Николай Тарасенко - Что вы знаете о своей наследственности?
Первая серия таких работ была проделана с ДНК человека и человекообразной обезьяны. В том, что они родственники, никто не сомневался, однако оставалась неясной степень родства, ведь по хромосомным наборам эти два организма мало различимы — у человека 46 хромосом, а у обезьяны — 48.
В результате анализа степени гибридизации на уровне молекул ДНК человека и человекообразной обезьяны оказалось, что образование гибридов — то есть формирование из двух однониточных ДНК одной двуниточной — происходит в 85 % случаев, и только 15 % генетического материала человека резко отличается от такового у обезьяны. Таким образом, человекообразная обезьяна генетически родственна человеку на 85 %.
Читатель знает высказывание Ф. Энгельса о том, что человек произошел от обезьяны в результате длительной «шлифовки» трудом (его знаменитое — «труд создал человека»). Однако с учетом всей суммы современных знаний, накопленных человечеством на сегодняшний день, к этому следует прибавить, что еще перед «шлифовкой» должен был произойти очень сложный процесс дивергенции (расхождения), в результате которого у человека стало 46 хромосом, а у обезьяны осталось 48 (или повысилось до 48). В настоящее время наука не может точно ответить на вопрос — когда и каким образом появился разумный человек — Homo sapiens.
Конечно, труд был основным фактором формирования современного человека, но крайне сомнительно, что труд повлиял на изменение числа хромосом. Необходимо было искать промежуточный организм между человеком и человекообразной обезьяной. И такой организм недавно обнаружили. Изотопным анализом установлено, что ему 1,5 млн лет.
Если упомянутую выше процедуру проделать с ДНК домашней мыши и человека, то выясняется, что мышь нам родственна на 25%, а остальной генетический материал не дает гибридов между ДНК человека и мыши.
Итак, идентичный генетический материал содержит общие гены, а общность последних, в свою очередь, определяется идентичной последовательностью оснований в нити ДНК, которые сохранились неизменными в течение длительного, исчисляемого миллионами лет, времени.
Можно удивляться логике ученых, которые еще задолго до генетических открытий отнесли человека и мышь за их характерные одинаковые черты к одному классу — млекопитающим.
Гибриды на уровне молекул ДНК человека и рыб дают только 5 % гибридного генетического материала. Это означает, что генетический материал человека разошелся (произошла дивергенция, расхождение) с генетическим материалом рыб очень и очень давно.
При исследовании генетического материала человека и бактерии, например с кишечной палочкой, которая живет в кишечнике человека и помогает ему перерабатывать пищу, оказалось, что у этой бактерии также имеются гены, которые позволяют получать гибриды между молекулами ДНК человека и бактерий. Более того, еще в конце 1960-х годов проделана очень тонкая работа по щадящему выделению конкретных генов из генетического материала кишечной палочки и введению их в культуру клеток тканей, взятых у ребенка с наследственным заболеванием галактоземией (неспособность перерабатывать один из многих сахаров — галактозу).
Направление генетики, основанное на лечении наследственных болезней воздействием на генный материал, получило название генной инженерии. В будущем это направление генетики, возможно, станет одним из методов лечения или исправления наследственных (генных) заболеваний у человека.
Из довольно беглого рассмотрения вопросов генетического родства человека и других организмов ясно, что генетический материал человека за свою длительную эволюцию накопил и продолжает накапливать «ошибки», то есть летальные и полулетальные гены, которые передаются следующим поколениям. Известно, что каждый высший организм, в том числе и человек, имеет в среднем 12—15 летальных генов, которые приводят к летальным исходам в случае их гомозиготности. В среднем по ряду стран каждые 2—3 ребенка из 200 новорожденных (то есть 1,5 — 2,0%) наследственно отягощены (неполноценны) по генным, матричным, болезням. К началу 1960-х годов описано более 1500 видов генных заболеваний у человека.
Установлено, что однажды появившись, летальный ген уже не исчезает из популяции людей. Возникает вопрос — а всегда ли этот ген нежелателен?
Рассмотрим следующий пример. Такая болезнь, как серповидно-клеточная анемия широко распространена в тех странах Африки и Азии, где высока частота заболеваний малярией. Гомозиготы по летальному гену серповидно-клеточной анемии погибают в раннем детстве из-за недостатка кислорода, так как их эритроциты имеют измененную форму (вследствие чего не могут удерживать и переносить кислород). Гетерозиготы же по данному гену более устойчивы к заболеванию малярией, чем гомозиготы по нелетальному гену. Поэтому обладатели летального гена серповидно-клеточной анемии, благодаря именно этому гену, защищены от заболевания малярией.
Итак, и здесь природа оказалась мудра. Летальные гены не только передают наследственные заболевания, но и могут защищать организм приобретенных заболеваний. Иными словами, генетические «ошибки» человека играют в его жизни двойную роль — и отрицательную, и положительную. И бывают случаи (вышеприведенный пример с малярией в Африке), когда от «ошибок» больше пользы, чем вреда.
Как обнаруживают генные заболевания?
Для установления наследственной природы заболевания используется клинико-генеалогический метод (генеалогия — родословная). Один из первых этапов изучения генетики наследственного заболевания — выявление больного и составление его родословной. При составлении родословных используются определенные символы (рис. 13). (Далее этими символами будем пользоваться при изложении графического материала.) Ученого-генетика интересует, имел ли кто-либо из родственников больного данное заболевание или оно появилось впервые? Такая постановка вопроса — не праздное любопытство. Ученому необходимо выяснить, что проявилось у больного — новая мутация или старый ген? В зависимости от того или другого прогнозируется риск заболевания потомства не только у пораженного члена семьи, но и у его родственников. Если установлена мутация, то генетик пытается выявить факторы, обусловливающие ее возникновение, для профилактики появления данного заболевания у других членов семьи.
Однако что же проявляется чаще при наследственном заболевании — новая мутация или старый ген? Академик АМН СССР Н. П. Бочков писал по этому поводу: «Чем ниже уровень здравоохранения, тем большая доля из общего числа наследственных больных будет определяться новыми мутациями» [1983, с. 55].
Рис. 13. Символы, используемые в генетике человека.
Установлено, что наследственные заболевания могут иметь аутосомно-доминантный, аутосомно-рецессивный и сцепленный с полом типы наследования. Рассмотрим их подробнее.
Аутосомно-доминантные наследования
При изучении родословных, составленных для некоторых заболеваний, можно установить, что болезнь передается от одного из родителей к детям на протяжении нескольких поколений. Одним из первых наследственных заболеваний человека, описанных в литературе, были брахидактилия (короткие пальцы), синдактилия (сросшиеся пальцы) и полидактилия (добавочные пальцы) (рис. 14—16). Эти признаки имеют аутосомно-доминантный характер наследования.
Рис. 14. Брахидактилия у человека.
Рис. 15. Родословная больного с синдактилией.
Рис. 16. Родословная больного с полидактилией.
Проследим родословную, в которой полидактилия наблюдалась в трех поколениях (рис. 16). В первом поколении у матери были дополнительные пальцы. Первый ее сын (II-1) не получил аномального гена, и его дети не страдали этим заболеванием. Второй же сын (II-2) и его двое детей (III-4 и III-5) имели дополнительные пальцы.
Брахидактилию, синдактилию и полидактилию можно обнаружить уже при рождении ребенка по соответствующему изменению фаланг пальцев рук и ног. Отклонения от нормы в данном случае не угрожают жизни человека, не делают его неполноценным членом общества. Однако существует ряд других аутосомно-доминантных признаков, характеризующихся болезненными проявлениями или даже летальным исходом.
Очень тяжелой болезнью является хорея Гантингтона, которая неминуемо вызывает смерть носителя ее гена. Эта болезнь поражает людей после 30 лет, то есть когда у больного, как правило, есть дети. Необходимо отметить, что в нашей стране хорея Гантингтона пока не описана.
На рис. 17, 18 показан внешний вид страдающих такими наследственными заболеваниями, как ахондроплазия и микроцифалия.
Для многих известных аутосомно-доминантных генов характерна разная степень их выражения. Это явление открыто генетиком Н. В. Тимофеевым-Ресовским и получило название экспрессивности (степень выражения) генов. С именем Тимофеева-Ресовского связано и другое открытие — явления пенетрантности (частота проявления) генов. С этих позиций вероятность наследственного заболевания определяется степенью выражения и частотой проявления летальных исходов по данному гену (напр., при 100%-й пенетрантности эффект гена проявляется у всех особей, его имеющих, при 50%-й — только у половины). И появляется оптимистический прогноз — не каждый носитель аутосомно-доминантных генов обязательно должен заболеть. Подтверждением этого является следующий пример.
