Лекція № 7 Тема: «Генетичні основи онтогенезу. Генетика людини»

Питання:

7. Поняття онтогенезу. Предетермінація плану розвитку організму.

8. Генотип і фенотип, онтогенетична мінливість.

9. Адаптація та її значення.

10. Стадії та критичні періоди розвитку.

11. Час дії гена. Фактори диференціальної активації генів.

12. Модифікаційна мінливість.

13. Людина та її каріотип. Методи вивчення генетики людини.

14. Поняття про людські раси. Екоцид та геноцид.

Процес індивідуального розвитку особини - онтогенез - починається з акту запліднення й закінчується смертю. У процесі онтогенезу реалізується спадкова інформація, властива генотипу даної особини. Вона визначає час, місце й послідовність розвитку органів і ознак. Онтогенез запрограмований у генотипі особини, але здійснюється в конкретних умовах зовнішнього середовища, що визначає характер і можливості реалізації спадкоємної інформації. При вивченні закономірностей індивідуального розвитку тварини або рослини велика увага приділяється процесу формування органів - органогенезу. Поступове становлення форми й функції кожного органа в даної особини в процесі її розвитку визначає морфогенез.

При вивченні онтогенезу головним завданням є розкриття закономірностей конкретної реалізації гена: яким образом ген, локалізований у молекулі ДНК, контролює розвиток специфічної ознаки, характерного для годиться, породи й окремої особини.

У прокаріот шлях від гена до ознаки відносно простій; ген контролює синтез ферменту і його активність регулюється процесами, що протікають безпосередньо в клітині. Ми можемо судити про генотип даного штаму бактерії Е. coli по його здатності синтезувати фермент, амінокислоту, антибіотик або іншу речовину або гідролізовать живильний субстрат, на якому він розмножується. Завдяки механізму регуляції генетичного коду бактерії забезпечують своєчасну активність генів, що синтезують ферменти, необхідні клітині в даний період її життєдіяльності. Отже, у прокаріот чітко простежується зв'язок між геном і ознакою: ознаку-ген--фермент--ознака.

Значно складніше цей процес здійснюється у вищих багатоклітинних складно-организованных особин. Кожна ознака в них контролюється, як правило, багатьма генами, формується в онтогенезі під впливом багатьох ферментів, у взаємодії з іншими органами й тканинами. Наприклад, фарбування хутра в норок контролюються більш ніж 20 генами, фарбування вовни у великої рогатої худоби залежать від різного сполучення 10 генів, цвіт очей у дрозофилы залежить від 20 генів. Кожний ген у генотипі особини представлений двома аллелями, у результаті перекомбінації яких може здійснюватися найрізноманітніший прояв ознаки. Важливе значення для характеру прояву ознаки має й можлива взаємодія генів.

Істотний вплив на характер розвитку органа й прояву ознаки можуть робити умови зовнішнього середовища. У тварин ембріональний розвиток протікає в організмі матері, тому на ознаки, що формуються до народження, внс:гняя середовище робить відносно слабкий вплив, опосередковано через організм матері. Вони розвиваються головним чином під контролем генотипів батьківських форм і після народження майже не змінюються. До таких ознак у першу чергу відносять морфологічні особливості будови кожного органа, а також групи крові, типи гемоглобіну й ін.

У постембріональний період умови зовнішнього середовища впливають на характер прояву головним чином кількісних ознак, що визначають продуктивність тварини. Дуже показові щодо цього однояйцеві близнюки. Ідентичність їхніх генотипів чітко проявляється в розподілі фарбування вовни, формі рогів, будові кінцівок, але форма тіла, маса, продуктивність значно змінюються під впливом убогого або, навпаки, рясної годівлі.

Біогенетичний закон онтогенезу. Онтогенез має генетичну зумовленість розвитку тварин даного класу й свідчить про спільність їхнього походження. Спільність походження генетично різних форм відбита в рисах їхнього розвитку й порядку зміни етапів і фаз, у появі в систематично різних груп ряду чорт, характерних для їх предкових форм.

Онтогенез кожної особини підкоряється біогенетичному закону Мюллера-Геккеля: подібність ембріональних рис розвитку відбиває ступінь споріднення різних форм у силу спільності їхнього походження. Процес дроблення зиготи у всіх багатоклітинних тваринних організмів проходить початкові стадії ембріогенезу - бластулу й гаструлу. Для хребетних характерно проходження стадії, на якій у наземних форм, що дихають легенями, утворяться зяброві дуги, як і в риб.

У філогенетичних рядах характерний паралелізм гістологічної структури й функцій деяких тканин -нервової, м'язової, епітеліальної, сполучної. Наявність цієї закономірності, установленої росіянином ученим А. А. Заварзіним (1886-1945), відбиває спільність генетичної детермінації клітин досить давно й далеко розбіглих класах, наприклад у ссавців і в комах.

Разом з тим необхідно враховувати й розходження в онтогенезі в різних форм, які накладаються на загальний характер розвитку, що свідчить про специфіку генетичної інформації. Так, наприклад, у яйцях риб і птахів утримуються більші запаси жовтка, що позначається на їх ембріогенезі.

Нерівномірність і неодночасність процесів росту й диференціювання. Ріст може здійснюватися або за рахунок розподілу клітин, або за рахунок їхнього розтягання. У період росту органів і тканин переважають процеси, що забезпечують мітотичну активність клітин. У цей період найбільше активно функціонують гени, що контролюють синтез ферментів, що забезпечують всі періоди й фази мітотичного циклу.

В ембріональній тканині тваринні клітини відносно однакові за формою й складом білків. Пізніше вони диференціюються, при цьому ембріональна клітина перетворюється в клітину з різною спеціалізацією, Такий прояв розходжень між клітинами називають диференціювання, а клітини - диференційованими. У період диференціювання активно функціонують гени, що контролюють синтез специфічних білків, необхідних для формотворчих процесів і інтеграції спеціалізованих клітин.

Необоротність і оборотність процесу диференціювання соматичних клітин і тканин. Зигота містить повний набір генів і всю генетичну інформацію даного виду, породи й особини; вона тотипотентна (омніпотентна), тобто має всі можливості розвитку й формування органів і ознак дорослої особини. Диференціювання клітин не приводить до втрати ними наявних можливостей. Генетична інформація, що втримується в молекулах ДНК, однакова в будь-якій соматичній клітині, тобто кожна соматична клітина потенційно здатна дати початок новому організму. Тотипотентність соматичних клітин характерна для рослин. З одиночних клітин, виділених з диференційованих тканин будь-якого органа, можна в пробірковій культурі одержати ціла рослина, ідентичне вихідному. Такі рослини одержують із коренеплодів цукрового буряка й моркви, із клітини листа бегонії й багатьох інших культур. У тварин тотипотентність клітин зберігається тільки на ранніх етапах онтогенезу. Р. Бриггс і Т. Кинг (1952), Дж. Гердон (1964) виділяли ядра з м'язових клітин або із клітин кишкового епітелію пуголовків шпорцевої жаби й пересаджували їх у без'ядерні активовані яйцеклітини. З деяких яйцеклітин з пересадженим ядром соматичної клітини розвивалися нормальні пуголовки й дорослі особини.

Процес диференціювання клітин обумовлений диференціальною експресією генів, коли відбувається стимуляція активності одних генів і придушення (репресія) інших. Неодночасна активність різних ділянок молекули ДНК була встановлена при вивченні структури політених хромосом зі слинних залоз дрозофіли на різних стадіях її розвитку. Політенні хромосоми характеризуються чергуванням дисків і здуттів, називаних пуфами (від англ, puffs - здуття). Кожному здуттю відповідає деспіралізована ділянка молекули ДНК, на якому здійснюється синтез специфічних молекул м-рнк. Доказом цього служить активне «поглинання» на цій ділянці радіоактивних «мічених» нуклеотидів. Характер і місце утворення пуфов міняються в різні періоди онтогенезу. Кожний диск перетворюється в пуф у певний період життя личинки. Стан здуття на певній ділянці политенной хромосоми оборотно, і при переході личинки в наступну стадію пуф перетворюється в диск.

Про диференціальну експресію генів в онтогенезі свідчить також зміну складу білкових фракцій на різних стадіях розвитку. Так, наприклад, у людини на стадії раннього ембріонального розвитку утворюється гемоглобін F, що складається із двох ланцюгів поліпептидів - а й f, Приблизно з 13-го тижня розвитку починає синтезуватися гемоглобін типу А, характерний для дорослої людини. Він складається з ланцюгів полінуклеотидів А и В. У немовляти 70-80% становить гемоглобін типу F, а 20-30% -типу А. Коли дитина досягає віку одного року, відбувається повна заміна гемоглобіну F гемоглобіном А. Зміна співвідношення типів білків у крові з віком спостерігається також у тварин.

У процесі диференціації клітин і тканин відбуваються необоротні зміни в стані ДНК, хромосом, ядра й цитоплазми, у результаті чого клітина втрачає тотипотентність і, хоча в ній і втримується вся генетична інформація, вона не здатна відновити цілий організм. У процесі диференціювання й функціонування соматичних клітин можуть відбуватися морфологічні зміни хромосом, значна частина яких перебуває в стані гетерохроматина. Порушується процес розподілу клітин. Деякі з них діляться по типі амітозу, інших - ендомітоза. У результаті цього спостерігаються поліплоїдизація, анеуплоїдизація й інші зміни числа хромосом, утворення політенних хромосом. У тварин такого роду розподілу мають місце в клітинах мальпігіевих трубок, кишкового епітелію, у клітинах печінки й інших залоз внутрішньої секреції.

Роль генетичної інформації на початкових стадіях онтогенезу. У тварин у яйцеклітині до запліднення накопичується (у цитоплазмі) велика кількість рибонуклеїнових кислот всіх трьох типів: м-рнк, р-рнк і т-рнк, - які до запліднення перебувають у неактивному стані. Вони з'єднуються зі специфічними белками-гістонами й утворять неактивні гранули инфорсомы: Через кілька хвилин після запліднення частина молекул м-рнк інформосом звільняється від білка, надходить на рибосоми цитоплазми яйцеклітини й починає синтез певних білків, необхідних для початкового розвитку зиготи. Початковий період розвитку зиготи здійснюється під контролем генів материнського організму; м-рнк яйцеклітини забезпечує синтез білків до стадії пізньої бластули. З початку стадії гаструляції й у подальших процесах онтогенезу синтез білка здійснюється під контролем ядерних генів обох батьківських особин. В ембріогенезі жаби синтез м-рнк відновляється після 10 розподілів дроблення, коли зародок складається приблизно з тисячі клітин.

А. А Нейфа обробляв запліднені яйця в'юна променями Рентгена. Дози опромінення були підібрані таким чином, щоб припинити діяльність ядра й нейтралізувати гени в молекулах ДНК. При опроміненні яєць відразу після запліднення або зародка на стадії paнней бластули розвиток його йшло нормально до пізньої бластули, а потім припинялося, і наступала загибель. Отже, розвиток ембріона в цей період визначається PHK, що перебуває в цитоплазмі клітин бластули. Ця материнська м-рнк і р-рнк забезпечують на ранній стадії дроблення зиготи й бластули синтез білків, необхідних для функціонування клітин і розвитку ембріона. Розвиток ембріона припиняється на стадії гасгрули. тому що для початку органогенезу потрібні білки, синтез яких кодується ядерними генами, локалізованими в хромосомах материнської й батьківської особин.

При опроміненні ембріонів у період гаструляції, перед початком органогенезу до навіть і період пізньої бластули розвиток їх припинялося відразу після опромінення.

У деяких випадках спостерігається наявність у цитоплазмі яйцеклітини спеціальних фрагментів активної ДНК. Вони синтезують м-рнк. і кодують синтез специфічних білків у цитоплазмі. В амфібій і риб у цитоплазмі в період дозрівання ооцитів і в яйцеклітинах були виявлені у великий кількості фрагменти молекул ДНК. У період дозрівання яйцеклітин відбувається інтенсивне насичення цитоплазми ДНК, м-рнк. Р-рнк, т-рнк, а також іншими компонентами В дрозофіли 5 фолікулярних клітин, що оточують яйцеклітину, проникають у неї цитоплазматичними виростами й насичують, цитоплазму мітохондріями, ДНК, РНК, білками й іншими компонентами.

Таким чином, ядро зиготи, що утворилося в результаті злиття материнського й батьківського ядер і об'єднання їхньої генетичної інформації, у початковий період розвитку зародка не робить впливу на дроблення зиготи й утворення бластули. Ембріон у цей період розвивається за рахунок РНК і компонентів, що перебувають у цитоплазмі яйцеклітини.

Критичні періоди розвитку. Ембріологи встановили, що онтогенезі, особливо на ранніх стадіях розвитку, спостерігаються періоди, коли найбільше яскраво виражена реакція ембріона на вплив зовнішніх факторів. У ці періоди ембріони чітко ушкоджуються, у них порушуються процеси розвитку органів, що приводить до загибелі ембріонів або до появи каліцтв. Критичні періоди звичайно передують початку відповідного процесу органогенезу. У цей час відповідно до генетичної програми розвитку особини підсилюється синтез відповідних білків, припиняється синтез перед речовин, що прямують, відбувається перебудова обміну речовин клітині. Критичні періоди, як правило, наступають після пізньої бластули, коли подальший розвиток ембріона здійснюється під контролем генетичної інформації обох батьківських особин.

Найбільш вивчені зовнішні фактори, що впливають у критичні періоди на процес онтогенезу в риб, птахів, амфібій, рептилій, трохи менше — у ссавців.

У риб нормальний онтогенез залежить від температури води й змісту в ній кисню, причому в різних видів потреба в цих факторах різний: в'юн менш чутливий до цих факторів, чим форель, лосось, У курей на ембріогенез великий вплив роблять температура й вологість повітря в період інкубації. Ембріони особливо чутливі до даних факторів на 2-3-й доба інкубації, коли відбувається утворення системи кровообігу: на 8-9-і доба - у період інтенсивного морфогенезу - і на 19-і добу, коли відбувається перехід зародка до легеневого типу подиху.

Критичні періоди онтогенезу визначені в хом'яків, морських свинок, кроликів і інших тварин. У великої рогатої худоби спостерігається підвищення ембріональної смертності в перші дні розвитку зиготи, що свідчить про критичний період.

Регуляція синтезу білків в еукаріот у процесі онтогенезу. Процес регуляції синтезу білків, розроблений Ф. Жакобом і Ж. Моно для прокаріот на прикладі Е. coli і получивший назва механізму індукції-репресії, можливий і у вищих організмів. Разом з тим для складно організованих багатоклітинних еукаріот характерна наявність диференційованих органів і тканин, що складаються з вузькоспеціалізованих клітин. У цих клітинах в активному стані перебуває тільки та частина генетичної інформації, що необхідна для синтезу строго певних білків. У диференційованих клітинах інтенсивно синтезуються білки певного складу й функцій, характерних для даного органа й тканини.

Реплікація ДНК. Диференціація клітин визначає і їхня здатність ділитися по типі мітозу, амітозу, ендомітоза. Характер розподілу залежить від здатності ДНК синтезувати білки, що забезпечують реплікацію ДНК і мітотичний цикл. У високодиференційованих клітинах, таких як нейрони, м'язові клітини, реплікація ДНК не відбувається досить тривалий час. Більші інтервали між розподілами мають місце також і клітинах печінки. Разом з тим диференційовані клітини епітелію кишечнику, кісткового мозку досить інтенсивно діляться й проходять повний мітотичний цикл.

Стабільність м-рнк. На відміну від прокаріот, м-рнк в эукариот, особливо в клітинах тварин, відносно стабільна й може тривалий час служити матрицею білкового синтезу, а також зберігатися в цитоплазмі у вигляді информосом. Так, наприклад, у людини тривалість життя ретикулоцитов до перетворення їх в еритроцити дорівнює шести добі. Ядра в них відсутні, але синтез спеціалізованих молекул білка » їх протікає на м-рнк, що утворилися в ядрах на попередній стадії нормобласта, Таким чином, у вищих організмів можливе утворення без'ядерних клітин, які можуть нормально функціонувати за рахунок раніше синтезованих м-рнк. Аналогічно здійснюється синтез білка на раніше синтезованій и-рнк. і в клітинах, що містять неактивні ядра, як, наприклад, в еритроцитах птахів, сперміях і інших диференційованих клітинах. Таким чином, для эукариот Xaftak-терно іноді досить тривале неодночасне протікання процесів транскрипції й трансляції.

Каскадна регуляція активності генів. Вона полягає в тім, що в клітині відбувається одночасне включення або вимикання великої групи генів, локалізованих у різних молекулах ДНК, різних хромосомах. Ця регуляція здійснюється під впливом спеціалізованих досить різноманітних сигнальних речовин, активно синтезованих у клітинах інших тканин і вступників у клітини даної тканини.

Гормональна регуляція. У вищих тварин важливе значення має гормональна регуляція активності генів. Гормони виробляються залозами внутрішньої секреції й активують синтез відповідних білків. Вони можуть мати білкову й небілкову природу, але синтез кожного з них здійснюється під генетичним контролем ДНК. Виділяючись із відповідних залоз у кров, гормони розносяться по всьому організму, вступають у контакт із відповідними клітинами й активують їхні гени. Гормони контролюють багато процесів онтогенезу: ріст, органогенез, морфогенез, метаморфози в комах і амфібій, настання полової зрілості й інші процеси.

Оптимальна кількість гормонів є неодмінною умовою нормального розвитку й існування організму, Недолік одного або декількох гормонів приводить до порушення процесу розвитку, іноді до стерильності особини. Надлишок гормонів порушує процес обміну речовин в організмі, обумовлює ендокринні розлади.

Ряд гормонів впливає безпосередньо на ДНК диференційованих клітин і регулює синтез специфічних білків. Гормони є або індукторами, або супресорами синтезу м-рнк, або змінюють проникність клітинної мембрани для специфічних індукторів синтезу м-рнк.

Гормони можуть приєднуватися до молекул ферментів і змінювати їхню активність. Про активації ферментами генів, що впливають на процеси метаморфоза, свідчать наступні експерименти. У двокрилих комах був виділений спеціальний гормон розвитку. Введення його личинкам сприяло швидкому їхньому перетворенню в лялечки. При додаванні в живильного гормону середовище щитовидної залози пуголовки швидко перетворювалися в жаб, аксолотль - в амблістому.

Прикладом регуляторної діяльності гормону може служити інсулін - найбільш вивчений гормон підшлункової залози. Інсулін - білок, що складається з одного поліпептидного ланцюга, що містить 51 амінокислоту. Завдяки інсуліну в крові підтримується необхідна концентрація глюкози, що має величезне значення в життєдіяльності й розвитку організму. Інсулін регулює роботу генетичного апарата клітин печінки, у яких синтезуються ферменти, необхідні для нормального плину двох протилежних процесів - синтезу глюкози з невуглеводистих речовин і гліколізу глюкози й синтезу з її глікогену. Оптимальна концентрація глюкози в крові підтримується співвідношенням комплексу ферментів двох цих систем.

Інсулін активує оперон, що містить три структурних гени й синтезує ферменти, необхідні для гліколізу й синтезу глікогену. У той же час інсулін є репрессором чотирьох генів іншого оперона, що впливає на синтез глюкози.

Продуктивність різних порід тварин залежить від активності різних гормонів. У м'ясних порід свиней гормон соматостатин активує білковий синтез, необхідний для більше ефективного використання кормів і збільшення живої маси. Особливо великий вплив на регуляцію роботи генетичного апарата клітини робить гормон росту, вироблюваний гіпофізом. Цей гормон є індуктором синтезу білків у багатьох клітинах одночасно. Наприклад при видаленні гіпофіза різко зменшується синтез білків, необхідних для нормального росту.

Наприклад, у білих пацюків при гіпофізектомії вдвічі зменшується синтез білків і кількість полісом у порівнянні з контролем. При введенні цим пацюкам гормону росту синтез м-рнк, р-рнк і білків вертається до норми.

Поряд з добре відомими гормонами в організмі існують і інші високоспеціалізовані індуктори.

Великий вплив на активність відповідних генів роблять цитоплазма диференційованих клітин, а також білки-гістони, У процесі диференціації клітина здобуває здатність реагувати тільки на певні подразники, у результаті чого вона синтезує тільки ті білки, які необхідні для її подальшого функціонування, життєдіяльності й диференціювання. Характерно, що властивість генетичного апарата диференційованої клітини синтезувати специфічні білки клітина зберігає й у наступних клітинних поколіннях. Таким чином, збільшення розмірів тканини за рахунок розподілу клітин не змінює роботу генетичного апарата й диференційовані клітини синтезують ті ж специфічні для даної тканини білки.

Генотип і фенотип. Ген як дискретна одиниця спадковості реалізується в процесі синтезу ферментів або структурних білків. На молекулі ДНК транскрибується мрнк, на якій у цитоплазмі утворяться поліпептидні ланцюги. У посттрансляційний період поліпептиди перетерплюють різні перебудови: з'єднуються один з одним, з молекулами небілкової природи, здобувають вторинну, третинну або четвертинну структуру. Вони беруть участь у розвитку й формуванні органів і ознак, виконуючи специфічні функції ферментів, структурних або транспортних білків. У свою чергу, кожний етап реалізації спадкоємної інформації в процесі біосинтезу контролюється складною ферментативною й регуляторною системою. Результати проведених досліджень свідчать про дискретний характер спадковості, коли характер прояву однієї ознаки контролюється одним, двома або більшим числом генів, локалізованих у певних ділянках молекули ДНК і хромосоми.

Разом з тим генотип не можна розглядати як мозаїку дискретних одиниць -генів. У процесі онтогенезу він проявляє себе як єдина система, що регулює всі процеси розвитку органів і ознак.

Фенотип особини визначається всією сумою індивідуальних ознак, доступних спостереженню або аналізу. Він також має дискретну природу, тому що кожному організму властиві специфічні для нього ознаки. З іншого боку, фенотип являє собою єдине ціле й порушення будови одного органа позначається на життєздатності всього організму. Фенотип особини складається в онтогенезі під контролем генотипу й під впливом умов середовища. В ембріональний період онтогенезу органогенез здійснюється на основі тісного взаємозв'язку процесу закладення й розвитку органів,

Пенетрантність і експресивність генів. Прояв дії гена може мати різний характер, і фенотиповий прояв його може варіювати по ступені виразності ознаки. Той самий ознака може проявлятися або не проявлятися в особин родинних груп. Це явище називається пенетрантністю гена, Пенетрантність визначають по відсотку особин у популяції, у яких даний ген виявився. Якщо він виявиться у всіх обстежених тварин або рослин, то пенетрантність буде становити 100%, якщо в частини особин, то визначають їхній відсоток -80, 76% і т.д.

Експресивність гена характеризує фенотиповий прояв гена по реакції подібних генотипів на конкретні умови зовнішнього середовища. Дія одних генів в онтогенезі може бути більш-менш константним, стійким у своєму прояві або варіювати залежно від зовнішніх умов. Рецесивні гени, які у звичайних умовах у гетерозиготному стані фенотипово не проявляються, можуть виявитися при змінених умовах,

Прикладом експресивності й різного фенотипового прояву гена може служити фарбування хутра в кролика, обумовлена серією множинних аллелей гена С.

Гімалайське фарбування хутра визначається аллелем c^h і фенотипово проявляється в білому фарбуванні хутра, але із чорним фарбуванням кінчиків лабетів, вух, носа й хвоста (мал. 46). Фарбування хутра залежить від біохімічних реакцій, що протікають у клітинах шкіри, що контролюють вироблення меланіна, і від температури навколишнього середовища. Кролик, вирощений при температурі вище 30° С, виявляється суцільно білим. Якщо вискубати невелику ділянку білої вовни й систематично його прохолоджувати, то на ньому виросте чорна вовна, Знижена температура впливає на активність генів, що контролюють вироблення певних ферментів.

Важливе період, коли йде процес формування конкретних ознак, властивих даної особини, генотип проявляється у фенотипі як система взаємозалежних генів. У цій системі розвиток однієї ознаки може залежати від взаємодії багатьох генів і один ген може впливати на розвиток і прояв декількох ознак.

Плейотропія. Явище одночасного впливу одного спадкоємного фактора - гена - на кілька ознак називають плейотропією. Плейотропна дія гена може бути як позитивним, так і негативним. Практично завжди при аналізі зв'язків гена й ознаки можна виявити явище значення для характеру прояву генів мають наявність і активність генів-модифікаторів, що визначають ступінь експресивності генів залежно від умов середовища. Особливо чітко плейотропия проявляється при вивченні фенотипических змін ознак, викликуваних мутацією одного гена. У тварин і людини мутація одного гена може обумовити цілий комплекс патологічних змін фенотипу, називаних у медицині синдромами.

У медицині й ветеринарії найбільш вивченими є так звані синдромні й біохімічні плейотропії. При синдромної плейотропії один мутантний ген обумовлює комплекс ушкоджень у процесі раннього ембріонального розвитку. Прикладом синдромно плейотропії може служити рецесивна мутація гена, що кодує фермент галактозо-1-фосфат-уриділ-трансферазу, необхідний дитині для засвоєння молочного цукру. Ця мутація обумовлює захворювання галактоземією і робить плейотропний ефект на комплекс ознак. У хворого проявляються такі пороки розвитку, як слабоумство, сліпота, цироз печінки.

Прикладом біохімічної плейотропії, що послужив моделлю для вивчення складних взаємодій структурних генів і характеру їхнього прояву у фенотипі особини, можуть служити мутації генів, що контролюють метаболізм амінокислот фенілаланіну й тирозину. Порушення цього метаболізму обумовлює патологічні зміни цілої серії ознак у людини й такі захворювання, як фенілкетонурія, алкаптонурія, кретинізм, альбінізм (мал. 47).

Фенілкетонурія - важке спадкоємне захворювання людини. Уперше воно описано в 1934 р., але тільки через 19 років, в 1953 р., було встановлено, що фенілкетонурія є наслідком мутації гена, відповідального за синтез ферменту, що забезпечує гідроліз амінокислоти фенілаланіна й синтез тирозину. Нездатність генотипу виробляти цей фермент приводить до того, що коли надходить з їжею амінокислота фенілаланін, вона накопичується в плазмі крові, а потім - у мозку. Надлишок її визначає плейотропний ефект, що зачіпає патологічний розвиток комплексу ознак, і у хворих дітей розвивається розумова відсталість, а потім і неповноцінність, втрата мови, відсутність координації рухів.

Після того як були встановлені причини фенілкетонурії, розроблені методи діагностики в немовлят і за допомогою спеціальної дієти отримана можливість запобігти цьому захворюванню.

Алкаптонурія проявляється у віці 40 років і більше й характеризується патологічними змінами суглобів кінцівок, хребта, потемнінням сили. Причиною комплексу цих патологій є те, що у хворих у печінці не виробляється фермент оксидаза, необхідний для метаболізму гомогентизинової кислоти. В організмі відбувається її нагромадження, і розвивається важке захворювання.

Тирозіноз - захворювання, обумовлене порушеннями в метаболізмі амінокислоти тирозину. Нагромадження в організмі надлишку даної амінокислоти і її метаболітів обумовлює затримку в розвитку дитини, кретинізм, слабоумство, патологію нирок і печінки.

Причиною альбінізму є не надлишок, як у попередніх випадках, а недолік продукту - меланіну, тому патологія буває виражена в ранньому віці, уже в немовлят. Причиною альбінізму буває втрата організмом здатності синтезувати меланін з тирозину через відсутність ферменту тирозінази. Цей фермент у нормі каталізує утворення пігменту меланіна в клітинах шкіри, волось, райдужної оболонки око. Відсутність його блокує утворення меланіна, і люди народжуються альбіносами,

Корелятивні зв'язки органів. У формуванні фенотипу важливе значення мають корелятивні зв'язки органів і ознак. И. И. Шмальгаузен (1884-1963) виділяв наступні типи корелятивних зв'язків: геномні, морфологічні й функціональні. Геномні зв'язки обумовлені дією генотипу як цілісної системи в процесі онтогенезу. Морфологічні кореляції спадково обумовлені й виникають у результаті передачі речовин або збуджень від однієї частини організму до іншої. Функціональні кореляції є наслідком функціонального зв'язку між органами. И. И. Шмальгаузен уважав, що в онтогенезі особливу роль грають морфогенетичні кореляції, завдяки яким розвиток організму й формування фенотипу здійснюються як єдиний процес. Виявлення корелятивних зв'язків і їхньої ролі в розвитку ознак має важливе значення в генетику й селекції тварин.

Генетичні основи відтворення й довголіття тварин. Відтворення потомства й довголіття обумовлені складними генетичними процесами, здійснюваними на тлі взаємодії організмів з різноманітними факторами середовища.

Під відтворенням тварин розуміють здатність організмів давати повноцінний приплід, обумовлений якістю батьківського покоління. Відтворення й продуктивність є тісно зв'язаними між собою біологічними процесами, на рівень яких впливає стан тварин, їхня спадковість і умови життя.

Інтенсивність відтворення, як і показники продуктивності, входить у комплекс селекційних ознак. В основі селекційного ефекту, що означає підвищення інтенсивності відтворення, лежать умови життя й спадкоємні особливості особин, що розмножуються, і їхніх нащадків. Опираючись на шануй фактори, можна методом селекції досягати підвищення відтворення тварин.

Практичними показниками нормального процесу відтворення тварин у ряді поколінь можуть служити: біологічне й господарське довголіття тварин, запліднюваність самок і спермопродукція самців, пренатальна й постембріональна життєздатність, що супроводжується пристосованістю потомства до умов зовнішнього середовища й елементам технології, здатність тривалий час проявляти високі продуктивні якості при інтенсивному відтворенні. Однак навіть при створенні необхідних умов життя можуть бути зриви й зниження відтворної функції, проявлятися підвищена пренатальна смертність, зниження життєздатності й продуктивності в наступні періоди онтогенезу.

Основу функції відтворення визначають процеси, обумовлені спадковістю тварини, особливостями його генетичного апарата й біосинтезу білкових молекул, зокрема таких, як антитіла, імуноглобуліни, ферменти, антигени, гормони й інші активні біологічні з'єднання, тобто комплекс імунологічних факторів.

Імунологічна обумовленість рівня відтворення. В останні роки встановлено, що в процесах гаметогенезу, запліднення й взаємин між ембріоном і материнським організмом важливу роль грають взаємозв'язку імунної системи самця, самки й ембріона. В основі взаємозв'язків - співвідношення антигенів полових клітин батьків і антитіл материнського організму й зародка.

Антигенними властивостями володіють клітини, тканини й рідини тіла, зокрема клітини насінників і яєчників, секрети додаткових полових залоз самців, клітини молочної залози й половою системи самок, органоїди полових клітин (акросома, ядро, прозора оболонка й ін.). Відповідна реакція на антигени виражається синтезом антитіл, тобто імунною відповіддю

З ініціативи болгарських учених була проведена Перша міжнародна конференція по імунології відтворення, у якій брало участь 40 країн миру. В 1980 р. у Парижі проведений Перший міжнародний конгрес по імунології відтворення.

Імунні процеси, що впливають на відтворення, проявляються на різних рівнях і етапах цієї функцій. У комплекс процесів входять наступні компоненти: а) формування імунних особливостей гамет, що утворяться в процесі спермато- і оогенезу; б) взаємодія імунних систем полових продуктів самця й самки після запліднення й при просуванні сперми в полових шляхах; а) імунні процеси, що відбуваються в період властиво запліднення й утворення зиготи; г) імунні взаємини організму матері й плода в пренатальний період. Кожний із цих компонентів імунного комплексу має свою специфіку, імунну особливість і силу впливу на якість приплоду.

Для виявлення імунних взаємозв'язків антиген - антитіло використають методи реакції преципітації, аглютинації, імунофорезу й ін. Важливе значення в системі біотехнології Здобувають пересадження зигот від самок-донорів до самок реципієнтам, а також при використанні штучного запліднення в умовах in vitro і in vivo.

Імунні розходження вагітної самки й ембріона можуть викликати його відторгнення в матці й загибель. Про ранню загибель можна, певною мірою, судити по подовженню періоду між суміжними половими циклами самки, тому що в яєчнику зберігається жовте тіло після загибелі ембріона й розпаду його тканин. Разом з тим імунні реакції між матір'ю й плодом проявляють не тільки антагоністичні відносини в реакції антиген - антитіло. Цим реакціям належить важлива роль у формотворчих процесах ембріогенезу при закладці органів і тканин. Імунні реакції організму матері стимулюють інтенсивність органогенезу ембріона. Якщо цей вплив послабляється, то відбувається загасання ембріогенезу й загибель ембріона.

Механізм формування толерантності між матір'ю й ембріоном обумовлений взаємодією клітин білої крові. При нормальній вагітності підвищується число лімфоцитів, переважно за рахунок Т-супресорів, які сприяють придушенню відторгнення бластоцист, викликуваного імунною реакцією антигенів ембріона з антитілами матері.

Захист ембріона від антигенів матері обумовлений плацентою. У приматів і гризунів гемохоріальна плацента має імуногенність за рахунок міжклітинного шару ворсинок хоріона. Поразка цього шару ворсинок і ослаблення антигенності амніотичної і алантоїсної рідини підвищують незахищеність ембріона й приводять до його пренатальної загибелі. У великої рогатої худоби, свиней і овець, що має інші типи плаценти, формується потужний анатомічний бар'єр із тканин і рідини плаценти, сильно розвинена кровоносна система послабляє перехід антитіл матері до ембріона.

Плацента, тканини й навколоплідні рідини забезпечують толерантність між матір'ю й плодом при певних зовнішніх умовах і нормальному стані вагітної самки. Вагітність і нормальні пологи викликають істотні зміни в гормональній, імунній і анатомічній структурі матки, порушується нормальна структура ендометрію. Для того щоб полова система самки після пологів підготувалася й прийшла в норму, потрібне значний час (від 30 до 90 днів), що залежить від годівлі, умов змісту, віку самки. Нормалізація гістоструктури матки після пологів у більшості корів може затримуватися, хоча перша овуляція- після пологів наступає раніше, ніж перешикувалося ендометрій, тому передчасне запліднення, тобто в першу овуляцію, хоча й може супроводжуватися заплідненням, але часто приводить до ембріональної смертності.

Імунологічні основи постембріонального розвитку особини. Ефективність відтворення значною мірою залежить від формування імунної системи немовляти. Це насамперед визначається станом матері, тому що при народженні в немовляти не функціонує власна імунна система. Імунні речовини надходять у його організм від матері в ембріональний період і при харчуванні молозивом у перші годинники після народження.

Молозиво містить велика кількість імуноглобулінів, тому при вживанні молозива в першу годину після народження в крові немовляти вже через 1-3 ч з'являються гамма-глобуліни, що виконують захисну роль. У молодняку сільськогосподарських тварин тільки на другому тижні життя починає поступово здійснюватися синтез власних антитіл. Факторами, що стимулюють імунну систему, служить активний рух немовляти, облизування його матір'ю, нормальний температурний режим. Надалі імунна система молодняку стимулюється наявністю в раціоні вітамінів А и В, білків, мікроелементів (заліза, міді, кобальту), які стимулюють синтез імунних речовин і створення фагоцитарної й гуморальної систем захисту організму.

Вплив кариотипових аномалій на відтворення. Підвищення відтворної функції в значній мірі обумовлено станом хромосомного апарата в гаметах самок і самців. Безпосередня оцінка каріотипу яйцеклітин і сперміїв утруднена, тому проводять вивчення каріотипу соматичних клітин, зокрема білих клітин крові, узятих з кісткового мозку або периферичної крові.

Джерела мутагенних факторів. На сучасне тваринництво впливає ряд факторів, що володіють мутагенною дією й викликають кариотипові перебудови на рівні хромосомного апарата й у вигляді точкових генних мутацій.

Джерелами хромосомних і генних мутацій можуть бути підвищена радіація, поширення в повітрі, ґрунті й воді різних речовин у вигляді хімічних покидьків промисловості або хімічних речовин, уживаних у боротьбі зі шкідниками. Реакція тварин на вплив мутагенних речовин.

різна: генетичний апарат деяких особин відрізняється стабільністю, а частина тварин володіє підвищеної мутабельністю.

Конституціональні аномалії каріотипу. вплив, Що Підсилюється, середовища викликає спонтанний тип мутагенезу, що проявляється або у вигляді генних (точкових) мутацій, змінюючи структуру ДНК, або у вигляді геномних мутацій, що змінюють число хромосом убік їхнього збільшення або зменшення в порівнянні з видовою нормою. Порушення в каріотипі може проявлятися й у вигляді хромосомних мутацій, що супроводжуються структурними змінами хромосом.

Якщо перераховані мутаційні зміни в каріотипі, що зачіпають зміну числа або структуру хромосом, проявляються у всіх клітинах організму, то такі аномалії називають конституціональними. Вони формуються в результаті участі в заплідненні гамет батьків, що мають аномалії каріотипу, що приводить до розвитку дефектних зигот. У результаті спонтанного мутагенезу формується конституціональний тип кариотипових аномалій, що викликає різноманітні патологічні процеси, що особливо проявляються в порушенні процесу відтворення. Це приводить до збільшення числа мертвонароджених, абортам, зниженню запліднюючої здатності самців, прохолостам і яловості маткової череди.

Неконституціональні аномалії каріотипу. Спонтанний мутагенез може викликати інший тип аномалій, що називають неконституціональним. У цьому випадку мутаційні аномалії виявляють у клітинах зиготи або в гаметах при мейозі, причому батьки таких особин мають нормальний каріотип. Отже, неконституціональні аномалії - це патологічні процеси, що виникають у каріотипі de novo під впливом мутагенних факторів. Дані аномалії каріотипу становлять більше 95% від числа виявлених хромосомних аномалій і є наслідком мутаційного впливу на гаметогенез самців і самок, або на зиготу, утворену з нормальних гамет батьків. Деяка кількість клітин з аномаліями виявляють у кожної тварини.

Поширеність неконституціональних аномалій каріотипу робить цей шлях порушення в будові хромосом не менш небезпечним для популяції, чим конституціональні аномалії, зустрічальність яких звичайно значно рідше. При цьому з'ясовується, що збиток, нанесений особині неконституціональними аномаліями каріотипу, більшою мірою залежить від материнського організму, чим від батьківського. Причина цього полягає в різній тривалості впливу мутагенних факторів на гамети самок і самців.

Дійсно, ооцит формується в яєчнику самки вже в її ембріональний період, а бере участь у розмноженні тільки в період статевої зрілості самки, тому він тривалий час перебуває під впливом факторів середовища, у тому числі й мутагенних, і ймовірність придбання аномальних перебудов каріотипу також велика. Природного добору аномальних ооцитів не відбувається; вони зберігаються у фолікулах яєчника, і з них формуються неповноцінні зиготи. В ооцитах виявляють до 65% хромосомних аномалій, у тому числі 25% з них представляють гіпоплоїди, які підвищують ризик утворення транслокацій. Відомо й те, що ооцити більше чутливо до мутагенних факторів, чим спермій. Вплив материнського організму на формування аномальних зигот і ембріонів збільшується тим, що в період ембріонального розвитку зигота й плід піддаються дії стресів, що приводять до виникнення каліцтв у нащадка. Самок довше використають у відтворенні, і час впливу на них мутагенних факторів значно більше, ніж на самців.

У самців неконституціональні аномалії, що з'являються в гаметах внаслідок мутагенезу, часто супроводжуються загибеллю патологічних сперміїв, тобто відбувається презиготичний добір.

Інтенсивне використання виробників, що мають аномалії в каріотипі, в умовах великомасштабної селекції й широко застосовуваного штучного запліднення підвищує ризик «засмічення» популяції спадкоємними дефектами геному, зниження відтворної функції й продуктивності потомства.

Виявлення й оцінка кариотипових аномалій у популяціях. Дослідження каріотипів клітин - складний процес. Найбільш зручним об'єктом досліджень є лейкоцити кісткового мозку або периферичної системи. Тканини кісткового мозку культивують у середовищі 199 з додаванням гепарина й колхіцина. Під мікроскопом розглядають клітини в стадії метафази й визначають стан .і число хромосом.

Матеріали, отримані при вивченні каріотипів сільськогосподарських тварин, показали негативний вплив спонтанного мутагенезу на каріотипи тварин; спостерігалося погіршення відтворної функції самців і самок і збільшення ембріональної й постембріональної смертності. Для того щоб знизити цей вплив, необхідна організація системи повсякденного контролю наявності мутагенних речовин у навколишнім середовищі. Одночасно необхідно здійснювати Цитогенетичний контроль каріотипів у племінних виробників, маткового складу й племінного молодняку. Збір даних цитогенетичного тестування племінних тварин утворить систему моніторингу, тобто постійний масовий потік інформації з кариотипуванню поголів'я. Отримані дані повинні піддаватися аналізу на ЕОМ з моделюванням процесів племінної роботи з усунення кариотипових аномалій у популяціях племінного поголів'я. В аналізі зібраних даних варто застосовувати математичні методи, що дозволяють визначити міру ризику поширення аномалій каріотипу й шляхи його подолання.

Генетичні основи довголіття й биотехнологічні методи інтенсивного відтворення тварин. Відтворення як життєзабезпечуючий процес індивідуума й популяції не зводиться тільки до одержання й збереження приплоду. Усе більше важливого значення набуває біологічне й господарське довголіття сільськогосподарських тварин. Довголіття тварин має видову обумовленість.

Біологічне довголіття - це тривалість життя, що перериває природною смертю. Максимум біологічного довголіття в коней 60-67 років, у корів 36 років, в овець До 20 років, у свиней до 16 років. Для оцінки сільськогосподарських тварин застосовують термін «господарське довголіття», коли тривалість використання тварини визначається його здатністю зберігати економічно вигідний рівень продуктивності й нормальну функцію розмноження. Дослідження показали, що довголіття обумовлене спадковістю, а не тільки умовами життя.

Збільшення періоду господарського довголіття має важливе економічне значення. Наприклад, за даними А. И. Кириловій (1983), довголіття в корів айрширської породи в господарстві кінного заводу № 1 Московської області супроводжується збереженням високої молочності й відтворної функції. У середньому по череді від кожної корови отримане по 7,5 теляти при наявності 7,5% двійневих отелень, що підвищувало коефіцієнт розмноження.

Довголіття тварин спадково обумовлене й може сполучатися з високою молочною продуктивністю й інтенсивною відтворною функцією, тому в селекційній роботі можна відповідним підбором підвищити довголіття й тим самим поліпшити економічний ефект галузі.

Материнський ефект впливу матері-реципієнта на трансплантованого нащадка. Питання про взаємозв'язок плода й вагітної самки не обмежується тільки ія імунними взаємодіями. У зоотехнії й біології тривалий час розглядається так званий «материнський ефект», тобто вплив вагітної самки, її спадковості й загального стану на спадковість і фенотип потомства; це проявляється при віддаленій гібридизації.

Спеціальні досвіди Хеммонда по схрещуванню контрастних порід коня-ваговоза й поні - установили, що якість потомства розрізняється залежно від того, якої породи була мати. Якщо мати - кобила-ваговоз, а батько - поні, то потомство ухиляється по ряду зовнішніх ознак (розмір, живаючи маса) у бік породи матері. При зворотному (реципрокному) підборі, коли мати - поні, а батько - ваговоз, нащадок також ухилявся в бік материнської породи. Здавна такий переважний вплив материнського організму на якість приплоду спостерігалося й при схрещуванні кобили з ослом, коли одержували нащадка - мула, а від ослиці з жеребцем - лошака.

Питання про вплив матері-реципієнта на трансплантант дотепер не з'ясований досить повно. Спостереження на вівцях, проведені в Інституті експериментальної біології Казахської РСР, показали, що основні зовнішні ознаки тонкорунних ягнят-трансплантантів зберегли ознаки тонкорунної породи матерів-донорів і не прийняли ознак овець-реципієнтів каракульської породи. Однак шерстний покрив ягнят-трансплантантів помітно відрізнявся від контрольних ягнят.

У трансплантантів відмічене ослаблення звивистості шерстинок, деяке огрубіння вовни, збільшення довжини шерстинок, деяка рідкість вовни, зменшення жиропотности, що могло бути отримане від матері-реципієнта.

Факт «материнського впливу» був отриманий при міжпородних пересадженнях зигот від овець-донорів казахської тонкорунної породи до овець-реципієнтів едильбаєвськой породи, конституційно міцним і пристосованим до місцевих умов. Ягнята-трансплантанти в цьому варіанті були більшими, чим контрольні ягнята казахської тонкорунної породи, в однорічному віці в них краще був шерстний покрив, довше вовна, більший настриг вовни, пристосованість до екстремальних умов клімату,

При використанні биотехнологічного прийому трансплантації необхідно враховувати можливий вплив реципієнта на якість трансплантованого матеріалу, що може формувати як позитивні, так і деякі небажані якості в приплоду.

Генетика людини. Людина є найбільш бажаним і найменш доступним об’єктом уваги генетики. Каріотип людини складають 23 парні хромосоми, що визначають переважну частину спадкової інформації, а також геновмісні структури цитоплазми клітин. Вивчення генетики людини ускладнюється через те, що вона не може бути прямим об'єктом експерименту. Однак результати тривалих спостережень за фактичними даними про розвиток потомків представників різних націй, соціальних прошарків, порівняння їх з предками та представниками інших соціальних, етнічних та інших груп людей дають змогу робити узагальнення і висновки щодо закономірностей успадкування різних ознак у людей, механізму їх передачі наступним поколінням, а також дозволяє робити досить точні прогнози щодо майбутніх поколінь: їх стану здоров’я, інтелектуальних можливостей тощо. Отже, дані цього розділу генетики мають дуже велике значення, особливо для медицини. Ці дані можна одержати такими методами, як генеалогічний метод, метод аналізу однояйцевих близнюків, популяційний метод та ін.

Цитогенетичні методи направлені на вивчення мутаційних змін, які трапляються в хромосомному апараті окремої людини. Для цього лейкоцити периферичної крові людини розмножують на поживному середовищі в чашках Петрі. Розмножені клітини обробляють методами диференціального забарвлення хромосом, що дозволяє ідентифікувати хромосоми відповідної особини. Вивчення ж метафазних і анафазних клітин цих самих препаратів дозволяє виявити й ідентифікувати хромосомні мутації. Крім того, урахувавши число хромосом у метафазних клітинах, можна прогнозувати спадкові хвороби. Таким чином, за допомогою цитогенетичних методів одержують досить багату інформацію про стан хромосомно-апарату людини.

До цитогенетичних методів частково можна віднести метод пренатальної діагностики. Цей метод, не завдаючи шкоди ні матері, ні ембріону, дозволяє вже в перші тижні вагітності визначити більше 100 хромосомних аномалій та біохімічних мутацій, які можуть проявитись у спадкових структурах ембріона. Для проведення дослідження за допомогою шприца з матки витягують біля 10-15 навколоплідної рідини. Це так звана амніотична рідина, в якій містяться клітини ембріона. Шляхом прифугування виділяють фракцію клітин, які розмножують на поживному середовищі для цитоаналізу, решту рідини аналізують на вміст та співвідношення різних метаболітів.

До цитогенетичних методів відноситься й аналіз статевого хроматину. В 1949 р. М.Бар і Л.Бертрам тили в ядрах нервових клітин кішок забарвлені тільця, яких не було в ядрах клітин котів. Згодом з'ясу­юся, що це явище характерне для клітин усіх інших видів тварин. Оскільки наявність тілець характерна для самців або самок, ці тільця дістали назву статевого хроматину тілець Бара. Було встановлено, що в аномальному ХО-каріотипі жінок з синдромом Тернера статевий хроматин відсутній. Разом з цим він з’являється в чоловіків, хворих на синдром Кляйнфельтера, в клітинах яких містяться зайві статеві хромосоми. В клітинах людей із зайвими статевими хромосомами кількість тілець Бара дорівнює кількості Х-хромосом мінус одна хромосома. Наприклад, у чоловіків (або жінок) з ХХУ-каріотипом у клітин міститься одне тільце Бара, з ХХХУ-каріотипом — два, з ХХХХУ-каріотипом — три.

Вважають, що статевий хроматин утворюється за рахунок спіралізації і переходу в гетерохроматино-і функціонально неактивний стан зайвих Х-хромосом. Це пояснюється необхідністю компенсації дози ферментів, оскільки в людини (як і в інших ссавців) особини чоловічої статі мають лише одну Х-хромосому на 3 набори аутосом, тимчасом як у каріотипах жінок на два набори аутосом припадає дві Х-хромосоми.

Аналіз статевого хроматину дозволяє визначити стать ембріона задовго до його статевої диференціації, діагностувати стан здоров'я жінок, визначати кількість Х-хромосом, що входять до складу мотилів статеве аномальних індивідуумів.

У культурах клітин людини за допомогою цитоаналізу ефективно визначають хромосоми, до груп зчеплення яких належать певні гени. Цього досягають шляхом гібридизації клітин людини з клітинами тварин, наприклад мишей. У процесі розмноження гібридних клітин на поживних середовищах, виділяють клітини, в яких втрачені певні хромосоми. Методами електрофорезу, біохімічного аналізу тощо встановлюють, які метаболіти зникли внаслідок втрати тієї чи іншої хромосоми. А це означає, що гени, які відповідають за синтез цих метаболітів, мають локалізуватись у даній хромосомі.

Генеалогічний метод (від грец. genealogia— родовід) передбачає аналіз відомостей про попередні покоління індивідуума, тобто про його походження. Такі дані мають велике значення в селекції рослин і тварин, а також в медичній діагностиці та консультації з проблем стану здоров'я людини.

Так, склавши родовід мовної людини і знаючи хвороби, на які страждали його предки, родовід успадковування тієї та іншої хвороби, наприклад фенілкетонурії. Зі схем видно, що один із синів зовнішньо здорових батьків хворіє на фенілкетонурію. Здорова дочка цього сина вступає в шлюб зі своїм також здоровим двоюрідним братом. У шлюбі в них народилося семеро дітей, з яких дві виявились хворими на фенілкетонурію. Аналіз даного родоводу показав, що насправді батьки цих дітей і частина їхніх нащадків є гетерозиготними за рецесивно-мутантним геном фенілкетонурії. Як відомо, споріднені шлюби спричиняються до переходу в гомозиготний стан рецесивних мутант-с генів, що й підтвердилося в даному випадку (рис. XXII.2). Оскільки такі гени ходять до складу генетичного тягаря особини, від близько споріднених шлюбів нерідко народжуються діти, які успадковують приховані хвороби своїх батьків.

Метод близнюків. Статистичні дані показують, що в різних країнах світу частота народження близнюків коливається в межах 0,5-1,5% від всіх дітонароджень, або в середньому становить 1%. З них приблизно четверту частину складають однояйцеві близнюки (ОБ), а решта є різнояйцевими близнюками . Так, в 30-х pp. XX ст. в Німеччині на кожних 85 дітонароджень одне було з близнюками, тобто з усіх знароджень 1,1% було представлено близнюками, в тому числі 0,29% — однояйцевими.

РБ виникають унаслідок утворення двох чи більше яйцеклітин і запліднення кожної з них окремим сперматозоїдом, а ОБ — внаслідок роз'єднання бластомерів, які утворились у процесі першого або другого дроблення єдиної в матці зиготи. Якщо розвиток ембріонів започаткують роз'єднані еластомерів, то народяться однояйцеві близнюки. Отже, РБ, як і звичайні сибси, представлені різними генотипами, ОБ — ідентичними. РБ бувають і різностатеві і одностатеві, а ОБ —тільки одностатеві.

Цінність ОБ у генетичних дослідженнях полягає в тому, що саме шляхом порівняння закономірностей їхнього росту і розвитку в неоднакових умовах можна з'ясувати відносну роль генотипу й середовища у фенотиповій реалізації генетичної програми. Якщо одна певна ознака проявляється однаково ОБ, то має місце конкордантність (узгодженість). Якщо ж ознака проявляється лише в одного з має місце дисконкордантність, тобто несхожість, між близнюками за якою-небудь ознакою.

Порівняння значень ознак у кожної пари близнюків дає можливість обчислити середню конкордантність цих ознак в ОБ та РБ. А це, в свою чергу, дозволяє обчислити частку спадковості, як участь у формуванні ознак.

За значеннями конкордантності певних ознак, вирахуваних за наведеною фopмулою легко обчислити частку спадковості, яка бере участь у формуванні цих ознак у процесі реалізації генетичної Інформації, і виходячи з цього зробити висновки про генетичну детермінацію й модифікаційну мінливість ознак. Такі дані використовують у медичній генетиці, селекції, біотехнології.

Популяційний метод дозволяє одержати інформацію про частоту виявлення окремих мутантна; у популяціях людини, про ступінь гетерозиготності популяцій за певними генами. За допомогою цього методу досконало аналізуються популяції за генами, котрі характеризуються певною пенетрантністю прояву гена), яку визначають за кількістю особин (у межах споріднених груп організмів), у яки являється ознака, контрольована даним геном). Наприклад, аналіз концентрації алельних генів груп системи (АВО), які визначаються різними алельними станами гена І. Цей ген рецесивний відносне алеломорфів І* та І^в, Умовно кров типу І" відносять до І групи, І* — до II, І" — до III, а кров гетерозиготного типу — до IV групи. (Для спрощення символ І часто опускають користуючись лише індексацією І -АВО).

Було встановлено, що люди з різними групами крові мають неоднакову імунну стійкість до різних хвороб. Наприклад, люди з II групою крові менш стійкі до віспи, ніж люди з іншими гру­ми крові і вони схильні до захворювання на рак шлунку, а люди з І групи частіше хворіють на язву дванадцятипалої кишки і менш стійкі до чуми тощо.

Жителі різних географічних регіонів характеризуються своїми певними частотами груп крові. Тому за цією ознакою простежують шляхи міграції людей на Землі. Наприклад, за збігом частот груп крові вважають, що полінезійці походять з Західної Канади, угорські цигани — з Індії, а шведи — від західноєвропейських, східноєвропейських та лапландських популяцій людини.

Популяційним методом вивчають адаптивну роль му­тацій у різних природно-кліматичних зонах Землі. Напри­клад, темна пігментація шкіри захищає клітини поверхні ор­ганізмів від мутагенної дії ультрафіолетових променів; осо­бини стрункої високої статури легко віддають тепло і добре пристосовані до жаркого клімату, а товсті, низькі — добре зберігають тепло, що вигідно для жителів холодних країн.

Мутантна мінливість у популяціях людини характери­зується появою не тільки адаптивних або адаптивне нейт­ральних мутацій, але і шкідливих рецесивних мутацій, які, прикриваючись своїми нормальними алеломорфами, складають генетичний тягар у генотипах популяцій людини.

Отже, як бачимо, вчені розробили ряд коректних методів вивчення генетики людини, які не принизить її людську гідність.

2. Поки що немає єдиної думки про кількість генів у геномі людини. Вважають, що їх може бути до 100 000. Досить авторитетний російський генетик М.П.Дубінін називає, як найбільш реальне число приблизно 100 000 генів на геном.

Раніше зазначалось, що майже четверта частина всіх зачать у людини спонтанно абортується на их, але особливо на ранніх стадіях ембріонального розвитку. Крім того, 4% народжених дітей виявиться генетичне дефективними. Таким чином, майже 29% зигот, які утворюються в процесі розмноженя людини, мають генетичні дефекти, обумовлені впливом генетичного тягаря.

В людини, які в інших видів організмів, вроджені дефекти спричинені генними й хромосомними мутаціями. Дані, одержані на рослинах та лабораторних тваринах (дрозофіли, миші, пацюки, кролики, мавпи) свідчать, що загальна сукупність усіх спадкових змін, які спонтанно виникають в генотипах організмів, уставлена приблизно половиною генних І половиною хромосомних мутацій. При цьому переважна більшість генних та хромосомних мутацій носить летальний та напівлетальний характер. Разом з цим мутантні особини, що народились з генетичними дефектами, мають різноманітні розлади здоров'я. В нерідко трапляються досить важкі хвороби, котрі спричиняють порушення обміну речовин в організмі, деформації у процесі ембріонального розвитку тощо. Як наслідок переважна більшість генетичне деструктивних зигот абортується, а менша частина їх започатковує розвиток з аномальним формуванням окремих ознак або цілих комплексів їх. І

У значної частини дітей, що народилися з генетичними аномаліями, порушене число хромосом, кращого розуміння цих явищ розглянемо морфологію каріотипу людини.

Обстеження каріотипу розумове відсталого хлопчика віком 2,5 роки, в якого проявились флексс-контрактура пальців та поперечна складка на долоні, показало, що в групі С-хромосом у нього міститься зайва хромосома. Це означає, що в клітинах його організму якась із 6-12-ї хромосом представлений трьома гомологами замість очікуваних двох гомологів. Отже трисомія по одній з С-хромосом обумовлює аномальний розвиток ембріона.

В популяціях людини з частотою 1 /14500 трапляються хворі на синдром Д1. Через трисомію по одній з хромосом групи Д в дітей формуються роздвоєні верхня губа та піднебіння, природжена глухота.

Трисомією в групі хромосом Е — а насправді по 18-й хромосомі — обумовлений синдром Е,. Хворі ким синдромом характеризуються низько розміщеними деформованими вухами, аномальним розвитком кистей рук та ступень ніг, відхиленнями в будові внутрішніх органів тощо.

У популяціях людини з досить високою частотою (в середньому 2,5 на кожну 1000 новонароджених), ляються діти з хворобою Дауна. Ця хвороба у 94% випадків обумовлюється трисоміею по 21-й хро-омі, а в 6% — транслокаціями або іншими перебудовами хромосом. Із загальної сукупності особин з хворобою Дауна 75% — імбецильні (недоумкуваті), 20% — мають ідіотію і в 5% проявляється дебільність розумове недорозвинення).

Аналогічні аномалії в процесі ембріогенезу розвиваються й особин, гомозиготних за хромосомними перебудовами. Наприклад, делеція в одній з хромосом групи В обумовлює синдром котячого крику. Реципрокна транслокація між двома хромосомами групи С та групи Д, виявлена при обстеженні 7-річного хлопчика спричинила формування сплюснутого носа, невеликого епікантуса, косоокості, м'язової атрофії, затримки розумового розвитку та інших дефектів. Аномалії у формуванні фенотипових ознак обличчя і голови, а також затримка росту і розвитку, дефекти у формуванні внутрішніх органів тощо, обумов­иться інверсіями.

Вище вже відзначалося, що порушення балансу статевих хромосом також обумовлює аномалії розвитку. Хворі бувають досить низького зросту, безплідні, з порушеннями розвитку первинних та вторинних статевих ознак, в них проявляються аномалії у розвитку різних відділів кісток та розумова відсталість. В разі зайвих Х-хромосом за наявності У-хромосоми (наприклад, у каріот ХХУ, ХХХУ, ХХУУ, ХХХХУ) розвивається синдром Клайнфельтера. Ці хворі характеризує відсутністю сперматогенезу, справжньою пнекомастією, підвищеним виділенням із сечею фолікулостимулюючого гормону, євнухоподібністю тощо.

Потужним джерелом спадкових хвороб є генні мутації. Як і хромосомні мутації, вони спричиняють порушення обміну речовин, аномалій у формуванні фенотимових ознак тощо. Як приклад наведено фо­тографію І рентгенограму кисті руки, формування якої відбувалось під впливом домінантної мутації брахідактилії.

Деякі домінантні та рецесивні мутантні гени обумовлюють важкі спадкові хвороби. Підсумовуючи викладене, можна зробити вис­новок, що відкриття хромосомної та генної патології мас величезне значення для охорони здоров'я, ос­кільки розроблені методи вивчення ци­тогенетики людини дають змогу безпомилково ста­вити діагноз спадкових хвороб. Крім того, знаючи механізми виникнення, можна природжених каліцтв, потворностей, дефектів розвитку, порушень в обміні речовин тощо можна ефективніше розробляти засоби їх лікування. Медична генетика покликана вирішувати зазначені проблеми.