Биология. Итог по генетике. Генетика как наука. Предмет и задачи генетики. Наследственность и изменчивость (определение). Основные этапы развития генетики, их краткая характеристика. Роль генетики в современной биологии и медицине
 Скачать 1.66 Mb.
|
|
С  труктурная классификация генных мутаций. Понятие генокопийГ  енокопии (лат. genocopia) — сходные фенотипы, сформировавшиеся под влиянием разных неаллельных генов. То есть это одинаковые изменения фенотипа, обусловленные аллелями разных генов, а также имеющие место в результате различных генных взаимодействий или нарушений различных этапов одного биохимического процесса с прекращением синтеза. Проявляется как эффект определенных мутаций, копирующих действие генов или их взаимодействие.Например, фенилкетонурия возникает при дефиците не только фенилаланингидроксоксилазы, но при дефиците дегидроптеридинредуктазы и ,возможно, дегидрофолатредуктазы Хромосомные мутации – классификация и характеристика. Геномные мутации – классификация и характеристика. Биологическая роль генеративных и соматических мутаций. Их влияние на генофонд популяций. Хромосомные мутации – классификация и характеристика.  Геномные мутации – классификация и характеристика.   Биологическая роль генеративных и соматических мутаций. Их влияние на генофонд популяций. Первостепенная роль принадлежит генеративным мутациям, возникающим в половых клетках. Генеративные мутации, вызывающие изменение признаков и свойств организма, могут быть обнаружены, если гамета, несущая мутантный ген, участвует в образовании зиготы. Если мутация доминантна, то новый признак или свойство проявляются даже у гетерозиготной особи, происшедшей из этой гаметы. Если мутация рецессивная, то она может проявиться только через несколько поколений при переходе в гомозиготное состояние. Примером генеративной доминантной мутации у человека может служить появление пузырчатости кожи стоп, катаракты глаза, брахифалангии (короткопалость с недостаточностью фаланг). Примером спонтанной рецессивной генеративной мутации у человека можно рассматривать гемофилию в отдельных семьях. Соматические мутации по своей природе ничем не отличаются от генеративных, но их эволюционная ценность различна и определяется типом размножения организма. Соматические мутации играют роль у организмов с бесполым размножением. Так, у вегетативно размножающихся плодовых и ягодных растений соматическая мутация может дать растения с новым мутантным признаком. Наследование соматических мутаций в настоящее время приобретает важное значение для изучения причин возникновения рака у человека. Предполагают, что для злокачественных опухолей превращение нормальной клетки в раковую происходит по типу соматических мутаций. Если изменяются гены в соматических клетках, то мутации проявляются у данного организма и не передаются потомству при половом размножении. Однако при бесполом размножении, если организм развивается из клетки или группы клеток, имеющих мутировавший ген, мутации могут передаваться потомству. Генеративные мутации могут передаваться по наследству. У человека около 3 тыс. заболеваний генетического характера. Соматические мутации происходят в диплоидных клетках, по наследству не передаются, но могут приводить к заболеваниям, например, опухолевого характера. Мутагенез. Виды мутагенеза и их характеристика. Факторы мутагенеза и их характеристика Понятие канцерогенеза. Генетическая опасность загрязнения окружающей среды Мутагенез — процесс возникновения мутаций — внезапных скачкообразных изменений генетической информации. Под мутационным процессом, как правило, подразумевают не только процесс возникновения мутаций, но и их накопление, распространение и элиминацию. Новые мутации являются источником мутационной изменчивости и чрезвычайно важны с точки зрения профилактики и лечения наследственных болезней. Различают спонтанный мутагенез - возникает в обычных физиологических условиях без действия факторов внешней среды и индуцированный мутагенез - возникает под влиянием направленного воздействия на организм внешних факторов окружающей среды. Существует три группы мутагенов: физические, химические и биологические. В популяции бактерий без всякого экспериментального вмешательства регулярно возникают мутации; такие мутации называют спонтанными мутациями, а клетки, в которых они возникли, спонтанными мутантами. Мутагенное действие аналогов оснований ДНК указывает на возможные причины спонтанных мутаций: вероятно, речь идет о случайных ошибках при включении нуклеотидов во время репликации ДНК-ошибках, вызванных таутомерным перемещением электронов в основании. Мутагенные факторы можно разделить на три группы: К физическим мутагенам относят нагревание, различные виды ионизирующих излучений (рентгеновское, a- b- и g-лучи, нейтроны, мезоны и другие элементарные частицы и ионы высоких энергий), а также ультрафиолетовое и микроволновое излучение. Химические мутагены делят на мутагены прямого действия, непосредственно взаимодействующие с генетическим материалом клетки, и мутагены непрямого действия, влияние которых на генетический материал клетки происходит опосредованно, после ряда метаболических превращений. Установлено, что мутагенной активностью обладает несколько тысяч химических соединений. Однако в отличие от ионизирующего и ультрафиолетового излучений для химических мутагенов характерна специфичность действия, зависящая от природы объекта и стадии развития клетки. При взаимодействии химических мутагенов с компонентами наследственных структур (ДНК и белками) возникают первичные повреждения последних. В дальнейшем эти первичные повреждения ведут к возникновению мутаций. К биологическим мутагенам относят ДНК- и РНК-содержащие вирусы, некоторые полипептиды и белки, например О-стрептолизин и ряд ферментов рестриктаз, а также препараты некоторых ДНК и определенные плазмиды. Механизмы образования мутаций при действии различных биологических факторов не вполне ясны, однако агенты, содержащие нуклеиновые кислоты, могут вызывать нарушение процессов рекомбинации, что приводит к возникновению мутаций. Действие рестриктаз сводится «разрезанию» цепей ДНК в месте (локусе) определенной последовательности нуклеотидов, специфичном для каждой рестриктазы. Для устранения первичных повреждений генетических структур, вызванных мутагенами, в клетке существует ряд систем восстановления, или репарации, генетических повреждений. В настоящее время таких систем насчитывается более десяти Канцерогенез — сложный патофизиологический процесс зарождения и развития опухоли. За всю историю своего развития человечество накопило (главным образом за счет естественного мутационного процесса) так называемый генетический груз, проявляющийся в наследственных, генетически обусловленных заболеваниях. Генетическая адаптация популяций человека к возрастающему загрязнению биосферы мутагенными факторами принципиально невозможна. Больше шансов на выход из генетического кризиса имеют биологические виды с высокой численностью особей, с быстрой сменяемостью поколений, например микроорганизмы. Главная опасность загрязнения окружающей среды мутагенами, как полагают генетики, заключается в том, что их многократное и длительное контактное действие приводит к возникновению мутаций - стой¬ких изменений в генетическом материале. С накоплением мутаций клетка приобретает способность к бесконечному делению и мо¬жет стать основой развития онкологическо¬го заболевания (раковой опухоли). Процесс развития мутаций мо¬жет быть растянут на годы. Например, резкое увеличение количества людей с лейкозами среди жителей Хиросимы и Нагасаки, подвергшихся атомной бом¬бардировке, отмечалось только через 8 лет. Другим примером может служить хи¬мический мутаген бензопирен - компо¬нент табачного дыма и угольной смолы. По данным статистики для курильщиков, чья дыхательная система постоянно кон¬тактирует с бензопиреном, вероятность возникновения рака легкого, в основе ко-торого лежат мутации, резко возрастает не сразу, а через 10 -20 лет курения. Мутагенными свойствами обладают не только различного типа излучения, но и многие химические соединения .Употребление в пищу растений, грибов и ягод, собранных вблизи автомагистра¬лей, может привести к пищевому отравле¬нию свинцом, а через несколько лет эф-фект может проявиться в виде мутации. Меры защиты Такая возможность существует, но она связана с решением сложнейших проблем. Пример тому — поиск путей защиты продуктов питания и здоровья человека от мутагенов, поступающих в окружающую среду в результате использования пестицидов и минеральных удобрений, играющих важную роль в повышении урожайности сельскохозяйственных культур. Самый радикальный путь — предотвращение мутагенного загрязнения окружающей среды. На этом пути наиболее эффективно изъятие выявленных скринингом заведомо мутагенных химических соединений и замена их безвредными (нейтральными, генетически неактивными аналогами). Снижение химических веществ, используемых в хозяйстве, медицине, быту. профилактика отрицательных эффектов мутагенов среды путем раннего выявления наследственных дефектов (во внутриутробном периоде методом амниоцентеза) и последовательного осуществления генетического мониторинга. Но заменить и изъять из окружающей среды реально лишь наиболее высокомутагенные факторы, а вот обладающие малой интенсивностью мутагенеза вещества будут существовать всегда. Немыслимо удаление из биосферы и мутагенов естественного происхождения. Примером одного из таких слабых мутагенов является кофеин, ставший ныне распространенным элементом окружающей среды. Большая часть его поступает не с лекарственными препаратами, а с чаем, кофе, тонизирующими напитками. И при ежедневном употреблении кофе или чая (а тем более и того и другого), в организме человека постоянно поддерживается определенная концентрация кофеина (скорость его деградации — 15 процентов в час) Вот почему в перспективе важную роль в защите наследственности человека от мутагенов окружающей среды будут играть антимутагены — химические соединения, нейтрализующие мутаген до его взаимодействия с молекулой ДНК (протекторы) и снимающие эффекты поражения ДНК (репараторы), вызванные мутагенами. Такие вещества имеются в живой природе (в частности, в растениях), а также среди созданных человеком химических соединений, и могут быть синтезированы требуёмые. Антимутагены можно будет использовать в качестве пищевых добавок и лекарств. Антимутагенные свойства обнаружены и среди известных фармацевтических препаратов, в частности, ряд витаминов (например, С и Е) проявляет такой эффект, и это создает перспективу для профилактики и защиты. Найдены антимутагены и в пищевых продуктах растительного происхождения (в некоторых видах зелени, овощей). Несомненно, глубокая научная разработка проблемы антимутагенеза позволит в ближайшем будущем иметь эффективную защиту от мутагенов окружающей среды — среды обитания человека. Однако стратегический путь защиты генофонда планеты заключается в рационализации природопользования, в выработке дальнейших мер по охране окружающей среды. Предмет и задачи генетики человека. Особенности и трудности проведения генетического анализа у человека. Генеалогический метод генетики человека. Принципы построения родословных и используемая символика. Значение метода при определении типов наследования на примере родословных человека. Предмет и задачи генетики человека Генетика человека - это наука, которая изучает роль наследственности и изменчивости в формировании нормальных признаков человека. Объектом является: человек Предметом являются: нормальные признаки человека. Задачи генетики: 1. Изучение закономерностей генетической детерминации признаков человека 2. Изучение материальной структуры наследования генов • Исследование организации потока информации в клетках человека 3. Анализ характера взаимодействия между генами в процессе формирования признаков 4. Изучение влияния факторов внешней среды на наследственность человека • определение последовательности нуклеотидов в геноме человека, точной локализации генов и создание банка генов • диагностика наследственных патологий на ранних стадиях развития, путем усовершенствования методов пренатальной (дородовой) диагностики и экспресс диагностики • широкое внедрение медико-генетического консультирования • применение методов генной инженерии в разработке методов генной терапии наследственных болезней • выявление новых групп тератогенных факторов и разработка методов их нейтрализации Особенности и трудности проведения генетического анализа у человека. Методы генетики человека Особенности генетического анализа у человека. 1) Бисоциальная природа человека. На формирование любого признака влияют средовые факторы и социальная среда, в которой обитает человек. 2) Невозможность постановки прямых 3) Невозможность использования гибридологического метода 4) Позднее наступление половой зрелости - большая продолжительность жизни одного поколения 5) Малое число потомков 6) Большое число хромосом (46) 7) Невозможность создания одинаковых и строго контролируемых условий жизни для потомков. Особенности человека как объекта генетического анализа: малое число потомков позднее половое созревание редкая смена поколений большая продолжительность жизни сложный кариотип (большое количество хромосом и групп сцепления) невозможность проводить эксперименты н  евозможность создания одинаковых условий для исследуемыхГенетика человека имеет как основные специфические методы исследования: - клинико-генеалогический - близнецовый - цитогенетический - биохимический - популяционно-статистический - иммунологический - дерматоглифики - онтогенетический - генетики соматических клеток Генеалогический метод. Принципы построения родословных и используемая символика. Значение метода при определении типов наследования на примере родословных человека Генеалогический метод - метод составления родословных (генеалогий). В медицинской генетике этот метод называют клиникогенеалогическим в связи с использованием при составлении родословных клинических данных. Генеалогический метод применяется при решении следующих задач: 1) установление наследственного характера признака; 2) определение типа наследования; 3) анализ сцепления генов и картирование хромосом; 4) изучение интенсивности мутационного процесса; 5) расшифровка механизмов взаимодействия генов; 6) при медико-генетическом консультировании. Суть генеалогического метода сводится к выявлению родословных связей и прослеживанию признака или болезни среди родственников. Технически генеалогический метод реализуется в два этапа: составление родословной и генеалогический анализ. Составление родословной начинается со сбора сведений о пробанде. Пробанд это человек (больной или здоровый) обратившийся к врачу- генетику за консультацией. Далее собирается информация о родственниках пробанда. Родные братья и сестра пробанда называются сибсами. По каждому родственнику собираются сведения о его возрасте, наличии заболеваний, профессии и связанных с ней вредностей, для женщин выясняется количество беременностей, их исходы (выкидыши, мертворожде- ния, медицинские аборты и др.) и возможные неблагоприятные средовые факторы, действовавшие во время беременности. Должна быть собрана информация о родственниках второй-третьей степени родства из трех поколений. После сбора генеалогической информации осуществляют графическое изображение родословной с использованием определенных (стандартных) символов. Все члены родословной должны располагаться строго по поколениям. Каждое поколение исследуемых лиц размещается в одну строчку. Родные братья и сестры располагаются в родословной в порядке рождения слева направо, начиная со старшего. Поколения обозначаются римскими цифрами слева от родословной сверху вниз. Индивидуумы одного поколения нумеруются последовательно слева направо арабскими цифрами. Таким образом, каждый член родословной имеет свой шифр (например: I-3, II-2 и т.д.). Рассматриваемый признак (заболевание) обозначается произвольно буквой или штриховкой внутри символов родословной. Все полученные сведения о пробанде и его родственниках записываются внизу под родословной и называется легендой родословной. Анализ родословной. В ходе анализа родословной устанавливается, является ли рассматриваемый признак (заболевание) наследственным. Если признак в родословной встречается несколько раз в разных поколениях, то можно предполагать, что этот признак имеет наследственную природу. Далее устанавливается тип наследования признака (заболевания). При этом обращается внимание на следующие моменты: встречается ли изучаемый признак во всех поколениях; многие ли члены родословной обладают этим признаком; одинакова ли частота признака у лиц обоих полов и если неодинакова, то у лиц какого пола он встречается чаще; лицам какого пола передается признак от отца, имеющего признак и от матери, имеющей признак; есть ли в родословной семьи, где у обоих родителей, не имеющих признак, рождались дети с признаком; есть ли в родословной семьи, где у обоих родителей, имеющих признак, рождались дети без признака; какая часть потомства имеет наследуемый признак в семьях, где один из родителей с данным признаком. Задачи: 1) Установление наследственного характера признака 2) Определение типа наследования признака 3) Анализ сцепления генов и картирования хромосом 4) Изучение интенсивности мутационного процесса 5) Расшифровка механизмов взаимодействия генов 6) Использование данного метода при медико-генетическом консультировании Принципы построения родословных и используемая при этом символика. Пробанд – человек, обратившийся к врачу-генетику за консультацией. Сибсы – родные братья и сестры пробанда Использование этого метода возможно в том случае, когда известны прямые родственники предки обладателя наследственного признака (пробанда) по материнской и отцовской линии в ряду поколений или потомки пробанда также в нескольких поколениях. При составлении родословных в генетике используется определенная система обозначений. После составления родословной проводится ее анализ с целью установления характера наследования изучаемого признака.  Условные обозначения, принятые при составлении родословных: 1 — мужчина; 2 — женщина; 3 — пол не выяснен; 4 — обладатель изучаемого признака; 5 — гетерозиготный носитель изучаемого рецессивного гена; 6 — брак; 7 — брак мужчины с двумя женщинами; 8 — родственный брак; 9 — родители, дети и порядок их рождения; 10 — дизиготные близнецы; 11 — монозиготные близнецы. Благодаря генеалогическому методу были определены типы наследования многих признаков у человека. Так, по аутосомно-доминантному типу наследуются полидактилия (увеличенное количество пальцев), возможность свертывать язык в трубочку, брахидактилия (короткопалость, обусловленная отсутствием двух фаланг на пальцах), веснушки, раннее облысение, сросшиеся пальцы, заячья губа, волчья пасть, катаракта глаз, хрупкость костей и многие другие. Альбинизм, рыжие волосы, подверженность полиомиелиту, сахарный диабет, врожденная глухота и другие признаки наследуются как аутосомно-рецессивные. |