Введение в генетику.

Генетика – наука, изучающая основные закономерности наследственности и изменчивости.

Наследственность – способность организмов обеспечивать структурную и функциональную преемственность между поколениями. Так, благодаря наследственности, от кошки рождается только кошка, а от ландыша – ландыш.

Изменчивость – способность организмов приобретать индивидуальные особенности в структурах и функциях. Пример изменчивости – уникальность каждого человека по сочетанию признаков роста, веса, черт лица, особенностей иммунитета, выносливости и т.д..

Биологическая роль изменчивости – создание разнообразия для выживания особей в изменяющихся условиях существования. Индивидуальные особенности позволяют их обладателям жить и размножаться в то время, как большая часть вида гибнет от эпидемии, изменения климата, газового состава атмосферы или других катаклизмов. Так, первая известная пандемия чумы, длившаяся с 527 по 580 годы, и вошедшая в историю под названием "юстиниановой чумы", унесла около 100 миллионов человек. В то время это была большая часть всего жившего человечества. Уже в ХХ веке грипп "испанка" в течение 1918-1920 годов унес 20 миллионов жизней – больше, чем вся первая мировая война. При отсутствии индивидуальной изменчивости, восприимчивость к инфекции была бы для всех одинакова, что резко обостряет проблему вымирания человечества как вида.

Интерес медицины к генетике во многом формировался в связи с рождением больных детей. Сейчас надо четко понимать разницу между такими группами заболеваний, как врожденные болезни, наследственные болезни и болезни с наследственной предрасположенностью (см. схему 1).

Схема 1. Классификация болезней, связанных с наследственностью.

┌────────────────────────────────────────────┐

│ болезни, связанные с наследственностью │

└───────┬───────────────────────────┬────────┘

┌────────────┴─────────────┐ ┌───────────┴──────────────┐

│ врожденные болезни │ │ болезни с наследствен- │

└────────────┬─────────────┘ │ ной предрасположенностью │

│ └──────────────────────────┘

┌──────┴──────┬───────────────────┐

┌─────────┴──────┐┌─────┴─────────┐ ┌───────┴────────────┐

│ нарушения ││наследственные │ │ болезни с неясными │

│ индивидуального││(генетические) │ │ причинами и меха- │

│ развития ││ болезни │ │ низмами развития │

└────────────────┘└───────────────┘ └────────────────────┘

Врожденные болезни – это совокупность всех патологических состояний новорожденного ребенка. Врожденные болезни могут быть обусловлены повреждающим влиянием факторов среды обитания на организм ребенка, который формируется из здоровой яйцеклетки. В этом случае говорят о нарушении индивидуального развития (онтогенеза). Примером, в этом случае, является врожденное слабоумие детей алкоголички. Таким образом, врожденные болезни могут быть приобретенными на первом – внутриутробном периоде жизни.

Вторая группа врожденных болезней обусловлена дефектами наследственного материала – генов родителей. В этом случае, болезнь будет развиваться даже в самых благоприятных условиях беременности и только эту группу дефектов называют наследственными болезнями. Примером наследственной болезни является галактоземия (неспособность усваивать галактозу молока и молочных продуктов).

Некоторые врожденные дефекты являются заболеваниями, которые имеют неясную или неизвестную причину, например, случаи детской шизофрении.

Болезни с наследственной предрасположенностью также обусловлены генетическими дефектами, но при благоприятных условиях развития они могут не проявиться, например, сахарный диабет.

Ген – это участок молекулы нуклеиновой кислоты, несущий элементарную функционально значимую информацию.

Различают пять уровней организации наследственного материала: молекулярный, генный, хромосомный, геномный (уровень генотипа) и популяционный (уровень генофонда).

Молекулярный –уровень нуклеотидов

Генный – уровень генов, как участков молекул нуклеиновых кислот (дезоксирибонуклеиновая кислота - ДНК и рибонуклеиновая кислота - РНК).

Хромосомный – уровень хромосом.

Генотипический – уровень совокупного проявления и взаимного влияния всех генов особи. Генотип – совокупность генов конкретной особи, определяющих внешние проявления признаков – фенотип.

Популяционный (уровень генофонда) – характеризуется совокупностью генотипов всех особей популяции.

Основные свойства гена: стабильность, дискретность действия, альтернативность проявления, дозированность действия.

Стабильность – способность гена обеспечивать в ряду поколений одинаковые проявления конкретных признаков. Так, при сравнении древних изображений животных и их современных потомков мы не замечаем существенных различий.

Дискретность действия – способность разных генов контролировать разные признаки. Если один ген обеспечивает развитие одного определенного признака, то этот ген действует специфично. Например, в половой Х (икс) хромосоме в локусе Хq28 находятся гены GCP и CBD, кодирующие зеленый пигмент колбочек сетчатки глаза, а в хромосоме № 4 на локусе 4q35 локализован ген F11, отвечающий за синтез XI (одиннадцатого) фактора свертывания крови.

Кажущимся исключением является способность отдельных генов одновременно обеспечивать развитие сразу нескольких признаков – плейотропия. Например, при наследственном заболевании "синдром Марфана" один-единственный дефектный ген проявляется подвывихом хрусталика глаза, аневризмой аорты и изменениями опорно-двигательного аппарата в виде "паучьих пальцев", деформацией грудной клетки, высоким сводом стопы. В данном случае, отсутствие видимой дискретности генов объясняют дефектом кодирования фермента для соединительной ткани, встречающейся в этих поврежденных органах.

Альтернативность – свойство генов проявляться в виде двух или нескольких взаимоисключающих вариантов. Например, признак цвета семян у гороха может проявляться в 2 альтернативных вариантах: желтый или зеленый, а признак цвета глаз у человека в нескольких вариантах: голубой, серый, зеленый, черный и т.д. Гены, определяющие конкретный вариант одного признака и находящиеся в одном и том же участке (локусе) гомологичных (парных) хромосом, называют аллельными генами или аллелями (см. рис. 1.).

Дозированность действия генов проявляется в зависимости от количества аллельных генов. При нормальной "дозировке" генов развивается здоровый организм. У женщин в генотипе должно быть 2 половых–X хромосомы, при утрате одной из них вдвое уменьшается "доза" аллельных генов этой хромосомной пары. Возникает синдром Шерешевского-Тернера (нарушается рост, развитие вторичных половых признаков и репродуктивная функция).

С функциональной точки зрения гены можно классифицировать на структурные (кодируют аминокислотные последовательности белков и полинуклеотидные последовательности р-РНК, т-РНК) и функциональные (модуляторы и регуляторы, управляющие процессами считывания информации с ДНК и информационных РНК).

Рисунок 1. Локусы, гомологичные и негомологичные хромосомы, аллельные и неаллельные гены