§ 26 Наследственные болезни, сцепленные с полом

Наследственных заболеваний и аномалий (уродств) в медицинской ге­нетике насчитывается около 3000. Изучение и возможное предотвращение последствий генетических дефектов человека имеют очень большое значе­ние для его сохранения как вида. В настоящее время около 4% новорожден­ных детей страдают от генетических дефектов. Считается, что примерно одна из 10 гамет человека несет ошибочную информацию, обусловленную мута­цией. Гаметы с ошибками в генетическом материале становятся причиной выкидышей или мертворождений.

Все наследственные болезни можно подразделить на две большие груп­пы: болезни, связанные с мутациями генов, и болезни, связанные с мутациями хромосом.

Генные болезни и аномалии. К ним относятся патологические состо­яния организма, которые возникают в результате мутации в каком-либо гене. Например, нарушение репликации ДНК приводит к изменению чередования пар нуклеотидов, что, в свою очередь, обусловливает «ошибки» метаболизма.

Многие врожденные (с которыми особь рождается на свет) аномалии и болезни вызываются нарушениями в генах, локализованных в Х- или Y-хромосоме. В этих случаях говорят о наследовании, сцепленном с полом. Например, такая аномалия, как дальтонизм (неспособность различать красный и зеле­ный цвета), вызывается геном, локализованным в Х-хромосоме.

У человека один из генов Х-хромосомы отвечает за цветовое зрение. Рецессивная аллель не обеспечивает развитие сетчатки глаза, нужной для различения красного и зеленого цветов. Мужчина, несущий такой рецессивный ген в своей Х-хромосоме, страдает дальтонизмом, т. е. различает желтый и синий цвета, но зеленый и красный ему кажутся одинаковыми. Дальтонизм не передается по мужской линии, так как свою Х-хромосому мужчины-дальтоники получают от матери, носителя дефектного гена (рис. 37). Женщина может быть дальтоником лишь в случае, когда отец — дальтоник, а мать — носитель этого рецессивного гена.

Сцепленно с полом (гены находятся в Х-хромосоме) наследуются также различные типы гемофилии, при которой кровь не свертывается и человек может погибнуть от потери крови даже при небольшой царапине или порезе.

Это заболевание встречается у мужчин, матери которых, будучи здоровыми являются носителями рецессивного гена гемофилии.

Установлено, что гемофилия вызывается рецессивным геном, расположенны/v в Х-хромосоме, поэтому женщины, гетерозиготные по данному гену, обладают нор­мальной свертываемостью крови. В браке со здоровым мужчиной (не гемофиликом! женщина передает половине своих сыновей Х-хромосому с геном нормальной свертываемости крови, а половине — Х-хромосому с геном гемофилии. Причем дочери имеют нормальную свертываемость крови, но половина из них могут быть носительницами гена гемофилии, что скажется в дальнейшем на потомках мужско­го пола.

Распространение гемофилии по наследству хорошо изучено среди по­томков королевских семей Европы. Схема распространения гемофилии в этих семьях представлена на рисунке 38.

Хромосомные болезни. Этот тип наследственных заболеваний связан с изменениями числа или структуры хромосом. В большинстве случаев эти изменения не передаются от больных родителей, а возникают при нарушени­ях в расхождении хромосом во время мейоза, когда формируются гаметы, или при нарушениях митоза в зиготе на разных стадиях дробления.

Из хромосомных (аутосомных) заболеваний наиболее подробно изуче­на болезнь Дауна. Это заболевание связано с нерасхождением при делении 21-й хромосомы. В результате такой аномалии клетки эмбриона имеют 47 хро­мосом вместо обычных для человека 46. Хромосома-21 оказывается не в двой­ном, а в тройном количестве (трисомия).

Типичные признаки больных с синдромом Дауна — широкая переносица, раскосые глаза с особой складкой века, всегда открытый рот с большим языком, умственная отсталость. Около половины из них имеют пороки сердца. Болезнь Дауна встречает­ся довольно часто. Однако у молодых матерей (до 25 лет) такие дети рождаются редко (0,03-0,04% новорожденных), а у женщин старше 40 лет почти 2% детей появ­ляются на свет с синдромом Дауна.

Вследствие пониженного иммунитета такие больные не живут долго, поэтому они практически не встречаются среди взрослых людей. Больные обычно бесплодны, но известно несколько случаев, когда женщины с синдромом Дауна имели детей. Наряду с описанной трисомией по 21-й хромосоме бывает и моносомия по этой аутосоме (в хромосомном наборе 45 хромосом, 21-я — непарная). Это тоже тяжелое заболевание, новорожденные обычно нежизнеспособны. Вследствие нерасхождения женских половых хромосом образуются как моносомики (Х0), так и трисомики (XXX) и полисомики (XXXXY). Моносомия (Х0) связана с половым недоразвитием женщин. Для хромосомных болезней, развивающихся вследствие нарушений количества хро­мосом, в качестве сопутствующего симптома характерна умственная отсталость.

Некоторые генетические аномалии человека удается выявить еще на стадии раннего эмбрионального развития. Для этого применяют так называемую пренатальную (до рождения) диагностику (рис. 39). С помощью шприца получают 10-15 мл амниотической (околоплодной) жидкости, в которой находятся клетки плода. Путем центрифугирования ее разделяют на клетки, культивируемые затем на искусственной среде, и жидкость, где определяют соотношение про­дуктов обмена веществ, отражающее нормальное или патологическое состоя­ние плода. Культивируемые эмбриональные клетки используют для определе­ния числа хромосом и выявления возможных хромосомных аномалий.

Методами ранней диагностики можно определить более 100 хромосом­ных и генных аномалий уже в первые недели беременности. В некоторых слу­чаях необходимо прервать беременность, в других проводится коррекция де­фекта специальными препаратами. В будущем ученые надеются освоить мето­ды замены дефектных генов нормальными, что позволит устранять причину болезни, а не только ее симптомы.

Наследственные болезни человека свидетельствуют о существенном воздействии мутаций на организм. Многие из них обусловлены внешними факторами и образом жизни человека. В настоящее время к факторам, вызы­вающим мутации (мутагенам), можно отнести наркотики, никотин, алкоголь, химические загрязнители воды, почвы и воздуха, радиоактивные отходы, пе­стициды, всевозможные пищевые добавки, лекарства, косметические средст­ва, красители и другие вредные вещества. Их воздействием на организм объ­ясняется повышение частоты опасных мутаций, в связи с чем одной из насущ­ных проблем медицины становится обеспечение генетической безопасности человека.

1. Объясните различие молекулярных и хромосомных заболеваний. 2*. Каким образом факторы внешней среды вызывают наследствен­ные болезни?

3. Выберите из предложенных число хромосом в диплоидной клет­ке человека с синдромом Дауна: а) 22; б) 23; в) 44; г) 47.

4*. Гены красно-зеленого дальтонизма и гемофилии расположены в Х-хромосоме. Объясните, почему эти аномалии чаще проявляются у мужчин.

Краткое содержание главы

Развитие генетики как науки связано с именем Г. Менделя. В опытах на горохе он вскрыл важнейшие закономерности наследования признаков орга­низмов. Позже было доказано, что признаки определяются дискретными еди­ницами — генами, передающимися потомству с половыми клетками родителей в процессе размножения. Поэтому каждый наследственный признак всегда определяется парой генов. Совокупность генов у организма — это генотип: он выражает задатки и определяет возможности развития признаков — фенотип.

Ген — это определенный участок ДНК. Гены могут быть представлены разными аллелями (вариантами состояния, формами гена) — доминантными и рецессивными. Доминантная аллель обычно маскирует рецессивную у гете­розиготного организма в первом гибридном поколении F₁ (закон единообра­зия), но та и другая аллели проявляются во втором гибридном поколении F₂ в соотношении 3:1 (закон расщепления). Гены передаются потомству незави­симо (закон независимого наследования). Независимое наследование генов в полной мере осуществляется лишь в том случае, если гены находятся в раз­ных хромосомах (закон сцепления генов).

Пол млекопитающих, в том числе и человека, обусловлен половыми хро­мосомами Х и Y.

Изменения в наследственном материале, вызванные различными при­чинами (кроссинговер в процессе мейоза, оплодотворение, мутации), обуслов­ливают наследственную изменчивость и соответствующие изменения в про­явлении тех или иных признаков организма. Изменчивость является важным фактором эволюции в природе, так как дает основной материал для естест­венного и искусственного отбора, селекции растений, животных и микроор­ганизмов.

Изменчивость — явление, противоположное наследственности. Различа­ют следующие типы изменчивости: наследственную (генотипическую), нена­следственную (модификационную) и онтогенетическую (возрастную).

Наследственность определяет то, каким может стать организм, а измен­чивость выявляет способность проявления признаков. Степень выраженности наследуемых признаков зависит от среды, проявляется в пределах нормы реак­ции, т. е. в определенной степени обусловлена генотипом организма.

Проверьте себя

1. Охарактеризуйте первый и второй законы Г. Менделя.

2. В чем сходство и различие третьего закона Г. Менделя и закона Т. Моргана?

3. Какова роль наследственности и изменчивости в живой природе?

4. Универсальны ли законы Г. Менделя и применимы ли они к чело­веку?

5. Охарактеризуйте зависимость между понятиями «ген», «аллель», «кроссинговер».

6. Что такое мутация? Когда и где происходят мутации?

7. Какие виды скрещивания изучал Г. Мендель?

8. В чем отличие сцепленного действия генов от множественного действия генов?

Проблемы для обсуждения

1. У человека рецессивный ген s определяет врожденную глухонемо­ту. Наследственно глухонемой мужчина женился на женщине с нор­мальным слухом. Их ребенок имеет нормальный слух. Определите ге­нотип матери и ребенка.

2. У растений томата ген пурпурной окраски стеблей (А) доминирует над геном зеленой окраски (а), а ген красной окраски плодов (R) до­минирует над геном желтой окраски (г). Если скрестить два растения томата, гетерозиготных по обоим признакам, то какой будет среди потомков доля растений:

а) с пурпурными стеблями и желтыми плодами;

б) с зелеными стеблями и красными плодами;

в) с пурпурными стеблями и красными плодами? Ответ объясните.

3. У некоторых людей клетки содержат только одну Х-хромосому (мо­носомики), но людей, обладающих только F-хромосомой, не сущест­вует. Объясните причину этого явления.

4. Можно ли считать продолжительность жизни человека наследу­емым признаком?

5. Какие идеи генетики нашли отражение в мировоззрении людей?

Основные понятия

Генетика. Ген. Генотип. Фенотип. Доминантный признак. Рецессивный признак. Аллель. Мутация. Скрещивание. Сцепленное наследование. Хромосома, Х- и Y-хромосомы. Гибрид. Наследственность. Изменчи­вость. Норма реакции.