Одним из основных объектов генетических исследований служитсам  человек.  На  нашей  планете  проживает  6  млрд  человек,  и  всеони  разные.  Не существует, за исключением однояйцевых близнецов,  обладающих  одним  и  тем  же  генотипом,  двух  совершенно

одинаковых людей.  Уже в момент оплодотворения  зиготы  будущийчеловек генетически  уникален. Даже если бы  родители отличалисьдруг  от  друга  лишь  по  одному  гену  каждой  пары  хромосом  и  небыло бы  перекреста гомологичных хромосом, то и  при этих условиях  количество  возможных генотипических комбинаций  выражается астрономическим  числом  2²³ .  В действительности  таких  комбинаций  на много  порядков больше,  поскольку различий  по каждойгомологичной  паре  хромосом  может  быть  гораздо  больше,  чем  поодному гену,  и,  как мы уже знаем,  в  природе  широко  распространено  явление  кроссинговера,  или  перекреста  хромосом.  Действиезаконов  наследственности  распространяется  на  всех  представителей  растительного  и  животного  мира,  в  том  числе  на  человека. Среди  химических  препаратов,  выпускаемых  промышленностью  и  применяемых в сельском  хозяйстве,  фармакологии,  космической  индустрии,  есть  такие,  которые  вызывают  мутации.  Действие  подобных  мутагенов  может представлять  опасность для  здоровья  человека  и  его  потомства.

Генетика человека развивается все возрастающими темпами. Ужесейчас  мы  знаем  о  характере  наследования  у  человека  более  чем2000  признаков.  Известно,  что  некоторые  заболевания  обусловлены наследственными факторами.  Правильная диагностика наследственных  болезней  важна для  их  правильного  лечения.

Методы изучения наследственности человека. 

Методы экспериментальной  генетики,  возможные  при  исследовании  процессовнаследственной изменчивости у микроорганизмов, растений  и целого  ряда  видов  животных,  неприемлемы  по  отношению  к  человеку.  Помимо чисто этических норм одна  из основных проблем  —низкая  скорость  воспроизведения  человека  и  относительно  малочисленное  потомство  от  одной супружеской  пары.  Поэтому  методы медицинской генетики имеют свою особую специфику. 

В настоящее  время  в  генетике  человека  применяют следующие  основныеметоды  изучения  наследственности: 

·         генеалогический, 

·         близнецовый, 

·         цитогенетический 

·         биохимический.

Генеалогический  метод  обычно  используют  для  изучения  наследственных заболеваний  и наследования различных  признаков.

Метод  основан  на  поколенном  изучении  родословной  семей.  Генетикам удалось установить характер наследования  различных нормальных и  патологических признаков у человека:  цвета глаз,  цветаи  структуры  (формы)  волос,  тембра  голоса,  роста,  числа  пальцеви т.д.  Причем эти  и другие признаки  передаются по наследству позаконам Менделя.

Семьи  с  хорошо  отслеженной  родословной  представляют  особый интерес. Так, выяснен характер наследования гена гемофилии.  В английской королевской семье носителем  гена гемофилии  была  королева  Виктория  (1819—1901).  Все  потомки  муж­

ского  пола,  которые  получили  Z-хромосому  с  мутантным  геном(включая  царевича  Алексея  в  России),  страдали  тяжелой  наследственной  болезнью  —  гемофилией,  или  слабой  свертываемостьюкрови.  Генеалогическим  методом  был  доказано  наследование  таких  заболеваний,  как  сахарный  диабет  (рецессивный  признак),врожденная  глухота  (рецессивный),  шизофрения  (рецессивный). Выявлена наследственная  предрасположенность к заболеванию туберкулезом.

Музыкальные,  математические  и  некоторые другие  способности  также  могут  передаваться  по  наследству.  Например,  в  многочисленном  роду  Бахов  из  Тюрингии  (Германия)  на  протяженииXVII —XVIII веков было несколько поколений музыкантов, в томчисле  и  великий  композитор  Иоганн  Себастьян  Бах  (1685— 1750).

Известными  немецкими  музыкантами  были  и  сыновья  Баха  —Вильгельм  Фридеман  и  Иоганн  Кристиан  Бах.

Сущность  близнецового  метода  заключается  в  изучении  развития  признаков у близнецов.  У человека бывают близнецы двух типов: разнояйцевые, или неидентичные, и однояйцевые, или идентичные.  Разнояйцевые близнецы появляются при оплодотворении

несколькими  сперматозоидами  соответствующего  числа  яйцеклеток  (чаще  двух,  значительно  реже  трех  и  даже  четырех-пяти).  Учеловека  одна  двойня  приходится  на  80 — 85  одноплодных  родов,одна  тройня  —  на  6 — 8  тыс.  Разнояйцевые  близнецы  могут  бытькак  однополыми,  так  разнополыми  и  похожими  друг  на  друга  неболее,  чем  обычные  братья  и  сестры.Иногда  одна  яйцеклетка  дает  начало  двум  (реже  3 — 5)  эмбрионам-близнецам. Из такой оплодотворенной яйцеклетки и развиваются  однояйцевые  близнецы,  всегда  относящиеся  к  одномуполу и  похожие друг на друга  как две  капли  воды;  у  них  одинаковая  группа  крови.  Они  имеют  один  и  тот  же  генотип,  различиямежду  ними  обусловлены  исключительно  влиянием  среды.  Однояйцевые  близнецы  составляют  15 %  от  всех  многоплодных родов.  Изучение  идентичных  близнецов дает  ценнейший  фактический  материал  о  роли окружающей  среды  в развитии физических ипсихических  свойств личности,  поскольку  на двух людей  не  могутдействовать  абсолютно  одинаковые  факторы  среды  на  протяже­

нии всей  их жизни.

Цитогенетический  метод  основывается  на  микроскопическомисследовании числа и  структуры  хромосом.  Хромосомные  структуры лучше всего отслеживаются на стадии  метафазы  митоза.  У человека  46  хромосом  в диплоидном  наборе.  Хромосомы  человека  невелики по размерам.  Их изучают под  микроскопом,  используя  метод  окрашивания,  а  также  приготовляют  специальные  препараты из лейкоцитов  крови,  по которым легко  определять  число хромосом и их структуру.

С помощью биохимического метода выявляют патологии  человека,  связанные  с  нарушениями  нормального  хода  обмена  веществ:углеводного,  аминокислотного,  липидного,  кетонного  и  другихтипов  обмена.  Известно  несколько  десятков  таких  наследственнообусловленных  патологических  отклонений.

В  последние  годы  медицинская  генетика развивается  особенноинтенсивно. Это связано не только с совершенствованием техникиисследований  (изучение  ультраструктуры  клеточных  органоидов),но  и  с  тем,  что  целый  ряд  отклонений  от  нормы  и  заболеванийчеловека  имеет  генотипическую  природу.Установлено,  что  многие  наследственные  заболевания  связаныс  изменением  числа  хромосом  или  с  изменением  структуры  отдельных хромосом.  Речь идет о  группе хромосомных мутаций.  У человека  известно  свыше  100  аномалий,  связанных  с  изменениемчисла хромосом и их строения.  Подобные нарушения обусловливают  заболевания,  называемые  хромосомными  болезнями.  Например,такое  наследственное  заболевание,  как  синдром  Дауна,  связано  споявлением третьей лишней хромосомы в 21  паре хромосом.  В диплоидном  наборе  такого  больного  47  хромосом.  Люди,  страдающие  синдромом  Дауна,  характеризуются  умственной  отсталостью,низким  ростом,  короткими  конечностями,  специфическим  выражением лица.  Большинство таких хромосомных нарушений связано со случайными отклонениями  в процессе мейоза. Дляданного  случая  известно,  что  если  при  мейозе  обе  гомологичныехромосомы  отойдут  к  одному  полюсу,  то  образуется  гамета  с  одной лишней  хромосомой.  При  ее  слиянии  с  нормальной  гаметойобразуется  зигота  с  2n  =  47.

Ярким  примером  наследственно  обусловленного  отклоненияв  нарушении  обмена  служит диабет,  или  сахарная  болезнь.  Заболевание  связано  со  снижением  функции  поджелудочной  железы,выделяющей  в  кровь  гормон  инсулин.  Недостаток  гормона  приводит  к  избыточной  концентрации  сахара  в  крови.  Введение  ворганизм  инсулина  снижает  содержанием  сахара  в  крови  и  темсамым  нормализует  ход  обмена  веществ.  Такие  меры,  естественно,  не  затрагивают  генотип,  а  лишь  контролируют  его  феноти-

пическое  проявление.  Сам ген диабета остается  и  может быть передан  по  наследству.

С  помощью  медицинской  генетики  возможно  прогнозироватьвероятность  рождения  детей  с  наследственными  заболеваниями,причем  в некоторых случаях  передающихся через поколение. У абсолютно  здоровых родителей  могут быть дети,  страдающие  наследственными заболеваниями их дедушек и бабушек.  В  1869 г. английским  антропологом  Фрэнсисом  Гальтоном  было  создано  учение  онаследственном  здоровье  человека  и  путях  его  улучшения,  получившее впоследствии название  евгеники.  В современной  науке этипроблемы  решаются  в  рамках  медицинской  генетики.

В  связи  с  этим  большое  значение  приобретает  медико-генетическое консультирование.  Показано,  что в  крови  «резус»  —  ген,  ответственный  за  резус-фактор,  бывает  в двух  состояниях:  «резус  +»и  «резус -».  Если,  например,  женщина резус-отрицательна,  а  мужчина  резус-положителен,  то  плод  может  быть  резус-положителен.

Такой  плод  выделяет  в  кровеносную  систему  матери  антиген,  аорганизм  матери  начинает  вырабатывать  защитные  антитела,  разрушающие  кроветворную систему плода.  Подобная  реакция  может привести  к  гибели  плода  и  отравлению  материнского  организма.Такие  браки  нежелательны.

Также  нежелательны  браки между близкими родственниками  —двоюродными братьями  и сестрами.  В изолированных популяциях(изолятах)  в  силу  географических,  социальных  и  других  причинчастота  близкородственных  браков  бывает значительно  выше,  чемв обычных, так называемых открытых популяциях.  Вероятность передачи  наследственных  заболеваний  при  браках  между  близкимиродственниками  резко  повышается  (в десятки,  иногда даже  в  сотни раз). Особенно неблагоприятны близкородственные браки, еслисупруги  гетерозиготны  по  одному  и  тому  же  рецессивному  вредному  гену.

Курение  и  употребление  алкоголя  родителями  резко  повышает вероятность появления на свет потомства,  пораженного тяжелымиформами  наследственных заболеваний. Особо следует отметить влияние  на  генетическое  здоровье  населения  загрязнения  воды,  воз-

духа,  почвы  химическими  реагентами,  обладающими  мутагенными  (вызывают  возникновение  мутаций)  и  канцерогенными  (вызывают  злокачественное  перерождение  клеток)  свойствами.  Важна  тщательная  проверка  на  «генетическую  безвредность»  всех  лекарственных  препаратов,  продуктов  питания,   косметическихсредств  и  препаратов  бытовой  химии.

Материальные основы наследственностии изменчивости

Теория гена и генотипа. Ген — это участок молекулы хромосомной  ДНК  (или  РНК  у  некоторых  вирусов),  кодирующий  первичную  структуру  полипептида,  молекулы  транспортной  или  рибосомальной  РНК.  Действие  гена  как  материального  наследственногофактора  в  процессе  онтогенеза  обусловлено  его  способностью через  посредничество  РНК  определять  синтез  белков.  Ген  рассматривается как материальный наследственный фактор,  как функционально неделимая единица генетического  материала,  или наследственности.

В  1940-е  гг.  Дж. Бидл и  Э.Тейтем  выдвинули  концепцию  «одинген  —  один  фермент», т.е.  один  ген определяет структуру того  илииного фермента.  После дополнений  и уточнений  суть  концепциизаключается в следующем: в клетке имеется так называемый структурный  ген,  который  определяет  порядок  чередования  аминокислотных остатков  в  полипептидных цепях.  В  1965  г.  американскиебиохимики С. Очоа,  М. Ниренберг и др. расшифровали генетический  код  для  белка  —  единую  систему  записи  наследственной  информации в молекулах нуклеиновых кислот. Это своеобразный словарь  кодонов  (триплетов  иРНК),  кодирующих  аминокислоты  изнаки  пунктуации  процесса  белкового  синтеза.

Система  взаимодействующих  генов  образует  генотип,  или  совокупность генов данной  клетки  или организма.  Взаимодействуютмежду  собой  как  аллельные,  так  и  неаллельные  гены.  Взаимодействие  аллельных  генов  осуществляется  по  принципу системы  «доминантность—рецессивность». Доминирование бывает полным  инеполным.Имеет  место  и  вариант проявления  сразу двух  аллелей  —  кодоминирование.   Кодоминирование  наблюдается  при  наследованиигрупп  крови  у человека.  Согласно гипотезе  «сверхдоминирования»,допускается  сверхвыраженность  признака  у  гетерозиготных  особей,  когда  гетерозиготы  по  определенному  гену  превосходят  по

своим  характеристикам  соответствующие  гомозиготы.  По-видимому,  этот  механизм  лежит  в  основе  явления  гетерозиса,  или  превосходства  гибридов  первого поколения  по ряду свойств над родительскими  формами.

Известно  много  примеров  взаимодействия  неаллельных  генов.Одним  из  примеров  взаимодействия  пар  генов  является  наследование формы  гребня  у  некоторых пород  кур.  При  комбинации  генов возникают следующие варианты формы гребня:  простой {aabb),гороховидный  (ааВВ,  ааВЬ),  ореховидный  (ААВВ,  АаВЬ)  и  розовидный  {ЛAbb, Aabb).  Помимо чисто качественных признаков,  результатом действия  неаллельных  генов  могут быть  количественныепризнаки:  жирность  молока,  яйценоскость  кур,  размеры  и  массаживотных,  их  плодовитость  и  т.д.

Цитоплазматическая  наследственность.  Ведущая  роль  хромосомв  наследовании  организмом  тех  или  иных  признаков  очевидна.Хромосомная  теория  многократно  и  основательно  подтвержденасовременными  методами  исследования  наследственной  передачипризнаков.  Наряду с  этим  в  цитоплазме  клетки  существуют  ульт­раструктуры,  определяющие  явление  цитоплазматической  наследственности.  Под  цитоплазматическим  наследованием  понимаютвоспроизведение  в  ряду  поколений  признаков,  контролируемыхнуклеиновыми  кислотами  клеточных  органоидов,  таких,  как  митохондрии,  хлоропласты,  а  возможно,  и  другие  нехромосомныеэлементы  клетки.

Пластиды  растений  способны  к  самовоспроизведению  —  ониразмножаются  путем  деления.  В  яйцеклетке  цветковых  растенийлокализованы  пластиды,  переходящие следующему поколению растений.  Как  достаточно  редкое  явление,  передача  пластид  такжевозможна  через  пыльцевую  трубку.Для  растений  описаны  мутации,  приводящие  к полной  или  частичной  потере хлоропластами способности  к синтезу хлорофилла.Передача  подобных  признаков  по  наследству  осуществляется  посредством ДНК хлоропластов. У одноклеточных (например, у простейших)  обнаружена  ДНК  митохондрий  и  установлена  их  способность к самовоспроизведению.

У  высших  эукариот  цитоплазма  передается  женскими  половыми  клетками,  т.е.  при  цитоплазматическом  наследовании наследственная  информация  передается  строго  по  материнской  линии.«Материнский  эффект»  объясняется  тем,  что  яйцеклетка  богата

цитоплазмой, а сперматозоид практически полностью лишен ее.  Вцелом  цитоплазматическая  наследственность  играет  второстепенную  роль,  дополняя  собой  хромосомную  наследственность.