Генетика человека. Медицинская генетика

Предметом генетики человека служит изучение явлений наследственности и изменчивости у человека на всех уровнях его организации и существования: молекулярном, клеточном, организменном, популяционном, биохорологическом, биогеохимическом. С периода зарождения (начало XX века) и особенно в период интенсивного подъема (50-е годы XX века) генетика человека развивалась не только как теоретическая, но и как клиническая дисциплина. В своём развитии она постоянно «подпитывалась» как из общебиологических концепций (эволюционное учение, онтогенез), так и из генетических открытий (законы наследования признаков, хромосомная теория наследственности, информационная роль ДНК). В то же время на процесс становления генетики человека как науки постоянно существенно влияли достижения теоретической и клинической медицины. Человек как биологический объект изучен детальнее, чем любой другой объект генетического исследования (дрозофила, мышь и др.). Изучение патологических вариаций (предмет врачебной профессии) служило основой для познания наследственности человека. В свою очередь развитие генетики человека ускоряло развитие теоретических дисциплин (например, молекулярной биологии) и клинической медицины (например, новой области в медицине - учения о хромосомных болезнях).

Медицинская генетика

Медицинская генетика изучает роль наследственности в патологии человека, закономерности передачи от поколения поколению наследственных болезней, разрабатывает методы диагностики, лечения и профилактики наследственной патологии, включая болезни с наследственной предрасположенностью. Указанное направление синтезирует медицинские и генетические открытия и достижения, направляя их на борьбу с болезнями и улучшение здоровья людей.

Медицинская генетика, составляя важнейшую часть теоретической медицины, рассматривает в связи с патологией следующие вопросы:

· какие наследственные механизмы поддерживают гомеостаз организма и определяют здоровье индивида;

· каково значение наследственных факторов (мутации или сочетание определённых аллелей) в этиологии болезней;

· каково соотношение наследственных и средовых факторов в патогенезе болезней;

· какова роль наследственных факторов в определении клинической картины болезней (и наследственных, и ненаследственных);

· влияет ли (и если влияет, то как) наследственная конституция на процесс выздоровления человека и исход болезни;

· как наследственность определяет специфику фармакологического и других видов лечения.

Как теоретическая и клиническая дисциплина медицинская генетика продолжает интенсивно расширяться в разных направлениях: изучение генома человека, цитогенетика, молекулярная и биохимическая генетика, иммуногенетика, генетика развития, популяционная генетика, клиническая генетика.

Для врача образование по медицинской генетике включает в себя основы общей генетики (менделизм, учение о хромосомах, химические основы наследственности), основные положения генетики человека (человек как объект генетического исследования) и клиническую генетику.

Популяционная генетика.
ПОПУЛЯЦИОННАЯ ГЕНЕТИКА,раздел генетики, изучающий генофонд популяций и его изменение в пространстве и во времени. Разберемся подробнее в этом определении. Особи не живут поодиночке, а образуют более или менее устойчивые группировки, сообща осваивая среду обитания. Такие группировки, если они самовоспроизводятся в поколениях, а не поддерживаются только за счет пришлых особей, называют популяциями. Например, стадо семги, нерестящейся в одной реке, образует популяцию, потому что потомки каждой рыбы из года в год, как правило, возвращаются в ту же реку, на те же нерестилища. У сельскохозяйственных животных популяцией принято считать породу: все особи в ней единого происхождения, т.е. имеют общих предков, содержатся в сходных условиях и поддерживаются единой селекционной и племенной работой. У аборигенных народов популяция – это члены связанных родством стойбищ.

При наличии миграций границы популяций размыты и потому неопределимы. Например, все население Европы – потомки кроманьонцев, заселивших наш континент десятки тысяч лет назад. Изоляция между древними племенами, усиливавшаяся с развитием у каждого из них собственного языка и культуры, вела к различиям между ними. Но обособленность их относительна. Постоянные войны и захваты территории, а в последнее время – гигантская миграция вели и ведут к определенному генетическому сближению народов.

Приведенные примеры показывают, что под словом «популяция» следует понимать группировку особей, связанных территориальной, исторической и репродуктивной общностью.

Особи каждой популяции отличаются друг от друга, и каждая из них в чем-то уникальна. Многие из этих различий наследственные, или генетические, – они определяются генами и передаются от родителей к детям.

Совокупность генов у особей данной популяции называют ее генофондом. Для того чтобы решать проблемы экологии, демографии, эволюции и селекции, важно знать особенности генофонда, а именно: сколь велико генетическое разнообразие в каждой популяции, каковы генетические различия между географически разделенными популяциями одного вида и между различными видами, как генофонд изменяется под действием окружающей среды, как он преобразуется в ходе эволюции, как распространяются наследственные заболевания, насколько эффективно используется генофонд культурных растений и домашних животных. Изучением этих вопросов и занимается популяционная генетика.

ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ ПОПУЛЯЦИОННОЙ ГЕНЕТИКИ

Частоты генотипов и аллелей. Важнейшим понятием популяционной генетики является частота генотипа – доля особей в популяции, имеющих данный генотип. Рассмотрим аутосомный ген, имеющий k аллелей, A₁, A₂, …, A_k. Пусть популяция состоит из N особей, часть которых имеет аллели A_i A_j. Обозначим число этих особей N_ij. Тогда частота этого генотипа (P_ij) определяется как P_ij = N_ij/N. Пусть, например, ген имеет три аллеля: A₁, A₂ и A₃ – и пусть популяция состоит из 10000 особей, среди которых имеются 500, 1000 и 2000 гомозигот A₁A₁, A₂A₂ и A₃A₃, а гетерозигот A₁A₂, A₁A₃ и A₂A₃ – 1000, 2500 и 3000 соответственно. Тогда частота гомозигот A₁A₁ равна P₁₁ = 500/10000 = 0,05, или 5%. Таким образом мы получаем следующие наблюдаемые частоты гомо- и гетерозигот:

P₁₁ = 0,05, P₂₂ = 0,10, P₃₃ = 0,20,

P₁₂ = 0,10, P₁₃ = 0,25, P₂₃ = 0,30.

Еще одним важным понятием популяционной генетики является частота аллеля – его доля среди имеющих аллелей. Обозначим частоту аллеля A_i как p_i. Поскольку у гетерозиготной особи аллели разные, частота аллеля равна сумме частоты гомозиготных и половине частот гетерозиготных по этому аллелю особей. Это выражается следующей формулой: p_i = P_ii + 0,5Че_jP_ij. В приведенном примере частота первого аллеля равна p₁ = P₁₁ + 0,5Ч(P₁₂ + P₁₃) = 0,225. Соответственно, p₂ = 0,300, p₃= 0,475.

Исключение из общего правила тождественности гомологичных хромосом по величине и форме представляют половые хромосомы. У большинства видов самка имеет две идентичные половые хромосомы, называемые X-хромосомами, тогда как самец имеет только одну X-хромосому и еще одну, меньшую по размерам половую хромосому, называемую Y-хромосомой, с которой его X-хромосома конъюгирует в мейозе. Таким образом, мужчины имеют 22 пары обычных хромосом (или аутосом) плюс одну Х- и одну Y-хромосому, а женщины — 22 пары обычных хромосом плюс две X-хромосомы. У бабочек и птиц самцы, наоборот, имеют две X-хромосомы, а самки — X- и Y-хромосому!

У человека и у других видов, у которых самец имеет одну Х- и одну Y-хромосому, образуются сперматозоиды двух типов: одна половина их содержит X-хромосому, а другая — Y-хромосому. Все яйцеклетки содержат по одной X-хромосоме. Оплодотворение яйцеклетки (с X-хромосомой) сперматозоидом, содержащим X-хромосому, ведет к образованию женской зиготы XX; оплодотворение же ее сперматозоидом с Y-хромосомой дает мужскую зиготу XY. Так как число сперматозоидов с X-хромосомой и с Y-хромосомой примерно одинаково, мальчики и девочки рождаются примерно в равном числе. Однако на каждые 100 девочек рождается около 106 мальчиков, а соотношение мужских и женских зигот в момент зачатия, как полагают, еще выше. Одно из возможных объяснений такого неравенства состоит в том, что Y-хромосома меньше X-хромосомы, поэтому содержащие ее сперматозоиды легче тех, которые содержат X-хромосому, и могут плыть несколько быстрее; таким образом, они оплодотворяют яйцеклетки несколько чаще, чем в половине случаев.

Хотя к моменту рождения имеется небольшой избыток мальчиков, смертность среди них в первые 10 лет жизни несколько выше, чем среди девочек, так что к 10 годам соотношение полов выравнивается; в дальнейшем эта неодинаковая смертность приводит к тому, что женщин оказывается даже больше, чем мужчин.