні експерименти

на людях заборонені. Існують й інші особливості, які створюють труднощі

при вивченні спадковості і мінливості людини.

Основні з них такі:

1.Повільна зміна поколінь (приблизно через 25-30 років). Тривалість життя людини, як об‘єкта спостережень, може перевищувати тривалість життя дослідника.

2.Мала кількість дітей у кожній сім’ї.

3.Складний каріотип, який включає 46 хромосом (24 групи зчеплення –

22 пари автосом, Х-, Y-хромосоми). Для порівняння – у дрозофіли 8

хромосом (4 групи зчеплення).

4.Людині властивий значний генотиповий поліморфізм, що, поряд з різними екологічними і соціальними умовами, обумовлює високу ступінь фенотипового поліморфізму.

Медична генетика як наука

Медична генетика – розділ генетики людини, який вивчає роль спадковості в патології людини. Предметом вивчення медичної генетики є спадкові хвороби людини і хвороби із спадковою схильністю. Медична генетика вивчає етіологію і патогенез спадкових хвороб, розробляє методи діагностики, лікування і профілактики, досліджує співвідносну роль спадкових і неспадкових факторів в розвитку хвороб із спадковою схильністю.Основне завдання медичної генетики – вивчення спадкових хвороб людини з метою попередження їх розвитку в ряді поколінь, охорона спадковості людини від шкідливих факторів середовища. Об’єктом медичної генетики є людина із спадковою патологією, а також її сім’я, здорові і хворі родичі. Лікар і медична сестра будь-якої спеціальності зустрічаються із спадковими хворобами. За каталогами МакКьюсік, опублікованими за останні роки, у 1966 р. було відомо 1487, 1982 р. – близько 4000, 1994 р. – 6678 спадкових хвороб.

Медична генетика пов’язана з усіма клінічними науками. Розділом медичної генетики є клінічна генетика. Кінцева мета в них єдина – надати допомогу хворому, запобігти появі спадкових хвороб у поколіннях. Проте кожна клінічна наука вивчає конкретні спадкові хвороби відповідно до свого профілю. Медична генетика досліджує генетичні закономірності, спільні для всіх спадкових хвороб або великої групи їх. При цьому вона спирається на генетику людини: розвивається в тих самих напрямках і застосовує ті ж методи дослідження, що і генетика людини.

Сучасна медична генетика і медицина в боротьбі за здоров’я людей у кожному поколінні орієнтуються насамперед на профілактику спадкових хвороб шляхом пренатальної (допологової) діагностики, медико-генетичного консультування, виявлення гетерозиготних носіїв патологічних генів, порад подружнім парам з підвищеним ризиком народження хворої дитини,

розробці законодавчих актів, спрямованих проти забруднення довкілля мутагенами. Медична генетика досліджує будову генів людини, здійснює штучний синтез їх, розробляє разом з клінічними науками способи лікування спадкових хвороб за допомогою генів (генотерапія і генохірургія).

Вивчення спадкових хвороб започаткував англійський лікар А.Гаррод

(1908). Досліджуючи родоводи хворих на алкаптонурію, він встановив спадковий характер цієї хвороби і запропонував генетичну гіпотезу походження спадкових хвороб обміну речовин як “уроджених помилок метаболізму”, що виникають внаслідок генетично обумовленого дефіциту певного фермента. Ця ідея в наступному була реалізована у вигляді положення “один ген – один фермент” (Дж.Бідл, Е.Татум, 1941).

Алкаптонурія – спадкова хвороба з автосомно-рецесивним типом успадкування, яка обумовлена недостатністю фермента оксидази гомогентизинової кислоти. Через недостатність фермента гомогентизинова кислота нагромаджується в організмі і виділяється з сечею, яка на повітрі і особливо в лужному середовищі набуває темного забарвлення.

Гомогентизинова кислота відкладається також в сполучній тканині.

Суглобові хрящі набувають жовто-оранжевого кольору (охроноз), хрящі вушних раковин і носа темніють, у похилому віці розвиваються артрити.

Розвиток медичної генетики в Україні пов’язаний з діяльністю видатного російського невропатолога і генетика С.М.Давиденкова (1880-

1961), який після закінчення Московського університету (1904) протягом кількох років працював практичним лікарем у психіатричних лікарнях Московської і Харківської губерній, а в 1912-1920 рр. після захисту докторської дисертації – професором Харківського жіночого медичного інституту. У 1925 р. у Харкові була надрукована його книга “Спадкові хвороби нервової системи”. С.М.Давиденков сформулював принцип генетичної гетерогенності спадкових хвороб, клінічного поліморфізму їх,

обгрунтував необхідність класифікації спадкових хвороб не за клінічними, а

генетичними закономірностями, організував у 20-х роках у Москві першу в світі медико-генетичну консультацію.

Медична генетика як галузь охорони здоров’я

В Україні перша медико-генетична консультація була організована в

1968 р. на базі Київського науково-дослідного інституту педіатрії,

акушерства і гінекології. Тепер в Україні існує галузь охорони здоров’я –

медико-генетична служба, яка надає спеціалізовану допомогу у вигляді медико-генетичного консультування.

До складу медико-генетичної служби в Україні входять: 53 міжрайонних медико-генетичних кабінети (ММГК) і один міський, 18 обласних медико-

генетичних консультацій (ОМГК), 7 міжобласних медико-генетичних центрів

– ММГЦ (Київський, Львівський, Харківський, Криворізький, Кримський,

Донецький, Одеський). У 1992 р. створений Український науковий центр медичної генетики МОЗ і Академії медичних наук України. Йому і Львівському науково-дослідному інституту спадкової патології доручено координацію всіх розділів роботи медико-генетичної служби України. Керує роботою всієї медико-генетичної служби Координаційна рада з медичної генетики при Міністерстві охорони здоров’я (МОЗ) України і головний

спеціаліст МОЗ України. Спеціалізовану допомогу хворим із спадковими хворобами надають також спеціалісти профільних науково-дослідних інститутів МОЗ України, кафедр медичних вищих наукових закладів та інститутів удосконалення лікарів.

Цитологічними основами спадковості є структури клітини (грец. cytos – клітина), які здатні до самовідтворення. Основне значення мають хромосоми. Клітину вперше відкрив у 1665 р. на зрізі корка під мікроскопом, описав її і дав їй таку назву англійський фізик Р.Гук.

Німецький зоолог Т.Шванн у 1839 р. узагальнив знання про клітину і сформулював основні положення клітинної теорії. Клітинна теорія утверджує єдність органічного світу єдністю будови.

Основні поняття генетики – генотип, фенотип, алельні,

неалельні гени

Генотип – сукупність всіх генів організму.

Фенотип – сукупність всіх зовнішніх і внутрішніх ознак організму.

Фенотип є результатом взаємодії генотипу і умов зовнішнього середовища.

Фенотип ніколи не буває відображенням усього генотипу, а завжди відбиває лише ту частину його, яка реалізується за даних умов. Терміни генотип і фенотип увів у науку в 1909 р. датський генетик В.Йогансен.

Алельні гени, алелі (лат. allelos – протилежний) – різні форми того самого гена, вони займають одне і те саме місце (локус) гомологічних хромосом і визначають альтернативні стани однієї і тієї самої ознаки. Гени,

як і хромосоми, парні. У кожній клітині диплоїдного організму будь-який ген представлений двома алельними генами (алелями), один з яких організм одержав від батька, другий – від матері. Виняток становлять статеві клітини – гамети, в яких міститься лише один алель даного гена. Алельні гени – парні гени, або гени однієї алельної пари. Неалельні гени – гени різних алельних пар.

Алельні гени бувають домінантними і рецесивними. Домінантний ген

(алель) – ген, який визначає фенотип гетерозиготного організму. Рецесивний

ген (алель) – ген, який не проявляється в фенотипі гетерозиготного організму. Домінантний і рецесивний алелі одного гена позначають однаковою літерою латинського алфавіту, але домінантний алель пишуть великою літерою, а рецесивний – маленькою. Наприклад, у людини нормальна пігментація шкіри визначається домінантним алелем А, а її відсутність (альбінізм) – рецесивним алелем того самого гена а.

Гомозиготні, гетерозиготні та гемізиготні організми

Гомозиготний організм – диплоїдний організм, в обох гомологічних хромосомах якого містяться однакові алелі певного гена (наприклад, АА чи аа), утворює один тип гамет. Гетерозиготний організм – диплоїдний організм, обидві гомологічні хромосоми якого містять різні алелі певного гена (Аа): утворює два типи гамет за даним геном. Гемізиготний організм

(грец. hemi – напів) – організм, у якому ген представлений не двома, а одним алелем і цей алель завжди фенотипно проявляється, навіть рецесивний.

Гемізиготним є гаплоїдний організм, а також диплоїдний гетерогаметний організм, але лише за тими генами, які локалізовані в статевих хромосомах.

Наприклад, чоловіки (ХY) є гемізиготними за генами гемофілії, дальтонізму,

які локалізовані в негомологічній ділянці Х-хромосоми, оскільки в них лише одна Х-хромосома, а Y-хромосома цих генів не містить.

Закономірності успадкування ознак, встановлені Г.Менделем

Закономірності успадкування ознак вперше в 1865 р. встановив чеський учений Г.Мендель у дослідах з гібридизації різних сортів посівного гороху

(розділ 1.2). Ці закономірності відомі тепер як три закони (правила)

Г.Менделя і закон (гіпотеза) чистоти гамет. Це основні закони генетики.

І до Г.Менделя учені намагалися пояснити	закономірності
успадкування, але ніхто з них не одержав точних даних.	Успіх сприяв
Г.Менделю завдяки вдалому вибору об'єкта досліджень і	застосуванню

розробленого самим Г.Менделем гібридологічного методу вивчення спадковості.

Горох посівний (Pisum sativum) – самозапильна рослина, тому нащадки кожної рослини є чистими лініями (чистосортні). Для дослідів Г.Мендель вибрав 22 сорти, які відрізнялися між собою чіткими і зручними для дослідження альтернативними ознаками і на них вивчав успадкування 7 пар

ознак (високе чи низьке стебло, жовтий чи зелений колір насіння, ін.).

Г.Мендель стежив за успадкуванням одночасно не всіх ознак, як це робили інші вчені, а однієї або небагатьох пар альтернативних ознак. Горох має 7 пар хромосом (це було встановлено пізніше) і гени кожної з 7 пар ознак були розташовані в різних парах хромосом. Ця обставина допомогла ученому сформулювати закон незалежного комбінування ознак. Свої досліди учений ретельно планував, вів точний кількісний облік потомства за кожною парою досліджуваних ознак у ряді поколінь і результати досліджень піддавав математичному аналізу. Методика проведення дослідів склала основу гібридологічного методу, який став основним методом класичної і сучасної генетики.

Гібридологічний метод – вивчення успадкування знак шляхом гібридизації (схрещування), тобто поєднання двох генетично різних організмів (гамет). Гетерозиготний організм, який утворюється при цьому,

називається гібридом, а потомство – гібридним. Основні положення гібридологічного методу: 1) для схрещування використовуються чистосортні

(гомозиготні) батьківські організми, які відрізняються між собою за однією чи небагатьма парами альтернативних ознак; 2) проводиться точний кількісний облік потомства окремо за кожною досліджуваною ознакою в ряді поколінь.

Схрещування, в якому батьківські організми відрізняються за однією парою альтернативних ознак, називається моногібридним, за двома –

дигібридним, за трьома і більше – полігібридним.