Спадкові захворювання людини. Генетичне консультування
- 27-09-2021, 16:01
- 481
9 Клас , Біологія 9 клас Остапченко, Балан, Поліщук
§ 37. Спадкові захворювання людини. Генетичне консультування
Пригадайте, що таке геном, популяції, гомозиготи та гетерозиготи. Про що стверджує закон розщеплення? Як можуть взаємодіяти алельні та неалельні гени між собою? Що таке множинна дія генів? Чим зумовлена цитоплазматична спадковість? Які особливості будови та функціонування імунної системи людини? Які є групи мутагенів?
Генетика людини - розділ генетики, що вивчає особливості організації та функціонування геному людини, закономірності її спадковості та мінливості. Як і будь-яка наука, генетика людини має свої специфічні методи досліджень. Але закономірності спадковості й мінливості людини, на відміну від інших організмів, заборонено вивчати за допомогою методів, пов’язаних із втручанням у її спадковий матеріал (наприклад, генетичної інженерії, коли певні гени вилучають або замінюють). Тому в генетиці людини застосовують лише генеалогічний, популяційно-статистичний, близнюковий, цитогенетичний і молекулярно-генетичні методи (пригадайте, на чому базуються ці методи досліджень).
Які системи шлюбів притаманні людині? У будь-яких організмів певного виду існують різні системи схрещування: споріднене та неспоріднене. Споріднене схрещування відбувається між особинами, що мають спільних предків принаймні протягом попередніх шести поколінь. Неспорідненим, вважають схрещування між особинами, у яких не було спільних предків протягом шести попередніх поколінь.
Відповідно, у людей розрізняють споріднені та неспоріднені шлюби. Споріднені шлюби у багатьох країнах заборонені. Так, у католиків навіть на шлюб троюрідних брата і сестри необхідно отримати дозвіл церкви.
Цікаво знати
Складові тютюнового диму алкоголь та інші токсичні речовини водночас є сильними мутагенами. Зокрема, вживання майбутніми матерями наркотиків, алкоголю, певних лікарських препаратів, які не пройшли належної перевірки, куріння тютюну можуть призвести до порушень нормального формування зародка. Унаслідок цього народжується дитина зі спадковими хворобами або вадами розвитку У молодому та зрілому віці ці шкідливі звички можуть призвести до розвитку ракових пухлин через дію мутагенів на мітотичний апарат клітин. Тому люди, які ведуть неправильний спосіб життя, вкорочують свій вік. До чинників, які подовжують життя, належать регулярні заняття спортом, раціональне харчування, тривале перебування на свіжому повітрі, уникання стресових ситуацій, відмова від шкідливих звичок тощо.
Мал. 187. Каріотип людини (знайдіть статеві хромосоми, визначте стать людини з даним каріотипом)
Одним з наслідків споріднених шлюбів є підвищення серед нащадків частоти гомозигот за певним алелем. При цьому рецесивні алелі (серед яких можуть бути летальні та сублетальні) можуть перейти у гомозиготний стан і проявитись у фенотипі нащадків. Небезпека народження дитини з певними спадковими захворюваннями або генетичними вадами зростає зі збільшенням ступеня спорідненості осіб, що беруть шлюб. Звичайно за споріднених шлюбів зростає імовірність переходу в гомозиготний стан і сприятливих алелів, але передусім слід запобігати виникненню можливих аномалій. Наприклад, якщо обоє батьків фенотипово здорові, але гетерозиготні за рецесивним алелем, який визначає глухоту, їхні діти можуть народитися глухими (завдання: за допомогою решітки Пеннета вирахуйте ймовірність народження глухих дітей у такій родині). Майже 20 % усіх альбіносів є нащадками від споріднених шлюбів. Відомо кілька рецесивних летальних алелів, здатних у гомозиготному стані спричиняти передчасну смерть.
Натомість неспоріднені шлюби часто супроводжуються підвищенням гетерозиготності. У нащадків від неспоріднених шлюбів рецесивні алелі, що здатні в гомозиготному стані спричиняти певні спадкові захворювання або вади, часто переходять у гетерозиготний стан і тому не проявляються у фенотипі.
Які особливості організації геному людини? Каріотип людини складається з 22 нестатевих хромосом (аутосом) та двох статевих (XX - у жінок та XY - у чоловіків) (мал. 187). Йому притаманні 24 групи зчеплення (22 аутосоми, X- та Y-хромосоми, які мають відмінні набори генів).
Дослідження геному засвідчили високу подібність послідовностей нуклеотидів ДНК у різних людей на 99,5 % . Таким чином, лише 0,5 % геному зумовлює різноманітність фенотипів. Різноманітність геномів людини збільшують і мутації.
Які типи успадкування ознак відомі в людини? Тип успадкування, пов’язаний з генами нестатевих хромосом, називають аутосомним. Якщо певний варіант ознаки визначає домінантний алель, то такий тип успадкування називають аутосомно-домінантним, якщо рецесивний - то аутосомно-рецесивним. Зверніть увагу на таблицю 6, у якій наведено домінантні та рецесивні варіанти певних ознак людини.
Таблиця 6
Домінантні та рецесивні варіанти ознак у людини
Існує й успадкування, зчеплене зі статтю. Якщо певний ген розташований лише в Y-хромосомі, маємо справу з Y-зчепленим типом успадкування. Ознака, яку визначає такий ген, передається по чоловічій лінії.
Гени, розташовані лише в Х-хромосомі, визначають Х-зчеплений тип успадкування. Він може бути Х-зчепленим рецесивним та Х-зчепленим домінантним. При Х-зчепленому рецесивному типі відповідний варіант ознаки проявляється переважно в чоловіків (пригадайте чому). Х-зчеплений домінантний тип успадкування характеризується тим, що відповідний варіант ознаки може проявлятися як у чоловіків, так і в жінок. Батьки передаватимуть відповідні алельні гени донькам і ніколи - синам. Деякі варіанти ознак людини, які успадковуються зчеплено зі статтю, наведено в таблиці 7.
Таблиця 7
Деякі варіанти ознак людини, зчеплені зі статтю
Цікаво знати
Одним з міжнародних біологічних проектів кінця XX - початку XXI сторіччя було розшифрування генома людини. Вчені встановили нуклеотидні послідовності і створили генетичні карти, на які нанесли близько 15 тис. структурних генів. Дослідники оцінили геном людини у 3,2 млрд пар нуклеотидів. Уважають, що кількість генів, які кодують білки, не перевищує 21 тис., а тих, які несуть інформацію про різні молекули РНК, - понад 4 тис. Для 12,5 тис. генів установлено, які саме ознаки вони кодують. Загальна довжина кодуючих ділянок становить близько 34 млн пар нуклеотидів, що становить лише 1,2 % генома.
Кільцева молекула ДНК мітохондрій людини утворена 16 569 парами нуклеотидів і містить усього 37 генів, 13 з яких кодують білки мітохондрій, 2-рРНК та 22-тРНК.
Геном людини характеризується відносно короткими екзонами, розділеними видовженими інтронами (близько 34 % усієї кількості ДНК).
Медична генетика - наука про спадкові хвороби та вади людини. Вона розробляє методи діагностики спадкових захворювань, їхньої профілактики та лікування. Сучасна медична генетика насамперед орієнтується на профілактику спадкових захворювань, зокрема запобігання народженню дітей з певними спадковими захворюваннями або вадами.
За даними Всесвітньої організації охорони здоров’я, 5 зі 100 новонароджених страждають тим чи іншим важким спадковим захворюванням, ще 5 мають генетичні вади, а ще 2 народжуються мертвими внаслідок цих порушень. Ці показники зростають з року в рік унаслідок забруднення довкілля різноманітними мутагенами. Нині відомо понад 4000 спадкових захворювань і захворювань зі спадковою схильністю, тоді як у 1958 р. - не більше ніж 500.
Спадкові захворювання можуть мати різні прояви:
- порушення будови організму, наприклад вовча паща (виникнення щілини, що сполучає носову та ротову порожнини внаслідок розщеплення верхніх губи, щелепи та піднебіння); заяча губа (розщеплення верхньої губи); багатопалість (мал. 188) чи зрощення пальців тощо;
- розлад фізіологічних функцій, наприклад гемофілія та дальтонізм;
- порушення процесів обміну речовин, зокрема цукровий діабет, фенілкетонурія та ін.
Деякі зі спадкових захворювань, наприклад хвороба Дауна, проявляються відразу після народження. Інші, наприклад хорея Гентінгтона (захворювання клітин нервових вузлів, яке супроводжується мимовільними рухами, поступово прогресуючою недоумкуватістю тощо), - лише у певному віці.
Певні спадкові захворювання та генетичні вади зумовлені зміною кількості або структури хромосом (наприклад, поява додаткових хромосом 13-ї, 18-ї чи 21-ї пар). У першому випадку (синдром Патау) спостерігають деформацію вушної раковини, ушкодження шкіри голови, вовчу пащу, шестипалість, порушення функцій мозочка, вади серця, глухоту, затримку психічного розвитку тощо. У другому випадку (синдром Едвардса) - деформацію вушної раковини, вкорочення великого пальця ноги, порушення функцій мозочка, вади серця, тяжку форму затримки розумового розвитку, часту захворюваність тощо.
Що таке медико-генетичне консультування? Важливу роль у профілактиці спадкових захворювань відіграє медико-генетичне консультування. У медико-генетичних консультаціях працюють фахівці різних спеціальностей - генетики, біохіміки, цитологи, імунологи, медики тощо. За допомогою різноманітних методів вони виявляють носіїв алелів, які зумовлюють прояви спадкових захворювань, вираховують імовірність успадкування і прояву спадкових захворювань у нащадків. Коли ймовірність появи нащадків зі значними спадковими вадами висока, майбутнім батькам пропонують утриматись від народження дитини. Це, передусім, спрямовано не лише на запобігання народженню дітей з певними генетичними дефектами, а й на запобігання подальшій передачі мутантних алелів наступним поколінням. За допомогою різноманітних методів визначають схильність людини до певного спадкового захворювання і прогнозують можливість його прояву в її фенотипі у майбутньому.
Запам’ятаємо: умови життя можуть як знижувати, так і підвищувати ризик прояву у фенотипі певних вад або хвороб.
Мал. 188. Приклад спадкового захворювання людини полідактилії (поява 6-го, рідше 7-го пальця на всіх чи деяких кінцівках)
Цікаво знати
Частина (5-20 %) онкологічних захворювань зумовлена спадковою схильністю до них. Онкологічні (від грец. онкос - пухлина та логос - учення, наука) захворювання - хвороби, спричинені появою в організмі соматичних клітин зі зміненими властивостями. Їм притаманна здатність до неконтрольованого поділу, знищення сусідніх клітин, переміщення по організму з утворенням метастазів (колоній в інших органах та тканинах). За даними Міністерства екології та природних ресурсів України, нині кожний 50-й мешканець нашої країни (2 % населення) страждає на онкологічні захворювання. Зокрема, радіонукліди, що утворилися внаслідок Чорнобильської катастрофи, значно збільшують кількість випадків раку щитоподібної залози, лімфатичної та кровоносної систем тощо.
Запам’ятаємо: мета генної терапії - виправлення або знищення спадкової інформації, яка зумовлює захворювання.
Розроблено різноманітні тести, що дають змогу виявляти дефектні алелі, які відповідають за спадкові захворювання та вади, не лише у майбутніх батьків, а й у зародків. Тепер тестування на наявність багатьох спадкових захворювань у деяких країнах навіть обов’язкове. Зокрема, рекомендують обмежувати чи вилучати з харчового раціону продукти, що містять речовини, обмін яких порушений. Наприклад, за галактоземії (відсутність вироблення організмом ферменту, який забезпечує засвоєння молочного цукру - галактози) хвору дитину годують молочними продуктами, які не містять галактози, що запобігає порушенням психічного розвитку. В інших випадках, навпаки, до складу їжі додають певні біологічно активні речовини, яких в організмі недостатньо. Наприклад, при цукровому діабеті хворим періодично вводять інсулін, який забезпечує зниження рівня глюкози в крові.
Оскільки домінантні мутантні алелі або хромосомні захворювання проявляються у фенотипі, їхнє діагностування не дуже складне, на відміну від мутантних рецесивних алелів, які в гетерозиготному стані зазвичай не проявляються. Але за допомогою аналізу крові можна виявити людей, гетерозиготних за рецесивним алелем серпоподібноклітинної анемії (пригадайте, що це за захворювання). Разом з тим, якщо шлюб беруть гетерозиготні за певним мутантним геном особини, рецесивні алелі можуть у нащадків перейти в гомозиготний стан і проявитись фенотипово. Ймовірність народження хворої дитини в гетерозиготних батьків становить 25 %.
Перспективним напрямом у медичній генетиці є генна терапія.
Генна терапія (від грец. терапейа - лікування, оздоровлення) - медична процедура, під час якої у хворого вилучають певні типи клітин (крові, епітелію шкіри або кишечнику та ін.), замінюють їхні дефектні алельні гени нормальними, а потім вводять в організм. Завдяки цьому в організмі хворої людини починають синтезуватись білки, яких до цього не вистачало (мал. 189). Нормальні гени вилучають з організму здорової людини та методами генної інженерії отримують їхні численні копії. До 80 % розробок генної терапії спрямовано на боротьбу з пухлинними захворюваннями.
Мал. 189. Метод генної терапії. Зі шкіри руки (А) отримують клітину епітелію (Б). В її ядрі (В) містяться хромосоми (Г). Нормальні гени (Д), призначені для введення в хромосоми. Е. Введення клітин з нормальними генами в організм людини
За певних онкологічних та інфекційних захворювань методами генної терапії можна пригнічувати активність генів, не притаманну нормальній клітині, або посилювати її (наприклад, для збільшення синтезу гемоглобіну у хворих на серпоподібноклітинну анемію). Ще одна галузь її застосування - генетична модифікація клітин, спрямована на посилення імунних реакцій.
Загалом до 80 % сучасних розробок генної терапії пов’язані з пухлинними захворюваннями людини. Введення «генів-убивць» призводить до загибелі пухлинних клітин. Особливе місце у генній терапії посідають методи боротьби зі СНІДом. Зокрема, учені створюють генетично модифіковані клітини, здатні виробляти антитіла проти ВІЛу.
Молекулярна діагностика спадкових захворювань - напрям генної терапії, що ґрунтується на методиках визначення алелів, які зумовлюють ті чи інші спадкові захворювання або схильність до них (хвороба Альцгеймера, рак молочної залози, цукровий діабет, атеросклероз тощо). Своєчасно поставлений діагноз дає можливість розпочати профілактику або лікування ще до того, як з’являться перші симптоми такого захворювання.
Коротко про головне
Особливості організації та функціонування генома людини, закономірності її спадковості та мінливості вивчає генетика людини. Її розділ - медична генетика - досліджує спадкові хвороби та вади людини. Вона розробляє методи діагностики спадкових захворювань, їхньої профілактики та лікування.
Сучасна медична генетика насамперед орієнтується на профілактику спадкових захворювань, зокрема запобігання народженню дітей з певними спадковими захворюваннями або вадами. Важливу роль у профілактиці спадкових захворювань відіграє медико-генетичне консультування.
Ключові терміни та поняття: медико-генетичне консультування, генна терапія, молекулярна діагностика спадкових захворювань.
Перевірте здобуті знання
1. Чим характеризується геном людини? Від яких чинників залежить формування фенотипу людини? 2. Які завдання медичної генетики? 3. Чим зумовлені спадкові захворювання та вади людини? 4. У яких формах можуть проявлятись спадкові захворювання та вади людини? 5. Які методи досліджень застосовують у медичній генетиці? 6. Що таке медико-генетичне консультування та які його завдання? 7. Які існують системи шлюбів у людини та які їхні генетичні наслідки?
Поміркуйте
Чому втручання в спадковий матеріал людини може мати негативні наслідки? Які проблеми етичного плану виникають при проведенні медико-генетичного консультування?
ТЕСТ НА ЗАКРІПЛЕННЯ ЗНАНЬ
Виберіть із запропонованих відповідей правильну
1. Назвіть прізвище вченого, який запропонував назву «генетика»: а) Г. Мендель; б) Г. де Фріз; в) У. Бетсон; г) Т.Х. Морган.
2. Укажіть клітини, у яких можуть виникати мутації: а) лише статеві; б) лише нестатеві; в) будь-які.
3. Зазначте, як називають межі модифікаційної мінливості ознаки: а) варіаційний ряд; б) варіаційна крива; в) середнє значення; г) норма реакції.
4. Укажіть мінливість, яку відносять до спадкової: а) модифікаційна; б) вікова; в) мутаційна; г) сезонна.
5. Зазначте, які мутації спричиняють поліплоїдію: а) кратне зменшення наборів хромосом; б) зміна будови окремих хромосом; в) зміна структури окремих генів; г) кратне збільшення наборів хромосом.
6. Визначте форму мінливості, яка зумовлює розбіжності у фенотипі однояйцевих близнюків: а) корелятивна; б) комбінативна; в) модифікаційна; г) мутаційна.
7. Укажіть властивості мутацій: а) завжди мають пристосувальне значення; б) можуть виникати лише у нестатевих клітинах; в) можуть успадковуватись; г) здатні зникати протягом життя особини.
8. Назвіть джерела комбінативної мінливості: а) випадкове поєднання гамет при заплідненні; б) кількість поживних речовин у яйцеклітині; в) вплив мутагенних факторів; г) партеногенез.
9. Назвіть прізвище вченого, який увів термін «мутації»: а) Г. Мендель; б) Т.Х. Морган; в) У. Бетсон; г) Г. де Фріз.
10. Зазначте властивості модифікацій: а) відсутність нижнього порогу дії чинника; б) один і той самий чинник може спричиняти різні зміни в особин певного виду; в) відсутність пристосувального значення; г) визначеність.
11. Назвіть модифікації, які зберігаються протягом усього життя особини: а) будь-які; б) виникають на ранішніх етапах індивідуального розвитку; в) виникають на пізніх етапах індивідуального розвитку; г) таких модифікацій не існує.
12. Укажіть, чим визначається довжина варіаційного ряду: а) впливом регуляторних генів; б) впливом позаядерних генів; в) впливом умов довкілля; г) здатністю певного алеля до мутаційних змін.
13. Зазначте, як називають сукупність генів, розташованих в одній хромосомі: а) геном; б) каріотип; в) група зчеплення; г) плазміда.
14. Назвіть причину порушення зчепленого успадкування певних ознак: а) множинна дія генів; б) кросинговер; в) цитоплазматична спадковість; г) розщеплення ознак.
15. Назвіть схрещування особин, які розрізняються різними варіантами двох ознак: а) моногібридне; б) дигібридне; в) тригібридне; г) полігібридне.
16. Вкажіть місце розташування алельних генів: а) ідентичні ділянки гомологічних хромосом; б) різні ділянки гомологічних хромосом; в) ідентичні ділянки негомологічних хромосом; г) різні ділянки негомологічних хромосом.
17. Зазначте, чому дорівнює кількість груп зчеплення в каріотипі організмів певного виду: а) кількості хромосом в гаплоїдному наборі; б) кількості хромосом у диплоїдному наборі; в) кількості статевих хромосом; г) кількості аутосом.
18. Визначте умови, за яких усі варіанти генотипу проявляються у фенотипі гібридних особин: а) повне домінування; б) проміжний характер успадкування; в) множинна дія генів; г) взаємодія неалельних генів.
Утворіть логічні пари
19. Визначте, яким типам моногібридних схрещувань у разі проміжного характеру успадкування відповідають ті чи інші варіанти розщеплення за генотипом.
- 1 АА х аа
- 2 Аа х аа
- 3 Аа х Аа
- А 1 : 1
- Б 3 : 1
- В 1 : 2 : 1
- Г розщеплення не спостерігають
20. Визначте, яким типам моногібридних схрещувань у разі повного домінування відповідають ті чи інші варіанти розщеплення за генотипом.
- 1 АА х аа
- 2 Аа х аа
- 3 Аа х Аа
- А 1 : 1
- Б 3 : 1
- В 1 : 2 : 1
- Г розщеплення не спостерігають
21. Визначте, яким типам моногібридних схрещувань у разі проміжного характеру успадкування відповідають такі варіанти розщеплення за фенотипом.
- 1 АА х аа
- 2 Аа х аа
- 3 Аа х Аа
- А 1 : 1
- Б 1 : 2 : 1
- В розщеплення не спостерігають
- Г 3 : 1
22. Визначте, яким типам моногібридних схрещувань у разі повного домінування відповідають такі варіанти розщеплення за фенотипом.
- 1 АА х аа
- 2 Аа х аа
- 3 Аа х Аа
- А 1 : 1
- Б 3 : 1
- В 1 : 2 : 1
- Г розщеплення не спостерігають
23. Установіть відповідність між різними видами мінливості та притаманними їм властивостями.
- 1 модифікаційна
- 2 мутаційна
- 3 комбінативна
- А набуті ознаки можуть успадковуватися
- Б нові варіанти поєднання алелів у генотипі нащадків
- В одночасний прояв усіх алельних генів у фенотипі
- Г набуті зміни можуть зникати протягом життя особини
24. Установіть відповідність між видами мутагенів та їхніми прикладами.
- 1 хімічні
- 2 фізичні
- 3 біологічні
- А ультрафіолетові промені
- Б мобільні групи нуклеотидів, здатні переміщуватись у межах хромосоми
- В віруси
- Г газ іприт
Завдання з вибором трьох правильних відповідей із трьох груп запропонованих варіантів відповідей
25. Назвіть положення законів спадковості, встановлених Г. Менделем.
26. Виберіть приклади, які характеризують явища повного домінування, проміжного характеру успадкування та кодомінантності.
Запитання з відкритою відповіддю
27. Який зв’язок існує між законами спадковості, встановленими Г. Менделем, і процесом мейозу? Відповідь обґрунтуйте.
28. У чому полягає біологічне значення того, що певний ген може бути представлений багатьма алелями?
29. За яких умов два гени, які входять до однієї групи зчеплення, можуть успадковуватись незалежно? Відповідь обґрунтуйте.
30. У яких випадках серед нащадків, отриманих від схрещування батьків однієї фенотипової групи, можуть зустрічатись інші варіанти фенотипів? Відповідь обґрунтуйте.
31. Чому летальні та сублетальні алелі зазвичай рецесивні?
32. Чи міг би Г. Мендель виявити закономірності спадковості, якби аналізував лише незначну кількість гібридних особин?
33. Чому мутації, пов’язані з кратним зменшенням хромосомного набору, справляють більш негативний вплив на життєздатність організмів, порівняно з тими, які спричинюють його кратне збільшення?
34. Який зв’язок існує між генетикою та іншими біологічними науками?
35. Охарактеризуйте вплив хромосомної теорії спадковості на подальший розвиток біології.
36. Яким чином регуляція активності структурних генів впливає на формування фенотипу організмів?
Коментарі (0)