Понимание механизмов наследственности, то есть роли генов как элементарных носителей наследственной информации, хромосомной теории наследственности и т. д. стало возможным с применением к проблеме наследственности методов цитологии, молекулярной биологии и других смежных дисциплин.
Сегодня известно, что гены реально существуют и являются специальным образом отмеченными участками ДНК или РНК - молекулы, в которых закодирована вся генетическая информация. У эукариотических организмов ДНК свёрнута в хромосомы и находится в ядре клетки. Кроме того, собственная ДНК имеется внутри митохондрий и хлоропластов (у растений). У прокариотических организмов ДНК, как правило, замкнута в кольцо (бактериальная хромосома, или генофор) и находится в цитоплазме. Часто в клетках прокариот присутствует одна или несколько молекул ДНК меньшего размера - плазмид.
В 1865 году монах Грегор Мендель (занимавшийся изучением гибридизации растений в Августинском монастыре в Брюнне (Брно), ныне на территории Чехии), обнародовал на заседании местного общества естествоиспытателей результаты исследований о передаче по наследству признаков при скрещивании гороха (работа «Опыты над растительными гибридами» была опубликована в трудах общества в 1866 г.). Мендель показал, что наследственные задатки не смешиваются, а передаются от родителей к потомкам в виде дискретных (обособленных) единиц. Сформулированные им закономерности наследования позже получили название законов Менделя. При жизни его работы были малоизвестны и воспринимались критически (результаты опытов на другом растении, «ночной красавице», на первый взгляд, не подтверждали выявленные закономерности, чем весьма охотно пользовались критики его наблюдений).
В начале XX века работы Менделя вновь привлекли внимание в связи с исследованиями Карла Корренса, Эриха фон Чермака и Гуго Де Фриза по гибридизации растений, в которых были подтверждены основные выводы о независимом наследовании признаков и о численных соотношениях при «расщеплении» признаков в потомстве. Вскоре английский натуралист Уильям Бэтсон ввёл в употребление название новой научной дисциплины: генетика (в 1905 г. в частном письме и в 1906 г. публично). В 1909 году датским ботаником Вильгельмом Йоханнсеном введён в употребление термин «ген».Важным вкладом в развитие генетики стала хромосомная теория наследственности, разработанная, прежде всего,благодаря усилиям американского генетика Томаса Ханта Моргана и его учеников и сотрудников, избравших объектом своих исследований плодовую мушку Drosophila melanogaster. Изучение закономерностей сцепленного наследования позволило путем анализа результатов скрещиваний составить карты расположения генов в «группах сцепления» и сопоставить группы сцепления с хромосомами (1910-1913 гг.)
Эпоха молекулярной генетики начинается с появившихся в 1940-1950-х гг. работ, доказавших ведущую роль ДНК в передаче наследственной информации. Важнейшими шагами стали расшифровка структуры ДНК, триплетного кода, описание механизмов биосинтеза белка и ДНК.
Генетика человека изучает закономерности наследования нормальных и потологических признаков в зависимости от генотипа и факторов внешней среды. Генетические нарушения, лежащие в основе развития человека, распространены очень широко.
Из-за таких нарушений около 15 % эмбрионов погибает еще до рождения,3%-при рождении,3% детей не доживает до взрослого возраста,20%-не вступает в брак,10% браков остаются бездетными. К настоящему времени описано около 2000 болезней человека вызываемых генетическими нарушениями.
Наследственные заболевания - заболевания, возникновение и развитие которых связано с дефектами в программном аппарате клеток, передаваемыми по наследству через гаметы . В основе наследственных заболеваний лежат нарушения (мутации) наследственной информации - хромосомные, генные и митохондриальные.
При своевременной диагностике патологических изменений можно полностью избежать, если с рождения и до полового созревания ограничить поступление в организм фенилаланина с пищей. Позднее начало лечения хотя и даёт определённый эффект, но не устраняет развившихся ранее необратимых изменений ткани мозга.
Некоторые из современных газированных напитков, жевательных резинок и лекарственных препаратов содержат фенилаланин в форме дипептида (аспартам), о чём производители обязаны предупреждать на этикетке. При рождении ребёнка в роддомах на 3-4 сутки берут анализ крови и проводят неонатальный скрининг для обнаружения врожденных заболеваний обмена веществ. На этом этапе возможно обнаружение фенилкетонурии, и, как следствие, возможно раннее начало лечения для предотвращения необратимых последствий. Лечение проводится в виде строгой диеты от обнаружения заболевания как минимум до полового созревания, многие авторы придерживаются мнения о необходимости пожизненной диеты. Диета исключает мясные, рыбные, молочные продукты и другие продукты, содержащие животный и, частично, растительный белок. Дефицит белка восполняется аминокислотными смесями без фенилаланина. Кормление грудью детей, больных фенилкетонурией, возможно, и может быть успешным при соблюдении некоторых ограничений.
Хлемкова Елизавета, Корнышева Анастасия
Учебник соответствует Федеральному государственному образовательному стандарту среднего (полного) общего образования, рекомендован Министерством образования и науки РФ и включен в Федеральный перечень учебников.
Учебник адресован учащимся 10 класса и рассчитан на преподавание предмета 1 или 2 часа в неделю.
Современное оформление, многоуровневые вопросы и задания, дополнительная информация и возможность параллельной работы с электронным приложением способствуют эффективному усвоению учебного материала.
Примером заболеваний, которые наследуются сцепленно с полом, может служить одна из форм гемофилии – нарушение свёртываемости крови (см. ).
Хромосомные болезни. К хромосомным относят болезни, обусловленные геномными мутациями или структурными изменениями отдельных хромосом. В настоящее время у человека известно более 700 подобных заболеваний.
Рис. 98. Эритроциты человека: А – нормальные; Б – при серповидно-клеточной анемии
Рис. 99. Синдром Клайнфельтера и синдром Шерешевского-Тернера как результат нерасхождения отцовских половых хромосом (А) и нерасхождения материнских половых хромосом (Б)
Изменения числа хромосом, как правило, возникают в результате нерасхождения гомологичных хромосом в процессе образования половых клеток одного из родителей и вызывают серьёзные нарушения развития (рис. 99). Самой распространённой патологией такого рода является болезнь (синдром ) Дауна (). Лишняя 13-я хромосома приводит к развитию синдрома Патау , который характеризуется столь тяжёлыми отклонениями в развитии, что 95 % больных детей умирает в первый год жизни. Дополнительная Х- хромосома у мужчин (XXY ) вызывает развитие синдрома Клайнфельтера , который выражается в бесплодии, женском типе скелета (широкий таз, узкие плечи), нарушении умственного развития. Отсутствие одной Х- хромосомы у женщин (Х0 ) приводит к развитию синдрома Шерешевского – Тернера . Женщины, имеющие такой хромосомный набор, бесплодны, имеют широкую грудную клетку, короткую шею и рост в среднем не более 150 см. Интересно, что женщины с лишней Х- хромосомой (XXХ ) не имеют практически никаких физических отличий от здоровых женщин, однако у них чаще наблюдаются отклонения в поведении и трудности в обучении.
Самой известной хромосомной мутацией у человека является утрата фрагмента 5-й хромосомы , которая приводит к развитию синдрома «кошачьего крика» . Признаком его служит необычный плач, напоминающий мяуканье кошки, что связано с нарушением строения гортани и голосовых связок. Кроме того, у таких детей наблюдается умственное и физическое недоразвитие.
Профилактика наследственных заболеваний. В настоящее время профилактика, диагностика и лечение наследственных заболеваний приобретают очень большое значение. Наиболее эффективным методом профилактики является здоровый образ жизни будущих родителей.
Значительно снизить вероятность возникновения наследственных заболеваний позволяет медико-генетическое консультирование . Главная задача такого консультирования заключается в прогнозировании появления детей с той или иной наследственной аномалией. Поводом для консультирования могут стать близкородственные браки, работа супругов на вредном предприятии или наличие родственников, имеющих наследственные заболевания. При наличии в семье наследственных заболеваний врач-консультант составляет подробную родословную, на основании которой часто можно определить тип наследования данного заболевания и рассчитать вероятность рождения больного ребёнка.
Если в консультацию обращается супружеская пара, у которой уже родился ребёнок с наследственной патологией, работа начинается с постановки точного диагноза, после чего определяют величину риска рождения второго больного ребёнка. Современные методы позволяют исследовать генотипы родителей с целью обнаружения конкретной мутации.
Эффективность консультирования значительно возрастает благодаря использованию современных методов дородовой (пренатальной) диагностики. Ультразвуковое обследование плода, взятие крови из пуповины и анализ околоплодной жидкости, в которой всегда есть клетки эмбриона и продукты его метаболизма, позволяют на ранних этапах беременности обнаружить наследственные заболевания (рис. 100). Если диагностируется болезнь, способы лечения которой на сегодняшний день не разработаны, родители могут принять решение о прерывании беременности.
Рис. 100. Схема анализа околоплодной жидкости
В настоящее время риск рождения детей с наследственными заболеваниями может быть значительно снижен с помощью генетического консультирования и пренатальной диагностики. Применение лекарственных препаратов, корректирующих нарушенную функцию, или соблюдение определённой диеты, как в случае фенилкетонурии, позволяют компенсировать проявление многих мутаций. Последние достижения генной терапии по введению в клетки больного нормальной копии повреждённого гена позволяют надеяться, что проблема лечения многих наследственных заболеваний в будущем будет решена.
Вопросы для повторения и задания
1. Как влияют соматические мутации на здоровье людей?
2. Каковы последствия возникновения генеративных мутаций?
3. Назовите известные вам наследственные заболевания человека. Каковы их причины?
4. Какова главная задача медико-генетического консультирования? Есть ли в вашем населённом пункте медико – генетическая консультация? Если нет, узнайте, где находится ближайшая подобная организация. Выясните, какие методы диагностики в ней применяются.
5. Что относится к методам дородовой (пренатальной) диагностики?
Подумайте! Выполните!
1. Как вы считаете, в чём заключается опасность близкородственных браков?
2. Подумайте, в чём особенность изучения наследования признаков у человека.
3. Почему хозяйственная деятельность человека увеличивает мутагенное влияние среды?
4. Используя дополнительную литературу и ресурсы Интернета, подготовьте сообщение или презентацию о современных достижениях в области диагностики и лечения наследственных заболеваний.
5. «Генная терапия – медицина будущего». Согласны ли вы с этим утверждением? Аргументируйте свою точку зрения. Примите участие в дискуссии на эту тему.
6. Подготовьте доклад (реферат или презентацию) на тему «Наследственные аномалии человека, обусловленные генными, хромосомными или геномными мутациями. Причины роста числа наследственных аномалий в человеческой популяции».
7. Оцените уровень информированности населения вашего района о роли медико – генетического консультирования в формировании будущего здоровья нации. Обсудите результаты с одноклассниками, сделайте выводы и представьте их для ознакомления общественности.
Работа с компьютером
Обратитесь к электронному приложению. Изучите материал и выполните задания.
Методы генетики человека. Человек является особенным объектом генетических исследований. К нему неприменим основной метод генетики – гибридологический. Малочисленное, а порой единичное потомство затрудняет применение статистических методов в пределах одной семьи. Большая продолжительность жизни, сопоставимая с жизнью самого исследователя, и поздние сроки наступления половой зрелости тоже являются ограничивающими факторами для использования классических генетических методов.
В связи с этим в настоящее время для изучения генетических особенностей человека используют специальные методы. Существует четыре основных метода генетики человека: цитогенетический, близнецовый, генеалогический и популяционно-статистический. Наряду с ними используют и другие методы, основанные в первую очередь на современных достижениях биохимии и молекулярной биологии.
Биохимический метод позволяет изучать наследственные заболевания, обусловленные генными мутациями.
Дерматоглифический метод – изучение кожных узоров пальцев и ладоней для диагностики некоторых аномалий (результат множественного действия генов).
Иммунологический метод позволяет изучать гены, отвечающие за развитие патологий иммунной системы.
Клинический метод основан на изучении нарушения различных параметров жизнедеятельности человека.
Рассмотрим более подробно основные методы генетики человека.
Цитогенетический метод. Изучение строения и функций хромосом привело к выделению самостоятельного раздела биологической науки – цитогенетики. Началом развития цитогенетики человека можно считать 50–60-е гг. XX в., когда впервые удалось получить убедительные изображения всех хромосом человека и правильно определить их диплоидное число.
Цитогенетический метод позволяет изучать кариотип человека в норме и при различных патологиях. Кроме того, этот метод позволяет определять наличие или отсутствие полового хроматина.
Изучение кариотипа. Для изучения кариотипа используют только делящиеся клетки на стадии метафазы. Именно на этой стадии хромосомы максимально спирализованы и могут быть исследованы с помощью оптического микроскопа. Для проведения исследования можно взять пробу ткани, клетки которой находятся в состоянии деления (красный костный мозг, ростовая зона эпителия). Такое исследование является прямым . Однако можно проводить исследования и на образцах ткани, не находящейся в стадии митотического деления. В этом случае необходимо предварительно обработать ткань для стимуляции митоза . Такое исследование называют непрямым . Для непрямого исследования кариотипа обычно используют форменные элементы крови – лейкоциты. Клетки помещают в питательный физиологический раствор и стимулируют их деление. Когда клетки вступают в стадию метафазы, деление останавливают, добавляя колхицин – вещество, разрушающее веретено деления. Хромосомы окрашивают, фотографируют и сравнивают полученный кариотип с эталонным кариотипом. Таким способом можно обнаружить хромосомные и геномные мутации. А использование специального дифференциального окрашивания позволяет определить мутацию с точностью до гена.
Определение полового хроматина. Шведским исследователем Барром было обнаружено, что в ядрах соматических неделящихся клеток у самок высших животных внутри ядра около мембраны присутствует окрашенное тельце (подобной структуры в клетках самцов нет). Учёный предложил назвать эту структуру половым хроматином. Позже эту структуру стали называть тельцем Барра. Выяснилось, что половой хроматин – это суперспирализованный участок одной из Х -хромосом. За счёт наличия двух Х – хромосом женский организм содержит больше генетической информации. Для выравнивания числа генов у мужских и женских особей участок в одной Х – хромосоме суперспирализуется. Таким образом, в норме в ядре клеток женского организма находится одно тельце Барра, а в клетках мужского – ни одного. По числу телец Барра можно определить число Х – хромосом в генотипе: число Х – хромосом равно числу телец Барра плюс один. Этот метод используют для выявления или подтверждения геномных мутаций, связанных с изменением числа половых хромосом, – синдрома Клайнфельтера, трисомии по Х – хромосоме, синдрома Шерешевского-Тернера.
Близнецовый метод. Близнецовый метод позволяет изучить закономерности наследования признака, установить, обусловлено ли фенотипическое проявление признака действием только генотипа или признак развивается под влиянием факторов внешней среды.
Метод основан на сравнении двух типов близнецов. Однояйцевые , или монозиготные , близнецы, как показывает само название, развиваются из одной оплодотворённой яйцеклетки (зиготы). На ранней стадии дробления возможно отделение делящихся клеток друг от друга и разделение зародыша на две части, каждая из которых начинает развиваться самостоятельно, как отдельный организм. Разнояйцевые , или дизиготные , близнецы образуются при оплодотворении двух (и более) яйцеклеток и с самого начала развития представляют собой разные организмы.
С генетической точки зрения монозиготные близнецы полностью идентичны, у них 100 % генов одинаковые. Поэтому различия между монозиготными близнецами можно отнести только на счёт средовых влияний. Дизиготные близнецы так же близки, как обычные дети одних и тех же родителей (общими являются приблизительно 50 % генов). В отличие от монозиготных близнецов, дизиготные близнецы могут быть разнополыми. Оценивая внутрипарное сходство монозиготных и дизиготных близнецов, можно сделать вывод о том, что в первую очередь влияет на развитие конкретного признака – среда или генотип.
Существенно дополнить классический вариант близнецового метода позволяют данные по разлучённым монозиготным близнецам, которые воспитывались в разных семьях. Это даёт возможность оценить воздействие разных сред на одинаковые генотипы и тем самым сделать вывод о том, что определяет развитие конкретного признака: среда или генотип изучаемого человека.
Генеалогический метод. Генеалогический метод (метод родословных) позволяет определить характер наследования признака и прогнозировать появление признака (как нормального, так и патологического) в следующем поколении.
Метод состоит из двух последовательных этапов: составление родословной с её графическим изображением (генеалогического дерева) и анализ полученных данных.
Составление родословной. Сбор сведений о семье начинается с пробанда – индивида, чья родословная составляется. Детей одной родительской пары (братьев и сестёр) называют сибсами. Чем больше поколений вовлекается в родословную, тем она, как правило, точнее. Для графического отображения родословной используют общепринятые стандартные символы (рис. 101). Поколения обозначают римскими цифрами. Последнее (самое старшее) поколение обозначают как поколение I. Арабскими цифрами нумеруют родственников одного поколения (весь ряд). Братья и сёстры располагаются в порядке рождения (от старших к младшим), таким образом, каждый член родословной имеет свой шифр. Все индивиды одного поколения должны располагаться строго в один ряд.
Генеалогический анализ родословной. Первая задача при анализе родословной – установление наследственного характера заболевания. Если в родословной один и тот же признак (болезнь) встречается несколько раз, то можно думать о его наследственной природе. Однако следует исключить возможность фенокопии (заболевание как будто бы передаётся, в то время как его причиной является некий постоянно действующий средовой фактор).
Рис. 101. Стандартные символы, принятые для составления родословных
После установления наследственного характера патологии определяется тип наследования.
Менделевским закономерностям наследования подчиняются только моногенные патологии (мутация одного гена). В зависимости от локализации и свойств гена различают аутосомно – доминантный и аутосомно-рецессивный типы наследования, когда ген расположен в одной из 22 пар аутосом (неполовых хромосом), Х – сцепленные доминантные и рецессивные типы наследования (ген расположен в Х -хромосоме), Y – сцепленное (голандрическое) наследование, а также митохондриальное (материнское, или цитоплазматическое) наследование, когда мутация происходит в геноме митохондрий.
Популяционно-статистический метод. Популяционно-статистический метод позволяет оценить частоту встречаемости признака и генотипа в определённой популяции, изучить генетическую структуру популяции (этнических групп, национальностей, групп компактного проживания).
В основе этого метода лежит закон, открытый ещё более ста лет назад. В 1908 г. его независимо друг от друга сформулировали английский математик Годфри Харди и немецкий врач Вильгельм Вайнберг. В настоящее время этот закон носит их имя – закон Харди-Вайнберга. Согласно этому закону, частота гомозиготных и гетерозиготных организмов в условиях свободного скрещивания при отсутствии давления отбора и других факторов (мутационного процесса, миграции, дрейфа генов и т. д.) остаётся постоянной, т. е. популяция находится в состоянии генетического равновесия. Таким образом, этот закон описывает взаимоотношения между частотами встречаемости аллелей в исходной популяции и частотой генотипов, включающих эти аллели, в дочерней популяции.
Рассмотрим популяцию, в которой некий ген находится в двух аллельных состояниях (A и a ). Если частоту аллеля А обозначить как pA
Такое соотношение частот аллелей и генотипов будет поддерживаться в популяции неопределённо долгое время. Зная частоты генотипов, можно рассчитать частоты аллелей, и наоборот, зная частоты аллелей, можно определить частоты генотипов и, следовательно, предсказать соотношение фенотипов.
Рассмотрим конкретный пример, чтобы понять, как можно использовать знание закона Харди – Вайнберга.
Наследственная метгемоглобинемия наследуется как рецессивный признак. В популяции эскимосов Аляски болезнь встречается с частотой 0,09 %. Определите частоту гетерозигот (носителей рецессивного аллеля) в популяции. На какое число людей приходится один носитель рецессивного аллеля?
Больные – это люди с генотипом аа , их частота встречаемости (переводим в доли) – 0,0009, т. е. q 2 = 0,0009. Следовательно, q = 0,03. Так как p + q = 1, то p = 1 – q = 1–0,03 = 0,97. Частоту гетерозигот (организмов с генотипом Аа ) высчитываем по формуле 2pq = 2 ? 0,97 ? 0,03 = 0,0582 (5,82 %). Если на 100 человек приходится около 6 носителей, следовательно, один носитель приходится на 16–17 человек (100: 6 ? 16,6). Ответ: доля носителей рецессивного аллеля метгемоглобинемии в данной популяции составляет 5,82 %. Один носитель приходится на 16–17 человек в популяции.
| <<< Назад
|
Вперед >>>
|
Генетика как наука зарождалась в начале ХХ века, а в 50-е годы пережила интенсивный подъем. Генетика человека - это раздел в науке, изучающий структуру особенности наследственности и Эта наука изучает человека на молекулярном, клеточном, биогеохимическом, организменном, популяционном и биохорологическом уровнях.
Генетика человека тесно связана с медициной и антропологией. Медицинская генетика занимается изучением закономерности передачи наследственных болезней из поколения в поколение, роль наследственности в самых разных патологиях человека, то есть, наследственную патологию (дефекты, болезни, уродства и пр.), а также разработкой методов диагностики, профилактики и лечения патологий, в том числе, заболеваний с наследственной предрасположенностью. Ее задача - своевременно выявить больных детей, выработать рекомендации и назначения по их лечению и, что очень важно, обнаружить носителя этих заболеваний (одного из родителей). Антропогенетика изучает изменчивость и наследственность нормальных признаков организма человека.
Несмотря на то, что генетика человека сравнительно молодое направление в науке, исследования последних лет понемногу начинают приоткрывать завесу тайны человеческого генофонда. Генетика и здоровье человекавзаимосвязаны, и науке уже известны несколько тысяч заболеваний, собственно генетических, на 100% зависящих от генотипа особи. Наиболее страшными из них считаются галактоземия, кислотный фиброз поджелудочный железы (муковисцидоз), фенилкетонурия, гиперхолестеринемия,алкаптонурия, синдромы Дауна, Шерешевского-Тернера, Кляйнфельтера, а также разные формы кретинизма и гемоглобинопатии. Помимо этого, существуют заболевания, зависящие и от среды и от генотипа: сахарный диабет, ревматоидные и некоторые онкологические заболевания, ишемическая болезнь, язвенные болезни ЖКТ, шизофрения и некоторые другие заболевания психики. И тут медикам особенно важно понять, как можно расшифрованные данные применить в лечении, а главное - в профилактике, многочисленных наследственных заболеваний.
Человека - это тот раздел генетики, который занимается изучением роли механизма наследственности, а также, наследственной изменчивости в ходе определения пола. Успехи в этой области сделали возможным предупреждение и своевременное лечение наследственных болезней.
Современная медицина и медицинская генетика всегда ориентируются на Пренатальная (дородовая) диагностика - это диагностическое исследование плода в период беременности для выявления его генетических пороков. Для того чтобы оценить плода, применяются разные методы пренатальной диагностики: ультразвуковой скрининг, биохимические исследования крови, гемостазиограмма, кардиотокография и др.
Ведущее место среди методов, позволяющих еще до рождения диагностировать заболевание ребенка, занимает амниоцентез. Метод заключается в получении амниотической жидкости и клеток плода с помощью прокола (под контролем УЗИ) плодного пузыря. Он позволяет диагностировать некоторые заболевания и в основе которых - генные мутации. Такая диагностика рекомендуется абсолютно всем беременным женщинам.
Прогресс в области науки и техники подверг современных людей бо льшим рискам в отношении неблагоприятной изменчивости, чем это происходило на протяжении предыдущего периода формирования и развития человеческой цивилизации. Химические, физические и, вполне возможные, биологические мутагены могут в будущем нести очень серьезную угрозу генетической структуре популяции.
Генетика человека ясно показывает, что абсолютны все расы, с биологической точки зрения, равноценны и располагают равными возможностями для своего развития, определяемого социально-историческими условиями, а не генетическими.
Цель урока :
сформировать представление о проявлении генетических законов в человеческом обществе;
используя элементы исследовательской деятельности,
развивать умение работать самостоятельно и делать выводы;
воспитывать стремление вести здоровый образ жизни, понимание того, что это жизненно необходимо для будущего поколения.
Задачи урока :
познакомить с некоторыми наследственными болезнями и причинами их возникновения;
выявить влияние мутагенных факторов на здоровье человека;
сформировать правила сохранения здоровья человека на протяжении всей жизни;
расширить знания учащихся о современных достижениях в области генетики
Тип урока: урок новых знаний.
Оборудование: рис. 84-87 в учебнике, компьютерная презентация, план конспекта по лекции о болезнях, алгоритм выполнения исследовательской работы, продукты для экспертизы (сухарики "Воронцовские”, мармелад "Джуси Фрут”, растворимый кофе "Петровская Слобода”, леденцы "Бон Пари”).
Виды работы учащихся: работа с учебником, работа по составлению конспекта по предложенному плану и работа с таблицей, исследовательская работа в группах, участие в обсуждении проблем по ходу урока.
Организация урока: учащиеся класса делятся на 4 группы
Ход урока
І. Организационный момент . (Настрой на работу)
ІІ. Новая тема.
1. Вступление:
Видеофрагмент (люди у которых сращены пальцы, шестипалые и т.д.) и чтение стихотворения.
"
21 век, ты смотришь нам в глаза
печалями и горестью планеты.
Как тяжкий вздох гудят колокола,
Не отводите взгляд, смотрите!
Эта боль Земли пронзительна, как провод оголённый,
Что будет завтра, если мы смогли его родить,
Но лучше б был он не рожденный.
Нет, раны Хиросимы не забыть,
И не забыть трагедию Вьетнама,
Смотрите люди, быть или не быть,
Ведь это страшно, если слово мама
Слетать не станет с детских губ.
Смотрите люди! Помни человек!
Земля у нас одна,
Одна для всех,
У нас одно начало”.
Ребята, вы сейчас просмотрели небольшой видеофрагмент, прослушали стихотворение, предположите, что мы сегодня будем изучать? (Обсуждение)
Сегодня мы попытаемся разобраться, почему в нашей жизни
встречаются такие страшные явления.
Итак, тема нашего урока "Генетика и здоровье человека”.
Сообщение задач урока : мы с вами должны сегодня познакомиться с некоторыми наследственными болезнями человека, установить причины их возникновения, определить какие методы профилактики помогают снизить вероятность возникновения таких заболеваний. И каждому из вас я прошу задуматься над словами "У кого есть здоровье - у того есть надежда”. (запись на доске). И в конце урока попытайтесь объяснить смысл этих слов.
В последнее время установлено, что у большинства людей в течение жизни проявляются те или иные наследственные заболевания, которые связаны с нарушением структуры наследственного материала.
"Ежегодно в нашей стране рождается до 75 тыс. детей с наследственными заболеваниями, около 6% мертворожденных детей имеют хромосомные изменения, на 1 тысячу живорожденных младенцев - 3-4 имеют хромосомные болезни”.
Поэтому проблема здоровья человека и генетика тесно взаимосвязаны.
2. Мутации как причина наследственных болезней.
А что же является причиной нарушения наследственного материала? Для решения этого вопроса я прошу вас обратиться к материалу учебника стр. 170 (2 абзац) - 171.
Обсуждение.
Итак, причиной изменений в наследственном материале являются мутации. По месту возникновения выделяют 2 группы мутаций - соматические (возникают во всех клетках организма, кроме половых, влияют на определенные функции организма, сокращают продолжительность жизни) и генеративные (возникают в половых клетках, нарушают структуру ДНК, передаются из поколение в поколение).
(Запись в тетради)
Также существует еще одна классификация, связанная с уровнем изменения генетического материала.
По этой классификации различают:
Генные мутации (они вызывают изменения в отдельных генах, нарушая порядок нуклеотидов в цепи ДНК).
Хромосомные мутации (затрагивают участок хромосомы, т.е несколько генов. Отдельный участок хромосомы может удвоиться или потеряться).
Геномные мутации (приводят к изменению числа хромосом).
Вот именно эта классификация лежит в основе деления наследственных болезней на группы. Название группы болезни имеет одноименное название с конкретной мутацией.
Различают генные и хромосомные болезни.
Давайте познакомимся с ними подробней.
Начнём с генных болезней .
По ходу моей лекции я прошу вас делать короткие записи по плану, который у вас на столах.
План конспекта по генным болезням.
Тип наследования.
Название заболевания.
Клинические признаки (в чём проявляется это заболевание).
Генные болезни - это болезни, которые возникают в результате мутации в одном гене.
В зависимости от расположения мутантного гена выделяют болезни аутосомного и сцепленного с полом наследования.
Рассмотрим генные болезни аутосомного наследования (наследование идет независимо от того кто из родителей является носителем данного гена).
К ним относятся:
Фенилкетонурия (возникает из-за мутации гена в 12 хромосоме и приводит к накоплению в организме фенилаланина (аминокислоты) из-за недостаточности особого фермента, который в норме превращает фенилаланин в другую аминокислоту - тирозин. Накопившийся фенилаланин провоцирует необычные реакции, в ходе которых накапливаются производные фенилаланина. Это приводит к повреждению нервной ткани у новорожденных и развитие у них умственной отсталости далее.
Альбинизм (врожденное отсутствие пигментации кожи, волос, радужки глаз).
Серповидноклеточная анемия (связана с изменением структуры молекулы гемоглобина. В крови таких больных обнаруживаются эритроциты серповидной формы, не способные нормально переносить кислород).
А теперь рассмотрим генные болезни, сцепленного с полом наследования.
Примером такого заболевания служит гемофилия (нарушение свертываемости крови). Ген, определяющий свертываемость крови находится в Х-хромосоме. Его рецессивный аллель вызывает гемофилию. Женщины как правило носители этого гена, а вот проявляется он в фенотипе мужчин (т.е. болеют мужчины).
В истории нашей страны есть пример проявления этого заболевания.
У императора Николая ІІ и его жены Александры Федоровны родился долгожданный сын - цесаревич Алексей. Но вскоре врачи установили у него эту страшную болезнь, когда даже незначительные ушибы приводят к серьезным подкожным кровоизлияниям, а незначительные порезы - к кровотечениям.
И этот факт, мы знаем сыграл немалую роль в судьбе всего нашего государства.
Итак, вернемся к вашим записям. (обсуждение результатов конспекта по предложенному плану).
А теперь познакомимся с хромосомными болезнями .
У вас на столах таблица "Хромосомные болезни”.
По ходу моего объяснения вы должны заполнить графу "Симптомы”, а дома эту таблицу вклеите в тетрадь. Хромосомные болезни связаны с хромосомными и геномными мутациями. У человека 46 хромосом. При не расхождении гомологичных хромосом в процессе образования половых клеток может произойти изменение количества хромосом.
(Объяснение с показом слайдов)
Итак, мы познакомились с наследственными болезнями, их признаками, установили, что причиной их возникновения являются мутации.
3. Влияние мутагенов на организм .
Но, к сожалению, в последнее время окружающая среда играет немалую роль в возникновении мутаций, приводящих к наследственным болезням.
Давайте рассмотрим, какие факторы окружающей среды (они называются мутагенные факторы) способны оказывать неблагоприятное воздействие и приводят к увеличению числа мутаций.
Выделяют следующие мутагенные факторы (обсуждение совместно с учениками):
- физические (все виды ионизирующих излучений – гамма-лучи, рентгеновские лучи; ультрафиолетовое излучение, низкая и высокая температура);
- биологические (вирусные инфекции: краснуха, хламидии, токсоплазмоз;
- химические:
соли свинца, ртути;
компоненты табачного дыма (сообщение учащегося);
алкоголь (сообщение учащегося).
Некоторые красители и консерванты.
Так ли полезны эти продукты, как нам об этом говорят в рекламе каждый день.
Хотите побыть в роли исследователей и провести небольшую экспертизу продуктов питания ,которые вам уж очень нравятся и вы их готовы употреблять каждую перемену?
Работа в группах . (4 группы: 1 - анализирует леденцы, 2 - кофе, 3 – сухари, 4 - мармелад). Для анализа им предложен дополнительный материал.
Обсуждение. (Выступление представителей от каждой группы)
4. Профилактика и лечения наследственных болезней.
В связи с действием разных мутагенов в настоящее время большое внимание уделяется диагностике и лечению заболеваний. Снизить вероятность возникновения наследственных заболеваний позволяет медико-генетическое консультирование .
Его цель: прогнозирование появление детей с наследственными аномалиями.
В первые в мире медико-генетическая консультации была организована нашим отечественным ученым, невропатологом С. Н. Давиденко ещё в 1929 году. Поводом для обращения является:
Работа на вредном предприятии.
Близкородственные браки.
Наличие родственников, имеющих наследственные заболевания.
В консультации составляется родословная, по которой определяется тип наследования заболевания, рассчитывается вероятность рождения больного ребенка.
Также эффективность консультирования возрастает благодаря использованию современных методов пренатальной (дородовой) диагностики .
Есть методы, направленные на исследование мамы - это УЗИ.
Есть методы, исследующие непосредственно сам плод - взятие крови из пуповины, анализ околоплодной жидкости.
В настоящее время в Санкт-Петербурге существует Всероссийский центр пренатальной диагностики, в котором всесторонне исследуется проблема наследственных болезней и способов лечения этих болезней. Последние достижения генной терапии по введению в клетки больного нормальной копии поврежденного гена позволяют надеяться, что проблема лечения многих наследственных заболеваний в будущем будет решена.
ІІІ. Закрепление.
Но, ребята, несмотря на то, что существуют и медико-генетическое консультирование и современные методы обследования, лучше не болеть. Конечно, есть ряд факторов, которые от нас не зависят (например, радиация) которые могут привести к изменениям в наследственном материале.
Но что вы лично можете сделать, чтобы уберечь себя и своих детей от рассмотренных нами нарушений?
Согласны ли вы с высказыванием " У кого есть здоровье - у того есть надежда”.
И как вы это высказывание понимаете? (Обсуждение)
Таким образом, основным методом профилактики является здоровый образ жизни. Всегда помните о том, что только от вас зависит не только ваше здоровье, но и здоровье вашего будущего поколения.
Посмотрите на эти счастливые семьи, на этих пухленьких и здоровых малышей, на счастливых родителей, которые восхищаются своим красивым, здоровым малышом. Ведь дети – не только продолжение нашего рода, не только шанс, великодушно предоставленный природой каждому из нас, чтобы обессмертить себя в веках, но и залог, непременное условие счастливой и долгой жизни любой семьи. Помните о том, что только от вас зависит счастливый смех ваших детей.
Подведение итогов урока. Домашнее задание.
Подробное решение параграф § 31 по биологии для учащихся 10 класса, авторов Сивоглазов В.И., Агафонова И.Б., Захарова Е.Т. 2014
Вспомните!
Что такое мутагены?
Мутагены – это факторы среды, влияющие на организм и вызывающие мутации.
Какие наследственные заболевания вам известны?
Фенилкетонурия
Серповидноклеточная анемия
Гемофилия
Альбинизм
Дальтонизм
Синдром Дауна
Вопросы для повторения и задания
1. Как влияют соматические мутации на здоровье людей?
Мутации, которые возникают в соматических клетках тела, вызывают преждевременное старение, сокращают продолжительность жизни, а также, в зависимости от места возникновения, влияют на определённые жизненно важные функции организма. Соматические мутации представляют очень серьёзную угрозу здоровью населения, так как это первый шаг к образованию злокачественных опухолей. Подавляющее число всех случаев заболевания раком молочной железы - результат соматических мутаций. Под влиянием мутагенов количество изменений наследственного материала резко увеличивается. После аварии на Чернобыльской АЭС (1986 г.) в результате радиационного воздействия частота заболеваний раком щитовидной железы в Гомельской области возросла в 20 раз. Избыточное ультрафиолетовое излучение повышает риск возникновения рака кожи.
2. Каковы последствия возникновения генеративных мутаций?
Генеративные мутации, т. е. нарушения структуры ДНК в половых клетках, могут приводить к спонтанным абортам (выкидышам), мертворождению и к увеличению частоты наследственных заболеваний. Причём, если эти мутации не вызывают гибели организма и не ведут к серьёзным нарушениям репродуктивной функции, они будут передаваться из поколения в поколение, постепенно увеличивая частоту встречаемости в популяции.
3. Назовите известные вам наследственные заболевания человека. Каковы их причины?
Фенилкетонурия - рецессивное заболевание, которое возникает в результате мутации гена, расположенного в 12–й хромосоме, и приводит к накоплению в организме человека избытка аминокислоты - фенилаланина. При отсутствии строгой диеты, исключающей продукты, содержащие фенилаланин, у ребёнка может развиться умственная отсталость.
К рецессивным болезням относится альбинизм - врождённое отсутствие пигментации кожи, волос и радужки глаз.
Замена всего одного нуклеотида в молекуле ДНК, приводящая к изменению структуры молекулы гемоглобина, вызывает серповидноклеточную анемию. В крови таких больных обнаруживаются эритроциты серповидной формы, не способные нормально переносить кислород.
Если мутантный ген является доминантным и подавляет «нормальный» аллельный ген, то говорят об аутосомно-доминантном заболевании. Примером такой болезни является синдром Марфана.
Примером заболеваний, которые наследуются сцепленно с полом, может служить одна из форм гемофилии - нарушение свёртываемости крови.
Изменения числа хромосом, как правило, возникают в результате нерасхождения гомологичных хромосом в процессе образования половых клеток одного из родителей и вызывают серьёзные нарушения развития. Самой распространённой патологией такого рода является болезнь (синдром) Дауна.
Лишняя 13- я хромосома приводит к развитию синдрома Патау, который характеризуется столь тяжёлыми отклонениями в развитии, что 95% больных детей умирает в первый год жизни.
Дополнительная Х-хромосома у мужчин (ХХY) вызывает развитие синдрома Клайнфельтера, который выражается в бесплодии, женском типе скелета (широкий таз, узкие плечи), нарушении умственного развития.
Отсутствие одной Х-хромосомы у женщин (Х0) приводит к развитию синдрома Шерешевского-Тернера. Женщины, имеющие такой хромосомный набор, бесплодны, имеют широкую грудную клетку, короткую шею и рост в среднем не более 150 см. Интересно, что женщины с лишней Х-хромосомой (ХХХ) не имеют практически никаких физических отличий от здоровых женщин, однако у них чаще наблюдаются отклонения в поведении и трудности в обучении.
Самой известной хромосомной мутацией у человека является утрата фрагмента 5- й хромосомы, которая приводит к развитию синдрома «кошачьего крика». Признаком его служит необычный плач, напоминающий мяуканье кошки, что связано с нарушением строения гортани и голосовых связок. Кроме того, у таких детей наблюдается умственное и физическое недоразвитие.
4. Какова главная задача медико-генетического консультирования? Есть ли в вашем населённом пункте медико-генетическая консультация? Если нет, узнайте, где находится ближайшая подобная организация. Выясните, какие методы диагностики в ней применяются.
Да, есть. Значительно снизить вероятность возникновения наследственных заболеваний позволяет медико-генетическое консультирование. Главная задача такого консультирования заключается в прогнозировании появления детей с той или иной наследственной аномалией. Поводом для консультирования могут стать близкородственные браки, работа супругов на вредном предприятии или наличие родственников, имеющих наследственные заболевания. При наличии в семье наследственных заболеваний врач-консультант составляет подробную родословную, на основании которой часто можно определить тип наследования данного заболевания и рассчитать вероятность рождения больного ребёнка. Если в консультацию обращается супружеская пара, у которой уже родился ребёнок с наследственной патологией, работа начинается с постановки точного диагноза, после чего определяют величину риска рождения второго больного ребёнка. Современные методы позволяют исследовать генотипы родителей с целью обнаружения конкретной мутации.
5. Что относится к методам дородовой (пренатальной) диагностики?
Ультразвуковое обследование плода, взятие крови из пуповины и анализ околоплодной жидкости, в которой всегда есть клетки эмбриона и продукты его метаболизма, позволяют на ранних этапах беременности обнаружить наследственные заболевания. Если диагностируется болезнь, способы лечения которой на сегодняшний день не разработаны, родители могут принять решение о прерывании беременности. В настоящее время риск рождения детей с наследственными заболеваниями может быть значительно снижен с помощью генетического консультирования и пренатальной диагностики. Применение лекарственных препаратов, корректирующих нарушенную функцию, или соблюдение определённой диеты, как в случае фенилкетонурии, позволяют компенсировать проявление многих мутаций. Последние достижения генной терапии по введению в клетки больного нормальной копии повреждённого гена позволяют надеяться, что проблема лечения многих наследственных заболеваний в будущем будет решена.
Подумайте! Вспомните!
Зачастую особи являются гетерозиготами по многим признакам, тем самым признаки каких-либо заболеваний находящихся в рецессивном состоянии есть у родственников. При вступлении в брак таких людей, возникает вероятность то, что мутации из рецессивного состояния перейдет в доминантное гомозиготное состояние. При этом увеличивается риск наследственных заболеваний у потомков таких браков. Поэтому во многих странах такие браки запрещены.
2. Подумайте, в чём особенность изучения наследования признаков у человека.
Человек является особенным объектом генетических исследований. К нему неприменим основной метод генетики - гибридологический. Малочисленное, а порой единичное потомство затрудняет применение статистических методов в пределах одной семьи. Большая продолжительность жизни, сопоставимая с жизнью самого исследователя, и поздние сроки наступления половой зрелости тоже являются ограничивающими факторами для использования классических генетических методов. В связи с этим в настоящее время для изучения генетических особенностей человека используют специальные методы. Существует четыре основных метода генетики человека: цитогенетический, близнецовый, генеалогический и популяционно- статистический. Наряду с ними используют и другие методы, основанные в первую очередь на современных достижениях биохимии и молекулярной биологии.
3. Почему хозяйственная деятельность человека увеличивает мутагенное влияние среды?
Так как человек активно использует гербициды, пестициды, генно-модифицированные организмы, так же электромагнитные, ренгеновские, гамма-лучи, элементарные частицы. Все это и другие факторы влияют на самого человека.
4. Используя дополнительную литературу и ресурсы Интернета, подготовьте сообщение или презентацию о современных достижениях в области диагностики и лечения наследственных заболеваний.
Наследственным заболеваниям свойственны различные клинические проявления, и их лечение во многом является симптоматическим. Отдельные нарушения метаболизма исправляют назначением специальных диет, направленных на уменьшение токсических веществ в организме, накопление которых обусловлено мутациями в определённых генах. Например, при фенилкетонурии назначают безаланиновую диету.
Для ослабления симптомов наследственных болезней, связанных с дефектом определённого белка, вводят внутривенно такую его функциональную форму, которая не вызывает иммунной реакции. Такая замещающая терапия применяется при лечении гемофилии, тяжёлого комбинированного иммунодефицита и др. Иногда для компенсации определённых утраченных функций проводят трансплантацию костного мозга и других органов. Существующая терапия в подавляющем большинстве случаев мало эффективна, а само лечение следует проводить многократно, несмотря на его высокую стоимость.
Принципиально новым методом, эффективным и направленным на уничтожение генетической причины наследственного заболевания, является генотерапия. Суть метода генотерапии – введение нормальных генов в дефектные соматические клетки. Концепция генной терапии заключатся в том, что наиболее радикальным способом борьбы с разного рода заболеваниями, вызываемыми изменениями генетического содержания клеток, должна быть обработка, направленная непосредственно на исправление или уничтожение самой генетической причины заболевания, а не её следствий. В связи с тем, что генная терапия представляет собой новое направление медицинской генетики, а болезни, которые пытаются лечить этим способом, очень разнообразны, создано множество оригинальных методических подходов к этой проблеме. В настоящее время исследования по генотерапии в основном направлены на коррекцию генетических дефектов соматических, а не половых клеток, что связано с чисто техническими проблемами, а также из соображений безопасности.
5. «Генная терапия - медицина будущего». Согласны ли вы с этим утверждением? Аргументируйте свою точку зрения. Примите участие в дискуссии на эту тему.
Лечение заболеваний с помощью генов получило название генотерапии. Сейчас в мире насчитывается порядка 400 проектов, посвященных лечению с помощью генотеропии. Разработке программы генной терапии предшествуют тщательный анализ тканеспецифической экспрессии соответствующего гена, идентификация первичного биохимического дефекта, исследование структуры, функции и внутриклеточного распределения его белкового продукта, а также биохимический анализ патологического процесса. Все эти данные учитываются при составлении соответствующего медицинского протокола.
Апробацию процедуры генокоррекции наследственного заболевания проводят на первичных культурах клеток больного, в которых в норме функционально активен данный ген. На этих клеточных моделях оценивают эффективность выбранной системы переноса экзогенной ДНК, определяют экспрессию вводимой генетической конструкции, анализируют ее взаимодействие с геномом клетки, отрабатывают способы коррекции на биохимическом уровне. Используя культуры клеток, можно разработать систему адресной доставки рекомбинантных ДНК, однако проверка надежности работы этой системы может быть осуществлена только на уровне целого организма. Поэтому такое внимание в программах по генной терапии уделяется экспериментам in vivo на естественных или искусственно полученных моделях соответствующих наследственных болезней у животных.
Успешная коррекция генетических дефектов у таких животных и отсутствие нежелательных побочных эффектов генной терапии являются важнейшей предпосылкой для разрешения клинических испытаний. Таким образом, стандартная схема генокоррекции наследственного дефекта включает серию последовательных этапов. Она начинается созданием полноценно работающей (экспрессирующейся) генетической конструкции, содержащей смысловую (кодирующую белок) и регуляторную части гена. На следующем этапе решается проблема вектора, обеспечивающего эффективную, а по возможности и адресную доставку гена в клетки-мишени. Затем проводится трансфекция (перенос полученной конструкции) в клетки-мишени, оценивается эффективность трансфекции, степень коррегируемости первичного биохимического дефекта в условиях клеточных культур (in vitro) и, что особенно важно, in vivo на животных - биологических моделях. Только после этого можно приступать к программе клинических испытаний.
Существует два типа генотерапии: заместительная и корректирующая.
Заместительная генотерапия заключается во вводе в клетку неповрежденного гена. Внесенная копия заменит по функциям сохранившийся в геноме больного дефектный ген. Все проводимые сегодня клинические испытания используют внесение в клетку дополнительных количеств ДНК.
При корректирующей терапии предполагается замена дефектного гена нормальным в результате рекомбинации. Пока этот метод на стадии лабораторных испытаний, так как эффективность его еще очень низка, но последние исследования показывают успехи в лечении некоторых заболеваний.
6. Подготовьте доклад (реферат или презентацию) на тему «Наследственные аномалии человека, обусловленные генными, хромосомными или геномными мутациями. Причины роста числа наследственных аномалий в человеческой популяции».
Появление наследственных болезней может быть связано с тремя причинами. Первый источник мутаций - нарушение хромосом (утеря одной из 46 хромосом или добавление лишней приводит к серьезным изменениям в развитии человека). Во-вторых, происходят изменения структуры хромосом в половых клетках родителей. И, наконец, генные мутации.
Из 23 пар хромосом одну пару представляют половые и 22 - аутосомные, которые различаются между собой по размеру и форме. Добавление одной из хромосом (трисомия) или ее отсутствие (моносомия) приводят к разнообразным конституционным изменениям. Анализ кариотипов, проведенный сразу же после того, как научились распознавать «в лицо» каждую хромосому человека, дал возможность выявить целый ряд наследственных болезней, связанных с изменением баланса определенной хромосомы.
В 1866 г. была обнаружена болезнь Дауна, характеризующаяся идиотизмом и целым комплексом аномалий. Она хорошо диагностируется с первых лет жизни. Скандинавские, североамериканские и японские цитогенетики впервые в 1959 г. установили, что болезнь связана с трисомией по очень маленькой 21-й хромосоме. Дети с синдромом Дауна рождаются с достаточно высокой частотой - один на 750 новорожденных. Они чаще встречаются у сравнительно пожилых матерей (со средним возрастом 35 лет). У больных маленькая головка, плоское лицо с выступающими скуловыми дугами, узкие глазные щели, маленький пуговчатый нос. Внешне они очень неуклюжи, умственная отсталость резко выражена, они, как правило, бесплодны.
Трисомия по другим хромосомам встречается гораздо реже. Во всех случаях наблюдается отклонение от нормы физических признаков и умственная депрессия. Выявлены новорожденные, у которых есть дополнительная 8-я хромосома (аномалии тела и низкий уровень интеллекта), 9-я (нарушение костей скелета и суставов, пороки сердца, аномалии почек и мочевыводящих путей), 13-я (синдром Патау, сопровождающийся нарушениями в строении головного мозга и лица), 18-я (синдром Эдвардса, характеризующийся недоразвитием костной системы и пороками сердца), 22-я хромосома (отставание в физическом и умственном развитии).
Выявлены также случаи частичной трисомии и моносомии. Все это больные, неполноценные люди с различными типами нарушения развития физических и психических признаков.
Присутствие второй Х-хромосомы определяет полноценное развитие яичников и половых органов по женскому типу. Образование первичных половых закладок в направлении мужского пола определяется наличием в хромосомном наборе Y-хромосомы. Нарушение баланса половых хромосом приводит к глубоким изменениям организмов. При наличии только одной половой хромосомы X происходит ненормальное развитие женского плода. Возникающую в результате нарушения хромосомного набора патологию впервые описал в 1925 г. русский врач Н. А. Шерешевский (синдром Шерешевского-Тернера). Он проявляется в малом росте, медленном половом развитии, бесплодии, наличии своеобразных кожных складок на шее.
У кариотипа с двумя Х- и одной Y-хромосомой развивается плод мужского пола с рядом недостатков. Это нарушение баланса хромосом было установлено в 1942 г. и получило название синдрома Клейнфельтера. Он выражается в сильном ослаблении сперматогенеза, почти полном бесплодии, инертности и умственной отсталости. При высоком росте больные имеют женский тип строения скелета и тела, у них недоразвиты вторичные половые признаки.
Иная клинико-генетическая структура у лиц с двумя Y- и одной Х-хромосомой. По обобщенным данным такие случаи встречаются с частотой один на тысячу новорожденных мальчиков. Внешне это мужчины с нормальным физическим и умственным развитием, обычно высокого роста. Людей с добавочной Y-хромосомой часто выявляли среди правонарушителей, что дало повод высказать предположение об определенных отклонениях у некоторых из них в социальном поведении.
При массовом обследовании новорожденных, детей школьного возраста и психически больных людей были выявлены лица женского пола с тремя Х-хромосомами. Они имеют нормальное физическое и умственное развитие, нормальную плодовитость и по внешним признакам их трудно выделить. У некоторых из таких женщин описаны изменения в половой системе. Аномалии развития встречаются редко. Но они чаще, чем обычные люди, страдают шизофренией.
Увеличение числа дополнительных Х-хромосом приводит к нарастанию отклонений от нормы. Но даже женщины с двумя лишними хромосомами могут дать нормальное потомство. В большинстве же случаев при двух и трех дополнительных Х-хромосомах женщины умственно неполноценны, у них наблюдаются отклонение в системе половых органов, изменение скелета, аномалии зубов и черепно-лицевая дисморфия.
В большом количестве случаев наблюдалось изменение размеров различных хромосом за счет дупликации отдельных участков или их утери. Такие отклонения часто приводят к наследственной патологии. Установлены аномалии скелета, деформации мозговой и лицевой частей черепа, пороки сердца. Частичная дупликация 13-й хромосомы вызывает синдром «кошачий глаз», сочетание двух врожденных пороков развития - дефекта радужной оболочки глаза и атразии анального отверстия.
Другой сходный по названию синдром «кошачий крик» обусловлен потерей участка 5-й хромосомы. У детей с этим синдромом поражена нервная система, нарушено строение гортани, что создает специфический для болезни плач. Утеря участка 11-й хромосомы приводит к проявлению синдрома отсутствия радужной оболочки глаза и другим глазным аномалиям (глаукома, катаракта, помутнение роговицы). Частичная потеря 18-й хромосомы приводит к умственной отсталости, задержке физического развития, лицевым дисморфиям.
Основная часть наследственных болезней человека связана с генными мутациями, при которых одно азотистое основание заменено другим. Например, серповидноклеточная анемия вызвана изменением всего лишь одного азотистого основания среди 1500, входящих в состав гемоглобина. В результате из 300 аминокислот кодируемого белка включается одна иная аминокислота. Глобин теряет способность к транспорту кислорода, и дети при рождении погибают.
Выявление генных мутаций и исследование характера их наследования наиболее успешно осуществляется на основе анализа биохимического состава гена. О мутации гена судят косвенно, по его белковому продукту. Для структурных белков определяют количественное соотношение и типы полипептидных субъединиц, электрофоретическую подвижность. Примером установления первичного биохимического дефекта при наследственной патологии может быть группа болезней накопления гликозамипогликанов мукополи-сахаридозы. В 1952 г. были описаны два синдрома этих болезней - Гурлер и Хантера.
Оказалось, что основные клинические проявления синдромов связаны с накоплением в клетках и основном межклеточном веществе многих органов, костной и мягкой соединительной ткани мукополисахаридов. Избыточное содержание этих полимеров происходило из-за отсутствия их расщепления в специальных органеллах клетки - лизосомах. Исследования биохимических характеристик гликозамипогликанов позволили идентифицировать в тканях человека девять типов мукополи-сахаридозов при разных формах болезней.
Диагностика генных мутаций у человека связана с изучением конкретного клинического и биохимического врожденного дефекта. Измеряется активность того или иного фермента. При массовых обследованиях, в частности среди новорожденных, используют скрининг-программы (диагностика наследственных заболеваний). В крови или моче выявляют вещества, которые в норме не встречаются в больших количествах. Может возникнуть также дефицит продукта определенной реакции. Например, у лиц с наследственной болезнью Мак-Ардля наблюдается дефект фермента фосфорилазы, расщепляющего гликоген. В связи с этим при мышечной нагрузке концентрация молочной кислоты - конечного продукта распада глюкозы - в отличие от нормы не увеличивается.
Теоретически возможна мутация по любому структурному или регуляторному участку гена каждого фермента. Уже известно более 100 генных мутаций по определенным ферментным генам. Кроме того, предполагают, что некоторые из ферментных дефектов ведут к гибели особи на ранней стадии развития.
Врожденным дефектом цистатионинсинтетазы - фермента, участвующего в образовании цистатиона, вызывается гомоцистинурия. Этот фермент выполняет важную функцию в нервной системе. У людей с гомоцистинурией длинные конечности, костлявая фигура. У них ослаблены соединительнотканные связки скелета, разболтаны суставы, наблюдаются вывихи хрусталика глаза, приводящие к плохому зрению, встречается умственная отсталость.
Обнаружены также мутации генов ферментов углеводного обмена. Известны гликогенозные заболевания, вызванные дефектом различных ферментов, участвующих в распаде гликогена, образовании и переработке глюкозы. Происходит избыточное отложение гликогена в скелетной мускулатуре, сердечной мышце и печени. Гликогенозы могут приводить к умственной отсталости, печеночной недостаточности и мышечной слабости. Другой пример нарушения углеводного обмена - галактозимия. Она связана с недостаточной активностью галактозо-1-фосфотуридилтрапсферазы. Этот фермент переводит в кишечнике молочный сахар (галактозу) в глюкозу и в таком виде утилизируется организмом. Если этот путь метаболизма галактозы, которая входит в состав материнского молока, нарушен, в организме ребенка накапливается галактоза и ее фосфат. В результате происходит расстройство нервной системы ребенка, с самого рождения наблюдаются сильная желтуха, поражение печени и селезенки, умственная отсталость, возможна даже смерть.
Наследственные болезни липидозы характеризуются нарушением обмена жиров и жироподобных веществ (липидов). Они сопровождаются тяжелыми нарушениями умственных способностей, расстройством жизненно важных функций нервной системы.
Наряду с болезнями, вызванными мутациями отдельных генов, есть заболевания, связанные с нарушением комплекса генов. В этих случаях степень проявления болезни определяется различной комбинацией генов. Такие болезни широко распространены, их относят к наследственно предрасположенным. Наибольшее значение среди них имеют атеросклероз, гипертоническая болезнь, сахарный диабет, некоторые психические болезни. Их проявление в большой мере зависит от влияния внешней среды. Избыточное питание, длительное перенапряжение нервной системы, психические травмы способствуют развитию атеросклероза. Сахарный диабет связан с недостатком инсулина. Генотерапия основана на ежедневном введении в организм человека дефицитного гормона.
7. Оцените уровень информированности населения вашего района о роли медико-генетического консультирования в формировании будущего здоровья нации. Обсудите результаты с одноклассниками, сделайте выводы и представьте их для ознакомления общественности.
Медико-генетическое консультирование - специализированный вид медицинской помощи - является наиболее распространенным видом профилактики наследственных болезней. Суть его заключается в определении прогноза рождения ребенка с наследственной патологией, объяснении вероятности этого события консультирующимся и помощи семье в принятии решения о дальнейшем деторождении.
Еще в конце 20-х годов С.Н.Давиденков в России, впервые в мире организовал медико-генетическую консультацию при Институте нервно-психиатрической профилактики. Он четко сформулировал задачи и методы медико-генетического консультирования. Однако развитие данной области профилактики и генетики человека в целом затормозилось в 30-х годах практически во всех развитых странах. Это было связано с тем, что в нацистской Германии для обоснования геноцида использовали генетические концепции и ввели насильственную стерилизацию как метод "оздоровления расы". В Москве был закрыт Медико-генетический институт. В США медико-генетические консультации (кабинеты) начали организовываться в 40-х годах, но действительно интенсивное развитие такой помощи в разных странах (в том числе в России и Германии) началось в 60-70-х годах. К этому времени уже отмечался большой прогресс в изучении хромосомной патологии и наследственных болезней обмена веществ. Термин "медико-генетическая консулътация" определяет два понятия:
1) консультация врача-генетика как врачебное заключение;
2) структурное подразделение в каком-либо звене здравоохранения (при больнице, при объединении, поликлинике и др.).
Показаниями для медико-генетического консультирования являются:
1) рождение ребенка с врожденным пороком развития;
2) установленная или подозреваемая наследственная болезнь в семье в широком смысле слова;
3) задержка физического развития или умственная отсталость у ребенка;
4) повторные спонтанные аборты, выкидыши, мертворождения;
5) близкородственные браки;
6) воздействие подозреваемых на тератогенность или известных тератогенов в первые 3 мес. беременности;
7) неблагополучное протекание беременности. В принципе каждая супружеская пара должна пройти медико- генетическое консультирование до планирования деторождения (проспективно) и безусловно после рождения больного ребенка (ретроспективно).
В настоящее время такой тип консультирования набирает обороты, так как мутагенных факторов, вызывающих различные заболевания становится все больше.