17.Условия менделирования признаков. Менделирующие признаки человека.

Законы Менделя и человек

Введение

За те 70лет, которые истекли после вторичного открытия  законов Менделя  ,генетика не только стала важнейшей самостоятельной  отраслью науки, но и проникла во все биологические дисциплины Генетика стала краеугольным камнем и в биологии  человека, так как в конечном счете только взаимодействие наследственных задатков и среды определяет все признаки индивидуума  и ,следовательно, изменчивость в пределах популяции  , а именно изменчивость в первую очередь и интересует  исследователя  биологии человека Своими успехами на ранних этапах развития генетика была обязана исследованиям , проводившимся  на растениях и «низших» животных, для которых характерна небольшая  продолжительность жизни  одного поколения  и при изучении которых можно применять экспериментальные скрещивания Исходя из исследований популяции человека ,вряд ли удалось бы открыть законы наследственности ,но когда было показано, что законы Менделя  приложимы и к генетике человека , исследователи биологии человека получили возможность внести свой весьма существенный вклад в развитие общей генетики Ведь и биология индивидуума и ,что более важно, структура и история популяций человека изучены значительно лучше, чем для любых других организмов Со времени выхода в свет первого издания  генетика человека достигла замечательных успехов; это особенно касается  молекулярной , биохимической , клеточной и медицинской генетики Тем не менее большие области здесь остались неизученными ,в первую очередь генетические аспекты механизмов развития и популяционная генетика Вместе с тем  основные законы ,как и прежде, выдержали испытание временем , и в том, что касается  исходного элементарного уровня

Корпускулярная  наследственность

Первый закон Менделя –закон расщепления признаков –гласит, что наследуемые признаки регулируются  парами дискретных факторов Члены пары отделяются  друг от друга (сегрегируют) при образовании первичных половых клеток и расходятся  по разным гаметам Эти факторы воссоединяются  в пары при оплодотворении , допускающем  их объединение в определенных пропорциях Вследствие этого определяемые  ими признаки также способны сегрегировать  ,так как они будут появляться  в последующих поколениях с определенной частотой

Примером действия  этого закона может служить открытие природы и характера наследования  одной из систем групп крови человека –системы MN  Группы крови определяются  сложными веществами , входящими в состав мембран эритроцитов Систему MN открыли Ландштейнер  и Левин в 1927г Эти авторы вводили кроликам кровь человека и затем исследовали способность кроличьей сыворотки агглютинировать  эритроциты людей Оставляя в стороне некоторые технические детали , систему MN можно выявить следующим образом Если кроличья  антисыворотка (против крови человека) прореагировала  с пробой  крови одного человека («истощение» сыворотки)  то иногда в такой сыворотке еще остаются  антитела (агглютинины)  ,способные агглютинировать  эритроциты другого человека Если для истощения сыворотки взять эритроциты второго индивидуума ,то в сыворотке останутся  антитела, способные агглютинировать  эритроциты первого

Результаты этих экспериментов можно объяснить следующим образом: эритроциты человека несут на своей поверхности либо один из двух антигенов (гемагглютиногенов) , либо оба эти антигена (М и N) Соответствующих  антител в сыворотке человека нет, однако они образуются  в организме у кролика, если ввести ему определенный тип крови человека Так, если для инъекции взять кровь, содержащую антигены М и N ,то образуются  антитела обоих типов Если полученную  сыворотку смешать с избытком крови, содержащей антиген N, то на агглютинацию  эритроцитов будут израсходованы  соответсвующие  антитела(анти-N) Анти-М  не примут участия в реакции Они останутся  в сыворотке и сохранят  способность реагировать с эритроцитами , содержащими антиген М Напротив , если первоначально для истощения антисыворотки взять эритроциты группы М, то в сыворотке останутся анти-N

Тип наследования  антигенов MN можно объяснить ,исходя из того, что их наличие у данного индивидуума  определяется  единичными факторами, сохраняющими  свою идентичность из поколения в поколение Любой индивидуум обладает двумя такими факторами, получая  их по одному от каждого из родителей Эти факторы могут быть или одинаковыми или различными

Аллелизм

Очевидно, изучению доступна генетическая детерминированность  лишь тех признаков, которые проявляются  не менее чем в двух взаимоисключающих  вариантах Если бы у всех людей кровь принадлежала к группе М, то нельзя было бы выяснить тип наследования этого признака ; это оказалось возможным лишь благодаря  наличию группы N Многие признаки обнаруживаются у  людей лишь в одном варианте: все люди оказываются  гомозиготными  по генам , контролирующим  эти признаки Вместе с тем  возможно существование более двух аллелей , определяющих возникновение  того или иного варианта какого-то определенного  признака, хотя, как правило, каждый данный индивидуум  обладает , разумеется , только двумя  соответствующими аллелями Так, группы крови системы АВО определяются  четырьмя  часто встречающимися  и несколькими редкими аллелями

Анализ  родословных

Если не считать систем групп крови , то наши знания по генетике человека касаются  главным образом редко встречающихся  признаков, которые наследуются  по простому  менделевскому  типу Многие из этих признаков имеют важное медицинское значение; их редкость в значительной мере связали связана  с тем , что индивидуум  , обладающий таким признаком , оказывается  не так хорошо приспособленным ,как индивидуум с альтернативным вариантом  этого признака Поэтому часто носителей такого патологического признака называют пораженными ,а их здоровых родственников –непораженными  Ген , определяющий тот или иной патологический признак, обозначают  каким-нибудь особым , соответствующим  диагнозу  символом , а его нормальный аллель  может быть обозначен знаком «+» независимо от специфики изучаемого признака

Характер  наследования того или иного признака выясняется  путем анализа семей , в которых проявляются  два или более вариантов этого признака Удобная форма сводки данных о проявлении того или иного признака в семьях –это так называемые  родословные

Доминантное наследование

В медицинской генетике принято говорить, что шерстистые волосы –признак, доминантный по отношению к нешерстистым  волосам, или , наоборот, нешерстистые  волосы рецессивны по отношению к шерстистым  Строго говоря, это не точно Прежде чем прийти к заключению о доминантности  шерстистых  волос,  следует убедиться  в том, что гетерозиготный индивидуум W+ неотличим от гомозиготного  WW Поскольку шерстистые  волосы –это весьма редко встречающийся  признак, брак между двумя соответствующими  гетерозиготными  индивидуумами  представляется  маловероятным , а ведь только при таком браке возможно  возникновение гомозиготного индивидуума WW До сих пор такие браки вообще не описаны Поэтому нет и сведений о том, как выглядят  индивидуумы, гомозиготные  по этому признаку Возможно , что они неотличимы от гетерозиготных , но равновероятно и некоторое различие между ними Тип наследования в данном случае может оказаться  доминантным ,  подобным наследованию способности ощущать вкус фенилтиомочевины  , но может быть промежуточным или подобным наследованию групп крови системы MN Последнее не является  строго промежуточным У гетерозиготного  индивидуума образуются  антигены обоих типов, так что эти признаки обычно называют кодоминантными

Анонихия , ахондроплазия , врожденная  устойчивая  куриная  слепота, хорея Гентингтона и эллиптоцитоз –все эти признаки наследуются  аналогично шерстистым  волосам Анонихия –это недоразвитие ногтей  Часто анонихия  сопровождается  деформацией  кистей и стоп, например отсутствием пальцев (одного или более) Ахондроплазия –это форма карликовости , при которой голова и туловище достигают обычных размеров, а конечности  сильно укорочены  вследствие  нарушения  роста эпифизарных хрящей длинных трубчатых костей Деформируется  также и основание черепа ,которое тоже формируется из хряща При врожденной устойчивой куриной слепоте резко нарушено сумеречное (скотопическое ) зрение Этот дефект оказывается  врожденным  и с возрастом не прогрессирует Иначе обстоит дело с хореей  Гентингтона  , которая  представляет  собой прогрессирующую дегенерацию  элементов нервной системы , приводящую в конце концов к гибели пораженного  Обычно (хотя и не всегда) это заболевание впервые проявляется в возрасте 30-40лет При эллиптоцитозе (овалоцитозе) не менее 20, а иногда до 50% эритроцитов имеют форму эллипса; при этом отмечается  нерезко выраженная  анемия

Из рассмотрения этих примеров видно, что заболевания , которые наследуются  по простому менделевскому  типу, встречаются  во всех системах органов и неодинаковы  по степени тяжести Другие два патологических состояния –брахидактилия  и множественная  телеангиэктазия –интересны тем, что были описаны у лиц, по-видимому гомозиготных по аномальному гену Брахидактилия – это укорочение пальцев на руках и ногах; описан случай , когда от брака пораженного мужчины с его двоюродной  сестрой (вероятно, также пораженной тем же дефектом) родился  ребенок с аномалией всего скелета , умерший вскоре после рождения У супругов , страдавших  множественной телеангиэктазией , родился  ребенок, умерший  в возрасте 2,5 месяцев при явлениях множественных наружных и внутренних кровотечений Это позволяет предположить  ,что последние два состояния не строго доминантны , причем у гомозигот  болезнь протекает тяжелее , чем у гетерозигот  Но дети от брака между индивидуумами , страдавшими ахондроплазией , оказывались пораженными не более, чем их родители Так же обстоит дело с таким состоянием ,как врожденная  катаракта  Поэтому можно предположить ,что эти состояния наследуются  по доминантному типу, однако, поскольку количество пораженных мало, могло случиться , что гомозиготное  состояние никогда  не реализовалось Возможно также, что гомозиготы  по этим признакам  настолько  мало жизнеспособны , что соответствующая  беременности прерывается  в самом начале Только статистический  анализ достаточно большого числа случаев позволит решить, какое из этих предположений правильно

У  человека известно более ста редких признаков ,которые наследуются  по простому доминантному  типу или по меньшей мере проявляются  в гетерозиготном  состоянии Вполне возможно , что  проявление многих из этих признаков генетически осложнено; возможно также , что существует много других признаков, наследуемых  по такому же типу , которые по тем или иным причинам  не были или не могли быть изучены генетически К последней категории относятся  , например, заболевания, летальное действие  которых  проявляется  до достижения детородного  возраста и которые не могут , естественно , передаваться  по наследству

Рецессивное наследование

Рассматривая  родословную семьи с признаком шерстистых  волос, мы сосредоточили  на нем внимание как на примере  особенностей доминантного  наследования Как указывалось выше, признак нешерстистых  волос, напротив, наследуется  по рецессивному типу Но здесь речь идет о нормальном типе Для того же чтобы показать в сравнимых условиях особенности рецессивного наследования, мы рассмотрим другой редкий признак –альбинизм Цвет кожи, волос и глаз у людей весьма вариабелен не только в различных популяциях ,но и в пределах  одной и  той же популяции Эти варианты наследуются  сложным образом У отдельных лиц меланин  не образуется  или образуется  в очень малых количествах ,так что кожа и волосы оказываются  совсем  светлыми, а глаза –красными (пигмент не маскирует  кровеносных сосудов сетчатки)

Примерами других состояний , наследуемых по рецессивному  типу, могут служить алкаптонурия , фенилкетонурия , врожденный  ихтиоз и глухонемота Алкаптонурия  и фенилкетонурия  относятся  к так называемым  «врожденным ошибкам обмена» , привлекшим  к себе внимание биохимиков  и генетиков Для пораженных алкаптонурией характерно  выделение с мочой алкаптона (гомогентизиновой  кислоты) Вследствие окисления этого вещества  моча таких детей на воздухе быстро темнеет Это состояние часто распознают уже у новорожденного по характерным пятнам на пеленках

Гомогентизиновая  кислота оказалась промежуточным продуктом распада двух аминокислот –фенилаланина  и тирозина; в настоящее время считают , что у пораженных алкаптонурией отсутствует  определенный фермент, катализирующий  превращение гомогентизиновой  кислоты в малеилацетоацетат  (оксидаза гомогентизиновой кислоты)Подобная же ситуация отмечается  у больных фенилкетонурией : отсутствие фенилаланингидроксилазы исключает  возможность  превращения фенилаланина  в тирозин ; поэтому фенилаланин  накапливается  в крови и превращается  в ряд продуктов, в частности в фенилпировиноградную  и фенилмолочную кислоты и в фенилацетилглутамин , выводимые с мочой Однако в отлчие от гомогентизиновой  кислоты , которая не оказывает явного неблагоприятного влияния на организм , одно или  несколько из этих веществ , присутствуя  в необычно высокой концентрации, оказываются  токсичными для ткани мозга; поэтому дети с фенилкетонурией отстают  в умственном  развитии В последнее время это состояние стало объектом особого внимания; было показано, что если с самого раннего возраста свести до минимума количество фенилаланина , поступающего в организм ребенка, то можно избежать нарушения функций мозга Поэтому для медицины весьма важно научиться  распознавать  носителей гена фенилкетонурии , с тем чтобы подвергнуть их детей соответствующему  обследованию и в случае необходимости  рекомендовать им подходящую диету Эта цель в какой-то мере достигнута; показано,  что после приема с пищей стандартной дозы фенилаланина концентрация его в плазме у гетерозигот  оказывается  примерно вдвое  выше, чем у лиц, не являющихся носителями соответствующего  гена Правда, пока удается  выявить   не все случаи гетерозиготности  по данному гену

Врожденный ихтиоз –заболевание чрезвычайно редкое; оно  протекает столь тяжело, что чаще всего пораженный ребенок рождается мертвым или умирает сразу после рождения При наиболее  тяжелой форме ихтиоза  вся поверхность кожи покрыта обширными ороговевшими  пластинами с глубокими трещинами между ними; кожное дыхание оказывается невозможным В отличие от ихтиоза генетически обусловленная  глухонемота  встречается  довольно часто и не влечет за собой серьезной инвалидизации , по крайней мере в современном обществе Это редкая ситуация для рецессивного  признака, носитель  которого лишь в исключительных случаях имеет плодовитость , достигающую 1 /3  плодовитости непораженного Глухота развивается  вследствие поражения внутреннего  уха, а отсутствие  слуха с самого рождения влечет за собой немоту С генетической точки зрения весьма интересен  факт высокой частоты браков между глухонемыми

Здесь уместно подчеркнуть  ,что даже состояние , представляющее  собой определенную нозологическую  единицу , не всегда определяется  одним и тем же геном Так , альбинизм, обычно наследуемый  у человека как рецессивный  признак, в некоторых семьях  оказывается  доминантным Аналогичным образом обстоит  дело и с такими состояниями , как алкаптонурия и глухонемота  Более того ,частые браки между глухонемыми  позволили установить, что даже рецессивная форма этого состояния определяется  различными генами: в таких браках иногда рождаются  здоровые дети

Рубрики: Биология

Комментарии

No Комментарии

Leave a reply

Союз образовательных сайтов