Генетика человека как наука

Подчиняется ли наследование признаков у человека генетическим закономерностям, установленным у других организмов?

Истории генетики человека как науки. Каждый человек обладает биологическими особенностями, обусловленными его генотипом. Генетическая неоднородность людей проявляется как в морфологических признаках (цвет кожи, волос, глаз, рост, пропорции тела и др.), так и в особенностях темперамента, способностях, склонностях.

Значение генетики для медицины ученые поняли давно. Однако лишь в 1930-е годы биологам и врачам стало ясно, что у человека наследование признаков и их изменчивость подчиняются тем же закономерностям, что и у всех других организмов. С этого времени начала развиваться генетика человека как наука и такой ее важный раздел, как медицинская генетика.

Впервые хромосомы человека на цитологических препаратах были описаны в конце XIX в. Вплоть до середины XX в. хромосомы человека изучали на срезах ткани. На микропрепаратах хромосомы образовывали клубки, накладывались одна на другую и плохо поддавались изучению.

В 50-х годах XX в. в качестве препаратов хромосом стали использовать клетки, выращенные вне организма на питательной среде. Такой метод позволил установить, что диплоидное число хромосом в соматических клетках человека равно 46. Как уже было сказано (см. § 10), кариотип человека состоит из 22 пар аутосом и одной пары половых хромосом (рис. 70).

Кариотип женщины
Рис. 70. Кариотип женщины

В генетике на основе молекулярно-генетических методов стали создавать генетические карты хромосом человека, что позволило понять природу многих наследственных заболеваний.

Картирование хромосом человека -- очень сложная трудоемкая работа, которая потребовала создания библиотек отдельных хромосом из кариотипа. В результате многолетних исследований, проводимых учеными разных стран, в хромосомах человека идентифицировали множество генов. В 1989 г. была принята международная программа «Геном человека». Ученые равных стран, работающие в рамках названного проекта, поставили перед собой задачи к началу XXI в. картировать геном, т. е. найти место каждого гена на хромосоме и расшифровать всю последовательность ДНК. В 2000 г, поставленные задачи были решены.

Геном человека. Геном – это совокупность генов, содержащихся в гаплоидном наборе хромосом данного организма. В отличие от генотипа геном характерен для всего вида, а не для отдельной особи. В современной генетике термин «геном» употребляют по отношению ко всей наследственной системе клетки.

Суммарная последовательность нуклеотидов генома человека составляет около 5 млрд, она содержит около 30 тыс. генов. В генах имеется информация о структурах молекул м-РНК, р-РНК, т-РНК.

Самые короткие гены, например гены эндорфинов (белков, вызывающих ощущение покоя), содержат всего два десятка нуклеотидов. Другие гены, например гены интерферонов (белков, защищающих организм от вирусных инфекций), имеют размер около 700 нуклеотидов. Самый длинный ген, кодирующий один из белков мышц – миодистрофин, включает 2,5 млн нуклеотидов.

У человека на гены приходится не более 5% нуклеотидных последовательностей. Остальную часть ДНК раньше считали избыточной, но со временем стало ясно, что она выполняет важные функции, в частности, содержит информацию о том, как и в каком порядке должны включаться гены. Так называемая избыточная ДНК представлена повторяющимися нуклеотидными последовательностями. У разных людей одни и те же последовательности нуклеотидов могут повторяться в большей или меньшей степени, но это не приводит к изменению синтезируемых белков.

В начале и конце гена находятся регуляторные последовательности нуклеотидов, которые определяют, в каких тканях, из каких этапах индивидуального развития и при каких внешних или внутренних (например, гормональных) сигналах будет работать ген.

Большинство генов в каждой клетке «молчит». Набор активных, действующих генов различается в зависимости от типа ткани, периода индивидуального развития организма, воздействия внешних или внутренних факторов.

Исследования генома человека направлены на решение фундаментальных научных проблем, связанных с происхождением человека, с выяснением генных различий, определяющих чувствительность или устойчивость человека к различным заболеваниям и воздействиям среды.

Методы генетики человека. В генетике человека и в медицинской генетике, изучающей наследственные заболевания людей, в качестве основных применяют генеалогический, близнецовый, цитогенетический, биохимические и молекулярно-генетические методы.

Генеалогический метод основав на отслеживании какого-либо нормального или патологического признака в ряду поколений с указанием родственных связей между членами родословной. После составления родословной проводится ее генеалогический анализ, который позволяет установить характер признака (наследственный или ненаследственный), тип наследования (доминантный или рецессивный, аутосомный или сцепленный с полом).

На основе генеалогического метода выяснили, что гемофилия и дальтонизм контролируются рецессивными генами, локализованными в X-хромосоме. Цвет волос зависит от нескольких генов, находящихся в аутосомах; темный цвет волос доминирует над светлым цветом. Цвет глаз обусловлен несколькими генами, контролирующими количество и характер расположения пигмента в радужной оболочке глаза.

Значение генеалогического метода заключается и в обосновании вреда родственных браков, приводящих к накоплению отрицательных мутаций в потомстве и увеличению случаев наследственных заболеваний.

К методам генетики человека относится близнецовый метод. Его суть заключается в сравнении проявления признаков у однояйцевых близнецов (они развиваются из одной зиготы) и однополых разнояйцевых близнецов (развиваются из разных зигот).

Данный метод используется в целях оценки степени влияния наследственности и среды иа развитие какого-либо нормального или патологического признака.

Как правило, у человека рождается один ребенок, но в среднем один случай на 84 новорожденных составляют двойни. Около 1/3 из них – однояйцевые близнецы, которые развиваются из разъединившихся бластомеров одной оплодотворенной яйцеклетки. Следовательно, однояйцевые близнецы имеют одинаковый генотип. Выявление несходства между ними позволяет судить о влиянии условий среды на формирование и развитие фенотипа, определять риск развития наследственных болезней. Близнецовый метод дает возможность получить сведения о наследственной природе заболеваний, о зависимости умственного развития, способностей, поведения человека от материальных основ наследственности.

Цитогенетический метод основан на микроскопическом исследовании хромосом. Этот метод дает ценный материал для понимания причин наследственных заболеваний человека. В генетике разработаны методы окраски хромосом особыми красителями, которые позволяют не только провести количественный учет хромосом, но и проанализировать изменения их структуры, выявить геномные и хромосомные мутации.

Молекулярно-генетические методы позволяют размножать (клонировать) следовые (ничтожно малые) количества ДНК или РНК, клонировать крупные фрагменты генома.
На основе биохимических методов можно выявить нарушения обмена веществ. Этими методами установлено около 500 болезней обмена веществ организма: белкового, углеводного, жирового, минерального. Биохимические методы трудоемки и требуют специального оборудования, потому не могут широко применяться для массовых исследований с целью раннего выявления больных с наследственной патологией обмена веществ.

Использование молекулярно-генетических и биохимических методов в генетике человека позволяет значительно ускорить исследования генов и накопить информацию о них. Активно расширяется представление о генах, повреждение которых приводит к возникновению раковых опухолей, онкогенов (т. е. генов, способствующих образованию рака), о генах клеточной смерти и апоптозах (программируемая гибель клеток).

Исследования геномов организмов легли в основу новой науки – геномики. С XXI в. генетика передала свою «эстафету» геномике. Два термина «генетика» и «геномика» нужно различать. Генетические исследования традиционно проводятся от изучения наследуемого признака к изучению хромосом, генов, молекул. В геномике, наоборот, исследования проводят от изучения структуры генома к изучению его свойств.

Вопросы и задания

  1. Чем кариотип отличается от генотипа?
  2. Какие методы используют при изучении генетики человека? В чем сущность генеалогического методе?
  3. Когда и в каких целях применяют близнецовый метод?
  4. Какие возможности появились в генетике в связи с применением молекулярно-генетических методов?
Биология: