Особенно впечатляет масштаб аллельной гетерогенности. Известно большое число мутаций, которые вызывают гемоглобинопатии , муковисцидоз , семейную гиперхолестеринемию , фенилкетонурию и семейный рак молочной железы типа 1 . Гетерогенность симптомов чаще всего обусловлена разными мутациями в одном гене.
Больные с аутосомно-рецессивными болезнями часто являются смешанными гетерозиготами , то есть у них имеется два разных мутантных аллеля , как, например, при гемоглобинопатии SC или муковисцидозе, обусловленном генотипом дельтаF508/G542Х . Однако при широком распространении в популяции определенных мутантных аллелей или среди детей от близкородственных браков больные обычно гомозиготны, как, например, при серповидноклеточной анемии с генотипом SS или муковисцидозе с генотипом дельтаF508/дельтаF508 .
Многообразие симптомов, обусловленное аллельной гетерогенностью , особенно важно. Например, из-за разной тяжести двух заболеваний - тяжелого летального синдрома Гурлер ( мукополисахаридоза типа IH ) и более легкого синдрома Шейе ( мукополисахаридоза типа IS ), поражающего только кости и суставы, - их считали разными наследственными болезнями. На самом деле оба они вызваны недостаточностью альфа-L-идуронидазы . Аналогично, и тяжело протекающая миопатия Дюшенна , и более легкая миопатия Беккера вызваны делециями в одном гене, чаще всего со сдвигом рамки считывания при миопатии Дюшенна и без сдвига рамки считывания при миопатии Беккера. Классическая и легкая формы аденоматозного полипоза толстой кишки проявляются в разном возрасте (разница составляет 15 лет), так что легкая форма заболевания минимально влияет на репродуктивную функцию, но нераспознанные мутантные аллели существенно повышают риск рака толстой кишки .
Известно множество других примеров разнообразия симптомов, обусловленного аллельной гетерогенностью . Классическая картина заболевания часто обусловлена нулевой мутацией , а другие мутации, лишь частично подавляющие функцию генного продукта, вызывают почти непрерывный ряд более легких вариантов болезни. В начале этого ряда находятся мутантные аллели, кодирующие продукты, которые чаще всего не вызывают функциональных отклонений, во всяком случае без дополнительных внешних воздействий. Сюда же относятся и бессимптомные отклонения биохимических показателей. Очевидно, что количество нормального генного продукта, способное предотвратить болезнь, зависит от других наследственных и внешних факторов. Например, больной с доброкачественной метилмалоновой ацидемией попадает в группу риска при большинстве нарушений катаболизма , так что здесь "доброкачественность" - понятие условное. Такие состояния находятся посередине между моногенными и полигенными болезнями .
Генетические характеристики популяции: внутреннее генетическое единство
Генетическое единство популяции обуславливается достаточным уровнем панмиксии. В условиях случайного подбора скрещивающихся особей источником аллелей для генотипов организмов последовательных поколений является весь генофонд популяций. Генетическое единство проявляется также в общей генетической реализации популяции при изменении условий существования, что обуславливает как выживание вида, так и образование новых видов.
Генетические характеристики популяции: динамическое равновесие отдельных генотипов
Из уравнения Харди – Вайнберга следует, что значительная доля имеющихся в популяции рецессивных аллелей находится у гетерозиготных носителей. Фактически гетерозиготные генотипы служат важным потенциальным источником генетической изменчивости. Это приводит к тому, что в каждом поколении из популяции может элиминироваться лишь очень малая доля рецессивных аллелей. Только те рецессивные аллели, которые находятся в гомозиготном состоянии, проявятся в фенотипе и тем самым подвергнутся селективному воздействию факторов среды и могут быть элиминированы. Многие рецессивные аллели элиминируются потому, что они неблагоприятны для фенотипа – обуславливают либо гибель организма еще до того как он успеет оставить потомство, либо «генетическую смерть», т.е. неспособность к размножению.
Однако не все рецессивные аллели неблагоприятны для популяции. Например, у человека из всех групп крови чаще всего встречается группа 0, соответствующая гомозиготности по рецессивному аллелю.
Другим примером служит серновидноклеточная анемия. наследственное заболевание, широко распространенное в ряде областей Африки, индии, у негритянского населения Северной Америки. Индивидуумы, гомозиготные по соответствующему рецессивному аллелю, обычно умирают не достигнув половой зрелости и элиминируя таким образом из популяции по два рецессивных аллеля. Что касается гетерозигот, то они не гибнут. Установлено, что во многих частях земного шара частота аллеля серновидноклеточности остается относительно стабильной. У некоторых африканских племен частота гетерозиготного фенотипа достигает 40%. Раньше думали, что этот уровень поддерживается за счет появления новых мутантов. Однако в результате дальнейших исследований выяснилось, что во многих частях Африки, где среди факторов, угрожающих здоровью и жизни, важное место занимает малярия, люди, несущие аллель серновидноклеточности, обладают повышенной резистентностью к этой болезни. В малярийных районах Центральной Африки это селективное преимущество гетерозиготного генотипа поддерживает частоту аллеля серновидноклеточности на уровне 10 – 20%. У североамериканских негров, уже 200 – 300 лет не испытывающих на себе селективного эффекта малярии, частота аллеля серновидноклеточности упала до 5%.
Этот пример эволюции в действии ясно демонстрирует селективное влияние среды на частоту аллелей – механизм нарушающий равновесие Харди – Вайнберга. Именно такого рода механизмы вызывают в популяциях сдвиги, ведущие к эволюционному изменению.
Литература:
1. Грин Н., Стаут У., Тейлор Д. «Биология» в 3-х тт. М. 1993
2. Чебышев Н.В., Кузнецов С.В., Зайчикова С.Г., Барабанов Е.И. «Эволюция
и экология». М. 1995
3. Мамонтов С.Г., Захаров В.Г. «Общая биология». М. 1996
4. Слюсарев А.А. «Биология с общей генетикой». М. 1979
5. Каменский А.А., Соколова Н.А., Титов С.А. «Биология. Ответы на
вопросы». М. 1998
6. «Биология» под ред. проф. Ярыгина В.Н. М. 1997
7. Пуговкин А.П., Пуговкина Н.А. «Основы общей биологии». СПб. 1995