Menneskelig genetikk og dens betydning for medisin

Metoder for å studere menneskelig arv

Alle mennesker tilhører samme art Homo sapiens- en fornuftig person. Denne arten er genetisk heterogen: det er ikke to mennesker med samme genom (med unntak av eneggede tvillinger). På 30-tallet. Det 20. århundre det ble klart at nedarvingen av egenskaper hos mennesker er underlagt de samme mønstrene som hos dyr og planter. Dette ble grunnlaget for utviklingen av medisinsk genetikk.

For tiden er rundt 4 tusen forskjellige menneskelige arvelige anomalier kjent, hvorav 1/3 anses som alvorlige sykdommer. Arvelige inkluderer for eksempel psykiske lidelser (ulike typer demens, schizofreni, epilepsi), samt metabolske lidelser (diabetes, fenylketonuri, etc.). Hver av oss er bærer av 4-8 arvelige anomalier.

Utviklingen av moderne sivilisasjon fører til utseendet i miljøet av faktorer som øker frekvensen av mutasjoner både i somatiske celler og i gameter. Etter hvert som medisinen utvikler seg, svekkes virkningen av naturlig utvalg i forhold til en person, derfor forsvinner ikke de nye skadelige mutasjonene, men vedvarer, og påvirker arvelighet negativt. Medisinsk genetikk står overfor en presserende oppgave: i nær fremtid å lære å håndtere manifestasjonen av skadelige mutasjoner i den menneskelige fenotypen. Løsningen på dette problemet er basert på prestasjonene til molekylær genetikk.

Studiet av menneskelig arv er vanskelig, fordi. det er umulig å eksperimentere på en person, han reproduserer relativt sakte, har et stort antall kromosomer. Til tross for dette har det til dags dato blitt akkumulert omfattende kunnskap om menneskelig arv, oppnådd ved bruk av forskningsmetoder som slektsforskning, tvilling, cytogenetisk, populasjon, biokjemisk, dermatoglyf, etc.

genealogisk metode er basert på studiet av stamtavlen til en person i hvis familie forskjellige arvelige sykdommer ble funnet. Stamtavlemetoden lar deg fastslå dominansen eller recessiviteten til en egenskap, dens kobling med andre egenskaper eller med sex. For tiden er arven til mange normale og patologiske egenskaper hos mennesker studert, noen av dem er vist i tabellen.

Dominerende	recessiv
krøllete hår	Rett hår
tidlig skallethet	Normalt hårtap
brune øyne	Blå eller grå
Fregner	Ingen fregner
Polydaktyli	Normalt antall fingre
Fravær av tenner	Tilstedeværelse av tenner
Normal blodpropp	Hemofili
Mangel på negler	Tilstedeværelse av negler
Nærsynthet	normalt syn
Øyevipper er lange	Øyevipper er korte
Nattblindhet	normalt syn
Normalt fargesyn	fargeblindhet

Et tilfelle av såkalt kongelig hemofili er kjent fra historien. Dronning Victoria av England var heterozygot for hemofili som et resultat av en mutasjon som skjedde i en av foreldrene hennes. Victoria mistenkte ikke at hun var bærer av hemofili før hun fødte sitt åttende barn, sønnen til Leopold. Genet for denne egenskapen var vidt distribuert blant de kongelige familiene i Europa på grunn av nært beslektede ekteskap. Russiske Tsarevich Alexei led av hemofili, og to sønner av den spanske kongen Adolf XIII, Gonzalo og Alphonse, døde av denne sykdommen, arvet fra de heterozygote døtrene til Victoria, som brakte genet inn i de da regjerende familiene i Spania og Russland. Den britiske linjen ble videreført av hennes friske sønn Edward VII.

Barn fra et nært beslektet ekteskap er ikke nødvendigvis belastet med arvelige sykdommer. De kan være ganske sunne. I slike ekteskap kan for eksempel C. Darwin, A. Lincoln, A.S. Pushkin. Den legendariske Cleopatra ble født fra foreningen av hennes bror og søster. I gamle tider ble det bare inngått ekteskap innen familie, eller, som de sier, incest-ekteskap i mange kongehus.

Så medlemmene av de regjerende dynastiene forsøkte å opprettholde «blodets renhet». Akk, som det viste seg, garanterte hun ikke fødselen til et klokt, sterkt avkom i ånd og kropp.

Ganske ofte i slike familier var det barn som var rammet av psykiske og fysiske plager.

Ved å undersøke mumien til den egyptiske faraoen Tutankhamen, hvis mor også var hans halvsøster, kom forskerne til den konklusjon at en alvorlig arvelig sykdom var årsaken til hans tidlige død. Genetikere mener at degenerasjonen av det ptolemaiske dynastiet skyldes slektninger.

Hva er faren ved slektskap? Det er noe som heter innavlskoeffisienten. For onkler og nieser er det 1/8, for søskenbarn - 1/16, for andre søskenbarn - 1/32, for søskenbarn - 1/64, etc. Jo lengre forholdet er, desto mindre identiske gener i det genetiske apparatet til hver slektning.

I slektskapelig ekteskap avhenger sannsynligheten for utseendet til syke avkom direkte av graden av forholdet til ektefellene. Blant arvelige sykdommer er det en gruppe på grunn av virkningen av dominerende gener, og den andre - recessiv. Det dominerende genet, selv i entall, fører nødvendigvis til utviklingen av sykdommen. Det er for eksempel en så sjelden, men alvorlig sykdom - Huntingtons chorea. Det er forårsaket av et enkelt unormalt gen. Det dødelige genet, som en tidsinnstilt bombe, begynner å vise aktivitet når bæreren når en alder av 30-35 år. En absolutt sunn person blir bokstavelig talt til en ruin på kort tid: han slutter å bevege seg, mister hukommelsen, talen og dør i smerte. Så langt kan medisin bare lindre den fysiske lidelsen til pasienten, men ikke helbrede ham.

Recessivt gen - en i felten er ikke en kriger. Dens bærer kan være en absolutt sunn person, leve livet trygt og overføre det defekte genet til barn ved arv. Så lenge virkningen av det "skadelige" recessive genet undertrykkes av det normale genet mottatt fra den andre forelderen, vil ikke sykdommen manifestere seg. Hvis foreldrene ved en tilfeldighet viser seg å være bærere av det samme "skadelige" recessive genet, blir trusselen om fødsel av syke avkom reell. Sannsynligheten for et slikt utfall blir tidoblet dersom slektninger som kan arve det defekte genet fra sin felles stamfar gifter seg. Dette er hvor mange plager arves: døvmutisme, albinisme, sykdommer i nervesystemet, etc. Hos avkom til ektefeller knyttet til slektskap øker risikoen for ikke bare forekomsten av arvelige sykdommer, men også dødfødsler, spontanaborter og medfødte misdannelser.

Ulik form på aurikelen: med genetiske lidelser - a, b; norm - inn

tvillingmetoden, introdusert i genetikk av den engelske antropologen og psykologen F. Galton, er basert på en sammenligning av tvillinger. Denne metoden gjør det mulig å bestemme rollen til genotypen, samt å evaluere påvirkningen av eksterne faktorer, som trening, oppdragelse, etc., i arv av egenskaper.

Tvillinger er identiske og broderlige. Identiske tvillinger utvikler seg fra samme egg. De er alltid av samme kjønn, slående like, de har samme blodtype, samme fingeravtrykk, til og med foreldrene deres forvirrer dem, og hunder skiller seg ikke med lukt. De er de eneste med vellykkede organtransplantasjoner. Andelen identiske hos mennesker utgjør omtrent 40 % av det totale antallet tvillinger. Studiet av eneggede tvillinger gjennom hele livet, spesielt hvis de lever under ulike sosioøkonomiske og klimatiske forhold, er interessant fordi de mentale og fysiske forskjellene mellom dem ikke skyldes ulike genotyper, men påvirkning av miljøforhold. De mest kjente eneggede tvillingene som overlevde til voksen alder var de fem Dion-søstrene, født i Canada i 1934.

En dag i den lille kanadiske byen Callander ringte en telefon i redaksjonen til en lokal avis. En mannsstemme spurte usikkert: «Unnskyld meg, hvor mye vil det koste å annonsere fødselen av fem barn i avisen?» Redaktøren skjønte først ikke hva som sto på spill. Han stilte noen spørsmål og var målløs ved pipen. Etter å ha fått talegaven tilbake, spurte han igjen: «Hva sier du? Ble det virkelig fem barn på en gang? Mannen på den andre siden av ledningen bekreftet dette dessverre. Det var en sensasjon! «Hvis du forteller sannheten,» ropte redaktøren, «vil det ikke koste deg en krone. Hva er etternavnet ditt?" "Oliver Dion," svarte mannen.

En fantastisk historie om fem småsøstre begynte. Bena deres var tynne, som fingre, kroppen passet fritt i håndflaten din. Vekten av hver var litt mer enn 600 g. Legen, ved hjelp av en pipette, helte noen dråper vann blandet med rom i munnen deres. Jordmor var sikker på at de nyfødte ikke ville leve en time. Så hun senket dem raskt ned i en kum med vann, og døpte dem ved navnene deres: Emily, Marie, Cecile, Annette, Yvonne. Jordmoren hadde rett: nyfødte hadde ingen sjanse til å overleve. De ble født i huset til en fattig bonde, hvor det verken var strøm eller innlagt vann, og fem andre familiemedlemmer bodde allerede i et tett rom.

Da tvillingene var fem måneder gamle, ble alle sjokkert over nyheten om at deres biologiske far skulle stille dem ut på verdensutstillingen i Chicago. Det var da de kanadiske myndighetene for alvor tok opp Dion-søstrene: det ble bygget en spesiell paviljong, der fem søstre ble plassert. Denne paviljongen hadde ti enorme vinduer og et galleri som man kunne se dem fra. Jentene begynte å leve som i en voliere. Fra 1935 til 1943 passerte over 3 millioner mennesker gjennom galleriet! Det var tilskuere ikke bare fra Canada, USA, men også fra andre land i verden. Visningen ble betalt, avgiftene gikk til en spesialåpnet konto i navnet til Dions fem barn. På grunn av tilstrømningen av turister ble byen rik, mens foreldrene følte seg utenfor. "Alle blir rike på døtrene våre," klaget faren, "og vi hadde bare rett til å selge postkort med bildene deres ..."

Barn viste seg å være en gullgruve: firmaer som produserer melk, bleier, babyklær, babypulver, tannkrem betalte enorme summer for å bruke fotografier av Dion-søstrene i reklame for produktene deres. Hollywood laget tre filmer om dem. Og bare noen få leger og psykologer advarte: På grunn av det faktum at jenter holdes som dyr i et bur, vil de vokse opp ulykkelige, lite kommunikative.

Da Emily, Marie, Cecile, Annette, Yvonne var ni år gamle, bestemte myndighetene seg for å bygge enda et stort hus i Callander og plassere hele Dion-familien der. Ideen om et felles liv for hele familien var mislykket. Jentene var helt uegnet til dette. Faren behandlet dem irritert, ja hardt: han anså seg som urettferdig frarøvet i inntektsdelingen. Da jentene var seksten år, ble de sendt på internat. De fremsto der engstelige, engstelige, ute av stand til å finne kontakt med jevnaldrende og andre barn. Tre år senere dro Emily i et kloster, men hun ble heller ikke der lenge. Noen år senere begynte hun å få epileptiske anfall. En natt, under et annet angrep, døde Emily, fratatt medisinsk behandling. For de andre søstrene var det et forferdelig slag. Rett etter Emilys død begynte de å skrive boken We Were Five, som ble en tiltale ikke bare mot familien, men fremfor alt mot myndighetene.

De dystre spådommene til skarpsindige mennesker begynte å gå i oppfyllelse. Søstrene var ikke tilpasset et normalt liv: ingen av dem hadde et yrke, de kunne ikke finne kontakt med andre mennesker. Da de vokste opp sammen, visste de å være venner bare med hverandre. Marie døde i en alder av tretti. Etter et mislykket ekteskap bodde hun alene i Montreal, hvor hun døde plutselig. Annette og Cecile hadde heller ikke lykke i ekteskapet. Sterkt knyttet til hverandre brukte de mye tid på å snakke i telefon eller på gjensidige besøk, hvor de med lengsel husket tiden da de var fem av dem.

Cecile fikk tvillinger, men en av tvillingene døde snart. Hun ble enke tre år senere. Annette hadde fire barn. Yvonne prøvde å bli nonne, men kom ikke overens i klosteret og bodde helt alene. Slik er den triste skjebnen til Dion-søstrene.

En bemerkelsesverdig studie ble utført i den polske byen Gdansk, der fem tvillinger ble født 12. mai 1971 på klinikken til Gdansk Medical Academy. Fra fødselsøyeblikket tok Pediatrisk Institutt seg av dem. Først etter to og en halv måned dro ungene hjem. I en alder av tre gikk Adam, Piotr, Roman, Agnieszka og Eva i barnehagen, og i mai 1978 ble tvillingene elever ved Gdansk ungdomsskole nr. 15. På skolen ble alle fem raskt med på laget, de hadde mange venner. De er vennlige ikke bare mot hverandre, men også mot alle klassekamerater. Barn vokste opp omgjengelige, sunne, snille. Dette er de forskjellige skjebnene til kanadiske og polske tvillinger.

Cytogenetisk metode basert på den mikroskopiske studien av strukturen og antall kromosomer. Delende leukocytter fikseres, farges og undersøkes under et mikroskop. I dette tilfellet kan avvik fra normen bestemmes både av antall kromosomer og i strukturen til hvert kromosom.

Den første fullstendige informasjonen om antall og struktur av kromosomer ble innhentet i 1956 av de svenske forskerne J. Tijo og A. Levan. De fant at en normal menneskelig karyotype inkluderer 46 kromosomer, hvorav 22 par autosomer og ett par kjønnskromosomer.

Cytogenetisk kontroll brukes ved diagnostisering av en rekke arvelige sykdommer. I fravær av ett X-kromosom utvikler kvinner Shereshevsky-Turner syndrom (genotype: 44 + X0 = 45). Denne sykdommen ble først beskrevet av den sovjetiske endokrinologen N.A. Shereshevsky i 1925, og deretter studert mer detaljert av Turner i 1938. Ved fødselen ser barnet ut som en jente, og har ofte påfallende hevelser på baksiden av armer og ben. I det første leveåret forsvinner hevelsen gradvis. Voksne hunner er vanligvis korte, mindre enn 140 cm, og har pterygoide nakkefolder. Eggstokkene er underutviklet og representerer en stripe av bindevev. Ufruktbar.

Det er nå velkjent at i 45-60 tilfeller av 100 spontanaborter har vi å gjøre med kromosomavvik. Av grunner som ennå ikke er forstått, er den vanligste anomalien (omtrent 20 % av alle spontane aborter) Shereshevsky-Turners syndrom.

Tilstedeværelsen av et ekstra X-kromosom hos menn (genotype: 44 + XXY = 47) fører til Klinefelters sykdom. I 1942 beskrev den amerikanske legen Klinefelter en gruppe på ni menn med unormalt utviklede brystkjertler, svært små testikler og ingen sædceller. Menn som lider av denne sykdommen, er som regel høyere enn normalt, henger etter intellektuelt. Ofte er de i stand til kriminalitet og seksuell perversjon, og mange av dem havner på psykiatriske sykehus eller fengsler. Nesten alle av dem lider av infertilitet. Klinefelters syndrom manifesterer seg også hos menn med genotyper 44 + XXXY = 48 og 44 +
+ XXXXY = 49. Slike menn er i stand til grusomme gjerninger, de er veldig aggressive.

Tilstedeværelsen av et ekstra 21. kromosom kan observeres under et mikroskop. For første gang ble denne anomalien oppdaget av den franske legen Lejeune og kolleger i 1959. Sykdommen knyttet til den ble beskrevet på 1800-tallet. Den engelske legen L. Down og ble kalt Downs syndrom. Det er preget av demens, en stygg kroppsbygning og en mongoloid spalte i øynene. Mutasjonen som fører til Downs syndrom er forårsaket av mutagener som kommer inn i kroppen med mat eller luft. De mest utbredte mutagenene er kjemiske forbindelser som inngår i tobakksrøyk. Derfor er det mer sannsynlig at røykere får barn med Downs syndrom. Morens alder er ikke likegyldig til barnets helse, og jo eldre den er, jo oftere oppstår medfødte utviklingsavvik.

Mye mindre vanlig enn Downs syndrom er Edwards syndrom. Slike pasienter har et ekstra kromosom i det 18. paret. Et ekstra 18. kromosom forårsaker mental retardasjon, defekter i ører, øyne, hender, hode.

Tilstedeværelsen av et ekstra kromosom 13 fører til Patau syndrom, som ble beskrevet i 1960. Sykdommen er ledsaget av mental retardasjon, et lite hode, anomalier i utviklingen av ørene og øynene, en ganespalte, en leppespalte, tilstedeværelsen av en ekstra finger på hver hånd, samt andre uregelmessigheter. Disse barna dør vanligvis før de fyller ett år.

Brudd på integriteten til minst ett kromosom fører også til alvorlige konsekvenser. "Katteskrik"-syndromet assosiert med en sletting av den korte armen til det 5. kromosomet ble beskrevet i 1963. Gråten til nyfødte er lik gråten til en katt, som er assosiert med anomalier i strupehodet og stemmebåndene. Barn vokser dårlig, henger etter i mental utvikling. Utseendet til pasienter har funksjoner: en tverrgående fold i det indre hjørnet av øyet, ører med uregelmessig form og lavt plassert, en kort nakke, misdannelser i hjertet er hyppige. De fleste barn dør i tidlig alder, men eldre pasienter, spesielt en 55 år gammel kvinne, er beskrevet.

Forkortelsen av ett kromosom fra det 22. paret fører til en blodsykdom - ondartet myeloid leukemi (leukemi).

Biokjemisk metode basert på studiet av arvelig betinget metabolisme. Årsaken til metabolske forstyrrelser er en endring i aktiviteten til visse enzymer. Et eksempel på en er albinisme, forårsaket av en defekt i tyrosinase-enzymet, som blokkerer omdannelsen av tyrosin til melanin. Albinoer har melkeaktig hud, veldig lyst hår og ingen pigment i iris. De har en økt følsomhet for sollys, noe som forårsaker dem inflammatoriske hudsykdommer.

Fenylketonuri (en forstyrrelse i aminosyremetabolismen) er en arvelig sykdom forbundet med akkumulering av fenylalanin på grunn av mangel på et enzym som omdanner det til tyrosin. Fenylalanin oksideres til fenylpyrodruesyre, som skilles ut i urinen. Hyppigheten av denne sykdommen er 1: 5600. Et sykt barn utvikler kramper, dermatitt, en ubehagelig lukt kommer fra ham ("mus", "ulv", "muggen"). For å diagnostisere sykdommen brukes Felling-testen: 10 dråper av en 10 % løsning av FeCl 3 tilsettes 2-5 ml frisk urin. Utseendet til en blågrønn farge indikerer tilstedeværelsen av sykdommen. Behandlingen består i å følge et spesielt utvalgt kosthold.

Med galaktosemi (et brudd på karbohydratmetabolismen), akkumuleres galaktose i blodet, noe som hemmer absorpsjonen av glukose. Hvis melk, som er en kilde til galaktose, utelukkes fra maten, overlever barnet. Pasienter mangler enzymet galaktosidase, som kan bestemmes ved en kjemisk blodprøve. Utbruddet av sykdommen kan manifesteres fra de første dagene av livet ved fordøyelsesbesvær, leveren er forstørret, uklarhet av linsen oppdages. I alvorlige tilfeller og uten behandling dør barn det første leveåret, og levercirrhose påvises ved obduksjon.

Niemann-Picks sykdom er assosiert med akkumulering av sfingomyelin i hjernen og leveren. Sykdommen utvikler seg tidlig i barndommen og manifesterer seg i spisevegring, oppkast, forstørrelse av magen, leveren, milten. Pasienter har muskelsvakhet, kramper, nedsatt hørsel og syn. Barn dør i tidlig alder.

Av de 4000 arvelige sykdommene som er beskrevet så langt, er ca 600 ganske godt studert.Bruken av ulike metoder gjør det mulig å identifisere mønstre for arv av egenskaper hos mennesker under normale forhold og ved ulike patologier. Takket være dette har det de siste årene blitt mulig å forhindre fødsel av barn med fødselsskader ved hjelp av prenatal diagnose. I mange land i verden, inkludert Russland, er det et nettverk av institusjoner som gir medisinsk genetisk rådgivning til befolkningen. Først av alt bør nygifte som har genetisk vanskeligstilte slektninger bruke tjenestene deres. Genetisk rådgivning er obligatorisk ved inngåelse av slektninger, personer over 30 år, samt de som arbeider i produksjon med skadelige arbeidsforhold. Leger og genetikere vil kunne redusere risikoen for å få genetisk defekte avkom.

Seksjoner: Biologi

Klasse: 9

«Å sette ut i praksis den vitenskapelige sannheten om arveloven
hjelpe lindre menneskeheten fra mange sorger og sorg.

(I.P. Pavlov)

Leksjonens mål:

Emne:

• å danne begreper om menneskelig genetikk, vitenskapen som studerer trekk ved arv av egenskaper hos mennesker, arvelige sykdommer (medisinsk genetikk), den genetiske strukturen til menneskelige populasjoner, som er det teoretiske grunnlaget for moderne medisin og moderne helsevesen.
• introdusere hovedmetodene for menneskelig genetikk: cytogenetisk, tvilling, populasjon, biokjemisk, genealogisk.

Utvikler:

• utvikle tenkning, evnen til å sammenligne og analysere, anvende informasjonen mottatt i praksis.
• utvikle behovet for kreativ selvrealisering, selvopplæring; organisering av arbeidstiden i klasserommet;

Personorientert (pedagogisk, sosialt samvær):

• å danne et vitenskapelig verdensbilde,
• fortsett dannelsen av ferdigheter for å jobbe i en liten gruppe, lytt til kamerater, evaluer deg selv og andre.

Planlagte resultater: studentene skal være i stand til å karakterisere essensen av de viktigste metodene for menneskelig genetikk, lære deres rolle i studiet av menneskelig arv.

Leksjonstype: lære nytt materiale.

Læringsmetoder: problematisk, delvis utforskende.

Former for organisering av utdanningsaktiviteter: individuell, i par, frontal.

Utstyr: lærebok S.G.Mamontov, V.B. Zakharov, N.I. Sonin "Biologi. Generelle mønstre”, diagrammer, notatbøker, illustrasjoner.

Organisering av tid. God ettermiddag! Dagens leksjon er fylt med mye informasjon. La oss begynne å jobbe produktivt. Vi følger nøye med på informasjonsmeldingene til klassekameratene våre.

1. Kunnskapssjekk: Frontal sjekk av termer, kunnskapen om hvilke er nødvendig for vellykket mestring av emnet: cytologi, karyotype, populasjon, zygote, autosom, kjønnsbundet, gen, DNA, homozygot, heterozygot, mutasjoner.

2. Lære nytt stoff

Aktualisering av kunnskap, introduksjonsforedrag fra læreren:

«Carlo kom inn i skapet, satte seg på den eneste stolen ved det stakkars bordet og snudde stokken denne veien og begynte å kutte en dukke ut av den med en kniv ... Først og fremst klippet han ut håret på stokken, så pannen, så øynene ... ". Et par slag til med kniven - og trekutten svaiet på tynne bein. Fantastisk enkelt! I livet er alt mye mer komplisert og lengre.

Mennesket er det vanskeligste mysteriet for vitenskapen og seg selv, forståelse av hans natur har vært og er gjenstand for en rekke studier, inkludert genetiske.

La oss skrive i en notatbok: menneskelig genetikk- en gren av vitenskapen om genetikk, som forklarer mye av det som tidligere var mystisk i menneskets biologiske natur.

Det er nå klart at menneskelig arv er underlagt de samme biologiske lovene som arven til alle levende vesener. Lovene for arv og arten av arven til individuelle egenskaper hos mennesker og dyr er de samme. Studiet av arvelighet er av stor betydning, siden sunn arv er nøkkelen til menneskers helse.

I Russland, når de valgte en brud, tok foreldrene ikke bare hensyn til karakterens utseende. Men de så også nøye på brudens slektninger opp til det femte kneet: de så etter fyllikere, bråkere, gale mennesker. Til og med ordtaket var: «Velg en ku ved hornene, og en brud ved fødselen». De prøvde å gifte seg med en familie med lik velstand. Hva var grunnlaget for en så seriøs tilnærming ved valg av livspartner?

Men på grunn av en rekke funksjoner er studiet av menneskelig arv vanskelig. Hvorfor tror du? Elevene uttrykker sine egne meninger. Etter det fremhever læreren disse funksjonene, og elevene skriver det ned i en notatbok:

La oss liste disse funksjonene:

- umuligheten av målrettet kryssing av nøyaktig de parene som er nødvendige for studien;
- sen pubertet;
- små avkom
– umuligheten av eksperimenter med kunstige mutasjoner; umuligheten av å holde alle de studerte menneskene under samme forhold; relativt stort antall kromosomer (23 par).

Imidlertid er studiet av menneskelig genetikk nødvendig, om så bare fordi hva det er nødvendig for medisin. Sykdommer basert på genetiske lidelser er mye mer utbredt enn det ser ut ved første øyekast. På grunn av disse lidelsene dør omtrent 15 % av embryoene før fødselen, 3 % av barna ved fødselen, 3 % av barna dør før de når puberteten, 20 % av menneskene gifter seg ikke og 10 % av ekteskapene er barnløse. Mer enn 2000 menneskelige sykdommer er kjent for å være forårsaket av genetiske abnormiteter.

Resultatene av genetiske studier har stor praktisk betydning for medisin og folkehelse. For tiden er det utviklet ulike metoder for å studere menneskelig arv, som vi skal lære om i dag.

I løpet av ytelsen til gruppene fylles tabellen:

Metoder for å studere menneskelig arv

Studiemetode	Organisasjonsnivå studert	Hva studerer	Betydning

Utførelse av 1. gruppe: GENEOLOGISK METODE

Slektsforskning er studiet av slektsforskning. Den genealogiske metoden består i studiet av stamtavler basert på Mendeleevs arvelover og bidrar til å fastslå arten av arven av egenskaper (dominant eller recessiv). Essensen av den genealogiske metoden er å identifisere stamtavler og spore en egenskap eller sykdom blant nære og fjerne direkte og indirekte slektninger.
Dette er hvordan arven til individuelle egenskaper til en person etableres: ansiktstrekk, høyde, blodtyper, mental og psykologisk sminke, samt noen sykdommer.
Ofte kalles denne metoden den klinisk-genealogiske metoden, siden observasjonen følger patologiske tegn. (Den såkalte "Habsburg-leppen" er arvet i henhold til den dominerende typen, arven av hemofili er interessant.)

Ser man nøye på portrettet av et familiemedlem fra 1300-tallet og på portrettet av en etterkommer som levde på 1800-tallet, kan man se at dette tegnet ble gått i arv fra generasjon til generasjon gjennom århundrene og gjengitt nøyaktig. ( applikasjon)

Denne metoden avslørte de skadelige effektene av nært beslektede ekteskap. I beslektede ekteskap er sannsynligheten for å få barn med arvelige sykdommer og tidlig spedbarnsdødelighet titalls og til og med hundrevis av ganger høyere enn gjennomsnittet.

Beskjed ( applikasjon ): Familiebånd ødela Habsburg-dynastiet

Teknisk sett består den genealogiske metoden av to stadier:

1) utarbeide et stamtavleskjema;
2) riktig slektsanalyse.

Proband - personen som sammenstillingen av stamtavlen begynner fra. Siden flertallet av arvelige sykdommer manifesterer seg i barndommen, blir foreldrene til probanden (oftest moren) for det meste avhørt.

Den genealogiske metoden er en av de mest universelle metodene for medisinsk genetikk. Det er mye brukt for å løse teoretiske og anvendte problemer:

- å fastslå den arvelige karakteren til egenskapen;
– ved bestemmelse av arvetype og genpenetrans;
– i analyse av genkobling og kartlegging av kromosomer;
- når du studerer intensiteten av mutasjonsprosessen;
- når du dechiffrerer mekanismene for geninteraksjon;
- i medisinsk genetisk rådgivning.

Betydning: Genealogisk metode beviste arven til mange sykdommer, som diabetes mellitus, schizofreni, hemofili, etc.

Den genealogiske metoden brukes til diagnostisering av arvelige sykdommer og medisinsk genetisk rådgivning; det gir mulighet for genetisk profylakse (forebygging av fødsel av et sykt barn) og tidlig forebygging av arvelige sykdommer.

Studiet av stamtavler gjorde det mulig å fastslå at ikke bare fysiske egenskaper er arvet, men tilbøyeligheter. Et eksempel er musikaliteten til Bach-familien.

Refleksjon etter å ha studert hver metode: Elevenes prestasjoner med formulerte svar i tabellen på den aktuelle metoden.

Gruppe 2 ytelse: TOPPLINGSMETODE

Et fragment av nyhetsfilmen "Yeralash" - Trillinger.

Tvillingmetoden er den vanligste i genetikken til menneskelig atferd. Metoden består i å studere forskjellene mellom eneggede tvillinger. Denne metoden er presentert av naturen selv. (Omtrent ett av 100 tilfeller har en person tvillinger.) For bedre å forstå det grunnleggende om denne metoden, vil vi først snakke om fenomenet tvilling generelt. Hos noen arter av dyr og mennesker produseres vanligvis bare ett egg ved eggløsning, og som et resultat blir det bare født en baby. Sant, noen ganger er det unntak - to, og noen ganger tre eller flere egg, modnes og befrukter samtidig.

I dette tilfellet blir det født to eller flere unger, og siden de kommer fra forskjellige befruktede egg, eller zygoter, kalles de for dizygotiske (DZ) tvillinger, eller tvillinger. Hvis det blir født trillinger, er det mer riktig å kalle slike barn trizygote tvillinger. DZ-tvillinger trenger ikke ha samme far. Hvis en kvinne hadde kontakt med forskjellige menn i løpet av eggløsningsperioden, er det sannsynlig at de fødte DZ-tvillingene vil ha forskjellige fedre. Slike tilfeller er beskrevet, inkludert de da en av babyene var svart og den andre hvit.

Ikke alle flerlingsgraviditeter resulterer i DZ-tvillinger. I noen tilfeller fører slike graviditeter til fødselen av en annen type tvillinger. Dette er eneggede (MZ) tvillinger. MZ-tvillinger er fundamentalt forskjellige fra DZ, fordi de ikke kommer fra forskjellige zygoter, men fra den samme, som på et visst stadium av fragmentering, av ukjente årsaker, ble delt inn i to uavhengige organismer. Opprinnelsen til MZ-tvillinger fra samme zygote forhåndsbestemmer den absolutte identiteten til deres genetiske konstitusjon. MZ-tvillinger er de eneste menneskene på jorden som har samme sett med gener. Derfor er de vanligvis som to dråper vann, de ligner hverandre.

Hvis separasjonen av embryoet i to organismer er ufullstendig, sammensmeltet eller siamesisk, kan tvillinger bli født. Ofte dør slike tvillinger umiddelbart etter fødselen, men i noen tilfeller overlever de og kan til og med skilles fra hverandre ved kirurgi.

Navnet "siamesiske" slike tvillinger mottok til ære for det første studerte og beskrevne paret av sammensatte tvillinger. De var sammenlagte tvillinger Chang og Eng, som ble født i Siam (Thailand) i 1811. De tilbrakte mesteparten av sitt bevisste liv i USA. Begge var gift og hadde barn, den ene - 12, og den andre - 10. Brødrene levde 63 år, og årsaken til deres nesten samtidige død var sykdommen til en av brødrene.

Det bemerkes også at gutter dominerer blant fødte tvillinger.

For hver 10. million fødsler er det bare siamesiske tvillinger.

Faktorene som bidrar til flerfoldsgraviditet, inkluderer forskere:

• Økende mors alder (over 30-35 år)
• Et stort antall tidligere fødsler
• Anomalier i utviklingen av livmoren (bifurkasjon av livmoren)
• Graviditet umiddelbart etter avsluttet bruk av prevensjonsmidler
• Graviditet på grunn av bruk av fertilitetsmedisiner eller kunstig inseminasjon
• Arvelige faktorer - tvillinger blir ofte født i en rekke generasjoner av samme familie. Dessuten kan de samme foreldrene fungere som en "generasjon"; etter fødselen av det første tvillingparet er det en tendens til å gjenta "tvilling"-suksessen.

I tillegg til den klassiske versjonen er det flere varianter av tvillingmetoden, spesielt metoden for separerte tvillinger, som tillater den mest klare separasjonen av arvelige og miljømessige påvirkninger.

Betydning: Studiet av tvillingers utvikling og sykelighet har hatt stor innflytelse på forståelsen av miljøet der mange sykdommer oppstår. Hvis en egenskap er lik hos eneggede tvillinger, så er dette bevis på dens avhengighet av arv.

Så i løpet av forskningen ble det kjent at for forekomsten av sykdommer som meslinger, kikhoste, vannkopper, kopper, er det bare nødvendig med en smittsom begynnelse; og for utseendet av sykdommer som difteri, kusma, lungebetennelse, poliomyelitt, tuberkulose, spiller arvelige egenskaper til kroppen en rolle.

Tvillingene er en ekte skatt. Ikke uten grunn under andre verdenskrig ble tvillingene beskyttet som en statsskatt i Danmark og Sverige okkupert av tyskerne. Registeret over danske og svenske tvillinger ble voktet som et gullfond.
Kremls æresvaktselskap.

Presentasjon av 3. gruppe: CYTOGENETISK METODE

Den cytogenetiske metoden er basert på studiet av variabilitet og arv på cellenivå og subcellulære strukturer. Metoden lar deg identifisere karyotypen - en strukturell funksjon og antall kromosomer. Det er etablert en sammenheng for en rekke alvorlige sykdommer med kromosomavvik. En cytogenetisk studie utføres på probandet, dets foreldre, slektninger eller foster hvis det er mistanke om et kromosomalt syndrom eller annen kromosomforstyrrelse.

Kromosomavvik forekommer hos 7 av tusen nyfødte, og de fører til at embryoet dør (abort) i første tredjedel av svangerskapet i halvparten av alle tilfeller. Hvis et barn med kromosomforstyrrelser blir født i live, lider det vanligvis av alvorlige plager, henger etter i mental og fysisk utvikling.

Alle kromosomer er sammenkoblet og har et serienummer. Downs syndrom - trisomi av 21 par kromosomer (1 av 500-600 nyfødte). Karakteristikk: et spesifikt ansiktsuttrykk, mental retardasjon, kort vekst, korte armer og ben med kort fingre. Trisomi for andre autosomer er svært sjelden, da det fører til død av embryoer i de tidlige stadiene av utviklingen. Avvik i antall kjønnskromosomer gir alvorlige utviklingsforstyrrelser. Blant dem er Klinefelters syndrom (1 gutt av 400-600 nyfødte). Karakterisert av underutvikling av primære og sekundære seksuelle egenskaper, forvrengning av kroppens proporsjoner. En annen anomali som oppstår hos nyfødte jenter 1 av 5000 er Shereshevsky-Turners syndrom. 45 kromosomer. XO. (side 189 i læreboken, figur 98).

Indikasjoner for cytogenetisk undersøkelse av pasienten:

- flere misdannelser (som involverer tre eller flere systemer); de mest permanente bruddene er misdannelser i hjernen, muskel- og skjelettsystemet, hjertet og genitourinary system;
- psykisk utviklingshemming i kombinasjon med nedsatt fysisk utvikling.
- vedvarende primær infertilitet hos menn og kvinner med utelukkelse av gynekologisk og urologisk patologi;
- vanlig spontanabort, spesielt i de tidlige stadiene;
- brudd på seksuell utvikling;
- en liten vekt av et barn født ved fulltidsgraviditet.

Betydning: Resultatene av metoden er rettet mot å redusere prosentandelen av risiko for fødsel av barn med kromosomal patologi (primært med Downs syndrom) for påfølgende diagnostiske prosedyrer.

Gruppe 4 ytelse: BEFOLKNINGSMETODE

Populasjonsgenetikk studerer de genetiske forskjellene mellom individuelle grupper av mennesker (populasjoner), utforsker mønstrene for geografisk distribusjon av gener. Populasjonsgenetiske metoder er mye brukt i menneskelig forskning. Intrafamiliær analyse av sykelighet er uatskillelig fra studiet av arvelig patologi, både i enkeltland og i relativt isolerte befolkningsgrupper. Studiet av frekvensen av gener og genotyper i populasjoner er gjenstand for populasjonsgenetisk forskning. Dette gir informasjon om graden av heterozygositet og polymorfisme av menneskelige populasjoner, avslører forskjeller i allelfrekvenser mellom forskjellige populasjoner.

Statistisk analyse av fordelingen av individuelle arvelige egenskaper (gener) i menneskelige populasjoner i forskjellige land gjør det mulig å bestemme den adaptive verdien av spesifikke genotyper. Når de først har oppstått, kan mutasjoner overføres til avkom i mange generasjoner. Dette fører til polymorfisme (genetisk heterogenitet) av menneskelige populasjoner. Blant jordens befolkning er det nesten umulig (med unntak av eneggede tvillinger) å finne genetisk identiske mennesker. I heterozygot tilstand inneholder populasjoner et betydelig antall recessive alleler (genetisk belastning), som bestemmer utviklingen av ulike arvelige sykdommer. Hyppigheten av deres forekomst avhenger av konsentrasjonen av det recessive genet i befolkningen og øker betydelig med inngåelsen av nært beslektede ekteskap.

Betydning: metoden lar deg studere fordelingen av individuelle gener eller kromosomavvik i menneskelige populasjoner

Ytelse av 5. gruppe: BIOKJEMISK METODE

Denne metoden hjelper til med å oppdage en rekke sykdommer med metabolske forstyrrelser (enzymopatier). Blod, urin, cerebrospinalvæske, benmargspunkter, fostervann, sæd, svette, hår, negler, avføring, etc.

Indikasjoner for biokjemisk forskning:

- psykisk utviklingshemming, psykiske lidelser;
- brudd på fysisk utvikling - unormal vekst og struktur av hår eller negler; unormal vekst med krumning av beina i stammen og lemmer, overdreven avsetning av fett, underernæring eller kakeksi, stivhet eller løshet i leddene;
- dårlig syn eller fullstendig blindhet, hørselstap eller døvhet;
- kramper, muskelhypotensjon, hyper- og hypopigmentering, lysfølsomhet, gulsott;
- intoleranse mot visse matvarer og legemidler, fordøyelsesbesvær, hyppige oppkast, diaré, løs avføring.
- nefrolithiasis.
- hemolytisk anemi og andre tilstander.

Verdi: Ved hjelp av biokjemiske metoder ble det oppdaget rundt 500 molekylære sykdommer, som er et resultat av manifestasjonen av mutante gener.

3. Konsolidering av det studerte materialet.– Kontrollere fyllingen av bordet.

4. Gjennomføre leksjonsrefleksjon

Elevene evaluerer klassekameratenes prestasjoner, individuelt deres aktiviteter i leksjonen, i gruppen. Arbeidet til enkeltstudenter blir evaluert.

Resultatet av leksjonen kunngjøres: På leksjonen ble vi kjent med de grunnleggende metodene for menneskelig genetikk, neste trinn venter på deg - å gjennomføre en studie av arven til den valgte egenskapen i 3-4 generasjoner av dine slektninger. Dette arbeidet konsoliderer kunnskapen din i løpet av praktisk anvendelse av informasjonen du mottar.

5. Lekser

– Studer avsnitt 39, svar på spørsmål på side 192. notater i en notatbok;
– Utføre forskningsarbeid «Å studere den arvelige betingelsen til den studerte egenskapen, samt typen av arv, i min familie ved hjelp av den genealogiske metoden» (semester 1 uke).

Brukte bøker:

1. Brusilovsky A.I."Livet før fødselen", Moskva "Kunnskap" 1984
2. Baev A.A.(red.). Humant genom, VINITI, vol. 1. M., 1990.
3. Bochkov N.P., Chebotarev A.N. Menneskelig arv og miljømutagener. M.: Medisin, 1989
4. Ivin M."Livets hemmeligheter", Leningrad "Barnelitteratur" 1965
5. Kiseleva Z.S., Myagkova A.N."Genetics", Moskva "Enlightenment", 1983
6. Lisitsyn A.P."Fundamentals of Genetics", Moskva "Kolos", 1972
7. Tartakovsky M.S."Mennesket - evolusjonens krone?", Moskva "Kunnskap", 1990
8. Fogel F., Motulsky A. Menneskelig genetikk. M.: Mir, 1990.

Litteratur for ytterligere lesning:

1. N.P. fat"Gener og skjebner", M. "Ung garde", 1990;
2. S.Auerbach"Arvelighet", M. "Atomizdat", 1969;
3. Yu.P. Laptev"Underholdende genetikk" M. "Spike", 1982;
4. I.P. Karuzina"Biology" M. "Medicine", 1977;
5. N. Dubinin, V. Gubarev"Livets tråd" M. "Atomizdat", 1968;
6. N.P. Dubinin"Genetics and Man" M. "Enlightenment", 1978;
7. Z.S. Kiseleva, A.N. Myagkova"Metoder for å undervise et valgfritt kurs i genetikk" M. "Enlightenment" 1979.

Genetikk, sammen med morfologi, fysiologi og biokjemi, er det teoretiske grunnlaget for medisinen og gir nøkkelen til å forstå de molekylærgenetiske prosessene som fører til utvikling av sykdommer.

Ideer om nedarvede forskjeller mellom mennesker fantes allerede i oldtiden (se kapittel 1). Allerede i skriftene til gamle greske filosofer er problemet med medfødt og ervervet stilt (Hippokrates, Anaxagoras, Aristoteles, Platon). Noen av dem foreslo til og med "eugeniske" tiltak. Så Platon i sitt arbeid "Politik" forklarer i detalj hvordan man velger ektefeller slik at barn blir født som i fremtiden vil bli fremragende personligheter både fysisk og moralsk.

Den engelske legen Adams (1756-1818) kom med en rekke bemerkelsesverdige konklusjoner i sitt arbeid «Treatise on the alleged hereditary properties of diseases». Her er noen av dem.

1. Det er familie og arvelige faktorer.

2. Ved familiesykdommer er foreldre oftere i slekt.

3. Arvelige sykdommer kan manifestere seg i ulike aldre.

4. Det er en disposisjon for sykdom, som fører til sykdom når den utsettes for ytre faktorer.

5. Reproduksjonsevnen hos mange pasienter med arvelige sykdommer er redusert.

Adams var kritisk til negative eugenikkprogrammer.

I 1820 identifiserte den tyske professoren i medisin Nasse riktig de viktigste mønstrene for arv av hemofili.

I verkene til de fleste forskere på 1800-tallet ble sanne faktorer og feilaktige ideer blandet, og kriterier for å fastslå sannheten eksisterte ennå ikke på den tiden. Menneskelig genetikk hadde ikke grunnleggende teoretiske bestemmelser. Som en vitenskap ble den dannet i 1865, da biometri og mendelisme dukket opp.

Verkene til F. Galton hadde stor innflytelse på utviklingen av menneskelig genetikk. I 1865 publiserte han artikkelen "The Inheritance of Talent and Character", der han skrev: "... vi har all grunn til å tro at evner eller karaktertrekk avhenger av mange ukjente årsaker." Basert på sin forskning konkluderte Galton med at store evner og oppnåelse av berømmelse er svært avhengig av arv. Siden arbeidet til Galton har forskning innen menneskelig genetikk fått et sterkt eugenikkfokus. Senere, i løpet av nazismens periode i Tyskland (1933-1945), ble det klart hvilke forferdelige konsekvenser en forvrengt tolkning av den utopiske ideen om å forbedre menneskeheten kunne føre til.

Et bidrag til menneskelig genetikk ble gitt av arbeidet til den engelske legen A.E. Garrod på studiet av medfødte metabolske forstyrrelser i alkaptonuri, albinisme og cystinuri. I 1908 publiserte Garrod sitt klassiske verk om dette emnet. I den omtalte han disse sykdommene som «medfødte stoffskiftefeil», som arves recessivt og opptrer oftere i familier der foreldrene er nære slektninger. Han antydet også at ulike reaksjoner på medikamenter og smittestoffer kan skyldes individuelle kjemiske forskjeller. Han skrev: "... som blant representantene for denne arten er det ikke to individer med en identisk kroppsstruktur, så de kjemiske prosessene i deres organismer kan ikke være identiske." Garrod regnes med rette som grunnleggeren menneskelig biokjemisk genetikk .

Som nevnt tidligere, på slutten av 1800-tallet, ble kromosomer oppdaget og mitose og meiose ble studert. Til å begynne med var favorittobjektene til genetikere planter og insekter. Cytogenetikk mennesket begynte å utvikle seg raskt siden 1956, da det ble funnet at menneskeceller inneholder 46 kromosomer. Påvisningen av trisomi på kromosom 21 i Downs syndrom og anomalier av kjønnskromosomer ved forstyrrelser i seksuell utvikling avgjorde betydningen av cytogenetikk i medisin.

Oppdagelse av ABO-blodgrupper K. Landstein i 1900 (Nobelprisen i 1930) og lovene om deres arv av Dungern og Hirschfeld i 1911 ble bevis på anvendeligheten av Mendels lover på arv av egenskaper hos mennesker. I 1924 slo Bernstein fast at menneskelige blodgrupper kontrolleres av en rekke flere alleler. Etter 25-30 år oppdaget Wiener, Levin og Landstein Rh-faktoren (Rh) og viste at hemolytisk gulsott hos nyfødte oppstår på grunn av immunologisk inkompatibilitet mellom mor og foster.

Siden starten har menneskelig genetikk utviklet seg ikke bare som en teoretisk, men også som en klinisk disiplin. På den ene siden, studiet av de generelle mønstrene for arv av egenskaper i en rekke generasjoner, utviklingen av kromosomteorien om arvelighet stimulerte samlingen av stamtavler og deres genetiske analyse; på den annen side fungerte studiet av patologiske varianter av tegn (faget for den medisinske profesjon) som grunnlag for kunnskapen om menneskelig arv. Basert på bruken av lovene i klassisk genetikk ble det dannet en forståelse av de generelle mønstrene for arvelig patologi, årsakene til klinisk polymorfisme og anerkjennelsen av miljøets rolle i utviklingen av sykdommer med en arvelig disposisjon.

Grunnleggeren av medisinsk genetikk i Russland anses å være S.N.Davidenkov, både en genetiker og en nevropatolog. Han var den første som tok opp spørsmålet om å lage en katalog over gener (1925) og organiserte verdens første medisinsk genetisk konsultasjon (1929). Han ga ut flere bøker om genetikken til arvelige sykdommer i nervesystemet: "Arvelige sykdommer i nervesystemet" (1932), "Problems of polymorphism of hereditary diseases of the nervous system" (1934), "Evolusjonære genetiske problemer i nevropatologi" (1947).

Det mest slående stadiet av interaksjon mellom menneskelig genetikk og medisin begynner på slutten av 50-tallet, etter oppdagelsen i 1959 av den kromosomale naturen til arvelige sykdommer og introduksjon i medisinsk praksis cytogenetisk metode undersøkelser. Basert på samspillet mellom tre grener av menneskelig genetikk - cytogenetikk, mendelsk og biokjemisk genetikk - den moderne medisinsk og klinisk genetikk hvis hovedoppgaver er:

1. studie av arvelige mekanismer for å opprettholde kroppens homeostase, sikre helsen til individet;

2. studie av betydningen av arvelige faktorer i sykdommers etiologi;

3. studie av arvelige faktorers rolle i å bestemme det kliniske bildet av sykdommer;

4. diagnostisering, behandling og forebygging av arvelige sykdommer mv.

Den direkte forbindelsen og gjensidige påvirkningen av menneskelig genetikk og medisin har blitt de siste 40 årene de avgjørende faktorene for aktiv studie av menneskelig arv og implementering av deres prestasjoner i praksis.

Genetikkens betydning for medisinen er enorm. Det er over 4000 former for arvelige sykdommer i menneskelige populasjoner. Omtrent 5 % av barna er født med arvelige eller medfødte sykdommer. Bidraget fra arvelige og medfødte sykdommer til spedbarns- og barnedødelighet i utviklede land (ifølge WHO) er 30 %. Fremgang i utviklingen av medisin og samfunn (forbedring av medisinsk behandling, heving av levestandarden) fører til en relativ økning i andelen genetisk betinget patologi i sykelighet, dødelighet og funksjonshemming. Samtidig blir en person møtt med nye miljøfaktorer som ikke tidligere har blitt møtt gjennom hele evolusjonen, opplever store sosiale og miljømessige belastninger (overskudd av informasjon, stress, atmosfærisk forurensning, inkludert mutagene og kreftfremkallende faktorer av kjemisk og fysisk natur ). Et nytt miljø kan føre til en økning i nivået av mutasjonsprosessen og, som en konsekvens, fremveksten av en ny arvelig patologi.

Et betydelig bidrag fra genetiske faktorer til utviklingen av onkologiske sykdommer, så vel som så utbredte multifaktorielle sykdommer som kardiovaskulære, mage- og tolvfingertarmsår, diabetes mellitus, psykiske lidelser, etc., er også påvist. For behandling og forebygging av arvelige og spesielt multifaktorielle sykdommer som oppstår i praksisen til leger av alle spesialiteter, er det nødvendig å kjenne til mekanismene for interaksjon mellom miljømessige og arvelige faktorer i deres forekomst og utvikling, for å forstå alle stadier av individuell utvikling fra vinkelen på implementering av arvelig informasjon.

Dermed er den genetiske utdanningen til en lege en av de nødvendige betingelsene for diagnostisering, behandling og forebygging av arvelige sykdommer.

Genetikk gir klinisk medisin med:

1. Metoder for tidlig diagnostisering av arvelige sykdommer;

2. Metoder for prenatal (prenatal) diagnose av arvelige sykdommer; metoder for pre-implantasjon (før implantasjon av embryoet) diagnostikk av arvelige sykdommer blir også intensivt utviklet;

3. Screeningprogrammer for diagnostisering av arvelige metabolske sykdommer hos nyfødte, som tillater rettidig intervensjon i sykdomsforløpet og forhindrer unormal utvikling eller død hos nyfødte;

4. Molekylærgenetiske og cytogenetiske metoder for differensialdiagnose av onkologiske sykdommer;

5. Metoder for å diagnostisere arvelig disposisjon for utvikling av sykdommer;

6. Et omfattende system for forebygging av arvelige sykdommer, hvis innføring sikret en reduksjon i frekvensen av fødsel av barn med arvelig patologi med 60%. Den ledende rollen i forebygging av arvelige sykdommer spilles av medisinsk genetisk rådgivning - en spesialisert type medisinsk behandling, som består i å bestemme prognosen for fødselen av et barn med en patologi basert på en oppdatert diagnose, for å forklare sannsynligheten for dette arrangement til rådgiverne og hjelpe familien med å ta en avgjørelse om fødsel.

Fremskritt innen molekylær genetikk innen primærprodukter av mutante gener og i forståelsen av patogenesen til arvelige sykdommer har gjort det mulig å forbedre behandlingen av mange sykdommer (fenylketonuri, galaktosemi, hypotyreose, hemofili, etc.).

Den viktigste delen av menneskelig genetikk i dag er økogenetikk og farmakogenetikk, studere betydningen av genetiske faktorer i kroppens individuelle reaksjoner på miljøfaktorer (henholdsvis kjemiske, biologiske og fysiske) og medikamenter. Nylig har tallrike studier av rollen til genetiske faktorer som påvirker toksisiteten til legemidler, kombinert med den raske veksten av informasjon om strukturen og funksjonene til det menneskelige genomet, ført til fremveksten av en kvalitativt ny retning - farmakogenomikk . Farmakogenomiens oppgave er å analysere, på genomnivå, de biokjemiske og genetiske mekanismene som ligger til grunn for individuelle forskjeller i respons på legemidler, og å utvikle på dette grunnlag individuell terapi, d.v.s. terapi tilpasset den enkelte pasient.

Resultatet av utviklingen av genteknologi på slutten av 1900-tallet var etableringen av en rekke genetiske teknologier som gjør det mulig å løse problemene med genetisk og hygienisk regulering av miljøfaktorer (forebygging av deres mutagene, teratogene og kreftfremkallende effekter) ), produksjon av legemidler, etablering av nye vaksiner og sera for behandling av en rekke sykdommer.

E. coli cellekloner som er i stand til å produsere somatotropin, insulin, interferon, interleukiner, bradykinin og andre medikamenter i industriell skala er blitt oppnådd ved hjelp av genteknologiske metoder.

Det er utviklet metoder for å introdusere genene til patogene virus i bakterieceller og tilberede antivirale sera fra proteinene syntetisert av dem. Således ble for eksempel serum mot en av formene for hepatitt oppnådd.

Blant de viktige praktiske prestasjonene til genteknologi bør man også inkludere opprettelsen av diagnostiske preparater. Til dags dato har mer enn 200 nye diagnostiske midler blitt introdusert i medisinsk praksis. De brukes til tidlig gendiagnostikk av ondartede neoplasmer av forskjellig lokalisering, infeksjonssykdommer (urogenitale og intrauterine infeksjoner, virale hudsykdommer, hepatitt).

Et av hovedresultatene av studiet av det menneskelige genomet er fremveksten og rask utvikling av et kvalitativt nytt stadium i medisin - molekylær medisin . Identifikasjonen av tusenvis av menneskelige gener, belysningen av den genetiske naturen og molekylære mekanismene til mange arvelige og multifaktorielle sykdommer, rollen til genetiske faktorer i etiologien og patogenesen av forskjellige patologiske tilstander danner det vitenskapelige grunnlaget for molekylær medisin. De definerer også de to karakteristiske trekk:

1. Individuell tilnærming til pasienten (forebygging, behandling og diagnose av enhver sykdom er basert på de genetiske egenskapene til hvert individ);

2. Prediktiv (forebyggende) karakter - forebygging og behandling kan startes på forhånd, før utseendet til et ekte bilde av den patologiske prosessen.

De praktiske prestasjonene til molekylær medisin er først og fremst basert på den utbredte bruken av molekylære metoder for å løse medisinske problemer:

1. Universelle metoder for diagnostisering av arvelige sykdommer på ethvert stadium av ontogenese er utviklet;

2. Molekylære tilnærminger er utviklet for nøyaktig identifikasjon av en person (genomisk fingeravtrykk), for genotyping av organer og vev beregnet på transplantasjon;

3. Eksperimentelt og klinisk grunnlag lagt genterapi for arvelige og onkologiske sykdommer .

Genterapi er en fundamentalt ny retning innen behandling av sykdommer. Fra et teoretisk synspunkt er fordelene fremfor andre behandlingsmetoder åpenbare. Med deres hjelp er det mulig å utføre korrigering av genetiske defekter i somatiske celler i kroppen. Menneskelige celler som kan brukes til genoverføring er benmargsceller og fibroblaster. De kan fjernes fra kroppen, dyrkes i kultur, det ønskede genet kan overføres til dem ved hjelp av en vektor, og re-introduseres til pasienten.

Det første vellykkede forsøket på å anvende genterapi i klinisk praksis ble gjort i USA i 1990. Et barn som led av alvorlig kombinert immunsvikt assosiert med en defekt i genet som koder for adenosindeaminase, ble introdusert med en intakt kopi av genet. Blodcellene (T-lymfocytter) ekstrahert fra pasienten ble dyrket i et reagensrør, et intakt adenosindeaminasegen ble introdusert i dem ved hjelp av en retroviral vektor, og pasientens celler ble returnert. Etter flere kurs med genterapi ble jentas tilstand så mye bedre at hun kunne leve et normalt liv og ikke være redd for utilsiktede infeksjoner.

For tiden pågår et møysommelig arbeid med å lage vektorer, velge sykdommer og målceller og metoder for å introdusere gener. Forskningen fortsetter på bred front, spesielt innen behandling av ondartede sykdommer (mer enn 60 % av alle pågående kliniske studier). De fleste av de kliniske protokollene er knyttet til 1. og 2. fase av studien - etableringen av vektorer, sikkerheten til genkonstruksjoner og effektiviteten av genoverføring. For tiden er mer enn 400 protokoller for kliniske studier av ulike genkonstruksjoner allerede godkjent for behandling av mange arvelige, multifaktorielle og til og med infeksjonssykdommer (AIDS). Dessverre bremset dødsfallet til en av pasientene med arvelig paroksanaseenzymmangel etter introduksjonen av en adenoviral konstruksjon i 1999 noe forsinket fremdriften av genterapi. Dette tilfellet demonstrerte den potensielle faren ved denne retningen, spesielt ved bruk av virale vektorer. Generelt tyder resultatene fra de første 10 årene med kliniske studier av genterapi på at denne behandlingsmetoden viste seg å være svært kostbar og teknisk mer kompleks enn forventet. Hovedårsaken, fra vitenskapens synspunkt, som hindrer introduksjonen av genterapi i klinikken, er den utilstrekkelige effektiviteten av å overføre genkonstruksjoner til pasientens celler in vivo for manifestasjon av en terapeutisk effekt. I dag utvikler utviklingen av DNA-leveringsmetoder seg langs veien for ytterligere strukturelle modifikasjoner av virale og syntetiske ikke-virale bærere (liposomer og polymerer). Det er imidlertid ingen tvil om at genterapi over tid vil bli vellykket brukt til å behandle arvelige og ondartede sykdommer og vil ta en av de ledende plassene i kampen mot de mest forferdelige menneskelige plagene.

Å dechiffrere den primære strukturen til det menneskelige genomet har allerede gjort det mulig å få informasjon som er grunnleggende viktig for alle grener av medisinen. Og ga på sin side opphav til nye områder innen medisinsk vitenskap, hvorav ett er prediktiv (prediktiv) medisin.

Begrepet genetisk polymorfisme danner det konseptuelle grunnlaget for prediktiv medisin. I molekylære termer betyr genetisk polymorfisme tilstedeværelsen på molekylært nivå (i primærstrukturen til DNA) av små avvik i nukleotidsekvenser som lar individer overleve, dvs. kompatibel med den normale funksjonen til genomet i ontogenese, men fører til visse variasjoner i strukturen til proteiner, og danner dermed biokjemisk individualitet til hver person . I motsetning til mutasjoner som fører til patologiske endringer og reduserer levedyktighet, er genetiske polymorfismer mindre uttalt i fenotypen, som i de fleste tilfeller fører til utseendet av proteinprodukter med noe endrede egenskaper og parametere for funksjonell aktivitet. Under visse forhold kan noen genetiske polymorfismer disponere eller forhindre forekomsten av ulike sykdommer. Gener, allelvarianter som under visse forhold disponerer for visse sykdommer, kalles "følsomhetsgener". Det er de alleliske variantene av disse genene som ligger til grunn for slike hyppige sykdommer som åreforkalkning, koronar hjertesykdom, diabetes, bronkial astma, svulster. Kombinasjonen deres for hver spesifikk patologi kalles "gennettverk". I hvert av disse nettverkene skilles de viktigste (sentral) genene som er ansvarlige for utbruddet av sykdommen og ytterligere (modifiserende gener), hvis effekt i stor grad bestemmes av miljøfaktorer.

Sammenstillingen av et gennettverk for hver multifaktoriell sykdom, identifisering av sentrale gener og modifiseringsgener i den, analysen av assosiasjonen av deres polymorfisme med en spesifikk sykdom, utviklingen på dette grunnlaget av et sett med forebyggende tiltak for en bestemt pasient og danner grunnlaget for prediktiv medisin.

For tiden, som analysen av verdenslitteraturen viser, er 150-200 genetiske tester for mange multifaktorielle sykdommer allerede tilgjengelige for klinisk bruk. Identifiseringen av alle menneskelige gener, oppdagelsen av nye gennettverk vil umålelig øke mulighetene for genetisk testing av arvelig predisposisjon og viktigheten av medisinsk genetisk rådgivning for rettidig korrigering av en potensielt mulig patologi.

Konklusjon

Moderne genetikk er rettet fremover. Problemene hun må løse i nær fremtid er mye vanskeligere enn de hun har løst så langt. Hvis det 20. århundre var fysikkens århundre, som ga menneskeheten mange verdifulle oppfinnelser og oppdagelser, vil det 21. århundre være biologiens århundre, eller rettere sagt, genetikkens århundre, siden det i nær fremtid er all grunn til å forvent de mest fantastiske oppdagelsene innen vitenskapen om arv og variasjon av levende organismer, fra de mest primitive (virus og bakterier) og slutter med de mest komplekse (pattedyr). De siste årene av 1900-tallet var preget av stor suksess med å tyde ulike organismers genom: i 1996 ble gjærgenomet fullstendig dechiffrert, i 1998 rundormgenomet, i 2000 Drosophila-genomet og mer enn 600 genom av ulike bakterier. Ved overgangen til det 20. - 21. århundre var vi vitne til en epokehendelse - avkodingen av den fine strukturen til det menneskelige genomet. For første gang trengte menneskesinnet inn i det aller helligste i den levende naturen - inn i strukturen til det arvelige apparatet, der ikke bare hele programmet for individuell menneskelig utvikling er kodet, men også hele menneskets historie som biologisk arter (hans fylogenese), så vel som menneskehetens historie som en kombinasjon av raser og etniske grupper (hans etnogenese). Human Genome Project var den mest slående vitenskapelige prestasjonen på 1900-tallet, som er av stor grunnleggende og praktisk betydning. Som en del av dette prosjektet og som fortsettelse av det har nye områder innen grunnleggende vitenskap dukket opp, inkludert komparativ genomikk og funksjonell genomikk , hvis prestasjoner gjør det mulig å løse de viktigste teoretiske og praktiske problemene.

Innenfor rammen av den første retningen er grunnleggende nye data om menneskets opprinnelse, dets evolusjon, fremveksten av raser og deres etnogenese allerede innhentet. Genetisk analyse av forskjellige eksisterende populasjoner og etniske grupper, sammenligning av de oppnådde dataene med resultatene av DNA-analyse av restene av primitive mennesker, gjorde det mulig å ta en ny titt på menneskelig evolusjon. Spesielt er det praktisk talt bevist at neandertalere representerer en blindveisgren av evolusjonen og ikke er forfedre til det moderne mennesket. De første sporene av Homo sapiens ble funnet i Afrika og er omtrent 500 000 år gamle. Det er merkelig at analysen av mitokondrielt DNA, som gjør det mulig å spore fylogenien til morslinjen, gjorde det mulig å bevise den virkelige eksistensen til stamfaren Eva, som levde i Afrika for rundt 200 000 år siden.

Av spesiell interesse er sammenligningen av genomer fra forskjellige klasser og taksonomiske grupper for å lage et nytt klassifiseringssystem for levende organismer basert på DNA-kunnskap. De tidlige oppdagelsene av molekylær genetikk (tilstedeværelsen av DNA i nesten alle levende organismer, universaliteten til den genetiske koden, de generelle egenskapene til registrering og overføring av arvelig informasjon) la et seriøst grunnlag for i det hele tatt å anerkjenne livets dype indre enhet dens evolusjonære nivåer. Mennesket, selv om det ikke uten grunn hevder å være på toppen av det evolusjonære hierarkiet på grunn av de fantastiske egenskapene til hjernen hans, skiller seg faktisk lite fra andre organismer, spesielt fra pattedyr, på nivået av DNA, RNA og proteiner. Omtrent 2300 gjærproteiner er like eller nær i strukturen til humane proteiner, 6000 proteiner er kjent i ascaris og 7000 i Drosophila. Mer enn 20 % av musegenomet er strukturelt likt det menneskelige genomet, til tross for at mennesker og mus deler ca. 75 millioner år. Andre eksempler på evolusjonær "bevaring" av gener er enda mer imponerende. Dermed er den primære nukleotidsekvensen til SRY-genet, det viktigste kjønnsbestemmende genet på Y-kromosomet til alle pattedyr og mennesker, veldig lik genet for den kjønnsbestemmende faktoren i bakterier! De svært konserverte DNA-bindende domenene til genregulatorer (de såkalte transkripsjonsfaktorer) som styrer de tidlige stadiene av menneskelig embryogenese er nesten identiske i alle pattedyr og ligner på mange måter de i representanter for andre klasser (insekter, fisk, amfibier) , etc.). Dermed viser studier av genomer at livet faktisk er veldig rasjonelt og økonomisk: alle nye gener oppstår fra gamle, og at evolusjon ikke så mye er en prosess med genutvikling som utviklingen av genomets reguleringssystem.

Hovedoppgaven til funksjonell genomikk er å belyse funksjonene og dechiffrere genproduktene, først og fremst proteiner ( proteomikk ). Eksisterende og aktivt utviklede metoder for proteomikk gjør det mulig å studere ekspresjonsprofilene til mange tusen gener og bruke den innhentede informasjonen i molekylær medisin. Diagnostisering av sykdommer ved en funksjonsfeil i profilene til mange proteiner eller ved et spesifikt produkt av et spesifikt gen vil danne grunnlaget for molekylær medisin. I tillegg til å studere den funksjonelle tilstanden til gener og individuelle gennettverk for prediktiv medisin, inkludert forebygging og behandling av svulster, er bruken av funksjonelle genomikkmetoder ekstremt viktig. Dette er viktig for å løse grunnleggende problemer innen utviklingsbiologi, først og fremst for å studere mekanismene for realisering av arvelig informasjon i prosessen med individuell utvikling (hvordan, under kontroll av hvilke gener og gennettverk, utfoldes genetisk informasjon i prosessen med ontogenese? ). Til slutt er det nettopp ved hjelp av funksjonell genomikk at det er mulig å oppnå målrettet produksjon av transgene dyr som bærer menneskelige gener i genomet og er svært effektive produsenter av bioaktive legemidler som er spesielt viktige for mennesker og er uunnværlige i behandlingen av mange alvorlige sykdommer. Ved å kjenne gennettverkene og transkripsjonsfaktorene til morfogenetiske prosesser, vil det være mulig å kontrollere prosessene for differensiering av embryonale stamceller in vitro og på denne måten oppnå forløperceller i de nødvendige mengder som er nødvendige for restaurering av tapte vev og organer.

Syntesen av moderne ideer om det menneskelige genomet og funksjonene til dets gener ble videreutviklet i bioinformatikk , som gjør det mulig å utføre datamaskinanalyse av genomet, for å danne og analysere funksjonene til gennettverk som er ansvarlige både for normale prosesser for morfogenese og de som er involvert i forskjellige patologiske prosesser. Fundamentalt nye tilnærminger for å løse praktiske problemer utviklet på grunnlag av Human Genome-programmet har allerede ført til opprettelsen av molekylær medisin og dens hovedseksjoner: molekylær diagnostikk, prediktiv medisin og genterapi.

Det er sannsynligvis ingen person på planeten som har et helt ideelt genom. Vi har alle skadede eller muterte gener som i visse kombinasjoner kan forårsake sykdom. Det er av denne grunn at friske foreldre kan få et sykt barn. Fremskritt innen molekylær genetikk bidrar til å vurdere graden av risiko. Forskere spår en stor fremtid for vitenskapen om arv. Lederne for det internasjonale programmet «Human Genome» spår hvilke høyder genetikken vil nå innen 2010-2040. I følge dem vil genbehandling av 25 arvelige sykdommer i 2010 være mulig. Det blir genkurer mot diabetes, hypertensjon og andre plager. Over tid vil genterapi for kreft bli en realitet. Forskere vil identifisere gener for resistens og følsomhet overfor mange medikamenter. Innen 2030, i henhold til alle de samme prognosene, vil dekodingen av hele genomet bli vanlig, og denne prosedyren vil koste mindre enn tusen dollar (til sammenligning: i dag må du bruke så mye som 500 millioner dollar for å lese genomet). Omtrent samtidig vil genetikere identifisere genene for aldring - kliniske studier vil bli utført for å øke forventet levealder. Innen 2040 vil alle konvensjonelle helsetiltak – selv den vanlige fullstendige blodtellingen – være basert utelukkende på genomikk. Og viktigst av alt, effektiv forebyggende medisin vil bli tilgjengelig, tatt i betraktning det individuelle genetiske portrettet. Det er vanskelig å tro at det om 30-40 år vil finne sted en revolusjon innen medisin. Imidlertid går genetikk fremover med stormskritt, så kanskje "science fiction"-spådommer i nær fremtid vil bli en hverdagsrealitet for menneskeheten.

Introduksjon

Menneskelig genetikk og slike grunnleggende disipliner som anatomi, fysiologi, biokjemi danner grunnlaget for moderne medisin. Genetikkens plass blant de biologiske vitenskapene og den spesielle interessen for den bestemmes av det faktum at den studerer organismenes grunnleggende egenskaper, nemlig arv og variabilitet.

Arvelighet og variasjon hos mennesker er gjenstand for studier av menneskelig genetikk på alle nivåer av organisasjonen: molekylær, cellulær, organisme, befolkning. Menneskelig genetikk skylder sin suksess i stor grad medisinsk genetikk, vitenskapen som studerer arvelighetens rolle i menneskelig patologi. Den anvendte grenen av medisinsk genetikk er klinisk genetikk, som bruker prestasjonene fra medisinsk genetikk, human genetikk og generell genetikk for å løse kliniske problemer som oppstår hos mennesker.

Genetikk er en av de mest komplekse disiplinene innen moderne naturvitenskap. For å forstå det dypt, vil jeg i mitt arbeid vurdere hovedstadiene i utviklingen av genetikk, typene genetikk, prestasjonene til genetikk i moderne medisin, etc.

1. Historie om utviklingen av genetikk

Genetikk er en vitenskap som studerer lovene om arv og variasjon, så vel som de biologiske mekanismene som gir dem.

Det første vitenskapelige trinnet i studiet av arv ble gjort av den østerrikske munken Gregor Mendel, som i 1866 publiserte artikkelen «Eksperimenter på plantehybrider», som la grunnlaget for moderne genetikk.

Før oppdagelsene av Mendel ble teorien om den såkalte sammensmeltede arven anerkjent. Essensen av denne teorien var at under befruktning ble den mannlige og kvinnelige "begynnelsen" blandet, "som maling i et glass vann", noe som ga opphav til en ny organisme. Mendel viste at arvelige tilbøyeligheter ikke blandes, men overføres fra foreldre til etterkommere i form av diskrete (isolerte) enheter. Disse enhetene, representert i individer av par (alleler), forblir diskrete og overføres til påfølgende generasjoner i mannlige og kvinnelige gameter, som hver inneholder en enhet fra hvert par. I 1909 kalte den danske botaniker-oppdretteren W. Johansen dem "gener", og i 1912 viste den amerikanske genetikeren T. G. Morgan at de er lokalisert i kromosomer.

Den offisielle fødselsdatoen til genetikere er 1900. Da ble dataene til G. de Vries, K. Correns og K. Chermak publisert, som gjenoppdaget mønstrene for arv av egenskaper etablert av G. Mendel. De første tiårene av det 20. århundre var fruktbare i utviklingen av genetikkens hovedbestemmelser og retninger. Konseptet med mutasjoner, populasjoner og rene linjer av organismer ble formulert, kromosomteorien om arv ble oppdaget, loven om homologiske serier ble oppdaget, data ble innhentet om forekomsten av arvelige endringer under påvirkning av røntgenstråler, og utviklingen av grunnlaget for genetikken til populasjoner av organismer ble påbegynt.

I 1953 ble en artikkel av biologene James Watson og Francis Crick om strukturen til deoksyribonukleinsyre, DNA, publisert i et internasjonalt vitenskapelig tidsskrift.

Strukturen til DNA viste seg å være helt uvanlig: molekylene har en enorm lengde på molekylær skala og består av to tråder vevd sammen til en dobbel helix. Hver av trådene kan sammenlignes med en lang perlestreng. I proteiner er "perler" aminosyrer av tjue forskjellige typer. DNA har bare fire typer "perler", og de kalles nukleotider. "Perlene" til de to strengene i DNA-dobbelthelixen er sammenkoblet og samsvarer strengt med hverandre. I DNA er tymin motsatt adenin-nukleotidet, og guanin er motsatt cytosinet. Med denne konstruksjonen av en dobbel helix inneholder hver av kjedene informasjon om strukturen til den andre. Når du kjenner strukturen til en kjede, kan du alltid gjenopprette en annen.

To doble helixer oppnås - nøyaktige kopier av forgjengeren. Denne egenskapen til nøyaktig å replikere seg selv er nøkkelen til livet på jorden.

2. Genetikk og medisin

2.1 Forskningsmetoder

I genetikk er hovedmetoden for forskning genetisk analyse, som utføres på alle nivåer av organisering av de levende (fra molekylær til befolkning). Avhengig av formålet med studien blir den "modifisert" til private metoder - hybridologiske, populasjons-, mutasjons-, rekombinasjons-, cytogenetiske, etc.

Den hybridologiske metoden gjør det mulig å etablere mønstre for arv av individuelle egenskaper og egenskaper til en organisme ved å gjennomføre en serie direkte eller tilbakekryss i en rekke generasjoner. Mønstrene for arv av egenskaper og egenskaper hos mennesker er etablert ved hjelp av den genealogiske metoden (analyse av stamtavler). Lovene for arv til en egenskap i populasjoner bestemmes ved hjelp av populasjonsmetoden, eller populasjonsanalyse.

Den cytogenetiske metoden, som kombinerer prinsippene for cytologisk og genetisk analyse, brukes i studiet av mønstre av materiell suksesjon i generasjonene av individuelle celler og organismer og "anatomien" til de materielle bærerne av arv.

Fenogenetisk analyse gjør det mulig å studere virkningen av et gen og manifestasjonen av gener i den individuelle utviklingen av en organisme. For å gjøre dette bruker de teknikker som transplantasjon av genetisk forskjellige vev, cellekjerner eller individuelle gener fra en celle til en annen, samt studiet av kimærer - eksperimentelt oppnådde flercellede organismer som består av genetisk forskjellige celler som opprinnelig tilhørte forskjellige individer.

Mutasjons- og rekombinasjonsanalyse brukes i studiet av den fine organiseringen og funksjonen til genetisk materiale, strukturen til forskjellige DNA, deres endringer, mekanismene for funksjon og utveksling av gener under kryssing. Metoden for molekylærgenetisk analyse er under intensiv utvikling.

2.2 Medisinsk interesse

Med utviklingen av genetikk ble det mulig å bruke metodene i studiet av tidligere uhelbredelige sykdommer, patologier, etc. Det begynte å tiltrekke seg betydelig interesse fra forskere som jobber innen medisin. Det er kjent flere tusen genetiske sykdommer, som er nesten 100 % avhengig av genotypen til individet. De mest forferdelige av dem inkluderer: sur fibrose i bukspyttkjertelen, fenylketonuri, galaktosemi, ulike former for kretinisme, hemoglobinopatier, samt Down, Turner, Klinefelter syndromer. I tillegg kommer sykdommer som avhenger av både genotypen og miljøet: iskemisk sykdom, diabetes mellitus, revmatoide sykdommer, mage- og tolvfingertarmsår, mange onkologiske sykdommer, schizofreni og andre psykiske lidelser.

Historisk sett ble medisinens interesse for genetikk først dannet i forbindelse med observasjoner av arvelige patologiske (sykdoms)trekk. I andre halvdel av 1800-tallet trakk den engelske biologen F. Galton ut «menneskelig arvelighet» som et selvstendig studieemne. Han foreslo også en rekke spesielle metoder for genetisk analyse: genealogisk, tvilling, statistisk. Studiet av mønstrene for arv av normale og patologiske egenskaper har fortsatt en ledende plass i menneskelig genetikk.

2.3 Menneskelig genetikk

Human genetikk er en spesiell gren av genetikk som studerer egenskapene til arv av egenskaper hos mennesker, arvelige sykdommer (medisinsk genetikk) og den genetiske strukturen til menneskelige populasjoner. Av områdene human genetikk er cytogenetikk, biokjemisk genetikk, immunogenetikk, genetikk med høyere nerveaktivitet og fysiologisk genetikk i størst utvikling.

Menneskelig genetikk er det teoretiske grunnlaget for moderne medisin og moderne helsevesen. Den er delt inn i antropogenetikk, som studerer arvelighetsmønstre og variasjon av de normale egenskapene til menneskekroppen, demografisk genetikk (populasjonsgenetikk), økologisk genetikk (studiet av de genetiske aspektene ved menneskelige forhold til miljøet) og medisinsk genetikk, som studerer arvelige patologier (sykdommer, defekter, misdannelser og etc.).

Det viktigste området for menneskelig genetikk er medisinsk genetikk. Medisinsk genetikk hjelper til med å forstå samspillet mellom biologiske og miljømessige faktorer i menneskelig patologi. Noen ganger betraktes det ikke som en del av menneskelig genetikk, men som et uavhengig område av generell genetikk.

2.4 Medisinsk genetikk

Medisinsk genetikk studerer fenomenene arv og variasjon i ulike menneskelige populasjoner, funksjonene i manifestasjonen og utviklingen av normale (fysiske, kreative, intellektuelle evner) og patologiske tegn, sykdommers avhengighet av genetisk forhåndsbestemmelse og miljøforhold, inkludert sosiale forhold. liv. Den utvikler også systemer for diagnostisering, behandling, forebygging og rehabilitering av pasienter med arvelige sykdommer og medisinsk undersøkelse av deres familier, studerer rollen og mekanismene til arvelig disposisjon i menneskelige sykdommer.

Dannelsen av medisinsk genetikk begynte på 1930-tallet. XX århundre, da fakta begynte å dukke opp som bekrefter at arven av egenskaper hos mennesker adlyder de samme mønstrene som i andre levende organismer.

Medisinsk genetikks oppgave er å identifisere, studere, forebygge og behandle arvelige sykdommer, samt å utvikle måter å forhindre påvirkning av miljøfaktorer på menneskelig arv.

Hoveddelen av medisinsk genetikk er klinisk genetikk, som studerer etiologien og patogenesen til arvelige sykdommer, variasjonen av kliniske manifestasjoner og forløpet av arvelig patologi og sykdommer preget av arvelig disposisjon, avhengig av påvirkningen av genetiske og miljømessige faktorer, og også utvikler metoder for diagnose, behandling og forebygging av disse sykdommene. Klinisk genetikk inkluderer nevrogenetikk, dermatogenetikk (studerer arvelige hudsykdommer - genodermatose), oftalmogenetikk, farmakogenetikk (studerer kroppens arvelige reaksjoner på legemidler). Medisinsk genetikk er assosiert med alle deler av moderne klinisk medisin og andre områder innen medisin og helsevesen, inkludert biokjemi, fysiologi, morfologi, generell patologi og immunologi.

Genetikk, studier oppgave

-Genealogisk metode

-Cytogenetisk metode

-Biokjemiske metoder

Sykdommens familiære karakter

familiesykdommer- dette er sykdommer som er observert hos medlemmer av samme familie. Ved sin opprinnelse kan de være arvelige eller utvikle seg under påvirkning av miljøfaktorer i nærvær av en viss genetisk disposisjon. For eksempel kan familiær periodontal sykdom (gummisykdom) være assosiert med endringer i genet til det samme kollagenproteinet, eller det kan erverves og manifesteres under påvirkning av generelle negative miljøfaktorer (for eksempel kalsium, fluor, vitaminmangel, utilstrekkelig proteinernæring, etc.) for alle medlemmer av denne familien. Hvis legen, når han undersøker en pasient, mottar informasjon om lignende tilfeller av sykdommen i familien, tjener dette som en direkte indikasjon på deres mulige arvelige natur. Derfor, i nærvær av familietilfeller av sykdommen, bør den andre fasen av undersøkelsen av pasienten utføres, rettet mot differensialdiagnose av en spesifikk arvelig sykdom. Samtidig utelukker ikke tilstedeværelsen av en sykdom i bare ett av medlemmene av stamtavlen den arvelige naturen til denne sykdommen, siden sykdommen kan være et resultat av en ny dominerende mutasjon i en av foreldrene eller heterozygot ™ av begge foreldrene for en recessiv sykdom (segregering av den mutante fenotypen).

Spesifikke symptomer på arvelige sykdommer

Tilstedeværelsen av sjeldne spesifikke symptomer eller deres kombinasjoner hos en pasient gir grunn til å tenke på sykdommens medfødte eller arvelige natur. For eksempel er dislokasjon eller subluksasjon av øyelinsen karakteristisk for tre arvelige former: Marfan syndrom, Weil-Marchesani syndrom og homocystinuri. Blue sclera er karakteristisk for osteogenesis imperfecta og noen andre bindevevssykdommer. Med alkaptonuri blir urin mørkere på bleier. Pasienter med fenylketonuri er preget av en muslukt. Med blødning kan du tenke på von Willebrands sykdom eller hemofili. Grove ansiktstrekk er karakteristiske for pasienter med mukopolysakkaridoser (fig. 3.1). En astenisk kroppsbygning med endret brystkasse finnes ved Marfans syndrom (fig. 3.2). Det uforholdsmessige forholdet mellom lemmer og torso, kort statur, en særegen ansiktshodeskalle indikerer tilstedeværelsen av achondroplasia.

Etiologi av genetiske sykdommer.

Mutasjoner er årsaken til arvelige sykdommer, som det er rundt 2000 av.

Genmutasjoner er forårsaket av endringer i molekylstrukturen til DNA. I den tilsvarende delen av DNA er disse endringene knyttet til nukleotidene som utgjør genet. Slike endringer i nukleotidsammensetningen til genet kan være av 4 typer:

1. Innsetting av et nytt nukleotid

2. Nukleotidfrafall

3. Reposisjonering av nukleotider

4. Erstatning av nukleotider.

Genomet er helheten av all arvelig informasjon om en organisme (alle gener og lave nukleotidsekvenser). Det menneskelige genomet er 3 milliarder basepar.

Gen - en del av DNA som koder for syntesen av en polypeptidkjede av aminosyrer (ett proteinmolekyl); størrelsen på genet bestemmes av antall nukleotidpar. Hver menneskelig celle inneholder omtrent 30-40 tusen par gener, men deres eksakte antall er ennå ikke kjent. Gener inneholder informasjon om strukturen til RNA-molekyler.

Genetiske sykdommer er en gruppe sykdommer, forskjellige i kliniske manifestasjoner, som skyldes DNA-skader eller mutasjoner på gennivå. Grunnlaget for å kombinere dem i én gruppe er de etiologiske genetiske egenskapene og arvemønstrene i familier og populasjoner.

Kliniske manifestasjoner av gensykdommer, alvorlighetsgraden og hastigheten på deres utvikling avhenger av egenskapene til organismens genotype, pasientens alder, miljøforhold (ernæring, avkjøling, stress, overarbeid) og andre faktorer.

Siden mutasjoner i individuelle gener er den etiologiske faktoren til gensykdommer, samsvarer mønstrene for deres arv til reglene for splitting i avkommet. I følge en rekke studier av ulike arvelige sykdommer og det menneskelige genomet som helhet, kan vi snakke om forskjellige typer mutasjoner i samme gen.

Enhver av disse typene mutasjoner kan føre til arvelige sykdommer. Selv samme gensykdom kan være forårsaket av forskjellige mutasjoner. Mutasjoner som forårsaker arvelige sykdommer kan påvirke strukturelle, transport, embryonale proteiner, enzymer.

De fleste genpatologier er forårsaket av mutasjoner i strukturelle gener som utfører sin funksjon gjennom syntese av polypeptider - proteiner.

Gen(punkt)mutasjoner påvirker som regel ett eller flere nukleotider, mens ett nukleotid kan bli til et annet, kan falle ut, dupliseres og en gruppe nukleotider kan snu 180 grader. Genmutasjoner fører til en endring i aminosyresekvensen til proteinet. Den mest sannsynlige mutasjonen av gener oppstår ved parring av nært beslektede organismer som har arvet det muterte genet fra en felles stamfar. Genmutasjoner fører til sykdommer som amaurotisk idioti, albinisme, fargeblindhet, etc.

Kromosomale mutasjoner fører til en endring i antall, størrelse og organisering av kromosomer, så de kalles noen ganger kromosomale omorganiseringer. De fører ofte til patologiske lidelser i kroppen, men samtidig har kromosomale omorganiseringer spilt en av de ledende rollene i evolusjonen.

Genomiske mutasjoner - et særtrekk som er assosiert med et brudd på antall kromosomer i karyotypen. Mekanismen for forekomst av genomiske mutasjoner er assosiert med tilstedeværelsen av genetisk heterogene celler. Denne prosessen kalles mosaikk. Genomiske mutasjoner er blant de verste. De fører til sykdommer som Downs syndrom, Klinefelters syndrom, etc.

Monogene former for sykdommer.

Det genetiske grunnlaget for monogent bestemte former for arvelig disposisjon er mutasjoner av individuelle gener. Denne predisposisjonen er vanligvis arvet på en autosomal recessiv eller X-bundet recessiv måte. Splittelsen av syke avkom (på grunnlag av sykdommen) i generasjoner tilsvarer imidlertid ikke Mendelske arvetyper, siden bæreren må være i kontakt med den "manifisterende" faktoren gjennom hele livet. Årsakene til at disse formene for arvelig patologi vedvarer i menneskelige populasjoner, til tross for den reduserte tilpasningsevnen til deres bærer til visse spesifikke miljøfaktorer, er ikke fullt ut klarlagt. Den populasjonsgenetiske forklaringen på de høye konsentrasjonene av slike mutasjoner ligger i erkjennelsen av bevaringen av den fulle genetiske egnetheten (antall avkom) til heterozygote bærere til slike miljøfaktorer og til og med tilstedeværelsen av en selektiv fordel (et større antall avkom) ) sammenlignet med normale homozygoter Den patologiske effekten av "stille" gener manifesteres under påvirkning av miljøfaktorer. Til dags dato er mer enn 40 loci kjent, mutasjoner som kan forårsake sykdommer under en ekstra tilstand - virkningen av en "manifesterende" faktor som er spesifikk for hvert gen. Forskjellen i "konsentrasjoner" av eksterne faktorer (oftest er disse kjemikalier i sammensetningen av mat, vann, luft) fører til at den samme sykdommen manifesterer seg annerledes selv innenfor samme familie (variabel penetrans og ekspressivitet).

Genetikkens emne og oppgaver, dens betydning for medisinen.

Genetikk, studier fenomener med arv og variasjon i ulike populasjoner av mennesker, trekk ved manifestasjon og utvikling av normale (fysiske, kreative, intellektuelle evner) og patologiske tegn, avhengigheten av sykdommer på genetisk forhåndsbestemmelse og miljøforhold, inkludert sosiale livsbetingelser. oppgave er identifisering, studie, forebygging og behandling av arvelige sykdommer, samt utvikling av måter å forhindre skadelige effekter av miljøfaktorer på menneskelig arv.

Når du studerer arvelighet og variasjon til en person, brukes følgende metoder:

-Genealogisk metode lar deg finne ut familiebånd og spore arven til normale eller patologiske egenskaper blant nære og fjerne slektninger i en gitt familie basert på kompilering av en stamtavle - slektsforskning.

Tvillingmetoden består i å studere utviklingen av egenskaper hos tvillinger. Det lar deg bestemme rollen til genotypen i arven av komplekse egenskaper, samt å evaluere påvirkningen av slike faktorer som oppdragelse, trening, etc.

-Cytogenetisk metode basert på mikroskopisk undersøkelse av strukturen til kromosomer hos friske og syke mennesker. Cytogenetisk kontroll brukes ved diagnostisering av en rekke arvelige sykdommer assosiert med aneuploidi og ulike kromosomale omorganiseringer. Det gjør det også mulig å studere vevsaldring på grunnlag av studier av den aldersrelaterte dynamikken i cellestruktur, for å fastslå den mutagene effekten av miljøfaktorer på mennesker, etc.

-Biokjemiske metoder studier av menneskelig arv bidrar til å oppdage en rekke metabolske sykdommer (karbohydrat, aminosyre, lipid, etc.) ved å for eksempel studere biologiske væsker (blod, urin, fostervann) ved kvalitativ eller kvantitativ analyse. Årsaken til disse sykdommene er en endring i aktiviteten til visse enzymer.

Som enhver annen disiplin bruker moderne menneskelig genetikk metodene til relaterte vitenskaper: fysiologi, molekylærbiologi, genteknologi, biologisk og matematisk modellering, etc. En betydelig plass i å løse problemene med medisinsk genetikk er okkupert av den ontogenetiske metoden, som tillater oss å vurdere utviklingen av normale og patologiske trekk i løpet av individuell utvikling.

Medisinsk genetikk hjelper til med å forstå samspillet mellom biologiske og miljømessige faktorer i menneskelig patologi. På grunnlag av medisinsk genetisk kunnskap tilegnes ferdighetene til å diagnostisere arvelige sykdommer. For tiden har det utviklet seg et sammenhengende system for forebygging av arvelige sykdommer: medisinsk genetisk rådgivning, prenatal diagnose, massediagnose av arvelige metabolske sykdommer hos nyfødte som er mottagelig for kostholds- og medikamentell behandling, klinisk undersøkelse av pasienter og deres familier. Innføringen av dette systemet sikret en reduksjon i fødselshyppigheten for barn med medfødte misdannelser og arvelige sykdommer med 60-70 %.

Basert på resultatene av genetikk som allerede er implementert i praktisk helsevesen, er det mulig å forutsi slike utsikter som den utbredte bruken av preimplantasjonsdiagnose i de viktigste medisinske genetiske sentrene, genetisk testing for sykdommer med arvelig disposisjon og adopsjon, ifølge resultatene , av forebyggende tiltak, etablering av nye tilnærminger og metoder behandling (inkludert genterapi for visse sykdommer), samt produksjon av nye typer medikamenter basert på geninformasjon. Den middelaldrende og eldre befolkningen kan screenes for risiko for mange sykdommer som kan forebygges eller lindres ved diett- eller medikamenteksponering. Molekylærgenetisk testing av individuell sensitivitet for legemidler bør være en standardprosedyre før enhver medikamentell behandling.