Урок 1 – 2. Человек как объект генетики

Цель: Показать место генетики человека в системе биологических и медицинских наук, раскрыть цели и задачи данного курса

Методы: Беседа с элементами лекции

Содержательная часть урока:

Хотя возраст генетики как науки немногим более ста лет, история её зарождения уходит в глубь веков. Эта история знает моменты полные драматизма. И в настоящее время генетика порождает бурные дискуссии вокруг проблем наследственной обусловленности поведения, клонирования человека, генетической инженерии. Столь значительная роль генетики в жизни общества обусловлена тем. Что она является фундаментом для понимания таких явлений как жизнь, развитие, эволюция, а так же природы самого человека.

Историю развития генетики можно условно разделить на четыре периода:

1. 1865 – 1900 гг. – зарождение генетики;

2. 1900 – 1926 гг.– становление генетики как самостоятельной дисциплины;

3. 1926 – 1960 гг. – накопление эмпирического материала;

4. 1960 и далее – современный этап.

Рассмотрим некоторые вехи истории генетики:

1866 – опубликование работы Г. Менделя о дискретном характере наследственности и закономерностях передачи наследственных задатков.

1876 – Ф. Гальтон разработал генеалогический и близнецовый методы исследования человека, предложил специальное название для науки об улучшении породы человека – «евгеника».

1900 – переоткрытие законов Менделя, независимо тремя учёными: Гуго де Фриз (Голландия), К. Корренс (Германия), Э. Чермак (Австрия).

1901 – 1903 гг. – Г. де Фриз создал мутационную теорию, постулаты которой справедливы и сегодня. Мутации возникают внезапно, устойчивы, могут быть прямыми и обратными, возникают повторно, бывают полезными и вредными.

1903 – Вильям Саттон и Т. Бовери выдвигают хромосомную гипотезу, связывая Менделевские факторы наследственности с хромосомами.

1907 – У. Бетсон описывает варианты взаимодействия наследственных факторов и вводит понятия комплементарности, эпистаза, неполного доминирования, чуть ранее были введены термины: гомозигота и гетерозигота.

1908 – математик Дж. Харди(США) и В. Вайнберг(Австрия) предлагают формулу распределения генов в популяции, известную в последствии как ключевой закон генетики популяций. Они показали, почему от поколения к поколению частота встречаемости доминантных и рецессивных генов в свободно скрещивающихся популяциях не меняется.

1909 – В. Иогансен формулирует ряд принципиальных положений генетики и вводит основные понятия генетической терминологии: ген, генотип, фенотип, аллель.

1910 – 1912гг. Томас Морган разрабатывает теорию хромосомной локализации генов и устанавливает законы сцепленного наследования, которые вместе с законами Г. Менделя составляют фундамент классической генетики.

1920 – Н. И. Вавилов формулирует закон гомологических рядов наследственной изменчивости.

1924 – Бернштейн установил, что группы крови А, В, О контролируются тремя аллелями одного гена.

1925 – выходит в свет книга «Наследственные болезни нервной системы» известного клинициста-генетика С. Н. Давиденкова.

1926 – Н. В. Тимофеев-Ресовский разрабатывает проблему влияния генотипа на проявления признака и формулирует понятия; пенетрантность и экспрессивность.

С середины 20 гг. в нашей стране начался кризис генетики, которая была объявлена лженаукой, научные исследования практически по всем направлениям генетики были прекращены.

1927 – Г. Меллер впервые получает мутации искуственным путём.

1930 – 1931 гг. – С. Райт, Р. Фишер, Дж. Холдейн разрабатывают теоретические направления популяционной генетики и выдвигают положение о дрейфе генов.

1944 – О. Эвери, К. Мак-Леод, М. Мак-Карти доказали генетическую роль ДНК в экспериментах по трансформации микроорганизмов. Это открытие символизирует начало новой науки – молекулярной генетики.

1947 – Дж. Ледерберг и др. описали генетическую рекомбинацию у бактерий и вирусов, Б. Мак-Клинток впервые описала мигрирующие генетические элементы.

1951 – Э. Чаргафф показал соответствие нуклеотидов в молекуле ДНК (правило Чаргаффа) и её видовую специфичность.

1952 – А. Херши и М. Чейз показали определяющую роль ДНК в вирусной инфекции, что явилось окончательным подтверждением её генетического значения.

1953 – Джеймс Уотсон, Френсис Крик и Морис Уилкинс предложили структурную модель ДНК. Эта дата считается началом эры современной биологии.

1956 – А.Корнберг осуществил процесс репликации ДНК в лабораторных условиях.

1958 – Ф. Крик сформулировал центральную догму молекулярной биологии, по которой передача наследственной информации идёт в направлении от ДНК к РНК, а от РНК – к белкам. Основное положение этой схемы – невозможность кодирования от белков к нуклеиновым кислотам (хотя и допускается путь от РНК к ДНК).

1960 – раскрыт механизм транскрипции генетической информации.

1961 – Ж.Моно и Ф.Жакоб формулируют теорию оперона – теорию генетической регуляции синтеза белка у бактерий.

1961 – 1965 – различные исследовательские группы (Г. Корана, М. Ниренберг, Р. Холли, С. Очоа, Дж .Маттей и др.) провели исследования по расшифровке генетического кода, в результате чего был составлен кодовый словарь в современном виде.

1960 – 1966 гг. – Мак-Кьюсиком выполнены обширные исследования в области изучения полиморфизма наследственных болезней человека, был составлен подробный каталог генов.

1960 – 1970 гг. – разработаны методы культивирования лимфоцитов периферической крови с целью получения метафазных хромосом человека, методы дифференциального окрашивания хромосом, позволившие идентифицировать все хромосомы человека. Описаны хромосомные мутации, являющиеся причинами наследственных заболеваний и показана роль мутаций при развитии злокачественных перерождений клеток.

1969 – Г. Корана впервые синтезировал ген в лабораторных условиях.

1972 – Формируется новое направление в молекулярной биологии – генетическая инженерия. На базе исследований этого направления сконструированы искусственные гены инсулина, саматотропина, интерферона.

1974 – Р. Корнберг, А. Олинс, Д. Олинс формулируют теорию нуклеосомной организации хроматина.

1975 – по инициативе группы учёных во главе с П. Бергом в США проходит Международная конференция по этическим проблемам генной инженерии, на которой провозглашается временный мораторий на ряд исследований, который не остановил работ по генной инженерии, и в последующие годы происходит активное развитие этой области, рождается новое направление – биотехнология.

1977 – У. Гилберт и Ф. Сенджер разрабатывают методы определения последовательности нуклеотидов в нуклеиновых кислотах, Р. Робертс и Ф. Шарп показывают мозаичную (интрон-экзонную) структуру гена эукариот.

1981 – получены первые трангенные животные (мыши).

1988 – по инициативе генетиков США создаётся международная организация «Геном человека».

1990 – впервые произведено введение нового гена в организм человека.

1997 – первый успешный опыт по клонированию млекопитающих (овца Долли).

2003 – работа по расшифровке генома человека завершена.

Современная генетика представляет собой обширное древо производных дисциплин. Ее специализированные разделы стали рассматриваться как самостоятельные генетические науки: генетика человека, цитогенетика, молекулярная генетика, популяционная генетика, иммуногенетика, экологическая генетика, психогенетика, генетика развития и т.д. Тенденция к дифференциации наук проявилась и в направлении генетических исследований человека – сформировались такие разделы, как клиническая генетика, биохимическая генетика человека, цитогенетика человека, нейрогенетика и др.

Вместе с тем, проблема узкой специализации в генетике не проявляется столь остро, как в других науках. Все специализированные генетические дисциплины связаны фундаментальной информацией, систематизированной в рамках общей генетики. Более того, во многом именно генетика в настоящее время определяет единство современной биологии как науки, поэтому 16-й Всемирный генетический конгресс проходил под девизом: «Генетика и единство биологии». Без преувеличения можно сказать, что генетика в той или иной мере определяет развитие всех разделов биологии, является ее методологической базой.

Наиболее актуальными направлениями в генетике человека являются медицинская генетика, генетика индивидуальных различий и генетика поведения.

Медицинская генетика изучает генетические основы патологии человека, в настоящее время описано более 5000 аномалий развития и наследственных заболеваний. Около 5% детей рождаются с тем или иным генетическим дефектом. В задачи медицинской генетики входит изучение характера наследования и проявления патологических признаков, распространения генов, обуславливающих эти признаки в популяциях, разработка принципов классификации, диагностики и профилактики наследственных болезней.

Психогенетика изучает взаимодействие факторов наследственности и среды в формировании индивидуальных различий по психологическим и психофизиологическим признакам, таким, как интеллект, одаренность, поведение. Результаты исследований очень важны не только в теоретическом, но и в практическом аспекте, так как среда обитания человека меняется очень быстро, адекватная реакция на окружающую обстановку во многом определяет жизненный успех человека. От уровня интеллекта, врожденных задатков, индивидуальных психофизиологических особенностей зависит способность к обучению, овладению профессией, благополучие в жизни. С другой стороны, поведенческая реакция на новую культурную среду у некоторых людей оказывается патологической: игральная, компьютерная «наркомания», немотивированная агрессия, аутизм, другие формы девиантного поведения, поэтому важно исследовать особенности поведения в новых ситуациях людей с разными генотипами, разрабатывать методы профилактики пограничных и болезненных состояний.

Человек – довольно трудный объект для генетических исследований. Как высокоорганизованный вид, он имеет исключительно сложную генетическую организацию. ДНК гаплоидного набора человека содержит около 3.000.000.000 пар нуклеотидов, что составляет, по разным оценкам, от 30 000 до 100 000 структурных (функционирующих) генов. Только рекомбинационный процесс, обмен между хромосомами, приводит к новым сочетаниям локусов и групп сцепления, влияя на разнообразие признаков фенотипа, поэтому генотипическая изменчивость современного человечества чрезвычайно велика. Кроме того, частота мутаций у человека оценивается как 0,00001 на локус (ген) в поколении, в среднем, одна из 20 гамет несет новую мутацию. По результатам изучения различных белков, ферментов и антигенов крови и других тканей, 25-30% локусов человека полиморфно, то есть, описано несколько их аллелей.

Достоинства человека как генетического объекта в следующем:

– в почти полном отсутствии естественного отбора, что должно привести к огромному накоплению менделирующих признаков;

– в возможности относительно точно изучать генетику психических особенностей, главным образом психических аномалий;

– в гораздо большей изученности физиологии и морфологии; поскольку даже идеальное фенотипическое сходство поведенческих признаков не гарантирует их генетической идентичности. Более того, физиологические и морфологические различия могут быть доказаны исследованием различий поведения, и, таким образом, дифференциация признаков в значительной мере облегчается. Хорошее знание физиологии объекта подсказывает и направление поисков механизмов развития признака, его появления, т.е. решается проблема реализации признака.

Но основную трудность представляют: недопустимость целевого экспериментирования (в том числе направленного скрещивания) над человеком; отсутствие точной регистрации проявления наследственных признаков в семьях и отсутствие гомозиготных линий; малое число потомков в каждой семье и позднее наступление половой зрелости.

Рост числа наследственных заболеваний, загрязнение окружающей среды мутагенами, проблема онкологических заболеваний, анализ данных этологии (науки о поведении) человека – эти и многие другие факторы способствовали превращению генетики человека в науку огромного социального значения. Цитогенетические исследования, развитие молекулярно-генетических методов позволило вплотную подойти к активному вмешательству в геном человека. Однако генетические знания, к сожалению, недостаточно вошли в сознание широких масс населения. В нашей стране существует сеть медико-генетических консультаций, которые помогут оценить степень риска появления наследственной патологии у ожидаемого потомства конкретной супружеской пары, однако пока врачам-генетикам приходится лишь объяснять наличие отклонений у родившихся детей.

Генетика всё больше входит в повседневную жизнь людей, во многом определяя будущее человечества. Можно не сомневаться, что эксперименты по «конструированию человека» будут продолжены. Всё чаще в печати обсуждаются вопросы клонирования человека, воздействие на его генотип, опасность генно-модифици-
рованных продуктов. Как эти проблемы скажутся на судьбе человечества, сказать невозможно.

Вопросы для обсуждения:

1. Что изучает генетика человека?

2. Почему человек является трудным объектом для изучения его генетики?

3. Какова практическая направленность генетики человека?