Наследственные болезни. курсовая по генетике. Курсовая работа специальность 34. 02. 01 Сестринское дело
 Скачать 1.52 Mb.
|
|
Правительство Санкт-Петербурга Комитет по здравоохранению Санкт-Петербургское государственное бюджетное профессиональное образовательное учреждение «Медицинский колледж №13» Наследственные болезни и их классификация. Клинические проявления наследственной патологии. КУРСОВАЯ РАБОТА Специальность: 34.02.01 «Сестринское дело»ОПД: ОП.04 Генетика человека с основами медицинской генетики Работу выполнила: Группа: Руководитель: Работа заслушана: (дата) Работа оценена: (оценка, подпись преподавателя) Санкт-Петербург 2016 ВВЕДЕНИЕ Актуальность проблемы В последние годы в связи с бурным развитием медицинской генетики меняются традиционно сложившиеся в прошлом веке представления об этиологии и патогенезе многих заболеваний. Значительно возрос вклад наследственной патологии в структуру заболеваемости и смертности как взрослого, так и детского населения. При относительной редкости отдельных нозологических форм наследственных болезней их общая частота в популяции человека достаточно высока. В связи с этим все большее значение приобретают мероприятия, направленные на изучение частоты встречаемости, механизмов распространения и профилактики наследственной патологии. По данным ВОЗ [Primary health care approaches for prevention and control of congenital and genetic disorders. WHO, 2000] 5-7% новорожденных имеют различную наследственную патологию, в которой моногенные формы составляют 3-5%. Моногенная наследственная патология характеризуется большим разнообразием клинических и генетических форм. Число зарегистрированных наследственных болезней постоянно растет. К настоящему времени согласно международной классификации В. МакКьюсика выделено 17905 описаний различных фенотипов и болезней, из которых 16792 с аутосомным типом наследования (аутосомно-доминантный и аутосомно-рецессивный), 994 – с X-сцепленным, 56 – с Y-сцепленным и 63 – с митохондриальным [McKusick V.А., 2007]. Из такого разнообразия описаний примерно 5000 - 6000 относятся к наследственным болезням и синдромам. В популяциях России за прошедшие три десятилетия проведена большая и, в определенной степени, уникальная работа по генетической эпидемиологии моногенных наследственных болезней в различных регионах и этнических группах. Накоплен значительный фактический материал, собранный "обзорным" методом, при котором одновременно исследовались генетическая структура популяций и большое число различных форм наследственной патологии (их частоты и нозологический спектр). Данные исследования позволили оценить вклад различных факторов популяционной динамики в распространение моногенных наследственных болезней у населения некоторых регионов и этнических групп России. Они показали, что причиной дифференциации различных популяций и этнических групп в отягощенности аутосомной патологией и ее разнообразия в большинстве случаев являются генетический дрейф и эффект родоначальника. В основном это связано с наследственностью каждого человека, со свойствами его генов. Общепопуляционная частота наследственных заболеваний такова, что примерно 5-6 детей из 100 рождаются с какими-нибудь генетически обусловленными предрасположенностями, а из 1000 новорожденных у 35-40 выявляются различные типы наследственных болезней. В смертности детей в возрасте до 5 лет хромосомные болезни составляют 2-3%, генные – 8-10%, мультифакториальные – 40%. В это число входят наследственные заболевания, возникшие впервые или унаследованные от одного из родителей. С каждым годом отмечаются новые формы наследственной патологии. Наследственные болезни длительное время не поддавались лечению , а единственным методом профилактики была рекомендация воздержаться от деторождения. Это было связано с тем, что многие генетически обусловленные заболевания проявляются не сразу после рождения, а спустя некоторое (порой весьма долгое) время. Современная медицинская генетика позволила разработать систему профилактики наследственных болезней: медико-генетическое консультирование, преконцепционная профилактика, пренатальная диагностика, массовая диагностика у новорожденных наследственных болезней обмена, поддающихся диетической и лекарственной коррекции, диспансеризация больных и членов их семей. Внедрение этой системы обеспечивает снижение частоты рождения детей с врожденными пороками развития и наследственными болезнями на 60-70%. Цель курсовой работы: изучение наследственных болезней человека, связанных с хромосомными, генными и геномными мутациями, для определения основных направлений их профилактики в современном обществе. Задачи курсовой работы: Описать общие закономерности наследственных болезней; Определить природу генных мутаций; Охарактеризовать генетические причины наследственных болезней. ГЛАВА 1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР &1.1 Основные периоды и идеи развития генетики Сложно переоценить значение медицинской генетики как науки на современном этапе развития человечества, так как она является важнейшей составляющей частью и областью медицины. Открытия медицинской генетики продвинули медицину в целом на новый уровень. Медицинская генетика (или генетика человека, клиническая генетика, генопатология) — область медицины, наука, которая изучает явления наследственности и изменчивости в различных популяциях людей, особенности проявления и развития нормальных и патологических признаков, зависимость заболеваний от генетической предрасположенности и условий окружающей среды. Задачей медицинской генетики является выявление, изучение, профилактика и лечение наследственных болезней, разработка путей предотвращения воздействия негативных факторов среды на наследственность человека. В развитии генетики выделяют несколько периодов. I период. Доменделевский период. Учение о наследственности человека зарождалось в недрах медицины из эмпирических наблюдений семейных и врожденных болезней. Уже в трудах Гиппократа отмечалась роль наследственности в происхождении болезней: «...эпилепсия, как и другие болезни, развиваются на почве наследственности; и действительно, если от флегматика происходит флегматик, от жёлчного — жёлчный, от чахоточного — чахоточный, от страдающего болезнью селезёнки — страдающий болезнью селезёнки, то что может помешать, чтобы болезнь, которою страдают отец и мать, поразила бы также одного из их детей». Однако в дальнейшем вопрос о роли наследственности в происхождении болезней был забыт, и на первое место в теориях медицины выдвигались внешние факторы этиологии. Лишь в XVIII—XIX веках появились отдельные работы о значении наследственности в происхождении болезней (полидактилии, гемофилии, альбинизма). Определённо можно сказать, что во второй половине XIX века утвердилось понятие о патологической наследственности у человека, которое было принято многими врачебными школами. С пониманием патологической наследственности зародилась концепция о вырождении человеческого рода и необходимости его улучшения, причём одновременно (1865) и независимо друг от друга её высказали В.М. Флоринский в России и Ф. Гальтон в Англии. Предпосылки развития учения о наследственности человека в XIX веке вытекали из биологических открытий, революционизировавших развитие медицины: клеточной теории (Теодор Шванн) и доказательства клеточной преемственности (Рудольф Вирхов); оформления идеи развития организмов (онто- и филогенез); объяснения эволюции на основе явления естественного отбора и борьбы за существование (Чарльз Дарвин). Не меньшее влияние, чем биологические открытия, на развитие учения о наследственных болезнях оказали общемедицинские предпосылки. В XIX веке изучение причин заболеваний стало главным направлением в медицине. Начался период нозологизации болезней, в том числе наследственных. Например, описаны болезнь Дауна, нейрофиброматоз, врождённая дисплазия соединительной ткани и др. Изучение патологических симптомов сменилось изучением нозологических форм болезненных процессов, которые можно было прослеживать в родословных как дискретные формы. Несмотря на то что в XIX веке учение о наследственных болезнях и закономерностях наследственности человека существенно продвинулось, в целом ещё было много противоречий. В большинстве работ этого периода факты и ошибочные представления были перемешаны. Критериев правильной интерпретации наследования болезней ещё не существовало. Генетика человека находилась на «донаучной» стадии развития. Этот период можно назвать доменделевским. II период. Научный этап развития. Открытия Г.Менделя Собственно научный этап развития генетики начинается с работы Г.Менделя «Опыты над растительными гибридами», опубликованной в 1865 г. Суть этой работы заключается не в установлении правил расщепления признаков в потомстве от скрещивания гибридов у гороха, часть которых была выявлена предшественниками Менделя, а в том, что в результате количественного анализа расщепления по отдельным четким качественным признакам у потомства ученый предположил существование элементарных единиц наследственности, не смешивающихся с другими такими же единицами и свободно комбинирующимися при образовании половых клеток. Открытие Менделя оставалось забытым 35 лет, но после его «переоткрытия» в 1900 г.-развитие генетики пошло более быстрыми темпами. Генетика стала превращаться в науку. Только с переоткрытием законов Менделя в 1900 г. возникли уникальные возможности «инвентаризации» наследственных болезней. На примере то одной, то другой болезни непрерывно подтверждались законы Менделя либо врачами, либо биологами. Наследственность как этиологическая категория прочно вошла в медицину. Природа и причины многих болезней стали понятными. Менделю удалось понять, что кажущееся растворение признака в следующем поколении связано с тем, что каждый признак определяется не одной, а двумя субъединицами наследственности. Г.Мендель доказал атомную природу биологии: в основе наследственности лежит сочетание неделимых субъединиц. У этих субъединиц на заре генетики было много названий: факторы, геммули, пластидулы, пангены, биофоры, ай-ди и иданты. Но со временем закрепилось название ген. Открытия Т. Моргана Может быть, после Менделя самой важной вехой в развитии генетики были работы Томаса Моргана и его учеников А.Стертеванта, К.Бриджеса и Г.Меллера, выполненные на дрозофиле. Работы Моргана заложили основы хромосомной теории наследственности, они показали, что ограничения в свободной комбинаторике некоторых генов обусловлены расположением этих генов в одной хромосоме и их физическим сцеплением. Морганом было установлено, что сцепление генов, расположенных в одной хромосоме, не является абсолютным. Во время мейоза хромосомы одной пары могут обмениваться гомологичными участками между собой с помощью процесса, который называется кроссинговером. Чем дальше друг от друга расположены гены в хромосоме, тем чаще они разделяются кроссинговером. На основе этого феномена была предложена мера силы сцепления генов — процент кроссинговера — и построены первые генетические карты хромосом для разных видов дрозофилы. Морган и его сотрудники использовали хромосомные мутации как цитологические маркеры расположения генов. Такое совмещение цитологического и генетического изучения хромосом и создало особый раздел генетики, который называется цитогенетикой. Впервые предположение о том, что хромосомы являются носителями наследственной информации в клетке, было высказано еще в 1902 г. Т.Бовери, В.Сэттоном и К.Корренсом, но оно основывалось на цитологических доказательствах поведения хромосом во время деления клеток. III период. Евгеника В первых двух десятилетиях XX века возникла эйфория от менделевской интерпретации многих болезней, в результате которой была существенно преувеличена роль наследственности в формировании поведения человека и в наследственной отягощённости населения. Концепция обречённости и вырождения семей с наследственной патологией стала ведущей для объяснения отягощённости общества потомством таких больных. Диагноз наследственной болезни считался приговором больному и даже его семье. На этом фоне стала набирать силу евгеника — ранее сформулированное Ф. Гальтоном направление (или даже наука) об улучшении породы (или природы) человека. Под негативной евгеникой понимали ту её часть, которая ставила своей целью освобождение человечества от лиц с наследственной патологией путём насильственной стерилизации. Евгеника в конечном счёте «обосновывала» насильственное ограничение репродуктивной свободы. Правильнее считать евгенику не наукой, а социальным или общественным движением. Евгенические идеи необычайно быстро распространились, и более чем в 30 странах (США, Германия, Дания, Швеция и др.) приняли форму жёстких законов о принудительной стерилизации лиц, родивших детей с эпилепсией, олигофренией, шизофренией и другими заболеваниями. В период с 1907 до 1960 г. в США было насильственно стерилизовано более 100 000 человек. В Германии за первый полный год нацистской евгенической программы было стерилизовано 80 000 человек. В целом евгеника сыграла отрицательную роль в развитии генетики и медико-биологической науки. Хромосомная теория В истории науки случалось, что ошибочное положение на долгие годы становилось прописной истиной только потому, что никто не удосужился его проверить. До 1955 года все ученые были твердо убеждены в том, что геном человека состоит из 24 пар хромосом. Ошибка произошла в 1921 году, когда техасец Теофилус Пейнтер (Theophilus Painter) сделал препаративные срезы семенников двух афроамериканцев и одного белого, кастрированных по решению суда за «слабоумие и антиобщественное поведение», зафиксировал срезы в химических препаратах и микроскопировал. Пейнтер долго пытался подсчитать скучившиеся хромосомы в сперматоцитах несчастных мужчин и наконец решил, что их 24. В течение 30 лет никто не осмелился опровергнуть этот «очевидный факт». И только в 1955 году, когда индонезиец Джо-Хин Тьо (Joe-Hin Tjio) переехал из Испании в Швецию, в лабораторию Альберта Левана (Albert Levan), ошибка была обнаружена. Тьо и Леван, используя более современную технику, четко насчитали 23 пары хромосом. Только в 1956 г. Дж.-К.Тио и А.Леван установили, что диплоидное число хромосом человека равно 46, а не 48, как думали раньше, и только в 1959 г. Ж.Лежен открыл трисомию по 21-й хромосоме как причину болезни Дауна. Такая задержка точных цитогенетических исследований кариотипа человека довольно трудно объяснима, зато в последующие годы именно цитогенетика развивалась наиболее бурными темпами по сравнению с классической, биохимической или популяционной генетикой человека. Предпосылки открытия гена (Г. Мендель, Т. Морган, А. Гаррод, Г.Мюллер, Д. Бидл, Э. Татум, Л. Поллинг ) В 1902 году в свои 45 лет Арчибальд Гаррод (Archibald Garrod) уже считался столпом английской медицины. Он был сыном выдающегося посвященного в рыцари ученого сэра Альфреда Баринга Гаррода (Alfred Baring Garrod), чей труд о подагре, болезни, поражавшей высшие слои общества, считался триумфом медицины. В 1902 году Арчибальда Гаррода осенила неожиданная догадка, он прикоснулся к ответу на величайшую загадку: что представляет собой ген. Действительно, столь неожиданно четким оказалось его понимание гена, что должны были пройти годы даже после его смерти, чтобы появился кто-либо способный понять смысл сказанного Гарродом: «ген — это пропись приготовления одного химического соединения». Более того, Гаррод даже обнаружил один из генов. Работая в госпитале Святого Варфоломея на Грейт Ормонд-стрит в Лондоне, изучая пациентов, страдающими редким, но неопасным заболеванием — алкаптонурией, он пришел к мысли, что проблема связана с семьей. И действительно, изучив семейные истории пациентов, страдающих данным заболеванием, Гарод обнаружил, что в восьми из семнадцати случаев алкаптонурии родители пациентов состояли друг с другом в том или ином родстве. Но болезнь не просто передавалась от родителей к детям, а могла проявиться в следующем поколении. К счастью, Гаррод следил за последними достижениями в биологии. Его друг Уильям Бэтсон (William Bateson) был одним из тех, кого пленили лишь два года назад обнаруженные в архивах и переизданные труды Грегора Менделя (Gregor Mendel). Бэтсон как раз писал научную работу, с тем, чтобы популяризировать вновь обретенную теорию менделизма о рецессивах — признаках, проявляющихся в одном поколении, скрытых в следующем и вновь возникающих в третьем поколении при близкородственном скрещивании. Он даже сохранил ботаническую терминологию Менделя, назвав эти признаки химическими мутациями. До этих пор под мутациями понимали только изменения во внешнем виде растений Величайшая заслуга Германа Джо Мюллера (Hermann Joe Muller), получившего Нобелевскую премию, состоит в открытии мутагенеза. В 1926 году Мюллер спросил себя: «А действительно ли мутации настолько уникальные биологические процессы, что являются совершенно не управляемыми и не контролируемыми, как еще совсем недавно думали о превращениях химических атомов?». А в 1927 году он нашел ответ на свой вопрос. Облучая фруктовых мушек рентгеновскими лучами, Мюллер вызвал у них серию мутаций, проявившихся в следующем поколении в виде всевозможных деформаций. Мюллер установил, что так же, как и атомы, частицы Менделя должны иметь свою внутреннюю структуру, которую можно изменить с помощью рентгеновских лучей. Они все равно оставались генами после мутации, но уже другими генами. Искусственно вызванные мутации подстегнули современную генетику. Используя методику Мюллера с рентгеновским облучением, в 1940 году Джордж Бидл (George Beadle) и Эдвард Татум (Edward Tatum) создали мутантный вариант хлебной плесени Neurospora. Ими было показано, что мутации вызывают блокирование определенного этапа метаболизма, который в норме обеспечивает синтез недостающего у мутантов метаболита. Поскольку метаболизм у Neurospora crassa был изучен достаточно хорошо, то стало ясно, что мутации приводят к дефекту соответствующих ферментов, необходимых для прохождения этих этапов метаболизма. В результате данных работ была высказана гипотеза «один ген — один фермент», получившая широкую известность и позднее модифицированная в формулу «один ген — одна полипептидная цепь» (модификация означает, что гены кодируют не только ферменты, но и все другие белки любого организма). Эта гипотеза полностью подтвердилась в работах многих исследователей, в том числе при изучении наследственных болезней обмена веществ у человека. Бидл и Татум показали также, что с помощью мутаций в различных генах можно расшифровать последовательность метаболизма отдельных субстратов и установить, какие гены какие ферменты кодируют. Они сформулировали закон, который сразу же получил известность и используется с некоторыми поправками до сих пор: один ген - один белок. Это стало речитативом генетиков всего мира: один ген, один белок. В данном законе воплотилась старая догадка Гаррода с уточнениями современной биохимии. Тремя годами позже настало время замечательного открытия Лайнуса Полинга (Linus Pauling). Он установил причину ужасной формы анемии, от которой страдали главным образом африканцы. При этой анемии эритроциты крови изгибались в виде серпа. Происходило это из-за мутации в гене, кодирующем гемоглобин. Болезнь вела себя в точном соответствии с законом Менделя. Это было убедительное доказательство того, что гены представляют собой рецепты белков. Мутация вызывает изменение рецепта, из-за чего меняется сам белок. Но сами гены продолжали оставаться непостижимой загадочной тайной. Ученые ломали голову над тем, каким образом в гене может быть записана структура белка. К этоум времени было известно, что в хромосомах есть еще одно довольно незатейливое вещество — нуклеиновая кислота, называемая ДНК. Впервые ДНК выделил из пропитанной гноем повязки раненного солдата в немецком городе Тюбингене (Tubingen) в 1869 году шведский доктор Фридрих Мишер (Friedrich Miescher). Уже тогда Мишер предположил, что ДНК может быть ключом к разгадке наследственности. В 1892 году в своем письме дяде он высказывает удивительно пророческие мысли о том, что именно ДНК может передавать наследуемую информацию «так же, как слова в языках всего мира создаются из 24-30 букв алфавита». Но ДНК состоит всего из четырех нуклеотидов. Как такое монотонное соединение может хранить в себе информацию о сложном белке? Расшифровка структуры ДНК. Открытие генетического кода В бытность Мюллера в университете Индианы в Блумингтоне (Bloomington) в его лаборатории появляется одаренный девятнадцатилетний бакалавр Джеймс Уотсон (James Watson). Уотсон все больше склоняется к мысли о том, что гены состоят из ДНК, а не из белков. В поиске доказательств он едет в Данию, затем, разочаровавшись в коллегах, переезжает в 1951 году в Кембридж. Судьба столкнула его в Кавендишской лаборатории с такой же яркой личностью, как он сам, — Фрэнсисом Криком (Francis Crick), который также был увлечен идеей наследственности посредством ДНК. Уже через несколько месяцев, собрав воедино свои и ранее полученные другими, но не обработанные данные, два ученых подошли вплотную к величайшему открытию во всей истории человечества— расшифровке структуры ДНК. 28 февраля 1953 года ученые праздновали свою победу: ими была обнаружена и опубликована структура ДНК. Френсис Крик, также высказал идею об «адаптивной молекуле» —РНК. Он же и придумал код для шифрования структуры белка — кодон. В 1961 году Маршалл Ниренберг (Marshall Nirenberg) и Иоганн Маттеи (Johann Matthaei) расшифровали одно «слово» генетического кода. Для этого они синтезировали молекулу РНК, состоящую только из буквы U (урацил — эквивалент тимина (буквы Т) в молекуле ДНК. Это открытие похоронило лишенный знаков препинания код Крика. В 1962 г. в результате изящных экспериментов с индуцированными профлавином мутациями в фаге Т4 Френсис Крик и Сидней Бреннер расшифровывают генетический код. Подтверждение правильности этой расшифровки примерно в то же время получают на бесклеточной системе биохимики — Маршалл Ниренберг и Генрих Маттеи. Расшифровка генетического кода стала блестящим завоеванием генетики, она объяснила, каким образом язык ДНК переводится на язык молекул белка. Собственно говоря, открытие генетического кода, общего для всех живых организмов на Земле, явилось завершающим этапом развития теории гена как элементарной основы наследственности. Были получены данные о химической природе гена, механизме передачи наследственной информации, которая содержится в гене в виде последовательности нукле-отидов, наконец, о механизме реализации генетической информации, в которой закодирована структура всех белков любого организма и которая расшифровывается с помощью генетического кода. IV период. Современная генетика. К 1965 году уже весь код был известен, и началась эра современной генетики. В 1995 году наука уже точно могла сказать, в каком месте и в какой хромосоме происходит грамматическая ошибка кода, ведущая к алкаптонурии. История этой болезни оказалась в сжатомвиде историей генетики XX столетия. Стремительное развитие генетики в последние два десятилетия называют не иначе как революцией. Начиная с 1990-х годов, когда в практику вошли принципиально новые методы исследований ДНК, каждый год приносит больше открытий, чем было сделано за все предыдущие годы, начиная со старины Менделя. В конце XX века генетика вплотную подошла к решению одного из фундаментальных вопросов биологической науки - вопроса о полной расшифровке наследственной информации о человеке. В реализации грандиозного проекта по расшифровке генетического кода ДНК, получившего название HUGO (Human Genome Organization) приняли участие 220 ученых из разных стран, в том числе и пять советских биологов. В нашей стране была создана собственная программа «Геном человека», руководителем которой стал академик Александр Александрович Баев. Впервые идея организации подобной программы была выдвинута в 1986 году. Тогда идея показалась неприемлемой: геном человека, то есть совокупность всех его генов содержит около трех миллиардов нуклеотидов, а в конце 80-х годов затраты на определение одного нуклеотида составляли около 5 долларов США. Кроме того технологии 80-х позволяли одному человеку определять не более 100 000 нуклеотидов в год. Тем не менее, уже в 1988 году Конгресс США одобрил создание американского проекта исследований в этой области, руководитель программы Дж. Уотсон так определил ее перспективы: «Я вижу исключительную возможность для улучшения человечества в ближайшем будущем». Осуществление российской программы началось в 1989 году. Самый крупный в истории человечества международный биологический проект "Геном человека" был начат в 1989 году. 12 февраля 2001г. две большие, независящие друг от друга группы ученых сделали заявление о полной расшифровке генома человека. Триумфальное заявление о полной расшифровке структуры генома сделали лидеры шести стран - Великобритании, Германии, Китая, США, Франции, Японии [Ридли Мэтт. Геном. URL: http://fanread.ru/book/6935986/?page=9] &1.2. Развитие генетики в России На рубеже 20-х годов XX века генетика возникает и в России. Николай Константинович Кольцов (1872-1940) на базе народного университета создал в 1917 г. первый и лучший на то время в Европе Институт экспериментальной биологии (ИЭБ). В 1921 г. он предложил зоологу С.С.Четверикову организовать в ИЭБ генетическую лабораторию. Отсюда и ведет свое начало знаменитая Московская школа генетики с такими именами как Б.Л.Астауров, Е.И.Балкашина, С.М.Гершензон, Н.П.Дубинин, Д.Д.Ромашов, А.С.Серебровский, Н.В.Тимофеев-Ресовский. Уже к середине 1923 г. вышли труды Института и номера двух новых журналов. Четвериков проводил на своей квартире семинар-кружок по проблемам эволюции под названием СООР ("совместное орание"). Участники отбирались по типу эмпатии, они должны были свободно читать на трех языках научную литературу. В кружке создавалась атмосфера, оптимальная для развития научного таланта, широты и критичности мышления. Н.В.Тимофеев-Ресовский, оказавшись затем в Германии, организовал по типу СООР европейские семинары (или "трепы", по его словам) с участием многих известных биологов и физиков Европы, например, Нильса Бора. В Петербурге возникла своя школа генетики, связанная прежде всего с именами Юрия Александровича Филипченко (1882-1930) и Николая Ивановича Вавилова (1887-1943). Уже в 1913 году зоолог Филипченко начал читать в Петербургском университете первый в России факультативный курс генетики. В 1918 году он создал первую в России кафедру экспериментальной зоологии и генетики. Его учеником и ассистентом был Ф.Г.Добржанский, который вскоре в 1927 году получил стипендию Рокфеллера для работы в лабораториии Моргана и остался в США, будучи признан затем главой американских эволюционных биологов. В 1921 году Вавилов переезжает из Саратова в Петроград и вскоре возглавляет Всесоюзный институт растениеводства - ВИР. В короткие сроки Вавилову удалось создать ансамбль первоклассных исследователей, объединенных грандиозной задачей: собрать в ВИРе мировую коллекцию культурных растений и их сородичей, выявить потенциал ценных генов и ввести их в селекцию. За 10-15 лет эта задача была, в основном, выполнена. В 1926 году С.С.Четвериков публикует большую программную статью о связи теории эволюции и генетики. Как и в случае с Менделем, эта статья знаменовала собой рождение новой области - генетики популяций. Она включала ряд новых концепций, предсказаний и описание методов их проверки. Прежде всего это концепция "мутационного давления", процесса возникновения новых наследственных изменений (мутаций) - столь же неизбежного для пригородных видов, сколь неизбежен радиоактивный распад. Четвериков создал понятие "генотипическая среда", а А.С.Серебровский ввел другое, столь же известное ныне, понятие "генофонд" - для сопоставления генных различий между популяциями. Таким образом, удалось связать теорию Дарвина с менделевской генетикой. Предсказание Четверикова о мутационном резерве видов было экспериментально доказано в работах его учеников (Н.В.Тимофеев-Ресовский, С.М.Гершензон, Н.П.Дубинин), а затем и в исследованиях, начатых в США по инициативе российского эмигранта Ф.Г.Добржанского. Удалось разработать методы количественной оценки степени мутационного давления, определить концентрацию и частоту возникновения в природе разного рода мутаций. Появилась возможность изучать в экспериментах начальные этапы процесса эволюции. Способность к матричному самовоспроизведению нуклеиновых кислот ДНК и РНК рассматривается ныне как основа жизни. Но именно Н.К.Кольцов в 1927 году выдвинул концепцию, что хромосомы представляют собой гигантские молекулы, способные к самовоспроизведению. Этот постулат уже в 30-е годы получил косвенное подтверждение в начатых Тимофеевым-Ресовским в Германии работах по радиационной генетике. Их цель была установить, с какой частотой возникают мутации под действием разных доз и видов облучения. В итоге, количественные расчеты привели к важному выводу, что повреждения, вызываемые облучением, являются не мульти- а мономолекулярными. Это хорошо гармонировало с идеей Кольцова о хромосоме как одной гигантской молекуле. На основе выдвинутого "принципа попаданий" удалось впервые определить примерный молекулярный объем гена. Эти экспериментальные и концептуальные открытия были опубликованы в 1935 году в совместной статье Тимофеева-Ресовского с физиками Циммером и Максом Дельбрюком и, по общему признанию, легли в основу молекулярной биологии. Попытка выяснить строение гена была предпринята в серии работ на дрозофиле А.С.Серебровского и его учеников (Н.П.Дубинин, Б.Н.Сидоров, И.И.Агол, Н.И.Шапиро). Впервые был сделан вывод о делимости гена и его сложной линейной структуре. В середине 30-х был открыт и изучен "эффект положения" генов, когда нормальный ген, будучи искусственно перенесен в другое место хромосомы, менял характер своего проявления (Н. П. Дубинин, Б.Н.Сидоров, В.В.Хвостова, А.А.Прокофьева-Бельговская). Этот феномен, связанный с регуляторными отношениями между генами, является и ныне одной из горячих точек современной науки. Из работ отечественных генетиков, наибольшее мировое признание, получили работы академика Н.И.Вавилова и его коллег по ВИРу. Три его новые концепции: 1) закон гомологических рядов в наследственной изменчивости, 2) учение о центрах происхождения культурных растений; 3) представление о сложной полиморфной структуре биологических видов. Закон Вавилова устанавливал определенные правила формообразования и позволял предсказывать у данного вида, еще не открытые, но возможные признаки (аналогия с системой Менделеева). Широкую известность получили работы сподвижников Вавилова в области изучения хромосом. Так, Г.А.Левитский ввел в биологию термин "кариотип" - для описания базовых особенностей морфологии хромосом одного вида и сравнения их между собой у разных организмов и видов. В 1934 году он впервые у растений показал, как под действием облучения хромосомы распадаются на фрагменты и перестраиваются. Ныне, в конце ХХ века у всех на слуху слова "генная инженерия". Между тем, еще в 20-е годы ученик Вавилова Г.Д.Карпеченко, работая в ВИРе, создал удивительный метод хромосомной инженерии. Его работы входят теперь во все учебники по генетике. Он показал возможность преодоления бесплодия отделенных гибридов за счет удвоения наборов хромосом обоих родителей. Таким путем впервые были получены гибриды между капустой и редькой, а затем созданы новые виды пшениц при их отдаленной гибридизации друг с другом и с сородичами. Впоследствии ученик Четверикова академик Б.Л.Астауров путем хромосомной инженерии впервые получил отдаленные гибриды у животных на примере тутового шелкопряда. В 1932 г. под впечатлением успехов генетики в России было решено провести очередной Международный Генетический Конгресс. В 1956 г. проф. М.Е.Лобашев начинает читать курс классической генетики на возглавляемой им кафедре генетики в Ленинградском университете. В это же время в Институте биофизики и Институте атомной энергии создаются генетические лаборатории, а затем в 1957 г. Институт цитологии и генетики в Сибирском отделении АН СССР (Академгородок, Новосибирск). Наиболее важные работы отечественных генетиков последней трети ХХ века, работы к которым относится, сделанное И.А.Рапопортом открытие супермутагенов - веществ, в десятки и сотни раз повышающих частоту возникновения мутаций у самых разных организмов. С использованием супермутагенов сделаны важные работы в теории мутаций, получены новые штаммы антибиотиков и новые сорта растений. Несомненным достижением отечественной генетики является открытие у животных на примере дрозофилы "прыгающих генов" и свидетельства того, что эти гены вызывают вспышки нестабильных мутаций в лаборатории и природе и связаны с адаптивными преобразованиями генетической системы клетки. Оригинальные результаты, полученные в рамках этого направления российскими генетиками, включая мировые исследования по этой проблеме, были обобщены в замечательной сводке Р.Б.Хесина "Непостоянство генома". В ней обосновано положение о потенциальном единстве генофонда земных организмов за счет горизонтального переноса генов вирусами и другими подвижными элементами. С именем Р.Б.Хесина, ученика А.С.Серебровского, связано зарождение и развитие молекулярной генетики в России. Блестящий цитолог и генетик В.В.Прокофьева-Бельговская, ученица Ю.А.Филипченко, создала школу цитогенетиков, изучающих поведение и структуру хромосом человека в норме и патологии ("хромосомные болезни"). Вместе с другим генетиком, В.П.Эфроимсоном, они возродили исследования по медицинской генетике [Голубовский М. История и будущее генетики в России // "Вестник" №3(236), 1 февраля 2000]. На рубеже ХХ и XXI веков медицинская генетика заняла лидирующее место в медико-биологической науке, аккумулировав передовые методы и концепции разных медицинских и биологических дисциплин. Интенсивному развитию медицинской генетики во второй половине ХХ века способствовало несколько обстоятельств. Благодаря снижению уровня инфекционных и алиментарных заболеваний после Второй мировой войны больше внимания стали уделять болезням эндогенной природы, в том числе наследственным. Прогресс лабораторной и инструментальной медицины, широкий обмен информацией обеспечили более точную нозологизацию синдромов и болезней. Прогресс общей генетики и биологии принципиально изменил методологию генетического изучения человека (молекулярная биология, цитогенетика, генетика соматических клеток). Главным итогом медицинской генетики к концу ХХ века стало создание генетических технологий для медицины, которые позволяют ускоренно решать трудные вопросы в медицине и здравоохранении (Таблица 1).
Таблица 1 Генетические технологии в медицине и здравоохранении
Современные успехи генетики человека заставляют врача по-новому осваивать их. «Как наша современная медицинская практика опирается на уточненные знания в области анатомии человека, физиологии и биохимии, так в будущем изучение генетических болезней потребует детального понимания молекулярной патологии, физиологии и биохимии генома человека. Нам потребуются врачи, настолько осведомленные в молекулярной анатомии и физиологии хромосом и генов, насколько кардиохирург знает работу сердца и структуру сосудистого дерева». Это высказывание лауреата Нобелевской премии П. Берга в 1981 г. особенно актуально в настоящее время, когда в результате международной программы секвенирован и во многом расшифрован геном человека, а молекулярная медицина является основой клинической и профилактической медицины [Бочков Н.П. Клиническая генетика. –изд 3-е испр., 2008] |