Пособие генетика. Минеева Лариса Юрьевна заведующий кафедрой общей биологии и ботаники гоу впо ивГУ, доцент, кандидат педагогических наук Данное учебное пособие
 Скачать 1.1 Mb.
|
|
ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ ГОУ ВПО «ШУЙСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ПЕДАГОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ» КАФЕДРА ЗДОРОВЬЕСБЕРЕГАЮЩИХ ТЕХНОЛОГИЙ В ОБРАЗОВАНИИ Посвящается 90-летию образования Ивановской области Гиголаева Т.В. ОСНОВЫ ГЕНЕТИКИ ШУЯ 2008 УДК 575 ББК 28.04 Г 46 Печатается по решению РИС ГОУ ВПО ШГПУ Автор: Гиголаева Татьяна Валерьевна – доцент кафедры здоровьесберегающих технологий в образовании ГОУ ВПО «ШГПУ», кандидат педагогических наук Рецензенты: Краснова Валентина Петровна - главный эксперт службы защиты прав застрахованных страховой группы Спасские ворота – М филиала «Ивановский», доктор медицинских наук Минеева Лариса Юрьевна - заведующий кафедрой общей биологии и ботаники ГОУ ВПО ИвГУ, доцент, кандидат педагогических наук Данное учебное пособие предназначено для студентов, обучающихся по специальности «Логопедия», изучающих курс «Основы генетики». В пособии представлено содержание основных разделов курса, а также учебно-методические материалы для самостоятельной работы студентов. Содержание
консультирование………………………………...130
Методические указания к освоению курса «Основы генетики» Современная коррекционная педагогика и специальная психология, объектом изучения которых являются различные виды аномального развития, характеризуются широким применением генетических знаний. Это связано, в первую очередь, с большим значением наследственных факторов в этиологии отклонений в появлении у детей умственной отсталости, стойких нарушений зрения и слуха, расстройств речи, эмоционально-волевой сферы и поведения, нарушений опорно-двигательного аппарата, разных форм психического дизонтогенеза и энцефалопатии, приводящих к социальной дезадаптации. Изучение генетики является необходимой естественно-научной базой для успешного овладения материалом других медико-биологических дисциплин, а также многих дисциплин психолого-педагогического цикла: специальной психологии и коррекционной педагогики, логопедии, олигофренопедагогики и др. Данное учебно-методическое пособие разработано для студентов, обучающихся по специальности Логопедия с дополнительной специальностью. В результате ознакомления с учебно-методическими материалами студент должен знать:
Студент должен иметь представление о:
Студент должен уметь:
Студент должен владеть:
ТЕМА № 1. История развития генетики человека Генетика (от греч. genesis — происхождение) – это наука о наследственности и изменчивости живых организмов и методах управления ими. В её основу легли закономерности наследственности, обнаруженные Г. Менделем при скрещивании различных сортов гороха (1865г.), а также мутационная теория X. Де Фриза (1901-1903гг.). Рождение генетики принято относить к 1900г., когда X. Де Фриз, К. Корренс и Э. Чермак вторично открыли законы Г. Менделя. Термин «генетика» предложил в 1906г. У. Бэтсон. Ещё в 1883-1884 годах В. Ру, О. Гертвиг, Э. Страсбургер, а также А. Вейсман (с 1885г.) сформулировали ядерную гипотезу наследственности, которая в начале XX в. переросла в хромосомную теорию наследственности (У. Сеттон, 1902-1903; Т. Бовери, 1902-1907; Т. Морган и его школа). Т. Морганом были заложены и основы теории гена, получившей развитие в трудах советских учёных школы А. С. Серебровского, сформулировавших в 1929-1931годах представления о сложной структуре гена. Эти представления были развиты и конкретизированы в исследованиях по биохимической и молекулярной генетике, приведших, после создания Дж. Уотсоном и Ф. Криком (1953г.) модели ДНК, к расшифровке генетического кода, определяющего синтез белка. Значительную роль в развитии генетики сыграло открытие факторов мутагенеза — ионизирующих излучений (Г. А. Надсон и Г. С. Филиппов, 1925г.; Г. Мёллер, 1927г.) и химических мутагенов (В. В. Сахаров и М. Е. Лобашов, 1933-1934гг.). Использование индуцированного мутагенеза способствовало увеличению разрешающей способности генетического анализа и представило селекционерам метод расширения наследственной изменчивости исходного материала. Важное значение для разработки генетических основ селекции имели работы Н. И. Вавилова. Сформулированный им в 1920 г. закон гомологичных рядов в наследственной изменчивости позволил ему в дальнейшем установить центры происхождения культурных растений, в которых сосредоточено наибольшее разнообразие наследственных форм. Работами С. Райта, Дж. Б. С. Холдейна и Р. Фишера (20—30-е гг.) были заложены основы генетико-математических методов изучения процессов, происходящих в популяциях. Фундаментальный вклад в генетику популяций внёс С. С. Четвериков (1926 г.), объединивший в единой концепции закономерности менделизма и дарвинизма. В зависимости от объекта исследования выделяют генетику растений, генетику животных, генетику микроорганизмов, генетику человека и т. п., а в зависимости от используемых методов других дисциплин — биохимическую генетику, молекулярную генетику, экологическую генетику и др. Генетика вносит огромный вклад в развитие теории эволюции (эволюционная генетика, генетика популяций). Идеи и методы генетики находят применение во всех областях человеческой деятельности, связанной с живыми организмами. Они имеют важное значение для решения проблем медицины, сельского хозяйства, микробиологической промышленности. Новейшие достижения генетики связаны с развитием генетической инженерии. Успехи генетики человека, ее история, тесно связаны с развитием всех разделов генетики. Задолго до открытия Г. Менделя различными авторами были описаны патологические наследственные признаки у человека и основные типы наследования. Первые сведения о передаче наследственной патологии у человека содержатся в Талмуде (4 в. до н.э.), в котором указано на опасность обрезания крайней плоти у новорожденных мальчиков, старшие братья которых или дяди по материнской линии страдают кровотечением. К XVIII в. относятся первые описания доминантного (полидактилии) и рецессивного (альбинизма) признаков, сделанных французским ученым П. Мопертюи. В начале XIX в. несколькими авторами одновременно было описано наследование гемофилии, в результате изучения родословных семей, в которых встречались лица, страдающие этой болезнью. В 1814 г. вышла книга лондонского врача Д. Адамса «Трактат о предполагаемых наследственных свойствах болезней, основанный на клиническом наблюдении». Позже она была переиздана под названием «Философский трактат о наследственных свойствах человеческой расы». Этот труд стал первым справочником для генетического консультирования. В нем Адамс сформулировал многие важные принципы медицинской генетики: «Браки среди родственников повышают частоту семейных (т.е. рецессивных) болезней», «Наследственные (доминантные) болезни не всегда проявляются сразу после рождения, но могут развиваться в любом возрасте», «Не все врожденные болезни являются наследственными, часть из них связана с внутриутробным поражением плода». В середине XIX века в России над проблемами наследственных болезней и наследственной природы человека работал В.М. Флоринский. В 1866г. вышла его книга «Усовершенствование и вырождение человеческого рода». Наряду с противоречивыми или неверными положениями, в ней был поднят и правильно освещен ряд вопросов медицинской генетики. Среди них: значение среды для формирования наследственных признаков, вред близкородственных браков, наследственный характер многих патологий (глухонемоты, альбинизма, заячьей губы, пороков развития нервной трубки). Однако этот труд В.М. Флоринского не был оценен в полной мере его современниками в силу неподготовленности к восприятию этих идей. В последней четверти XIX в. весомый вклад в развитие генетики человека внес английский биолог Ф. Гальтон, названный К.А. Тимирязевым «одним из оригинальнейших ученых, исследователей и мыслителей». Гальтон впервые поставил вопрос о наследственности человека как предмете для изучения наследственных признаков. Анализируя наследственность ряда семей, Гальтон пришел к выводу, что психические особенности человека обусловлены не только условиями среды, но и наследственными факторами. Кроме того, он предложил и применил близнецовый метод для изучения соотносительной роли среды и наследственности в развитии признаков. Им же разработан ряд статистических методов, среди которых наиболее ценен метод вычисления коэффициента корреляции. Эти работы заложили основу для будущего развития генетики человека. Помимо этого Гальтон стал родоначальником евгеники – науки о наследственном здоровье человека и путях его улучшения. Однако принципиальная ошибка Гальтона состояла в том, что в практических мероприятиях евгеники он рекомендовал не столько избавляться от патологических генов, сколько увеличивать количество «хороших» генов в человеческих популяциях путем создания условий для преимущественного размножения одаренных людей. Особого внимания заслуживают искания известного английского клинициста А. Гэррода (1857-1936 гг.), внесшего существенный вклад в изучение проблемы генетики человека. Его работа «Распространенность алкаптонурии: изучение химических особенностей» несла ряд новых идей. Гэррод первым обнаружит взаимосвязь между генами и ферментами, открыл врожденные нарушения обмена веществ и положил начало биохимической генетике. Труды Гэррода, Адамса и других врачей — исследователей не были оценены при их жизни. Биологи обращали мало внимания на работы медиков. Изучение наследственности проводилось главным образом на растениях. К сожалению, Г. Менделю, как и другим ученым, работавшим с растительными объектами, не были известны данные по генетике человека. В противном случае открытие законов генетики могло бы произойти значительно раньше. В 1865 г. увидела свет знаменитая работа чешского ученого Г. Менделя "Опыты над растительными гибридами". Законы, открытые им, оставались незамеченными в течение 35 лет и только в 1900 г. были переоткрыты К. Корренсом (Германия), Э. Чермаком (Австрия) и Г. де Фризом (Голландия). С тех пор закономерности наследования, открытые Менделем, определяют развитие современной генетики, включая и генетику человека. Изучая наследования признаков у гороха, Г. Мендель установил три закона:
Успех чешского ученого был связан с разработкой принципиально нового методического подхода. Он:
Опыты Г. Менделя и сделанные из них выводы стали предпосылкой для создания теории гена — основы современной генетики, а 1900 г. — год вторичного открытия законов Менделя — считается годом рождения генетики. Название новой науке было дано в 1906 г. английским ученым В. Бэтсоном (от латинского слова geneo — порождаю), а в 1909 г. датский генетик В. Иоганнсен предложил такие важные генетические термины, как ген, генотип и фенотип. В 1903 г. американский антрополог Фараби, изучая родословные в нескольких поколениях, впервые установил, что брахидактилия (короткопалость) у человека наследуется по аутосомно-доминантному типу. Из этой работы следовал вывод о справедливости менделевских законов и для человека. В 1900 г. К. Ландштейнер описал систему групп крови АВ0. В 1924 г. Ф. Бернштейн установил, что АВ0-система групп крови контролируется серией множественных аллелей одного локуса. Спустя 25-30 лет был обнаружен резус-фактор (Rh) и показано, что гемолитическая желтуха новорожденных возникает из-за иммунологической несовместимости матери и плода. Эти открытия также указывали на применимость законов Менделя к наследованию признаков у человека. В 1908 г. Г. Харди и В. Вайнберг независимо друг от друга пришли к выводу, что менделевские законы дают возможность объяснить распределение частоты генов из поколения в поколение в популяциях и условиях генетической стабильности популяции. Этот закон был установлен путем анализа наследственности человека и лег в основу популяционной генетики. В 1919 г. Ю.А. Филипченко организовал кафедру генетики в Петроградском университете. В это же время Н.И. Вавилов сформулировал важнейший генетический закон — закон гомологических рядов в наследственной изменчивости. Одновременно в Москве Н.К. Кольцов создает свою генетическую школу. В 20 гг. XX века начала интенсивно развиваться советская генетика. Под влиянием идей евгеники, которая получила широкое распространение в ряде стран Европы (Англия, Франция, Германия) и Америке в 1921 г. в Москве Н.К. Кольцовым было организовано Русское евгеническое общество, в 1922 г. в Петрограде Ю. А. Филипченко создал Бюро по евгенике. Эти евгенические организации ориентировались на сугубо научные задачи в отличие от евгенических обществ других стран. Н.К. Кольцов, Ю.А. Филипченко и другие ученые проводили работы по генетике одаренности, изучая родословные выдающихся личностей. Однако эти исследования грешили методическими ошибками, противоречиями, определенным примитивизмом. Вместе с тем были в евгенических работах и положительные моменты. Так, Н.К. Кольцов и Ю.А. Филипченко правильно ставили вопрос о значении социальных условий в реализации индивидуальных особенностей человека, полностью отвергали насильственный путь улучшения наследственности человека. Кроме того, силами советских евгеников были собраны родословные выдающихся личностей, например, А.С. Пушкина, Л.Н. Толстого, А.М. Горького, Ф.И. Шаляпина и др. К концу 20-х годов евгенические исследования в нашей стране были прекращены. Падала ее популярность и в других странах (кроме Германии). Число евгеничеких обществ быстро уменьшалось, журналы закрывались или переименовывались. Конец 20-х — начало 30-х гг. ознаменовались значительными успехами в развитии генетики. Родилась и стала общепризнанной хромосомная теория наследственности, было установлено, что наследственность связана с генами, локализованными в хромосомах клеточных ядер, что гены в хромосомах расположены линейно и образуют группы сцепления. В этот же период создается популяционная генетика. Большой вклад в развитие этого раздела внесли С.С. Четвериков, Р. Фишер, Н.П. Дубинин и Д.Д. Ромашев, Дж. Е. Холдейн и др. В ряде стран, в том числе в нашей, начинает развиваться медицинская генетика. С 1932 по 37 гг. работал Московский медико-биологический институт им. Горького (позднее — Медико-генетический институт), возглавляемый С. Г. Левитом. При нем был организован Центр близнецовых исследований. Здесь изучались болезни с наследственным предрасположением — диабет, язвенная болезнь, аллергия, гипертоническая болезнь и др. Большой интерес имели цитогенетические работы по идентификации первых хромосом человека. Особого упоминания заслуживают труды талантливого генетика и клинициста-невропатолога С.Н. Давиденкова (1880-1961гг.). Он первым поставил вопрос о гетерогенности наследственных заболеваний и начал проводить медико-генетическое консультирование. К концу 30-х гг. XX в. интерес к генетике человека начал снижаться. Сократилось и оставалось низким до начала 50-х гг. количество опубликованных работ. В Советском Союзе с приходом к власти в биологической науке Т.Д. Лысенко все генетические исследования, включая и исследования по генетике человека, были запрещены. Генетика была объявлена «лженаукой». Августовская сессия ВАСХНИЛ (1948г.) нанесла огромный вред теоретическим и практическим достижениям генетики, утвердив антинаучные идеи Т.Д. Лысенко. Такое положение сохранялось до начала 60-х гг. Возрождение советской генетической науки началось после разоблачения «учения» Лысенко и шло по пути развития медицинской генетики. В 1964 г. был издан учебник В.П. Эфроимсона по медицинской генетике, в 1969 г. открыт Институт медицинской генетики под руководством Н.П. Бочкова (в настоящее время — Научно-исследовательский центр медицинской генетики РАМН), где начались широкие исследования по многим направлениям медицинской генетики. В 50-х гг. получают широкое развитие исследования по радиационной генетике человека. Еще в 1927 г. американский исследователь Г. Меллер установил сильное мутагенное действие рентгеновских лучей. Это открытие показало опасность облучения половых клеток человека для последующих поколений, в силу чего человеку как объекту генетических исследований стало уделяться больше внимания. С 1959 по 1962 гг. количество публикаций, симпозиумов, конференций по генетике человека быстро возрастало. Слияние генетики, цитологии, цитогенетики, биохимии способствовало формированию клинической генетики. Усилиями ученых была подтверждена гетерогенность наследственных патологий, когда один и тот же фенотип болезни обусловлен изменением разных белков. Трудно переоценить важность этого открытия для диагностики, лечения и медико-генетического консультирования наследственных болезней. В 1944 г. было достоверно установлено, что передача наследственной информации связана с дезоксирибонуклеиновой кислотой (ДНК). Это открытие явилось мощным фактором, стимулирующим изучение наследственности на молекулярном уровне. А благодаря созданию в 1953 г. Д. Уотсоном и Ф. Криком модели макромолекулярной структуры ДНК, началось углубленное изучение молекулярной, биохимической и иммуногенетики человека. Убедительный пример значения фундаментальных исследований для практического здравоохранения дает история развития цитогенетики. В 1956 г. X. Тио и А. Леван установили, что в клетках человека содержится 46 хромосом, а спустя три года были открыты хромосомные болезни человека. В 1959 г. Дж. Лежен установил цитогенетическую картину возникновения синдрома Дауна (трисомия по 21-й хромосоме.). В это же время несколько ученых идентифицировали на хромосомном уровне синдром Тернера (ХО) и синдром Клайнфельтера (XXY). Одновременно была определена роль Y-хромосомы в определении пола человека. В 1960 г. Р. Мурхед с коллегами разработали метод культивирования лимфоцитов периферической крови для получения метафазных хромосом человека, что позволило обнаруживать мутации хромосом, характерные для определенных наследственных болезней. Другим важным открытием для развития цитогенетики человека явилась разработка методов дифференциальной окраски хромосом. Благодаря ему стала возможна идентификация каждой хромосомы человека, а это резко повысило разрешающую способность цитогенетических методов. Еще одним этапом развития современной генетики человека явилось картирование и локализация генов в хромосомах человека. Достижения цитогенетики, генетики соматических клеток, увеличение числа генетических маркеров способствовали успешному изучению групп сцепления. В настоящее время у человека установлено 23 группы сцепления. Эти данные нашли непосредственное применение в диагностике наследственных заболеваний и медико-генетическом консультировании. Тесная связь современной генетики с химией, физикой, биохимией, физиологией, экологией, фармакологией и другими науками способствовала появлению новых разделов генетики: цитогенетики, радиационной генетики, иммуногенетики, фармакогенетики, экологической генетики. Во второй половине XX в. начала интенсивно развиваться молекулярная генетика и генная инженерия, были разработаны методы искусственного и ферментативного синтеза генов. В 1969 г. индийский ученый Г. Карано впервые осуществил искусственный синтез гена. С помощью генной инженерии получены искусственные гены инсулина, интерферона, соматотропина и др. Эти достижения открывают большие перспективы в диагностике, профилактике и лечении наследственных болезней человека. Возможности молекулярной генетики и развитие современных методов работы с ДНК нашли применение для решения практических задач медицинской генетики. Конец XX в. ознаменован разработкой и началом осуществления грандиозной международной программы «Геном человека». Ее задача — изучение генома человека, включая картирование хромосом и секвенирование их ДНК, определение полной нуклеотидной последовательности генома, состоящего из трех миллиардов пар нуклотидов. В рамках этой программы разрабатываются методы диагностики и лечения наследственных болезней. В настоящее время уже возможна ДНК-диагностика более 100 наследственных дефектов. В недалеком будущем станет реальностью генотерапия наиболее распространенных болезней человека, патогенез которых уже известен. |