Лекция 5. Наследственность и здоровье

В результате изучения главы студент должен:

знать

• молекулярные основы наследственности;

• типы наследственных заболеваний;

• медико-социальные проблемы больных с наследственной патологией;

уметь

• использовать деятельность медико-генетических консультаций в практике социальной работы;

владеть

• современной теорией генетической обусловленности здоровья.

Характеристика наследственных факторов

Специалисты, работающие в области генетики, отмечают все более значимую роль наследственных факторов в развитии патологии. Во многом это объясняется расширением и качественным улучшением диагностической базы генетики. Однако до сих пор в этой области остаются значительные медико-социальные проблемы. Они сформировались в результате двух групп причин.

Первая связана со сложностями, которые испытывала генетика как наука и сфера практической деятельности в истории России, а вторая – с отношением населения к медико-генетическим вопросам. В частности, граждане России недостаточно информированы по вопросам профилактики наследственной патологии, в семьях не сохраняются сведения о тех заболеваниях, предположительно наследственных, которыми страдали их предки.

В связи с этим актуальными являются вопросы информированности населения по медицинским и социальным вопросам генетики, более широкое внедрение медико-генетического консультирования молодых людей, "ступающих в брак и планирующих ребенка. Данная деятельность должна осуществляться не только медицинскими, но и социальными работниками.

Наследственность – это присущее всем живым организмам свойство обеспечивать в ряде поколений преемственность одинаковых признаков и особенностей развития, а также характера их индивидуального развития, что является основой воспроизведения форм жизни по поколениям.

Объем передаваемой наследственной информации от одного поколения к другому составляет десятки тысяч генов, которые содержатся в ядрах всех яйцеклеток и сперматозоидов. Каждый ген кодирует синтез одного специфического белка. Гены в определенном порядке расположены в хромосомах, что обеспечивает строгую упорядоченность передачи наследственной информации и даст возможность предсказания особенностей будущих организмов. Клетка содержит по две хромосомы каждого типа, поэтому каждый ген представлен в ней дважды. Вследствие строгой упорядоченности процесса деления каждая дочерняя клетка также получает по две хромосомы каждого типа и по два полных набора генов.

Исключение составляют деления клеток, при которых образуются гаметы (яйцеклетки и сперматозоиды). В этих случаях члены каждой пары хромосом расходятся и попадают в разные клетки, так что зрелые яйцеклетки и сперматозоиды содержат только по одной хромосоме каждого типа и по одному набору генов. При слиянии клеток в процессе оплодотворения парность хромосом и генных наборов восстанавливаются.

В каждой клетке любого организма данного вида содержится определенное число хромосом. У человека их насчитывается 46. Хромосомы всегда парны. Так, 46 хромосом человека распределены в 23 пары. Они отличаются друг от друга по длине, форме, наличию утолщений или перетяжек.

Вследствие строгой упорядоченности процесса клеточного деления каждая дочерняя клетка получает в точности такие же хромосомы, какими обладала материнская клетка. Если в дочерней клетке в результате какого-либо нарушения деления оказалось больше или меньше хромосом, чем было в материнской клетке, то это приводит к развитию патологии или гибели клетки, а также целостного организма. Процесс деления обеспечивает строго равномерное распределение хромосом между двумя дочерними ядрами. В результате этого все клетки имеют совершенно одинаковые наборы хромосом.

Хромосомы содержат генетическую информацию, закодированную в дезоксирибонуклеиновой кислоте (далее – ДНК), а процесс деления обеспечивает полную передачу информации каждому из дочерних ядер. В результате каждая клетка обладает генетической информацией, необходимой для развития всех признаков организма. Постоянство числа хромосом в последовательных поколениях обеспечивает мейоз – процесс, происходящий при созревании яйцеклеток и сперматозоидов. Для обозначения этих специальных половых клеток используется термин "гаметы". Мейоз состоит из двух клеточных делений, при которых число хромосом уменьшается вдвое, поэтому гаметы содержат вдвое меньше хромосом, чем другие клетки организма.

При слиянии одинарного набора хромосом сперматозоида с одинарным набором яйцеклетки при оплодотворении восстанавливается удвоенное число хромосом. Таким образом, продукт слияния половых клеток (зигота) и образующиеся из него путем митотического деления соматические клетки содержат диплоидное число хромосом. Каждая особь получает ровно половину своих хромосом и половину генов от матери, а другую половину – от отца. В зависимости от характера взаимодействия генов потомок может походить на одного из родителей больше, чем на другого. Однако вклад обоих родителей в его наследственность одинаковый.

Законы наследственности вытекают из поведения хромосом в митозе, мейозе и при оплодотворении. В каждой хромосоме содержатся гены, отличающиеся один от другого, и каждый из этих генов контролирует наследование одного или нескольких признаков. Хромосомы в соматических клетках парные, поэтому генов каждого типа содержится также два. Хромосомы расходятся в мейозе и перекомбинируются при оплодотворении. То же самое происходит с генами. Каждая хромосома состоит из генов, расположенных в определенной линейной последовательности, а в каждой паре гомологичных хромосом гены расположены в одинаковом порядке. Гены определенных признаков находятся в определенных местах хромосомы, которые называются локусами.

Гены бывают рецессивными, т.е. проявляют свое действие, когда их два. Доминантный ген проявляет свое действие в единственном числе. Если организм имеет два одинаковых гена, кодирующих какой-либо признак, то такой организм называют гомозиготным. Если организм содержит один доминантный и один рецессивный ген, то такой организм является гетерозиготным.

Внешнее видимое проявление наследуемых признаков у определенной особи называется ее фенотипом, а генетическая конституция – генотипом, который является совокупностью всех генов организма (нормальных или патологических), полученных от обоих родителей и располагающихся в хромосомах клеток.

Принцип тождественности гомологичных хромосом по величине и форме не соблюдается в случае характеристики половых хромосом. Женщина имеет две идентичные половые хромосомы (Х-хромосомы), а мужчина имеет только одну Х-хромосому, и еще одну, называемую Y-хромосомой. Таким образом, мужчины имеют 22 пары аутосом плюс одна X- и одна Y-хромосомы (половые хромосомы).

У человека образуются сперматозоиды двух типов: одна половина содержит Х-хромосому, другая – Y. Все яйцеклетки содержат по одной Х-хромосоме. Оплодотворение яйцеклетки сперматозоидом с Х-хромосомой ведет к образованию женской зиготы XX. Оплодотворение яйцеклетки сперматозоидом с Y-хромосомой заканчивается образованием мужской зиготы XY. Число сперматозоидов с X- и Y-хромосомами одинаково, поэтому мальчики и девочки должны рождаться примерно в равном количестве. Однако мальчиков рождается чуть больше (на 100 девочек 106 мальчиков), что, возможно, связано с меньшими размерами Y-хромосомы и ее способностью легче проникать в яйцеклетку. У человека Х-хромосома содержит большое количество генов, а в Y-хромосоме их немного (это гены, определяющие мужской пол).

В дифференциации мужского пола особая роль принадлежит гену SRY, что обозначает "определяющая пол область хромосомы Y". Признаки, контролируемые генами, локализованными в Х-хромосоме, называются сцепленными с полом. Потомки мужского пола получают свою единственную хромосому от матери, вследствие чего наследуют все гены, определяющие признаки, сцепленные с полом. Потомки женского пола получают по одной Х-хромосоме от матери и отца. В мужской зиготе, имеющей лишь одну Х-хромосому, содержится только по одному гену из каждой пары генов, локализованных в Х-хромосоме.

Изменения наследственности возникают под влиянием физических, химических и биологических факторов внешней среды, которые носят название "мутагенные факторы" и способны вызывать мутации.

Мутации – это внезапно возникающие изменения генетической информации, происходящие на протяжении индивидуальной жизни человека. Они являются наиболее частыми причинами возникновения наследственной патологии. Мутации происходят в соматических и половых клетках на генном, хромосомном и геномном уровнях. В связи с этим различают мутации генные, хромосомные и геномные соматических и половых клеток. К развитию наследственной патологии могут привести спорадические мутации (они впервые возникают в половых клетках родителей) и унаследованные (передающиеся от отдаленных предков).

Генные мутации являются новым молекулярным состоянием гена. В наследственную патологию они трансформируются редко, так как в клетках функционирует молекулярная система распознавания произошедшего изменения, уничтожения измененного гена и восстановления нормального. Генные мутации, возникшие в половых клетках, будут передаваться в следующее поколение, и часть их приведут к развитию наследственной болезни. Мутации в соматических клетках наследуются только в определенных клеточных клонах. Например, так происходит при онкологических заболеваниях.

Одной из основных причин заболеваний, наследуемых по аутосомно-рецессивному типу, является вновь возникшая мутация в отдельных половых клетках одного из родителей. Вероятность передачи от пего мутации своим детям составляет 50%. Частота вновь возникающих мутаций в отдельных генах обратно пропорциональна тому, насколько проявления этой мутации влияют на приспособленность больного. Под приспособленностью понимают способность больного дожить до репродуктивного возраста и оставить потомство.

Все аутосомно-доминантные заболевания снижают приспособленность больных. Однако происходит это в разной степени. При ихтиозе (повышенном ороговении кожи) приспособленность носителей не снижена, поэтому повторно гены возникают редко. При ахондроплазии (недоразвитии хрящевой ткани) носители стерильны, поэтому новая мутация является причиной заболевания в 80% случаев.

Вторым признаком аутосомно-доминантных заболеваний является мозаицизм зародышевых клеток, что сопровождается появлением болезни у клинически совершенно здоровых родителей.

При аутосомно-доминантных заболеваниях необходимо оценивать такие свойства гена, как его пенетрантность и экспрессивность.

Пенетрантность – это доля лиц, у которых обнаруживается проявление мутантного гена от всех лиц, унаследовавших этот ген. Пенетрантность может быть полной и неполной. В родословных, где прослеживается наследование аутосомно-доминантного заболевания, неполная пенетрантность гена будет проявляться пропуском поколения.

Экспрессивность – это степень выраженности проявлений гена, индивидуальных различий степени выраженности симптомов конкретного наследственного заболевания.

При аутосомно-рецессивной патологии родители больных детей являются гетерозиготными носителями и клинически совершенно здоровы. Вероятность появления больного в семье, в которой оба родителя являются гетерозиготными носителями мутантного гена, составляет 25% и не меняется для любой беременности в этой супружеской паре.

Родословные больных с аутосомно-рецессивными заболеваниями указывают на здоровых родителей и ближайших родственников, на некоторых больных братьев и сестер. Вступление больного с подобной патологией в брак с гомозиготным партнером сопровождается рождением здоровых детей, которые будут являться гетерозиготными носителями. Для появления аутосомно-рецессивных заболеваний наибольшую опасность представляют близкородственные браки, когда вероятность встречи двух одинаковых патологических генов резко увеличивается.

Наследственных болезней, сцепленных с Х-хромосомой, на порядок меньше, чем доминантных и рецессивных. Поведение генов, расположенных в половых хромосомах, строго соответствует поведению самих хромосом. Когда измененный ген находится в одной из Х-хромосом матери, то эту хромосому получают 50% сыновей и 50% дочерей матери-носительницы. Если ген ответственен за рецессивное заболевание, то сама мать здорова, так как у нее есть вторая нормальная хромосома.

Болезнь разовьется у той половины сыновей, которая получит Х-хромосому с мутантным геном. У дочерей, получивших от матери мутантную хромосому, болезнь не разовьется, так как они получают нормальную вторую хромосому X от отца. Таким образом, если мать является носительницей рецессивного гена, сцепленного с Х-хромосомой, вероятность возникновения наследственного заболевания у сыновей составит 50%, а у дочерей – 0%. При этом вероятность гетерозиготного носительства у дочерей составит 50%.

Хромосомные мутации – это структурные изменения хромосом. По механизмам развития могут быть разнообразными и сложными. В качестве примера можно назвать транслокацию (обмен сегментами между хромосомами). Она является причиной траслокационной разновидности болезни Дауна.

Геномные мутации – это изменение количества хромосом. Чаще всего наблюдаются трисомии (увеличение количества на одну) или моносомия (отсутствие одной из хромосом). К сравнительно редким формам геномных мутаций относятся триплоидия и тетраплоидия – наличие одного или двух добавочных гаплоидных набора хромосом. Геномные мутации обычно сопровождаются изменениями фенотипа и приводят к самопроизвольному аборту или хромосомной болезни. Они возникают в результате нерасхождения, отставания или элиминации хромосом в процессе деления клеток.

Мутации возникают постоянно как в процессе обычных физиологических функций (спонтанный или естественный мутагенез), так и в результате дополнительных воздействий на наследственные структуры физических, химических и биологических факторов (индуцированный мутагенез).

Спонтанные мутации обусловлены биохимическими изменениями в клетке, воздействием естественного радиационного фона или ошибками при делении.

Индуцированные мутации могут быть результатом действия ионизирующего излучения, многих химических веществ и вирусов. К ионизирующим агентам, обладающим мутагенной активностью, относятся электромагнитные излучения, быстрые нейтроны и альфа-частицы. Из химических веществ мутагенной активностью могут обладать противоопухолевые лекарственные препараты, пестициды, формальдегид, бензол, пищевые добавки (цикламаты, ароматические углеводороды). Повреждение хромосом соматических клеток человека может наблюдаться при гриппе, краснухе, кори, эпидемическом паротите и ветряной оспе.