Наследственность, представления о генетическом коде, гены индивидуальности

Наследственность и среда .

Гены проявляют свои функции не в пустоте , а в такой высокоорганизованной системе , как клетка , которая сама находится в определенном окружении – среди других клеток или во внешней среде. Каков бы ни был генотип , его свойства проявляются лишь в той степени , в какой это позволяют окружающие условия.

Растение , выращиваемое в темноте , остается белым и хилым ; оно неспособно извлекать из углекислого газа энергию , необходимую для обмена веществ , даже в том случае, когда все его клетки содержат генетическую информацию . необходимую для развития хлоропластов, а также синтеза и деятельности хлорофилла. В равной мере генетические потенции , определяющие цвет глаз , проявляются только в особых условиях , которые создаются в клеткахрадужной оболочки; эти потенции реализуются при условии, если предварительно благодаря действию многочисленных генов сам глаз дорстаточно развился.

Наконец , фенотип организма представляет собой результат взаимодействий между генотипом и средой в каждый данный момент его жизни и на каждом этапе его индивидуального развития.

Действия среды могут быть отнесены к двум типам , хотя в реальной обстановке они часто налагаются друг на друга. С одной стороны , это сильные воздействия , приводящие к полному или частичному подавлению выражения генетических потенций с другой – слабые влияния , выражающиеся лишь в небольших изменениях степени их выражения. Первый тип воздействий зависит от случайных обстоятельств . второй обычен и неазрывно связан с функционированием живой материи.

Индивидуальное развитие высшего организма начинается со стадии зиготы. Наследственные потенции , получаемые им от родителей , проявляются лишь постепенно , в ходе длительного и сложного процесса развития . и начиная с первых делений дробления яйца , в их реализации принимает участие среда.

Для генов будущего организма исходной средой служит цитоплазма яйца , происходящего от материнского организма и воплощающего в себе клеточную непрерывность. Этого может оказаться достаточно , чтобы ориентировать развитие эмбриона в направлении , не совпадающем с его собственным генотипом.

Сравнение внутрипарных различий между однояйцевыми и разнояйцевыми близнецами по­зволяет судить об относительном значении наследственности и среды в определении свойств человеческого организма. В близ­нецовых исследованиях особенно важен показатель конкордантности , выражающий (в % ) вероятность облада­ния данным признаком одним из членов пары ОБ или РБ, если его имеет другой член пары. Если признак детерминиро­ван преимущественно наследственными факторами, то процент конкордантности намного выше у ОБ, чем у РБ. Например, конкордантность по группам крови, к-рые детерминирова­ны только генетически, у ОБ равна 100%. При шизофрении конкордантность у ОБ достигает 67%, в то время как у РБ — 12,1%; при врождённом слабоумии (олигофрении) — 94,5% и 42,6% соответст­венно. Подобные сравнения проведены в отношении ряда заболеваний. Таким образом, исследования близнецов показывают, что вклад наследственности и среды в раз­витие самых разнообразных признаков различен и признаки развиваются в ре­зультате взаимодействия генотипа и внеш­ней среды. Одни признаки обусловлены преим. генотипом, при формировании др. признаков генотип выступает в каче­стве предрасполагающего фактора (или фактора, лимитирующего норму реакции организма на действия внешней среды).

Болезни, связанные с мутациями . Геном человека включает несколько миллио­нов генов, способных к тому же по-раз­ному влиять на развитие признаков. В результате мутаций и перекомбинации генов возникает присущее человеку раз­нообразие по самым разным признакам. Гены человека мутируют каждый с часто­той от 1 на 100 000 до 1 на 10 000 000 га­мет на поколение. Распространение му­таций среди больших групп населения изучает популяционная генетика человека, позволяю­щая составить карты распространения ге­нов, определяющих развитие нормальных признаков и наследственных болезней. Особый интерес для популяционной генетики человека представляют изоляты — группы населения, в к-рых по каким-либо причинам (географич., экономич., социальным, ре­лигиозным и др.) браки заключаются чаще между членами группы. Это при­водит к повышению частоты кровного родства вступающих в брак, а значит, и вероятности того, что рецессивные гены перейдут в гомозиготное состояние и про­явятся, что особенно заметно при мало­численности изолята.

Исследования в области Генетики человека продемон­стрировали наличие естественного от­бора в человеческих популяциях. Одна­ко отбор у человека приобретает специфические черты: он интенсивно действует только на эмбриональной стадии (например, самопроизвольные аборты — отражение такого отбора). Отбор в человеческом об­ществе осуществляется посредством диф­ференциальной брачности и плодовито­сти, то есть в результате взаимодействия социальных и биологических факторов. Му­тационный процесс и отбор обусловли­вают огромное

разнообразие (полимор­физм) по ряду признаков, присущее чело­веку, что делает его с биологич. точки зрения необычайно пластичным и при­способленным видом.

Широкое использование в генетике человека цитологических методов способствовало развитию цитогенетики , где основной объект исследова­ния — хромосомы , т. е. структуры клеточ­ного ядра, в к-рых локализованы гены. Установлено (1946), что хромосомный набор в клетках тела человека (сомати­ческих) состоит из 46 хромосом, причём женский пол определяется наличием двух Х-хромосом, а мужской — Х-хро-мосомы и У-хромосомы. В зрелых поло­вых клетках находится половинное (гаплоидное) число хромосом. Митоз, мейоз и оплодотворение поддерживают преем­ственность и постоянство хромосомного набора как в ряду клеточных поколений, так и в поколениях организмов. В резуль­тате нарушений указанных процессов могут возникать аномалии хромосомного набора с изменением числа и структуры хромосом, что приводит к возникновении хромосомных болезней, к-рые нередко выражаются в слабоумии, развитии тя­жёлых врождённых уродств, аномалий половой дифференцировки или обуслов­ливают самопроизвольные аборты.

История изучения хромосомных болезней берет начало с клинических исследований, проводившихся задолго до описания хромосом человека и открытия хромосомных аномалий .

Хромосомные болезни - болезнь Дауна , синдромы: Тернера , Клайнфелтера , Патау , Эдвардса.

С разработкой метода авторадиографии стала возможной идентификация некоторых индивидуальных хромосом, что способствовало открытию группы хромосомных болезней , связанных со структурными перестройками хромосом . Интенсивное развитие учения о хромосомных болезнях началось в 70х годах 20 в. после разработки методов дифференциального окрашивания хромосом.

Классификация хромосомных болезней основана на типах мутаций вовлеченных в них хромосом. Мутации в половых клетках приводят к развитию полных форм хромосомных болезней, при которых все клетки организма имеют одну и ту же хромосомную аномалию.

В настоящее время описано 2 варианта нарушений числа хромосомных наборов - тетраплоидия и триплодия . Другая группа синдромов обусловлена нарушениями числа отдельных хромосом – трисомиями (когда имеется добавочная хромосома в диплоидном наборе) или

моносомия (одна из хромосом отсутствует )..Моносомии аутосом несовместимы с жизнью . Трисомии - более часто встречающаяся паталогия у человека . Ряд хромосомных болезней связан с нарушением числа половых хромосом.

Самая многочисленная группа хромосомных болезней- это синдромы , обусловленные структурными перестройками хромосом . Выделяют хромосомные синдромы так называемых

частичных моносомий ( увеличение или уменьшение числа отдельных хромосом не на целую хромосому , а на ее часть ).

В связи с тем , что подавляющая часть хромосомных аномалий относится к категории летальных мутаций , для характеристики их количественных параметров используются 2 показателя - частота распространениея и частота возникновения .Выяснено , что около 170 из 1000 эмбрионов и плодов погибают до рождения , из них около 40% - вследствие влияния хромосомных нарушений . Тем не менее значительная часть мутантов ( носителей хромосомной аномалии ) минует действие внутриутробного отбора.

Но некоторые из них погибают в раннем, до достижения пубертатного возраста . Больные с аномалиями половых хромосом из -за нарушений полового развития , как правило, не оставляют потомства.Отсюда следует все аномалии можно отнести к мутациям . Показано ,что в общем случае хромосомные мутации почти полностью изчезают из популяции через 15 - 17 поколений .

Для всех форм хромосомных болезней общим признаком является множественность нарушений ( врожденные пороки развития ). Общими проявлениями хромосомных болезней являются : задержка физического и психомоторного развития, умственная отсталость , костно-мышечные аномалии, пороки сердечно - сосудистой , мочеполовой , нервной и др. систем , отклонение в гормональном , биохимическом и иммунологическом статусе и др.

Степень поражения органов при хромосомных болезней зависит от многих факторов - типа хромосомной аномалии , недостающего или избыточного материала индивидуальной хромосомы , генотипа организма , условий среды , в котором развивается организм .

Этиологическое лечение хромосомных болезней в настоящее время не разработано.

Разработка методов пренатальной диагностики делает этот подход эффективным в борьбе не только с хромосомными , но и с др. наследственными болезнями .

Лечение и профилактика наследственных болезней . Успехи в развитии генетики человека сделали воз­можными предупреждение и лечение наследственных заболеваний . Один из эффективных методов их предупрежде­ния — медико-генетическое консульти­рование с предсказанием риска появле­ния больного в потомстве лиц, страдаю­щих данным заболеванием или имеющих больного родственника. Достижения био­химической генетике человека раскрыли первопричину (мо­лекулярный механизм) множество наследст­венно обусловленных дефектов, аномалий обмена веществ, что способствовало раз­работке методов экспресс-диагностики, позволяющих быстро и рано выявлять больных, и лечения мн. прежде неизле­чимых наследств, болезней. Чаще всего лечение состоит во введении в организм веществ, не образующихся в нём вслед­ствие генетического дефекта, или в состав­лении специальных диет, из к-рых уст­ранены вещества, оказывающие токсическое действие на организм в результате на­следственно обусловленной неспособ­ности к их расщеплению. Многие генетические дефекты исправляются с помощью своевременного хирургического вмешательства или педагогической коррекции. Практические мероприятия, направленные на поддержание наследственного здоровья человека, на охрану генофонда человечества, осуществляются через сис­тему медико-генетических консультаций. Основная цель медико-генетического консультирова­ния — информировать заинтересованных лиц о вероятности риска появления в по­томстве больных. К медико-генетическим меро­приятиям относится также пропаганда ге­нетических знаний среди населения, т. к. это способствует более ответственному под­ходу к деторождению. Медико-генетическая консультация воздерживается от мер при­нудительного или поощрительного харак­тера в вопросах деторождения или вступ­ления в брак, принимая на себя лишь функцию информации. Большое значе­ние имеет система мер, направленных на создание наилучших условий для прояв­ления положит, наследств, задатков и предотвращение вредных воздействий среды на наследственность человека.

Генетика человека представляет собой естественнона­учную основу борьбы с расизмом, убеди­тельно показывая, что расы — это формы адаптации человека к конкретным усло­виям среды (климатическим и иным), что они отличаются друг от друга не наличием «хороших» или «плохих» генов, а частотой распространения обычных генов, свойст­венных всем расам. Генетика человека показывает, что все расы равноценны (но не одинаковы) с биологической точки

зрения и обладают равными возможностями для развития, определяемого не генетическими а социально-историческими условиями. Констатация биологических наследственных различий

между отдельными людьми или расами не может слу­жить основанием для каких-либо выводов мо­рального, юридического или социального порядка, ущемляющих права этих людей или рас . Данные генетики человека пока­зали, что довольно часты гены, опреде­ляющие развитие разнообразных уродств и наследственных заболеваний: наследст­венных болезней обмена, психических и др. Уменьшению вероятности появления в семьях наследственно больных детей призваны способствовать медико-генети­ческие консультации. Ранняя диагности­ка наследственных заболеваний позволяет при­менить необходимые методы лечения. Существенно важен учёт наследственности в реакции разных людей на лекарства и другие химические вещества, а также

в иммунология, реак­циях. Бесспорна роль молекулярно-генетических механизмов в этиологии злокачественных опухолей.

Явления наследственности предстают в разной форме в зависимости от уровня жизни, на котором они изучаются (молекула, клетка, орга­низм, популяция). Но в конечном счёте наследственность обеспечивается самовоспроизведением материальных единиц наследственности (генов и цито­плазматических элементов), молекулярная структура которых известна. Закономерный матричный характер их ауторепродукции нарушаетсяи мутациями отдельных генов или перестройками генетических систем в це­лом. Всякое изменение в ауторепродуцирующемся элементе наследуется кон­стантно.

Генетическая инженерия .

Что такое генетическая инженерия? Генетическая инженерия - это раздел молекулярной генетики, связанный с целенаправленным созданием новых комбинаций генетического материала. Основа прикладной генетической инженерии - теория гена. Созданный генетический материал способен размножаться в клетке-хозяине и синтезировать конечные продукты обмена.

Из истории генетической инженерии . Генетическая инженерия возникла в 1972 году, в Станфордском университете, в США. Тогда лаборатория П. Берга получила первую рекомбинатную (гибридную) ДНК или (рекДНК). Она соединяла в себе фрагменты ДНК фага лямбда, кишечной палочки и обезьяньего вируса SV40.

Строение рекомбинантной ДНК . Гибридная ДНК имеет вид кольца. Она содержит ген (или гены) и вектор. Вектор - это фрагмент ДНК, обеспечивающий размножение гибридной ДНК и синтез конечных продуктов деятельности генетической системы - белков. Большая часть векторов получена на основе фага лямбда, из плазмид, вирусов SV40, полиомы, дрожжей и др. бактерий. Синтез белков происходит клетке-хозяине. Наиболее часто в качестве клетки-хозяина используют кишечную палочку, однако применяют и др. бактерии, дрожжи, животные

или растительные клетки. Система вектор-хозяин не может быть произвольной: вектор подгоняется к клетке-хозяину. Выбор вектора зависит от видовой специфичности и целей исследования. Ключевое значение в конструировании гибридной ДНК несут два фермента. Первый - рестриктаза - рассекает молекулу ДНК на фрагменты по строго определенным местам. И второй - ДНК-лигазы - сшивают фрагменты ДНК в единое целое. Только после выделения таких ферментов создание искусственных генетических структур стало технически выполнимой задачей.

Этапы генного синтеза . Гены, подлежащие клонированию, могут быть получены в составе фрагментов путем механического или рестриктазного дробления тотальной ДНК. Но структурные гены, как правило, приходится либо синтезировать химико-биологическим путем, либо получать в виде ДНК-копии информационных РНК, соответствующих избранному гену. Структурные гены содержат только кодированную запись конечного продукта (белка, РНК), и полностью лишены регуляторных участков. И поэтому не способны функционировать в клетке-хозяине.

При получении рекДНК образуется чаще всего несколько структур, из которых только одна является нужной. Поэтому обязательный этап составляет селекция и молекулярное клонирование рекДНК, введенной путем трансформации в клетку-хозяина. Существует 3 пути селекции рекДНК: генетический, иммунохимический и гибризационный с мечеными ДНК и РНК.

Практические результаты генной инженерии . В результате интенсивного развития методов генетической инженерии получены клоны множества генов рибосомальной, транспортной и 5S РНК , гистонов, глобина мыши, кролика, человека, коллагена, овальбумина, инсулина человека и др. пептидных гормонов, интерферона человека и прочее. Это позволило создавать штаммы бактерий, производящих многие биологически активные вещества, используемые в медицине, сельском хозяйстве и микробиологической промышленности.

На основе генетической инженерии возникла отрасль фармацевтической промышленности, названная «индустрией ДНК». Это одна из современных ветвей биотехнологии.

Для лечебного применения допущен инсулин человека (хумулин), полученный посредством рекДНК. Кроме того, на основе многочисленных мутантов по отдельным генам, получаемых при их изучении, созданы высокоэффективные тест-системы для выявления генетической активности факторов среды, в том числе для выявления канцерогенных соединений.

Теоретическое значение генетической инженерии . За короткий срок генная инженерия оказала огромное влияние на развитие молекулярно-генетических методов и позволила существенно продвинуться по пути познания строения и функционирования генетического аппарата. Генная инженерия имеет большие перспективы в лечении наследственных болезней , которых на сегодняшний день зарегестрировано около 2000. Г.и. призвана помогать исправлять ошибки природы.

Достигнуты большие успехи в клонировании . Клон , или группа клеток, образуется делением первой клетки. Каждая соматическая клетка человека несет один и тот же набор ген, всю

наследственную информацию. Если она начнет делиться , то вырастет новый организм т.е. с таким же генотипом. В 1997 г. доктор Ян Вилмут в Шотландии в г. Эддинбурге получил с группой ученых ягненка Долли ( искусственным путем ) . Этот ягненок не имеет отца , так как клетка была взята у матери . Возникло опасение , что эксперименты по генной инженерии могут быть опасны для человечества . В 1974 г. спец. Комиссия американских биологов опубликовала сообщение генетикам мира , в котором рекомендовала воздержаться от экспериментов с некоторыми видами ДНК , пока не будут разработаны меры безопасности .

Но все-таки необходимо было разработать ограничительные меры . 30 июля 1997 г. комитет по науке в Конгрессе США проголосовал за полный запрет экспериментов , связанных с клонированием людей. Президент еще раньше запретил выделение денег на эти эксперименты.

В России в 1996 г. Государственная Дума приняла закон о государственном регулировании в области ген . инженерии.

Гены индивидуальности .

“ Одно из чудес , которое мы наблюдаем ежедневно и ежечасно, - неповторимая индивидуальность каждого человека, живущего на Земле. Ученым долгое время не удавалось найти ключ к этой загадке.

Известно , что вся информация о строении и


8-09-2015, 21:04