ГЕНЕТИКА ЛЮДИНИ І МЕДИЧНА ГЕНЕТИКА
РОЗДІЛ І РОЗМНОЖЕННЯ
ТЕМА 4. ГЕНОТИП ЯК ЦІЛІСНА СИСТЕМА
§ 18. ГЕНЕТИКА ЛЮДИНИ І МЕДИЧНА ГЕНЕТИКА
Терміни і поняття: генетика людини; євгеніка; генетичний тягар; спадкові хвороби; патології генні, хромосомні, геномні; захворювання із спадковою схильністю.
Особливості вивчення генетики людини. Багато хто вважає найбільш захоплюючим розділом генетики генетику людини – науку про спадковість і мінливість ознак у людини. І справді, саме у цій царині точаться найжорсткіші наукові дискусії, саме тут впроваджуються найсучасніші наукові
Людина як біологічний вид підпорядковується тим самим закономірностям спадкування, що й будь-яка тварина із статевим способом розмноження, тобто не відрізняється від інших видів ссавців. Будова генетичного апарату людини подібна до будови генетичних апаратів усіх інших мешканців Землі. Його основу становить ДНК, на якій синтезується РНК, що слугує для біосинтезу білків; уся різноманітність генів побудована за участю лише чотирьох нуклеотидів, генетичний код побудований з триплетів. Більше того, багато генів зовсім різних живих організмів повністю ідентичні. Важко собі уявити, але в
Щодо генетичної подібності всіх живих організмів є дуже дотепне порівняння. Уявіть собі, що два сусіди по парті написали твори, в яких однакові не тільки зміст, а й навіть допущені помилки. Ці твори на три аркуші зошита відрізняються лише одним словом у тексті. Цілком очевидно, що учні списали цей твір або один в одного, або з однієї книжки. Саме така надзвичайна подібність будови апарату спадковості і є незаперечним доказом єдності походження всіх організмів на нашій планеті.
Спадкування ознак у людини підпорядковується всім законам і правилам генетики: законам Менделя, Моргана, зчеплення генів, взаємодії алельних і неалельних генів (табл. 13, 14).
Таблиця 13
Приклади деяких домінантних і рецесивних ознак у людському організмі
Ознака | Домінантна | Рецесивна |
Розмір очей | Великі | Маленькі |
Колір очей | Карі | Блакитні |
Тип очей | Монголоїдний | Європеоїдний |
Розоіз очей | Прямий | Розкосий |
Зір | Короткозорість | Норма |
Косоокість | Є | Відсутня |
Підборіддя | Широке | Гостре |
Підборіддя | Довге | Коротке |
Ямка на підборідді | Є | Відсутня |
Форма губів | Товсті | Тонкі |
Ластовиння | Є | Відсутнє |
Густота брів | Густі товсті | Рідкі тонкі |
Форма брів | З’єднуються на переніссі | Не з’єднуються на переніссі |
Вії | Довгі | Короткі |
Форма носа | Круглий | Гострий |
Форма носа | Прямий | Кирпатий |
Величина носа | Великий | Нормальний |
Перенісся | 3 горбочком | Пряме |
Форма ніздрів | Широкі | Вузькі |
Нижня губа | Випнута | Нормальна |
Мисок волосся на чолі | Є | Немає |
Структура волосся | Тверде | М’яке |
Колір волосся | Темне | Світле |
Голос v жінок | Сопоано | Альт |
Голос у чоловіків | Бас | Тенор |
Зріст | Низький | Високий |
Кількість пальців | Багатопалість | П’ятипалість |
Група крові | II. III. IV | І |
Резус-Фактор крові | Позитивний | Негативний |
Колір шкіри | Смаглявий | Світлий |
Структура шкіри | Товста | Тонка |
Провідна рука__ Форма обличчя | Ліва | Права |
Кругла | Довгаста |
Таблиця 14
Приклади деяких ознак з неповним домінуванням в організмі людини
Ознака | Домінантний Фенотип | Гетерозиготний фенотип | Рецесивний Фенотип |
Розмір носа | Великий | Середній | Маленький |
Розмір рота | Великий | Середній | Маленький |
Розмір очей | Великі | Середні | Маленькі |
Відстань між очима | Велика | Середня | Маленька |
Колір брів | Дуже темні | Темні | Світлі |
Кучерявість Волосся | Кучерявеньке | Кучеряве | Пряме |
Оскільки людина – не лише біологічна, а й соціальна істота, то генетичні дослідження виду Homo sapiens відрізняються рядом особливостей:
– для вивчення спадкування ознак у людини не можна застосувати гібридологічний аналіз (метод схрещувань). Люди не бажають давати потомство за вказівками експериментатора. Тому для вивчення гібридизації у людини використовують більш опосередкований генеалогічний метод (мал. 69);
– людині властиві ознаки, які не трапляються в інших організмів: темперамент, математичні, образотворчі, музичні та інші здібності, спадкування яких, мабуть, є найцікавішою частиною генетики людини;
– завдяки суспільній підтримці та медицині можливе виживання людей з явними відхиленнями від норми (у дикій природі такі організми нежиттєздатні).
Що таке євгеніка. Одним із суперечливих і дуже неоднозначних напрямів генетики людини є євгеніка (від грец. євгенес – породистий) – вчення про селекцію людини. На початку XX ст., коли генетика тільки робила перші кроки, це вчення було досить популярне, але нацистський світогляд довів євгеніку до абсурду. Тривалий час учення про селекцію людини входило до розряду злочинів проти людства поряд з расизмом і дослідами над людьми. Сучасну євгеніку поділяють на два напрями.
Негативна євгеніка ставить на меті усунення від участі у розмноженні людей з негативними характеристиками (фізично або розумово неповноцінних, тих, хто страждає спадковими хворобами), тобто штучне підтримання або навіть поліпшення генофонду людини. Однак і такі спроби на практиці стикаються з величезними моральними проблемами. Адже у кінцевому наслідку виникає питання про межу між генетично здоровою і нездоровою людиною. Тому завжди існує небезпека, що критерії
Мал. 69. Приклад гіпотетичного родоводу родини, заснованої двома гетерозиготнимк особинами за рецесивною мутацією. Квадратики – особини чоловічої статі, кружечки – жіночої. Біле зафарбування – рецесивний алель, чорне – домінантний алель. Повне зафарбування – гомозигота, зафарбування навпіл – гетерозигота.
Відбору можуть набути абсурдного характеру, наприклад, “непридатними” для відтворення людства визнають тих, у кого недостатньо високий зріст, дуже блакитні очі або недостатньо хороший музикальний слух.
Яскравою ілюстрацією того, наскільки не досконалі людські критерії відбору, може служити відома історія. У родині батько хворий, у матері туберкульоз. Старший син помер через шість днів після народження, третій син хворий на туберкульоз, п’ята дитина – дівчинка – померла через чотири дні після народження, шоста дитина прожила лише два роки, сьома померла однорічною. Як би поставилася до цієї родини євгеніка? Як ви вважаєте? Але ж один з двох синів, які вижили у цій родині… – Людвіг ван Бетховен!
Другий напрям євгеніки – позитивна євгеніка, метою якої є максимальне залучення до участі у відтворенні людського роду більш здорових, гарних, розумних і обдарованих людей. Останнім часом позитивну євгеніку почали розвивати. Це пов’язане з таким напрямом медицини, як запліднення у пробірці. Як донорів яйцеклітин і сперматозоїдів для тих, хто не здатний сам зачати дитину, намагаються залучати здорових і обдарованих людей.
Генетичні проблеми на рівні людських популяцій. Окремий напрям являє собою генетика людських популяцій (від англ. population – популяція, населення). На відміну від популяцій інших ссавців, у людських поселеннях діють особливі фактори. Це насамперед релігійні та соціальні бар’єри, які накладають обмеження на вільні схрещування. Крім того, у популяціях людини не дуже ефективний природний добір. Справа в тому, що розвиток медицини знижує смертність особин – носіїв генетичного тягаря, тобто особин, які у гетерозиготному стані мають летальні, а в гомозиготному стані – напівлетальні алелі. Саме тому в людини природний добір, спрямований проти несприятливих мутацій, ефективний тільки на ембріональних стадіях, коли нежиттєздатні ембріони гинуть.
Останнім часом дедалі більш актуальним стає питання: наскільки змінився генофонд людської популяції за останні 100 років. З одного боку, відбувалася масова міграція, якої не зазнавало людство за всю свою історію. Внаслідок відбувається безліч міжрасових шлюбів, що веде до змішування і збагачення генофондів. З іншого боку, медичні втручання, які допомагають вижити носіям генетичних вад, забруднення води, повітря та їжі мутагенами, підвищення рівня радіації та озонові дірки мають призводити до підвищення генетичного тягара. Однак сьогодні не існує єдиної точки зору щодо цього. Одні генетики вважають, що факт збільшення генетичного тягаря все ж таки має місце, а інші вважають цей факт наслідком пильнішої уваги до питання і ретельнішими дослідженнями, проведеними останнім часом.
Мал. 70. Типовий приклад домінантної (чорне волосся) і рецесивної (світлий блондин) ознак у людини.
Генетика окремих ознак. Неабиякий інтерес становлять закономірності спадкування окремих ознак людини. У наш час встановлена спадковість більшості нормальних людських ознак. Усіх їх контролюють серії алельних і неалельних генів, розташовані на різних ділянках хромосом. Дія цих генів, як правило, пов’язана з продукуванням певних поліпептидних ланцюгів, які потім складаються в структурні білки або ферменти.
Наприклад, колір волосся контролюють чотири гени, кожен з яких має два алелі: домінантний і рецесивний (табл. 15). Під час комбінування алелів цих чотирьох локусів можливі дев’ять фенотипових станів кольору волосся – від чорного до білого (мал. 70).
Рудий колір волосся контролює інший ген. Його позначають літерою D: DD – яскраво-рудий, Dd – світло-рудий, dd – нерудий.
Таблиця 15
Спадкування кольору волосся (контролюється чотирма генами, успадковується полімерно)
Кількість домінантних алелів | Кількість рецесивних алелів | Колір волосся |
8 | 0 | Чорне |
7 | 1 | Темно-коричневе |
6 | 2 | Темно-каштанове |
5 | 3 | Каштанове |
4 | 4 | Русяве |
3 | 5 | Світло-русе |
2 | 6 | Блондин |
1 | 7 | Дуже світлий блондин |
0 | 8 | Біле |
Сучасна наука схильна припустити: ген рудого волосся, тобто ген, завдяки якому в клітинах синтезується речовина феомеланін, успадкований сучасною людиною від неандертальців, які часто були рудими і світлошкірими. Кроманьйонці були темноволосими. Саме гібридизація кроманьйонців з неандертальцями могла і привести до внесення гена рудого кольору волосся у геном сучасної людини.
Спадкові хвороби. Найбільшого розвитку дістав медичний аспект генетики людини, яка оформилася в особливу науку – медичну генетику. Ця наука передусім вивчає спадкові хвороби – розлади організму, пов’язані з порушеннями генетичного апарату: генів, окремих хромосом або геному.
Мал. 71. Так вигляда рентгенівський знімок кис ті людини з полідактилією
Генні патології – хвороби, викликані неправильною дією одного гена. Такі захворювання з погляду генетики можна аналізувати як генетичну ознаку й вивчати її спадкування на підставі законів Менделя залежно від того, домінантною чи рецесивною вона є.
Типовим випадком домінантної генної патології є полідактилія – наявність на руках або ногах додаткових пальців (мал. 71). Ніяких інших проблем, крім естетичної, полідактилія не несе. Тепер зайві пальці зазвичай видаляють у дитинстві. Раніше ж люди, які народилися із зайвими пальцями, не мали можливості позбутися їх. Шість пальців на руці було й у дружини короля Англії Генріха VIII Анни Болейн.
Прикладом генної патології рецесивного типу спадкування є відома вам фенілкетонурія – захворювання, пов’язане з порушенням обміну речовин (пригадайте матеріал відповідного параграфа). Частота захворювання на фенілкетонурію становить 1 : 10 000 немовлят європеоїдної раси; частота гетерозигот (носіїв гена) – 80 : 10 000 дітей. У представників інших рас ця хвороба трапляється значно рідше. Причина фенілкетонурії – поломка гена (він перебуває у 12-й хромосомі), який кодує фермент, що відповідає за один з етапів перетворення амінокислоти фенілаланіну.
Якщо домінантні мутації генів досить різноманітні за своєю природою і дією, то рецесивні мутації – це різноманітні точкові мутації, які призводять або до порушень синтезу іРНК, або до синтезу поліпептидного ланцюга з неправильним набором амінокислот. В останньому випадку це може спричинити нездатність такого білка (ферменту) виконувати свою функцію.
Хромосомні хвороби. Існують генетичні захворювання, викликані порушенням однієї хромосоми. Іноді це – випадіння шматочка хромосоми. Наприклад, поломка короткого плеча п’ятої хромосоми викликає патологію, яку називають синдромом котячого лементу. Для цього захворювання характерні деформація гортані, через яку голос дитини нагадує нявкання кішки, м’язова слабкість, маленькі вага та зріст, загальне відставання у розвитку й розумова відсталість.
Геномні мутації, або анеуплоїдії. у людей досить часто виникають спадкові хвороби, викликані наявністю зайвої або відсутністю однієї з статевих хромосом. У цьому випадку в каріотипі хворої людини може бути зміненою як кількість Х-хромосом, так і кількість Y-хромосом. Трапляються такі співвідношення статевих хромосом: ХО (синдром Шерешевського-Тернера), XXX, ХХХХ, XXY (синдром Клайнфельтера), XXYY, XYY, XYYY. У тому випадку, якщо в каріотипі
Мал. 72. Хромосомний набір людини чоловічої статі з двома Y-хромосомами. Поперечні смуги на хромосомах виявляють за допомогою спеціальних барвників. За цією ознакою можна легко встановити належність хромосоми до певної пари.
Присутня хоча б одна Y-хромосома, організм розвивається за чоловічим типом. Якщо у каріотипі є тільки Х-хромосоми, організм розвивається за жіночим типом.
Синдром Шерешевського-Тернера і синдром Клайнфельтера мають чітко визначений фенотиповий ефект. Крім того, за цих хвороб відбуваються недорозвинення статевих органів і порушення психіки. Саме тому їх легко діагностувати вже на перших роках життя людини.
Інакше виглядає ситуація з патологіями каріотипу, пов’язаними зі збільшенням кількості Х-хромосом у жінок і Y-хромосом у чоловіків (мал. 72). Частота таких аномалій досить велика й становить 2 : 1000. Однак діагностують цю патологію далеко не в усіх її носіїв. У жінок збільшення кількості Х-хромосом специфічно ніяк не проявляється. Чоловіки, у каріотипах яких присутні зайві Y-хромосоми, також рідко звертаються до фахівців і навіть не знають про свою особливість. Однак з’ясувалася цікава закономірність: кількість носіїв зайвої Y-хромосоми серед ув’язнених істотно перевищує кількість таких людей у середньому по людській популяції. Виявилося, що наявність у каріотипі зайвої Y-хромосоми провокує в чоловіка агресивність. Зовні такі хворі – високі чоловіки з надто довгими руками і лютим виразом обличчя.
За високий зріст та асоціальну поведінку носіїв зайвої Y-хромосоми у середовищі генетиків іноді називають “баскетбольною командою в’язниць”.
Хвороби із спадковою схильністю. Крім захворювань, що чітко успадковуються, існує значна категорія хвороб із спадковою схильністю. Для їх розвитку необхідна комбінація двох факторів: спадковості та впливу середовища. До таких захворювань належать: ішемічна хвороба, цукровий діабет, ревматоїдні захворювання, виразкові хвороби шлунка й дванадцятипалої кишки, онкологічні захворювання, шизофренія та інші захворювання психіки.
Якщо люди із спадковою схильністю до певних хвороб дотримуватимуться відповідного режиму, вестимуть здоровий спосіб життя, хвороби не розів’ються.
Слід пам’ятати, що всі питання здоров’я, пов’язані з медичною генетикою, необхідно вирішувати у медико-генетичних консультаціях. Основна мета медико-генетичного консультування – інформувати зацікавлених осіб про ймовірність ризику появи у потомстві хворих. Для цього аналізують роль генотипу в розвитку даного захворювання і на підставі аналізу прогнозують ризик народження хворих нащадків. До медико-генетичних заходів відносять також пропаганду генетичних знань серед населення. Це допомагає попередити народження хворих дітей.
Генетика людини – наука про спадковість і мінливість ознак у людини. Вивчення геному людини однозначно довело її еволюційне походження. У генетиці людини неможливо застосувати деякі традиційні генетичні методи, зокрема гібридологічний. На генетичні процеси, що відбуваються у популяціях людей, накладають відбиток і соціальні фактори. Євгеніка – вчення про поліпшення людської природи – традиційно є однією з гарячих точок суспільної думки. Медична генетика – наука про спадкові аспекти медичних проблем. Існують спадкові хвороби і хвороби із спадковою схильністю. Спадкові хвороби поділяють на генні, хромосомні і геномні патологи.
