Хромосомна теорія спадковості 1 страница

Хромосомна теорія спадковості багато в чому визначила розви­ток не тільки генетики, а й усієї біології. За її допомогою з'ясували матеріальну основу законів спадковості, встановлених Г. Менде-лєм, і стало зрозумілим, чому в деяких випадках успадкування ознак відхиляється від цих законів. Появі хромосомної теорії пере­дувала хромосомна гіпотеза спадковості, яку обґрунтували У. Сет-тон і Т. Боварі. Згідно з цією гіпотезою, алельні гени локалізовані в гомологічних хромосомах. Цю теорію підтвердили дані про хро­мосомний механізм визначення статі та успадкування зчеплених зі статтю ознак. Гіпотезу експериментально обґрунтував амери­канський генетик Т. Морган, який разом зі своєю школою розро­бив хромосомну теорію. За створену теорію Т. Морган став першим серед генетиків лауреатом Нобелівської премії.

Основні положення хромосомної теорії спадковості:

1. Гени розташовані в хромосомах; різні хромосоми містять
неоднакову кількість генів, кожна з негомологічних хромосом
має свій унікальний набір генів.

2. Гени розташовані вздовж хромосом у лінійному порядку.

3. Кожен ген займає в хромосомі певну ділянку — локус, алель­ні гени заповнюють однакові локуси гомологічних хромосом.

4. Усі гени однієї хромосоми утворюють групу зчеплення, за­вдяки чому відбувається зчеплене успадковування деяких ознак; кількість груп зчеплення дорівнює кількості пар гомологічних хромосом кожного виду.

5. Сила зчеплення між двома генами обернено пропорційна відстані між ними.

6. Зчеплення між генами, розташованими в одній хромосомі, порушується внаслідок кросинговеру, під час якого гомологічні хромосоми обмінюються своїми ділянками.

7. Частота перехресту (кросинговеру) між двома зчепленими ге­нами являє собою порівняно сталу величину для кожної конкрет­ної пари генів і залежить від відстані між ними (відстань між гена­ми в хромосомі пропорційна відсотку кросинговеру між ними).

8. Кожен біологічний вид характеризується певним каріоти­пом (певною кількістю і формою хромосом).

Т. Морган використав частоту кросинговеру для визначення відносної відстані між зчепленими генами. Один відсоток пере­хреста отримав назву морганід, який прийнято за одиницю вимірювання відстані між генами. Якщо відстань становить 50 морга-нід і більше — стани ознак успадковуються незалежно.

Генетичні карти хромосом

Дані про зчеплення генів і кросинговер дали змогу розробити генетичні карти. їх розробляють за допомогою гібридологічного аналізу.

А. Стервантет у 1913 р. склав першу карту локалізації генів у Х-хромосомі дрозофіли. На генетичній карті хромосом вказують: номер групи зчеплення, скорочені назви генів, відстань між гена­ми. За допомогою генетичних карт можна передбачити характер успадковування ознак, які визначаються нанесеними генами, і те­оретично обчислити вірогідність їхнього розщеплення в нащадків.

Для складання генетичних карт хромосом людини застосову­ють метод гібридизації соматичних клітин. Так, найдетальніше вивчено локалізацію генів у Х-хромосомі та першій аутосомі. Ви­вчення локалізації патологічних генів має особливе значення для медицини, а саме — у діагностиці спадкових хвороб.

Цитологічні карти — це схематичне зображення хромосом з генами. Розміщення генів на цитологічних картах визначається за допомогою транслокації. Під час транслокації відбувається об­мін негомологічними ділянками хромосом. За допомогою мікро­скопії потім вивчають розміри, локалізацію хромосомних пере­будов.

Для деяких видів організмів (кукурудзи та кількох видів дро­зофіл) створено повні генетичні карти хромосом, для інших (у тому числі й людини) цей процес триває.

Генетика статі

Визначення статі завжди цікавило вчених, а спроби з'ясувати механізм статевого розмноження затримувалися через відсут­ність до 60-х років XIX ст. знань про мейоз. Значний внесок у з'ясування механізму запліднення та статевого розмноження зро­бив А. Вейсман.

Відкриття і вивчення мейозу сприяло вирішенню проблеми статевого розмноження та дало відповідь на запитання: "Чому чисельність чоловічих та жіночих організмів у популяціях при­близно однакова?"

Існують три основні варіанти визначення статі:

1. Стать визначається в момент запліднення.

2. Стать визначається до запліднення.

3. Визначення статі не пов'язане із заплідненням. Варіантом визначення статі в роздільностатевих організмів є переважно хромосомне в момент запліднення. Воно залежить від набору хромосом. Ще наприкінці минулого століття вчені звер­нули увагу на відмінність за однією з пар гомологічних хромосом у хромосомних наборах самців і самок. У диплоїдних соматичних клітинах самців дрозофіли хромосоми кожної з трьох пар поді­бні між собою — нестатеві хромосоми (аутосоми), а хромосоми четвертої — різні — статеві хромосоми (гетерохромосоми). Одна з гетерохромосом паличкоподібної форми (Х-хромосома), інша — гачкоподібної (У-хромосома). У самок дрозофіл обидві статеві хромосоми однакові (Х-хромосоми), а в самців — різні ( X- та У-хромосоми ). Отже, каріотип самок дрозофіл можна позначити як 6А+ХХ, а самців — 6А+ХУ.

Каріотип людини має 46 хромосом, тому відповідно каріотип жінки записують як 44А+ХХ, а каріотип чоловіка — 44А+ХУ.

Оскільки під час мейозу гомологічні хромосоми розходяться до різних гамет, то в однієї статі виникає лише один тип гамет (гомога­метна стать), а в іншої — два, які відрізняються будовою статевих хромосом (гетерогаметна стать). У багатьох систематичних груп організмів (двокрилі комахи, клопи, жуки, більшість видів риб, частина земноводних, ссавці, деякі дводомні рослини тощо) гомо­гаметною статтю є жіноча, а гетерогаметною — чоловіча; у деяких (птахів, плазунів, деяких риб та земноводних, метеликів) — навпа­ки, гомогаметною статтю є чоловіча, а гетерогаметною — жіноча.

Отже, у більшості роздільностатевих видів стать майбутнього організму визначається в момент запліднення певним поєднан­ням статевих хромосом у зиготі.

Гемізиготний стан — це стан, коли є непарна доза генів у га­меті. Оскільки гамети з X- та У-хромосомами утворюються в сам-дів у відносно однаковій кількості внаслідок мейозу, то очікуване співвідношення статей — майже 1:1. Але не слід вважати, що визначення статі залежить лише від X- та У-хромосом.

У деяких видів особини різної статі мають різну кількість хро­мосом. Так, у коників та деяких інших тварин у диплоїдному на­борі самця є лише одна статева хромосома з пари гомологічних, а в самки — обидві. Наприклад, у диплоїдному наборі самки мор­ського черв'яка ациракантуса 12 хромосом (10А+ХХ), а в самця —

лише 11 (10А+Х0); відповідно самки утворюють гамети одного сорту (5А+Х), а самці — двох (5А+Х та 5А+0). Із зигот, що ма­ють хромосомний набір 10А+ХХ, розвиваються самки, а із зигот з хромосомним набором 10А+Х0 — самці.

Крім хромосомного е й інші механізми визначення статі ор­ганізмів. Наприклад, у деяких безхребетних тварин (коловерток, дрібного багатощетинкового черв'яка тощо) стать визначається ще до запліднення. Ці тварини продукують яйцеклітини двох типів: великі, багаті на жовток, з яких розвиваються самки, та дрібні, з невеличким запасом поживних речовин, з яких розви­ваються самці.

На стать майбутнього організму можуть впливати фактори ювнішнього середовища. Наприклад, у морської червоподібної тварини — бонелії — личинки, які прикріплюються до дна, роз­виваються у великих (завдовжки до 1 м) самок. Ті ж із них, що потрапляють на хоботок самки, під впливом її гормонів перетво­рюються на карликових самців (завдовжки 1—3 мм) і живуть у ггатевих шляхах самки.

У суспільних перетинчастокрилих комах (бджіл, джмелів, му­рашок тощо) самки продукують два типи яєць: запліднені та неза-іліднені (партеногенетичні). З яєць першого типу розвиваються щплоїдні самки, а з другого — гаплоїдні самці. Згодом у сома­тичних клітинах самців кількість хромосом подвоюється, і вони :тають диплоїдними. У самок дафній спостерігається партено-•енез, коли організм розвивається без запліднення. Якщо умови снування нормальні, то з яєць розвиваються лише самки; якщо 'мови погіршуються, то з яєць розвиваються і самки, і самці.

На формування статі деяких риб і земноводних також впли-іають умови довкілля або гормони. Під час ембріогенезу в них за-сладаються водночас зачатки чоловічих і жіночих статевих залоз, іле розвивається лише один тип. Цікавий приклад такого явища южнаспостерігати в риб-чистильників, самці яких мають «гарем» з декількох самок. Після загибелі самця його функції бере на ебе одна із самок, у якої з недиференційованих зачатків розви-аються сім'яники.

Успадковування захворювань людини, зчеплених зі статтю

Ознаки, що детерміновані генами, локалізованими в стате-их хромосомах, називають ознаками, зчепленими зі статтю.

На характер їхнього успадкування впливає стать організму. Це пояснюється неоднаковим генним складом X- та У-хромосом. В Х-хромосомі є ділянки з певними генами, відсутні в У хромосомі через її менші розміри, хоча в деяких генах останньої також може не бути відповідних алелей в Х-хромосомі (наприклад, ген, який зумовлює наявність чи відсутність волосин на краю вуш­ної раковини людини). Ці ознаки можуть мати Х-рецесивне, Х-домінантне, У-рецесивне, У-домінантне успадкування.

Явище успадковування, зчепленого зі статтю, досліджував Т. Морган. Він схрестив самок дрозофіл з червоним кольором очей із самцями з білими очима. Усі особини першого покоління гібридів мали червоні очі. Серед гібридів другого покоління всі самки (50 %) були з червоними очима, тоді як серед самців спо­стерігалося розщеплення: у половини з них були червоні очі, а в половини — білі (по 25 % від загальної кількості особин). Водно­час він спарував білооких самок із червоноокими самцями. Серед гібридів першого покоління спостерігалося таке розщеплення за фенотипом: усі самки мали червоні очі, а самці — білі. При схре­щуванні гібридів першого покоління між собою серед гібридів другого покоління 50 % особин кожної статі було з червоними очима і 50 % — з білими. Такі результати двох варіантів схрещу­вання можна пояснити локалізацією в Х-хромосомі гена забарв­лення очей, тоді як У-хромосома взагалі його позбавлена і тому на успадкування цієї ознаки не впливає.

У кішок певні види забарвлення шерсті також зчеплені зі стат­тю. Відомо, що коти ніколи не мають черепахового забарвлення (рудих і чорних плям на білому фоні); вони бувають темними або рудими. Це пояснюється тим, що алельні гени, які визначають чорне або руде забарвлення, локалізовані лише в Х-хромосомі. Жоден з цих алелей не домінує над іншим, і тому кішки, гетеро­зиготні за цим геном, мають черепахове забарвлення, на відміну від котів, що мають лише один алельний ген.

У людини відома значна кількість генів, зчеплених зі статтю, які зумовлюють патологічні ознаки (табл. 7).

У чоловіків проявляються рецесивні та домінантні гени, ло­калізовані в X- та У -хромосомах. Наприклад, дальтонізм (нездат­ність розрізняти деякі кольори) зумовлює рецесивні алелі, розмі­щені в X- та відсутні у У-хромосомі. Тож чоловік, який має їх, хворий на дальтонізм. У жінок порушення кольорового зору про­являється лише в особин, гомозиготних за цими алелями, гетеро­зиготні жінки фенотипово здорові, хоча є носіями алельного гена, що зумовлює дальтонізм. Так само успадковується і гемофілія (нездатність крові до згортання). Як правило, рецесивні алелі, що зумовлюють захворювання, передаються з покоління в поколін­ня гетерозиготними жінками-носіями, оскільки гомозиготні за цими алелями жінки, а також чоловіки не доживають до шлюб­ного віку. Зрозуміло, що лише від хворого на гемофілію батька та матері, яка є носієм, може народитися хвора на гемофілію дівчин­ка. Імовірність народження хворого на гемофілію хлопчика від матері, яка є носієм гена гемофілії, та здорового чоловіка — 25 %. Це зрозуміло, тому що сини отримують ¥-хромосому від батька, а Х-хромосому — від матері.

Існують гени, частково зчеплені зі статтю, локалізовані в спільних ділянках X- та У-хромосом. Прикладом такої патології є хвороба Огуті, епідермальний бульбоз; ознаки цих хвороб у чо­ловіків та жінок виявляються однаково.

Розрізняють ознаки, обмежені статтю. Так успадковуються гени безрогості в корів, овець; у людини — ген раннього облисін­ня. Наприклад, генотипи Аа мають різний фенотип у чоловіка та жінки: чоловік з генотипом Аа — лисий, а жінка з генотипом Аа — має густе волосся, оскільки в чоловіка А — ген раннього об­лисіння, а в жінки А — густе волосся.

РОЗДІЛ 5

Мінливість у людини як властивість життя і

генетичне явище

Мінливість, її форми та прояви на рівні організму: фенотипова, генотилова мінливість. Модифікації та норма реакції

Мінливістю називають відмінності між особинами одного виду — предками і нащадками, які виникають унаслідок змін спадкового матеріалу або впливу умов зовнішнього середовища.

Мінливість, як і спадковість, властива всій живій природі. Ге­нетики розрізняють спадкову і неспадкову мінливість.

Спадкова мінливість — це здатність до зміни самого генетич­ного матеріалу, а неспадкова — здатність організмів реагувати на умови зовнішнього середовища, змінюватися в межах норми реакції, заданої генотипом.

Спадкова мінливість поділяється на комбінативну і мутаційну.

Комбінативна (рекомбінативна) мінливість виникає при гібри­дизації внаслідок незалежного перекомбінування генів та хромо­сом. Тут відбувається перекомбінація певних генетичних угрупо­вань без якісної і кількісної зміни генетичного матеріалу.

Мутаційна мінливість виникає раптово, у результаті взаємодії організму і середовища, без схрещування. Вона зумовлена якіс­ною зміною генетичного матеріалу, виникненням нових варіантів дискретних одиниць генетичного матеріалу, насамперед нових алелів.

Неспадкова (модифікаційна мінливість) — це фенотипова мін­ливість, яка виникає в процесі індивідуального розвитку організ­мів і не передається нащадкам.

Для модифікаційної мінливості характерні такі ознаки:

• односпрямованість у значної кількості людей (при захворю­ванні з'являються однакові симптоми — нежить, головний біль, температура тощо);

• інтенсивність модифікаційних змін пропорційна силі та тривалості дії фактора середовища на організм;

• тимчасовість (тільки під час дії на організм певного факто­ра середовища);

• модифікаційна мінливість генетично зумовлена та обмеже­на нормою реакції.

Усі ознаки генетично зумовлені, але кожна з них по-різному змінюється під впливом середовища.

Норма реакції — це діапазон мінливості, у межах якої, за­лежно від умов середовища, один генотип здатний давати різні фенотипи. Типовість клінічної картини захворювання може бути пояснена подібністю норми реакції в людей, які мають різні ге­нотипи. Різні форми перебігу захворювання пов'язані з виявом індивідуальності генотипів.

Роль генотипу і навколишнього середовища

в мінливості ознак

Прикладом впливу середовища на організм є порушення здоров'я в осіб, які перенесли гостру променеву хворобу (ГПХ) після аварії на Чорнобильській АЕС. За людьми, ураженими ГПХ, здійснювали систематичні спостереження за 10 післяава-рійних років, унаслідок чого накопичено й узагальнено значний фактичний матеріал.

За даними багатьох спеціалістів, виділяють порушення в орга­нізмі людини, а саме: зміни формених елементів периферійної крові; зміни основних імунопатологічних синдромів; зміни в гормональ­ній сфері (збільшення активності гіпофіза — кортико-адреналової системи); нейровегетативні та психоневрологічні порушення; поява та хронічний перебіг соматичних захворювань органів кровообігу; зміни біохімічних та біофізичних показників (посилення процесів перекисного окиснення ліпідів, ослаблення антиоксидантного за­хисту організму, порушення обміну ліпідів тощо).

За даними 3. Яворські, професора Національної лабораторії радіаційного захисту (Варшава, 1999), у 19 європейських країнах не виявлено зростання спадкової патології. Це відповідає даним спостережень японських учених, які також не виявили збільшен­ня генетичних аномалій серед нащадків людей, опромінених уна­слідок трагедії в Хіросімі та Нагасакі.

3. Яворські також зазначає, що "кількість жертв Чорнобиль­ської аварії вдвічі менша, ніж кількість людей, які гинуть в авто-аваріях у Польщі за вихідні дні".

Такі різні висновки про наслідки Чорнобильської аварії вка­зують на те, що необхідно продовжити та поглибити вивчення цього питання.

Комбінативна мінливість. Мутаційна мінливість

Спадкова мінливість об'єднує комбінативну та мутаційну. Саме спадкова, або генотипова мінливість, є основою різноманіт­ності живих організмів та їхнього еволюційного розвитку.

Комбінативна мінливість забезпечується утворенням нових комбінацій з генів батьківських гамет. Це відбувається під час та­ких процесів, як:

— незалежне розходження гомологічних хромосом під час І поділу мейозу;

— незалежне розходження хроматид під час II поділу мейозу;

— кросинговер;

— випадкове сполучення гамет у процесі запліднення;

— випадкова зустріч особин.

Для прикладу з'ясуємо, скільки гамет різного типу утворю­ється в людини за умови, що кожна пара гомологічних хромосом має лише один ген у гетерозиготному стані. Кількість типів га­мет, яка може утворюватися в людини, становить 2²³; слід урахо­вувати, що кожна пара хромосом містить багато генів у гетерози­готному стані.

Шляхом комбінативної мінливості забезпечується утворення нових комбінацій генів, індивідуальність та унікальність геноти­пів. Так, в одній сім'ї всі діти різні. На комбінативній мінливості ґрунтується селекція. Поєднання генів, які відповідають за озна­ки, корисні для людини, забезпечує формування нових сортів рослин та порід тварин.

Саме комбінативна мінливість у здорових батьків, які є носія­ми патологічних генів, може спричинити народження хворих ді­тей, а у хворих батьків інколи можуть народитися здорові діти.

Класифікація мутацій

За походженням:

— природні — тобто не залежить від дії людини. У XVIII ст. в Америці з'явилася нова порода овець з короткими ногами та довгою шерстю (анконська порода) і тільки в XX ст. ви­явили, що там були залишки радіоактивних речовин. Це й подіяло на будову ніг та довжину шерсті;

— штучні — залежать від дії людини (блакитний мутант пше­ниці).

За характером прояву:

— напівлетальні — мутації, які різко впливають на життє­здатність, частково або повністю зупиняють розвиток;

— летальні — несумісні з життям;

— нейтральні та посилювальні — майже не змінюють життє­здатності, а іноді навіть посилюють її;

— стерильні — спричинюють зниження плодючості.

За адаптивним значенням мутації поділяють на корисні, ней­тральні та шкідливі.

За місцем виникнення:

— соматичні — виникають у соматичних клітинах, часто не передаються за спадковістю. Мутації в соматичних клітинах зумовлюють появу в організмі клітин з різним генотипом. Особин, що мають соматичні мутації, називають мозаїками, або химерами. Прикладами соматичної мутації є: чорна пля­ма на сірому хутрі каракульської вівці; плямистість листків клена, кукурудзи. Мозаїцизм у людини — це результат не-розходження статевих хромосом у період ембріогенезу. Май­же завжди мозаїцизм супроводжується аномаліями;

— генеративні — виникають у статевих клітинах, а тому, якщо гамета буде утворювати зиготу, то може змінитися ознака, а отже, і властивості організму. Якщо мутація до­мінантна, то нова ознака проявляється у гетерозиготного організму; якщо мутація рецесивна, то нова ознака прояв­ляється тільки у гомозиготному стані.

За характером зміни спадкового матеріалу:

— генні (точкові) — мутації, які діють на ген або групу генів, що змінює молекулу ДНК;

— геномні — мутації, які змінюють каріотип внаслідок пору­шення розходження пари гомологічних хромосом під час мейозу;

— хромосомні (аберації) — мутації, які призводять до зміни структури хромосом. Такі мутації можуть виникнути в результаті втрати частини хромосом (делеція), подвоєння частини хромосом (дуплікація), відриву і повороту частини хромосом на 180". Так, втрата невеличкої ділянки 21-ї хро­мосоми в людини спричинює тяжке захворювання крові — гострий лейкоз. Крім того, розрізняють такі мутації:

1) спонтанні — вони виникають без установлених причин;

2) індуковані — виникають під впливом спрямованої дії фак-
торів зовнішнього і внутрішнього середовища.

Властивості мутацій:

1) виникають раптово, стрибкоподібно;

2) успадковуються, тобто передаються від покоління до поко­ління;

3) мутації бувають ненаправлені — зазнавати їх може будь-який локус, спричинюючи зміни як незначних, так і життєво важливих ознак;

4) одні й ті самі мутації можуть виникати повторно;

5) за проявом можуть бути корисними і шкідливими, домі-
нантними і рецесивними.

Більшість мутацій спричинюють біохімічні, фізіологічні, морфологічні зміни, вони шкідливі та знижують життєздатність організму. Але інколи навіть шкідлива мутація гена внаслідок плейотропного ефекту може надати переваги організму. Так, го­мозиготний стан рецесивного гена серпоподібно-клітинної анемії спричинює смерть. Але цей самий ген у гетерозиготному стані за­безпечує підвищену стійкість до малярії.

Мутаційний процес як еволюційний фактор підтримує висо­кий ступінь гетерогенності природних популяцій. Мутаційний процес ненаправлений, і саме він забезпечує елементарний ево­люційний матеріал для природного добору, що є основною рушій­ною силою еволюції.

Мутагени: фізичні, хімічні, біологічні

Кожна з мутацій зумовлена певною причиною. Найчастіше ці причини невідомі. Мутації, спричинені зміною в навколишньому середовищі, називають спонтанними.

Мутагени — фізичні, хімічні та біологічні фактори, що впли­вають на живі організми та зумовлюють появу мутацій з часто­тою, яка перевищує рівень спонтанних мутацій. Мутагенні фак­тори уражують спадкові структури організму.

До фізичних мутагенних факторів належать усі види йоніза-ційного випромінювання, ультрафіолетове випромінювання, ви­сокі та низькі температури. Г.А. Надсон та Г.С. Філіпов уперше довели (1925), що йонізаційне випромінювання має сильну му­тагенну дію, М.П. Дубінін (1961) на клітинах людини довів, що дозою, яка подвоює частоту мутацій у людини, є 10 бер. Цю вели­чину Науковий комітет з радіації при ООН прийняв як можливу мінімальну дозу. Розрахунки показують, що вплив дози 170 мбер на рік може призвести до народження 27 тис. дітей зі спадковими вадами розвитку.

Хімічні мутагени поділяють на три групи:

1) природні неорганічні речовини: оксиди азоту, нітрати, сви-
нець;

2) неперероблені природні сполуки, солі важких металів
тощо;

3) хімічні сполуки, яких не буває в природі: пестициди, хар-
чові добавки (нітрозаміни, нітрозаміди), синтетичні сполуки, у
тому числі й лікарські препарати. Прикладами лікарського му-
тагенезу є препарат гікантон (використовувався для лікування
шистосомозу), який спричинював хромосомні мутації в лейкоци-
тах людини; деякі сульфаніламіди у високих концентраціях.

Біологічні мутагени умовно поділяють на три класи:

— віруси (у тому числі й для вакцинації) епідеміологічні, ла­тентні;

— ДНК і РНК (природні і синтетичні);

— гормони, антибіотики, афлотоксини.

В Україні тривалий час вивчав мутагенез вірусів та нуклеїно­вих кислот С.М. Гершензон. Установлено, що майже половина всіх мутацій відбувається під час ембріогенезу; значна частина їх є наслідком дії вірусів.

Механізми хімічного та біологічного мутагенезу різні. Біль­шість авторів схильні вважати, що нуклеїнова кислота вірусів зумовлює хромосомні перебудови та генні мутації, а хімічні мута­гени — деградацію ДНК. Мутагени можуть змінювати комбінації генів та їхнє функціонування, уражати ферментні ситеми.

Генетична небезпека забруднення середовища

Забруднення середовища мутагенними факторами безслідно не проходить, воно шкідливе. Унаслідок впливу тератогенів на організм у людини з'являються домінантні, рецесивні та зчеплені зі статтю мутації. Генетична інформація людини, яка закодована в ДНК, має три рівні організації: молекулярний (ДНК), хромо­сомний (хроматин), популяційний (генофонд різних популяцій).

Саме на популяційному рівні в людини накопичується генетич­ний тягар. Генетичний тягар — це частина спадкової мінливості популяції, яка визначає появу організмів зі зниженими пристосо-вувальними ознаками. З плином часу в популяції накопичуються шкідливі рецесивні мутації, носіями яких є гетерозиготи. Слід знати, що нині генетичний тягар людини небезпечно високий. Так, людство має: 200 млн гетерозиготних носіїв гемоглобінопа­тій, 5 % — гена муковісцидозу, 3 % — гена природженого гіпоти­реозу, 3 % — хвороб хромосомної нестабільності, 2 % — фенілке-тонурії.

Генетичний тягар людських популяцій може з'являтися під впливом мутагенних ефектів організмових метаболітів, а саме — внаслідок зміни концентрації деяких кортикостероїдних і стате­вих гормонів, імунологічних конфліктів.

Збільшення генетичного тягаря є небезпечним явищем, тому що природний добір для людини може втратити значення спряму-вального фактора еволюції. Природний добір обмежує народжен­ня дітей тільки з несумісними для життя вадами. Мінливість у більшості людей майже не проходить природного добору. Унаслі­док цього генетична адаптація популяцій людини до забруднення середовища мутагенами не відбувається. Збільшення в людських популяціях кількості випадків спадкових аномалій, психічних відхилень, онкологічних захворювань, алкоголізму та наркома­нії спричинює обґрунтоване хвилювання, бо, згідно з концепцією генетичного тягаря Г. Мелера, існує можливість небезпеки виро­дження людини як виду.

Комутагени та антимутагени

Комутагени — токсичні речовини, які самі не спричинюють мутації, але суттєво змінюють вплив мутагенних факторів фі­зичної, хімічної та біологічної природи, Комутагени виступають синергістами мутагенних факторів. Отруєння токсичними речо­винами становить значний відсоток від смертельних захворю­вань, зокрема в Шотландії — 3 %, СІЛА — 8 %, Японії — 16 %, Англії — 22 % . Доведено токсичність понад 3200 різних хімічних сполук. Деякі з них використовують у харчових добавках, косме­тиці, мийних засобах, лікарських препаратах тощо.

Токсичні сполуки є факторами, що призводять до модифіка­ційної мінливості та змінюють норму реакції. Разом з мутагенами вони сприяють збільшенню генетичного тягаря людини.

Антимутагени — біологічно активні речовини, введення яких у клітину перешкоджає дії мутагену. До речовин, які мають за­хисні властивості від йонізуючого випромінювання, належать:

1) сполуки тіолового ряду: цистеїн, цистин, цистамін;

2) різні сірковмісні сполуки: амонію дитіокарбамат, тіосечо-
вина;

3) фосфорильовані тіоли;

4) сполуки з фармакологічною та токсикологічною активніс-
тю: гістамін, серотонін та ін.;

5) інші сполуки: гліцерол, пропілен-гліколь;

6) різні антимутагени — їх використовують для профілактики
дестабілізації генетичної структури (до впливу мутагену), а та-
кож для впливу на репаративні процеси (після впливу мутагену).

Універсальними називають антимутагени, які однаково ефек­тивні проти дії радіації та хімічних мутагенів. До універсальних антимутагенів належать похідні тіолового ряду: цистеїн, циста­мін, глютатіон тощо; серотонін, спермін та інші поліаміни; попе­редники нуклеїнових кислот, деякі вітаміни.

Доведено, що певні вітаміни беруть активну участь у природ­них антимутагенних системах. Дослідження цитогенетичної ак­тивності токоферолу, каротину, аскорбінової кислоти свідчать про антимутагенну активність, яка може бути пов'язана з анти­оксидантними властивостями цих речовин.

Під час дослідження інтерферону (білка, що утворюється у процесі вірусних інфекцій та є неспецифічним фактором проти­вірусного імунітету) визначено його різнобічну біологічну дію. Установлено радіозахисну та протекторну дію інтерферону під впливом мутагенів фізичної та хімічної природи. Вважають, що інтерферон діє через систему репарації ДНК, посилюючи репара­цію всіх типів первинних її ушкоджень. Є припущення, що саме інтерферон запускає різні механізми захисту (імунологічний, противірусний, антионкогенний).

Закон гомологічних рядів спадкової мінливості, його практичне значення