6. Значение генетической инженерии для биотехнологий, сельского хозяйства и медицины.

1)Прогресс достигнут в создания новых продуктов для медицинской промышленности и лечения болезней человека.

2)Выведение новых сортов сельскохозяйственных растений и животных и т.д.

11 Блок

Особенности человека:

1) невозможности направленных скрещиваний для ген анализа; 2)невозможности экспериментального получения мутаций; 3)позднего полового созревания; 4)малочисленности потомства; 5)невозможности экспериментального одинаковых и строго контролируемых условий для развития потомков от разных браков; 6)недостаточной точности регистрации наследственных признаков признаков и небольших родословных; 7)сравнительно большого числа(2н=46) плохо различающихся хромосом.

Методы изучения генетики ч-ка:

1)генеологический включает два этапа: сбор сведений о семье за возможно большее число поколений и генеалогический анализ. Родословная составляется, как правило, по одному или нескольким признакам. Для этого собираются сведения о наследовании признака среди близких и дальних родственников. При составлении родословной используются специальные символы. Представителей одного поколения располагают в одном ряду в порядке их рождения. Далее начинается второй этап – анализ родословной с целью установления характера наследования признака. В первую очередь устанавливается, как проявляется признак у представителей разных полов, т.е. сцепленность признака с полом. Далее определяется, является ли признак доминантным или рецессивным, сцеплен ли он с другими признаками и т.д. При рецессивном характере наследования признак проявляется у небольшого числа особей не во всех поколениях. Он может отсутствовать у родителей. При доминантном наследовании признак часто встречается практически во всех поколениях. Характерной особенностью наследования признаков, сцепленных с полом, является их частое проявление у лиц одного пола.

2)Близнецовый метод основан на изучении фенотипа и генотипа близнецов для определения степени влияния среды на развитие различных признаков. Среди близнецов выделяются однояйцевые и двуяйцевые.

Однояйцевые близнецы (идентичные) образуются из одной зиготы, разделившейся на ранней стадии дробления на две части. В этом случае одна оплодотворенная яйцеклетка дает начало не одному, а сразу двум зародышам. Они имеют одинаковый генетический материал, всегда одного пола, и наиболее интересны для изучения. Сходство у таких близнецов почти абсолютное. Мелкие различия могут объясняться влиянием условий развития.

Двуяйцевые близнецы (неидентичные) образуются из различных зигот, в результате оплодотворения двух яйцеклеток двумя сперматозоидами. Они похожи друг на друга не более чем родные братья или сестры, рожденные в разное время. Такие близнецы могут быть однополыми и разнополыми.

Близнецовый метод позволяет определить степень проявления признака у пары, влияние наследственности и среды на развитие признаков.

Таким образом, близнецовый метод позволяет выявить роль генотипа и факторов среды в формировании признака, для чего изучаются и сравниваются степени сходства (конкордантность) и различий (дискордантность) монозиготных и дизиготных близнецов.

3)цитогенетический метод: заключается в микроскопическом исследовании структуры хромосом и их количества у здоровых и больных людей. Из трех типов мутаций под микроскопом могут обнаруживаться лишь хромосомные и геномные мутации. Наиболее простым методом является экспресс-диагностика – исследование количества половых хромосом по Х-хроматину. В норме у женщин одна Х-хромосома в клетках находится в виде тельца хроматина, а у мужчин такое тельце отсутствует. Хромосомные мутации связаны с изменением числа или структуры хромосом. Из них под микроскопом при специальном окрашивании хорошо выявляются транслокации, делеции, инверсии.

4)Биохимический метод основан на изучении характера биохимических реакций в организме, обмена веществ для установления носительства аномального гена или уточнения диагноза. Заболевания, в основе которых лежит нарушение обмена веществ, составляют значительную часть генной наследственной патологии. К ним относятся сахарный диабет, фенилкетонурия (нарушение обмена фенилаланина), галактоземия (нарушение усвоения молочного сахара) и другие. Этот метод позволяет установить болезнь на ранней стадии и лечить ее.

5)Популяционно-статистический метод дает возможность рассчитать в популяции частоту встречаемости нормальных и патологических генов, определить соотношение гетерозигот – носителей аномальных генов. С помощью данного метода определяется генетическая структура популяции (частоты генов и генотипов в популяциях человека); частоты фенотипов; исследуются факторы среды, изменяющие генетическую структуру популяции. В основе метода лежит закон Харди–Вайнберга, в соответствии с которым частоты генов и генотипов в многочисленных популяциях, обитающих в неизменных условиях, и при наличии панмиксии (свободных скрещиваний) на протяжении ряда поколений остаются постоянными. Вычисления производятся по формулам: р + q = 1, р2 + 2pq + q2 = 1. При этом р – частота доминантного гена (аллеля) в популяции, q – частота рецессивного гена (аллеля) в популяции, р2 – частота гомозигот доминантных, q2– гомозигот рецессивных, 2pq – частота гетерозиготных организмов. Используя этот метод, можно также определять частоту носителей патологических генов.

6)Молекулярно-генетические методы. В последние годы уровень развития современной генетики позволяет широко использовать молекулярные методы для изучения молекулярных основ наследственности и изменчивости организмов, химической и физико-химической структуры генетического материала, его функций.

Медицинская генетика - важный раздел современной генетики, изучающий роль наследственных факторов в возникновении патологических симптомов и признаков в организме человека. Человек, как объект генетических исследований сложен и вместе с тем удобен. Сложность связана с существованием ряда ограничений, возникающих при проведении научного эксперимента. Например, к человеку абсолютно неприменим метод экспериментальной гибридизации, не всегда возможно одновременное обследование представителей трех и более поколений семьи и т.д. С другой стороны, бурное развитие молекулярной и клеточной биологии существенно расширило наши представления о биохимических, физиологических, молекулярных и других важных процессах, происходящих в организме здорового человека, что позволяет судить о тонких патогенетических механизмах отдельных клинических симптомов и заболеваний. Известно, что наследственные болезни - это часть общей наследственной изменчивости человека как биологического вида, обеспечивающей его эволюцию и приспособление к меняющимся условиям внешней среды. Кроме того, существует довольно много человеческих популяций, характеризующихся высоким уровнем инбридинга и изоляции. Изучение таких популяций позволяет судить о механизмах распространения мугантных генов и поддержания их частоты на определенном уровне из поколения в поколение.

Наследственными заболеваниями являются те патологические состояния, в этиологии которых ведущую роль играет генетический компонент. Все патологические состояния имеют тот или иной наследственный вклад, однако в зависимости от степени этого вклада происходит разделение на моногенные (монофакторные) наследственные заболевания (менделирующие), для которых определяющим фактором являются генетические нарушения, и полигенные (или мультифакториальные) заболевания, в этиологии которых основное значение принадлежит различным факторам экзогенной природы. Генетические факторы играют одну из ключевых ролей в возникновении и распространении в популяции патологических процессов и состояний, однако конкретный вклад наследственных факторов в возникновение той или иной нозологической формы различен.

Множество заболеваний развиваются в результате влияния внешних повреждающих факторов (в том числе экологических) на фоне наследственной предрасположенности. Существует также и третья группа заболеваний, в этиологии которых решающая роль принадлежит различным экзогенным факторам (например, инфекции или травмы). При этих заболеваниях роль генотипа ограничена регулированием степени восприимчивости организма, эффективностью иммунного ответа и возможностями адаптационно-компенсаторных реакций в ответ на внешнее воздействие.

Врожденные патологические процессы могут быть как генетически детерминированными, так и внутриутробно приобретенными. Генетически детерминированные врожденные заболевания развиваются в результате повреждения генетического аппарата родителей, имеют выраженный наследственный характер и наследуются по доминатному, рецессивному или смешанному типу. Генетически детерминированные болезни могут также быть результатом мутации «de novo» — вновь возникающих мутаций в гаметах родителей.

Внутриутробно приобретенные болезни являются врожденными состояниями. Они возникают в результате действия мутагенов в период беременности или связаны с наличием патологии у матери и особенностями внутриутробного развития плода. Помимо сре-довых факторов риска, генетические, наследственные факторы определяют степень возможности возникновения любых форм заболеваний в популяции человека. Классификация болезней человека, выработанная на основе изучения степени влияния наследственных и средовых факторов, дает представление о размере вклада наследственных и средовых факторов риска в развитие различных форм патологических состояний. Ниже представлена структура патологии человека.

Хромосомные и генные мутации оказывают разнообразные воздействия на организм. Во многих случаях эти мутации летальны, так как нарушают развитие; у человека, например, около 20% беременностей заканчиваются естественным выкидышем в сроки до 12 нед, и в половине таких случаев можно обнаружить хромосомные аномалии. В результате некоторых хромосомных мутаций определенные гены могут оказаться вместе, и их общий эффект может привести к появлению какого-либо «благоприятного» признака.

Иммунитет - защита организма от генетически чужеродных организмов и веществ, к которым относятся микроорганизмы, вирусы, черви, различные белки, клетки, в том числе и измененные собственные. При этом особенно важно, что иммунная система уничтожает и свои собственные клетки, которые изменились генетически. А это происходит постоянно. Известно, что при клеточном делении, которое постоянно происходит в организме человека, одна из миллиона образовавшихся клеток мутантная, т. е. генетически чужеродна. В организме человека благодаря мутациям в каждый конкретный момент должно быть около 10-20 млн мутантных клеток. Их совместное неправильное функционирование должно было бы быстро привести к гибели организма. Медавар доказал, что механизмы иммунитета удивительно точны. Они способны отличить чужеродную клетку, содержащую всего один нуклеотид, отличающийся от генома собственного организма. Ф. Вернет постулировал положение (названное аксиомой Бернета), что центральным биологическим механизмом иммунитета является распознавание своего и чужого. Основная функция специфического иммунного ответа - это специфическое распознавание чужеродных антигенов . В распознавании участвуют молекулы двух разных типов - антигенраспознающие рецепторы T-клеток и B-клеток .Антигенраспознающие рецепторы T- и B-клеток происходят, вероятно, от общего филогенетического предшественника и принадлежат к иммуноглобулиновому суперсемейству . Структурное разнообразие, благодаря которому эти молекулы способны распознавать множество самых разных антигенов, возникает в результате многочисленных генных рекомбинаций. Основная структурная единица B-клеточного антигенраспознающего рецептора состоит из двух одинаковых тяжелых и двух одинаковых легких полипептидных цепей, соединенных вместе дисульфидными связями, которые составляют иммуноглобулиновую молекулу, структурно связанную с плазматической мембраной B-клеток. Секретируемые в кровоток B-клетками измененные формы этого рецептора обычно называют антителами. Таким образом, одни иммуноглобулины функционируют в составе антигенраспознающих рецепторов ; другие - присутствуют в плазме крови или лимфе как свободные молекулы (антитела ).

Радиация по самой своей природе вредна для жизни. Малые дозы облучения могут «запустить» не до конца еще установленную цепь событий, приводящую к раку или к генетическим повреждениям (рис. 33). При больших дозах радиация может разрушать клетки, повреждать ткани органов и явиться причиной скорой гибели организма.

Повреждения, вызываемые большими дозами облучения, обыкновенно проявляются в течение нескольких часов или дней. Раковые заболевания, однако, проявляются спустя много лет после облучения – как правило, не ранее чем через одно-два десятилетия. А врожденные пороки развития и другие наследственные болезни, вызываемые повреждением генетического аппарата, по определению проявляются лишь в следующем или последующих поколениях: это дети, внуки и более отдаленные потомки индивидуума, подвергшегося облучению.

В то время как идентификация быстро проявляющихся («острых») последствий от действия больших доз облучения не составляет труда, обнаружить отдаленные последствия от малых доз облучения почти всегда оказывается очень трудно. Частично это объясняется тем, что для их проявления должно пройти очень много времени. Но даже и обнаружив какие-то эффекты, требуется еще доказать, что они объясняются действием радиации, поскольку и рак, и повреждения генетического аппарата могут быть вызваны не только радиацией, но и множеством других причин

Влияние алкоголя

Алкоголь мутаген из числа «экстремальных», поскольку при регулярном и длительном употреблении он может вызвать нарушения на уровне хромосомного механизма, другими словами, привести к смерти. Патологическим мутациям могут быть подвержены как сами хромосомы, так и заключенные в них гены. Соответственно и заболевания, которые порождает алкогольная зависимость, могут быть как хромосомного, так и генного характера. Практическая медицина чаще сталкивается с врожденными заболеваниями хромосомного характера. Мутации, которым подвергаются хромосомы под воздействием алкоголя, могут передаться как последующему поколению, так и через поколение.

Значение борьбы человечества за озрану окружающей среды.

Изменения в биосфере, преобразуемой человеком, порождают влияющие на ход генетических процессов неконтролируемые факторы. В числе их и мутационные эффекты, вызываемые загрязнением окружающей среды, приобретающим ныне все большие масштабы.

Генетические последствия существующего загрязнения биосферы еще только предстоит оценить практически, но тенденция появления неблагоприятных изменений наследственности человека под воздействием складывающихся факторов окружающей среды, будучи установленной, выявленной, не получит развития. Суть дела в том, что человечество не может допустить ее реализации, так как речь идет о гарантии продолжения существования самого человека, настоящих и будущих поколений людей. Такую гарантию и призваны обеспечить эффективные меры по контролю, охране и защите природной среды.

Возможность появления эффектов от загрязнения биосферы мутагенными факторами физической, химической и биологической природы диктует необходимость качественно и количественно оценить вероятные последствия, дать прогнозы возможных генетических изменений в растительном и животном мире, вызванных мутагенами окружающей среды, разработать строгую и точную систему оценки мутагенности факторов среды обитания человека.

Ученые впервые доказали, что окружающая среда влияет на гены человека

Марио Фрагаи его коллеги из испанского Национального онкологического центра впервые показали, что окружающая среда и различные условия жизни влияют на генетику людей.  Известно, что у однояйцевых близнецов совершенно идентичные генетические коды. Однако по мере того, как они растут, они все дальше биологически отдаляются друг от друга, в частности - показывают разную восприимчивость к болезням, в том числе и тех, которые определяются генетическими факторами.

Это говорит о том, что по мере жизни у человека меняется работа генов, объясняют ученые. По одной из распространенных версий, это изменение - результат внешнего влияния - от условий окружающей среды, до привычек, например курения.  Все эти вещи вызывают химические реакции в клетках, которые затрагивают ДНК и белки, переплетенные с ней (гистоны). Одна такая реакция, известная как метилирование, влияет на выражение генов (их воздействие на фенотипические признаки) и таким путем может иметь воздействие на здоровье.  Однако лишь сейчас удалось наглядно продемонстрировать, что эта гипотеза верна. Фрага исследовал гены 40 пар однояйцевых близнецов в возрасте от 3 до 74 лет и проверял метилированные участки и выражение генов.  Выяснилось, что у близнецов-детей генетических отличий почти нет, в то время как с возрастом их все больше и больше. Так, после 28 лет 60% пар показали очень существенные отличия в своей генетике.  При этом, чем больше лет близнецы провели отдельно друг от друга (жили в разных местах), тем большие генетические отличия обнаруживались.  Это исследование показывает насколько сильно внешние химические воздействия затрагивают наши гены и факторы риска для различных болезней, подытоживают ученые.

Роль генетических и социальных факторов в эволюции человека

Биологическая наследственность имеет огромное значение в жизни человека. Она сохраняет человека как природное существо, как уникальную популяцию (вид) в биологическом мире. С момента рождения ребенок наследует многие врожденные свойства и инстинкты, относящиеся к группе безусловных рефлексов (по И.П. Павлову).

К ним относятся:

·  пищеварительные рефлексы (слюноотделение),

·  оборонительные (отдергивание рук от горячего, зажмуривание глаз при ярком свете),

·  ориентировочные (реакция на звук, свет и т.д.).

Говоря о нерасторжимой связи человека с животным миром, следует отметить, что эти свойства характерны и для высших животных.

Однако в пределах биологической эволюции возникла новая форма отражения, обеспечившая переход предков в современных людей:

·  развитие «собственно человеческих задатков» (движение в вертикальном положении — прямохождение, развитие речи),

·  предрасположенность к целенаправленному труду,

·  развитие мыслительных способностей человека,

·  осознание своих действий, поступков, деятельности.

Наследственность программирует передачу от взрослых детям ряда биохимических, физических качеств:

·  физический облик,

·  цвет волос,

·  физические данные;

·  группу крови и резус-фактор,

·  задатки способностей;

·  программирует также свойства нервной системы,

·  свойства зрительных органов (дальтонизм, особая чувствительность, цвет глаз) и др.

Биологическая наследственность определяет как то общее, что делает человека человеком, так и то отличное, что делает людей столь разными и внешне и внутренне. Под наследственностью понимается передача от родителей к детям определенных качеств и особенностей, заложенных в их генетическую программу.

Великая роль наследственности заключается в том, что по наследству ребенок получает человеческий организм, человеческую нервную систему, человеческий мозг и органы чувств. От родителей к детям передаются особенности телосложения, окраска волос, цвет глаз, кожи – внешние факторы, отличающие одного человека от другого. По наследству передаются и некоторые особенности нервной системы, на основе которых развивается определенный тип нервной деятельности.