Генетический мониторинг.

Система слежения за уровнем загрязнения мутагенами среды обитания и за состоянием генетического здоровья живых организмов.

• Технологический – создание замкнутых технологических циклов вредных производств.

• Компонентный – выделение мутагенов из окружающей среды и их дезактивация.

• Компенсационный – защита организма (повышение устойчивости организма и репарационных систем) от воздействия мутагена путем применения антимутагена.

Антимутагенез.

Биологический процесс подавления мутагенов при приеме естественных или искусственных антимутагенов.

Внеклеточные (дизмутагены):

Ингибиторы поглощения мутагенов – водные процедуры, жирные кислоты, ароматические аминокислоты

Ингибиторы эндогенного формирования мутагенов – вещества, тормозящие реакции образования мутагенов – антиоксиданты, ферментированные молочные продукты, витамины, фенолы.

Дезактиваторы мутагенов – снижают активность мутагенов в результате химических реакций (все фрукты и овощи).

Внутриклеточные антимутагены – модулируют процессы метаболизма, которые запускают реакции детоксикации (фенолы, ретиноиды, система крови, эритроциты, адсорбируют на своей поверхности вредные молекулы)

Инактиваторы реакционно способных молекул – вещества, улавливающие свободные радикалы и защищающие участки ДНК от повреждений (антиоксиданты и ретиноиды)

Модуляторы репликации и репарации – антимутагены, увеличивают точность репликации, повышают эффект репарационных систем.

№8.

Эволюция – процесс исторического развития происхождения органического мира.

Чарльз Дарвин 1839, 1859 «происхождение вида путем естественного отбора».

Главные движущие силы – наследственность, изменчивость и естественный отбор.

Основные идеи: особи в популяциях обладают большим репродуктивным потенциалом, численность особей в каждой популяции примерно постоянна.

Не все особи выживают и оставляют потомство, идет борьба за существование.

Во всех популяциях существует изменчивость.

В борьбе за существование те особи, признаки которых наилучшим образом приспособлены к условиям жизни, обладают репродуктивным преимуществом и производят больше потомков.

Последователи теории: С.С. Четвериков (1880-1959). 1925 г. – «о некоторых моментах эволюционного процесса с точки зрения современной генетики».

В результате постоянного мутационного процесса во все популяциях создается наследственная гетерогенность.

Во всех популяциях должны присутствовать самые различные мутации.

В ходе переработки этих мутаций в ходе естественного отбора происходит процесс эволюции.

1928-1930 гг. Фишер, Райт, Дубинин, Романов – в эволюции большую роль играет не только появление новых мутаций, но и изменение чистоты аллелей популяции благодаря колебаниям численности популяции, «дрейфу генов».

Механизм эволюции.

Мутации – качественно новый признак. За счет приобретенных признаков особи ведут борьбу за существование. Отбор фенотипов в эволюции происходит путем естественного отбора.

• Микроэволюция – изучает эволюционные преобразования, протекающие в популяциях вида, приводящих к изменениям генофонда популяций и образованию новых видов.

• Макроэволюция протекает на основе микроэволюционных процессов, изучает межвидовые взаимоотношения как фактор естественного отбора, условия возникновения, пути и закономерности исторического развития и систематических групп надвидового ранга.

Основу современной эволюционной теории составляет теория микроэволюции (1937-1939) – Н.В. Тимофеев-Ресовский и Добжанский. Единицей микроэволюционного уровня является популяция – сообщество организмов одного вида, длительно заселяющих одну территорию и дающее плодовитое потомство.

Человеческие популяции – группа людей, занимающих общую территорию и свободно вступающих в брак. Доля общих аллелей в человеческих популяциях определяется коэффициентом родства. Чем выше коэффициент родства, тем ближе родство.

Демографические характеристики человеческих популяций:

1. Численность и её прирост.

Большие популяции – от 4 до 10 и более тысяч. Частота внутрипопуляционных браков составляет менее 70%. Приток генов из других популяций – более 10%.

ДЕМЫ – от 1,5 до 4000, внутрипопуляционные браки – 80-90%, приток генов из других популяций – 1-2%.

Изоляты – менее 1,5 тысяч, внутрипопуляционные браки свыше 90%, приток генов извне менее 1%.

2. Рождаемость и смертность. Определяет прирост популяции.

Зависит от возрастной (наличие лиц репродуктивного возраста) и половой структуры популяции. Половая структура – соотношение полов.

3. Брачность – количество браков на 1000 лиц репродуктивного возраста.

4. Плодовитость – количество детей на 1000 женщин.

5. Семейная структура, система брака.

6. Климатические условия.

Генетические характеристики человеческих популяций.

1. Генофонд популяции – совокупность всех генов популяции.

2. Генетическое единство и целостность.

3. Генетическая гетерогенность популяции. Поддерживается мутационным процессом и рекомбинацией генов, возникающей на основе полового размножения.

4. Внутрипопуляционный полиморфизм – существование двух или более остояний или морфологических форм по признаку. По механизму поддержания и возникновениявсе случаи полиморфизма делятся на две большие группы: гетерозиготный полиморфизм и адаптационный.

Гетерозиготный полиморфизм – серповидно-клеточная анемия.

Адаптационный полиморфизм – преимущественная выживаемость генетически различных форм в разных генетических условиях.

Неравномерное распределение эритроцитарных систем АВ0 на планете.

Полиморфные генетические системы в популяции человека.

• Частота каждого варианта морфотипа превышает 5%.

• Система гемоглобинов

• Система групп крови АВ0 (Н), МN и др.

• Система HLA (система главного комплекса несовместимости).

• Ферментные системы (трансферрин, глюкоза-6-фосфатдегидроденаза.

Под генетической структурой популяции понимают структуру всех аллелей и частоты всех генотипов, составляющих генофонд популяции. Длительное необратимое и направленное изменение генофонда популяции составляет элементарное эволюционное явление.

Факторы, влияющие на генетическую структуру популяции:

Демографические характеристики и элементарные эволюционные факторы. Генетическая система популяции находится в динамическом равновесии. Только при достаточном числе генетически разнообразных партнеров по браку в человеческих популяциях возможно поддержание на необходимом уровне генетической разнокачественности всей системы в целом.

Закон генетического равновесия (1908) Харди-Вайнберга.

«при определенных условиях частоты генов и генотипов в популяции находятся в равновесии и остаются неизменными из поколения в поколение».

Условия: большая численность популяции, высокая степень панмиксии (свободных браков), отсутствие влияния элементарных эволюционных факторов, одинаковая вероятность и одинаковая жизнеспособность всех типов гамет.

Формула, отражающая распределение частоты аллелей в популяции: р(А) +g(a) = 1.

Формула, отражающая распределение частот генотипов в популяции:

Р²(АА) +2pq(Aa) + g²(aa) = 1.

Демографические характеристики влияют на генетическую структуру популяций через систему браков.

• Панмиктические – свободные;

• Ассортативные – относительно свободные;

• Инбридинг – родственные браки;

• Инцестные – запретные браки первой степени родства;

• Кровнородственные браки – между членами 2 и 3 степени родства.

Элементарные эволюционные факторы.

1. Мутации – ненаправленные, случайные изменения, могут происходить спонтанно или индуцировано. В человеческих популяциях наибольшее значение имеют спонтанные мутации – главные поставщики новых аллелей, приводят к разнообразию генотипа популяции.

В большинстве случаев имеют вредное значение. Рецессивные мутации могут накапливаться в популяциях, не проявляя вредного влияния в гетерозиготном состоянии и создают проблему генетического груза.

2. Миграция – поток генов из популяции в популяцию. Повышают гетерозиготность популяции. Для большинства народов нашей планеты определяет долю общих аллелей белого населения. У негров составляет 25% (у американских).

Насыщенность популяций мутациями, постоянное давление, миграция генов создают генетический груз популяции, имеют большое значение для выживания популяций.

Генетический груз.

1. Мутационный – снижает жизнеспособность и плодовитость.

2. Сегрегационный – те рецессивные мутации, которые накапливаются в популяции в нескольких поколениях и проявляют себя в близкородственных браках.

3. Комбинационный (рекомбинационный) – могут проявляться в результате кроссинговера.

4. Миграционные – мутации, внесенные другими популяциями.

Эффекты генетического груза:

• Гетерозиготный полиморфизм – уменьшение продолжительности жизни;

• Повышение летальности;

• Снижение фертильности – способности к деторождению;

• Повышенная необходимость медицинской помощи населения;

• Социальная дизадаптация.

Популяционные волны – изменение численности популяции (волны жизни).

1. Периодические (сезонные);

2. Апериодические обусловлены воздействием различных абиотических и биотических факторов;

3. Кормовые ресурсы;

4. Вспышки численности видов в новых районах;

5. резкие колебания численности, связанные с катастрофами, войнами и эпидемиями.

Случайные изменения частоты аллелей и генотипов.

Генетика популяций.

Изоляция – ограничивает возможность свободного скрещивания, усиливает генетические различия между группами и способствует дивергенции (разделению популяций на более мелкие группы), приводит к появлении новых видов.

Географическая: пространственная – ограничивает возможность скрещивания;

Биологическая (репродуктивная) – несовместимость партнеров по поведению:

1. этологическая (различия в поведении и т.п.)

2. экологическая (озерная и прудовая лягушки – разные температурные условия для размножения)

3. сезонная

4. морфофизиологическая

5. генетическая

способствует дивергенции, инбридингу, дрейфу генов.

В человеческих популяциях в условии изоляции увеличивается частота близкородственных браков, что порождает генетико-автоматические процессы (дрейф генов) и приводит к гомозиготизации изолятов по вредным мутациям.

Пример действия дрейфа генов является эффект родоначальника: если у основателя изолята имелись рецессивные летальные гены, то в условиях инбридинга эти гены получают широкое распространение и приводят изолят к вымиранию.

Естественный отбор – процесс, в результате которого выживают и оставляют потомство особи с полезными в данных условиях наследственными признаками.

Доля влияния естественного отбора на генетическую структуру человеческой популяции равна 0.

Виды отбора:

• Стабилизирующий – сохраняет особи со средней нормой реакции, элиминируя организмы с крайними вариантами генотипа.

• Движущий – способствует сохранению особи с новой или распространенной нормой реакции взамен ушедшей старой, пришедшей в несоответствие в результате изменений условий существования, уничтожая фенотипы, не соответствующие новым условиям среды.

• Дизруптивный – способствует сохранению особей с крайними нормами реакции, и направлен против особей со средней или промежуточной нормами признака. Такой вид приводит к полиморфизму популяции, может являться причиной видообразования.

Все виды отбора приводят к адаптации организмов.

№9.

Методы изучения генетики человека. Медико-генетическое консультирование.

С.Н. Давиденков (1880-1961)

Профилактика наследственной патологии.

• Медико-генетическое консультирование

• Пренатальное и перинатальное диагностирование

• Массовая диагностика наследственных заболеваний у новорожденных, поддающихся диетической и лекарственной терапии

• Диспансеризация больных и членов их семей

Специализированная медпомощь населению направлена на предупреждение рождения больного ребенка с той или иной наследственной патологией. Включает диагностику, прогнозирование, заключение и совет, а так же консультирование по запросам дальнейшего планирования семьи.

Методы:

Клинико-генеалогический, биохимический, иммунологический, цитогенетический, ДНК-диагностика.

Человек – специфический объект генетических исследований.

• Сложный геном

• Гены обладают неполной пенетрантностью (частота фенотипического проявления гена), а признаки разной степенью экспрессивности

• Клинический полиморфизм и генетическая гетерогенность многих наследственных заболеваний

• Разное время проявления гена в онтогенезе (болезнь Альцгеймера)

• Гетерозиготность по многим генам

• Невозможность подбора родительских пар

• Нет четкой регистрации поколений

• Проследить наследование болезни можно в 2-3х поколениях