Генетика человека и ее значение для медицины. История развития генетики человека

Генетика (от греческого genesis – “происхождение”) – наука о наследственности и изменчивости.

Наследственность – это способность организма воспроизводить в процессе онтогенеза признаки и особенности развития своих родителей на основе полученной от них генетической информации. Благодаря наследственности родители и потомство имеют сходный тип биосинтеза, который определяет сходство в химическом составе тканей, в характере обмена веществ, физиологических функций, морфологических признаков.

Изменчивость – это способность организма формировать в процессе онтогенеза только ему свойственную систему признаков, не присущую ни одному другому организму.

Наследственность и изменчивость находятся в диалектическом единстве и связаны с эволюцией. Новые свойства организма появляются благодаря изменчивости, но они лишь тогда играют роль в эволюции, когда появившиеся изменения сохраняются в последующих поколениях, т.е. наследуются.

Развитие современной теоретической и практической медицины характеризуются все более возрастающим применением генетических методов. Это связано со следующими обстоятельствами:

1) по мере накопления знаний о закономерности развития организма человека становится все более ясным, что процессы роста и развития организма представляют собой реализацию генетической программы, унаследованной индивидом от своих родителей через половые клетки. Следовательно, любые аномалии развития необходимо рассматривать как нарушения в тех или иных звеньях реализации такой генетической программы.

2) во-вторых, современные тенденции в изменении структуры заболеваемости свидетельствуют о возрастании относительного значения генетически обусловленных заболеваний в патологии человека. По данным мировой статистики,около 5% всех новорожденных имеют генетически обусловленные дефекты. В настоящее время известно около 2500 генетически обусловленных болезней (Бочков Н.П.“ Медицинская генетика” с.3)

3) в-третьих, прогресс в понимании этиологии и патогенеза ряда распространенных заболеваний (ишемическая болезнь сердца, язвенная болезнь желудка и 12-и перстной кишки, некоторых онкологических заболеваний и др.) свидетельствуют о существенном значении наследственного предрасположения в возникновения таких форм патологии.

4) в-четвертых,как известно, патология есть результат взаимодействия патогенного агента с организмом. Так как организм любого человека с генетической точки зрения имеет неповторимые характеристики, то результат взаимодействия любого организма с патогенными факторами будет строго индивидуален.

О том, что генетика играет большую роль для развития медицины, свидетельствует тот факт, что Нобелевские премии по медицине и физиологии были присуждены генетикам Т. Моргану (1933г.), Мюллеру (1946г.) за чисто теоретические исследования хромосомной теории наследования у дрозофилы и закономерности образования мутаций при воздействии рентгеновскими лучами.

Таким образом, мы видим, что по мере развития генетики было неизбежно появление особого раздела – медицинской генетики.

Медицинская генетика – это раздел антропогенетики, изучает закономерности наследственности и изменчивости у человека под углом зрения патологии, а именно: причины возникновения наследственных болезней в семьях, распространение в популяциях, специфических процессов на клеточном и организменном уровне.

Успехи медицинской генетики сделали возможным предупреждение и лечение ряда наследственных болезней. Один из эффективных методов такого предупреждения –медико-генетическое консультирование.

Достижения биохимической генетики раскрыли первичные (молекулярные) дефекты при многих наследственно обусловленных аномалиях обмена веществ, что способствовало

развитию методов экспресс – диагностики, позволяющих быстро и рано выявлять больных и лечить многие, прежде неизлечимые болезни. Например, подбором специальной диеты возможно предупредить развитие фенилкетонурии и некоторых других болезней.

Генетика человека и ее значение для медицины

Методы исследования наследственности человека

Все люди принадлежат к одному виду Homo sapiens – человек разумный. Этот вид генетически неоднороден: не существует двух людей с одинаковыми геномами (за исключением однояйцевых близнецов). В 30-е гг. XX в. стало ясно, что наследование признаков у человека подчиняется тем же закономерностям, что и у животных и растений. Это стало основанием для развития медицинской генетики.

В настоящее время известно около 4 тыс. различных наследственных аномалий человека, из них 1/3 считается серьезными заболеваниями. К наследственным относятся, например, психические нарушения (разные виды слабоумия, шизофрении, эпилепсии), а также нарушения обмена веществ (диабет, фенилкетонурия и др.). Каждый из нас является носителем 4–8 наследственных аномалий.

Развитие современной цивилизации приводит к появлению в окружающей среде факторов, увеличивающих частоту мутаций как в соматических клетках, так и в гаметах. По мере развития медицины действие естественного отбора в отношении человека ослабевает, поэтому возникающие вредные мутации не исчезают, а сохраняются, отрицательно сказываясь на наследственности. Перед медицинской генетикой стоит неотложная задача: в ближайшее время научиться бороться с проявлением в фенотипе человека вредных мутаций. Решение этой задачи основано на достижениях молекулярной генетики.

Изучение наследственности человека затруднено, т.к. на человеке невозможно ставить эксперименты, он относительно медленно размножается, имеет большое количество хромосом. Несмотря на это, к настоящему времени накоплены обширные знания о наследственности человека, полученные с применением таких методов исследования, как генеалогический, близнецовый, цитогенетический, популяционный, биохимический, дерматоглифический и др.

Генеалогический метод основан на изучении родословной человека, в семье которого были обнаружены различные наследственные заболевания. Метод родословных позволяет установить доминантность или рецессивность признака, сцепленность его с другими признаками или с полом. В настоящее время изучено наследование многих нормальных и патологических признаков у человека, некоторые из них приведены в таблице.

Из истории известен случай так называемой королевской гемофилии. Английская королева Виктория была гетерозиготной по гену гемофилии в результате мутации, произошедшей у одного из ее родителей. Виктория не подозревала о том, что является носительницей гемофилии до тех пор, пока не родила восьмого ребенка – сына Леопольда. Ген этого признака был широко распространен среди королевских семейств Европы благодаря близкородственным бракам. Русский царевич Алексей болел гемофилией, а два сына испанского короля Адольфа XIII, Гонсало и Альфонс, умерли от этой болезни, унаследованной от гетерозиготных дочерей Виктории, которые занесли ген в царствовавшие тогда семьи в Испании и России. Британская же линия продолжалась ее здоровым сыном Эдуардом VII.

Дети от близкородственного брака не обязательно отягощены наследственными заболеваниями. Они могут быть вполне здоровыми. В таких браках были рождены, например, Ч.Дарвин, А.Линкольн, А.С. Пушкин. Легендарная Клеопатра родилась от союза родных брата и сестры. В древние времена во многих царских домах заключались только внутрисемейные, или, как говорят, инцестные браки.

Так члены правящих династий стремились поддержать «чистоту крови». Увы, как оказалось, она не гарантировала рождение мудрого, сильного духом и телом потомства.

Довольно часто в таких семьях появлялись дети, пораженные душевными и телесными недугами.

Исследуя мумию египетского фараона Тутанхамона, мать которого одновременно была его сводной сестрой, ученые пришли к выводу, что причиной его ранней смерти послужило тяжкое наследственное заболевание. Генетики считают, что и вырождение династии Птолемеев обусловлено единокровными браками.

Чем же опасен близкородственный брак? Есть такое понятие, как коэффициент инбридинга. У родных дяди и племянницы он составляет 1/8, у двоюродных братьев и сестер – 1/16, у троюродных – 1/32, у четвероюродных – 1/64, и т.д. Чем дальше родство, тем меньше одинаковых генов в генетическом аппарате каждого родственника.

При кровнородственном браке вероятность появления больного потомства напрямую зависит от степени родства супругов. Среди наследственных заболеваний есть группа, обусловленная действием доминантных генов, а другая – рецессивных. Доминантный ген даже в единственном числе обязательно приводит к развитию болезни. Есть, например, такое редкое, но тяжелое заболевание – хорея Гентингтона. Оно вызывается единственным аномальным геном. Смертоносный ген, словно мина замедленного действия, начинает проявлять активность, когда его носитель достигает возраста 30–35 лет. Абсолютно здоровый человек за короткое время превращается буквально в развалину: перестает двигаться, теряет память, речь и погибает в мучениях. Медицина пока способна лишь облегчить физические страдания больного, но не исцелить его.

Рецессивный ген – один в поле не воин. Его носитель может быть абсолютно здоровым человеком, благополучно прожить жизнь и передать дефектный ген детям по наследству. До тех пор, пока действие «вредного» рецессивного гена будет подавляться нормальным геном, полученным от другого родителя, болезнь не проявится. Если же по воле случая родители окажутся носителями одного и того же «вредного» рецессивного гена, угроза рождения больного потомства становится реальной. Вероятность такого исхода повышается в десятки раз, если в брак вступают родственники, которые могли унаследовать дефектный ген от своего общего предка. Именно так наследуются многие недуги: глухонемота, альбинизм, болезни нервной системы и т.д. В потомстве супругов, связанных кровным родством, увеличивается риск не только возникновения наследственных заболеваний, но и мертворождений, выкидышей, врожденных пороков развития.

Разная форма ушной раковины: при генетических нарушениях – а, б; норма – в

Близнецовый метод , введенный в генетику английским антропологом и психологом Ф.Гальтоном, основан на сравнении близнецов. Этот метод позволяет определить роль генотипа, а также оценить влияние внешних факторов, таких, например, как обучение, воспитание и т.п., в наследовании признаков.

Близнецы бывают однояйцевые и разнояйцевые. Однояйцевые близнецы развиваются из одной яйцеклетки. Они всегда одного пола, поразительно похожие, у них одинаковая группа крови, одинаковые отпечатки пальцев, их путают даже родители, а собаки не различают по запаху. Только у них пересадки органов проходят всегда успешно. На долю однояйцевых у человека приходится около 40% от общего числа близнецов. Изучение однояйцевых близнецов в течение всей их жизни, в особенности если они живут в разных социально-экономических и природноклиматических условиях, интересно тем, что психические и физические различия между ними обусловлены не разными генотипами, а влиянием условий окружающей среды. Наиболее известными однояйцевыми близнецами, которые остались живы и достигли взрослого возраста, были пять сестер Дион, родившиеся в Канаде в 1934 г.

Однажды в небольшом канадском городке Калландер в редакции местной газеты раздался телефонный звонок. Мужской голос неуверенно спросил: «Извините, сколько будет стоить объявление в газете о рождении пятерых детей?» Редактор сначала не понял, о чем идет речь. Он задал несколько вопросов и онемел у трубки. Обретя снова дар речи, переспросил: «Что вы говорите? Действительно родилось сразу пять детишек?» Человек по другую сторону провода грустно подтвердил это. Это была сенсация! «Если вы говорите правду, – выкрикнул редактор, – то вам это не будет стоить ни гроша. Как ваша фамилия?» – «Оливер Дион», – ответил человек.

Началась удивительная история пятерых маленьких сестер. Их ножки были тонки, как пальцы, тельце свободно умещалось на ладони. Вес каждой был чуть больше 600 г. Врач при помощи пипетки влил им в ротики несколько капель воды с примесью рома. Повивальная бабка была уверена, что новорожденные не проживут и часа. Поэтому она в спешке опустила их в таз с водой, окрестив именами: Эмили, Мари, Сесиль, Аннет, Ивонн. Повивальная бабка была права: новорожденные не имели шанса выжить. Они появились на свет в доме бедного фермера, где не было ни электричества, ни водопровода, а в душном помещении уже жили пятеро других членов семьи.

Когда близнецам исполнилось пять месяцев, все были потрясены сообщением о том, что их родной отец собирается выставить их на Всемирной выставке в Чикаго. Вот тогда-то сестрами Дион серьезно занялись государственные власти Канады: был выстроен специальный павильон, в который были помещены пятеро сестер. Этот павильон имел десять огромных окон и галерею, с которой можно было их увидеть. Девочки стали жить как бы в вольере. С 1935 по 1943 г. по галерее прошло свыше 3 млн человек! Здесь были зрители не только из Канады, США, но и из других стран мира. Просмотр был платный, сборы шли на специально открытый счет на имя пятерых детей Дион. Из-за наплыва туристов богател город, родители же чувствовали себя обделенными. «Все богатеют на наших дочках, – жаловался отец, – а нам оставили только право продавать открытки с их изображениями...»

Дети оказались золотоносной жилой: фирмы, производящие молоко, пеленки, детскую одежду, детские присыпки, зубную пасту, платили огромные суммы за использование фотографий сестер Дион на рекламах своих товаров. Голливуд снял три фильма о них. И лишь немногие врачи и психологи предостерегали: из-за того, что девочки содержатся, как зверюшки, в клетке, они вырастут несчастливыми, некоммуникабельными.

Когда Эмили, Мари, Сесиль, Аннет, Ивонн исполнилось девять лет, власти решили выстроить в Калландере еще один большой дом и поместить туда всю семью Дион. Идея совместной жизни всей семьи оказалась неудачной. Девочки были совершенно к этому не приспособлены. Отец относился к ним раздраженно, даже сурово: он считал себя несправедливо обделенным в дележе доходов. Когда девочкам минуло шестнадцать, их отдали в интернат. Появились они там робкие, несмелые, не способные находить контакт со сверстниками и другими детьми. Три года спустя Эмили ушла в монастырь, но и там она пробыла недолго. Уже несколько лет спустя у нее стали появляться эпилептические припадки. Однажды ночью, во время очередного приступа, Эмили, лишенная врачебной помощи, умерла. Для других сестер это был страшный удар. Сразу же после смерти Эмили они начали писать книгу «Нас было пятеро», которая стала обвинительным актом не только против семьи, но, прежде всего, против властей.

Начали сбываться мрачные предсказания прозорливых людей. Сестры не были приспособлены к нормальной жизни: ни у кого из них не было профессии, они не могли найти контакта с другими людьми. Выросшие вместе, они умели дружить только друг с другом. В тридцать лет умерла Мари. После неудачного замужества она одиноко жила в Монреале, где и умерла внезапно. Аннет и Сесиль также не имели счастья в замужестве. Сильно привязанные друг к другу, они проводили много времени в разговорах по телефону или во взаимных визитах, во время которых с тоской вспоминали о том времени, когда их было пятеро.

У Сесиль родились близнецы, но один из двойняшек вскоре умер. Через три года она овдовела. У Аннет было четверо детей. Ивонн пыталась стать монахиней, но не ужилась в монастыре и жила совсем одна. Такова печальная судьба сестер Дион.

Замечательное исследование было проведено в польском городе Гданьске, где 12 мая 1971 г. в клинике Гданьской медицинской академии появились на свет пять близнецов. С момента рождения заботу о них взял на себя Педиатрический институт. Лишь спустя два с половиной месяца малыши отправились домой. В три года Адам, Петр, Роман, Агнешка и Эва пошли в детский сад, а в мае 1978 г. близнецы стали учениками гданьской средней школы № 15. В школе все пятеро быстро вошли в коллектив, у них было много друзей. Они доброжелательны не только по отношению друг к другу, но и ко всем одноклассникам. Дети выросли коммуникабельными, здоровыми, добрыми. Вот такие разные судьбы у канадских и польских близнецов.

Цитогенетический метод основан на микроскопическом изучении структуры и числа хромосом. Делящиеся лейкоциты фиксируют, окрашивают и рассматривают под микроскопом. При этом можно определить отклонения от нормы как по числу хромосом, так и в структуре каждой хромосомы.

Первые полные сведения о числе и структуре хромосом были получены в 1956 г. шведскими учеными Дж.Тийо и А.Леваном. Они установили, что нормальный кариотип человека включает 46 хромосом, из них 22 пары аутосом и одна пара половых хромосом.

Цитогенетический контроль применяют при диагностике ряда наследственных заболеваний. При отсутствии одной Х-хромосомы у женщин развивается синдром Шерешевского–Тернера (генотип: 44 + Х0 = 45). Эта болезнь впервые была описана советским эндокринологом Н.А. Шерешевским в 1925 г., а затем более детально изучена Тернером в 1938 г. При рождении ребенок внешне выглядит как девочка, при этом часто у него имеются бросающиеся в глаза отечности на тыльной стороне рук и ног. На первом году жизни отечность постепенно исчезает. Взрослые женщины обычно низкорослы, менее 140 см, и имеют крыловидные складки на шее. Яичники недоразвиты и представляют полоску соединительной ткани. Бесплодны.

Теперь хорошо известно, что в 45–60 случаев из 100 самопроизвольных абортов мы имеем дело с хромосомными аномалиями. По причинам, еще не выясненным, наиболее распространенной аномалией (примерно 20% всех самопроизвольных абортов) является синдром Шерешевского–Тернера.

Наличие лишней Ххромосомы у мужчин (генотип: 44 + ХХY = 47) приводит к болезни Кляйнфельтера. В 1942 г. американский врач Кляйнфельтер описал группу из девяти мужчин с ненормально развитыми молочными железами, очень маленькими семенниками и отсутствием сперматозоидов. Мужчины, страдающие этой болезнью, как правило, бывают ростом выше нормального, отстают в интеллектуальном отношении. Нередко они способны на преступления и половые извращения, и многие из них, в конце концов, оказываются в психиатрических больницах или тюрьмах. Почти все они страдают бесплодием. Синдром Кляйнфельтера проявляется и у мужчин с генотипами 44 + ХХХY = 48 и 44 +
+ ХХХХY = 49. Такие мужчины способны на жестокие поступки, очень агрессивны.

Наличие лишней 21-й хромосомы можно наблюдать под микроскопом. Впервые эту аномалию обнаружил французский врач Лежен с коллегами в 1959 г. Связанная с ней болезнь была описана в XIX в. английским врачом Л.Дауном и получила название синдрома Дауна. Она характеризуется слабоумием, уродливым телосложением, монголоидным разрезом глаз. Мутацию, приводящую к синдрому Дауна, вызывают мутагены, проникающие в организм с пищей или воздухом. Наиболее широко распространенными мутагенами являются химические соединения, которые входят в состав табачного дыма. Поэтому у курильщиков чаще рождаются дети с синдромом Дауна. Возраст матери небезразличен для здоровья ребенка, и чем он больше, тем чаще возникают врожденные аномалии развития.

Гораздо реже, чем синдром Дауна, встречается синдром Эдвардса. У таких больных имеется лишняя хромосома в 18-й паре. Лишняя 18я хромосома вызывает умственную отсталость, дефекты ушей, глаз, рук, головы.

Наличие лишней 13-й хромосомы приводит к синдрому Патау, который был описан в 1960 г. Заболевание сопровождается умственной отсталостью, маленькой головой, аномалиями развития ушей и глаз, волчьей пастью, заячьей губой, наличием лишнего пальца на каждой руке, а также другими аномалиями. Такие дети, как правило, погибают в возрасте до одного года.

Нарушение целостности хотя бы одной хромосомы приводит также к тяжелым последствиям. Синдром «кошачьего крика», связанный с делецией короткого плеча 5й хромосомы, описан в 1963 г. Плач новорожденных похож на крик кошки, что связано с аномалиями гортани и голосовых связок. Дети плохо растут, отстают в психическом развитии. Внешний вид больных имеет особенности: поперечная складка у внутреннего угла глаза, уши неправильной формы и низко расположены, короткая шея, часты пороки развития сердца. Большинство детей умирают в раннем возрасте, однако описаны больные старших возрастов, в частности 55-летняя женщина.

Укорочение одной хромосомы из 22-й пары приводит к заболеванию крови – злокачественному миелолейкозу (белокровие).

Биохимический метод основан на изучении наследственно обусловленного обмена веществ. Причиной нарушения обмена веществ является изменение активности определенных ферментов. Примером нарушения аминокислотного обмена является альбинизм, обусловленный дефектом фермента тирозиназы, изза которого блокируется превращение тирозина в меланин. У альбиносов молочный цвет кожи, очень светлые волосы и отсутствует пигмент в радужной оболочке глаз. Они имеют повышенную чувствительность к солнечному свету, который вызывает у них воспалительные заболевания кожи.

Фенилкетонурия (нарушение аминокислотного обмена) – наследственное заболевание, связанное с накоплением фенилаланина изза отсутствия фермента, переводящего его в тирозин. Фенилаланин окисляется в фенилпировиноградную кислоту, которая выделяется с мочой. Частота этого заболевания составляет 1: 5600. У больного ребенка развиваются судороги, дерматиты, от него исходит неприятный запах («мышиный», «волчий», «затхлый»). Для диагностики заболевания используют пробу Феллинга: к 2–5 мл свежей мочи добавляют 10 капель 10% раствора FeCl 3 . Появление синезеленого окрашивания свидетельствует о наличии заболевания. Лечение состоит в соблюдении специально подобранной диеты.

При галактоземии (нарушении углеводного обмена) в крови накапливается галактоза, что тормозит всасывание глюкозы. Если из пищи исключают молоко, являющееся источником галактозы, ребенок выживает. У больных отсутствует фермент галактозидаза, что можно определить при химическом анализе крови. Начало заболевания может проявляться с первых дней жизни расстройством пищеварения, печень увеличивается, обнаруживается помутнение хрусталика. При тяжелом течении и без лечения дети погибают на первом году жизни, а при вскрытии обнаруживают цирроз печени.

Болезнь Ниманна–Пика связана с накоплением сфингомиелина в мозге, печени. Заболевание развивается в раннем детском возрасте и проявляется в отказе от еды, появлении рвоты, увеличении живота, печени, селезенки. У больных отмечаются мышечная слабость, судороги, снижается слух и зрение. Дети погибают в раннем возрасте.

Из описанных к настоящему времени 4 тыс. наследственных заболеваний достаточно хорошо изучены около 600. Использование различных методов позволяет выявить закономерности наследования признаков у человека в норме и при различных патологиях. Благодаря этому в последние годы стало возможным предупреждение появления на свет детей с врожденными дефектами с помощью дородовой диагностики. Во многих странах мира, в том числе и в России, существует сеть учреждений, обеспечивающих медикогенетическое консультирование населения. В первую очередь их услугами должны пользоваться молодожены, у которых имеются генетически неблагополучные родтвенники. Генетическая консультация обязательна при вступлении в брак родственников, лиц старше 30 лет, а также работающих на производстве с вредными условиями труда. Врачи и генетики смогут обеспечить снижение риска рождения генетически неполноценного потомства.

Лекция: Значение генетики для медицины

Генетика человека – это один из подразделов генетики, в рамках которого проводятся исследования закономерностей и механизмов изменчивости и наследования у человека.

Эта наука находится в тесной связи с антропологией и медициной. Ее подразделяют на:

антропогенетику – это наука, исследующая наследственность и изменчивость признаков, находящиеся в пределах нормы;

медицинскую генетику, занимающуюся изучением патологических изменений генома и предупреждением их появления.

Клиническая (медицинская) генетика, в частности, занимается изучением:

особенностей проявления патологических и нормальных признаков;

вероятности возникновения хронических заболеваний вследствие генетической предрасположенности и влияния внешней среды.

Ее основными задачами являются лечение заболеваний наследственного характера, их изучение, профилактика, выявление, а также определение путей предотвращения воздействия мутагенных факторов на геном человека.

Статистика показывает, что в человеческих популяциях частота заболеваний генетической природы составляет 2-4%. К ним относятся различные нарушения обмена веществ, также мутации обуславливают некорректное развитие и нарушения функций различных органов и их систем. Например, измененные гены становятся причиной наследственной глухоты, шестипалости, атрофии зрительного нерва и прочих.

При дефекте гена, в котором закодирована структура фермента, способного превращать фенилаланин в тирозин – возникает болезнь фенилкетонурия. При этом, накапливающийся в организме фенилаланин превращается в разнообразные токсины, оказывающие негативное влияние на нервную систему ребенка. Возникают судорожные припадки, нарушения рефлексов, ослабление умственного развития. Частота ее – 1:8000.

Известны хромосомные заболевания, такие как синдром Дауна, полисомия по Х-хромосоме у женщин и прочие, которые возникают в результате нарушения расхождения хромосом при образовании гамет. Диагностируется у 1 из 700 младенцев.
Многие хромосомные нарушения столь тяжелы, что дети если и рождаются, то имеют многочисленные пороки развития и погибают в раннем возрасте.

Мутагенные факторы генных нарушений

Причиной возникновения генных нарушений являются мутагенные факторы, которые подразделяются на физические, химические и биологические.

Физические. К ним относятся различные виды излучения – солнечный ультрафиолет, радиоактивное, другие коротковолновые его формы, а также экстремально высокая или сильно пониженная температура.

Химические . Это наиболее частая причина возникновения геномных нарушений. Ими могут оказаться:

нитраты и другие, использующиеся в качестве удобрений;

химически активные формы кислорода – пероксид в том числе;

сельскохозяйственные яды;

некоторые из пищевых добавок (цикламаты и др.);

нефтепродукты;

лекарственные средства.

А также многие виды бесконтрольно применяемых в косметике и быту химических средств.

Биологические . Это различные биологические вещества, попадающие или синтезирующиеся в организме:

некоторые вирусы и их токсины (вирусы гриппа, краснухи, кори);

окисленные липиды и другие продукты метаболизма, не выведенные из организма;

антигены различных микроорганизмов.

Химически активные вещества-мутагены могут образовывать с ДНК комплексные соединения. Такая, «обвешанная» посторонними молекулами ДНК мало того, что не может принимать участие в транскрипции и репликации, она изменяется, реагируя с агрессивными веществами, теряет куски своей структуры, что приводит к серьезным нарушениям генетического аппарата.

В настоящее время ведутся активные исследования в области генетической медицины. Даже по сравнению с 20-летней давностью, разработаны и введены в практику различные методы диагностики генетических нарушений плода на ранних стадиях беременности, проводятся различные комплексные анализы. Ведутся работы по секвенированию (расшифровке) человеческого генома.

Результаты исследований позволяют разрабатывать новые нормы для различных отраслей промышленности и сельского хозяйства, ограничивающие использование химических соединений, которые могут вызывать мутационные изменения.

Проводится постоянный мониторинг окружающей среды по различным параметрам.

В медицине началось в начале XX столетия, с понимания Гарродом и другими врачами, что законы наследования Менделя могут объяснить повторное появление отдельных заболеваний в семьях. В течение последующих 100 лет медицинская генетика выросла от небольшого раздела, занимающегося несколькими редкими наследственными заболеваниями, до признанной медицинской специальности, понятия и методы которой - важные компоненты диагностики и лечения множества заболеваний, как частых, так и редких.

И более того, в начале XXI в. завершен проект «Геном человека » - международное исследование, поставившее целью определить полное содержание генома человека как сумму генетической информации нашего вида (суффикс -оте - от греч. «все» или «полный»). Теперь мы можем изучать геном человека как единый цельный объект, а не по одному гену за раз. Медицинская генетика стала частью более широкой области - геномной медицины, проводящей крупномасштабный анализ генома человека, включая управление экспрессией генов, исследования вариабельности генов человека и взаимодействия генов со средой, с целью расширения возможностей медицины.

Медицинская генетика фокусирует внимание не только на пациенте, но на всей его семье. Исчерпывающая семейная история - важный первый шаг для анализа любого заболевания, независимо от того, генетическое оно или нет. Как указывал Чайлдс, «не уточнить семейную историю - плохая практика». Семейная история важна, поскольку она может быть определяющей в диагностике, она может указывать, что заболевание наследственное, может рассказать о естественной истории болезни и изменениях в ее течении, наконец, она может помочь выяснить тип наследования.

Кроме того, осознание семейного компонента в заболевании позволяет оценить риск для других членов семьи, нуждающихся в обследовании или профилактике, а пациенту и его семье может быть предложено медико-генетическое консультирование.

За последние несколько лет проект «Геном человека » сделал доступной полную последовательность всей дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК) человека, знание которой позволяет идентифицировать все гены человека, определить степень их изменчивости в различных популяциях и в конце концов понять то, как изменения в этих генах содействуют здоровью или болезни.

В партнерстве со всеми другими современными биологическими дисциплинами проект «Геном человека» революционно изменил медицинскую генетику, обеспечив понимание основ многих болезней и продвинув разработку дальнейших диагностических инструментальных средств, предупредительных мер и терапевтических методов, основанных на исчерпывающем представлении о структуре генома.

Генетика быстро становится центральным организационным звеном в медицинской практике. Вот только несколько примеров обширного массива приложений генетики и геномики в медицине сегодня.
Ребенок , имеющий многочисленные врожденные пороки развития и нормальный обычный хромосомный анализ, проходит геномный тест с высоким разрешением для исключения субмикроскопических хромосомных делеций или частичных трисомий.

Молодая женщина с семейной историей рака молочной железы получает целенаправленное обучение, интерпретацию проведенных обследований и поддержку консультанта, специализирующегося по наследственному раку молочной железы.

Акушер-гинеколог посылает образцы ворсин хориона, взятые у 38-летней беременной в лабораторию цитогенетики на обследование для исключения аномалий в количестве или структуре хромосом плода.

Гематолог объединяет семейную и медицинскую историю с исследованием генов молодого человека с глубоким венозным тромбозом (ГВТ), чтобы оценить преимущества и риски от введения антикоагулянтной терапии.

В онкологии применяют микрочиповый анализ экспрессии генов опухоли для определения прогноза и выбора тактики лечения.

Онколог тестирует пациентов на наличие генетических вариантов, которые могут предсказать хороший ответ или неблагоприятную реакцию на химиотерапевтический препарат.

Судебно-медицинский патолог использует базы данных генетических полиморфизмов в анализе образцов ДНК, полученных из останков жертв и их родственников, чтобы идентифицировать погибших (например, 11 сентября 2001 г. при нападении на Центр международной торговли в Нью-Йорке).

Обнаружение сигнального пути онкогенеза , активизируемого соматической мутацией, привело к разработке мощного специфического ингибитора данного пути, который успешно используют в лечении раковых опухолей. Генетические принципы и подходы не ограничиваются одной медицинской специальностью или субспециальностью, а проникают в различные области медицины.

Для того чтобы пациенты и их семьи получили максимальную пользу от расширяющихся генетических знаний, все врачи должны понимать основные принципы генетики человека. Эти принципы включают: существование альтернативных форм генов (аллелей) в популяциях; возможность появления сходных фенотипов, вызванных мутациями или вариантами различных генов; понимание того, что семейное заболевание может возникать вследствие вариантов генов, которые вызывают восприимчивость к болезни при взаимодействии генов между собой и с окружающей средой; роль соматических мутаций в развитии рака и старении; возможность пренатального диагноза, доклинического тестирования и массового скринирования населения; перспективы больших возможностей генотерапии.

Эти понятия в настоящее время влияют на всю медицинскую практику и в будущем станут только более важными.

За 50 лет профессиональной работы сегодняшнего выпускника и аспиранта всегда происходят значительные изменения в исследовании , развитии и использовании знаний в генетике и геномике, а также в использовании инструментальных средств в медицине. Однако трудно представить себе, чтобы любой другой период смог охватить изменения большие, чем те, что произошли за последние 50 лет, в течение которых наши представления в этой области прошли путь от первого осознания роли ДНК как активного носителя наследственности, до открытия молекулярной структуры ДНК и хромосом и определения полного кода генома человека. И пока, судя по ускоряющемуся темпу открытий в течение только прошлого десятилетия, можно быть уверенными в том, что мы еще лишь в начале революции в интеграции знаний генетики и геномики в практическое здравоохранение. Понимание языка и понятий медицинской генетики и оценка перспектив воздействия генетики и геномики на норму и патологию формируют основу пожизненного образования - неотъемлемую часть профессионального роста каждого медика.

Формирование медицинской генетики началось в 30-е гг. XX в., когда стали появляться факты, подтверждающие, что наследование признаков у человека подчиняется тем же закономерностям, что и у других живых организмов.

Задачей медицинской генетики является выявление, изучение, профилактика и лечение наследственных болезней, а также разработка путей предотвращения вредного воздействия факторов среды на наследственность человека.

Методы изучения наследственности человека. При изучении наследственности и изменчивости человека используют следующие методы: генеалогический, близнецовый, цитогенетическии, биохимический, дерматоглифический, гибридизации соматических клеток, моделирования и др.

Генеалогический метод позволяет выяснить родственные связи и проследить наследование нормальных или патологических признаков среди близких и дальних родственников в данной семье на основе составления родословной - генеалогии. Если есть родословные, то, используя суммарные данные по нескольким семьям, можно определить тип наследования признака - доминантный или рецессивный, сцепленный с полом или ауто-сомный, атакже его моногенность или полигенность. Генеалогическим методом доказано наследование многих заболеваний, например сахарного диабета, шизофрении, гемофилии и др.

Генеалогический метод используется для диагностики наследственных болезней и медико-генетического консультирования; он позволяет осуществлять генетическую профилактику (предупреждение рождения больного ребенка) и раннюю профилактику наследственных болезней.

Близнецовый метод состоит в изучении развития признаков у близнецов. Он позволяет определять роль генотипа в наследовании сложных признаков, а также оценивать влияние таких факторов, как воспитание, обучение и др.

Известно, что у человека близнецы бывают однояйцевыми (монозиготными) и разнояйцевыми (дизиготными). Однояйцевые, или идентичные, близнецы развиваются из одной яйцеклетки, оплодотворенной одним сперматозоидом. Они всегда одного пола и поразительно похожи друг на друга, так как имеют один и тот же генотип. Кроме того, у них одинаковая группа крови, одинаковые отпечатки пальцев и почерк, их путают даже родители и не различают по запаху собаки. Только у идентичных близнецов на 100% удаются пересадки органов, поскольку у них одинаков набор белков и пересаженные ткани не отторгаются. Доля однояйцевых близнецов у человека составляет около 35-38% от общего их числа.

Разнояйцевые, или дизиготные, близнецы развиваются из двух разных яйцеклеток, одновременно оплодотворенных различными сперматозоидами. Дизиготные близнецы могут быть как одного, так и разного пола, а с генетической точки зрения они сходны не больше, чем обычные братья и сестры.

Изучение однояйцевых близнецов в течение всей их жизни, в особенности если они живут в разных социально-экономических и природно-климатических условиях, интересно тем, что отличия между ними в развитии физических и психических свойств объясняются не разными генотипами, а влиянием условий среды.

Цитогенетичесий метод основан на микроскопическом исследовании структуры хромосом у здоровых и больных людей. Цитогенетический контроль применяют при диагностике ряда наследственных заболеваний, связанных с явлениями анеуплоидии и различными хромосомными перестройками. Он позволяет также изучать старение тканей на основе исследований возрастной динамики структуры клеток, устанавливать мутагенное действие факторов внешней среды на человека и т. д.

В последние годы цитогенетический метод приобрел большое значение в связи с возможностями генетического анализа человека, которые открыла гибридизация соматических клеток в культуре. Получение межвидовых гибридов клеток (например, человека и мыши) позволяет в значительной степени приблизиться к решению проблем, связанных с невозможностью направленных скрещиваний, локализовать ген в определенной хромосоме, установить группу сцепления для ряда признаков и т. д. Объединение генеалогического метода с цитогенетическим, а также с новейшими методами генной инженерии значительно ускорило процесс картирования генов у человека.

Биохимические методы изучения наследственности человека помогают обнаружить ряд заболеваний обмена веществ (углеводного, аминокислотного, липидного и др.) при помощи, например, исследования биологических жидкостей (крови, мочи, амниотической жидкости) путем качественного или количественного анализа. Причиной этих болезней является изменение активности определенных ферментов.

С помощью биохимических методов открыто около 500 молекулярных болезней, являющихся следствием проявления мутантных генов. При различных типах заболеваний удается либо определить сам аномальный белок-фермент, либо установить промежуточные продукты обмена. По результатам биохимических анализов возможно поставить диагноз болезни и определить методы лечения. Ранняя диагностика и применение различных диет на первых этапах постэмбрионального развития позволяют излечить некоторые заболевания или хотя бы облегчить состояние больных с неполноценными ферментными системами.

Как и любая другая дисциплина, современная генетика человека использует методы смежных наук: физиологии, молекулярной биологии, генной инженерии, биологического и математического моделирования и т. д. Значительное место в решении проблем медицинской генетики занимает онтогенетический метод, который позволяет рассматривать развитие нормальных и патологических признаков в ходе индивидуального развития организма.

Наследственные болезни человека, их лечение и профилактика. К настоящему времени зарегистрировано более 2 тыс. наследственных болезней человека, причем большинство из них связано с психическими расстройствами. По данным Всемирной организации здравоохранения, благодаря применению новых методов диагностики ежегодно регистрируется в среднем три новых наследственных заболевания, которые встречаются в практике врача любой специальности: терапевта, хирурга, невропатолога, акушера-гинеколога, педиатра, эндокринолога и т. д. Болезней, не имеющих абсолютно никакого отношения к наследственности, практически не существует. Течение разных заболеваний (вирусных, бактериальных, микозов и даже травм) и выздоровление после них в той или иной мере зависят от наследственных иммунологических, физиологических, поведенческих и психических особенностей индивидуума.

Условно наследственные болезни можно подразделить на три большие группы: болезни обмена веществ, молекулярные болезни, которые обычно вызываются генными мутациями, и хромосомные болезни.

Генные мутации и нарушения обмена веществ. Генные мутации могут выражаться в повышении или понижении активности некоторых ферментов, вплоть до их отсутствия. Фенотипи-чески такие мутации проявляются как наследственные болезни обмена веществ, которые определяются по отсутствию или избытку продукта соответствующей биохимической реакции.

Генные мутации классифицируют по их фенотипическому проявлению, т. е. как болезни, связанные с нарушением аминокислотного, углеводного, липидного, минерального обмена, обмена нуклеиновых кислот.

Примером нарушения аминокислотного метаболизма является альбинизм - относительно безобидная болезнь, встречающаяся в странах Западной Европы с частотой 1:25000. Причиной заболевания является дефект фермента тирозиназы, в результате чего блокируется превращение тирозина в меланин. У альбиносов молочный цвет кожи, очень светлые волосы и отсутствует пигмент в радужной оболочке глаз. Они имеют повышенную чувствительность к солнечному свету, вызывающему у них воспалительные заболевания кожи.

Одним из наиболее распространенных заболеваний углеводного обмена является сахарный диабет. Эта болезнь связана с дефицитом гормона инсулина, что приводит к нарушению процесса образования гликогена и повышению уровня глюкозы в крови.

Ряд патологических признаков (гипертония, атеросклероз, подагра и др.) определяются не одним, а несколькими генами (явление полимерии). Это болезни с наследственным предрасположением, которые в большей степени зависят от условий среды: в благоприятных условиях такие заболевания могут и не проявиться.

Хромосомные болезни. Этот тип наследственных заболеваний связан с изменением числа или структуры хромосом. Частота хромосомных аномалий у новорожденных составляет от 0,6 до 1%, а на стадии 8-12 недель их имеют около 3% эмбрионов. Среди самопроизвольных выкидышей частота хромосомных аномалий равна примерно 30%, а на ранних сроках (до двух месяцев) - 50% и выше.

У человека описаны все типы хромосомных и геномных мутаций, включая анеуплоидию, которая может быть двух типов - моносомия и полисомия. Особой тяжестью отличается моносомия.

Моносомия всего организма описана для Х-хромосомы. Это синдром Шерешевского-Тернера (44+Х), проявляющийся у женщин, для которых характерны патологические изменения телосложения (малый рост, короткая шея), нарушения в развитии половой системы (отсутствие большинства женских вторичных половых признаков), умственная ограниченность. Частота встречаемости этой аномалии 1:4000-5000.

Женищны-трисомики (44+ХХХ), как правило, отличаются нарушениями полового, физического и умственного развития, хотя у части больных эти признаки могут не проявляться. Известны случаи плодовитости таких женщин. Частота синдрома 1:1000.

Мужчины с синдромом Клайнфельтера (44+XXY) характеризуются нарушением развития и активности половых желез, евнухоидным типом телосложения (более узкие, чем таз, плечи, оволосение и отложение жира на теле по женскому типу, удлиненные по сравнению с туловищем руки и ноги). Отсюда и более высокий рост. Эти признаки в сочетании с некоторой психической отсталостью проявляются у относительно нормального мальчика начиная с момента полового созревания.

Синдром Клайнфельтера наблюдается при полисомии не только по Х-хромосоме (XXX XXXY, XXXXY), но и по У-хромосоме (XYY. XXYY. XXYYY). Частота синдрома 1:1000.

Из числа аутосомных болезней наиболее изучена трисомия по 21-й хромосоме, или синдром Дауна. По данным разных авторов, частота рождения детей с синдромом Дауна составляет 1:500-700 новорожденных, а за последние десятилетия частота трисомии-21 увеличилась.

Типичные признаки больных с синдромом Дауна: маленький нос с широкой плоской переносицей, раскосые глаза с эпикантусом - нависающей складкой над верхним веком, деформированные небольшие ушные раковины, полуоткрытый рот, низкий рост, умственная отсталость. Около половины больных имеют порок сердца и крупных сосудов.

Существует прямая связь между риском рождения детей с синдромом Дауна и возрастом матери. Установлено, что 22-40% детей с этой болезнью рождаются у матерей старше 40 лет (2-3 % женщин детородного возраста).

Здесь рассмотрены лишь некоторые примеры генных и хромосомных болезней человека, которые, однако, дают определенное представление о сложности и хрупкости его генетической организации.

Основным путем предотвращения наследственных заболеваний является их профилактика. Для этого во многих странах мира, в том числе и в Беларуси, существует сеть учреждений, обеспечивающих медико-генетическое консультирование населения. В первую очередь его услугами должны пользоваться лица, вступающие в брак, у которых имеются генетически неблагополучные родственники.

Генетическая консультация обязательна при вступлении в брак родственников, лиц старше 30-40 лет, а также работающих на производстве с вредными условиями труда. Врачи и генетики смогут определить степень риска рождения генетически неполноценного потомства и обеспечить контроль за ребенком в период его внутриутробного развития. Следует отметить, что курение, употребление алкоголя и наркотиков матерью или отцом будущего ребенка резко повышают вероятность рождения младенца с тяжелыми наследственными недугами.

В случае рождения больного ребенка иногда возможно его медикаментозное, диетическое и гормональное лечение. Наглядным примером, подтверждающим возможности медицины в борьбе с наследственными болезнями, может служить полиомиелит. Эта болезнь характеризуется наследственной предрасположенностью, однако непосредственной причиной заболевания является вирусная инфекция. Проведение массовой иммунизации против возбудителя болезни позволило избавить всех наследственно предрасположенных к ней детей от тяжелых последствий заболевания. Диетическое и гормональное лечение успешно применяется при лечении фенилкетонурии, сахарного диабета и других болезней.