ЗНАЧЕНИЕ ГЕНЕТИКИ ДЛЯ МЕДИЦИНЫ И ЗДРАВООХРАНЕНИЯ - ОБЩАЯ БИОЛОГИЯ

Генетика человека имеет большое значение для медицины, так как около 5% новорожденных появляются на свет с теми или иными генетически обусловленными отклонениями в развитии. В настоящее время уже известно более 4 тыс. форм генетически обусловленных болезней человека. Очевидна роль генетики в изучении наследственных болезней человека и способов их профилактики, лечения, а также путей предотвращения вредного воздействия на наследственность неблагоприятных факторов среды. В генетике человека разработаны и успешно используются методы, применяемые для изучения наследственных болезней человека.

Генеалогический метод

Он состоит в изучении родословных (рис. 9.1) на основе менделеевских законов наследования.

Рис. 9.1. Условные обозначения родословной

Этот метод позволяет установить характер наследования признака (аутосомный, сцепленный с полом, доминантный или рецессивный) (табл. 9.1)

Таблица 9.1

Типы наследования некоторых признаков человека

Аутосомный тип наследования
Орган	Доминантный	Рецессивный
Глаза	Карие, светло-карие или зеленые	Серые или голубые
	Длинные ресницы	Короткие ресницы
Нос	Нос с горбинкой	Прямая или вогнутая переносица
	Узкая переносица	Широкая переносица
	Кончик носа смотрит прямо	Курносый нос
	Широкие ноздри	Узкие ноздри
Уши	Свободная мочка	Приросшая мочка
	Широкие	Узкие
Другие черты	Полные губы	Тонкие губы
	Ямочка на подбородке	Гладкий подбородок
	Выдающиеся скулы	Норма
	Выступающие зубы и челюсти	Норма
	Толстая нижняя губа	Норма
Волосы	Темные	Светлые
	Прямые	Курчавые
	Обильная волосатость тела	Мало волос на теле
	Преждевременное поседение	Норма
	Темная кожа	Светлая кожа
	Толстая	Тонкая
	Веснушки	Отсутствие веснушек
Руки	Праворукость	Леворукость
	Кисть с шестью или семью пальцами	Кисть с пятью пальцами
Сцепленный с Х-хромосомой
Зрение	Нормальное цветовое зрение	Дальтонизм
Свертывание крови	Нормальное свертывание крови	Гемофилия
Сцепленное с Y-хромосомой
Гены, определяющие развитие мужского пола

Анализ родословной имеет значение для оценки риска проявления наследственного заболевания у конкретного члена той или иной семьи, т.е. необходим при проведении медико-генетического консультирования.

При аутосомном наследовании признак характеризуется равной вероятностью проявления улиц обоих полов. Аутосомно-доминантное наследование - доминантный аллель реализуется в признак как в доминантном гомозиготном, так и в гетерозиготном состоянии. При наличии хотя бы у одного родителя доминантного признака последний с разной вероятностью проявляется во всех последующих поколениях (рис. 9.2).

Рис. 9.2. Аутосомно-доминантный тип наследования

При аутосомно-рецессивном наследовании рецессивный аллель реализуется в признак в рецессивном гомозиготном состоянии. Рецессивные заболевания у детей встречаются чаще при браках между фенотипически нормальными гетерозиготными родителями. В родословной при рецессивном наследовании заболевание может проявляться через одно или несколько поколений (рис. 9.3) Частота появления рецессивного потомства значительно повышается при близкородственных браках, так как концентрация гетерозиготного носительства у родственников значительно превышает таковую в общей массе населения.

Рис. 9.3. Аутосомно-рецессивный тип наследования

Сцепленное с полом наследование характеризуется, как правило, неравной частотой встречаемости признака у мужчин и женщин и зависит от локализации соответствующего гена в X- или Y-хромосоме (рис. 9.4)

Рис. 9.4. Родословная с Х-сцепленной рецессивной гемофилией А в европейских королевских домах

Популяционно-статистический метод

Генетическая характеристика популяции (группы особей одного вида, объединенных обшей территорией и свободным скрещиванием) заключается в оценке распространенности изучаемого заболевания или признака среди населения. По этим данным определяются частоты генов и соответствующих генотипов в популяции. Популяционная генетика ведет свое начало с 1908 г., с формулировки принципа генетического равновесия Харди — Вайнберга: частоты генотипов по какому-либо гену будут поддерживаться постоянными из поколения в поколение для идеальной популяции (большая численность, отсутствие мутаций, дрейфа генов, миграций особей из других популяций, равная выживаемость фенотипов). Сумма частот аллелей одного гена (А, а), согласно формуле Харди — Вайнберга рА + qa = 1, в генофонде популяции является величиной постоянной. Сумма частот генотипов аллелей данного гена р²АА + 2pqAa + q²aa = 1 также величина постоянная.

Приведем пример: в одном из городов при обследовании на резус-фактор 16% людей оказалась резус-отрицательными (рецессивный признак) и 84% — резус-положительными (доминантный признак):

• гомозиготы по рецессивному аллелю оставляют 16%, или 0,16;

• отсюда частота рецессивного аллеля a(q) = √0,16 = 0,40 (или 40%);

• частота доминантного аллеля А(р) = 1 — 0,40 = 0,60, или 60%;

• гомозиготы АА = р² = (0,60)² = 0,36, или 36%;

• гетерозиготы Аа = 2pq = или 2 х 0,60 х 0,40 = 0,48, или 48%.

Следовательно, среди обследованного населения положительный резус-фактор имели 36% с генотипом АА и 48% — с генотипом Аа. В итоге 84% населения были резус-положительными, а 16% — резус-отрицательными (аа).

Анализ распространения отдельных наследственных признаков (генов) в популяциях людей позволяет определить адаптивную ценность конкретных генотипов. Однажды возникнув, мутации могут передаваться потомству на протяжении многих поколений. Это приводит к полиморфизму (генетической неоднородности) человеческих популяций. Среди населения Земли практически невозможно (за исключением однояйцевых близнецов) найти генетически одинаковых людей. В гетерозиготном состоянии в популяциях находится значительное количество рецессивных аллелей (генетический груз), обусловливающих развитие различных наследственных заболеваний. Частота их возникновения зависит от концентрации рецессивного гена в популяции и значительно повышается при заключении близкородственных браков

Близнецовый метод

Этот метод используют в генетике человека для выяснения степени наследственной обусловленности исследуемых признаков. Близнецы могут быть однояйцевыми (образуются на ранних стадиях дробления зиготы, когда из двух или реже из большего числа бластомеров развиваются полноценные организмы). Однояйцевые близнецы генетически идентичны. Когда созревают и затем оплодотворяются разными сперматозоидами две или реже большее число яйцеклеток, развиваются разнояйцевые близнецы. Разнояйцевые близнецы генетически различны. Так как наследственный материал однояйцевых близнецов одинаков, то различия, которые возникают у них, зависят от влияния среды на экспрессию генов. Сравнение частоты сходства по ряду признаков пар одно- и разнояйцевых близнецов позволяет оценить значение наследственных и средовых факторов в развитии фенотипа человека.

Цитогенетический метод

Каждый вид характеризуется определенным набором хромосом (кариотипом). Кариотип человека (см. рис. 7.3) состоит из 46 хромосом — 22 пары аутосом и 2 половые хромосомы. У женщины это две Х-хромосомы (кариотип: 46, XX), а у мужчин одна Х-хромосома, а другая — Y- (кариотип: 46, XY). Исследование кариотипа проводится с помощью цитогенетического метода. Он используется для диагностики наследственных заболеваний, связанных с изменением числа и строения хромосом (геномными и хромосомными мутациями).

Обычно исследуют лейкоциты периферической крови человека, которые помещают в питательную среду, где они делятся в специально созданных условиях. Затем готовят цитологические препараты и анализируют число и строение хромосом. Наиболее часто встречаются болезнь Дауна (трисомия по 21-й хромосоме, 47ХХ), синдром Клайнфелтера (47XXY), синдром Шершевского — Тернера (45 ХО) и др.

Выявление многих наследственных заболеваний возможно еще до рождения ребенка. Существуют разные методы изучения клеток плода. Один из методов пренатальной (дородовой) диагностики заключается в получении околоплодной жидкости, где находятся клетки плода, и в последующем биохимическом и цитологическом определении возможных наследственных аномалий. Это позволяет поставить диагноз на ранних сроках беременности и принять решение о ее продолжении или прерывании.

Биохимический метод

Наследственные заболевания, которые обусловлены генными мутациями, изменяющими структуру или скорость синтеза белков, обычно сопровождаются нарушением углеводного, белкового, липидного и других типов обмена веществ. Наследственные дефекты обмена можно диагностировать посредством определения структуры измененного белка или его количества, выявления дефектных ферментов или обнаружения промежуточных продуктов обмена веществ во внеклеточных жидкостях организма (крови, моче, поте и т.д.). Например, при серповидно-клеточной анемии у человека аномальный гемоглобин вследствие мутации отличается от нормального заменой только одной аминокислоты (глутаминовой кислоты на валин).

Кроме выявления гомозиготных носителей мутантных генов существуют методы выявления гетерозиготных носителей некоторых рецессивных генов, что особенно важно при медико-генетическом консультировании Так, у фенотипически нормальных гетерозигот по фенилкетонурии (рецессивный мутантный ген; у гомозигот нарушается обмен аминокислоты фенилаланина, что приводит к умственной отсталости) после приема фенилаланина обнаруживается повышенное его содержание в крови. При гемофилии гетерозиготное носительство мутантного гена может быть установлено с помощью определения активности фермента, измененного в результате мутации.

Медико-генетическое консультирование

Консультирование направленно на профилактику наследственных болезней. Суть его в определении прогноза рождения ребенка с наследственной патологией, объяснении вероятности этого события консультирующейся семье в принятии решения о деторождении. Применение разнообразных методов исследования позволяют врачу-генетику оценить степень риска рождения больного потомства. Рекомендации, даваемые в медико-генетических консультациях направлены на то, чтобы консультируемые лица могли их учитывать и добровольно принимать соответствующее решение. Врачи не рекомендуют браки между близкими родственниками и между носителями наследственных болезней. В медико-генетические консультации супруги обычно обращаются уже после рождения у них детей с теми или иными аномалиями и стремятся выяснить возможность появления наследственных дефектов у последующих детей. В некоторых случаях имеется возможность прогноза вероятности рождения второго здорового ребенка. В ряде случаев медико-генетическое консультирование может выявить наличие таких наследственных болезней, развитие которых в значительной мере зависит от неблагоприятных воздействий среды. Тогда своевременное проведение профилактических мероприятий может предотвратить их фенотипическое развитие. Так, при генетической предрасположенности к ожирению рациональное питание, режим труда и отдыха предотвращают или значительно снижают возникновение такой патологии.