УЧЕБНИКгенетика. Генетика изучает процессы преемственности жизни на молекулярном, клеточном, организменном и популяционном уровнях

• Название: Генетика изучает процессы преемственности жизни на молекулярном, клеточном, организменном и популяционном уровнях
• Анкор: УЧЕБНИКгенетика.doc
• Дата: 09.02.2017
• Размер: 6.93 Mb.
• Имя файла: УЧЕБНИКгенетика.doc
• Тип: Документы; #2512
• страница: 13 из 16

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.

13.4.3. 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.
13.5.1. 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 О_h A₁; 0_hA₂; 0_hB. 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.
13.5.2. 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.

13.5.3. 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) (рис. 13.15).


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 (рис. 13.16).


начинает активизироваться и бурно размножаться. ВИЧ принадлежит к группе ретровирусов, которые вызывают разнообразные нарушения в клетках рети-куло-эндотелиальной системы человека, в результате этого возникают лейкозы, опухолевые заболевания и др. 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.

13.5.4. 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.


13.6.1. 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.

■


13.6.2. 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).
13.6.3. 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. (табл. 13.8).




Популяционно-генетические исследования пока­зали, что распределение наследственных болезней среди различных рас и народностей в различных странах неравномерно (табл. 13.9, 13.10).





13.6.4. 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, пред-

почтение 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 (рис.13.18).

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 (Ф_ав) — 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 (рис. 13.19).

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, .... т_х. Если число об­щих предков t, to существует



В указанной родословной, где изображен брак отца-дочери, их соединяет только один путь (шаг). Следовательно,



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.
13.6.5. 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).

13.6.6. 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.

13.6.7. 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).

Известный американский генетик Г.Меллер опубликовал книгу «Из ночи», в которой предла­гал улучшить род человека путем установления контроля над размножением с последующим от­бором потомства. Методом, осуществляющим эту программу, является массовое осеменение женщин спермой отдельных выдающихся мужчин. Меллер неоднократно говорил о том, что будущие родите-

ли не должны полагаться только на собственные зародышевые клетки, а должны свободно выби­рать между зародышевыми клетками многих ин­дивидов. Его продолжателем был Роберт Грэм, воз­главивший программу «Отец — почтой», которую вдова Меллера не поддержала, заявив, что ее муж задумывал это иначе. Меллер говорил о том, что будущие родители не должны полагаться на со­бственные зародышевые клетки, а должны свобод­но выбирать между зародышевыми клетками мно­гих индивидуумов, отбирая будущий фенотип сво­их детей. Окончательное решение должно быть прерогативой только заинтересованной пары ро­дителей. Доноров надо было выбирать по дару ума, достоинств характера и нрава, физическому здо­ровью и т.д., причем использовать сперму донора можно было только после того, как пройдет не ме­нее 20 лет после его смерти, т.к. только через такое время можно оценить реальные достоинства доно­ров. Он предложил вести каталоги, содержащие данные физических и психологических характерис­тик доноров. Такой подход был назван гаметический выбор. Следует отметить, что во всех совре­менных репродуктивных центрах используют ка­талоги и другие идеи с некоторыми модификациями, о которых говорил Меллер (см. главу 15).

После 2-й мировой войны складывается новое направление — неоевгеника. Но проблемы оста­лись: как определить, какие признаки желатель­ны для человечества, а какие — нет? Желатель­ные признаки проблематичны, так как человек должен быть добрым, гуманным, деликатным, уметь сострадать, быть духовным и т.д. (наследова­ние таких признаков еще более проблематично, чем талантливость, красота, музыкальность, ма­тематический склад ума и т.д.). Нежелательные — слепота, глухота, слабоумие, психические за­болевания, алкоголизм, преступность и др. соци­альные отклонения. Программ для позитивной не­оевгеники нет, так как нет ясной цели, нет мето­дов и, самое главное, нет знаний о природе насле­дования таких признаков. Генетику аномалий мы знаем лучше. Поэтому можно ограничить и пред­отвратить передачу нежелательных генов (нега­тивная ветвь неоевгеники, например, препятствие воспроизводству умственно отсталых). Во многих государствах Европы и Америки принят закон о стерилизации, но по доброй воле и согласию по­раженного или его опекунов.

Иногда принимают законы, запрещающие браки между больными, например, в Швеции в 1957 г. были запрещены браки эпилептиков. Бра­ки между родственниками лиц, страдавших амав-ротической идиотией (рецессивная патология — нарушение химического состава нейронов мозга, приводящего к слепоте, умственной дегенерации и смерти в раннем возрасте), повышают шанс по­явления заболевания у детей. В Европе в 15% на 130 случаев заболевания амавротической идио­тией родителями были двоюродные братья и сест­ры, а в 16% случаев у родителей была меньшая степень родства. Иногда при разрушении барье­ров изоляции, существующих между эндогамны­ми (изолированными) общинами, в которых на­блюдались различные патологии, прослеживает­ся временный евгенический эффект. В Дании ста­тистика по диабету показывает, что лиц, страдаю­щих диабетом, к 1946 г. стало в три раза больше,

чем в 1927 г. (раньше необходимое лечение отсут­ствовало и больные умирали молодыми и бездетны­ми). Многих волнует вопрос, не приведет ли такая ситуация к генетическому вырождению челове­чества, так как аналогичная ситуация наблюдает­ся практически по всем болезням? Человечество уве­личивает свой генетический груз, накопление дефек­тов людей приводит их к невозможности вести полноценную жизнь. Обостряется этот вопрос и в связи с демографическими проблемами. В 1955 г. Дэвис заявил: «Поскольку достигнут контроль над разведением животных, следующий логический шаг — подобный контроль над человеком». Та­кие заявления антигуманны и ведут к фашизму.

Н.П. Дубинин высказывает свое мнение так: «Разве есть на Земле что-либо более прекрасное, чем дети человека? Неужели стандартизация лю­дей, на каком бы уровне она ни производилась, достойна человека?» Трудно не согласиться с этим, ведь с точки зрения генетики, ни одна биологичес­кая раса, национальность, группа людей, несмот­ря на определенные различия между ними, не име­ют каких-либо преимуществ друг перед другом. Поэтому генетика отвергает евгенические вмеша­тельства в наследственность человека с целью улуч­шения его природы.

Ледерберг предложил новый термин «евфеника», целью которой является получение желатель­ного фенотипа путем воздействия на контролиру­емые генами процессы. Здесь перспективны два направления: регуляция размеров мозга и способ­ностей, другое — преодоление иммунологических барьеров при восстановительной хирургии (транс­плантация). Современное медико-генетическое консультирование.является частным случаем евгени­ческого направления.

Проблема бесплодия в супружеских парах в настоящее время актуальна. Около 20% молодых супружеских пар не имеют детей. Большинство случаев бесплодия связано с заболеваниями или дефектами органов размножения обоих супругов. В 1950 г. в нашей стране был создан первый ин­ститут, где использовали искусственное оплодот­ворение женщин, мужья которых не продуциро­вали жизнеспособную сперму. Впервые в 1974 г. итальянским ученым удалось оплодотворить жен­щину «в пробирке» и затем имплантировать в матку матери, в последующем родился нормаль­ный ребенок. На сегодняшний день во всех стра­нах мира проводят ежегодно несколько тысяч по­добных операций. Центры репродукции человека существуют практически во всех областных горо­дах России, в том числе и г.Ростове-на-Дону при НИИ акушерства и педиатрии.