Взаимодействие генов. Виды изменчивости. Модификационная изменчивость

Тема: «Взаимодействие генов. Изменчивость»

1. Взаимодействие генов. Виды изменчивости. Модификационная изменчивость.

2. Мутагенные факторы, наследственная изменчивость. Репарация ДНК. Экспрессивность. Пенетрантность.

Взаимодействие генов. Виды изменчивости. Модификационная изменчивость.

Взаимодействие генов. Явления изменчивости, как и наследственности, у человека являются предметом генетики человека на всех уровнях его организации: молекулярном, хромосомном, клеточном, организменном и популяционном. Прогресс в понимании причин и источником наблюдаемой изменчивости у человека, в том числе и патологической, в значительной мере обязан медицинской и клинической генетики.

Исходным фактором, определяющим развитие любого признака, является генотип. Особенности генотипа организма формируются в момент оплодотворения, однако степень последующего развития некоторых признаков в значительной мере зависит от внешних факторов, воздействующих на организм во время его развития. Так, например, использованный Г. Менделем сорт гороха с длинным стеблем достигал высоты 180 см. Для этого ему были необходимы соответствующие условия: достаточное освещение солнцем, удобренная почва и обильное орошение водой. В отсутствие этих условий растения хотя и вырастали более высокими по сравнению с карликовым сортом, однако оказывались ниже растений, развивающихся в благоприятных условиях, так как ген «высокого» стебля не мог в полной мере проявить свое действие.

Ярким примером свидетельства влияния условий внешней среды на проявление генотипа у человека являются результаты исследования близнецов. Например, если развитие одного из близнецов монозиготной близнецовой пары (т. е. близнецов с идентичной генетической конституцией) проходило в неблагоприятных социально-экономических условиях по сравнению с другим близнецом, то его физическое и интеллектуальное развитие будут существенно ниже, чем у близнеца, воспитанного в благоприятных условиях. Отсюда следует закономерный вывод о том, что на проявление гена в большей или меньшей степени могут оказывать влияние и условия среды.

У человека известны нормальные признаки и заболевания, наследование которых подчиняется законом Менделя. Вместе с тем, известно большое число нормальных и патологических признаков (в том числе заболеваний и врожденных пороков развития), наследование которых не соответствует четким менделеевским закономерностям.

Давно известно, что для некоторых нормальных признаков отмечена тенденция к семейному накоплению. Для примера можно привести родословные известных деятелей науки, культуры, общественных деятелей, в которых отмечается накопление талантливых или выдающихся личностей. С другой стороны, в медицине давно известен факт, что определенные заболевания, такие как сахарный диабет, гипертонической болезнь, шизофрения, изолированные врожденные аномалии (например, врожденный вывих бедра) и многие другие много чаще наблюдается у родственников больных, чем в популяции. Наиболее подходящее объяснение наблюдаемых закономерностей заключается в предположении, что для развития подобных признаков или заболеваний необходимы не только определенные условия внешней среды, но и наличие вполне определенной генетической конституции организма. Важно отметить, что для развития такого заболевания обязательны и средовой и наследственной компоненты.

При рассмотрении законов Менделя не учитывалось влияние среды, поскольку полагали, что в случаях моногенного наследования быть или не быть признаку зависело только от того, наследует или не наследует организм соответствующую генетическую конституцию. Тем не менее, даже для некоторых заболеваний, развития которых контролируется одним конкретным геном, удается изменить характер патологического процесса, изменяя условия среды. Например, при наследственном моногенном заболевании – галактомезии – организм ребенка не в состоянии нормально использовать галактозу. В обычных для ребенка условиях внешней среды, т. е. при кормлении материнским или коровьим молоком ребенок получает галактозу в составе молочного сахара. Именно поэтому обычное вскармливание ребенка с галактоземией приводит к развитию слабоумия, поражению печени и глаз. Если же галактозу исключить из питания, то дети, несмотря на аномальную генетическую конституцию (гомозиготы по мутантному аллелю) могут нормально развиваться. В случае галактоземии, как и в случаях других моногенных заболеваний, например, фенилкетонурии, аномальная генетическая конституция в строгом смысле только предрасполагает организм к заболеванию.

Другим показательным примером является дефицит α₁ – антитрипсина (α₁ АТ). α₁ АТ – это гликопротеин, являющийся ингибитором ряда протеолитических ферментов, в том числе находящихся в лейкоцитах. Синтез данного фермента происходит в печени. Дефицит α₁ АТ обнаруживается у гомозигот по редкому рецессивному аллелю (ZZ). При воспалительных процессах в случаях недостаточности данного фермента протеолитическая активность лейкоцитов значительно повышена, что приводит к поражению тканей легкого (аутолиз). Постепенно стенки альвеол разрушается и развивается эмфизема легких. Курение особенно опасно для этих индивидов, поскольку никотин резко снижает активность α₁ АТ. У гомозиготных индивидов, которые воздерживаются от курения и избегают воздействие различных внешних средовых факторов, раздражающих бронхи, заболевание может и не развиться или проявится значительно позднее.

Приведенные примеры свидетельствует, что организм с генетической конституцией, способной реализоваться в болезнь, но не испытывающий влияние соответствующих (разрешающих) факторов среды, не заболевает.

Виды изменчивости. Изменчивость – это общее свойство живых организмов приобретать новые признаки-различия между особями одного вида.

С эволюционной точки зрения различают два вида биологической изменчивости: групповую изменчивость, под которой понимают различия между популяциями, этносами или расами, и индивидуальную изменчивость, т. е. различие между особями одной популяции. Примерами групповой изменчивость могут служить различия в окраске кожных покровов у африканцев и европейцев, характер оволосения и структуры волос, разрез глаз и многие другие признаки, различающиеся у представителей различных рас. Индивидуальная изменчивость гораздо шире групповой. Она включает все различия между конкретными индивидами по характеру, темпераменту, цвету глаз, наличию определенной группы крови, особенностям внешнего облика, росту, телосложению и т. д.

Наличие общих «видовых» признаков позволяет объединять всех людей на земле в единый вид Homo sapiens. Тем не менее, мы без труда одним взглядом выделяем лицо знакомого нам человека в толпе незнакомых людей. Чрезвычайное разнообразие людей, как внутригрупповое (например, разнообразие в пределах этноса), так и межгрупповое, обусловлено их генетическим отличием. В настоящее время считается, что вся внутривидовая изменчивость обусловлена различными генотипами.

Одна часть изменчивости организмов проявляется только в виде вариации признаков, другая затрагивает генетический аппарат.