Кіровський фізико-математичний ліцей

Реферат

з біології

Медична генетика

Склав

Сухих Костянтин

10а клас

Перевірила

Луснікова Н. А.

Кіров, 1999

Введення.

Якщо століття 19-й по праву увійшов в історію світової цивілізації як Століття Фізики, то стрімко завершающемуся століття 20-му, в якому нам щастило жити, цілком ймовірно, приготоване місце Століття Біології, а може бути, і Століття Генетики.

Дійсно, за неповних 100 років після повторного відкриття законів Г. Менделя генетика пройшла тріумфальний шлях від натурфілосовского розуміння законів спадковості та мінливості через експериментальне накопичення фактів формальної генетики до молекулярно-біологічного розуміння сутності гена, його структури і функції. Від теоретичних побудов про ген як абстрактної одиниці спадковості - до розуміння його матеріальної природи як фрагмента молекули ДНК, що кодує амінокислотну структуру білка, до клонування індивідуальних генів, створення докладних генетичних карт людини, тварин, ідентифікації генів, мутації яких пов'язані з важкими спадковими недугами, розробки методів біотехнології та генної інженерії, що дозволяють направлено отримувати організми із заданими спадковими ознаками, а також проводити спрямовану корекцію мутантних генів людини, тобто генотерапія спадкових захворювань. Молекулярна генетика значно поглибила наші уявлення про сутність життя, еволюції живої природи, структурно-функціональних механізмів регуляції індивідуального розвитку. Завдяки її успіхам започатковано розв'язання глобальних проблем людства, пов'язаних з охороною його генофонду.

§ 1. Генетика та етапи її розвитку.

Отже, що таке генетика? Генетика - це наука про спадковість і мінливість організмів, вона розкриває сутність того, яким чином кожна жива форма відтворює себе у наступному поколінні, і як у цих умовах виникають спадкові зміни, які передаються нащадкам, беручи участь у процесах еволюції і селекції. Спадковість і мінливість - це дві сторони одних і тих же основних життєвих процесів. У протилежності спадковості і мінливості укладена діалектика живого.

В даний час вона є фундаментом нових методів селекції, пізнання біологічних основ людини і сучасної теорії еволюції. Великих успіхів домоглися молекулярна генетика, цитогенетика, популяційна генетика та ін

На початку розвитку генетики як науки її метою було виявлення загальних законів передачі ознак від одного покоління іншому. Потім перед генетикою постало нове завдання - виявити механізми, що лежать в основі цих законів, і пов'язати їх з мікроструктурою клітини. Далі постало питання: як і яким чином фізико-хімічні властивості спадкової речовини і міститься в ньому генетична інформація можуть перевтілюватися в ознаки організму, що розвивається? Генетика класична породила генетику молекулярну. Інформація, що міститься в заплідненому яйці генетична інформація охоплює весь комплекс ознак і особливостей, які організм виявляє протягом усього онтогенезу, тобто від моменту запліднення до смерті. Цими складними біохімічними процесами, що лежать в основі розвитку всіх ознак морфологічних, фізіологічних і будь-яких інших, аж до поведінкових, займається інша галузь генетики - феногенетіка. Як організм не може існувати поза навколишнього середовища, так і формування його ознак в результаті активності спадкової речовини відбувається в суворо визначених умовах, і кожна ознака залежить не тільки від спадкового фону, але і від умов, в яких він розвивається. дослідження взаємозв'язків спадкової речовини і навколишнього середовища є надзвичайно важливою проблемою феногенетікі.

Генетика вивчає явища спадковості і мінливості на різному рівні організації живої матерії; молекулярна генетика досліджує її на молекулярному рівні, інші галузі генетики займаються цими проблемами на рівні клітини, організму і, нарешті, на рівні колективу особин, що населяють спільну територію, що належать до одного виду, об'єднаних потенційною можливістю обміну спадковими факторами і дією відбору. Остання - завдання популяційної генетики.

Кожна з цих галузей генетики має свої методи досліджень і цілі, хоча всі вони взаємопов'язані. Якщо феногенетіка доводить розвиток якої-небудь ознаки в організмі до рівня молекулярних змін, то і популяційна генетика зводить генетичні зміни, яким піддається популяція, до молекулярних змін спадкової речовини під дією мутацій і відбору.

На початку свого розвитку генетика була ізольована від інших наук. Ця ізоляція, однак, була швидко подолана.

Для дослідження природи явищ спадковості і мінливості генетичні методи поєднувалися з методами цитології, фізики, хімії, математики, біохімії, імунології та інших наук. Було показано, що матеріальною основою спадковості і мінливості при їх специфіці для різних категорій системи організмів у принципі єдині для всього живого: людини, тварин, рослин, мікроорганізмів і вірусів.

На рубежі 18-19 століть були зроблені перші спроби вірно оцінити успадкування ряду патологій у людей. Мопертьі в 1750 році описав, що полідактилія може передаватися по аутосомнодомінантному типу будь-яким з батьків. Причому зроблені висновки передбачили ідеї Грегора Менделя. Адамс у "Трактаті про передбачувані спадкових властивостях хвороб" зробив наступні висновки про наявність "сімейних" (рецесивних) і "успадкованих" (домінантних) факторів у людини: зазначив прояви сімейних захворювань у близьких родичів та ін, керуючись якими можна було прогнозувати появу деяких хвороб у родичів.

На початку 19-го століття були виявлені деякі закономірності успадкування гемофілії при дослідженні ряду родоводів, в яких зустрічалися особи, які страждають на цю хворобу. Про небезпеку цієї хвороби при обряді обрізання у новонароджених вказувалася ще в Талмуді: "Жінки в таких сім'ях передають цю схильність від батьків до своїх дітей, навіть коли вони заміжні за чоловіками з інших родин, не схильних до кровотеч ..."

У 1865 р. Ф. Гальтон припустив, що здібності людини залежать від спадкових факторів. У 1889 р. він запропонував вивчати вплив якостей, які можуть поліпшити здоров'я людини. Надалі його ідеї сприяли розвитку євгеніки. Він розробив генеалогічний і блізнецовий методи досліджень людини.

Опис успадкування дальтонізму (зчеплене зі статтю, рецесивне успадкування) наведено офтальмологом Горнера (Швейцарія, 1876).

Гертвиг ​​в 1875 р. описав процес запліднення. А. Вейсман вказав, що носіями спадкових властивостей є ядра клітин, що лежать в основі процесів росту і розмноження клітин у людини. У 1882 р. Е. Ван Беден показав, що в статевих клітинах кількість хромосом у два рази менше, ніж у соматичних. При заплідненні число хромосом збільшується вдвічі. Термін "хромосоми" був запропонований В. Вальдеером в 1888 р. для позначення постійних елементів ядра клітини.

Закони наслідування моно-, ді-і полігенних ознак, встановлені Г. Менделем у 1865 р., визначили розвиток генетики як науки на весь наступний період.

Офіційною датою народження генетики прийнято вважати весну 1900 р., коли незалежно один від одного Г. де Фриз (Голландія), Корренс Німеччина), Чермак (Австрія) перевідкрили закони Менделя, що дало поштовх до розвитку генетичних досліджень.

У 1910 р. Т. Морганом і його співробітниками було показано роль хромосом у спадковості і встановлені закони зчепленого спадкування, які разом із законами незалежного Г. Менделя складають фундамент класичному генетики.

Роботи А. С. Серебровського по антропогенетіке (1922 - 1929) сприяли становленню медико-генетичного інституту, який був створений в 20-х роках під керівництвом професора С. Г. Левіта.

У 1924 році Г. А. Левитський застосував термін "каріотип" для позначення ядерних особливостей організму. Термін "ідіограмма" (типовий для виду складу ядра) був запропонований С. Г. Навашиним, але поширення не одержав. Лише після уточнення Левитський в 1931 році ідіограмма стала припускати графічне зображення сукупності ознак хромосом (Діаграмно-схематичне зображення).

Частина робіт з генетики людини публікувалася тоді в популярному журналі "Annals of Eugenics". Після закінчення другої світової війни він став називатися "The Journal of Human Genetics". З тих пір розвиток генетики людини йшло в інших напрямках:

• вивчення наслідування патологій;

• вивчення чинників виникнення та поширення таких хвороб, як діабет, злоякісні пухлини, шизофренія.

На підставі родоводів А. С. Пушкіна, С. Рахманінова, Л. М. Толстого, А. М. Горького, П. І. Чайковського вивчали успадкування обдарованості відомі генетики Н. К. Кольцов і Ю. А. Філіпченко. Філіпченко опублікував цикл робіт по спадковості людини і євгеніці. У 1921 р. Ю. А. Філіпченко організував бюро з євгеніці при Російській Академії наук, згодом реорганізоване в лабораторію генетики, що стала в 1933 р. інститутом генетики, який очолив М. І. Вавілов.

Клініко-генеалогічний метод отримав подальший розвиток у роботах С. М. Давиденкова, який аналізував різні клінічні форми (поліморфізм) та особливості перебігу хвороб перебігу хвороб нервової системи.

У 1925 році виходить в світ книга "Спадкові хвороби нервової системи", що поклала початок майже тридцятирічної тематики досліджень відомого клініциста-генетика С. М. Давиденкова. По суті, він перший чітко сформулював принцип генетичної гетерогенності спадкових хвороб. "Єдина" міопатія розпалася на сім форм. Давиденков висловив ідею про необхідність створення каталогів генів для класифікації спадкових патологій.

В кінці 20-х початку 30-х років в нашій країні почалася криза генетики, яка була оголошена "лженаукою". Вітчизняні вчені-генетики не змогли продовжувати протягом багатьох років наукові дослідження практично по всіх напрямках генетики і в суміжних з нею біологічних дисциплінах. Трагічні наслідки серпневої сесії ВАСГНІЛ 1948 року завдали величезної шкоди теоретичним і практичним досягненням генетики в нашій країні, затвердивши антинаукові ідеї Т. Д. Лисенко. Було завдано непоправної шкоди підготовці біологів і медиків. Лише тільки з 50-х років в нашій країні почалося відновлення генетичних напрямків досліджень.

1941 рік - виявлена ​​несумісність крові по резус-фактору у матері та плоду. У цей період було закладено основу біохімічної генетики Бідлом і Тейтемом.

Молекулярна біологія як самостійна наука сформувалася до 1953 року, коли троє вчених Френсіс Крик, Джеймс Уотсон і Моріс Уілкінс описали модель будови ДНК.

Еллісон (1954) отримав доказ про роль інфекційних хвороб у формуванні генофонду людини, встановивши зв'язок між малярією і частотою гена серповидноклеточности серед населення Західної Африки.

До 1956 року вважалося, що диплоїдний набір людини має 48 хромосом, але Тво і Леван встановили, що в клітинах людини міститься 46 хромосом.

В. М. Інгрем в 1957 році показав, що відмінності між нормальним гемоглобіном та серповидноклеточной у людини визначається лише заміною глутаміну на валін в шостому положенні - ланцюга гемоглобіну людини.

У 1959 році Лежен встановив причину виникнення синдрому Дауна, пов'язаного з трисомія по 21 хромосомі. Джекобс і Стронг, а також Форд з співробітниками виявили моносомія і трисомії по X-хромосомі (XO і ​​XXY) при синдромі Тернера і Клайнфельтера, відповідно. У тому ж році була встановлена ​​роль Y-хромосоми у визначенні статі у людини.

У 1960 році Мурхед з співробітниками розробив метод культивування лімфоцитів периферичної крові з метою отримання метафазних хромосом людини. Патау і Едвардс описали дві аутосомні трисомії, пізніше ідентифіковані, як 13 і 18. Ноуелл і Хангерфорд показали роль хромосомних мутацій при розвитку злоякісного захворювання у людини. Вони описали "філадельфійську хромосому" при злоякісному мієлолейкозі. Методи диференціального фарбування хромосом, що дозволили ідентифікувати всі хромосоми людини, були розроблені до 1970 року.

У 1961 році була висловлена ​​гіпотеза Лайон про інактивації однією з X-хромосом в каріотипі жінок.

Широкі дослідження в галузі вивчення поліморфізму спадкових хвороб людини виконані Мак-Кьюсіком. Їм було складено докладний каталог генів в 1966 році, що згодом неодноразово перевидавався з доповненнями.

А. Баєв (1967) розшифрував послідовність нуклеотидів т-РНК (t-RNA). Л. Зілбергом (1968) була запропонована вірусно-генетична теорія виникнення раку.

1972 рік - формується новий напрям в молекулярній біології - генетична інженерія. У цьому році в лабораторії Берга (США) була отримана рекомбінація ДНК. На базі досліджень цього напряму виникла "індустрія ДНК". За допомогою генної інженерії сконструйовані штучні гени інсуліну, соматотропіну, інтерферону.

У середині 70-х років було відкрито транспозони радянським ученим Г. Георгієвим за допомогою методів молекулярної генетики, гіпотеза про існування яких була раніше запропонована Б Маклінток.

Найважливішим досягненням останнього часу є визначення кількості генів у людини і складання генетичних карт хромосом, а також з'ясування причин мутації генів.

В даний час немає такої галузі біології, яка могла б розвиватися, не враховуючи і не використовуючи даних генетичних досліджень. Це відноситься в рівній мірі до екології, систематиці, зоопсихологии, ембріології, еволюції та ін

Показова зв'язок генетики з ембріологією. Ембріолог стежить за змінами, що відбуваються в зародку, шукає причини цих змін. Впадає в очі поступова диференціація зародка. Виникає питання: яким же чином спадкове речовина, однакове у всіх клітинах зародка, принаймні, спочатку, є причиною того, що в подальшому розвитку з'являються все більші і більші відмінності між окремими групами клітин. Ембріолог стикається знову

з генетичною проблемою, і не дивно тому, що дослідження ембріологів присвячуються цим основним проблемам зв'язку між ембріологією і генетикою.

Отже, можна виділити декілька основних напрямків у розвитку генетики:

- Генетика онтогенезу;

- Генетика людини;

- Генетика рослин;

- Генетика тварин;

- Генетика мікроорганізмів;

- Генетика популяцій;

- Генетика та екологія;

- Генетика та еволюція;

- Генетика медична;

- Генетика і радіація;

- Генетика адаптацій і ін

Генетика людини не тільки використовує досягнення, отримані в дослідженнях на інших організмах, але і сама збагачує наші теоретичні пізнання. Вибір нового об'єкта або застосування нових методів, що викликають розквіт генетики, кожного разу лише на короткий час, змінюється періодом стабілізації, за яким слідує новий підйом, поява нової галузі генетичних досліджень. Кожна нова фаза розвитку генетики не знімає попередніх досягнень, а, навпаки, розширює та поглиблює їх. Генетичні дослідження постійно розширюються, бо саме генетика покликана висвітлити проблеми життя, її виникнення та розвитку.

§ 2. Клонування і генна інженерія.

Синтез ідей і методів загальної, молекулярної генетики та фізико-хімічної біології створив новий напрямок у сучасній біології, що отримало назву генетична інженерія. Генетична інженерія є область сучасної біотехнології, яка володіє новими методами створення генотипів, потрібних практиці і науці. Ці методи дозволяють цілеспрямовано змінювати спадкові основи за допомогою маніпуляцій на клітинному, хромосомному і на генному рівнях. В останньому випадку прийнято термін - генна інженерія. Метод генетичної

інженерії в подальшому може бути перспективним у тваринництві для створення стад-клонів від високопродуктивних тварин, що мають цінний генотип. На цьому шляху слід очікувати нових успіхів в селекції рослин.

Найбільших успіхів генетична інженерія досягла на рівні генів, що пов'язано з розвитком нових методів, в першу чергу, розроблених для клітин бактерій і вірусів.

Підставою роботи з генної інженерії є, по-перше, можливість виділення окремих генів і, по-друге, їх внесення в обрану клітку. На ряді прикладів показано, що людські білки, наприклад ІНСУЛІН, ІНТЕРФЕРОН, можуть бути отримані шляхом мікробіологічного синтезу у клітинах бактерій, що несуть відповідний ген людини. Властивості самих бактерій можуть бути змінені у бік понад синтезу потрібного мікробного препарату. На цих засадах створюється нова біотехнологічна промисловість, яка в недалекому майбутньому матиме великий вплив на успіхи сільського господарства та медицини.

Успішний розвиток методів генетичної інженерії перспективно для низки напрямів практики. Розробляється проблема генотерапії, тобто лікування людей зі спадковими дефектами обміну речовин, шляхом введення в їх клітини нормальних генів.

Природно, що можливість маніпуляції з індивідуальними генами людини і тварин ще недостатня для розуміння функції всього геному, його організації в цілому, взаємодії його частин у забезпеченні всього різноманіття механізмів онтогенезу, тобто розвитку однієї клітини до цілого організму. Якщо додати до цього, що в геномі будь-якого виду записана не тільки програма індивідуального розвитку, але закодована вся еволюція виду, тобто філогенез, стає зрозумілим наскільки логічною і методично своєчасної стала Міжнародна наукова програма "Геном людини". Програма "Геном людини" вже до 2000 року дозволить повністю розшифрувати первинну структуру ДНК, тобто ідентифікувати всі гени людини, їх регуляторні елементи. Захоплююча "Одіссея" про спадковість, якої і є ця програма, безмірно розширить наші уявлення про структуру та функції геному, його еволюції, відкриє горизонти настільки захоплюючого, а можливо, і не менш небезпечного спрямованого впливу людини на геном рослин,

тварин і, що особливо ризиковано, на свій власний геном. Важливо усвідомити, що це не завтрашній день фундаментальної науки, не віддалені абстракції, а день сьогоднішній. Вона вже настала і став реальним незалежно від нас, і, якщо не бути готовим концептуально і методично, то може пройти мимо.

Не тільки сучасний лікар і фахівець-біолог, але і кожна освічена людина сьогодні повинен знати про тріумф Міжнародного Наукового співтовариства у виконанні програми "Геном людини", в результаті якої успішно розшифровуються всі гени людини, кожен з яких, будучи виділеним з організму і проклонірованним, може виступити в якості лікувального препарату для генотерапії; про те, що вже сьогодні ідентифіковано на генетичних картах більше 5000 структурних генів, про те, що всього за 5 років після перших успішних спроб введення

чужорідних маркерів гена в клітини людини число вже схвалених для клінічних випробувань програм з генної терапії спадкових захворювань досягла понад 200! Ці підсумки представляються особливо вражаючими, якщо врахувати, що згідно з даними Всесвітньої Організації Охорони Здоров'я, близько 2,4% всіх новонароджених на земній кулі страждають тими чи іншими спадковими порушеннями; близько 40% ранньої малюкової смертності та інвалідності з дитинства обумовлені спадкової патологій.

Разом з тим і в сьогоднішніх дослідженнях з генної терапії необхідно враховувати, що наслідки маніпулювання генами вивчені недостатньо. При розробці програм генної терапії принципове значення мають питання безпеки запропонованих схем лікування, як для самого пацієнта, так і для популяції в цілому. Важливо, що при проведенні випробувань очікуваний лікувальний ефект або можливість отримання додаткової корисної інформації перевершували потенційний ризик запропонованої процедури. Найважливішим елементом у програмі генної терапії є аналіз наслідків проведених процедур. Цей контроль проводять на всіх етапах терапії. Проводиться оцінка клінічного (терапевтичного) ефекту; вивчаються можливі побічні наслідки і способи їх попередження. АЛЕ! Будь-яке епохальне відкриття науки (а саме таким і є розшифровка геному людини) може використовуватися не тільки на благо, але і на шкоду людству (сумний приклад тому відкриття розщеплення ядра урану, що породило атомну бомбу)! Нерозумні експерименти з геномом людини можуть призвести до ще більш страшних наслідків!

До цих пір не вщухають суперечки та дискусії з питання клонування. Термін "клонування" стрімко увійшов у широкий лексикон рік тому: тоді вчені Рослінського інституту в Шотландії повідомили про існування овечки Доллі, яка з'явилася на світ методом безстатевого розмноження. Доллі з'явилася на світ так, як жодне ссавець за мільйони років існування життя на землі, - шляхом клонування. Вчені створили генетичне чудо, відтворивши повноцінний живий організм на основі однієї тканинної клітини.

Щоб стало зрозуміліше, в чому полягає чудо, необхідно нагадати азбучні істини. Нове життя - будь то людина або тварина - народжується шляхом злиття двох статевих клітин: батьківського сперматозоїда і материнської яйцеклітини. При цьому майбутнє дитя (якщо говорити про людину) отримує від кожного з батьків по 23 хромосоми, які й утворюють його неповторний, унікальний геном (сукупність генів). З моменту злиття і до останнього подиху гени почнуть керувати організмом, не тільки формуючи в найдрібніших деталях і подробицях цей організм, але програмуючи здібності, нахили, таланти, можливості, хвороби даної людини. Доллі розвивалася не з заплідненої яйцеклітини, а з нічим непримітної клітини шкіри (!) Шестирічної вівці, чиєю стовідсоткової копією вона і є. Що ж зробили Рослінського умільці? Взяли біоптат вимені (просто шматочок шкіри) і особливим чином обробили епітеліальні клітини. Потім виділили ядро, де зберігається вся генетична інформація. Його помістили в оболонку яйцеклітини другий вівці, попередньо видаливши звідти власне ядро. Нарешті, штучно створений ооцит (яйцеклітину) помістили ватку третьої, готової до вагітності овечки. Було зроблено без малого 300 спроб, і тільки одна з них закінчилася народженням живої Доллі, у якій як би три "матері": клональная, тобто оригінал, донор, що дала цитоплазму для ядра, і сурогатна, що виносила нашу "героїню". Неймовірно складно! Чому людина завжди прагнути переінакшити природу, не задовольняючись природним і, загалом-то, досить приємним способом запліднення? Та тому що науці властиво поступальний розвиток під гаслом "Знати все про все". Серед дослідників завжди знайдуться такі (до речі, генетично запрограмовані), яких хлібом не годуй, дай тільки дістатися до світлого джерела знань. Чудово! Жага пізнання певною мірою вгамована. Але який чисто утилітарний пуття з усіх цих вишукувань зможе витягти для себе практика? Колосальний! Можна вважати, що знайдено глобальне вирішення проблеми безпліддя. Кожен чоловік і кожна жінка з будь непоправної патологією органів дітонародження тепер здатні стати батьками. Причому, не прийомними, а самими справжніми: відтворити свою власну кров і плоть в повному сенсі слова.

Або взяти іншу ситуацію: в сім'ї гине єдиний ребе-

нок, а мати (батько) більше ніколи не зможе мати дітей. Достатньо буде мати лише одного волоска, молочного зуба, щоб невтішні батьки знов знайшли загиблого.

Чи означає це, що з'явилася можливість на власний вибір "тиражувати" людей: Моцарта, пушкін, Енштейна. Теоретично так. Практично ж потрібні роки напруженої роботи, щоб навчитися клонувати людей (якщо подібні експерименти взагалі не заборонять найближчим часом). Адже генетичний апарат людини не можна порівняти з овечим. Крім того, це пов'язано з морально-етичними, релігійними нормами і міркуваннями. Одна справа - покращувати породу тварин, займаючись конярством, вівчарством, свинарством, і зовсім інше - на власний розсуд впливати на людську популяцію. Хто візьме на себе роль вищого, незаперечного авторитету і сміливість вирішувати з кого саме слід робити "копії" і в якій кількості?

Але хіба не заманливо поліпшити породу людей у ​​цілому, збільшивши в ній частку геніїв і вундеркіндів за рахунок скорочення частки індивідуумів з нерозвиненим інтелектом і зі злочинними нахилами? Клонування людей у ​​подібних цілях аморально. Треба виходити з того, що особистість з'явилася в цей світ не випадково, вона неповторна і є самоцінною.

Суспільство має створювати кожному нормальні умови для розвитку, просвіщати і виховувати, і тоді без будь-якого клонування почне рости інтелектуальний і моральний потенціал його членів. Адже природа "не розкидається" геніями направо і наліво, а являє їх світу, погодившись з поки невідомими нам законами. Геній - не тільки рідкісний, ексклюзивний набір генів, але і середовище, що дозволила розкритися, реалізуватися можливостям, закладеним в даних генах.

Отже, якби навіть вдалося відтворити двійника, клональне копію Моцарта, Пушкіна, це зовсім не означає, що людство знову збагатилося б безсмертним "Реквіємом" або "Євгеній Онєгін". Клонований Моцарт буде точною генетичною копією оригіналу. Він успадкує (можливо, з невеликими відхиленнями) ті ж очі, рот, ніс, посмішку і виняткові музичні здібності. Але немає ні найменшого шансу, що він нота в ноту відтворить "Турецький марш" чи "Реквієм". Навіть якщо Моцарт-2 і стане композитором, він напише іншу музику, бо наш час звучить зовсім інакше, не так як за часів великого Амадея. І Пушкін-2, народжений сьогодні, навряд чи зробив би героями своїх творів Євгена Онєгіна і Ленського - типових представників 19 століття. Щоб відбувся геній, все має зійтися в одній точці генетична програма, час, місце ... і ще щось нам невідоме і непідвладне.

І все-таки відтепер людина може розраховувати ні багато, ні мало на безсмертя - він отримав можливість тиражувати самого себе стільки разів скільки забажає ...

Технологія клонування дає таку можливість, але з іншого боку, подібне бажання - не що інше як крайній прояв себелюбства, егоїзму, гіпертрофованого зарозумілості. Творець не передбачив для нас варіант тілесного безсмертя. Говорячи словами поета, "Будь же ти повік благословенне, що прийшло процвесть і померти".

§ 5. Діагностика генетичних хвороб.

Аристотель у своїй "Історії тварин" згадує про можливість передбачити стать ненародженого плода за допомогою таких критеріїв, як облік боку, на якій відчувається рух плоду, або навіть оцінка загального стану матері. Насправді лише в порівняно недавній час були розроблені точкові методи для вивчення плоду людини in utero. У середині 1950-х років кілька лабораторій майже одночасно повідомили, що стать плоду може бути визначений дослідженням статевого хроматину в клітинах амніотичної рідини. Близько 10 років через кілька груп дослідників майже одночасно повідомили про те, що шляхом вивчення клітин амніотичної рідини можна не тільки визначити стать плоду, а й, вирощуючи клітини в культурі, дослідити їх хромосоми. Таким чином можуть бути оцінені особливості хромосом плоду. Пізніше Надлер (1968) показав, що культивовані клітини амніотичної рідини можуть бути також використані для допологової діагностики деяких біохімічних порушень. Ці публікації проклали шлях наступним дослідженням, в результаті чого в останні 3-4 роки в цій галузі досягнуто значних успіхів.

Методи, які використовуються або можуть бути корисні в допологової діагностики генетичних хвороб, можна розділити на ті, за допомогою яких вивчають безпосередньо плід, і методи, за результатами яких плід вивчають побічно, наприклад, щодо змін в крові та сечі матері:

§ 5.1. Методи допологової діагностики

А. Прямі (плодові)

1. Рентгенографія:

1) скелета

2) м'яких тканин (амніографія, фетографія)

2. Сонографія (дослідження ультразвуком)

3. Електрокардіографія

4. Фетоскопія

5. Біопсія

1. амніону

2. плаценти

3. плоду

Б. Непрямі (материнські)

1. Кров, наприклад, лімфоцити плоду.

2. Сеча, наприклад, екскреція естріолу.

Так, було встановлено, що в материнському кровотоці є невелика кількість лімфоцитів, що містять ХУ статеві хромосоми, якщо розвивається плід чоловічої статі. Яке значення мають ці дані і чи можуть вони бути використані у допологовий діагностиці, ще не відомо. Вивчення продуктів обміну речовин в сечі матері вже можна розглядати з точки зору їх цінності в допологової діагностики.

Методи дослідження безпосередньо плоду включають рентгенографію для встановлення патології скелета, амніографію, при якій контрастний матеріал вводиться в амніотичну порожнину і окреслює плаценту і м'які тканини плоду, і фетографію, коли використовується контрастна речовина, що має схожість з vernix caseosa, і тому що окреслить м'які тканини плоду. Такі методи, як сонографія, за допомогою якої можна також встановити вроджені порушення, і елекардіографія плоду, яка може бути використана у діагностиці вродженої блокади серця in utero, виявляються корисними лише в пізні терміни вагітності. Фетоскопія - новий прийом, який дозволяє проводити раннє визначення вроджених аномалій. Можливість біопсії амниотических оболонок або плаценти знаходиться ще на етапі експериментального вивчення.

Найбільш широко досліджуються амніотична рідина і що містяться в ній клітини, одержувані шляхом амніоцентезу зазвичай через передню черевну стінку. Ця книга стосується майже виключно результатів подібних ісслндованій, спрямованих на допологову діагностику спадкових хвороб.

Створення методів молекулярної діагностики на рівні генних мутацій було революційним проривом в області загально та прикладної генетики. Класичною основою сучасних молекулярно-генетичних методів стала технологія блот-гібридизації за (1975).

Основними методичними прийомами, використовуваними при молекулярної діагностики, є: отримання (клонування) зондів фрагментів ДНК з точно встановленими нуклеотидними послідовностями і мічених радіоізотопами або флуоресціюючими сполуками; розрізання досліджуваної молекули ДНК (хворого) на фрагменти за допомогою ферментів - рестриктаз; електрофоретичного розділення отриманих фрагментів в гелі; гібридизація досліджуваних і розділених в електричному полі фрагментів і міченого ДНК-зонда, перенос гібридних фрагментів з гелю на целюлозу (що досягається шляхом "промокання" блотів) (to blot по - англійськи - промокати) кількісний аналіз інтенсивності зон гібридизації методом аутодіографіі або вимірювання флуоресценції.

Так як кількість доступної для аналізу ДНК може бути дуже велике (наприклад ДНК, виділеної з клітин амніотичної рідини або всього лише з однієї клітини), вихід був знайдений, завдяки розробці полімеразної ланцюгової реакції (polymerase chain rection або PCP), яка дозволяє отримати безліч - до 1000 копій єдиної молекули ДНК. Це дозволяє виробляти молекулярну діагностику на ДНК, отриманої навіть з єдиної клітини ембріона або виділеної з сперматозоїда.

При ДНК - діагностиці наследственнних хвороб використовуються різні підходи, в залежності від того, відомий чи невідомий ген, з мутацією якого пов'язано захворювання, чи відомий її харакер. У тих ситуаціях, коли ген відомий, встановлена ​​молекулярна природа мутації, можлива пряма її ідентифікація за допомогою відповідного зонда мул проби * вони повинні включати відому мутацію, щоб відбулася гібридизація зонда з досліджуваної ДНК).

При ДНК - діагностиці невідомих генних мутацій досліджується сімейне розподіл рестікціонних фрагментів або поліморфізм дляніх рестікціонних фрагментів (ПДРФ). Такий поліморфізм є гарним генетичним маркером успадкування хвороби. Про це йшлося вище.

При ДНК - діагностиці хвороб, при яких невідомий ні ген, ні первинний біохімічний дефект, також досліджується поліморфізм довжини рестрикційних фрагментів і здійснюється аналіз зчеплення певних фрагментів ДНК з ознаками хвороби.

За останні роки на основі аналізу зчеплення вдалося картировать (тобто встановити локалізації на хромосомах) гени багатьох захворювань - синдромів Марфана, Елерс - Данлоса, нейропатії Шарко - Марі і багато інших. Створено ДНК - діагностикуми для ряду аутосомно - рецесивних (муковісцидоз, фенілкетонурія, таласемія) і аутосомно - домінантних захворювань (міотонія Штейнерта, нейрофіброматоз Реклінгхаузена та ін.) Стала можливою прентанальная діагностика і виявлення гетерозиготного носійства мутантних генів - ПМД Дюшенна, муковісцидозу, синдрому Леш - Найена, полікістозу нирок, ретинобластоми, хореї Гентінгтона.

У той час як частота інфекційних захворювань зменшується і поліпшуються фактори зовнішнього середовища, зростає відносна роль генетичних хвороб як причини смертності та захворюваності. Наприклад, Картер (1963) показав, що за останні 70 років частота вроджених аномалій як причина смертності новонароджених збільшилася приблизно з 5 до 20%, а Робертс, Чавес і Курт (1970) виявили, що серед причин загибелі дітей у лікарні понад 40% були генетичними або частково генетичними. Загальна частота генетичних хвороб у новонароджених зазвичай близько 3-5%. На додаток є багато загальних сімейних хвороб, таких, як шизофренія або діабет, які проявляються пізніше протягом життя.

При аналізі генетичного захворювання важливо пам'ятати не тільки про різноманітність, про типи його успадкування, а й про тяжкість, віці, при якому воно починає проявлятися, його тривалості і обтяжило для індивідуума і суспільства. На підставі цих даних складають план профілактичних заходів. Важка хвороба плоду, що супроводжується смертю при народженні, як, наприклад аненцефалін, тягне невелику обтяженість суспільству чи сім'ї. З іншого боку, якщо уражені індивідууми виживають і потребують тривалого догляду і лікування, як при spina bifida, стан характеризується значною отягощенностью для оточуючих таких хворих людей і стає дорогим для суспільства. Якщо дефект може бути виправлений хірургічно, як при тріщині губи (з наявністю тріщини або без неї), то витрати при цьому невеликі, але деякі косметичні дефекти залишаються у індивідуума на все життя. При важких захворюваннях, які виводять з ладу, таких, як м'язова дистрофія Дюшенна і синдром Дауна, обтяженість для індивідуума і сім'ї, витрати невеликі, якщо дитина залишається вдома, і значні, якщо він міститься в лечеюное учереждение. Аналогічно сказаного тяжкість пізно виявляються хвороб таких, як хорея Гентінгтона і шизофренія, які викликають значні обтяження для уражених індивідуумів, однакова для їх родин і суспільства.

§ 5.2. Ступінь ризику

Основний статистичний показник у допологовий діагностиці - ступінь ризику ураження плода. Цей показник може визначити, чи є медичні показання для допологової діагностики і прийнятна вона для батьків. У багатьох випадках ступінь ризику може бути легко отримана на основі тільки знань типу успадкування даного стану. Проте ж для простих менделирующих станів ступеня ризику можуть бути не завжди точно встановлені. Для оцінки ризику неменделірующіх станів може бути використаний емпіричний підхід, але є нові способи для поєднання емпіричного підходу та аналізу родоводу, щоб виміряти ступінь специфічного ризику для кожної обстежуваної мемьі.

§ 5.3. Аутосомні порушення

Традиційно встановлена ​​ступінь ризику в 25 і 50% зазвичай ставиться відповідно у рецесивним і домінантним станам. Однак можуть бути відхилення через наявність генетичної гетерогенності, неповної пенетрантності, фенокопій, початку хвороби в різному віці, випадків мутацій і схрещувань пораденних батьків. Загальна проблема, яка виникає в аналізі пізно виявляються домінантних станів, полягає в тому, що невідомо, нормальний чи індивідуум, що має ураженого батька, або хвороба у нього ще проявиться. Можливість бути носієм можна встановити за графіком, на якому показано, як розподіляється в популяції вік, характерний для початку хвороби.

§ 5.4. Порушення, зчеплені з Х-хромосомою.

Якщо мати знає, що є носієм порушення, зчепленого з Х-хромосомою, ризик появи ураженого сина, звичайно, 25%. Однак, якщо статус матері сумнівний, передбачити ступінь її ризику може бути дуже складно. Відомості з родоводу (включаючи дані про нормальні чоловіків) і про будь-яких носіях, виявлених серед жінок-родичок, можуть дозволити більш точно виміряти ступінь ризику. Мерфі (1969) показав, як методи Беезіна можуть бути використані для обчислення ступеня ризику, в 1970 році він формалізував методи в обчислювальну систему ENSU (Equivalent Normal Son Unit - еквівалентний показник нормального сина). Можуть бути також використані відомості про біохімічних дослідженнях матері-носія і інших жінок-родичок, а формули й графіки корисні для обчислення ступеня ризику летальних станів, зчеплених з Х-хромосомою.

Очевидно, що допологова діагностика має значні можливості у попередженні генетичного захворювання як в окремих сім'ях, так і в популяції в цілому. В даний час її використання обмежене, а її вплив невелике, але так як дослідження поглиблюються, і створюються нові методики для допологової діагностики великої кількості генетичних хвороб, вона може бути використана ширше, і її вплив на генетичні хвороби може збільшитися.

Важливо, що клініцисти встановили природу і ступінь будь-яких ризиків, викликаних різними методами і способами допологової діагностики, так що тепер можна визначити як вплив цієї процедури на здоров'ї. Регістр амніоцентезу вже створений.

Загалом допологова діагностика, ймовірно, має цілющу (евгеническое) вплив на генофонд. Тільки, якщо є повна репродуктивна компенсація при втраті уражених плодів, і якщо хворі індивідууми не будуть давати потомство, буде надано шкідливе (дісгеніческое) вплив на популяцію, але навіть тоді воно буде невеликим, що можуть змінитися.

Щоб впровадити допологову діагностику в практику, повинні бути розроблені методи для встановлення ступеня ризику або в окремих сім'ях, або шляхом скрінірованія всіх батьків. Це змінить призначення медичної генетики від генетики, яка консультує ретроспективно, до служби генетичного попередження на перспективній основі. Може виникнути нове ставлення до відповідальності батьків до відтворення потомства, яке разом зі схваленням планування сім'ї забезпечить наскільки це можливо благополуччя їхніх дітей і генетичне, і з боку зовнішнього середовища. Корисно зауважити, що подальша лібералізація законодавства, що дозволяє осущетсвлять легку загибель хворим новонародженим, зробить допологову діагностику в основному непотрібною. Однак це малоймовірно найближчим часом, так що допологова діагностика повинна залишитися корисним методом з попередження генетичних захворювань.

§ 6. Генетичні хвороби.

Середина і друга половина XX століття ознаменувалися значним зменшенням частоти і навіть повною ліквідацією ряду інфекційних захворювань, зниженням малюкової смертності, збільшенням середньої тривалості життя. У розвинених країнах світу центр уваги служб охорони здоров'я був переміщений на боротьбу з хронічною патологією людини, хворобами серцево-судинної системи, онкологічними захворюваннями.

Стало очевидним, що прогрес в галузі медичної науки і практики тісно пов'язаний з розвитком загальної та медичної генетики, біотехнології. Приголомшливі досягнення генетики дозволили вийти на молекулярний рівень пізнання генетичних структур організму, і наслідування, розкрити сутність багатьох серйозних хвороб людини, впритул підійти до генної терапії.

Отримала розвиток клінічна генетика - одне з найважливіших напрямків сучасної медицини, які купують реальне профілактичне значення. З'ясувалося, що безліч хронічних хвороб людини є прояв генетичного вантажу, ризик їх розвитку може бути передбачений задовго до народження дитини на світ, і вже з'явилися практичні можливості знизити тиск цього вантажу.

Генетичний вантаж включає, з одного боку, патологічні генні мутації, успадковані від батьків і прабатьків, і звані серегаціонним вантажем, якщо у вигляді хвороби проявляються рецесивні або нелетальні домінантні мутації генів (від латинського segregatio - відщепленні).

З іншого боку, певну частину цього вантажу складають нові, знову виниклі генні мутації (в результаті мутагенних впливів зовнішнього середовища). Вони не простежуються у висхідних поколіннях і складають так званий мутаційний генетичний вантаж.

Згідно з даними Н. П. Дубініна, частота спонтанних генних мутацій встановлена ​​в межах 10 ^-10 на геном у покоління. У геномі людини є близько 100000 генів. Розрахунки показують, що приблизно у 10% людей виникають нові мутації, викликані мутагенною впливом чинників навколишнього середовища (радіаційний фон Землі, дія продуктів спалювання палива, впливу вірусів). Безумовно, частота мутацій буде значно вище в умовах антропогенного забруднення зовнішнього середовища. Кожна людина успадковує, як мінімум, 10 прихованих мутацій, небезпечних для здоров'я. У цілому по А. Кнудсону (1986), величина постнатального генетичного вантажу становить 0.2 тобто у 20% членів популяції існує ймовірність розвитку спадкових хвороб (моногенних, полігенних або пов'язаних з мутаціями генів соматичних клітин).

Генетичний вантаж проявляється, як безпліддя і спонтанні аборти, викидні і мертвонародження, вроджені вади та розумова відсталість. Він визначає ризик гемолітичної хвороби новонароджених, прояви несумісності матері і плоду по ряду антигенів.

Сумарна частота моногенних спадкових хвороб поки не може бути точно оцінена, вона коливається в залежності від рівня діагностичних можливостей і різна в різних етнічних групах. Окремо взяті моногенні спадкові хвороби рідкісні, але враховуючи колосальне число нозологічних форм, можна впевнено сказати, що спадкові хвороби вносять істотний внесок у загальну патологію людини. Крім того, за висловом Г. Фанконі, рідкісні хвороби рідкісні до тих пір, поки вони нам мало відомі. У цілому сумарна частота моногенних спадкових хвороб в Європейських популяціях може досягати 10%, і не менше 10% припадає на полигенно успадковані хвороби.

Поки не існує загальноприйнятої класифікації спадкових хвороб. Нові відкриття свідчать про те, що поряд з класичними законами менделеевского успадкування діють інші, нерозкриті до кінця правила й винятки. Стало відомо, що так зване девіантна спадкування (дісоміі одного з батьків), мутації генів соматичних клітин, службовців причиною хронічних захворювань, що не передаються потомству. З'ясувалося існування внеядерного успадкування хвороб - мітохондріальна патологія.

У загальному вигляді робоча класифікація спадкових і генетично детермірованних хвороб може бути представлена ​​в наступному вигляді:

1. Хвороби, зумовлені успадкованою мутацією єдиного гена (точковой мутацією - заміною заснування в молекулі ДНК або делецій гена) - моногенні спадкові хвороби.

2. Хвороби, пов'язані з адитивними мутаціями декількох генів, серед яких одна мутація може бути домінуючою (ефект головного гена, по Morton) - це полигенно успадковані мультифакторіальні або багатофакторні захворювання. Вирішальну роль у їх розвитку відіграють несприятливі фактори зовнішнього середовища.

3. Хвороби, зумовлені хромосомними і генними мутаціями соматичних клітин, вони не успадковуються, але можуть виявлятися, як хронічна нервово-психічна і соматична патологія.

4. Хвороби, що виникають у результаті поєднання мутацій генів статевих і соматичних клітин (мутації онкогенів, генів иммунопатологии).

5. Хвороби, пов'язані з мутаціями мітохондріальних генів (внеядерное материнське успадкування).

6. Хвороби, що характеризуються девіантною наеменделевскім спадкуванням (обидва рецессівнх мутантних гена успадковуються від одного батька - уніпарентальное спадкування дісоміі, геномний імпринтинг).

Значне число моногенних спадкових хвороб створює серйозні труднощі при їх діагностиці. Нерідко постановка точного діагнозу може бути прирівняна до наукового дослідження, тому що вимагає використання складних аналітичних чи молекулярногенетіческіх методів. Основні складнощі полягають у зв'язку з існуванням так званої генетичної гетерогенності наследственниз хвороб. Генетична гетерогенність полягає у подібності клінічних ознак і проявів кількох хвороб, обумовлених різними генними мутаціями. Наприклад, за клінічними ознаками не завжди можливо розрізнити синдром Марфана та гомоцистинурии. Полікістоз нирок може бути пов'язаний з мутацією аутосомно-домінантного або аутосомно-рецесивного гена.

З іншого боку, диференціальний діагноз ускладнює клінічний поліморфізм спадкових хвороб, неповне прояв навіть типових ознак, стерті форми хвороб, різна локалізація патологічних процесів. Наприклад, муковісцидоз може проявитися, як меконіальний ілеус у новонароджених, хронічний запальний процес у легенях, як синдром мальбсорбціі або як хронічна печінкова недостатність.

Ускладнюють діагностику фенокопии спадкових хвороб, тобто набуті захворювання з подібною клінічною картиною. Зокрема, важкі форми рахіту представляють собою фенокопии спадкового фосфат-діабету.

У клінічній генетиці та педіатрії часто спостерігається так звана імітація менделізму. Вроджені внутрішньоутробні інфекції, токсоплазмоз, цитомегалія, краснуха, герпес-ніфекція, вроджений гепатит, сифіліс - можуть спостерігатися у кількох сибсів, імітуючи успадкування хвороби. Вірус краснухи може персистувати в організмі багато років і інфекція, проявляючись у потомства (у бабусі, матері, дочки) ураженнями ЦНС, органа зору і пороками серця, симулює домінантне успадкування. У жінок з фенілкетонурією практично завжди рождаютя діти з ураженням ЦНС у зв'язку з токсичною дією материнського фенілаланіну на розвивається нервову систему. При цьому дитина частіше за все не успадковує ген фенілкетонурії.

Мікроцефалія і хоріоретиніт, викличні токсоплазмою, можуть бути розпізнані, як аутосомно-рецесивний спадковий синдром. Синдром Вільямса - Беарну (аортальний стеноз, обличчя ельфа, затримка розумового і фізичного розвитку) дуже схожий з уродженою рубеолярной ембріопатій.

Фетальний алкогольний синдром, гідантоіновий синдром можуть спостерігатися у кількох сибсов в сім'ї, імітуючи аутосомно - рецесивне успадкування мікроцефалії і черепно-лицевих дизостоз.

Ознаки значного числа спадкових хвороб рідко повторюються в лікарській практиці. Крім того, величезний перелік відомих спадкових хвороб не може зберігатися в пам'яті лікаря.

У зв'язку з цим необхідні довідково-діагностичні системи, що зберігають у пам'яті ЕОМ величезний обсяг відомостей про ознаки спадкових хвороб. Звичайно, ЕОМ не повинна ставити діагноз, але може реально допомогти у виборі тактики обстеження хворого.

У Московському НДІ педіатрії та дитячої хірургії розроблена довідково-діагностична система "Діаг" - діагностика генетичних хвороб. У пам'ять мшіни введені ознаки близько 1400 синдромів і хвороб моногенної та хромосомної природи. Система орієнтована на виділення вузького диференційно-діагностичного ряду та окремих захворювань. У ній передбачена можливість розширення та доповнення переліку хвороб. В останній версії вона включає не тільки описи, але типові фотографії хворих, демонстровані на дисплеї персонального комп'ютера.

§ 7. Генна терапія.

Не підлягає сумніву, що радикальним методом лікування спадкових моногенних хвороб має стати генна терапія, проте, лише в останні роки з'явилися реальні передумови для її практичного застосування. Значно раніше з'явилися ефективні методи консервативної терапії - вони не змінюють генотип, але спрямовані на корекцію метаболічних або імунологічних дефектів, що виникають під впливом мутантних генів. При ранньому розпізнаванні хвороби за допомогою цих методів вдається моделювання нормального фенотипу шляхом цілеспрямованої дієтотерапії, введення вітамінів, гормонів, відсутніх білків, мікроелементів.

Генна терапія - це метод введення фрагмента ДНК в клітини хворої людини з метою заміщення функції мутантного гена і лікування спадкових хвороб.

Ще в кінці 60-х років з'ясувалося, що клітини тварин і людини здатні поглинати екзогенну ДНК, вбудовувати її в свій геном, після чого виявляються експресія введених генів, зокрема, у вигляді синтезу відсутніх раніше білків і ферментів. Були розроблені методи доставки ДНК в клітини за допомогою вірусів і інших носіїв.

Вперше спроба генної терапії в клініці була зроблена М. Клайном в 1983 році., Коли їм було здійснено введення нормального бета-глобинового гена хворим бета-талассемией. Пізніше була розроблена методика генної терапії спадкової недостатності аденозин-деамінази (важкий імунодефіцит): нормальний ген був введений в клітини кісткового мозку хворого і після їх ретрансплантаціі відновилася активність ферменту, стан хворого покращився. Проведено клінічні експерименти з генотерапії раку. У лейкоцити хворих злоякісною меланомою і пізніми стадіями раку були введені гени, що маркірують злоякісні клітини (щоб їх могла дізнаватися імунна система). У половини хворих розміри пухлин зменшилися у два рази і більше.

В даний час налічується більше 40 захворювань, при яких випробовується генна терапія - від рідкісних форм (недостатність аденозин-деманіази) до поширених, таких як рак, хвороби серцево-судинної системи та імунодефіцити. Дуже важливо, що фрагменти ДНК і відповідні гени були введені в клітини-мішені, які були б здатні до подальшого поділу (клітини печінки, стовбурові клітини кісткового мозку і т.п.).

Найскладніша проблема - перенесення фрагмента ДНК (гена) у клітину. У більшості випадків для цих цілей використовуються генетично модифіковані віруси або вірусні вектори, і найчастіше мишачі ретровіруси. Вони здатні інфікувати будь-яку і разом з бажаним фрагментом ДНК легко включаються в геном клітини-господаря ДНК для того, щоб перетворити ретровіруси-вектори, з них за допомогою генно-інженерних методів видаляються нуклеотиди, відповідальні за їх розмноження, проте введений з вірусом-вектором ген передається дочірнім клітинам при клітинному поділі. Однак, ці вектори не годяться для введення ДНК-фрагментів в неделящиеся клітини людини, наприклад, в нейрони. Вони мало придатні для перенесення генів у клітини, що відрізняються низькою мітотичною активністю в клітини епітелію дихальних шляхів. Ці обставини зумовили пошук інших вірусних векторів, серед яких увагу привернули аденовіруси. З них також видаляються нуклеотиди, відповідальні за реплікацію. Аденовіруси можуть переносити ДНК в неделящиеся клітини, чим відрізняються від ретровірусів. Але в цьому випадку переносима аденовирусом ДНК не вбудовується в геном клітини господаря, вона залишається поза хромосом, хоч і виявляє генну активність. У силу епісомальной локалізації вона не передається дочірнім клітинам. Але з іншого боку, аденовірусні вектори дозволяють вводити гени в клітини нервової системи, аденовірусні вектори дозволяють вводити гени в клітини нервової системи та епітелій дихальних шляхів.

В якості вектора генів використовується також вірус простого герпесу - тип 1. Цей вектор легко вбудовує екзогенну ДНК в нейрони, клітини печінки. Як і інші віруси-вектори, герпес-вірус піддається генно-інженерної обробці, провідною у втраті його здатності до розмноження (поділу частини вірусної ДНК). Випробовуються як векторів ДНК парвовірус.

Поряд з біологічними застосовують фізико-хімічні методи введення екзогенної ДНК в клітини господаря. Для таких цілей використовується кон'юганти ДНК з трансферину або асіалоглікопротеіном, для яких на багатьох клітинах є рецептори (ліганд-рецепторний принцип). Після зв'язування з рецептором кон'юганти ДНК поглинаються кліткою, хоча ймовірність вбудовування введеної ДНК в геном хазяїна дуже невелика. Все ж таки такий ген може тимчасово виконувати свої функції.

Розроблено технологію мікроін'єкцій ДНК у клітини (міоцити), а також введення генів за допомогою ліпосом.

Методи генної терапії поступово входять в арсенал сучасних ефективних методів лікування спадкових заболеванійчеловека, що особливо важливо в тих випадках, коли інших можливостей просто не існує.

Сімейна гіперхолестеринемія - ще одне захворювання - кандидат для генної терапії. Як відомо, це захворювання представляє високий ризик для життя молодих людей, тому що відрізняється раннім інфарктом міокарда і раннім атеросклерозом. Воно пов'язане з відсутністю на мембранах клітин рецепторів для ліпопротеїнів низької щільності, що обумовлює дуже високий рівень холестерину в крові. Так як рецептори відсутні на клітинах печінки, то поки що для введення генів вдаються до часткової гепатоектоміі. За допомогою ретровирусного вектора в клітини печінки вводиться ген рецептора ліпопротеїнів низької щільності, після чого гепатоцити ін'еціруют в порожнисту вену. У результаті вміст холестерину в крові знижується на 35-50%. Звичайно, поки дана технологія дуже складна, щоб отримати широке практичне застосування.

Спадковий дефіцит гормону росту, що виявляється вираженою низькорослістю також може бути усунений за допомогою генної терапії. Ген гормону росту вдалося ввести в міоцити, які починали продукувати цей гормон. Найближчим часом будуть проведені клінічні випробування цього методу.

Ведуться інтенсивні розробки методів генної терапії раку. Одна з можливостей полягає в тому, щоб ввести в пухлинні клітини гени, які продукують такі білки, які дозволяють імунній системі організму розпізнавати і знищувати ці клітини (наприклад, ген інтерферону). Інший шлях полягає у введенні в пухлинні клітини вірусних генів, які дозволяють використовувати з лікувальною метою противірусні препарати (наприклад, ганцикловір при введенні гена тімідіін-кінази вірусу герпесу). Ще один шлях - введення в клітини антионкогенов (генів-супресорів пухлинного росту). Однак, всі ці методи поки знаходяться на стадії доклінічних випробувань.

Ген муковісцидозу був введений трьом хворим в дихальні шляхи за допомогою аденовірусного вектора, за хворими ведеться спостереження.

Вже в найближчому майбутньому генна терапія займе провідне місце в лікуванні багатьох хвороб, які раніше вважалися невиліковними.

Методи трансплантації тканин також можуть бути віднесені до категорії генної терапії, зокрема, трансплантація кісткового мозку. Гени вводяться стовбурових клітин можуть активізувати диференціювання багатьох клітинних ліній - лімфоцитів, моноцитів, полінуклеарів, етітробластов. Це дозволяє застосовувати даний метод при лікуванні деяких первинних імунодефіцитів гемоглобинопатий, хвороби Гоше.

Пересадка гепатоцитів відкриває іншу можливість лікування фенілкетонурії, гіперхолестеринемії, нодостаточності альфа-I-антитрипсину. Пересадка клітин острівкового апарату підшлункової залози запропонована для лікування ювенільної форми цукрового діабету.

Поєднання можливостей генетики і клінічної педіатрії дозволить вже в недалекому майбутньому вирішувати найскладніші питання лікування та профілактики спадкових моногенних хвороб. Сучасна медична та клінічна генетика є найяскравіших приклад єднання науки і практики. Дослідження, ще недавно представляються суто теоретичними, в лічені роки отримують реальний практичний вихід на благо здоров'я теперішнього і майбутніх поколінь.

§ 8. Методи дослідження спадковості людини.

Основні генетичні закони та закономірності мають універсальне значення і в повній мірі застосовні до людини. Людина як об'єкт генетичних досліджень має ряд особливостей. Як в об'єкта дослідження у нього є свої переваги і свої труднощі. Труднощі: велика кількість хромосом в каріотипі людини; тривалість циклу розвитку до настання статевої зрілості, людини - одноплідна особина (за одну вагітність як правило народжується одна дитина), виключення - народження близнюків; мала кількість дітей у шлюбі (звичайно, одна дитина); неможливо формувати необхідну схему шлюбу, так як люди вільно схрещуються (в основі шлюбів лежать будь-які мотиви, окрім науково-дослідних цілей).

Однак вичерпні знання з анатомії і фізіології людини (тому що починаючи з часів Галена і Гарвея по теперішній час велися ці дослідження), велика кількість мутацій, що поповнюються і в даний час, численність людської популяції в цілому дозволяють завжди вибрати потрібну схему шлюбу.

Для людини характерні всі відомі в генетиці типи успадкування ознак: домінантний, кодомінантний, рецесивний, аутосомний і зчеплений зі статевими хромосомами, обмежений підлогою і ін

§ 8.1. Генеалогічний метод.

Сутність генеалогічного методу полягає у вивченні родоводів у тих сім'ях, в яких є спадкові захворювання. Цей метод допоміг встановити закономірності спадкоємства дуже великого числа самих різних ознак у людини, як нормальних, подібних кольором очей, кольором і формою волосся тощо, так і супутніх спадкових хвороб.

Завдяки добре відомої родоводу вдалося простежити успадкування гена гемофілії від англійської королеви Вікторії. Вікторія і її чоловік були здорові. Відомо також, що ніхто з її предків не страждав на гемофілію. Найбільш ймовірно, що виникла мутація в гамете одного з батьків Вікторії. Внаслідок цього королева Вікторія стала носієм гена гемофілії і передала його багатьом своїм нащадкам. Всі нащадки чоловічої статі, які отримали від Вікторії Х-хромосому з мутантну, страждали важкою недугою - гемофілію. На рис. 1 зображено генеалогічне дерево сімей, що царювали в Європі, що ілюструє успадкування гемофілії (ознака рецессівен, зчеплений з Х-хромосомою).

Гемофілія (від гемо ... і філія ...) - спадкове захворювання, обумовлене недостатністю системи згортання крові і проявляється кровоточівоточівостью. Хворіють головним чином чоловіки, жінки - лише носії мутантного гена і передають гемофілію синам.

§ 8.2. Близнюковий метод.

У людини в середньому в одному проценет випадків народжуються близнюки. Вони можуть бути однояйцевими і різнояйцевих. Разнояйцевие, або неідентичні, близнюки народжуються в результаті запліднення двох яйцеклітин двома сперматозоїдами. Вони тому схожі один на одного не більше ніж брати і сестри, народжені неодночасно, і можуть бути різностатеві.

Але іноді одна запліднена яйцеклітина дає початок не одному, а двом (або декільком ембріонам). Такі ембріони-близнюки розвиваються завжди з єдиною яйцеклітини і одного сперматозоїда, вони завжди або хлопчики, або дівчинки. І схожість у таких близнюків майже абсолютну, так як вони мають один і той же генотип. Таких близнюків називають однояйцевими або ідентичними, оскільки вони розвивалися з однієї яйцеклітини.

Ідентичні близнюки представляють собою великий інтерес для вивчення спадковості людини, тому що розходження між ними пояснюються не різними генотипами, а впливом умов розвитку тобто середовища.

§ 8.2. Цитогенетичний метод.

Цей метод грунтується на мікроскопічному дослідженні структури хромосом у здорових і хворих людей.

Дослідження хромосом людини показали, що багато вроджені каліцтва і ненормальності пов'язані зі зміною числа хромосом або зміною морфології окремих хромосом. У людини відомо дуже багато різних аномалій, пов'язаних зі зміною числа або форми хромосом. Ці захворювання називаються хромосомними хворобами.

Останнім часом спільними зусиллями медиків і генетиків розроблені методи, що дозволяють діагносціровать наявність у плода хромосомних і багатьох біохімічних аномалій навіть в період вагітності.

§ 8.3. Біохімічні методи

В останні роки показано, що дуже багато спадкових патологічні стани у людини пов'язані з порушенням обміну речовин. Так, відомі аномалії вуглеводного, амінокислотного, ліпідного та інших типів обміну.

Висновок.

Отже, адекватно сприймати що відбувається на наших очах революцію в біології і в медицині, вміти скористатися її плодами привабливими і уникнути небезпечних для людства спокус - ось що потрібно сьогодні і лікарям, і біологам, і представникам інших суміжних спеціальностей, і просто освіченій людині.

Уберегти генофонд людства, всіляко захищаючи його від ризикованих втручань, і при цьому отримати максимальну вигоду з вже отриманої безцінної інформації в плані діагностики, профілактики і лікування багатьох тисяч спадково обумовлених хвороб - ось завдання, яке необхідно вирішувати вже сьогодні і з якою ми увійдемо до нового 21-е століття.

Короткий словник термінів.

Аллель - одне з можливих станів гена, кожна з яких характеризується унікальною послідовністю генів.

Аллели множинні - серія різних алелей одного гена, що виникли мутаційним шляхом і відрізняються один від одного за своїм прояву, але належать одному й тому ж локусу.

Амінокислоти - мономери білків.

Амбідекстром - особи, однаково успішно володіють обома руками.

Ампліфікація - утворення додаткових копій гена.

Аналізуюче схрещування - схрещування гетерозиготи з рецесивною гомозиготой (особина-аналізатор), дозволяє визначити число сортів гамет, що утворюються у гібрида.

Анафаза - одна зі стадій мітозу або мейозу, під час якої хромосоми розходяться до протилежних полюсів клітини.

Анеуплодия - явище, при якому клітини мають незбалансований набір хромосом.

Антиген - чужорідна білкова молекула, індукують синтез антитіла.

Аутосоми - всі хромосоми, крім статевих; в соматичних клітинах кожна аутосома представляє двічі.

Виродженість генетичного коду - однієї амінокислоті відповідає декілька кодонів. Заміна третій підстави кодону не завжди призводить до заміни амінокислоти.

Гамета - статева клітина, що містить гаплоїдний набір хромосом.

Гаплоїдний набір хромосом - це такий набір хромосом, в якому кожна хромосома унікальна, тобто представлена ​​один раз.

Гемералопія (куряча сліпота) - нездатність бачити при нічному і сутінковому освітленні. Тип успадкування - частіше рецесивний, зчеплений з Х-хромосомою, рідше - рецесивний або домінантний аутомсомний.

Гемофілія - зниження згортання крові, є кілька форм. Тип успадкування - найбільш поширений - рецесивний, зчеплений з Х-хромосомою.

Ген - ділянка ДНК, що кодує синтез однієї з видів РНК. До його складу входять ділянки: промотор, паліндром, смислова частина, що складається з екзонів і інтронів, а також ділянка термінації.

Геном - сукупність генів в гоплоідной клітці.

Генотип - сукупність ядерних генів організму.

Генофонд - сукупність алелів, що зустрічаються у особин даної популяції.

Гомозигота - особина, що несе однакові алелі в даному локусі гомологічних хромосом.

Група зчеплення - сукупність всіх генів, локалізованих у хромосомі.

Дальтонізм - колірна сліпота, тип спадкування - зчеплений з підлогою, рецесивний.

ДНК - дезоксирибонуклеїнова кислота - біологічна макромолекула, носій генетичної інформації.

ДНК-полімерази - ферменти, що беруть участь у синтезі ДНК.

Домінування - один з алелів, що належать одному локусу, чітко пригнічує прояв іншого, рецесивного алеля.

Євгеніка - область біології, пропагує можливість поліпшення людини генетичними методами.

Зигота - диплоїдна клітина, що утворюється в результаті злиття яйцеклітини і сперматозоїда.

Імунітет - Стійкість (резистентність, опірність, невоспріімчвость) організму до різних факторів, що дозволяє зберегти власну цілісність і біологічну індивідуальність.

Інтерфаза - фаза клітинного циклу між поділами клітини, підрозділяється на пресинтетичний (G1), синтетичний (S) і постсінтетіческій (G2) періоди.

Каріотип - сукупність хромосом організму (диплоїдний набір), обумовлена ​​величиною, формою і числом хромосом.

кДНК - одноланцюжкова ДНК, синтезована шляхом зворотної транскрипції з мРНК за участю ревертази.

Код генетичний - єдина система запису спадкової інформації в ДНК.

Кодон (триплет) - проследовательность трьох нуклеотидів в молекулі ДНК (або мРНК), що кодує одну з амінокислот у молекулі білка або визначальна "знаки пунктуації" при счітаваніі інформації.

Кодоминирование - прояв у гетерозиготних особин ознак обох алелів.

Компауд - генотип, що складається з двох різних алелей одного локусу, зустрічається у разі множинного аллеліхма.

Комплементарність - послідовність відповідних підстав у протилежних ланцюгах ДНК (А-Т, Г-Ц).

Локус - місце положення гена в хромосомі.

Мейоз - процес поділу клітини, що призводить до зменшення числа хромосом у дочірніх клітинах вдвічі (п).

Мітоз - тип поділу клітини, при якому дочірні ядра несуть Такла ж число хромосом, що і дочірня клітина.

Модифікація - фенотипічні спадкові зміни, що виникають пдо дією різних факторів середовища.

Мутаген - фактор, що викликає мутацію.

Мутації - зміни в структурі генетичного матеріалу даного організму.

Неоплазма - пухлинна тканина.

Нуклеотид - мономер ДНК мул РНК, до складу якого входять азотисті основи, вуглевод і залишок фосфорної кислоти.

Онтогенез - індивідуальний розвиток організму.

Поліморфізм - одночасна присутність в популяції декількох форм гена або ознаки.

Статеві хромосоми - хромосоми, що розрізняються у двох статей, зазвичай позначаються як Х і Y.

Популяція - сукупність особин певного виду, протягом досить тривалого часу (великого числа поколінь) які населяють певний ареал, у якому практично здійснюється та чи інша ступінь панмиксии і немає помітних ізоляційних бар'єрів, яка віддалена від сусідніх, так само сукупностей даного виду, тієї чи іншої ступенем тиску тих чи інших форм ізоляції.

Раса - група людей, що володіють загальними властивостями і ознаками, обумовленими загальними властивостями і ознаками, обумовленими генетичної конституцією, свободноскрещівающіхся і дають плідне потомство.

Рецесивний ген - ген, прояв якої пригнічується іншими алелями даного гена.

Рибосома - органоїд цитоплазми, що складається з великої та малої субчастіц, на якій відбувається синтез поліпептиду.

РНК - РНК - одноцепочную полімерні молекули нуклеїнових кислот, які беруть участь у процесах біосинтезу білка.

Сайт - ділянка молекули нуклеїнової кислоти.

Фенокопии - неспадкової зміна фенотипу, схоже з проявом певних мутацій.

Фенотип - сукупність зовнішніх ознак організму на даному етапі онтогенезу, що формуються в результаті взаємодії генотипу і зовнішнього середовища.

Фертильність - плодючість.

Хроматин - являє собою молекулу ДНК у комплексі з блоками-гістонами. У результаті конденсації розміри ДНК зменшуються, що призводить до утворення хромосом.

Хроматиди - субодиниці редупліковані хромосоми, майбутні хромосоми.

Хромосоми - суборганоіди ядра, видимі в період поділу клітини, мають певну формулу і структуру, містять велику кількість генів, здатні до самовідтворення.

Еукаріоти - організми, клітини яких мають ядро, оточене мембраною.

Ядро - життєво важливий органоїд еукаріотичних клітин, особливістю якого є наявність генетичного матеріалу (ДНК).

Яйцеклітина - статева клітина, що утворюється в гаметогенезі у жінок.

Список використаної літератури.

1. Н. П. Дубінін "Генетика" Кишинів, "Штіінца", 1985 р.

2. "Проблеми медичної генетики" Москва, "Медицина", 1970 р.

3. Н. П. Дубінін "Генетика - сторінки історії" Кишинів, "Штіінца", 1988 р.

4. В. Н. Горбунов, В. С. Баранов, "Введення в молекулярну діагностику і генотерапія спадкових захворювань" Санкт-Петербург, 1997 р.

5. Н. П. Дубінін "Нове у сучасній генетиці", Москва, "Наука", 1986 р.

6. Н. П. Дубінін "Нариси про генетику", Москва, "радянських Росія", 1985 р.

7. Медична газета N 34-35 від 29.04.98 стор.9.

8. Ю. Є. Вельтищев, Л. З. Казанцева, В. П. Вітрів "Клінічна Генетика та педіатрія", Москва, 1994 р.

9. Н. Н. Приходченко, Т. П. Шкурат "Основи генетики людини", Ростов-на-Дону, 1997 р.

10. А. Х. Емері "Антентальная діагностика генетичних хвороб"

11. Ю. Є. Вельтищев "Етика, медична деонтологія і біоетика в педіатрії", Москва, 1997 р.

12. Загальна біологія: Учеб для 10-11 кл. середовищ. Шк. Д.К. Бєляєв, А. О. Рувінський, М. М. Воронцов та ін - М.: Просвещение, 1991. - 271 с.

13. Ю. Є. Вельтищев, В. В. Фокеева "Екологія і здоров'я дітей. Хімічна екопатології ", Москва, 1996 р.

14. Великий енциклопедичний словник. - 2-е вид., Перераб. І доп. - М.: Велика Російська енциклопедія, 1998, - 1456 с.