Вступ
В останні десятиліття значно змінилась структура захворювань населення. Захворювання з екзогенними факторами етіології , як то інфекційні авітамінози , отруєння , відійшли на задній план завдяки значним досягненням мікробіології , імунології і біохімії , а на перший план виступили захворювання з ендогенними факторами етіології , тобто спадкові.
За даними експертів Всесвітньої організації охорони здоров’я (ВООЗ) , одна дитина із 100 новонароджених страждає важким спадковим захворюванням внаслідок уродження хромосом , у 4% дітей спостерігаються різні генетичні дефекти. Генетичні дефекти є також причиною 40% спонтанних абортів. Кожна людина є носієм 15-20 потенційно дефектних генів.
Розроблення сучасних біохімічних , цитологічних і генетичних методів досліджень сприяло розкриттю молекулярної сутності багатьох захворювань. Було встановлено , що в розвитку як спадкових , так і не спадкових (екзогенних) захворювань істотне значення має стан генетичного апарату клітин організму. Сьогодні генетика є базовою для всіх біологічних наук , у тому числі й медичних.
Завданням сучасної медицини є поступовий перехід із сфери лікування хворих у сферу запобігання хворобам і збереження здоров’я населення.
Значення основ медичної генетики потрібно не тільки лікарю , а й середньому медичному працівнику під час догляду за хворими і здійснення запобіжних заходів.
Взаємозв’язок генетики з іншими науками
1. Короткий історичний нарис розвитку генетики
Уже в 1750 р. французький лікар П.Мопертюї описав характер успадкування багатополості (полідакталії). Проведений ним аналіз успадкування цієї ознакіи багато в чому передував відкриттю Г.Менделя. У 1814 р. Дж.Адамс опублікував працю , в якій розрізняв не спадкові й спадкові захворювання.
За період 1803-1820 р. кілька лікарів описоли тип успадкування
гемофілії. Швейцарський лікар-офтальмолог Й.Горнер у 1876 р. описав тип успадкування дальтонізму (колірної сліпоти). Російський лікар В.М.Флоринський у монографії ,,Вдосконалення і виродження людского роду” (1866 р.) писав , що збереження і покращення її можливе лише за доцільного підбору подружжя.
Генетика людини як наука виникла завдяки працям англійського вченого Ф.Гальтона (1822-1911 рр.). він разом із Г.Менделем є один із засновників генетики як науки. Гальтон вивчав успадкування розумових здібностей , обдарованість , таланту людини , створив особливий напрям генетики – євгеніку , призначення якої – вдосконалити людину і людський рід.
Менделісти поч. ХХ ст. (У.Бетсон , В.Іогенсен) та ін. Вивчали якісні ознаки , які визначаються окремими генами і стверджували , що ці гени визначають характер спадковості людини.
У 1918 р. Фішер довів, одні ознаки людини визначаються якістю , тобто окремими генами, а другі – кількістю.
У 1900 р. К.Ланштейнер відкрив групи крові системи АВО і тим
самим заклав початок вивченню поліморфних ознак людини.
У 1913 р. було описано поліморфізм відносно виявлення здібностей відчувати смак розчину фенілтіосечовини.
Лікар А.Гаррод (1902 р.) розробляв проблему порушення обміну речовин у людини захворюванні алкаптанурією.
Алкаптанурія – спадкове захворювання , яке зумовлено неповноцінністю фермента оксидази гемогентрозинової кислоти. А.Гаррод сформував знамените положення про спадкові дефекту обміну речовин , тобто заклав основи біохімічної генетики.
Дж.Бідл і Є.Теймен , вивчаючи біосинтез тіаміну , встановили , що за синтез кожного ферменту відповідає певний ген. Вони виклали гіпотезу ,,один ген – один фермент” .
У 1908 р. Д.Харді , математик із кембріджського університету , і В.Вайнберг , лікар із Штутгарда , незалежно один від одного заклали основи популяційної генетики і сформулювали закон , який носить їхнє ім’я. Закон Харді-Вайберга було відкрито під час вивчення розподілу різних ознак у популяцій людини.
У 20-х і 30-х рр. такі досліди , як Р.Фішер і Дж.Халдейн в Англії , С.Вайт у США , Г.Дольберг у Швеції , Л.Хогбен і Ф.Берштейн у Німеччині внесли великий вклад теорію генетики і еволюції , в розробку статистичних методів вивчення генетики людини. Ці вчені описали методи аналізу закономірності успадкування , розщеплення , щеплення ознак і визначення частоти мутації.
Великий внесок у розробку проблем загальної генетики і генетики людини в ті роки внесли вчені М.К.Кольцов , О.С.Себеровский , Ю.О.Філіпченко. Професор С.Г.Левіт , який був керівником Московського Медико-генетичного інституту до 1937 р. проводив цінні дослідження з генетики цукрового діабету.
Великий російський фізіолог І.П.Павлов дійшов до висновку , що треба вивчати генетику для кращого знання фізіології.
У 1956 р. Д.Тійло і А.Леван встановили , що кількість хромосом у соматичних клітинах – 46 , після чого були виявлені зміни хромосом при різних захворюваннях. І.Лежен у 1959 р. відкрив зайву 21-шу хромосому при хворобі Дауна.
У 1969 р. Т.Каперсон запропонував диференціальне фарбування хромосом , що дало змогу розрізняти кожну з хромосом окремо і виявляти зміни їх.
Великий внесок у вивчення загальної генетики людини зробили: М.П.Дубинін , Д.Д.Ромашов , А.А.Малиновський , В.П.Єфроїмсон , М.П.Бочков , І.Р.Барляк , М.А.Пілінський.
В Україні питаннями медичної генетики займалися такі відомі вчені , як Т.І.Юдін , Б.М.Манківський.
Юдін займався питаннями євгеніки , а Манківський – лікуванням хворих спадкову м’язову дистрофію і спадковими захворюванями нервової системи.
Етапи становлення генетики
(1865 р.) 1900-1930 – період класичної генетики:
- створення теорії гена хромосомної теорії спадковості;
- формування уявлення про співвідношення генотипу та фенотипу , взаємодію генів , генетичні принципи індивідуального добору селекції;
- залучення генетичних ресурсів для цілей селекції.
1930-1953 рр. – Період неокласичної генетики
- робота в галузі штучного мутагенезу;
- виявлення того , що ген є складною системою , яка дробиться на частини.
- обгрунтування принципів популяційної генетики;
- створення біохімічної генетики , зясування ролі ДНК.
З 1953 р. – епоха синтетичної генетики
- розкриття структури та генетичної значущості ДНК ;
- з’ясування на молекулярному рівні природи гена;
- початок робіт у галузі генної інженерії.
2. Предмет і завдання генетики
Генетика – наука про закономірності спадковості і мінливості. Спадковістю називається властивість повторювати в ряді поколінь потрібні ознаки і забезпечувати специфічний характер індивідуального розвитку в певних умовах середовища. Завдяки спадковості батьки і потомки мають подібний тип біосинтезу , який визначає подібність у хімічному складі тканин , характері обміну речовин , фізіологічних функцій , морфологічних ознак та інших особливостей. Внаслідок цього кожний вид організмів відтворює себе із покоління в покоління.
Мінливість – це явище , певною мірою протилежне спадковості , і виявляється в тому , що у будь-якому поколінні окремі особи чимось відрізняються і одна від одної , і від своїх батьків. Відбувається це тому , що властивості і ознаки кожного організму – це результат взаємодії двох причин : спадкової інформації і конкретних умов зовнішнього середовища , які можуть впливати як на зміну спадкових задатків , так і на варіабельність виявлення їх.
Генетика як наука виникла внаслідок практичних потреб. При розведенні домашніх тварин і культурних рослин здавна використовувалась гібридизація , порід , сортів і відрізняється один від одного якими-небудь ознаками. Порівнюючи гібриди з вихідними формами , практики давно помітили деякі особливості успадкування ознак. Дарвін надавав великого значення вивченню закономірностей спадковості і мінливості і встановив , що вони лежать в основі еволюції органічного світу.
На вивченні генетичних закономірностей ґрунтується селекція тобто створення нових і покращення існуючих порід домашніх тварин , сортів культурних рослин , а також мікроорганізмів які використовуються у фармацевтичній промисловості , медицині і народному господарстві.
Велике значення має генетика для медицини ветеринарії оскільки багато хвороб людини і тварини спадкові і для лікування їх або запобігання потрібні генетичні досліди.
Основні закономірності має успадкування властивостей і ознак були відкриті Г.Менделем (1822-1884). Однак ці дослідження не були зразу належно оцінені і залишалися мало відомими до 1900 р. , коли водночас три дослідники ( Г.де Фріз у Голландії , Т. Корренс у Німеччині , Є.Чермак в Австрії ) незалежно один від одного вдруге відкрили закони спадковості , сформульовані Менделем. Цю дату вважають датою створення експериментальної генетики .
При вивченні закономірностей успадкування звичайно схрещують організми, що відрізняються один від одного альтернативними, тобто контрастуючими проявами ознаки. Наприклад можна взяти горох
(саме його брав Мендель) з насінням жовтого і зеленого кольорів (ознака – колір насіння), зморшкуватим і гладеньким (ознака – форма насіння), забарвленням квіток пурпуровим і білим (ознака – колір квітки), з високим і низьким стеблом (ознака – розмір стебла). Кожна ознака організму визначається одним або кількома генами. Кожний ген може існувати в кількох формах (станах), які називають алелями (алеломофорними парами). Алелі гена розташовані у гомологічних хромосомах в одних і тих самих місцях (локусах).
Гомозиготи і гетерозиготи.
Якщо в обох гемологічних хромосомах містяться однакові алелі (наприклад, обидва кодують жовте забарвлення насіння або обидва – зморшкувату форму насіння тощо), такий організм називається гомозиготним. Якщо ж алелі різні (наприклад в одній із гомологічних хромосомах алель кодує жовтий пігмент, а в іншій, гомологічній їй, хромосомі алель зеленого пігменту або один алель – гладенької форми, а другий – зморшкуватої форми насіння), то такий організм називається гетерозиготним. Можна сказати і так: зигота, яка утворилась злиттям гамет з однаковими алелями одного гена, називається гемозиготною. Гетерозигота утворюється злиттям гамет, які несуть у собі різні алелі даного гена. Один і той самий організм може бути гомозиготним за одним (або кількома) генами (вв, ББ) і гетерозиготним за іншим (іншими: Аа, Гг).
Генотип і фенотип.
Сукупність спадкових факторів організмів (генів) називається генотип. Сукупність всіх ознак і властивостей організму, які є результатом взаємодії генотипу з зовнішнім середовищем називається фенотипом. Ось чому організми з однаковим генотипом можуть відрізнятися один від одного залежно від умов розвитку і існуванням. Межі, в яких змінюються фенотипові прояви генотипу, називаються нормою реакції.
Актуальні проблеми генетики.
Генетика – наука, що об’єднує навколо своєї проблематики багато біологічних дисциплін.
Біохімічна генетика включає біохімію нуклеїнових кислот, білків і ферментів. Тут застосовуються методи, що використовуються біохіміками і молекулярними біологами (хроматографія, аналіз ферментів).
Цитогенетика займається вивченням хромосом тварин і рослин в нормі і при патології.
Класична генетика розглядає успадкування Менделевських ознак і з допомогою статистичних методів досліджує більш складні типи успадкування.
Клінічна генетика вирішує питання діагностики, прогнозування і лікування різних спадкових хвороб.
Предмет і завдання генетики.
Популяційна генетика вивчає поведінку генів в популяціях і дію таких факторів, як дрейф генів, міграції, мутації і добір.
Генетика поведінки – наука, предметом вивчення якої являються спадкові фактори, що визначають поведінку людей.
Соціальна біологія пояснює поведінку людини в суспільстві на сонові біологічних і еволюційних уявлень.
Завдання генетики.
1.Одне з головних завдань сучасної біології – збільшення ресурсів для населення Землі, що постійно зростає.
Генетика являється теоретичною основою селекції, що розробляє ефективні шляхи і методи одержання нових порід тварин і сортів рослин. Найважливішим інструментом селекції став закон гомологічних рядів, відкритий М.І. Вавіловим.
Генетика – селекціонери використовують такий природний процес, як мутагенез, примушуючи його служити людині. Головна задача селекції майбутнього – одержати спрямовані мутації тобто навчитися стріляти по потрібному гену. При цьому використовують радіоактивне випромінювання і хімічні мутагени.
2.Генетика людини більшістю своїх досягнень зобов’язана тому, що опиралась на закони Менделя, і використовувала методи, що розроблялися в різних областях біології (регуляція активності генів, регуляція діяльності імунної системи і роботи мозку, причини спадкових хв