Изучение генетики человека

пикнический (пикник) -- широкий, с округлыми формами и большим количеством жира, сильный, коренастый;

лептосомный (лептосом) -- длинный, тон-кии, вытянутый;

D атлетический (атлет) -- мускулистый, с широкими грудной клеткой и плечами и узкими бед рами.

Данная система была широко распространена до 1930 года, но ее практическое использование было связано с трудностями. Кречмер полагал, что людей можно классифицировать на четко разграниченные, дискретные категории. При такой классификации большая часть людей не попадала в описанные варианты. Она базировалась на наблюдениях и была менее объективна, чем система Виолы.

Система Шелдона. В выборе компонентов своей системы Шелдон учел недостатки Кречмера. Ошибка Кречмера в том, что в действительности существуют не «дискретные типы», а непрерывно распределенные «компоненты» телосложения. Шелдон (1940) писал: «...концепция типов сыграла свою положительную роль в изучении личности».

Шелдон выделил три крайних варианта телосложения, соответствующих концу кривой распределения для каждого компонента. Индивидуум получал оценку по каждому компоненту с использованием оценочной шкалы от 1 до 7 баллов (с равными интервалами между цифрами). Т.о. первый из выделенных крайних вариантов оценивался как

эндоморфный -- 7--1 -- 1,

мезоморфный -- 1--7--1,

эктоморфный -- 1--1--7.

Вся система получила название соматотипирования, где набор 3 цифр образует соматотип человека.

Крайний эндоморф имеет шарообразные формы с круглой головой, большим животом, со слабыми вялыми конечностями, с большим количеством жира на плечах и бедрах, с тонкими запястьями и лодыжками. Подобного человека с большим количеством подкожного жира можно было бы назвать просто толстым, если бы передне-задние размеры его тела, включая грудную клетку и таз, не превалировали над поперечными. При длительном голодании он станет (по Шелдону) просто изголодавшимся эндоморфом.

Крайний вариант мезоморфа - классический Геркулесе преобладанием костей и мышц .у нею кубическая массивная голова, широкие плечи и грудная клетка.т мускулистые руки и ноги, с преобладанием дистальных сегментов над проксимальными. Количество подкожного жира минимально, передне-задние размеры невелики.

Крайний эктоморф-- это долговязый человек. У него худое вытянутое лицо, убегающий назад подбородок, высокий лоб, худая узкая грудная клетка и живот, тонкие длинные руки и ноги. Подкожный жир почти отсутствует, мускулатура не развита.

Система Шелдона, выдвинутая в 1940 г. и проиллюстрированная вышедшим в 1954 г._ атласом, очень последовательна. Независимо от ее теоретического обоснования она чрезвычайно удобна и информативна. Чтобы распознать мужчину среди сотни других, достаточно сказать о нем, что его соматотип 3--2--5.

Существует факторный анализ телосложения

многомерный статистический метод, используемый для сведения множества коррелирующих между собой измерительных признаков к небольшому числу факторов (по пропорциям длин частей тела, мышц, отложению жира и т.д.). Факто-

ры могут быть облическими (коррелирующими между собой), ортогональными или независимыми -- по выбору исследователя. Исходным пунктом служит таблица коэффициентов корреляции для группы, например, 10 или более измерительных признаков. Конечным результатом являются несколько, например, 3 фактора, которые в совокупности определяют около 80% общей изменчивости данного десятка измерений.

Практически каждый, кто занимался изучением конституции человека, проявлял интерес к изучению соотношения телосложения и поведения. Было обнаружено, что в большеи степени выражена корреляция между телосложением и темпераментом. Кречмер первоначально выделил два типа темперамента: циклотимический и шизоти-мический, которые приближенно" соответствовали экстравентивному и интровентивному типам Юнга Хречмер связывал циклотомию с пикническим телосложением, а шизотомию с лептосомньш. Позже он описал темперамент, характерный для атлетического телосложения.

Шелдон использовал для определения темпера-мента не тип. а компонент, так же как и в класси-фикации Телосложения. При этом он выделил_50_ признаков, разделил их на три категории и выде-лил три компонента темперамента, каждый из которых характеризовался 20 признаками. Каждый признак оценивался по семибалльной шкале, а средний балл по 20 признакам определял весь компонент (набор признаков приведен в табл. 16.6).

Компоненты получили названия «висцеротонии», «соматотонии» и «церебротонии».

Шелдон установил, что корреляция порядке 0,8 Наблюдалась между висцеротонией и эндоморфиги, соматотонией и мезоморфией, церебротонией и эктоморфией.

Существуют две теории возможного происхождения связи между телосложением и темпераментом. Одна из них объясняет это действием тесно сцепленных или плейотропных генов. А другая -- влиянием среды на разных этапах развития. Безусловно, что люди с различным телосложением выбирают различные пути, что свидетельствует о различных свойствах темперамента (предпочтение того или иного образа жизни) (рис.13.10).

«Повседневный опыт заставляет нас поверить в существование такой общей связи, которая была описана Кречмером и Шелдоном.

Подобные представления, даже если они ошибочны, глубоко укоренились в нашем сознании. Трудно представить себе, чтобы Лорел и Харди, сохранив свой прежний облик, поменялись характерами, так же как нельзя представить Фальстафа Мефистофелем, а Скруджа Пиквиком. Мы не можем представить себе Христа похожим на Будду. Очевидно, наше мышление несет стереотипный образ, связывающий воедино телосложение и поведение. <...> Возможно, это лишь плод коллективной фантазии, и все-таки более вероятно искать его истоки на твердой почве биологии человека» (Хар-рисон и др. 1979).

Дерматоглифика

Среди диагностических тестов антропометрических методов значительное место занимает дерматоглифика (от греч. derma -- кожа, glipho -- гравирую).

Дерматоглифика -- раздел морфологии, изучающий папиллярные линии и узоры и позволяющий на основе отпечатков узоров ладоней, пальцев, а также стоп диагностировать некоторые наследственные заболевания. Для того чтобы решать вопрос о критериях аномалий дерматоглифических узоров, необходимо знать их характеристики у здоровых людей. В настоящее время дерматоглифические исследования предполагают целый ряд статистических методов анализа, которые позволяют достоверно оценить характер наследования гребневого счета (число линий в узоре на отдельных пальцах), папиллярные узоры и другие признаки. Перспективы широкого использования этой методики значительны, так как этот метод позволяет диагностировать на ранних этапах онтогенеза ряд патологий и определить их природу. Дерматоглифика широко используется в практике консультирования.

Кожные узоры на пальцах и ладонях закладываются, начиная с третьего месяца внутриутробной жизни. К концу четвертого месяца их формирование заканчивается полностью, и в течение всей дальнейшей жизни (пре- и постнатальной) узоры остаются неизменными. Таким образом, особенности узоров являются полигенными признаками и наследуются от родителей, и как наследственные факторы подвержены мутациям в результате действия мутагенов (в первые четыре месяца жизни). Кожные линии, или «гребни», формируются в связи с расположенными на их вершинах отверстиями потовых желез, которые зависят от развития нервных окончаний и обусловлены многими генами, находящимися, вероятно, в разных хромосомах Назиров, 1975).

Самые ранние сообщения по дерматоглифике относятся к XYII веку. Как научная дисциплина дерматоглифика сложилась к концу XIX началу XX века. Впервые этот метод был применен в генетике в 1939 г., когда Н.Cummins описал характерные особенности дерматоглифов при синдроме Дауна. Дерматоглифика, кроме криминалистики и судебной медицины, широко используется в антропологии, генетике и медицине.

Дерматоглифика подразделяется на дактилоскопию -- изучение рисунка пальцев, пальмоскопию -- изучение особенностей узоров ладоней и плантоскопию -- особенности узоров на стопах ног.

Дактилоскопия. Среди узоров, отмечаемых на пальцах, выделяют три типа. Гальтон описал их как завиток (W -- whorl), петля (L -- loop) и дуга (А -- arch). Позже классификация детализировалась и в настоящее время выделяют дуги, петли (ульнарные и радиальные), истинные завитки и сложные узоры.

Дуга -- самый редкий пальцевый узор. Дуги могут быть простыми-плоскими либо высокими -- шатровыми. Спецификой этого узора является отсутствие трирадиуса. Узор состоит из непересекающихся гребней и проходит через всю пальцевую подушечку поперек.

Петля -- представляет собой полузамкнутый узор: один конец закругленный (замкнутый), другой -- открытый. Получается, что кожные гребни, начинаясь от одного края пальца, идут к другому, но не доходя до него, возвращаются к тому краю, от которого они начинались. Если открытый конец обращен в радиальную сторону, то петли обозначаются как радиальные -- Lr, если в ульнарную -- Lu. Каждая петля имеет один трирадиус (дельту).

Завиток -- это концентрический узор, при котором папиллярные линии располагаются концентрически вокруг сердцевины узора. Завитки имеют две дельты (трирадиуса).

Сложные, или составные, узоры имеют два трирадиуса и более. Такие узоры часто бывают составлены двумя петлями, открытыми в разные стороны. Анализ таких узоров лучше проводить отдельно (для индивидуума). При групповых обследованиях сложные узоры суммируются с завитками

Кроме основных типов узоров могут встречаться различные переходные формы от одного типа к другому. Иногда узоры на руках характеризуются дельтовым счетом. Трирадиус (дельта) -- точка, где сходятся три системы линий. Подсчет числа трирадиусов на обеих руках дает представление об интенсивности узора (дельтовый счет, или дельтовый показатель). Дельтовый счет определяется суммарным количеством трирадиусов на всех десяти пальцах -- от 0 до 20. Петля имеет один трирадиус, завиток -- два, сложный узор обычно -- два, дуга трирадиуса обычно не имеет.

В генетических работах часто используется количественная характеристика узора, или гребневой счет. Гребневой счет представляет количество гребней от дельты до центра узора. Для определения этого показателя между точкой трирадиуса и центром узора на отпечатке проводят карандашом прямую черту и подсчитывают число гребней, которые она пересекла. В подсчет не входят ни точка трирадиуса, ни центральная линия узора.

Гребневой счет определяется для каждого пальца отдельно и суммарно для пяти пальцев каждой руки. Общая сумма гребневых счетов обеих рук называется «общим гребневым счетом» и обозначается TRC (total ridge count). Выявлена следующая закономерность: чем больше на пальцах дуг, тем меньше показатель TRC. При наличии завитков и сложных узоров в общий гребневой счет входит только число гребней с той стороны пальца, где их больше. Допускается подсчет гребней с обеих сторон.

Гребневой счет варьируется у разных людей и на разных пальцах от 0 до 300 (на 10 пальцах). Гребневой счет не связан с полом, но половые хромосомы оказывают влияние на этот признак, причем влияние Х-хромосом более сильное, чем У-хромосом (табл. 13.4).

При групповых обследованиях пишутся друг под другом символы узоров и показатели гребневого счета для каждого пальца в отдельности, начиная с большого, а в графах справа суммированные формулы для каждой руки:

L9u + W5-11 + L10u + L7 + A0; TRC = 37

W10-5 + A0 + LuL4-8 + L4-8 + W11.4; TRC = 34

Разные этнические группы отличаются по частоте узоров того или иного типа и по показателям гребневого счета (рис.13.12).

Это необходимо учитывать при оценке статистической достоверности результатов в разных выборках популяций.

Для оценки показателей пальцевых узоров пользуются следующими индексами:

индекс Фуругата (Furugata): W/Lxl00%; индекс Данкмейера (Dankmeiyer): A/Wxl00%; индекс Полла (Poll): A/Lxl00%; дельтовый индекс Волотцкого:

Показано, что у родителей с высоким гребневым счетом дети также характеризуются высоким гребневым счетом, и, наоборот (Holt, 1959). Гипотеза о полигенном наследовании гребневого счета была предложена в 1931 г. Боннэви. В настоящее время предложена гипотеза о полигенном определении типа узора на пальцах (Гусева И.С, 1974). Согласно этой гипотезе наиболее высокая степень наследуемости петлевых узоров -- 95,2%; завитков -- 84,1% и у дуг -- 38,9%. Считается, что каждый из генов наследуется независимо и доминантно. Предположительная локализация генов:

Кроме того, было показано модифицирующее влияние генов, находящихся в половых хромосомах. При увеличении числа Х-хромосом в кариотипе экспрессивность системы А увеличивается за счет снижения экспрессивности системы W, т.е с увеличением Х-хромосом увеличивается количество дуговых узоров и снижается общий гребневой счет (табл. 13.4). Гены системы L обладают максимальной экспрессивностью у людей с минимальным количеством половых хромосом (синдром Шерешевского -- Тернера, большое число петель, гребневой счет повышен).

Для различных этнических групп папиллярные узоры, как правило, специфичны: коренного жителя Дона можно отличить от коренного жителя Дальнего Востока. У жителей Дона на втором и четвертом пальцах рук должны быть петли, а у жителя Дальнего Востока -- завиток должен быть преобладающим узором на пальцах. Для жителей Европы, страдающих шизофренией, прослеживается увеличение числа завитков на пальцах. По отклонениям от средних дерматоглифических характеристик популяции можно не только определить проявляемые патологии (синдром Дауна, формы олигофрении и т.д.), но и выявить ее скрытого носителя.

Пальмоскопия -- анализ ладонных узоров. Ладонные узоры имеют три главные борозды (рис. 13.13), которые становятся более резкими при сгибании ладоней. Иногда их называют сгибательными складками. Различают полукружную борозду большого пальца, поперечную проксимальную (косая, или пятая пальцевая), которая начинается совместно с первой бороздой или отдельно и направляется к ульнарной стороне ладони, и поперечную дистальную (которая начинается на ульнарном краю ладони и идет к промежутку между вторым и третьим пальцами).

Если поперечная дистальная борозда сливается с начальным отрезком проксимальной борозды и образует одну поперечную резко выраженную борозду, то она называется «обезьяньей линией» (рис.13.13.(3).

Этот тип борозды часто встречается при синдроме Дауна и некоторых других аномалиях. Допускается такой рисунок и у нормальных людей, но в таких случаях эта борозда оказывается только на одной руке.

Главные ладонные линии. Трирадиусы, расположенные соответственно под вторым-пятым пальцами, обозначаются а, Ь, с, d (рис.13.13.(4). Вблизи основания ладони обычно бывает один осевой трирадиус, обозначаемый буквой «t». Чем дистальнее расположен осевой трирадиус, тем более тупым является угол atd. Угол atd является одной из главных характеристик ладоней.

Ладонные поля -- условные участки, на которые принято разделять ладонь для описания главных ладонных линий. Выделяют 13 полей, которые обозначаются цифрами (см.рис. 13.13.(6). Цифровые обозначения полей, в которых заканчиваются главные линии, идущие от трирадиусов d, с, Ь, а, записанные именно в такой последовательности, представляют собой «ладонную формулу».

В дерматоглифическую характеристику включаются узоры в виде параллельных линий, островков и т.д.

Лабораторная работа Проведение дактилоскопического анализа

Для изготовления собственных отпечатков пальцев необходимо следующее оборудование: фотографический каток, стекло площадью 20x20 см2, кусок поролона, типографская краска (или аналогичный материал), листы бумаги, ручная лупа (не менее 10 см в диаметре).

Метод приготовления отпечатков.

На стекло наносят небольшое количество краски и тщательно раскатывают катком до тонкого равномерного слоя. Пальцы испытуемого поочередно прижимаются к стеклу, а затем прикладываются к бумаге, под которой лежит поролон. Палец ставится на ребро радиальной стороны и поворачивается так, чтобы отпечаталась вся поверхность пальцевой подушечки, вплоть до его ульнарной стороны. Поднимать палец надо осторожно, чтобы не сместить бумагу и не смазать рисунок. На листках подписывают фамилию, пол и возраст. Далее производится определение рисунка узора на каждом пальце левой и правой руки, записывается формула каждой из рук. Рассчитывается показатель TRC по двум индексам из предложенных выше, и определяется дельтовый показатель.

Аналогичную таблицу составить для определения дельтового показателя.

13.5 Иммуногенетический метод

Иммунитет -- невосприимчивость и устойчивость (резистентность) организма, позволяющая сохранять его целостность. Иммуногенетика изучает наследственную обусловленность факторов иммунитета, разнообразие и наследование тканевых антигенов и тканевую несовместимость. Существует два основных пути, по которым протекает иммунный ответ. Один из них связан с появлением клеток, способных распознать и уничтожить возбудителя (клеточный иммунитет), другой -- с синтезом и появлением в крови белковых молекул, называемых иммуноглобулинами, или антителами (гуморальный иммунитет). Антитела способны связываться с антигенами -- чужеродными молекулами, в ответ на которые они образуются, нейтрализуя их вредное действие.

Система групп крови АВО

Первая АВО -- система групп крови была открыта Ланштейнером в 1900 г. В 1911 г. было показано, что группы крови наследуются. Для объяснения существования 4-х групп крови (А, В, О, АВ) было предложено наличие двух независимых пар генов (А и 0, В и 0), где А и В доминантные аллели. В 1924 г. Бернштейн установил, что система групп крови АВО контролируется серией множественных аллелей (А, В, 0) одного локуса гена у человека. Таким образом, он пришел к выводу об ошибочности первоначальной концепции о независимом наследовании двух пар генов, основанной на соотношениях генотипов, ожидаемых в человеческих популяциях, согласно закону Харди -- Вайнберга. Бернштейн предложил правильное объяснение генетического механизма формирования групп крови АВО -- 3 аллеля одного и того же гена (А, В, 0) с шестью генотипами (00 -- I группа; ДА, АО -- II группа; ВВ, ВО -- III группа; IV -- АВ). Важно помнить, что любой индивид может иметь максимум 2 аллеля из серии (если у него две гомологичные хромосомы).

Дифференцировка крови человека по системе АВО на 4 группы основана на комбинации двух изоантигенов (А и В) в эритроцитах и двух антител (ос; р) -- в плазме крови. Это необходимо учитывать при переливании крови.

Показано, что в системе групп крови АВО существуют гены-модификаторы. Описан случай, когда эритроциты не агглютинируются ни одной из антисывороток, хотя сыворотка содержит все три агглютина (Бхенде и др., 1952). Этот фенотип был назван «Бомбей». Пара аллельных генов обозначается Н и h, фенотип Бомбей является рецессивной гомозиготой h/h.

В зависимости от того, какой аллель подавлен, фенотип обозначают Оh A1; 0hA2; 0hB. Бомбейский фенотип среди индусов имеет частоту встречаемости 1/13000. Полагают, что он связан с нарушением фермента, модифицирующего общий предшественник в антиген Н, который, в свою очередь, является предшественником антигенов А и В. Наличие АВН -- антигенов в слюне или других секретах зависит от секреторного гена -- Se. Рецессивные гомозиготы (se/se) не являются секреторами, а гете-розиготы (Se/se) и гомозиготы (Se/Se) -- секреторы. Следовательно, se -- рецессивный аллель-ингибитор, или супрессор. Другие редкие супрессорные гены могут подавлять экспрессию АВН антигена на поверхности эритроцитов. В системе АВО предполагают наличие и других генов-модификаторов.

Резус-фактор

В 1940 г. Ландштейнер и Винер обнаружили резус-фактор (Rh), антиген, содержащийся в крови человека и макака-резуса. В том же году Левин и Стентсон исследовали сыворотку крови женщины, которая родила мертвый плод и в анамнезе которой имело место переливание крови мужа, совместимой по АВО группе. При этом ими были

обнаружены особые антитела -- белок (резус-фактор). Огромная практическая ценность системы резус (Rh) стала очевидной, когда была установлена связь между этими антителами и несчастными случаями при переливании крови. Кроме того, было показано, что именно резус -- несовместимость матери и плода является причиной иммунного конфликта, приводящего к эритробластозу плода и гемолитической болезни новорожденных. Иммунный конфликт возникает при вынашивании резус-отрицательной матерью положительного плода (рис. 13.14).

Эритробластоз -- это болезнь плода и новорожденного, в 90% случаев вызванная иммунным конфликтом по резус-фактору: в случае, если у резус-отрицательной матери развивается резус-положительный плод. В период беременности, когда у плода начинает вырабатываться в крови резус-положительный белок, в организме матери начинают вырабатываться Rh-антитела, которые, накапливаясь, губительно действуют на плод, вызывая у него агглютинацию эритроцитов. За первую беременность, как правило, антитела еще не успевают накопиться в критическом для плода количестве (хотя бывают и мертворождения и самоаборты), но в последующие беременности иммунный конфликт приводит или к патологиям плода, или к рождению детей, страдающих анемией, гемолитической болезнью, водянкой или другими патологиями. Иногда такие дети отстают в развитии и имеют ослабленное здоровье. В наше время резус-отрицательные матери сразу после рождения резус-положительного ребенка вводят резус-положительные антитела. При этом резус-антигены связываются, так что в ее организме уровень антител на положительные антигены снижается, и вред для здоровья следующего ребенка уменьшается.

Основным механизмом патогенеза всех форм этого заболевания является гемолиз (интенсивное разрушение форменных элементов крови). Именно поэтому эритробластоз называют гемолитической болезнью новорожденных, которая прежде всего проявляется в виде анемии, желтухи, водянки. Это заболевание нередко заканчивается летально, может сопровождаться поражением центральной нервной системы, что приводит к спастическим параличам и умственной и физической отсталости.

У 85% людей содержится в крови этот фактор. Этих людей называют «резус-положительными», у остальных 15% этого фактора нет. Таких людей называют «резус-отрицательными». Rh-несовмести-мость (иммунный конфликт) встречается в 10% от общего числа родов, а частота эритробластозов у 1/25 иммунных конфликтов. Основной способ лечения эритробластоза -- удаление антител из крови больного ребенка и замещение крови. Это достигается обменным переливанием крови сразу же после рождения.

Резус-фактор наследуется как аутосомно-доми-нантный менделирующий признак. Было установлено, что Rh-положительные индивиды являются доминантными гомозиготами RhRh или гетерози-готами Rhrh, тогда как резус-отрицательные индивиды -- это рецессивные гомозиготы rhrh.

В настоящее время по совокупности генетически детерминированных признаков антигены объединяют в независимые друг от друга группы, называемые системами. У человека описано 15 антигенных систем эритроцитов, каждая из которых насчитывает от двух до нескольких десятков антигенов.

Дополнение. СПИД

Первые случаи заболевания СПИДом были отмечены в экваториальной Африке. Как заболевание, впервые СПИД был описан в США в 1979--81 гг. В настоящее время заболевание СПИД зарегистрировано во многих странах, в том числе и в России.

Это одна из важнейших и трагических проблем, возникших перед всем человечеством в конце XX века. Первые зарегистрированные случаи синдрома приобретенного иммунодефицита (СПИД) имели место летом 1981 г. в Америке. Вирус, известный как возбудитель СПИДа, был открыт только в 1983 г., и его называли по-разному. Сейчас его принято называть вирусом иммунодефицита человека (ВИЧ).

У людей при этом имеет место иммунодефицитное состояние, которое приводит в дальнейшем к различным патологиям систем с летальным исходом. Обнаружение инфекции на ранней стадии может продлить здоровье и жизнь человека. Инфекция начинается на клеточном уровне, когда вирус связывается с молекулами мембраны клетки-мишени, которыми являются Т-лимфоциты.

Причиной этого может быть как иммунодефи-цитное состояние, так и воздействие ВИЧ непосредственно на процессы размножения клеток. Наблюдаемые при этом повышения вероятностей развития злокачественных новообразований у человека связаны с ослаблением клеточного иммунитета, т.к. в здоровом организме клетки, отклоняющиеся от нормы, уничтожаются лимфоцитами-киллерами (убийцами) с помощью лимфоцитов-хелперов (помощников). Злокачественные новообразования возникают при нарушении этого процесса. Кроме того, ретровиру-сы обладают способностью превращать клетку в злокачественную, воздействуя на ее ДНК. Регулятор-ные гены вируса СПИДа обуславливают путь протекания болезни в зависимости от условий клетки-хозяина. В настоящее время в мире зарегистрировано более миллиона больных СПИДом (половина из которых уже погибла) и многие миллионы инфицированных. Накоплены убедительные данные о том, что ВИЧ распространяется, в основном, при половых контактах, причем соотношение между числом заболевших мужчин и женщин практически равное. Важную роль в распространении болезни играет переливание зараженной крови и, возможно, недостаточно стерилизованный медицинский инструментарий. Такой способ передачи инфекции называется «горизонтальный» в отличие от «вертикального» пути передачи (ребенку от матери). Считается, что через воздух, воду, пищу, укусы насекомых вирус СПИД не передается.

Латентный (скрытый) период развития СПИДа продолжается 3-5 лет с момента заражения. В этот период источник заражения практически не выявляется, что приводит к распространению СПИДа среди населения. В связи с этим в настоящее время тестирование на ВИЧ проводится при госпитализациях, а также обязательно проводится для доноров крови. Эпидемия СПИДа затрагивает почти все стороны жизни общества. От решения этой проблемы зависит будущее человечества. Среди современных аспектов важнейшим является защита больных от дискриминации.

Достигнутый прогресс в изучении СПИДа, в создании методов проверки на зараженность, первые достижения вселяют надежду, что будет найдено эффективное средство лечения и предупреждения этого заболевания.

Задание

1. У человека группы крови АВО контролируются тремя аллелями. В популяции встречается редкий мутантный аллель «h» независимого гена, который в гомозиготном состоянии оказывает ингибирующее действие на аллели А и В, приводящее к выработке агглютиногена. В результате такого взаимодействия антитела в крови не вырабатываются, что приводит к формированию I группы крови. Напишите возможные генотипы и выпишите гаметы, расположив схематично гены J и Н в хромосомах для особей I, II, III групп.

2. В семье трое детей с II, III и IV группой крови. Их родители имеют IV и I группу крови. Определите, все ли дети родные, а также, возможно ли переливание крови от родителей к детям. Ответ обоснуйте.

3. Резус-положительные родители со II и III группой крови имеют резус-отрицательную дочь I группы крови. Дочь вышла замуж за мужчину с положительным резус-фактором и II группой крови, отец которого был резус-отрицательный и имел I группу крови. Определите генотипы упомянутых лиц, а также оцените вероятность иммунного конфликта в браке дочери и возможной группы крови ребенка в случае резус-конфликта.

4. Каковы перспективы успешности операции по пересадке почки человеку с генотипом AABbCCdd, если предполагаемые доноры имеют следующие генотипы: aaBbCCdd; AaBbCcDd; AABbCCDd; aabbccdd?

5. Каковы прогнозы в отношении рождения здоровым первого, второго и третьего ребенка,-если резус-отрицательная женщина выходит замуж за резус-положительного мужчину, все родственники которого имели положительный резус?

6. Один из близнецов нуждается в срочной пересадке кожи. В каких случаях пересадка будет успешной, если они разнополые или однополые монозиготные близнецы?

13.6 Популяционно-генетический метод

Изучение генетической структуры популяции является необходимым компонентом для понимания многих проблем биологии человека. Мы остановимся на самых простых вопросах общей генетики популяции.

«Под популяцией понимается совокупность особей определенного вида, в течение достаточно длительного времени (большого числа поколений) населяющих определенный ареал, внутри которого практически осуществляется та или иная степень панмиксии и нет заметных изоляционных барьеров, которая отделена от соседних таких же совокупностей данного вида той или иной степенью давления тех или иных форм изоляции» (Н.В.Тимофеев-Ресовский и др., 1973), т.е. группы людей, занимающих одну территорию в течение многих поколений и свободно вступающих в брак.

Популяционная генетика изучает взаимодействие факторов, влияющих на распределение наследственных признаков в популяции. Быстро меняющиеся условия окружающей среды, устранение препятствий к браку между представителями разных популяций -- все это оказывает влияние на генофонд человечества, на частоту встречаемости различных генотипов.

Закон Харди-- Вайнберга

В основе популяционно-статистического метода лежит закон Харди -- Вайнберга (Hardy, Weinberg, 1908), или закон генетической стабильности популяций. Смысл этого закона заключается в том, что при определенных условиях соотношение частот доминантных и рецессивных аллелей генов, сложившееся в генофонде панмиксической популяции (где свободно скрещиваются особи), сохраняется неизменным в ряду поколений. При этом

соотношение генотипов в популяции следующее: число доминантных гомозигот определяется квадратом вероятности встречаемости доминантного 'аллеля, число гетерозигот -- удвоенным произведением вероятностей встречаемости доминантного и рецессивного аллелей и число рецессивных гомозигот -- квадратом вероятности рецессивного аллеля:

р2АА : 2pqAa : q2aa или (p+q)2=l, где р и q -- частоты аллелей (А и а соответственно) аутосомного гена.

Установленная закономерность справедлива для «идеальной» популяции, которая характеризуется:

неограниченно большим числом особей, что обеспечивает возможность свободного скрещивания;

отсутствием мутационного процесса;

отсутствием оттока какого-либо аллеля из генофонда популяции за счет естественного отбора.

Популяций, отвечающих полностью требованиям закона Харди -- Вайнберга, в природе не существует. В каждой естественной популяции, в том числе и в популяциях человека, происходят мутационный процесс, естественный отбор и миграционные процессы. Однако изменение частот аллелей под действием эволюционных факторов осуществляется в популяциях очень медленно.

Популяционно-генетический метод может применяться при исследованиях частот встречаемости интересующих генов в популяции, в том числе наследственных патологий, для выяснения роли наследственных и средовых факторов в возникновении болезней и фенотипического полиморфизма (в норме и при патологиях) и т.д. (табл. 13.6). При выполнении такого рода исследований необходимо четко ограничить выбранную популяцию, выбрать конкретный признак, а также установить предполагаемую численность выборки. Накопле-

ние статистического материала осуществляется путем сбора и изучения документации, анкетирования и бесед.

Разберем, как практически определяется генетическая структура человеческих популяций.

В родильных домах города X из 48000 детей, родившихся в течение 10 лет, у 105 обнаружен патологический рецессивный признак, обусловленный генотипом(гг) Закон Харди -- Вайнберга позволяет на основании этих данных определить генетическую структуру популяции города, несмотря на кажущуюся ограниченность информации. В этом сообщении содержатся сведения о частоте больных детей с генотипом (ггД 105 из 48000 новорожденных). Следовательно, q2= 105/48000=0,0022. Извлекая из величины q2 квадратный корень, получаем величину q (величину патологического аллеля г) равную 0,047. Теперь можно вычислить частоту нормального аллеля R, помня, что сумма частот патологического и нормального аллелей равна единице: qr+pR=l или pR=l - qr. Следовательно, pR=l -- 0,047=0,953. Зная частоту аллелей, нетрудно, пользуясь формулой Харди -- Вайнберга, установить генетическую структуру популяции новорожденных города X, характеризующуюся частотами генотипов:

RR=p2=0,953 х 0,953=0,9082 (90,82%);

Rr=2pq=2 x 0,953 х 0,047=0,0896 (8,96%);

rr=q2=0,0022 (0,22%).

Разобранный пример показывает, что на основании закона Харди -- Вайнберга можно установить частоты доминантных гомозигот RR и гетерозигот Rr несмотря на то, что фенотипически они не отличаются друг от друга.

Распространение аллелей системы группы крови АВО

Чтобы рассчитать частоту генотипов для ло-кусов с множественными аллелями, используют следующую формулу:

(p+q+r+...+s)2=l, где р, q, f...s -- частоты встречаемости различных аллелей.

В случае расчета частот аллелей в системе крови АВО конечные формулы будут выглядеть следующим образом:

r= 0, р=0+A - 0, q=0+B - 0, где р -- частота аллеля A; q -- частота аллеля В; г -- частота аллеля 0; А, В, 0 -- частота фенотипов.

К настоящему времени хорошо изучена частота распространения аллелей системы группы крови АВО в различных странах мира. Некоторые данные представлены в табл. 13.7.

Популяционно-генетический метод позволяет понять направление эволюции в истории человечества в разных частях мира (рис. 13.17).

Исследования, проведенные в Ростовской области, выявили преобладание 0 группы крови в старых казачьих хуторах. В 1918 г. было высказано предположение, что система групп крови АВО может быть полезна для оценки и уточнения этнического происхождения (Хиршфельд).

Расы человека

Расы определяют как популяции одного и того же вида, несколько отличающиеся в генетическом отношении, но репродуктивно не изолированные друг от друга. Расы не обязательно представляют собой новые виды, так как процесс расовой дифференциации является обратимым. У человека расовая дифференциация сглаживалась на протяжении нескольких последних столетий за счет межрасовых браков и миграции населения. Для образования рас необходимо, чтобы поток генов не был интенсивным, иначе расы сливаются и формируется единый генофонд.

К. Липнем были выделены разновидности четырех рас человека (африканская, азиатская, американская и европейская). В 1775 г. Блуменбах выделил 5 наиболее известных «цветных» рас человека:

* белую, или кавказскую (или европеоидную);

* желтую, или монгольскую (или монголоидную);

* черную, или эфиопскую;

* красную, или американскую;

* коричневую, или малайскую.

Хотя расы выделены только по цвету кожи, но этнические группы различаются по многим другим признакам, например, черты лица, строение волос, телосложение и т.д.

Популяционно-генетические исследования показали, что распределение наследственных болезней среди различных рас и народностей в различных странах неравномерно.

Системы браков

Добжанский предложил различать популяции в зависимости от распространения тех или иных генов, выделив менделевскую популяцию, в которой изучаемые признаки наследуются согласно законам Менделя как «...репродуктивное сообщество разнополых и перекрестнооплодотворяющихся особей, обладающих неким общим генетическим фондом». Аналогично тому, как географическая популяция страны слагается из популяций областей, так любая менделевская популяция состоит из популяций меньшей численности. Самая крупная менделевская популяция -- это вид. В пределах вида имеются различные подвиды и расы (более низкие ранги менделевской популяции). Для определения границ популяции существенно знать, насколько они изолированы друг от друга с точки зрения размножения. Когда речь идет о человеке, то к чисто географическим факторам изоляции добавляются факторы социального и религиозного порядка. Иногда жители даже небольшого района могут образовать ряд групп -- изолятов. Изоляты -- небольшие группы, обособленные в отношении размножения, входящие в состав популяции.

Благодаря внутрипопуляционным бракам, гены закрепляются в одной группе и в дальнейшем ограничиваются именно ею. Самая простая система скрещивания разнополых особей в популяции -- это случайное скрещивание, допускающее равную вероятность вступления в брак любых особей противоположного пола. Такое свободное скрещивание называется панмиксией. Идеальных панмик-тических групп в популяциях человека не существует, так как социальные факторы, например, предпочтение в выборе партнера, препятствуют чисто случайному заключению браков. Несмотря на это, многие признаки, такие как группы крови, редко принимаются во внимание при подборе партнера. Такие признаки среди жителей ограниченной местности распределяются довольно случайно.

В системах браков панмиктических популяций выделяют неизбирательные браки (аутбридинг), предполагающие случайный подбор пар. Эти браки играют основополагающую роль в генетике популяций, В этом случае допускается, что генотипы людей не различаются по жизнеспособности и плодовитости, мутации не происходят и популяция достаточно велика, чтобы обеспечить случайность при встрече гамет.

Отклонения от панмиксии происходят в случаях, когда люди, состоящие в родстве, могут вступать в брак чаще или реже, чем при случайном подборе пар. Такие браки называют кровнородственные браки (инбридинг). Тесный инбридинг брата и сестры допускался лишь в очень редких случаях. Наиболее распространенный тесный инбридинг -- браки между племянницей и дядей, между тетей и племянником или между двоюродными братом и сестрой. Кровнородственные браки запрещены во многих странах. Запрет связан с увеличением гомозиготности рецессивных признаков у их детей. Родство -- понятие весьма неопределенное. Родственниками определяются те лица, ласть генов которых общие по происхождению. В эволюционном смысле все люди состоят в родстве, так как имели общих предков. Поэтому при рассмотрении степени родства предполагают существование гипотетической популяции, индивидуумы которой не состояли в родстве. Признавать в настоящее время все человечество родственниками не имеет смысла. Для того чтобы исследовать мутации и влияние кровного родства на их фенотипическое проявление принято определять степень кровного родства. С этой целью анализируют не менее трех поколений. Такое ограничение первоначально было связано с практическими соображениями, так как у католиков требовалось специальное разрешение на брак между троюродными сибсами или более близкими родственниками. Ограничение оценки кровного родства теоретически оправданно, так как при переходе за третье поколение рост коэффициента инбридинга индивида с увеличением числа кровнородственных браков между ее (его) предками происходит очень медленно.

Поскольку в популяциях встречаются различные типы кровнородственных браков, необходимо оценивать степень родства в этих популяциях. Для оценки уровня инбридинга в настоящее время предложено пользоваться «коэффициентом инбридинга», предложенным Райтом (1885). Он тесно связан с «коэффициентом родства» Малеко. Разница между этими коэффициентами в том, что коэффициент родства определяется только для двух индивидов, которые могут иметь общих, предков.

Коэффициент родства (Фав) -- это вероятность того, что случайно выбранный ген, принадлежащий особи А, идентичен гену того же локуса у особи В. Коэффициент инбридинга определяется для одного индивида и характеризует степень связи между его родителями. Коэффициент инбридинга (F) -- это вероятность того, что два аллеля в данном локусе идентичны по происхождению. В реальных ситуациях вычисление коэффициента родства (Ф) необязательно, т.к. степень родства в популяциях обычно известна. При анализе конкретных родословных иногда рассчитывают коэффициент инбридинга.

Райт разработал метод коэффициентов путей, при котором анализ инбридинга осуществляется поэтапно для каждого общего предка с учетом промежуточных поколений. Допустим, что для одного предка существует «X» путей (поколений), состоящих из шагов: т,, т2, .... тх. Если число общих предков t, to существует

Как указывалось выше, у человека эти расчеты ограничены тремя поколениями. Это условие разумно с точки зрения статистики. Например, если предок отстоит от данной пары на пять поколений (шагов), то вклад общего предка равен

1/2 х 2-10 = 1/2048.

В небольших популяциях, несмотря на случайный выбор, отмечается тенденция к возрастанию инбредности, которая ведет к снижению жизнеспособности и плодовитости. Считают, что патологии рецессивного типа наследования содержатся в популяциях в скрытом виде, а при возрастании в популяции инбредности переходят в гомозиготное состояние. Иногда это называют «инбредной депрессией», которую связывают с резким уменьшением гетерозиготных особей.

факторы, влияющие на изменение частот генов в популяции

Система браков, господствующая в пределах той или иной популяции, предопределяет частоту различных генотипов, на частоты встречаемости генов влияния не оказывает, поскольку системы браков не приводят ни к приобретению новых, ни к утрате прежних генов. Основными механизмами, вызывающими изменения частот генов в популяции, являются:

гибридизация (способ передачи существующих генов из одной популяции в другую). В результате гибридизации возникают совершенно новые комбинации генов (см. комбинативную изменчивость);

мутации приводят к возникновению наследственных изменений (см. раздел 12). Генные мутации могут возникнуть в любой момент, но проявятся не всегда. Наиболее важными являются мутации, возникающие при гаметогенезе. Накопление в популяции рецессивных летальных, полулетальных и других мутаций образует своеобразный «генетический груз» данной популяции. Генетический эффект такого груза проявится не сразу, но недооценивать опасность таких генов для будущих поколений нельзя;

дрейф генов предполагает быстрое изменение частот генов в популяции. Дрейф генов часто называют эффектом Райта, изучившего влияние случайности как эволюционного фактора. В небольших популяциях могут возникать колебания частот генов, фиксироваться или утрачиваться случайным образом. В прошлом структура популяции создавала идеальные условия для дрейфа генов. Случайность оказывается существенным фактором, приводящим к дрейфу генов в следующих ситуациях:

ген, создающий эволюционные преимущества, может неоднократно возникать путем мутаций прежде, чем станет фиксированным; будучи очень редким, он легко утрачивается, не попадая в зиготу;

при переселении на новые территории небольшая группа может утратить редко встречающиеся гены, а генный комплекс приспособится к их отсутствию (явление «родоначальника»);

естественный отбор на генотипы человека непосредственно не действует, а оказывает на организм свое влияние через фенотипы, формируя генотипы организмов таким образом, чтобы получаемые вновь фенотипы оказывались приспособленными к среде обитания. Если индивид обладает признаком, обеспечивающим большую жизнеспособность или плодовитость по сравнению с другими членами популяций, то он оставит более многочисленное потомство. Показано, что отбор оказывает свое действие посредством репродуктивной приспособленности отдельных индивидов или их гамет;

полиморфизм, некоторые гены в популяциях представлены множественными аллелями. По этому признаку популяция будет полиморфной. Форд определил полиморфизм как сосуществование различных обособленных форм по данному признаку особей в одной популяции. Многие признаки остаются в популяции более или менее постоянно, что приводит к «сбалансированному полиморфизму» (например; пол, система группы крови АВО и др.).

Перечисленные выше механизмы, изменяющие

частоту генов в пределах популяции, являются причиной возрастания многообразия.

Каждая популяция характеризуется определенным генофондом, т.е. совокупностью аллелей, встречающихся у особей данной популяции.

Для описания различий между популяциями чаще приводят именно частоты генов, а не фенотипов или даже генотипов. Знание частот встречаемости генов существенно для решения многих проблем генетики, 'что позволяет прогнозировать заболевания в данной популяции.

Более подробно данные о частоте распространения некоторых наследственных болезней в популяциях приведены в книге «Генетика и медицина» под редакцией Н.П.Бочкова (1979).

Задание

1. В одном из районов мира гетерозиготы по мутантному патологическому гену встречаются с большей частотой, чем это можно было ожидать согласно закону Харди -- Вайнберга. Дайте объяснение этому явлению.

2. Частота встречаемости альбиносов определяется как 1:40000. Определите генотипическую структуру популяции.

3. В одном из районов тропической Африки частота серповидноклеточной анемии составляет 20%. Определите частоту нормального и мутантного аллеля в обследованном районе.

4. Алкаптонурия характеризуется окрашиванием хрящевых тканей и быстрым потемнением подщелоченной мочи и наследуется аутосомно-рецессивно. В старости при этой аномалии развивается артрит. Частота встречаемости заболевания: один на сто тысяч. Определите количество носителей в популяции, если число жителей равно 4000000.

5. В трех популяциях человека частоты генотипов при неполном доминировании аллелей А и а составили:

в первой популяции -- 25% АА : 50% Аа : 25% аа во второй -- 20% АА : 42% Аа : 38% а а в третьей -- 4% АА : 20% Аа : 76% а а

Определите частоты аллелей А и а в каждой популяции, выразив их в долях единицы.

6. Популяция г.Москвы имеет следующие частоты встречаемости групп крови:

I -- 33% : II -- 38% : III -- 22,8% : IV -- 6,2% Определите частоты встречаемости аллелей AB0 в г.Москве.

7. Среди 2000000 жителей 3% оказались чистыми левшами, 37% -- амбидекстры (одинаково хорошо владеют обеими руками). Определите геноти-пическую структуру популяции, а также соотношение фенотипов в ней через 10 лет. (Учтите, что популяция подчиняется закону Харди -- Вайнберга).

8. Некоторые формы умственной отсталости при синдроме Лоренца -- Муна -- Барде -- Бидля имеют пенетрантность 86%. Определите генетическую структуру популяции, если в городе с миллионным населением зарегистрировано 200 больных с данным синдромом.

9. У людей известно три генотипа по форме волос. В выборке 2800 человек было получено с генотипом ВВ (курчавые волосы) -- 15%, с генотипом Вв (волнистые волосы) -- 15% и с генотипом вв (прямые волосы) -- 70%. Определите частоту встречаемости аллелей.

10. В родильном доме из 1000 рожениц у 150 наблюдался иммунный конфликт (по резус-фак-

тору). Определите частоты встречаемости аллелей в данной выборке и установите генотипическую структуру популяции.

Лабораторная работа Изучение распределения профилей моторной асимметрии у студентов в группе

Цель работы: определение частоты аллелей правшества и левшества.

Выполнение работы. Студенты проводят тестирование по моторным пробам, результаты записывают в виде таблицы. Анализ результатов позволяет оценить, профиль моторной асимметрии студента, а также определить количество студентов, преимущественно владеющих правой рукой (правши), левой (левши) и число амбидекстров (одинаково успешно владеющих обеими руками).

Серию тестов (поза «Наполеона», «скрещивание пальцев рук», «хлопанье в ладоши») предлагается проводить без пауз. Между сериями желательно делать перерыв не менее 5 мин. Внутри серии порядок тестов должен быть разным. Например, в первой серии предлагается: похлопать в ладоши, скрестить пальцы рук и принять позу «Наполеона». После этого студенты должны проставить, какая рука была ведущей в выполненных тестах. Делается пятиминутный перерыв и в другом порядке предлагается следующая серия, например: поза «Наполеона», хлопанье в ладоши, скрещивание пальцев и т.д. (всего пять серий проб). Итог оценивается большинством случаев.

Примечание: * в позе «Наполеона» ведущей считается рука, кисть которой оказывается сверху. Бывают случаи, когда кисти оказываются или обе сверху, или обе снизу -- это амбидекстры;

* при скрещивании пальцев рук ведущей считается та рука, большой палец которой оказался сверху;

* хлопанье в ладоши -- ведущей считается рука, оказывающаяся сверху при хлопанье. Если нельзя выделить ведущую руку, то это амбидекстры.

Вычислите частоту встречаемости рецессивного аллеля и доминантного с учетом доминирования данного признака. Правши -- гомозиготы доминантные (АА); левши -- гомозиготы рецессивные (аа); амбидекстры -- гетерозиготы (Аа). Расчет выполните согласно закону Харди -- Вайнберга.

Глава 14. Евгеника

Основоположником евгенического направления является Френсис Гальтон, который ввел термин «евгеника», в переводе с греческого обозначающий дословно «рождение более лучших». Принципы евгеники были заложены им на основании изучений таких качеств человека, как здоровье, умственные способности, одаренность. В книге «Наследственность таланта, ее законы и последствия» (1869) Гальтон на большом статистическом материале показал, что «природные особенности человека возникают благодаря наследственности». Гальтон распределил людей «по природной даровитости» на восемь групп. К группам «А» и «В» принадлежат лица со средним уровнем дарования, к «С» -- с большим уровнем дарования, a «D» и «Е» составляют лица, отмеченные премиями и наградами, «F» и «G» -- выдающиеся люди, а «X» -- редчайшие знаменитости. В обратном порядке идут группы а, в, с, d, e, f, g, х: «а» и «Ь» практически не отличаются от «А» и «В», «f» и «g» --- идиоты и «малоумные», «х» -- редчайшая форма идиотии. По Гальтону на 12 средних классов от «А» до «F» и от «f» до «а» приходится 95% всего обследованного населения.

Выдающиеся личности встречаются с частотой 1 на 79000, знаменитости -- 1 на 100000.

Евгенизм -- это метод искусственной селекции применительно к человеку, при этом поощряется воспроизведение индивидов с положительными признаками. По сравнению с медицинской генетикой евгеника ставит иные задачи: активные изменения и переделки наследственности в соответствии с идеалами автора (у одних -- раса рабов и господ, у других -- забота о нравственном совершенстве всего человечества, у третьих -- создание людей с интеллектом ученых).

Первое десятилетие нашего века ознаменовалось широким распространением евгеники в Западной Европе, США и России. В это время в России выходил Русский евгенический журнал. Многие выдающиеся русские ученые, такие как Н.Кольцов, А.Серебровский, С.Левит, В.Эфроим-сон и Ю.Филипченко печатали свои статьи в этом журнале. Они поддерживали идею о том, что человеческому виду следует заняться своим улучшением и для этого поддерживать воспроизводство людей, обладающих желательными качествами (позитивная евгеника), и препятствовать воспроизводству больных, умственно отсталых и калек (негативная евгеника).

...