Термины и понятия: генетика человека; евгеника; генетический груз; наследственные болезни; патологии генные, хромосомные, геномные; заболевания с наследственной предрасположенностью.
Особенности изучения генетики человека. Многие считают, что самый интересный раздел генетики — генетика человека — наука о наследственности и изменчивости признаков у человека. И действительно, именно в этой области разворачиваются жаркие научные дискуссии и именно здесь используются самые современные научные методы и технологии.
Человек подчиняется тем же закономерностям наследования, что и любое животное с половым способом размножения. Генетический аппарат человека такой же, как и у других обитателей Земли. Его основу составляет ДНК, на которой синтезируется РНК, которая, в свою очередь, служит для биосинтеза белков; всё многообразие генов построено с участием четырёх нуклеотидов; генетическая информация считывается триплетами. Более того, некоторые гены у совсем не родственных видов живых организмов полностью идентичны. Трудно представить, но у человека и банана ровно половина всех структурных генов — одинаковы! А сходство человека и шимпанзе составляет 98,7 % генов. Причём одинаковыми являются не только нормально функционирующие гены, но и псевдогены — участки хромосомы, похожие на структурный ген, но содержащие «печатные ошибки», которые делают их не функционирующими.
Относительно генетического сходства всех живых организмов существует одно остроумное сравнение. Представьте себе, что два соседа по парте написали сочинения, в которых одинаковыми являются не только содержание, но даже допущенные ошибки. Сочинения на три тетрадных листочка отличаются только одним словом в тексте. Ясно, что ученики списали свои сочинения один у другого или из одной и той же книжки. Именно такое чрезвычайное сходство строения «святая святых» - аппарата наследственности и является неопровержимым доказательством единства происхождения всего живого на нашей планете.
Наследование признаков у человека подчиняется законам и правилам генетики: законам Менделя, Моргана, сцепления генов, взаимодействия аллельных и неаллельных генов (табл. 13, 14). Однако поскольку человек — это не только биологическое, но и социальное существо, то генетические исследования вида Homo sapiens отличаются рядом особенностей:
• для изучения наследования признаков у человека нельзя, как например у лабораторных мышей, применять гибридологический анализ (метод скрещиваний): люди не желают давать потомство по указаниям экспериментатора. Поэтому для изучения результатов гибридизации у человека используют опосредованный генеалогический метод (рис. 69);
• человеку присущи признаки, не встречающиеся у других организмов: темперамент, математические, изобразительные, музыкальные и другие способности, наследование которых — интереснейшая часть генетики человека;
• благодаря общественной поддержке и медицине возможно выживание и существование людей с явными отклонениями от нормы (в дикой природе такие организмы сразу же гибнут).
Таблица 13
Некоторые доминантные и рецессивные признаки в человеческом организме
|
Признак |
Доминантный |
Рецессивный |
|
Размер глаз |
Большие |
Маленькие |
|
Цвет глаз |
Карие |
Голубые |
|
Тип глаз |
Монголоидный |
Европеоидный |
|
Разрез глаз |
Прямой |
Раскосый |
|
Зрение |
Близорукость |
Норма |
|
Косоглазие |
Есть |
Нет |
|
Подбородок |
Широкий |
Острый |
|
Подбородок |
Длинный |
Короткий |
|
Ямка на подбородке |
Есть |
Нет |
|
Форма губ |
Широкие |
Тонкие |
|
Веснушки |
Есть |
Нет |
|
Густота бровей |
Густые широкие |
Редкие узкие |
|
Форма бровей |
Соединяются на переносице |
Не соединяются на переносице |
|
Ресницы |
Длинные |
Короткие |
|
Форма носа |
Круглый |
Острый |
|
Форма носа |
Прямой |
Курносый |
|
Величина носа |
Большой |
Нормальный |
|
Переносица |
С горбинкой |
Прямая |
|
Мысок волос на голове |
Есть |
Нет |
|
Структура волос |
Жёсткие |
Мягкие |
|
Цвет волос |
Тёмный |
Светлый |
|
Голос у женщины |
Сопрано |
Альт |
|
Голос у мужчины |
Бас |
Тенор |
|
Рост |
Низкий |
Высокий |
|
Количество пальцев |
Многопалость |
Пятипалость |
|
Группа крови |
II, III, IV |
1 |
|
Резус-фактор крови |
Положительный |
Отрицательный |
|
Цвет кожи |
Смуглый . |
Светлый |
|
Структура кожи |
Толстая |
Тонкая |
|
Ведущая рука |
Левая |
Правая |
|
Форма лица |
Круглая |
Продолговатая |
Таблица 14
Признаки с неполным доминированием у человека
|
Признак |
Доминантный фенотип |
Гетерозиготный фенотип |
Рецессивный фенотип |
|
Размер носа |
Большой |
Средний |
Маленький |
|
Размер рта |
Большой |
Средний |
Маленький |
|
Размер глаз |
Большие |
Средние |
Маленькие |
|
Расстояние между глазами |
Большое |
Среднее |
Маленькое |
|
Цвет бровей |
Очень тёмные |
Тёмные |
Светлые |
|
Курчавость волос |
Курчавые |
Кудрявые |
Прямые |
Рис. 69. Пример гипотетической родословной семьи, основанной двумя гетерозиготными особями по рецессивной мутации. Квадратики — особи мужского пола, кружочки — женского. Белое закрашивание — рецессивный аллель, чёрное — доминантный аллель. Полное закрашивание — гомозигота, закрашивание наполовину — гетерозигота.
Что такое евгеника. Одним из спорных и очень неоднозначных направлений генетики человека является евгеника (от греч. евгенес — породистый) — учение о селекции человека.
В начале XX ст., когда генетика делала первые шаги, это учение было довольно популярным. Однако нацистское мировоззрение довело евгенику до абсурда. Поэтому длительное время учение о селекции человека входило в разряд преступлений против человечества наряду с расизмом и опытами над людьми.
Современную евгенику делят на два направления. Негативная евгеника ставит целью отстранить от участия в размножении людей с негативными свойствами (физически или умственно неполноценных и страдающих наследственными болезнями), то есть искусственно поддержать или даже улучшить генофонд человека. Однако даже и такие попытки на практике сталкиваются с огромными моральными проблемами. Неизбежно возникает вопрос о границе между генетически здоровым и нездоровым человеком. Всегда существует опасность того, что критерии отбора могут приобрести абсурдный характер. Например, посчитают «недостойными» брать участие в воспроизводстве человечества, например, тех, у кого недостаточно высокий рост, слишком голубые глаза или не очень хороший музыкальный слух.
Яркой иллюстрацией того, насколько несовершенны человеческие критерии отбора, может служить известный пример. Отец болен, у матери - туберкулёз. Старший сын в семье умер через шесть дней после рождения, третий сын болен туберкулёзом, пятый ребёнок - девочка, умерла через четыре дня после рождения, шестой ребёнок прожил всего два года, седьмой умер в годовалом возрасте. Как вы считаете, как бы отнеслась к этой семье евгеника? Однако же один из детей (выжили всего двое) - ... Людвиг ван Бетховен!
Второе направление евгеники — положительная евгеника. Её цель — максимально привлечь к участию в воспроизводстве человеческого рода здоровых, красивых, умных и одарённых людей. В последнее время положительная евгеника постоянно развивается. Это связано с появлением такого направления медицины, как оплодотворение в пробирке. В качестве доноров яйцеклеток и сперматозоидов для тех людей, которые сами не способны зачать ребёнка, стараются привлекать здоровых и одарённых людей.
Генетические проблемы на уровне человеческих популяций. Особое направление представляет собой генетика человеческих популяций (от англ. population — население). В отличие от популяций других млекопитающих, в человеческих поселениях действуют особые факторы. Это, прежде всего, религиозные и социальные барьеры, накладывающие ограничения на свободные браки. Кроме того, в популяциях человека не очень эффективен естественный отбор. Дело в том, что развитие медицины снижает смертность носителей генетического груза, то есть тех, кто имеет в гетерозиготном состоянии летальные, а в гомозиготном — полулетальные аллели. Именно поэтому у человека естественный отбор, направленный против неблагоприятных мутаций, эффективен только на стадиях внутриутробного развития, когда нежизнеспособные эмбрионы гибнут.
В последнее время всё более актуальным становится вопрос, насколько изменился генофонд человеческой популяции за последние 100 лет. С одной стороны, происходила массовая миграция, которой человечество не знало за всю свою историю. Вследствие этого произошло множество межрасовых браков, приведших к смешиванию и обогащению генофонда. С другой стороны, медицинская помощь, позволяющая выжить носителям генетических дефектов, загрязнение воды, воздуха и пищи мутагенами, изменение уровня радиации и т. д. могут способствовать повышению генетического груза. Единая точка зрения относительно этого ещё не сформировалась. Одни учёные считают, что факт увеличения генетического груза всё- таки имеет место, а другие думают, что некоторое повышение числа врождённых генетических патологий является следствием большого внимания к этому вопросу и результатом более тщательных исследований, проведённых в последнее время.
Генетика отдельных признаков. Среди вопросов, которые изучает генетика человека, немалый интерес вызывают закономерности наследования отдельных признаков. К настоящему моменту установлена наследственность большинства нормальных человеческих признаков. Все они контролируются сериями аллельных и неаллельных генов, расположенных на разных участках хромосом. Действие этих генов, как правило, связано с продуцированием определённых полипептидных цепей, из которых потом составляются структурные белки или ферменты.
Например, цвет волос контролируют гены четырёх локусов, каждый из которых имеет два аллеля: доминантный и рецессивный (табл. 15). При комбинировании аллелей этих четырёх локусов возможно девять фенотипических состояний от чёрных до совершенно белых волос (рис. 70). При этом наблюдается переход от очень светлого блондина к тёмно-коричневому брюнету.
Рис. 70. Типичный пример доминантного (чёрные волосы) и рецессивного (светлый блондин) признаков у человека.
Таблица 15
Наследование цвета волос (контролируется четырьмя генами, наследуется полимерно)
|
Число доминантных аллелей |
Число рецессивных аллелей |
Цвет волос |
|
8 |
0 ' |
Чёрные |
|
7 |
1 - |
Тёмно-коричневые |
|
6 |
2 |
Тёмно-каштановые |
|
5 |
3 |
Каштановые |
|
4 |
4 |
Русые |
|
3 |
5 |
Светло-русые |
|
2 |
6 |
Блондин |
|
1 |
7 |
Очень светлый блондин |
|
0 |
8 |
Белые |
Рыжий цвет волос контролирует другой ген. Его принято обозначать буквой D: DD — ярко-рыжие, Dd — светло-рыжие, dd — нерыжие.
Современная наука склонна предполагать: ген рыжих волос, то есть ген, благодаря которому в клетках синтезируется вещество феомеланин, современный человек унаследовал от неандертальцев. Кроманьонцы были темноволосыми, неандертальцы же - часто рыжими и светлокожими. Именно скрещивания между кроманьонцами и неандертальцами и могли привести к тому, что ген рыжего цвета волос оказался в генотипе современного человека
Наследственные заболевания Большое развитие получил медицинский аспект генетики человека, который сформировался в особую науку, — медицинскую генетику. Эта наука, прежде всего, изучает наследственные заболевания — неполадки организма, связанные с нарушениями генетического аппарата: генов, отдельных хромосом или структуры генома.
Генная патология — болезнь, вызванная неправильным действием одного гена. Такое заболевание с точки зрения генетики можно анализировать как генетический признак и изучать его наследование на основании законов Менделя — в зависимости от того, доминантным или рецессивным признаком является данная болезнь.
Типичным случаем доминантной генной патологии является полидактилия — наличие на руках или ногах дополнительных пальцев (рис. 71). Никаких других проблем, кроме эстетической, полидактилия не несёт. Сейчас дополнительные пальцы обычно удаляют в детстве, а вот раньше люди, которые родились с лишними пальцами рук или ног не имели возможности избавиться от них.
Примером генной патологии с рецессивным типом наследования является фенилкетонурия — заболевание, связанное с нарушением обмена веществ (вспомните материал § 7). Частота заболевания фенилкетонурией составляет 1 : 10000 грудных детей европеоидной расы, частота гетерозигот (носителей гена) 80 : 10000 детей. У представителей других рас эта болезнь встречается значительно реже. Причина фенилкетонурии — поломка гена (он находится в 12-й хромосоме), который кодирует фермент, отвечающий за один из этапов преобразования аминокислоты фенилаланина.
Рис. 71. Так выглядит рентгеновский снимок кисти человека с полидактилией.
Если доминантные мутации генов довольно разнообразны по своей природе и действию, то рецессивные мутации — это исключительно генные мутации, приводящие или к нарушениям синтеза иРНК, или к синтезу полипептидной цепи с неправильным набором аминокислот.
В последнем случае это может привести к неспособности такого белка (фермента) выполнять свою функцию.
Хромосомные болезни. Существуют генетические заболевания, вызванные нарушениями одной хромосомы. Иногда это — выпадение кусочка хромосомы. Например, поломка плеча Y-хромосомы вызывает патологию, которая называется синдромом кошачьего крика. Для этого заболевания характерны деформация гортани, из-за которой голос ребёнка напоминает мяуканье кошки, мышечная слабость, маленький вес и рост, общее отставание в развитии и умственная отсталость.
Геномные мутации (анеуплоидии). У людей довольно часто возникают наследственные болезни, вызванные наличием лишней или отсутствием одной из половых хромосом. В этом случае в кариотипе больного может быть изменено количество как Х-хромосом, так и Y-хромосом. Встречаются следующие соотношения половых хромосом: Х0 (синдром Шерешевского—Тернера), XXX, ХХХХ, XXY (синдром Клайнфельтера) и другие — XXYY, XYY, XYYY. В случае, если в кариотипе присутствует хотя бы одна Y-хромосома, организм развивается по мужскому типу. Если в кариотипе есть только Х-хромосома, организм развивается по женскому типу.
Синдром Шерешевского—Тернера и синдром Клайнфельтера имеют чётко выраженный фенотипический эффект. При этих болезнях происходит недоразвитие половых органов и нарушения психики. Именно поэтому диагноз этих болезней без осложнений ставится уже на первых годах жизни человека.
Совсем по-другому выглядит ситуация с патологиями кариотипа, связанными с увеличением числа Х-хромосом у женщин и Y-хромосом у мужчин (рис. 72). Частота таких аномалий довольно большая и составляет 2:1000. Однако диагностируется патология далеко не у всех её носителей. У женщин увеличение числа Х-хромосом специфично никак не проявляется. Мужчины, в кариотипах которых присутствуют лишние Y-хромосомы, также редко обращаются к специалистам и не знают о такой своей особенности. Однако выяснилась интересная закономерность: количество носителей лишней Y-хромосомы среди заключенных существенно превышает количество таких людей в среднем по человеческой популяции. Оказалось, что наличие в кариотипе лишней Y-хромосомы провоцирует у мужчины агрессивность. Внешне такие больные выглядят крупными высокими мужчинами со слишком длинными руками и свирепым выражением лица.
Рис. 72. Хромосомный набор особи мужского пола с двумя Y-хромосомами. Поперечные полосы на хромосомах проявляются специальными красителями. С помощью этого признака можно легко установить принадлежность хромосомы к определённой паре.
За высокий рост и асоциальное поведение носителей лишней Y-хромосомы генетики иногда называют «баскетбольной командой тюрем».
Болезни с наследственной предрасположенностью. Кроме заболеваний, которые чётко наследуются, существует немало болезней с наследственной предрасположенностью. Для того чтобы развился такой недуг, необходима комбинация двух факторов: наследственности и влияния среды. К таким заболеваниям относят ишемическую болезнь, сахарный диабет, ревматоидные заболевания, язвенные болезни желудка и двенадцатиперстной кишки, онкологические болезни, шизофрению и другие заболевания психики. Если человек с наследственной предрасположенностью к какому-то заболеванию будет соблюдать соответствующий режим, вести здоровый образ жизни, болезнь не разовьётся.
Нужно помнить, что все вопросы здоровья, связанные с медицинской генетикой, нужно решать через систему медикогенетических консультаций. Основная цель медико-генетического консультирования — информировать заинтересованных лиц о вероятности риска появления в потомстве больных. Для этого анализируют роль генотипа в развитии данного заболевания и прогнозируют риск рождения нездоровых потомков. К медико-генетическим мероприятиям относится также пропаганда генетических знаний среди населения, что содействует более ответственному подходу к деторождению.
Генетика человека — наука о наследственности и изменчивости признаков у человека. Изучение генома человека однозначно подтвердило его эволюционное происхождение. В генетике человека невозможно применить некоторые традиционные генетические методы, в частности гибридологический. На генетические процессы, протекающие в популяциях людей, накладывают отпечаток и социальные факторы. Евгеника — учение об улучшении человеческой природы традиционно является одной из горячих точек общественного мнения. Медицинская генетика — наука о наследственных аспектах медицинских проблем. Существуют наследственные болезни и болезни с наследственной предрасположенностью. Наследственные заболевания делят на генные, хромосомные и геномные патологии.
Проверьте себя
1. В чём состоят особенности генетических исследований человека?
2. Какие группы наследственных заболеваний вам известны? 3. Приведите примеры генных заболеваний с доминантным и рецессивным типом наследования. 4. Что вызывает синдром Клайнфельтера и синдром Шерешевского -Тернера? Какие ещё патологии числа половых хромосом вы знаете?
Как вы считаете?
1 По вашему мнению, есть ли что-то целесообразное в идее селекции человека? 2. Вспомните историю человечества: можно ли в ней найти примеры евгенического отбора?