Генетика человека - НАСЛЕДСТВЕННОСТЬ И ИЗМЕНЧИВОСТЬ

Учебник БИОЛОГИЯ 10—11 классы - Общие закономерности - А.А. Вахрушев - Баласс 2015 год

Генетика человека - НАСЛЕДСТВЕННОСТЬ И ИЗМЕНЧИВОСТЬ

Постановка проблемы урока

Пессимист:Боюсь за своих будущих детей: плохая экология, кругом сплошные мутагены. Да и у родственников наверняка бывали наследственные болезни, только раньше о них не думали.

Оптимист:Чего бояться? Все гены человека известны.

Сравнят твои гены с эталоном, где надо - подправят, подлечат. Сейчас всё лечат. А детям, говорят, генотип улучшают прямо в роддоме. Правда, дорого...

• Сформулируйте вопрос, который поможет выработать научно-практическую точку зрения на эти проблемы. Сравните с вариантом авторов на с. 397.

Необходимые базовые знания

• Расскажите о наследовании альтернативных аллелей. (§ 26)

• Как определить независимое наследование и сцепление с полом? (§ 27-28)

• Что вы помните о генетике человека? (9 класс)

• Что такое аутосомы и половые хромосомы? (§ 28)

Решение проблемы

Как изучают генетику человека

• Какие методы использует медицинская генетика?

Современная генетика детально изучила наследственность человека. Общие закономерности наследственности, которые были выяснены на лабораторных животных и сельскохозяйственных растениях, применимы и к человеку. Так, учёные смогли объяснить причины огромного разнообразия людей, неповторимости их облика. В их основе лежит огромное генетическое разнообразие, возникающее за счёт комбинирования аллелей, впервые появившихся в виде мутаций у наших предков, близких и далёких. Истинный запас генетической изменчивости человеческой популяции на самом деле ещё выше, чем наблюдаемое разнообразие фенотипов. Ведь большинство мутаций рецессивно и в гетерозиготном состоянии не проявляется в фенотипе.

Как бы ни были универсальны закономерности наследственности, требуется их уточнение применительно к человеку. Прямые эксперименты на людях не проводят. Поэтому при изучении генетики человека используются специальные методы исследования.

Близнецовый метод

• С какой целью используется близнецовый метод?

Близнецы бывают двух типов. Разнояйцовые близнецы образуются при оплодотворении двумя сперматозоидами двух яйцеклеток. От других детей этих родителей они отличаются только тем, что родились в один день. Однояйцовые близнецы развиваются из одной оплодотворённой яйцеклетки. Они имеют идентичные генотипы и поэтому представляют особый интерес: все различия между ними связаны с различиями индивидуального развития и условий жизни.

Близнецовый методпозволяет оценивать роль наследственности и окружающей среды в развитии признаков. Для получения достоверных выводов собирают информацию по многим сотням пар близнецов. Сравнивая идентичных близнецов, воспитанных раздельно, можно оценить генетический потенциал признаков и их ненаследственные модификации.

Другой метод — сравнение уровня сходства между близнецами двух типов. Если признак целиком определяется наследственностью, то у однояйцовых близнецов обнаружится полное сходство, а у разнояйцовых — различие, определяемое законами расщепления генов. Так наследуются, например, группы крови. Если наследственность не участвует в определении признака, то различия в парах как однояйцовых, так и разнояйцовых близнецов должны быть одинаковыми. Выяснено, что цвет глаз, например, в малой, а косолапость — в большой степени определяется внешними условиями. Развитие большинства признаков — таких как умственные и физические способности — сильно зависит от обоих факторов.

Цитогенетические исследования

• Какие возможности даёт изучение кариотипа?

Цитогенетический анализ заключается в исследовании числа и строения хромосом — кариотипа человека. Их наблюдают в клетках тканей, фиксированных в момент метафазы митоза. Дифференциальное окрашивание специальным набором красителей позволяет определить каждую из 23 пар хромосом человека по их длине, соотношению размеров плеч и особенностям поперечной исчерченности. Находя аномалии в числе и строении отдельных хромосом, цитогенетик может соотнести их с генетической картой и установить, на какие признаки может повлиять данная аномалия.

Хромосомные аномалии,связанные с ошибками в мейозе при образовании яйцеклетки, вызывают смерть или тяжёлые пороки развития. Появление лишней Х-хромосомыу мальчиков и недостаток одной Х-хромосомы у девочек часто влечёт за собой серьёзные отклонения в развитии, в том числе умственную отсталость и недоразвитие половых признаков. Появление лишней 21-й хромосомы вызывает синдром Дауна (Синдром — закономерное сочетание признаков (симптомов), имеющих общий механизм возникновения.), включающий, наряду со многими отклонениями, умственную отсталость. Эмбрионы с любой другой (не 21-й) лишней аутосомой также образуются, но, как правило, погибают на ранних стадиях развития.

Хромосомные аномалии встречаются, к сожалению, относительно часто: примерно один раз на 300 родов. У поздно рожающих женщин доля подобных аномалий в несколько раз выше. Дело в том, что в организме девочки уже при рождении содержатся все яйцеклетки (точнее, ооциты), которые она способна образовать, но мейоз в них не завершается до момента оплодотворения. Не зря говорят, что к материнству надо готовиться с рождения.

Генеалогия - составление родословных

• Какие признаки успешно выявляются изучением генеалогии семьи?

С помощью метода составления родословных (генеалогии) изучают закономерности наследования признаков: цвета глаз и волос, рисунка на пальцах, групп крови, признаковнаследственных болезней.Благодаря хорошо известной родословной европейских монархов учёные установили закономерности наследования гемофилии — болезни, при которой кровь человека теряет способность свёртываться (рис. 34.1). Такие болезни редки, но их общее количество велико.

34.1. Генеалогическое древо царствующих домов Европы

• Как наследуется гемофилия? Почему среди больных гемофилией практически нет женщин, а среди здоровых носителей - нет мужчин? (§ 26)

Летальные гены

• Чем опасны близкородственные браки?

Если ген, кодирующий жизненно необходимый белок, мутирует, то он теряет способность производить этот белок и превращается в летальный ген. Организм, гомозиготный по этому гену, обречён на гибель. В гетерозиготном состоянии летальные гены могут частично или полностью маскироваться деятельностью второго, нормального аллеля. Так они передаются потомкам и распространяются в популяции достаточно широко. Для человека известны тысячи таких аллелей: это “генетический груз” неудачных мутаций. Подсчитано, что в среднем человек гетерозиготен приблизительно по 30-ти летальным рецессивным генам.

Ещё во времена зарождения человеческой культуры во многих обществах параллельно возникли запреты на браки между близкими родственниками — двоюродными и тем более родными братьями и сёстрами. Впоследствии, с возникновением цивилизации, такие браки стали попросту запрещены законом. Они с древности назывались кровосмешением и осуждались всеми мировыми религиями. Лишь генетика дала объяснение этим запретам.

Близкие родственники могут быть носителями одних и тех же летальных генов, так что их дети имеют большие шансы получить эти аллели от обоих родителей. Поэтому частота наследственных болезней среди потомства двоюродных братьев и сестёр составляет 11% — против 4,5% при неродственных браках.

Ребёнок двоюродных брата и сестры получит по 1 /2 своего генотипа от каждого из них, по 1/4 — от их родителей, по 1/8 от каждого из бабушек и дедушек. С вероятностью 1 /16 это будет один и тот же из пары гомологичных аллелей от общей бабушки и с такой же - от общего дедушки. Итого, у ребёнка 1/8 генотипа (плюс статистическая погрешность), скорее всего, будет представлена одинаковыми аллелями общих родственников.

Биохимические методы

• В каких случаях особенности генотипа можно установить биохимическим анализом?

Многие патологические состояния человека связаны с нарушением обмена веществ. Биохимический анализ крови позволяет установить избыток или недостаток определённых ферментов в организме больного и определить, имеет ли он врождённые причины.

Такие нарушения обычно связаны с генными мутациями. Вот несколько примеров.Фенилкетонурия— рецессивная мутация гена 12-й хромосомы — вызывает избыток производства одной из аминокислот (фенилаланина). При отсутствии строгой диеты, исключающей содержащие это вещество продукты, у ребёнка может развиться умственная отсталость. Серповидно-клеточная анемия — генная мутация, которая в гомозиготном состоянии вызывает шлейф таких тяжёлых последствий, что часто приводит к смерти. Носители болезни в гетерозиготном состоянии обладают повышенной чувствительностью к недостатку кислорода. Альбинизм — рецессивная мутация, вызывающая врождённое отсутствие пигмента в коже, волосах и радужине глаз. У такого человека красные глаза и розовая кожа из-за просвечивания капилляров. Лишённая пигмента кожа имеет ослабленную защитную функцию, поэтому её обладатель более подвержен инфекционным заболеваниям.

34.2. Форма эритроцитов при серповидно-клеточной анемии нарушается

Молекулярная генетика

• В чём сущность молекулярных методов генетики?

Современные методы молекулярной генетики определяют последовательность нуклеотидов в ДНК хромосом. При сравнении ДНК разных людей удаётся установить степень их родства. Такая практическая задача часто возникает не только в медицинских, но и в юридических целях, в ходе судебно-медицинской экспертизы.

Важнейшее значение имеет последовательная расшифровка всех генов человека в работе по программе “Геном человека”. Сравнение ДНК человека и животных позволяет судить об их эволюционном родстве. Так, геном человека на 98% сходен с геномом шимпанзе, немногим меньше — с геномами других млекопитающих. Значит, на примере животных можно изучать воздействие на человека многих болезнетворных организмов и лечебных препаратов, исследовать возможности генной инженерии.

Генетика и здоровье человека

• Как можно снизить вероятность генетических заболеваний?

Как мы убедились, генетические заболевания в лучшем случае накладывают тяжёлый отпечаток на всю жизнь. Тем более печально, что наша собственная хозяйственная деятельность увеличивает частоту наследственных нарушений. Необходимо знать, что к наиболее опасным мутагенам относятся радиоактивное излучение и химическое загрязнение среды. Важнейший фактор охраны генетического здоровья — забота о чистоте среды обитания человека.

Кроме того, важно заботиться о личной гигиене, проверяя безвредность воды, продуктов питания, косметических и лекарственных препаратов. Любители “бронзового загара” должны учитывать, что и ультрафиолетовое излучение обладает мутагенным действием.

Однако ничто так не опасно будущему потомству, как вредные привычки родителей. Курение, употребление алкоголя и особенно наркотиков будущими родителями резко повышают вероятность точечных и хромосомных мутаций. В частности, именно по этим причинам нарушается протекание мейоза в ооцитах будущей матери. Надо иметь в виду, что такие нарушения не исправляются, а накапливаются в течение жизни.

Лечение наследственных болезней

• В чём заключается лечение генетических заболеваний?

Эффективное лечение обычных заболеваний предполагает выздоровление. Наследственную болезнь так не вылечить: даже при помощи генной инженерии невозможно исправить генетический дефект во всех половых клетках, не говоря уже о всех клетках тела. В данном случае лечение предполагает облегчение участи больного. Здесь определяющую роль имеет знание биохимической природы той или иной наследственной болезни. Биохимическую недостаточность можно компенсировать лекарственным препаратом. Биохимическую избыточность — специально подобранной диетой.

Но возможна и генная терапия, которая пока находится ещё в зачаточном состоянии. Например, у юноши, больного гемофилией, из кожи можно выделить клетки соединительной ткани. С помощью методов генной инженерии в них вводится ген свёртываемости крови. Затем создаётся культура таких “вылеченных” клеток, которые возвращаются в тело больного. Эти клетки приживаются, и симптом несвёртываемости крови ослабевает.

Медико-генетические консультации

• Как можно снизить вероятность генетических заболеваний?

Рождение больного ребёнка не только обрекает его на страдания, но и делает сложнее жизнь всех его близких. С ростом биологической образованности всё больше семей осознают такую ответственность и обращаются в медико-генетические центры, чтобы уменьшить риск рождения ребёнка с генетическими аномалиями. Врач-генетик изучает сведения о болезнях родственников, проводит цитогенетический и биохимический анализ тканей будущих родителей и определяет величину такого риска.

Если этотриск велик, то на ранней стадии беременности по пункции околоплодной жидкости имеется возможность получить важную информацию о генетических нарушениях у эмбриона и избежать рождения больного ребёнка. Лишь немногие дефекты эмбриона в настоящее время удаётся исправить. Однако часто повторная беременность может быть удачной. Если же генетические дефекты родителей непоправимы, врач посоветует взять приёмного ребёнка. Детей, лишённых попечения родителей, увы, ещё немало.

Дополнительная генетическая проблема возникает, если мать и ребёнок различаются по генам резус-фактора крови, так как может развиться иммунная реакция отторжения. К счастью, этого легко избежать, если генотипы родителей известны заранее.

Обобщение новых знаний

Знание законов генетики и использование специальных методов позволяют изучать генетические особенности человека. Наследственные болезни не поддаются полному излечению и представляют опасность для потомков. Их профилактика основана на медико-генетическом консультировании населения и призвана препятствовать распространению наследственных заболеваний в человеческих популяциях.

Наследственные болезни. Медико-генетическая консультация

Применение знаний

1. Как генетика может помочь людям, если наследственные болезни нельзя полностью вылечить?

2. Какие методы позволяют изучать закономерности наследования у человека?

3. Какое генетическое объяснение имеет запрет на родственные браки?

4. Какие генетические нарушения могут вызвать наследственные болезни?

5. Как вы считаете, какую главную мысль хотели донести до читателей авторы в этом параграфе?

6. Какие этические проблемы должны, на ваш взгляд, мешать проведению генетических исследований на человеке?

7. В чём заключается ответственность будущих родителей перед их будущими детьми?

8. Определите, какими должны быть родители, чтобы у их детей проявились признаки, указанные в таблице.

Признак

Тип наследования

доминантный

рецессивный

Цвет глаз

Карий

Голубой

Острота зрения

Близорукость

Нормальное

Наличие веснушек

Имеются

Отсутствуют

Узор на коже пальцев

Эллиптические

Циркулярные