Генетика человека: многое предопределенно - РАЗМНОЖЕНИЕ И РАЗВИТИЕ ЧЕЛОВЕКА: И НЕОБХОДИМО, И ПРИЯТНО

Воспроизведение себе подобных у человека происходит при помощи полового размножения, хотя случай образования однояйцовых близнецов, когда единый эмбриональный зачаток на ранних стадиях дробления разделяется на два организма, следует рассматривать как вариант бесполого размножения. Новый человек образуется при слиянии половых клеток - гамет, образующихся в половых железах: яйцеклеток — в яичниках, сперматозоидов — в семенниках.

Генетические закономерности наследственности являются универсальными для всех живых существ, в том числе и для человека. Ранее уже говорилось, что все признаки закодированы в 23 парах хромосом, половина из которых достается человеку от матери, а вторая половина — от отца. Сейчас, когда построены карты хромосом и известно расположение в них генов, казалось бы, наследственность человека практически изучена. Однако это далеко не так. Известны более 2 тыс. болезней человека, вызываемых генетическими отклонениями, и исследования в этой области продолжаются. Ведь из-за таких заболеваний около 15% зародышей погибает еще до рождения, 3% младенцев - при рождении, 3% детей не доживают до взрослого возраста, 20% людей - не вступают в брак, а 10% из вступивших в брак не могут иметь детей. Просто удивительно, как человечество не вымирает, а, наоборот, успешно приумножается.

Надо сказать, что исследовать генетику человека довольно затруднительно. Почему? Во-первых, получить потомство именно от той пары людей,

которая интересна ученым, не всегда возможно. Ну не любят эти люди друг друга, и семьи у них уже есть и т. д. Хотя попытки целенаправленного воспроизводства людей с заранее заданными признаками делались неоднократно (например, в нацистской Германии). Во-вторых, люди - не мушки-дрозофилы и опыты по получению искусственных мутантов, мягко выражаясь, являются неэтичными. Допустимые наблюдения над развитием тех или иных признаков очень затрудняются из-за малого числа потомков у семейных пар, позднего полового согревания людей и т. д. Как ни старайся, а большого количества “материала” для исследований быстро получить невозможно.

Как же исследуют генетику человека? Для этого используют несколько методов. Метод составления родословных, или генеалогический, заключается в сборе информации о представителях многих поколений нескольких родственных семей. Это позволяет определить характер наследования интересующего исследователей признака. Метод хороший и, как теперь принято говорить, информативный, но слишком мало людей знает о своих предках. Вы можете вспомнить, как звали ваших прабабушек и прадедушек? А какие у них были глаза и волосы? Больше повезло представителям королевских семей. Так, генеалогический метод использовали для определения характера наследования гемофилии в британской королевской семье. Мутация, которая приводит к этой болезни, поразила королеву Викторию, которая передала “поврежденный” ген многим своим потомкам.

Популяционный метод заключается в определении частоты встречаемости генов и генотипов в популяции. Статистический анализ распространения тех или иных признаков у разных групп людей показывает, что возникшие мутации могут передаваться из поколения в поколение веками. Таким образом, возникает очень сложная картина генетической неоднородности людей различных национальностей, стран и т. д. Исследования позволяют оценить вероятность рождения ребенка с определенным признаком в данной популяции.

Близнецовый метод основан на сопоставлении индивидуальных признаков близнецов. Разнояйцовые близнецы генетически разнородны, тогда как однояйцовые - одинаковы. Если однояйцовые близнецы воспитывались в разных условиях, то различия, возникшие между ними, позволяют определить направленность и степень влияния факторов окружающей среды.

Цитогенетический метод заключается в изучении хромосом при помощи микроскопа, позволяет определить их число и форму. Например, если в клетках мужчины обнаружена лишняя X-хромосома (т. е. всего хромосом 47, и из них ХХУ - половые), то это является доказательством заболевания синдромом Клайнфельтера. В настоящее время разработаны специальные методы окраски хромосом, облегчающие их распознавание.

Биохимические методы позволяют определить место и характер мутации по изменениям в составе затронутых мутацией белков. Например, при мутации, ведущей к замене всего одной аминокислоты, в огромной молекуле переносчика кислорода - гемоглобина возникает наследственное заболевание, получившее название серповидно-клеточной анемии, при котором эритроциты принимают форму полумесяца (см. рис. 5.5). Исследовав аминокислотный состав гемоглобина и обнаружив замену, можно сразу поставить диагноз.

Из 2 тыс. генетических болезней человека достаточно полно изучено не более 500. Причиной таких заболеваний могут быть как генные, так и хромосомные мутации.

Генные заболевания обусловлены мутациями на генном уровне. Если к болезни приводит мутация в аутосомах, причем мутантный ген является доминантным и подавляет “нормальный” аллельный ген, говорят об аутосомно-доминантном наследовании заболевания. К таким болезням относится синдром Марфана. Иногда доминантные гены, определяющие развитие каких- либо болезней, приводят к тяжелым поражениям только в гомозиготном состоянии (АА), а в гетерозиготном (Аа) их эффект выражен гораздо слабее или даже совсем не проявляется. Примером таких заболеваний может служить полидактилия, при которой у ребенка развиваются дополнительные пальцы.

Если к болезни приводит возникающий в результате мутации рецессивный ген аутосомы, говорят об аутосомно-рецессивном наследовании заболевания. Таким образом, наследуется альбинизм - врожденное отсутствие пигментации кожи, волос и радужки глаза. Отклонение возникает только у людей - рецессивных гомозигот (аа) по данному признаку. В случае рождения гетерозиготной особи (Аа) действие рецессивного гена не проявляется. Еще одной тяжелой наследственной болезнью, наследуемой по аутосомно-рецессивному типу, является фенилкетонурия. При этой патологии мутация поражает ген, в котором закодирован фермент, необходимый для реакции получения аминокислоты тирозина из аминокислоты фенилаланина. Из-за отсутствия этого фермента в организме младенца накапливается фенилаланин, повреждающий его нервную систему. Заболевание можно быстро определить по избытку фенилаланина в моче младенца. Если сразу же уменьшить содержание фенилаланина в пище ребенка, его развитие будет нормальным.

Когда к болезни приводит патология гена половой Х-хромосомы, речь идет о наследовании, сцепленном с полом. Примером такого заболевания может служить гемофилия.

Хромосомные заболевания вызываются изменениями в числе хромосом или в их строении. В первом случае говорят о геномных, а во втором - о хромосомных мутациях. То, что в клетках человека находится по 46 хромосом, было определено только в 1956 г. Специальная международная комиссия пронумеровала все хромосомы человека. К настоящему времени определено местонахождение многих генов в хромосомах и ведется работа по составлению полных хромосомных карт человека.

После разработки номенклатуры хромосом удалось установить, что изменение их числа приводит к тяжелым наследственным заболеваниям. Было доказано, что присутствие лишней 21-й хромосомы приводит к рождению ребенка с синдромом Дауна (рис. 16.1). Такие дети рождаются в одном случае из тысячи. Они характеризуются умственной отсталостью, маленьким ростом, пониженной устойчивостью к инфекционным заболеваниям. Если в хромосомном наборе женщины отсутствует одна из Х-хромосом, то развивается синдром Шерешевского — Тернера, при котором женщины страдают бесплодием, имеют маленький рост, короткую шею и др. Наличие лишней X-хромосомы у мужчин (ХХУ) приводит к синдрому Клайнфельтера (рис. 16.2), что выражается в бесплодии, высоком росте, умственной отсталости, женском типе скелета. Генотип ХХУ возникает в том случае, если при образовании яйцеклеток в одну из них попадают две X-хромосомы и при оплодотворении такая яйцеклетка сливается со сперматозоидом, несущим У-хромосому.

Рис. 16.1. Синдром Дауна: а - нормальный женский набор хромосом, б - набор хромосом у девочки при синдроме Дауна; в - ребенок с синдромом Дауна

Рис. 16.2. Набор хромосом при синдроме Клайнфельтера

Помимо изменения числа хромосом, к тяжелым последствиям приводят нарушения их структуры. Например, при отрыве части 5-й хромосомы возникает синдром кошачьего крика,при котором нарушено строение гортани, голос имеет особый тембр, а также наблюдается общее отставание в развитии. При утрате участка 21-й хромосомы развивается одна из форм белокровия.

К настоящему времени доказано, что мутации могут приводить к онкологическим заболеваниям. Однако развитие науки позволяет значительно снизить риск возникновения генетических болезней. Так, генетики обнаружили, что у человека имеются гены, определяющие образование быстрой зависимости к алкоголю и наркотикам. Люди - носители таких генов - должны быть особенно осторожны, употребляя спиртные напитки или лекарства, созданные на основе наркотических препаратов. Знания о строении этих генов и их расположении в хромосомах помогут бороться с опасными пристрастиями.

Мы уже говорили о том, что мутации в организме человека происходят довольно часто и до 10% гамет являются дефектными. Поскольку мутации, как правило, не проявляются сразу, то человек может нести в себе большой набор генетических отклонений, сам того не подозревая. При вступлении в близкородственный брак резко возрастает вероятность перехода у потомства таких поврежденных генов в гомозиготное состояние (аа), и патология неминуемо проявится в фенотипе потомства. Конечно, до какой-то степени, все люди - родственники. Ведь все мы происходим от довольно немногочисленной группы людей, появившихся в Африке около 120 тыс. лет назад. И тем не менее, почти во всех странах мира запрещены или не рекомендованы близкородственные браки.

В небольших общинах, живущих в труднодоступных горных районах, нередки браки между двоюродными и троюродными сестрами и братьями, дядьями и племянницами и т. д. В таких сообществах людей рождается примерно в 2 раза больше мертвых детей, а также младенцев с врожденными генетическими отклонениями, чем в соседних равнинных районах, в которых родственные браки редки.

Как снизить вероятность возникновения наследственных заболеваний? В настоящее время в развитых странах существует сеть медико-генетического консультирования. Знание законов наследственности позволяет предсказывать вероятность генетических отклонений у потомства здоровых родителей, в родословной которых отмечались случаи наследственных заболеваний. Для этого путем опроса составляется родословная родителей, что часто позволяет установить наличие генетически обусловленного заболевания и тип его наследования (например, связь с той или иной хромосомой).

Работа врача-консультанта связана с трудностями психологического характера, так как далеко не всем нравится рассказывать о болезнях бабушки, дяди или троюродного брата. К тому же немногие знают, чем болели их бабушки и дедушки. Если в результате составления родословной выясняется, что вероятность генетических отклонений у детей данной родительской пары существует, будущих родителей исследуют при помощи биохимических, физиологических и цитологических методов. Например, у людей, склонных к судорожным припадкам, можно зарегистрировать отклонения в характере электрических колебаний мозга - электроэнцефалограмме. Иногда выявляют нарушения формы хромосом родителей или обнаруживают биохимические нарушения, свидетельствующие о том, что человек является носителем мутантного гена, который практически не проявляется в фенотипе. Наконец, в период эмбрионального развития ребенка можно взять небольшое количество околоплодной жидкости, в которой есть как клетки эмбриона, так и продукты его обмена. Биохимические и цитогенетические анализы позволяют сделать заключение о развитии ребенка. Такая внутриутробная диагностика проводится в тех случаях, когда вероятность рождения ребенка с генетическими отклонениями весьма велика. К настоящему времени с помощью данных анализов определяют около ста наследственных заболеваний.

Для того чтобы снизить вероятность возникновения наследственных отклонений, необходимо свести к минимуму действие на организм мутагенных факторов. К таким факторам относятся химические мутагены (бытовая химия, промышленные отходы, некоторые пищевые красители, ядохимикаты), электромагнитные колебания большой интенсивности, биологические мутагены (например, некоторые виды прививок) и особенно вирусные заболевания.

Методы медико-генетического консультирования развиваются достаточно быстро, что избавляет многие семьи от трагедии рождения тяжелобольного ребенка, хотя этические проблемы, связанные с подобного рода анализами и возможностью последующего аборта, по-разному понимаются представителями различных религий и народов.

Наследственность играет большую роль в возникновении многих болезней сердца, гипертонии (повышенного давления крови), ревматизма, диабета, шизофрении. Здоровый образ жизни позволяет предотвратить развитие таких заболеваний у многих носителей вредоносных генов.

В таблице 16.1 приведены некоторые доминантные и рецессивные признаки человека.

Таблица 16.1

Некоторые доминантные и рецессивные признаки человека

	Доминантный	Рецессивный
Глаза	Большие	Маленькие
	Карие, светло-карие или зеленые	Серые или голубые
	Дальнозоркость	Нормальное зрение
	Нормальное зрение	Близорукость (существует редкая доминантная форма)
	Нормальное зрение	Дальтонизм
	Длинные ресницы	Короткие ресницы
	Прямой разрез	Косой разрез
Уши	Свободная мочка	Приросшая мочка
	Широкие	Узкие
Нос	С горбинкой	Прямая или вогнутая переносица
	Узкая переносица	Широкая переносица
	Прямой	Курносый
	Широкие ноздри	Узкие ноздри
Губы	Полные	Тонкие
	Толстая нижняя губа	Норма
Подбородок	Норма	Скошенный
	С ямочкой	Гладкий
Щеки	С ямочками	Гладкие
Скулы	Выдающиеся	Норма
Зубы	Выступающие	Норма
и челюсти	Щель между резцами	Норма
	Зубы при рождении	Отсутствие зубов при рождении
	Предрасположенность к кариесу	Здоровые зубы
Язык	Способность загибать язык назад	Отсутствие такой способности
	Способность свертывать язык в трубочку	Отсутствие такой способности
Волосы	Темные	Светлые
	Нерыжие	Рыжие
	Курчавые	Волнистые
	Волнистые	Прямые
	Облысение (у мужчин)	Норма
	Норма	Облысение (у женщин)
	Белая прядь	Норма
	Преждевременное поседение	Норма
	Обильная волосатость тела	Мало волос на теле
	Широкие пушистые брови	Норма
Кожа	Темная кожа	Светлая кожа
	Толстая	Тонкая
	Веснушки	Отсутствие веснушек
	Нормальная пигментация	Альбинизм
Руки	Праворукость	Леворукость
	Кисть с 6 или 7 пальцами	Норма
	Указательный палец длиннее безымянного (у мужчин)	Указательный палец длиннее безымянного (у женщин)
Рост	Низкий	Высокий
Голос	Бас (у мужчин)	Тенор
Прочие	Нормальное свертывание крови	Гемофилия (признак, сцепленный с полом)
	Абсолютный слух	Отсутствие слуха