1 курс / Биология / План-конспект лекции №12

Определение

Популяционная генетика человека- раздел генетики, изу-

чающий генотипическую структуру популяций человека

и факторы, влияющие на изменение её в пространстве и во

времени. Популяционная генетика исследует закономер-

ности наследования и распределения генов и генотипов в

разных попупуляциях людей.

Виды популяций

людей.

В антропогенетике популяцией называют группу людей,

в течение многих поколений занимающих одну и ту же

территорию и свободно вступающих в брак.

Различают:

1. -большие-многочисленные-менделевские популяции (более 4000 человек), в которых все браки случайны, не( супруги не имеют общих предков);

2. -малые популяции:

а- ограниченные или демы, с численностью 1500-4000

человек. Частота внутригрупповых браков- 80-90%;

б- изоляты до 1000 человек, через 100 лет (три поколения) все особи являются двоюродными и троюродными сибсами.

Демографическая характеристика популяции

-имеет большое значение в медико-генетической оценке

популяции. К демографическим показателям относятся:

размер (численность), плотность, уровни рождаемости,

смертности, возрастная структура, род занятий, уклад

жизни, экономическое состояние.

Генетическая

структура попу-

ляции

- главная харакактеристика популяции. Каждая популяция

характеризуется уникальным аллелофондом – своими

частотами аллелей и генотипов разных генов.

В больших свободно скрещивающихся - панмиксных популяциях с неизбирательными браками устанавливается и поддерживается генетическое равновесие, т. е. из поколения в поколение передаются установившиеся частоты аллелей и генотипов согласно закону Харди-Вайнберга: p²+2pq+q²=1.

Генетический и

фенотипический

полиморфизм

популяции

Человечеству свойственен высокий уровень генетического

и фенотипического разнообразия- полиморфизма, люди

отличаются друг от друга по многочисленным признакам.

Основу генетической гетерогенности людей составляют:

- мутации и комбинации мутаций в процессе полового

размножения;

- множественный аллелизм ( 130 аллелей гена гемоглобина, 70 вариантов фермента Г6ФД –глюкозо6фосфат-дегидрогеназы, участвующего в анаэробном расщеплении глюкозы, 3 аллеля по эритроцитарным белкам АВО); У человека описано более 200 поли-

морфных систем.

- плейотропное действие гена, при котором одно из поло-

жительных проявлений позволяет гену закрепиться в попу-

ляции. Например, мутантный аллель рецептора, связываю

щего вит. D вызывает остеопороз, но одновременно- устойчивость к туберкулезу, ген муковисцидоза, закрепился благодаря устойчивости к сальмонеллезам, мутация в гене устойчивости к бубонной чуме, возникшая 2,5 тыс лет назад, оказалась полезной в настоящее время - вызвала одновременно невосприимчивость к ВИЧ. В настоящее время выявлены невосприимчивыми к ВИЧ 10%- среди европейцев, 15% - у скандинавов, 16% у финнов.

- миграция и метисация населения. Потоки мигрантов во времена неолита из средней Азии внесли 28% генетического разнообразия у европейского населения, уральская языковая группа- 22%. В генофонде бразильских негров -40%, а у африканских негров- 25% генов белого населения.

Генетический полиморфизм проявляется в разной частоте

-распространенности аллелей в популяциях.

Наиболее частая причина- действие естественного отбора. Факторами отбора являлись инфекционные, паразитарные болезни, новые продукты в рационе питания. Например,высокая частота доминантного аллеля НbS –гемоглобина в очагах тропической малярии объясняется преимущенственным выживанием гетерозигот (гомозиготы по доминантному аллелю погибают от летального действия гена, а по рецессивному аллелю от малярии). Такой отбор

называется гетерозиготным или балансированным, т. к.

в каждом поколении сохраняется тот же баланс генотипов, мутантный аллель HbS удерживается в популяции.

Высокая частота аллеля I⁰ до 80% у аборигенов Америки, объясняется устойчивостью носителей этого аллеля к сифилису, который был распространенным заболеванием на континенте. Носители этого аллеля неустойчивы к чуме и оспе, но эти инфекции не достигали

американского континента.

80% населения Китая, Японии, Таиланда не переносят

молочный сахар лактозу. Ген лактазы активен у всех людей в младенческом возрасте. У многих жителей Центральной и Восточной Азии он репрессируется. Мутация гена по сохранению активности лактазы у взрослых возникла у кочевников –скотоводов. Она быстро распространилась в Европе, только 5-25% населения Европы не могут употреблять молоко.

Дрейф генов-эффект родоначальника- одна из причин

генетического полиморфизма. Несколько семей дают начало

генетически изолированной небольшой популяции. Спектр

и частоты аллелей в такой популяции будет зависеть от генотипов людей, образовавших эту популяцию.Известная ситуация- переселение религиозной общины немцев амишей с берега Рейна из Швейцарии в Пенсильванию в 18 веке. Популяцию в 8000 человек в 19 веке составили потомки 12 семей, среди членов которых были носители редких рецессивных мутаций. Репродуктивная изоляция амишей привела к быстрому распространению

в популяции редких заболеваний: карликовости в сочетании

с полидактилией и умственной отсталостью, к болезни

«кленового сиропа».

Представление

о генетическом

полиформизме

человека необ-

ходимо каждому практическому

врачу

Генетический полиморфизм –причина наследственной

предрасположенности к различным болезням в разных

популяциях, разной тяжести патологических процессов.

различных реакций на патогены, аллергены, пищевые

продукты. лекарственные препараты.

У людей с 0 группой крови туберкулез трудно поддается

лечению, а сифилис переходит в неактивную стадию.

У людей с группой крови А вероятность заболеть раком

желудка, шейки матки, ишемической болезнью сердца,

холециститом на 20% выше, чем у людей с 0 группой крови.

Ген, контролирующий обмен липидов и холестерина имеет

три аллеля: Е_2, Е_3, Е_4. У 80% населения Европы- гомозиготных по Е₃ и нормальный обмен. Сочетание аллелей Е₂Е₄ – нарушение обмена липидов и холестерина –риск сердечно-сосудистых заболеваний. Частота Е₃ снижается по направлению к северу Европы, а Е₄ возрастает к югу. Е_ч у жителей Швейцарии и Финляндии встречается в 3 раза чаще, чем у населения Италии

Фенотипический

полиморфизм

Фенотипическое разнообразие обусловлено не только

генотипической гетерогенностью , но и действием средо-

вых факторов ( модификационной изменчивостью), разной пенетрантностью и экспрессивностью генов, гено- и фенокопиями, механизмами эпигенетики: метилированием

ДНК, ацетилированием гистонов, ремоделированием хро-

матина, геномным импринтингом, РНК-интерференцией.

Факторы нару-

шающие гене-тическое равно-

весие в популя-

циях человека

Генофонды популяций человека испытывают давление

элементарных эволюционных факторов, как и популяции

всех живых существ: мутационного процесса, популяционных волн, дрейфа генов,изоляции и естественного отбора.

В человеческих популяциях действие этих факторов

изменено в связи с социальной сущностью человека.

Мутационный

процесс

- поставщик мутаций, возникающих в половых и соматичес-

ких клетках на разных уровнях наследственного материала.

Давление этого фактора на генофонд популяции человека усилено в результате действия огромного количества, созданных им самим физических и химических мутагенов, влияния стресса, новых штаммов вирусов и др. Доминантные и полудоминантные мутации сразу проявляются в фенотипе, рецессивные накапливаютя в генофонде популяции, проявляясь через много поколений в составе гетерозигот.

Рецессивные мутации создают тройной положительный

эффект для адаптации популяции к средовым факторам:

- не меняют фенотипа, не попадают под действие естесственного отбора, сохраняют жизнь особи;

- повышают жизнеспособность особи - проявление сверх-

доминирования;

- создают наследственный резерв- способность популяции

адаптироваться в будущем к новым условиям среды.

С другой стороны, рецессивные мутации создают генети-

ческий груз популяции. Понятие было введено С.С. Четвери-

ковым в 1926 году, показавшем, что фенотипически нормальные организмы несут на своих хромосомах мутантные аллели. Под генетическим грузом понимают -совокупность всех аллелей, вызывающих изменение признака от незначительного ухудшения по сравнению с нормой до гибели. Каждый человек носитель аллелей эквивалентных в совокупности 4-м летальным генам. В настоящее время величина генетического груза в популяциях людей большинства стран возрастает, в связи с умень шением давления естественного отбора.

Популяционные

волны

- изменение численности популяции в результате действия

различных факторов.С.Райт, Н.П. Дубинин описали в 1931г.изменение генетического состава популяции, возникающего в следствии уменьшения и последующего возрастания ее числености, как генетико- автоматические процецессы или генетический дрейф.

Снижение численности популяции происходит в результате гибели ее особей. С погибшими членами из популяции исчезают аллели, вне всякого значения их для адаптации популяции к средовым факторам. Чем меньше размер сохранившейся популяции, тем меньше выбор аллелей, переходящих в поколение через гаметы. Частоты аллелей и генотипов в новой популяции оказываются совершенно случайными. Одни аллели могут совершенно исчезнуть из популяции, а другие получить 100% распространение.

К гентическому дрейфу- относят эффект основателя или

родоначальника из-за случайного распространения аллелей

в популяции, образованной переселенцами.

Численность населения планеты за период его существования в целом возросла от 5 млн.- в период неолита (10тыс лет назад) до 7,5 млрд. в настоящее время. Прирост шел разными темпами и совпадал с главными социальными достижениями человечества: развитием земледелия, началом индустриализации, эрой научно- технической информации.В отдельные периоды происходили резкие снижения

численности людей в результате опасных инфекций, войн,

голода, стихийных бедствий, социальных потрясений.

Пандемия чумы в Европе и на Ближнем Востоке в 540- 580

гг.унесла жизни 100 млн. человек, в 14 веке – 34 млн., в 18веке 5млн. От оспы в 15 веке умерло 0,5 млрд жителей Северной и Центральной Америки, местное индейское население ( ацтеки, инки) практически вымерло. На континте обосновались популяции завоевателей европейцев с совершено другими генофондами. В 1918 году от гриппа

«испанки» умерло 60 млн. человек, в 1ой Мировой войне-

22 млн. человек, во время 2-ой- 60,8 млн. человек. Такие резкие снижения численности людей приводили к случайному изменению частот аллелей и генотипов в популяции,не связанных с адаптациями к большинству средовых факторов. Генетико-автоматическими процессами объясняется полное исчезновение аллеля I^В из популяций некоторых индейских племен.

Изоляция

- фактор, приводящий к случайному изменению генотипического состава популяции. Человеческое общество развивалось как

совокупность изолированных коллективов,внутри которых совершались браки. Главной формой изоляции была географическая. В настоящее время эта форма изоляции сохранилась для племен Бразилии, Индонезии,Африки, Австралии, аборигенов Скандинавии- саамов, жителей высокогорных деревень Колумбии, Дагестана, Китая,

Непала, островов Палинезии идр. Наиболее значимыми являются социальные формы изоляции: вероисповедание, национальность, образование, принадлежность к определенному этносу, социальной группе.Изоляция малых популяций (демов и изолятов) приводит

к повышению частоты кровнородственных браков , последствиями которых являются: проявление неблагопри-ятных рецессивных признаков, снижающих жизнеспособность и репродуктивность человека, а в популяции уменьшается % гетерозигот, что снижает адаптивные возможности популяции. Социальная изоляция характерна для отдельных популяций японцев, таджиков,самаритян, евреев, половина браков среди которых заключается между двоюродными сибсами. Инцестные браки между родственниками первой степени: брат-сестра,отец-дочь запрещены законом.

Величину гомозиготизации человека выражают через коэффициент инбридинга F, который показывает вероятность получить одинаковые аллели одного гена от обоих родителей. Это зависит от коэффициента родства и числа поколений, отделяющих потомка от общего предка.

Коэффициент родства показывает долю одинаковых генов, полученных супругами от общего предка.

- у родителей и детей, доля общих

сибсов, дизиготных генов - 50% , к.р. 1/2

близнецов

- у дяди- племянницы, - 12,5% к.р. 1/8

двоюродных сибсов

По мере удаления поколения от общего предка коэффициент

родства снижается.

Естесственный

отбор

- фактор, способствующий стабилизации генофонда и поддерживаю-щий генетическое разнообразие популяций человека. В связи преобладающим действием социальных факторов в антропогенезе отбор утратил ведущую форму отбора и функцию видообразования.

Стабилизируюшая форма отбора направлена на сохранение

частот аллелей и генотипов от предшествующего поколения.

Основное действие смещено на пред - и эмбриональный пероды: гибель неполноценных гамет, эмбрионов, большой % недоношенных и мертворожденных. Примером отрицательного отбора против гетерозигот является гибель резус положительного плода у резус –отрицательной матери в случае резус- конфликта. Так как одновремен-но из популяции удаляются в равной степени доминантный и рецессивный аллели, то более редкий –рецессивный будет снижаться до 1%. Действие отрицательного отбора против гомозигот проявляет-ся в популяциях людей с аномальными формами гемоглобина S, C, D,E. Гомозиготы по доминантным аллелям этих генов умирают в эмбриогенезе или в раннем детском возрасте, поэтому частота доминантного аллеля быстро снижается до 1%. Но в очагах малярии действует балансированный отбор, направленный на выживание

гетерозигот.Он уравнивает частоту доминантных и рецессивных

аллелей. Стабилизирующий отбор использует генетические механизмы, маскирующие генетическую изменчивость:доминант-ность, эпистаз, комплементарность,неполную пенетрантость гена. Эффективность отбора зависит от частоты аллеля, наиболее эффективен- при средних значениях, при низких- резко снижается, это одна из причин сохранения в популяции неблагоприятных генов.

Метод иссле-

дования генети-

ческой струк-

туры популя-

ции

Популяционно-статистический основан на использовании закона Харди-Вайнберга для анализа генетической структуры больших панмиксных генетически равновесных популяций с неизбирательными браками. Согласно закону Харди-Вайнберга частоты генотипов в та-

ких популяциях соответствуют квадрату суммы двух чисел-

p²+2pq+q²=1, а сумма частот аллелей одного гена- p+q=1, где p²- частота гомозигот по доминантному аллелю, 2pq- частота гетерозигот, а q² –частота гомозигот по рецессивному аллелю. Этот метод позволяет выяснить осбенности генетической структуры разных популяций,выяснить их генетический полиморфизм, установить геноклины- географические градиенты изменения частот аллей в связи с миграционными потоками, например, постепенное снижение частот аллеля I^В в напрвлении с Востока на Запад Европы –следсттвие вторжения азиатского населения в Европу в 500-1500гг.