Вспомните, чем различаются хромосомы у особей мужского и женского пола. Какие методы используются в генетике? Как передаются признаки, сцепленные с полом? Какие существуют мутации и в чем их причины?
Все генетические законы универсальны и приложимы к человеку. В норме кариотип человека включает 46 хромосом диплоидного набора, или 23 пары гомологичных хромосом. Из них 22 пары аутосом и 1 пара - половых хромосом XX (у женщин) или ХУ (у мужчин). При этом женский организм является гомогаметным, а мужской - гетерогаметным (рис. 173).
Рис. 173. Кариотип человека. Половые хромосомы выделены голубым фоном
Изучение генетики человека имеет свои особенности. Во-первых, невозможно использовать гибридологический метод, так как экспериментальное скрещивание людей невозможно. Во-вторых, у человека медленная смена поколений, поэтому пронаблюдать характер наследования признака сложно. В-третьих, у человека очень малое число потомков в одной семье, что не дает статистически достоверного результата. Поэтому для изучения генетики человека используются специфические методы, а характер наследования того или иного признака определяется на больших популяциях людей.
Рис. 174. Стандартные символы, принятые для составления родословных у человека
Основные методы генетики человека. Цитогенетический метод заключается в микроскопическом исследовании структуры и числа хромосом у здоровых и больных людей. Из трех типов мутаций с помощью микроскопа можно обнаружить хромосомные и геномные мутации. Кроме того, этот метод используют для определения мутаций при радиоактивном заражении людей и в научных исследованиях.
Генеалогический метод основан на составлении родословных и изучении характера наследования признака (рис. 174). Анализ родословных и характер распространения признака в популяциях людей помогли ученым установить характер наследования многих признаков (рис. 175). Например, курчавость и цвет волос, цвет глаз, веснушчатость, строение мочки уха, а также гемофилия, дальтонизм, серповидно-клеточная анемия, сахарный диабет, глухота, шизофрения, слепота, шестипалость. Генеалогический метод включает два этапа: сбор сведений о поколениях в семье и генеалогический анализ. При анализе в первую очередь устанавливают, как проявляется исследуемый признак у представителей разного пола, является ли он доминантным или рецессивным, сцеплен ли с другими признаками (рис. 176).
Рис. 175. Наследственный признак в династии Габсбургов — «габсбургская губа». Выпяченная нижняя губа и узкая недоразвитая, выступающая вперед нижняя челюсть. 1 — Фердинанд I (1503-1564) - император Священной Римской империи; 2 - Рудольф II (1552—1612) - император Священной Римской империи; 3 - Карл II (1661-1700) - король Испании. Эта же аномалия отмечалась и у последнего представителя этой фамилии - Альфонса XII Испанского, умершего в 1941 г.
Рис. 176. Наследование гемофилии у потомков королевы Виктории. На фото: королева Виктория (сидит в центре); две женщины в боа справа и слева от королевы ее внучки — принцесса Ирен Прусская (урожденная Гессенская) и будущая царица России Александра. Обе женщины носительницы гена гемофилии. В нижней части рисунка представлена родословная королевы Виктории
Близнецовый метод состоит в изучении фенотипа и генотипа близнецов. Близнецы бывают однояйцевые и разнояйцевые. Разнояйцевые близнецы (гетерозиготные) образуются из разных зигот в результате оплодотворения двух яйцеклеток двумя сперматозоидами. Они похожи друг на друга не более чем родные братья или сестры, рожденные в разное время. Такие близнецы могут быть однополыми и разнополыми. Однояйцевые близнецы (монозиготные) формируются из одной зиготы, разделившейся на ранней стадии дробления на две части. В этом случае одна оплодотворенная яйцеклетка дает начало не одному, а сразу двум зародышам. Они имеют одинаковый генотип, всегда одного пола и интересны для генетики (рис. 177). Все различия, которые проявляются у однояйцевых близнецов, связаны с влиянием условий среды на генотип.
В настоящее время с помощью различных методов генетики изучены особенности наследования около 2000 признаков v человека.
Наследственные болезни человека. Наследственные болезни человека принято делить на три группы: генные болезни, болезни с наследственной предрасположенностью и хромосомные.
Генные болезни связаны с мутациями отдельных генов. К ним относят большинство наследственных нарушений обмена веществ, например, фенилкетонурию (нарушение обмена аминокислоты фенилаланина, приводящее к слабоумию), гемофилию, дальтонизм, серповидно-клеточную анемию, шестипалость. Все генные болезни наследуются в соответствии с законами Менделя. По типу наследования их делят на аутосомно-доминантные, аутосомно-рецессивные и сцепленные с Х-хромосомой.
Болезни с наследственной предрасположенностью вызываются изменением нескольких генов и для своего проявления требуют определенных условий среды. Такие болезни наиболее распространены и составляют 92% от общего числа наследственных заболеваний. К ним относят ревматизм, ишемическую болезнь сердца, сахарный диабет, бронхиальную астму, мигрень, язвенную болезнь, эпилепсию и др. Немаловажное условие для их проявления — окружающая среда. Так, в промышленно развитых странах с плохим состоянием окружающей среды и высоким темпом жизни аллергическими заболеваниями страдают 10%, а гипертонией - около 30% населения.
Рис. 177. Схема образования однояйцевых близнецов
Хромосомные болезни связаны с изменениями в структурах и числе хромосом, т.е. с хромосомными и геномными мутациями. Хромосомные болезни - частая форма патологии: 6 из 1000 новорожденных детей имеют хромосомные изменения. Почти все хромосомные болезни проявляются как нарушение умственного развития или как врожденные пороки. Геномные мутации связаны с появлением лишних хромосом или с их утратой. Чаще всего встречаются мутации по половым хромосомам. Например, при XXY (47), XYY (47) у лиц с мужским фенотипом, или у женщин - трисомия XXX (47) и моносомия ХО (45).
Причины хромосомных и геномных мутаций установить сложно. Это могут быть физические, химические и биологические факторы. Однако риск рождения ребенка с трисомией возрастает у женщин с возрастом. Например, для женщин в 45 лет этот риск в 60 раз больше, чем в 19-24 года. Очень молодые женщины (моложе 14-15 лет) также имеют повышенный риск рождения ребенка с хромосомными и геномными мутациями.
Медико-генетическое консультирование. Для профилактики наследственных болезней человека проводят медико генетическое консультирование. Основная его цель - предупреждение рождения детей с тяжелыми наследственными недугами. Консультирование начинается с составления генеалогической карты (родословной) и уточнения диагноза. Врач-генетик проводит анализ родословной и прогнозирует вероятность рождения больного ребенка.
Кабинеты медицинской генетики созданы в поликлиниках всех крупных городов России. Работа в них врачей-генетиков дает возможность:
1) оказывать помощь семьям, в которых встречаются наследственные болезни;
2) объяснять супругам степень риска рождения больного ребенка;
3) предупреждать родственные браки, в результате которых вероятность рождения больного ребенка увеличивается в несколько раз;
4) выявлять в семьях носителей генов, отвечающих за развитие болезней;
5) проводить дородовую диагностику наследственных болезней человека.
Наиболее эффективна дородовая диагностика. Она направлена на выявление хромосомных и геномных мутаций у развивающегося плода. Широко распространено исследование околоплодной жидкости (рис. 178). Оно позволяет проводить цитогенетический анализ хромосом плода. Ультразвуковое исследование (УЗИ) дает возможность установить пороки развития конечностей, почек, сердца, головного мозга и др.
Значение медицинской генетики. В генетике и медицине наряду с термином «наследственные болезни» существует термин врожденные болезни. Их разграничение имеет важное значение при прогнозировании потомства в семье. К наследственным относят болезни, связанные с нарушением генетического (наследственного) аппарата половых клеток родителей. Врожденные болезни проявляются при рождении, что говорит лишь о времени их появления, а не о причинах. Они могут быть наследственными или возникнуть в процессе зародышевого развития. В последнем случае они не передаются по наследству, а связаны с воздействием вредных факторов на организм беременной женщины. К таким факторам относят вирусные и бактериальные инфекции, употребление наркотиков, алкоголя, токсических веществ, ряда лекарств, а также различные виды ионизирующего излучения. К особенно тяжелым последствиям приводит воздействие вредных факторов на ранних сроках беременности (от 2 до 20 недель), когда идет закладка тканей и органов эмбриона.
Рис. 178. Цитогенетическое исследование хромосом плода: 1 - забор околоплодной жидкости, содержащей клетки плода; 2 - центрифугирование околоплодной жидкости для отделения клеток плода; 3 — посев клеток плода с целью получения культуры клеток; 4 — изучение хромосом в делящихся клетках с помощью микроскопа
Для успешного медико-генетического консультирования необходима пропаганда генетических знаний среди населения и осведомленность о наследственных болезнях. Медицина не может изменить генетическую природу человека, однако она обладает методами и средствами для лечения и предупреждения наследственных болезней человека.
Методы генетики человека: цитогенетический; генеалогический, близнецовый, наследственные болезни: генные, с наследственной предрасположенностью, хромосомные: медико-генетическое консультирование, врожденные болезни.
1. Чем различаются кариотипы мужчины и женщины? 2. У любого ребенка есть признаки, характерные для его матери и отца. Тем не менее даже среди близких родственников не найти двух абсолютно одинаковых людей. Объясните, почему. 3. Охарактеризуйте основные методы генетики человека. 4. Какие виды наследственных болезней встречаются у людей? Приведите их примеры. 5. В чем сущность медико-генетического консультирования? 6. Человек получил дозу ионизирующего излучения. К чему это может привести? 7. Повреждение каких клеток человека наиболее опасно для последующего поколения? Для мужчин или для женщин это повреждение более опасно? Ответ поясните.
Используя стандартные символы (см. рис. 174), составьте родословную своей семьи. Обозначьте себя, своих братьев, сестер, родителей, дядей и тетей, а также ваших бабушек и дедушек по материнской и отцовской линии. Рядом с обозначениями поставьте возраст лиц, внесенных в родословную. Результаты работы оформите в виде проекта.
В России первые кабинеты медико-генетического консультирования появились в 1967 г. в Москве и Ленинграде. Консультирование начинается с составления генеалогической карты, уточнения диагноза, биохимического и цитогенетического исследований. Далее врач-генетик проводит анализ родословной и прогнозирует вероятность рождения больного ребенка. При составлении прогноза учитывается характер наследственного заболевания, его повторение среди родственников. Врач оценивает генетический риск и дает рекомендации. Степень риска выражается в процентах. Считается, что 0-10% - низкая степень риска, 11-20% - средняя, а более 21% - высокая. В этом случае деторождение в данной семье не рекомендуется.