Общие положения генетики

Размещено на http://www.allbest.ru//

Размещено на http://www.allbest.ru//

Общие положения генетики



1. Понятие и предмет генетики

Термин «генетика» предложен в 1906г. У.Бэтсоном. Генетика - фундаментальная наука, являющаяся теоретической основой селекции и приобретающая все большее значение для современной медицины. Современная генетика - это комплексная наука, которая представлена рядом отдельных дисциплин: общая генетика, генетика микроорганизмов, растений, животных и человека, молекулярная генетика, цитогенетика и др.

Общая генетика изучает организацию наследственного материала и общие закономерности наследственности и изменчивости, характерные для всех уровней организации живого.

Цитогенетика изучает кариотип человека в условиях нормы и патологии. Применение методов дифференциальной окраски хромосом позволяет точно их идентифицировать и выявлять геномные и хромосомные мутации.

Перспективным разделом медицинской генетики является иммуногенетика, которая изучает закономерности наследования антигенной специфичности и генетическую обусловленность иммунных реакций.

Фармакогенетика изучает генетические основы метаболизма лекарственных препаратов в организме человека и механизмы наследственно обусловленного индивидуального реагирования на введение лекарств.

Предметом популяционной генетики является изучение частот генов и генотипов в больших и малых популяциях людей и их изменения под действием элементарных эволюционных факторов: мутаций, дрейфа генов, миграций, отбора. Популяционная генетика изучает также полиморфизм наследственных признаков у человека, приводящий к широкой вариабельности клинической картины и различным исходам одного и того же заболевания у разных людей.

Генетика представляет большой интерес для педагогов и психологов, занимающихся воспитанием и обучением детей. Знание структуры дефекта при различных наследственных болезнях позволяет специалистам в области коррекционной педагогики и специальной психологии проводить адекватную коррекцию и компенсацию отклонений в развитии у детей и оказывать помощь в ранней диагностике, рекомендуя родителям медико-генетическое консультирование

Генетика человека изучает явления наследственности и изменчивости в популяциях людей, особенности наследования признаков в норме и их изменения под действием условий окружающей среды.

Целью медицинской генетики является разработка методов диагностики, лечения и профилактики наследственной патологии человека

Задачами генетики человека являются:

определение полной нуклеотидной последовательности ДНК генома человека, локализации генов и создание их банка;

ранняя диагностика наследственной патологии путем совершенствования методов пренатальной и экспресс-диагностики;

широкое внедрение медико-генетического консультирования;

разработка методов генной терапии наследственных заболеваний на основе генной инженерии;

выявление генетически опасных факторов внешней среды и разработка методов их нейтрализации.

Изучение генетики человека связано с большими трудностями:

сложный кариотип -- много хромосом и групп сцепления;

позднее половое созревание и редкая смена поколений;

малое количество потомков;

невозможность экспериментирования;

5) невозможность создания одинаковых условий жизни.

Несмотря на перечисленные трудности, генетика человека изучена на сегодня лучше, чем генетика многих других организмов (например, млекопитающих) благодаря потребностям медицины и разнообразным современным методам исследования.

В настоящее время сложилась стройная система профилактикинаследственных болезней, куда входят:

- медико-генетическое консультирование;

- перинатальная диагностика;

- массовая диагностика у новорожденных наследственных заболеваний обмена, поддающихся диетической и лекарственной терапии;

- диспансеризация больных и членов их семей.

Внедрение этой системы обеспечило снижение частоты рождения детей с врожденными пороками развития и наследственными болезнями на 60-70%.

Исходя из уже реализуемых в практическом здравоохранении достижений генетики, можно прогнозировать такие перспективы.

- широкое применение преимплантационной диагностики в основных медико-генетических центрах;

- проведение генетического тестированияна болезни с наследственным предрасположением и принятием, согласно полученным результатам, профилактических мер;

- создание новых подходов и методов лечения (в том числе генная терапия отдельных заболеваний);

- производство новых типов лекарств на основе генной информации.

- население среднего и старшего возраста может быть обследовано на предмет риска многих болезней, которые могут быть предупреждены или облегчены путем диетического или лекарственного воздействия;

- проверка индивидуальной чувствительности к лекарствам молекулярно-генетическим методом должна стать стандартной процедурой перед любым медикаментозным лечением.



2.Основные этапы развития генетики

1. Учение о наследственности человека развивалось следующим образом:

-оно зародилось в недрах медицины из эмпирических наблюдений семейных и врожденных болезней;

- в XVIII - XIX в.в. появились отдельные работы о значении наследственности в происхождении болезней - например, Мопертюи в 1750 г. описал, что полидактилия может передаваться по аутосомно-доминантному типу любым из родителей; в начале XIX века при исследовании ряда родословных, в которых встречались лица страдающие гемофилией, выявлены некоторые закономерности наследования этой болезни; во второй половине XIX в. понятие о патологической наследственности у человека утвердилось, и было принято многими врачебными школами.

Предпосылки развития учения о наследственности человека вытекали из биологических открытий:

- клеточной теории (Теодор Шванн);

- доказательства клеточной преемственности (Рудольф Вирхов);

- оформлении идеи об онто - и филогенезе, теории естественного отбора и борьбы за существование (Чарльз Дарвин).

Кроме того, главным направлением в медицинской науке стало изучение причин заболевания. В генетике изучение патологических симптомов сменилось изучением нозологических форм болезненных процессов, которые можно прослеживать в родословных как отдельные формы.

Несмотря на явные успехи, в целом в XIX в. учение о наследственных болезнях содержало еще много противоречий. Этот период принято называть доменделевским.

2. Переоткрытие законов Менделя в 1900 г. дало новый толчок развитию медицинской генетики - наследственность как этиологический фактор болезни прочно вошла в медицину.

В первые десятилетия ХХ в. роль наследственности в формировании поведения человека и наследственной отягощенности населения была даже существенно преувеличена. Концепция вырождения семей с наследственной патологией стала ведущей для объяснения отягощенности общества потомством таких больных. Диагноз наследственной болезни считался приговором больному и его семье.

На этой почве сформировалось направление (или даже наука) об улучшении породы человека - евгеника. Целью евгенического движения стало освобождение человечества от лиц с наследственной патологией путем насильственной стерилизации и ограничения репродуктивной свободы. Это сыграло отрицательную роль в развитии генетики и медико-биологической науки.

В нашей стране медицинская генетика успешно развивалась в 20- 30-х гг. В 1921 г. Ю.А. Филипченкоорганизовал бюро по евгенике при Российской академии наук, впоследствии реорганизованное в лабораторию генетики, ставшую в 1933 г. Институтом генетики, который возглавил Н.И. Вавилов. Важнейшая роль в развитии медицинского направления в генетике принадлежит основоположнику клинической генетикиС.Н.Давиденкову- одновременно генетику и невропатологу:

- он внес огромный вклад в изучение генетики нервных болезней;

- на несколько десятилетий определил разработку общегенетических проблем;

- первым в мире поставил вопрос о необходимости составления каталога генов человека;

- сформулировал понятие о генетической гетерогенности наследственных болезней;

- организовал медико-генетическую консультацию.

С 1930-1937 гг. медицинская генетика развивалась в Медико-биологическом институте. Однако в период сталинских репрессий генетика была объявлена «лженаукой».

Генетические исследования у нас в стране возобновились только в начале 60-х гг.

При этом в мире начиная с 50-х гг. ХХ в. наступает наиболее бурный период развития генетики человека. В 1959 г. была открыта хромосомная природа болезней, и цитогенетика на несколько лет стала ведущим направлением.В этот период сформировалась клиническая генетика как результат слияния следующих наук:

- цитогенетики;

- менделевской генетики;

- биохимической генетики.

Наибольший прогресс можно отметить в области молекулярной генетики человека: изучены структуры нуклеиновых кислот, многих белков и ферментов у здоровых и больных людей, первичные дефекты некоторых генов и аномальные их продукты; расшифрован порядок нуклеотидов в ДНКчеловека (программа «Геном человека»),успешно развиваются методы и решаются проблемы генной инженерии.

Методы рекомбинантной ДНК позволяют анализировать фрагменты ДНК, находить и изолировать отдельные гены и устанавливать в них порядок нуклеотидов.

Бурное развитие в последние десятилетия медицинской генетики связано с развитием науки вообще, запросами клиники и широким распространением сети медико - генетических консультаций.

Достижения генетики используются при изучении проблем иммунитета и трансплантации органов и тканей, в онкологии, генной инженерии и биотехнологии, при гигиенической оценке окружающей среды, определении устойчивости микроорганизмов к лекарственным препаратам и т.д.

Современный этап развития генетики поднимает важнейшие теоретические вопросы в проблеме наследственности. Одна из этих проблем - структурно-системное познание глубинной сущности гена. Удалось расшифровать генетический код: в ДНК записана информация о строении белков живых организмов с помощью комбинаций трех нуклеотидов из четырех возможных. Благодаря этим исследованиям установлена роль внешнего и внутреннего влияний на процессы изменения организмов в филогенезе. В основе эволюции организмов лежат противоречия внутривидовые и межвидовые, а также между организмами и абиотической средой. Все эти противоречия разрешаются естественным образом. Понимание ведущей роли внешнего фактора в эволюции необходимо для теории естественного отбора. Внутренний фактор, т.е. процесс мутаций, обеспечивает статистический материал для эволюции, отражая собой категорию случайности. Внешнее влияние определяет направление деятельности отбора и ведет эволюцию органических форм. Противоречия разрешаются на основе единства внутреннего и внешнего факторов путем естественного отбора через выживание наиболее приспособленных организмов.

Соотносительную роль наследственных и средовых факторов на различных этапах изучают, используя методы гальтоновской генетики, оперирующей такими понятиями, как непрерывная изменчивость), и наследуемость, из которой выделилась самостоятельная отрасль - психогенетика. Занимая ключевые позиции в учении о жизни, генетика является теоретическим обоснованием сельского хозяйства и медицины. Методы генетики человека - клинико-генеалогический, близнецовый, популяционный и др. - позволили установить важную роль наследственных факторов в возникновении различных наследственных аномалий. Генетика разрабатывает действенные методы профилактики и лечения наследственных болезней.

Достижения генетики человека, общей и молекулярной генетики сделали реальной возможность вмешательства в наследственность человека, в первую очередь с целью замены и коррекции генов наследственных болезней.

Большое значение имеет прикладной аспект генетических исследований в области коррекционной педагогики и специальной психологии. Такие исследования традиционно проводятся в клиническом секторе Института коррекционной педагогики РАО РФ (ранее - Институт дефектологии АПН CСCP), сначала под руководством М.С. Певзнер, затем К.С. Лебединской и Е.М. Мастюковой.

3.Геномика человека

Геномика изучает общие принципы построения геномов и их структурно-фvнкциональную организацию.

В рамках этого направления проводятся секвенирование, картирование иидентификация функций генов и вне генных элементов.

Задача геномики- расшифровка новых биологических систем и процессов. генетика наследственность геномика

Значение геномики человека:

- на ее основе молекулярная медицина разрабатывает методы диагностики, лечения и профилактики наследственных и ненаследственных заболеваний;

-исследования в области геномики патогенных микроорганизмов ценны для понимания инфекционного процесса и позволяют создавать лекарства, действующие на специфические мишени бактерий.

Геномика подразделяется на следующие почти самостоятельные направления:

1. структурная геномика- изучает последовательность нуклеотидов в геномах, определяет строение и границы генов, межгенных участков и других структурных генетических элементов;

2. функциональная- идентифицирует функции каждого гена и участка генома, их взаимодействие в клеточной системе;

3. сравнительная- изучает сходства и различия в организации геномов разных организмов с целью выяснения общих закономерностей их строения и функционирования;

4.эволюционная - объясняет пути эволюции геномов, происхождение генетического полиморфизма и биоразнообразия, роль горизонтального переноса генов;

5.медицинская- решает прикладные вопросы клинической и. профилактической медицины на основе знания геномов человека и патогенных организмов (например, диагностика наследственных болезней, генотерапия, причины вирулентности болезнетворных микроорганизмов).

В предыдущие годы основное внимание в изучении наследственности человека было сосредоточено на структyрной геномике, теперь же основные исследования проводятся в. русле функциональной геномики.

С точки зрения общей патологии произошло изменение направления изучения от этиологии наследственных болезней (специфические мутации) к их патогенезу (механизмы формирования патологического фенотипа).

Акцент в изучении наследственной патологии сместился с моногенных болезней и анализа одного гена, в сторону мультuфакториальных болезней, анализа множественных генов и изучения предрасположенности.

Геномика микроорганизмовимеет прямое отношение к клинической медицине. Структурные и функциональные исследования геномов патогенных бактерий показали их высокую пластичность. Эти представления имеют непосредственное практическое значение:

1. для разработки экспресс-методов тидирования бактерий и оценки риска бактериальной контаминации;

2. создания лекарств, направленных на специфические мишени, блокирующие работу генов патогенности;

3. более целенаправленного создания вакцин.

Практическое приложение сведений о нуклеотидной последовательности геномов многих патогенных вирусов уже широко реализуется.

Генно-инженерным путемсоздаются непатогенные фрагменты геномов вирусов. Такие фрагменты способны к экспрессии в высоких концентрациях белков вирусов, которые необходимы для приготовления диагностических и вакцинальных препаратов. Развивается технология приготовления ДНК-вакцин против СПИДа, гепатита С и других вирусных инфекций.

4. Геном

Наследственность и изменчивостьобеспечиваются функционированием особого материального субстрата - генетического аппарата. На современном этапе представления о природе позволяют выделить следующие уровни организации генетического аппарата:

- генный;

- хромосомный;

- геномный.

Термин "геном"означает полный состав ДНК клетки, то есть совокупность всех генов и межгенных участков. Геном - полный набор, инструкций для формирования и функционирования индивида.

Организация генома человека (как и каждого эукариотического вида) представляет собой последовательную иерархию элементов:

- нуклеотиды;

- гены с межгенными участками;

- сложные гены

- плечи хромосом;

- хромосомы;

- гаплоидный набор вместе с внемерной ДНК

Основное внимание в генетике всегда уделялось гену, который является элементарной фvнциональной единицей наследственности, определяющей возможность развития отдельного признака клетки или организма.

Передачей генов в ряду поколений клеток или организмов д6стигается материальная преемственность- наследование потомками признаков родителей.

Основные свойства гена как функциональной единицы материала наследственности и изменчивости определяются его химической организацией. Исследования химической природы наследственного материала неопровержимо доказали, что материальным субстратом наследственности и изменчивости являются нуклеиновые кислоты-полимеры, которые состоят из мономеров-нуклеотидов, включающих три компонента:

-сахар (пентоза);

-фосфат;

- азотистое основание.

Среди нуклеиновых кислотразличают два вида соединений:

- дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК);

- рибонуклеиновая (РНК).

Дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК) - более химически устойчивый компонент, субстрат наследственности и изменчивости Согласно модели Д. Уотсона и Ф. Крика, молекула ДНК представляет собой замкнутую спиралевидную двойную цепь, звенья которой составляют нуклеотиды.

Каждый нуклеотид состоит:

- из сахара - дезоксирибозы;

- фосфорной кислоты;

- одного азотистого основания - пуринового (аденин, гуанин) или пиримидинового (цитозин, тимин).

Азотистое основаниев каждом нуклеотиде соединено с молекулой дезоксирибозы.

Все нуклеотиды связаны между собой через дезоксирибозу и остатки фосфорной кислоты.

Нити ДНК соединены друг с другом водородными атомами через азотистые основания так, что против пуринового основания всегда располагается пиримидиновое. Эти пары оснований называются комплементарными. Такими парами являются аденин и тимин, гуанин и цитозин.

В начале 50-х годов XX века Э. Чаргафф открыл явление комплементарности азотистых оснований в молекуле ДНК (правила Чаргаффа), показав, что количество аденина всегда равно количеству тимина, а количество гуанина -- количеству цитозина.

Структура нуклеотидов РНК сходна с таковой ДНК, но имеются следующие отличия:

вместо дезоксирибозы в состав нуклеотидов РНК входит пятиуглеродный сахар -- рибоза;

вместо азотистого основания тимина -- урацил.

молекула РНК обычно представлена одной цепочкой

(у некоторых вирусов -- двумя).

В клетках существуют три типа РНК: информационная, транспортная и рибосомальная.

Информационная РНК (и-РНК) представляет собой копию определенного участка ДНК и выполняет роль переносчика генетической информации от ДНК к месту синтеза белка (рибосомы) и непосредственно участвует в сборке его молекул.

Транспортные РНК (т-РНК) переносят аминокислоты из цитоплазмы в рибосомы.

Рибосомальная РНК (р-РНК) входит в состав рибосом. Считают, что р-РНК обеспечивает определенное пространственное взаиморасположение и-РНК и т-РНК



Основная литература

1.Основы генетики: Клинико-генетические основы коррекционной педагогики и специальной психологии : учебное пособие для вузов /Е. М. Мастюкова, А. Г. Московкина ; под общ ред. В. И. Селиверстова, Б. П. Пузанова. М.: Владос, 2005. 368 с.

2. Генетика : учебное пособие для вузов /В. И. Никольский. М.: Академия, 2010. 249 с.

Дополнительная

1. Асанов А.Ю.Основы генетики и наследственные нарушения развития у детей: учеб. пособие для вузов. Москва: Академия, 2003.

2. Гайнутдинов И.К. Медицинская генетика. Москва: Дашков и К, 2008.

3. Жимулев И.Ф. Общая и молекулярная генетика: учеб. пособие для вузов. Новосибирск: Сиб. Унив. Изд-во, 2006.

4. Мастюкова Е.М., Московкина А.Г. Основы генетики (клинико-генетические основы коррекционной педагогики и специальной психологии). Москва: Владос, 2007.

5. Заяц Р.Г., Рачковская И.В. и др. Общая медицинская генетика. - Ростов-на-Дону.: «Феникс», 2002.

6. Клаг У.С. Основы генетики /Уильям С. Клаг, Майкл Р. Каммингс; пер. с англ. А. А. Лушниковой, С. М.Мусаткина. Москва: Техносфера, 2007.

7. Топорнина Н.А. Генетика человека: практикум для вузов. Москва: Владос, 2001.

Размещено на Allbest.ru

...